CN103375239A - 高排出流量消音系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高排出流量消音系统。根据本发明公开的至少一些方面的示例性消音装置可包括至少部分地限定布置成接收可压缩的流体流的气室的第一孔板和第二孔板。第一孔板和第二孔板可布置成产生交叉撞击流，使得穿过第一孔板的孔口进入气室的流指引在第二孔板的壁处，和使得穿过第二孔板的孔口的流指引在第一孔板的壁处。一些示例性实施例可包括配置在第一和第二孔板的上游的入口限流器。

Description

高排出流量消音系统
技术领域
本文中公开的主题大体涉及消音系统，并且更具体地，涉及能够提供压降、声学改进和合乎需要的流动特性的消音装置。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，空气在压缩模块中被加压。引导穿过压缩模块的空气在燃烧器中与燃料混合并且被点燃，从而生成热燃烧气体，其流过涡轮级，该涡轮级从该热燃烧气体提取能量用于为风扇和压缩机转子提供动力，并且生成发动机推力以在飞行中推进飞行器或为诸如发电机的负载提供动力。
在一些燃气涡轮发动机中，可基于各种需要而从压缩机提取或排出诸如例如来自压缩机的排气的高压空气的一部分。这些需要包括例如压缩机流排出，其可用于改进可操作性以及提供涡轮冷却、轴承池(bearing sump)加压、净化空气或飞行器环境控制。空气可利用位于压缩机的特定部分或级上面的排出槽从压缩机排出。
在至少一些燃气涡轮发动机中，在于一些操作条件下发生的发动机操作期间，压缩机可泵送多于包括燃烧过程的需求所需的空气。为了管理发动机的可操作性和燃烧性能，来自压缩机的过量排气的一部分可运送穿过排出导管并且排放到风扇流、发动机排气中，或者排放至环境。从压缩机排出的空气脉流的压力和温度可为非常高的。例如，排气压力可大于大约1375kPa，并且排气温度可大于大约538°C。瞬时排出阀(TBV)系统有时用于排出并排放从压缩机移除的空气。例如，一些常规排出系统的排放区域可被加大尺寸以降低排放位置处的流速，以确保满足对应用的声学要求。排放区域以及源压力与排气之间的相对缓和膨胀可有助于这些系统的相对大的尺寸和/或重量。
问题：在一些应用（例如，飞行器）中，可不合乎需要的是，使用大和/或笨重的构件来减少由排气产生的噪音和/或将排气指引到风扇流或其它位置中。
发明内容
以上提到的(多个)问题的至少一个解决方案由包括示例性实施例、为了说明性的教导而提供并且不意在限制的本公开提供。
根据本公开的至少一些方面的示例性消音装置可包括：消音装置本体，其包括布置成将可压缩的流体流指引到消音装置本体的内部中的入口（其可包括入口限流器）；第一孔板，其布置成从消音装置本体的内部接收可压缩的流体流中的至少一些，第一孔板包括延伸穿过壁的至少一个孔口；以及/或第二孔板，其布置成从消音装置本体的内部接收可压缩的流体流中的至少一些，第二孔板包括延伸穿过壁的至少一个孔口。第一孔板和第二孔板可至少部分地限定气室，其布置成经由第一孔板的孔口和经由第二孔板的孔口从消音装置本体的内部接收可压缩的流体流。第一孔板和第二孔板可流体地相对，使得穿过第一孔板的孔口从消音装置本体的内部进入气室的可压缩的流体流指引在第二孔板的壁处，和使得穿过第二孔板的孔口从消音装置本体的内部进入气室的可压缩的流体流指引在第一孔板的壁处。
根据本公开的至少一些方面的示例性燃气涡轮发动机可包括：压缩机；布置成燃烧从压缩机接收的压缩空气中的燃料的燃烧器；构造成从燃烧器接收热加压气体并驱动压缩机的涡轮；以及排气系统。排气系统可包括布置成从压缩机抽取排气的排出导管和布置成排放排气的消音装置。消音装置可包括：流体地联接以从排出导管接收排气的入口（其可包括入口限流器）；大体平行地布置以将排气以交叉撞击流的形式指引到气室中的第一大体平面孔板和第二大体平面孔板；以及布置成从气室排放排气的出口。
在一个方面，消音装置还包括入口限流器，其流体地位于排出导管的下游并且流体地位于第一孔板和第二孔板的上游。
在一个方面，入口限流器构造成以设计流率形成阻塞状态。
在另一个方面，出口布置成将排气排放到燃气涡轮发动机的风扇流中。
在又一个方面，排气系统还包括瞬时排出阀，其操作性地布置成控制穿过排出导管的排气流。
根据本公开的至少一些方面的操作消音装置的示例性方法可包括经由入口（其可包括入口限流器）接收进入消音装置的消音装置本体的内部的可压缩的流体流。该方法可包括将可压缩的流体流从消音装置本体的内部指引到至少部分地由大致平行的第一和第二孔板限定的气室中，其包括将可压缩的流体流的第一部分从消音装置的内部通过大体朝向第二孔板的壁延伸穿过第一孔板的至少一个孔口指引到气室中，以及将可压缩的流体流的第二部分从消音装置的内部通过大体朝向第一孔板的壁延伸穿过第二孔板的至少一个孔口指引到气室中。该方法可包括经由出口将可压缩的流体流从气室排放。
在一个方面，将可压缩的流体流的第一部分从消音装置的内部通过大体朝向第二孔板的壁延伸穿过第一孔板的至少一个孔口指引到气室中包括使可压缩的流体流的第一部分撞击第二孔板的壁；并且其中，将可压缩的流体流的第二部分从消音装置的内部通过大体朝向第一孔板的壁延伸穿过第二孔板的至少一个孔口指引到气室中包括使可压缩的流体流的第二部分撞击第一孔板的壁。
在一个方面，接收进入消音装置本体的内部的可压缩的流体流包括指引可压缩的流体流穿过流体地插入在消音装置本体的入口与消音装置本体的内部之间的入口限流器。
在一个方面，指引可压缩的流体流穿过入口限流器包括指引可压缩的流体流穿过延伸穿过入口限流器的侧壁的多个孔，入口限流器包括大体锥形截头锥体，其包括侧壁和下游端壁，锥形截头锥体沿大体下游方向向内成锥形。
在另一个方面，指引可压缩的流体流穿过入口限流器包括使流足以在入口限流器处形成阻塞状态。
在又一个方面，接收进入消音装置本体的内部的可压缩的流体流包括接收从燃气涡轮发动机的压缩机排放的排气。
附图说明
专利权利要求范围所追求的主题在本文中被具体地指出并且要求权利。然而，通过参考结合附图进行的下列描述，可最佳地理解主题及其实施例，在该附图中：
图1是包括示例性消音装置的燃气涡轮发动机的示意性截面图；
图2是示例性消音装置的立视图；
图3是示例性消音装置的等轴视图；
图4是示例性消音装置的局部截面图；
图5是示例性交叉撞击孔板的详图；
图6是示例性消音装置的截面平面图；
图7是示例性消音装置的截面图；
图8是操作消音装置的示例性方法的流程图；
图9是示例性交叉撞击孔板的详图；以及
图10是可选示例性消音装置的示意性截面图；
图11是可选示例性消音装置的示意性截面图；
图12是包括大致平面孔板的可选入口限流器的等轴视图；
图13是包括大体半球形形状的可选入口限流器的等轴视图；以及
图14是包括大体管状形状的可选入口限流器的等轴视图，以上附图全部根据本公开的至少一些方面。
具体实施方式
在下列详细描述中，参考附图，该附图形成其一部分。在附图中，相似的标记典型地识别相似的构件，除非上下文另有所指。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例不意在限制。在不背离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可利用其它实施例，并且可作出其它改变。将容易理解，如在本文中大体描述并在附图中示出的本公开的方面可以以各种不同的构型布置、替代、组合和设计，该各种不同的构型全部被明确地设想并且构成本公开的一部分。
本公开除了别的以外包括燃气涡轮发动机、消音装置和操作消音装置的方法。
图1是根据本公开的至少一些方面的包括示例性消音装置100的燃气涡轮发动机(GTE)10的示意性截面图。GTE10可包括排出系统40，其可并入消音装置100。GTE10可包括核心燃气涡轮发动机12，其包括高压压缩机14、燃烧器16和/或高压涡轮18。GTE10还可包括低压压缩机19、低压涡轮20和/或风扇组件22。
在操作中，空气可流过风扇组件22。从风扇组件22排放的空气的一部分可引导至高压压缩机14，其中，空气可被进一步压缩并引导至燃烧器16。来自燃烧器16的燃烧产物可用于驱动高压涡轮18和/或低压涡轮20。从风扇组件22排放的空气的另一部分可绕开核心燃气涡轮发动机10(例如，经由风扇管道3)并且/或者可被称为风扇流4。
在一些操作条件下，由高压压缩机14产生的压缩空气的一部分可运送穿过排出系统40，由此变成排气2。来自高压压缩机14的排气2可进入排出流动导管44。排气2可穿过排出流动导管44并且进入消音装置100，消音装置100可将排气2指引到诸如风扇流4的流动路径中。排气2流过排出流动导管44可由瞬时排出阀45控制。在下面在本文中更详细地描述的消音装置100可与排出流动导管44流连通，使得排气2作为离开流5排放到诸如风扇管道3的流动路径中，并且使空气与诸如风扇流4的另一股流混合。一些示例性实施例可包括流混合放出系统，诸如航空烟道(aero chimney)，如通过参考并入本文中的美国专利申请公开No. 2011/0265490中描述的。航空烟道和/或其它卷流(plume)控制装置可布置成防止离开流5冲击温度敏感材料(例如，只能够耐受相对低的温度的材料）。一些示例性实施例可与诸如与本申请同日提交的共同待决US专利申请No.        中描述的这些百叶窗系统的百叶窗系统结合使用，该申请的标题为“MODULAR LOUVER SYSTEM”，并且通过参考并入本文中。
图2是根据本公开的至少一些方面的示例性消音装置100的立视图。消音装置100可包括消音装置本体102。消音装置100可构造成经由入口106接收进入消音装置本体102的可压缩的流体流108，并且/或者可构造成经由出口110从消音装置本体102排放流108。例如，消音装置100的入口106可从排出导管44接收排气2，并且/或者可经由出口110将排气2（作为离开流5）排放到风扇流4(见例如图1）中。在一些示例性实施例中，消音装置100可大体呈L形布置，其中，入口106大体沿水平方向接收流108，并且出口110大体沿竖直方向排放流108。在一些示例性实施例中，入口106可包括大体圆形的、水平面向的开口，并且/或者出口110可包括细长的、大体矩形的、竖直面向的开口。
图3是根据本公开的至少一些方面的示例性消音装置100的等轴视图。消音装置100可包括流体地连接于出口110的气室112。气室112可至少部分地配置在消音装置本体102内。气室112可至少部分地由第一孔板116和/或第二孔板120限定（见例如图6），第一孔板116和/或第二孔板120可为大体平面的并且/或者可大体平行地布置。孔板116可包括壁132，孔口114可延伸穿过壁132，并且/或者孔板120可包括壁134，孔口118可延伸穿过壁134（见例如图6）。流108的至少一部分可经由孔口114进入气室112，并且/或者流108的至少一部分可经由孔口118进入气室112。流108可经由出口110离开气室112。
图4是根据本公开的至少一些方面的示例性消音装置100的局部截面图。消音装置100可包括入口限流器122，其可流体地配置在入口106的下游，并且/或者流体地配置在消音装置本体102的内部104的上游。在一些示例性实施例中，入口限流器122可包括大体锥形的截头锥体，其包括侧壁124和/或下游端壁126。入口限流器122可沿大体下游方向向内成锥形。侧壁124可包括延伸穿过侧壁的多个孔128。孔128可布置成将经由入口106接收的可压缩的流体流108指引到消音装置本体102的内部104中。一些示例性实施例可包括具有大致一致的尺寸并且/或者具有多个不同尺寸的孔128。在一些示例性实施例中，相邻的孔128列可偏置和/或交错，这可改进流动均匀性。
在一些示例性实施例中，入口限流器122可构造成以设计流率形成阻塞状态。例如，孔128的数量、尺寸和/或间距和/或入口限流器122的长度可选定成提供阻塞流动状态和/或实现声学特性。在一些示例性实施例中，入口限流器可作为次限流器操作，次于瞬时排出阀45（图1）。在一些示例性实施例中，下游端壁126可为大致实心的（例如，不具有孔）。在一些示例性实施例中，下游端壁126可包括一个或更多个孔。
虽然本文中描述的一些示例性实施例并入篮式入口限流器，但是使用可选入口限流器在本公开的范围内。图12是可选入口限流器1100的等轴视图，入口限流器1100可包括具有延伸穿过其的多个孔口1104的大致平面孔板1102。孔口1104可以以大体交错布置结构布置。图13是可选入口限流器1200的等轴视图，入口限流器1200可包括具有延伸穿过其的多个孔口1204的大体半球形形状1202。孔口1204可以以大体交错布置结构布置。图14是可选入口限流器1300的等轴视图，入口限流器1300可包括具有延伸穿过其的多个孔口1304的大体管状形状1302。孔口1304可以以大体交错布置结构布置。
在一些示例性实施例中，气室112可至少部分地由下游端壁130和/或上游端壁136限定（见例如图4）。下游端壁130可成角度地布置，使得气室112沿大体朝向出口110的方向向外成锥形。与孔板116（具有穿过壁132的孔口114）和/或孔板120（具有穿过壁134的孔118）结合，上游端壁136和/或下游端壁130可至少部分地限定气室，并且/或者可流体地插入在内部104与气室112之间。
图5是根据本公开的至少一些方面的示例性交叉撞击孔板116、120的详图。穿过孔板116的孔口114可相对于穿过孔板120的孔口118偏置（例如，不同轴）。例如，孔口114可相对于孔口118布置成使得穿过第一孔板116的孔口114的流可指引在第二孔板120的壁134处和/或使得穿过第二孔板120的孔口118的流可指引在第一孔板的壁132处。这种流动布置结构可被称为交叉撞击。在一些示例性实施例中，可不存在穿过第一孔板116的孔口114和第二孔板120的孔口118的“视线”。在各种实施例中，第一孔板116的孔口114和/或第二孔板120的孔口118的尺寸和布置结构可构造成实现期望的流量和/或声学特性。例如，孔口114、118的直径、孔口114、118之间的间距和/或孔口114、118的相对位置可被调整以实现期望的流量和/或声学特性。见例如图9，图9是根据本公开的至少一些方面的示例性交叉撞击孔板902、904的详图。孔板902可包括孔口906，并且/或者孔板904可包括孔口908。如示出的，孔口906和孔口908均可呈三角形图案布置，并且孔口906可与孔口908偏置。
图6是根据本公开的至少一些方面的示例性消音装置100的截面平面图。流108可通过入口106进入消音装置100。流108可经由入口限流器122（诸如经由侧壁124中的孔128）从入口106指引到消音装置本体102的内部104中。流108可诸如通过入口限流器的下游端壁126和/或气室112的上游端壁136沿气室112的外侧（例如，沿孔板116和孔板120）指引。气室112的上游端壁136可包括连接于孔板116和/或孔板120的圆角137，其可有助于平滑地指引流108。
消音装置本体102的内部104可至少部分地由可沿大体下游方向向内成锥形的侧壁140和侧壁142限定。消音装置本体102可大体在入口106附近的上游端部处最宽，并且/或者可大体在气室112的下游端壁130附近的下游端部处最窄。在一些示例性实施例中，这种成锥形可提供大致均匀的静压力分布，其可提供大致平均的流量分布。
在一些示例性实施例中，孔板116和孔板120可形成进入气室112的交叉撞击流。例如，第一孔板116的孔口114的轴线144可不与第二孔板120的孔口118的轴线146同轴。因此，穿过第一孔板116的孔口114的流可大体撞击第二孔板120的壁134，并且/或者穿过第二孔板120的孔口118的流可大体撞击第一孔板116的壁132。
在一些示例性实施例中，第一孔板116和第二孔板120可配置在消音装置本体102的内部104内，使得从内部104穿过第一孔板116的孔口114的流108和/或穿过第二孔板120的孔口118的流大致改变方向（见例如图7）。例如，从内部104（例如，大体从入口限流器122）穿过孔口114和/或孔口118的流可改变方向大约90度。
在以设计流动条件操作的示例性实施例中，各个点处的静压力可如下：点204大约1100kPa；点208大约345kPa；点210大约160kPa（图6和图7）。
图7为根据本公开的至少一些方面的示例性消音装置100的截面图。第一孔板116、第二孔板120和气室112可布置成使得穿过第一孔板116的孔口114进入气室112的流108和/或穿过第二孔板120的孔口118进入气室112的流大致改变方向。例如，穿过孔口114和/或孔口118（例如，从消音装置本体102的内部104）进入气室112可改变方向大约90度。
在一些示例性实施例中，穿过第一孔板116和/或第二孔板120的流可不被阻塞。在一些示例性实施例中，穿过第一孔板116和/或第二孔板120的流可被阻塞。
在一些示例性实施例中，第一孔板116和第二孔板118的有效流动面积可大于入口限流器122的有效流动面积。在一些示例性实施例中，出口110的有效流动面积可大于第一孔板116和第二孔板118的有效流动面积。
图8是根据本公开的至少一些方面的操作消音装置的示例性方法800的流程图。方法800可包括操作802，其可包括经由入口接收进入消音装置的消音装置本体的内部的可压缩的流体流。操作802之后可为操作804。操作804可包括将可压缩的流体流从消音装置本体的内部指引到至少部分地由大致平行的第一和第二孔板限定的气室中。操作804可包括操作806，其可包括将可压缩的流体流的第一部分从消音装置的内部通过至少一个孔口指引到气室中，该至少一个孔口大体朝向第二孔板的壁延伸穿过第一孔板。操作804可包括操作808，其可包括将可压缩的流体流的第二部分从消音装置的内部通过至少一个孔口指引到气室中，该至少一个孔口大体朝向第一孔板的壁延伸穿过第二孔板。操作804之后可为操作810。操作810可包括经由出口将可压缩的流体流从气室排放。
图10是根据本公开的至少一些方面的可选示例性消音装置950的示意性截面图，并且图11是根据本公开的至少一些方面的可选示例性消音装置950的示意性截面图。消音装置950可包括入口952，其可接收排气2（图1）。入口952可经由入口限流器958将排气2输送到消音装置本体956的内部954。空气可经由一个或更多个孔板962从内部954流向出口960，一个或更多个孔板962可布置成产生交叉撞击流。通常，消音装置950可与以上描述的消音装置100相似。
根据本公开的至少一些方面的一些示例性实施例可呈模块化形式构造。例如，实施例可包括在一个孔板116、120处的入口限流器122，和/或入口限流器122和一个或更多个孔板116、120两者。一些实施例可能够诸如通过利用可移除的紧固件装配而容易地再构建。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种消音装置，其包括：
消音装置本体，其包括布置成将可压缩的流体流指引到所述消音装置本体的内部中的入口；
第一孔板，其布置成从所述消音装置本体的内部接收所述可压缩的流体流中的至少一些，所述第一孔板包括延伸穿过壁的至少一个孔口；以及
第二孔板，其布置成从所述消音装置本体的内部接收所述可压缩的流体流中的至少一些，所述第二孔板包括延伸穿过壁的至少一个孔口；
其中，所述第一孔板和所述第二孔板至少部分地限定气室，其布置成经由所述第一孔板的至少一个孔口和经由所述第二孔板的至少一个孔口从所述消音装置本体的内部接收所述可压缩的流体流；
其中，所述第一孔板和所述第二孔板流体地相对，使得穿过所述第一孔板的至少一个孔口从所述消音装置本体的内部进入所述气室的所述可压缩的流体流指引在所述第二孔板的壁处，和使得穿过所述第二孔板的至少一个孔口从所述消音装置本体的内部进入所述气室的所述可压缩的流体流指引在所述第一孔板的壁处。
2. 根据权利要求1所述的消音装置，其特征在于，所述第一孔板的至少一个孔口的轴线与所述第二孔板的至少一个孔口的轴线不同轴。
3. 根据权利要求1所述的消音装置，其特征在于，还包括流体地配置在所述入口的下游和流体地配置在所述消音装置本体的内部的上游的入口限流器。
4. 根据权利要求3所述的消音装置，其特征在于，所述入口限流器包括以大体交错的布置结构布置的多个孔口。
5. 根据权利要求3所述的消音装置，其特征在于，
所述入口限流器包括大体锥形的截头锥体，其包括侧壁和下游端壁，所述锥形截头锥体沿大体下游方向向内成锥形；并且
其中，所述侧壁包括延伸穿过其的多个孔，其布置成将所述可压缩的流体流指引到所述消音装置本体的内部中。
6. 根据权利要求5所述的消音装置，其特征在于，所述下游端壁包括延伸穿过其的多个孔，其布置成将所述可压缩的流体流指引到所述消音装置本体的内部中。
7. 根据权利要求1所述的消音装置，其特征在于，
所述气室包括布置成排放所述可压缩的流体流的出口；并且
其中，所述气室沿大体朝向所述出口的方向向外成锥形。
8. 根据权利要求1所述的消音装置，其特征在于，所述第一孔板和所述第二孔板配置在所述消音装置本体的内部内，使得从所述消音装置本体的内部穿过所述第一孔板的至少一个孔口的所述可压缩的流体流改变方向大约90度，并且从所述消音装置本体的内部穿过所述第二孔板的至少一个孔口的所述可压缩的流体流改变方向大约90度。
9. 根据权利要求1所述的消音装置，其特征在于，所述气室配置在所述第一孔板与所述第二孔板之间，使得穿过所述第一孔板的至少一个孔口进入所述气室的所述可压缩的流体流改变方向大约90度，并且穿过所述第二孔板的至少一个孔口进入所述气室的所述可压缩的流体流改变方向大约90度。
10. 根据权利要求1所述的消音装置，其特征在于，
所述入口流体地联接于与燃气涡轮发动机相关的排出系统；并且
其中，所述气室布置成排放到所述燃气涡轮发动机的风扇流中。
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