CN104566455A - 声阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及声阻尼装置。公开了一种包括颈部(13)和阻尼体积(15)的声阻尼器(11)，其中，颈部(13)包括与腔室(5)流体连接的嘴部(17)，且其中腔室(5)被至少一个壁(7)的内侧表面(9)限制。声阻尼器装置的特征在于，凹部(23)位于颈部(13)的嘴部(17)与壁(7)的内侧表面(9)之间。

Description

声阻尼装置

技术领域

本发明涉及燃烧动态的声阻尼，且涉及声阻尼装置。在本申请的语意中的燃烧动态包括脉动、声振荡、压力和速度波动，以及在日常用语中称为噪声的那些。术语“燃烧动态”和“噪声”有时用作同义词。

背景技术

燃烧动态例如在燃气涡轮中在燃烧动态发生的不同地点或腔室处发生。这种地点或腔室的示例是燃烧器腔室、混合腔室、压室以及空气通道。出于简化的目的，随后使用术语“腔室”，且其包括燃烧动态发生的所有位置。在这些腔室中，气体(例如燃料和空气的混合物或排气)以高速流动，这导致燃烧动态。在燃烧器腔室中燃烧空气和燃料导致更多的燃烧动态。

为了减少这些燃烧动态，在本领域中已知安装声阻尼装置，例如，亥姆霍兹共振器、半波管、四分之一波长管或其他类型的具有或不具有流过的气体的阻尼装置。

这些声阻尼装置具有一个或多个共振频率。如果在燃气涡轮的操作中，燃烧动态激发声阻尼装置的共振频率，则燃烧动态被减少或被阻尼。

图1示出了反射系数(Y-轴)及其对频率的依赖。

线1示出了当使用具有大约300赫兹的共振频率的声阻尼装置时的理论反射系数。如可看出地，在300赫兹的频率处，反射频率具有大约0.5的相对最小值。在大约225赫兹和375赫兹的频率处，反射系数具有大约0.75的局部最大值。

给出示例：我们假定，例如，燃气涡轮的燃烧室配备有具有300赫兹的共振频率的声阻尼吸收器。如果我们进一步假定，在操作中，在该燃烧室中，噪声继而包括300赫兹的频率，则可预期，由于在300赫兹处反射系数的局部最小值，具有300的频率的噪声被有效地阻尼且因此燃烧器的噪声排放被减少。

申请人已经在安装好的燃气涡轮中进行一些测量，并且将在50赫兹与400赫兹之间的相同频率范围处取得的理论反射系数(线1)与测量值进行比较。

测量值在图1中通过点3示出。通过比较测量值与理论反射系数，可以看出，在250赫兹与350赫兹之间的范围内，测量值3并不像应当预期地那样显示局部最小值。

换言之：声阻尼装置并不有效地工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种声阻尼器，其能够在燃气涡轮中在操作时有效地阻尼，且因此有效地减少随着燃气涡轮的操作而发生的处于特定频率的噪声。

该目的通过使用包括颈部和阻尼体积的声阻尼器来实现，其中，颈部包括与腔室流体连接的嘴部，其中，腔室被至少一个壁的内侧表面限制，且其中，颈部的嘴部通向凹部中，其定位在颈部的嘴部和壁的内侧表面之间。

通过该凹部，颈部的嘴部不直接通向腔室中，而是通向没有或仅有低切向流的凹部。在要求保护的发明的语意中的切向流是，差不多平行于凹部所定位处的壁的内侧表面，或垂直于通过阻尼器的颈部的气体偏流而流动的腔室内部的气体流。

在燃烧器腔室中，气体以高速流动。该气体流，不管是空气还是未燃烧的燃料或燃料已燃烧后的排气，是具有每秒高体积的切向流，从而导致切向流的高速度。在切向流的低速下，可发生相同的效果。

要求保护的发明的发明人注意到，该切向流扰动声阻尼器的颈部内侧的偏流。因此，包括颈部和阻尼体积的声阻尼器的效果被强烈地减少，如已经结合图1的示例解释地那样。换言之：图1中所测量的值3示出，声阻尼器的阻尼效果受到切向流效果的限制。当然，该效果还发生在具有处于其他频率的切向流的其他腔室中。

由于要求保护的凹部产生没有或仅有低切向流的区域，可能使颈部的嘴部通向凹部中且因此切向流对阻尼器的负面效果被消除或至少显著减少。因此，声阻尼器更有效。

已经证明如下方式是有利的，即，如果颈部的嘴部通向凹部中，因为在凹部中切向流的效果最小化。

为了进一步减少凹部内部的切向流的影响，建议在邻近凹部的至少一个壁的内侧表面处安装屏蔽件。该屏蔽件突伸进入腔室，且进一步减少凹部内部的切向流，且因此允许声阻尼器更有效地操作。

可通过如下方式实现相同的目的，即，将至少一个屏蔽件安装成邻近颈部的嘴部处，并且其中，屏蔽件突伸进入腔室。如之前所述地，突伸进入腔室的一个或多个屏蔽件使切向流远离颈部的嘴部转向，且减少其对声阻尼器的效率的负面效果。

可能且有利地是，提供围绕颈部的嘴部的环状屏蔽件。该环状屏蔽件独立于切向流的方向使切向流转向，且因此，颈部的嘴部在没有或仅有低切向流的情况下离开进入腔室的体积内。

作为备选项，可能安装若干屏蔽件，且将这些屏蔽件配置成使得颈部的嘴部定位在屏蔽件之间。最可能将两个屏蔽件配置成差不多彼此平行。

而且，可能将至少一个屏蔽件安装在颈部的嘴部的上游或下游，以保持切向流远离颈部的嘴部。

在若干应用中，如下方式是有利的，即，如果在至少一个屏蔽件和至少一个壁的内侧表面之间的角β是90°或更小，优选地60°、45°、30°或20°。

这样做的情况下，尤其是在更小的角β的情况下，屏蔽件的效果增加，且由至少一个屏蔽件所引起的对切向流的流动阻力减少。换言之：屏蔽件变得更加有效，且屏蔽件导致在切向流中更小的压降。

要求保护的发明可与具有一个或多个阻尼体积的亥姆霍兹共振器、半波管、四分之一波长管、多体积阻尼器、衬套或本领域中已知的任意类型的声阻尼器一起使用。腔室可为燃气涡轮的燃烧器腔室或混合腔室等。

要求保护的发明的更多优点和细节随后结合附图及其描述来描述。

附图说明

附图示出：

图1示出具有在300赫兹处的共振频率的示例性声阻尼器的反射系数，

图2示出具有如从现有技术中已知的声阻尼器的燃烧器腔室，以及

图3至9示出要求保护的本发明的若干实施例。

附图标记

5 腔室

7 壁

9 内侧表面 

11 声阻尼器

13 颈部

15 阻尼体积

17 嘴部

18 颈部

19 切向流 

21 偏流

23 凹部

24 壁

25 基部

27 穿孔板

29 屏蔽件

31 虚线

33 阻尼体积

β 在位置29与位置7之间的角。

具体实施方式

图2(现有技术)示出了腔室5的示意横截面，腔室5被包括内侧表面9的至少一个壁7限制。如从图2中可见，腔室5配备有声阻尼器11，其包括颈部13和阻尼体积15。颈部13连接阻尼体积15与腔室5。颈部13朝腔室5的开口称为颈部13的“嘴部”17。

在该示例性实施例中的阻尼装置11可以是亥姆霍兹共振器，但是要求保护的发明不受限于这种类型的声阻尼装置。要求保护的发明可连同任意类型的声阻尼装置一起使用，例如半波管、四分之一波长管等。

如从图2中可见，颈部13的嘴部17以及壁7的内侧表面9具有相同的水平。因为在腔室5中存在切向流(通过箭头19示出)，在阻尼体积15与燃烧器腔室5之间通过颈部13的偏流21被扰动。减少阻尼器11的性能的切向流19对偏流21的该负面效果已经结合图1在上文中解释。

避免了或至少显著减少了切向流19对阻尼器11的负面效果的要求保护的发明的一个实施例在图3中示出。如从图3中可见，在嘴部17与壁7的内侧表面9之间安装凹部。颈部13的嘴部17通向在至少一个壁7中的凹部23中。在该实施例中，嘴部17通向凹部23的基部25，其还可通向凹部23的周围壁24中。在凹部23中，不存在或存在仅很少的切向流，且因此阻尼器11在不受切向流19影响的情况下工作。因此，声阻尼装置的反射系数如图1中由线1所示表现。

添加这种凹部23容易实现且不导致高成本。

在图4中，示出了要求保护的发明的第二实施例。除了图3中所示的实施例外，凹部23由穿孔板27覆盖。通过利用穿孔板27覆盖凹部23，切向流19通过颈部13对偏流21的影响被进一步减少。

图5示出了要求保护的发明的又一实施例。该实施例包括屏蔽件29，其使得切向流远离阻尼器11的嘴部17和/或凹部23转向。

在屏蔽件29与壁7的内侧表面9之间的角β可通过试验来选择和优化。在大多数应用中，在一些情形中，大约20°或30°的角β是足够的。在其他情形中，且90°的角B是有利的。

没有凹部23的情况下，屏蔽件29也同样工作。在该情形中，颈部13的嘴部17直接离开进入燃烧器腔室，类似于如在图2中所示的情况。

在一些应用中，使用具有小于90°的角β的屏蔽件29是有利的。在该情形中，屏蔽件29关于切向流19安装在凹部23和嘴部17的上游。

图6示出了使用一个屏蔽件29的要求保护的发明的又一实施例，该屏蔽件29以大约90°的角β突伸进入腔室5中，且关于切向流19位于嘴部17的下游。在该实施例中，屏蔽件29还使切向流19远离颈部的嘴部17转向，且因此阻尼器11的反射系数不受燃烧器腔室5内部的切向流19扰动。在屏蔽件29位于嘴部17的上游的情形中，不同的角β可以是最优的。

图7示出了带有两个屏蔽件29的要求保护的发明的又一实施例，这两个屏蔽件29差不多彼此平行且垂直于切向流。这些屏蔽件29使切向流19更远离颈部的嘴部17转向。

作为由虚线31所示出的备选项，屏蔽件29可具有穿孔板，其从所有方向保护颈部13的嘴部17免于切向流19。由于目前所示出的所有实施例，各自包括凹部23或具有不同角β的至少一个屏蔽件29，显而易见，凹部23和屏蔽件29可组合。

在图8中，要求保护的发明的又一实施例示出为使用具有第一阻尼体积15和第二阻尼体积33的声阻尼器。颈部13的嘴部17通向第二阻尼体积33中，且因此不受腔室5中的切向流19的扰动。在没有切向流的情况下，两个阻尼器都提供阻尼。在切向流存在的情况下，切向流可仅影响第二阻尼器(体积33和颈部18)的阻尼，而第一阻尼器(体积15和颈部13)仍然提供阻尼。

可能组合该实施例与凹部23和/或至少一个屏蔽件29。这些备选项在图9中示出。

Claims (11)

1. 一种包括颈部(13)和阻尼体积(15)的声阻尼器(11)，其中，所述颈部(13)包括与腔室(5)流体连接的嘴部(17)，其中，所述腔室(5)被至少一个壁(7)的内侧表面(9)限制，其特征在于，凹部(23)位于所述颈部(13)的所述嘴部(17)与所述壁(7)的所述内侧表面(9)之间。

2. 根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述颈部(13)的所述嘴部(17)通向所述凹部(23)中。

3. 根据权利要求1或2所述的阻尼器，其特征在于，所述凹部(23)由穿孔板(27)覆盖。

4. 根据前述权利要求中的一项所述的阻尼器，其特征在于，在所述至少一个壁(7)的所述内侧表面(9)处以及邻近所述凹部(23)处，至少一个屏蔽件(29)突伸进入所述腔室(5)中。

5. 一种包括颈部(13)和阻尼体积(15)的声阻尼器，其中，所述颈部(13)包括与腔室(5)流体连接的嘴部(17)，其中，所述腔室(5)被至少一个壁(7)的内侧表面(9)限制，其特征在于，在所述至少一个壁(7)的所述内侧表面(9)处以及邻近所述嘴部(17)处，至少一个屏蔽件(29)突伸进入所述腔室(5)中。

6. 根据权利要求3至5所述的阻尼器，其特征在于，所述至少一个屏蔽件(29)是环状的，且围绕所述颈部(13)的所述嘴部(17)。

7. 根据权利要求3至5中的一项所述的阻尼器，其特征在于，其包括两个屏蔽件(29)，且其中，所述颈部(13、18)的所述嘴部(17)位于所述屏蔽件(29)之间。

8. 根据权利要求3至7中的一项所述的阻尼器，其特征在于，气体在所述腔室(5)内部流动，所述至少一个屏蔽件(29)使该气体流远离所述颈部(13)的所述嘴部(17)转向。

9. 根据前述权利要求中的一项所述的阻尼器，其特征在于，在所述至少一个屏蔽件(29)与所述至少一个壁(7)之间的角(β)是90°或更小，优选地小于60°、45°、30°或20°。

10. 根据前述权利要求中的一项所述的阻尼器，其特征在于，所述阻尼器(11)是具有一个或多个阻尼体积(15、33)的亥姆霍兹共振器、半波管、四分之一波长管、多体积阻尼器、衬套或任意类型的声流过阻尼器。

11. 根据前述权利要求中的一项所述的阻尼器，其特征在于，所述腔室(5)是燃气涡轮的燃烧器腔室、混合腔室、压室和/或空气通道。