CN105529021B - 用于旋转机器的热声学保护结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于旋转机器的热声学保护结构。该热声学保护结构包括上壁和平行的下壁，在其之间设置有至少一个吸声材料。上壁和下壁与延长形式的至少一个连接元件连接。在横截面中，连接元件具有作为曲线或直线的不垂直于两个壁的至少一个部分。上壁与下壁之间的连接元件长度大于上壁与下壁之间的距离。在横截面中，连接元件还具有至少一个边缘。

Description

用于旋转机器的热声学保护结构

技术领域

本发明提供一种用于旋转机器的热声学(thermo-acoustic)保护结构，并且更具体地提供一种吸声材料设置其中的结构。具体地，本发明涉及用于旋转机器及其比如为燃气轮机或交流发电机的设备的热声学保护的领域。

背景技术

由旋转机器及其设备产生的噪声可能具有可以达到130dB(A)(以A分贝计量)至160dB(A)的高声功率级，这种声功率级可以传播到相邻的设备。例如，燃气轮机的保护罩、进气管道或排气管道可以是用于传播声波的优选路径。

因此，利用适当结构的面板能够减少由设备发射的噪声。一般说来，面板的结构可以具有至少两个壁、一个外部片材和一个内部片材，至少一层隔声材料设置在两个片材之间，加强构件或粘结元件设置在面板之间，其中弹性阻尼方法可以耗散通过该结构的振动传输。

面板结构中的声学现象可以分为三种类型：

·反射：声波的一部分被发送至设备的内部部分。

·吸收：能量从壁和设置在壁之间的材料(或空气)中的波消散。

·传播：能量通过整个结构的振动朝向设备的外部的放射。

如在文献EP 1 657 374中所述，吸声面板由金属制成。面板设计基于质量是提供声学减弱的主要因素的理论。这基于质量增加越大噪声可被减弱越大的重要事实。因此，包括金属片材的吸声面板可以通过质量效应提供噪声减弱。多孔材料也通过粘性和摩擦效应提供减弱。减振器消除外壁与内壁之间的振动和声能，由于它们的元件典型地由比如为橡胶的弹性或柔性材料制成。

声波在根据文献EP 2 017 826和FR 2 356 820的面板结构中的吸收可以通过亥姆霍兹共振器来执行，特别是用于靠近燃气轮机压缩机的空气入口中的应用。此外，如在文献US 4,084,367中所提出的，亥姆霍兹共振器可被用于在250Hz和2000Hz范围内的频波的吸声。在文献FR 2 356 820中，各种体积或长度的共振器室确保在很宽的频率范围内遏制噪声。

就阻尼振动而言，文献US 5,907,932提出了两个片材面板之间的两个水平连接元件和连接元件之间的一个阻尼元件，来吸收跨越结构的振动。文献US 7,467,687提出使用位于连接元件的两侧上并且设置在元件与每个片材之间的界面处的两个弹性元件。振动阻尼元件一般由橡胶或弹性材料制成。因此，吸声通过吸声材料或通过共振器来执行。声波传输现象通过该结构的减弱通过具有一般由弹性材料制成的元件的振动阻尼器来实现。

噪声通过承重墙包括通过绝缘材料的传输和传播可能引起穿过固体振动的结构的共振模式的激励，由此形成通过外壁的表面的噪声辐射。这种现象可以通过连接结构和面板的所有元件中的振动阻尼器点的倍增来减小。这种倍增趋于增加结构的元件数目并且可以延长面板的装配时间。

事实上，在维护工作期间，有时需要执行围绕设备的声学结构的拆除和重新装配，而不确保所产生的吸声性能可以等同于最初所提供的吸声性能。特别地，摆脱振动的弹性阻尼器元件可能由于在旋转机器的操作中的高温和振动级特征而老化。

发明内容

本发明的目标在于解决这些缺点。特别地，本发明提出一种用于旋转机器的热声学保护结构。热声学保护结构允许除弹性振动阻尼元件之外的释放或吸收，以便减少声波传输现象，同时确保声波的清除或削弱。本发明的另一个目标是提供一种便于安装和制造经济的结构。因此，本发明的目的是一种用于旋转机器的热声学保护结构。

根据本发明的结构可以包括上壁和平行的下壁，在上壁与下壁之间设置有至少一个吸声材料。上壁和下壁与延长形式的至少一个连接元件连接。连接元件在横截面上提供特别是曲线或直线的不垂直于两个壁的至少一个部分。上壁与下壁之间的连接元件的长度大于上壁与下壁之间的距离。在横截面中，连接元件还具有至少一个边缘。

因此，与壁之间的法线相比具有一个或几个偏距的连接元件的几何形状意味着连接元件的横向长度的增大。这种增加允许通过连接元件的长度的增大实现适当模式的低频率下的清除率，同时保持面板的低的阻碍。在该几何形状中，连接元件的声波的减弱沿着零件的宽度是有利的。因此，位于250Hz与2000Hz之间的共振的幅度变低，这减少了声波在这些频率下的传输。

通过根据本发明的边缘，我们理解为该项目指的是两个不平行的相邻部分之间的接合区域，无论是直线还是曲线。连接元件可以包括旨在用于使元件与下壁连接的上部接触区域、以及多个直线或曲线部分，相邻部分彼此不平行并且在边缘处彼此联接。因此，不同部分的长度之和大于上壁与下壁之间的距离。连接元件可以包括上部接触区域和/或下部接触区域，或者没有接触区域位于连接元件的端部。直线部分可以具有相同的长度或不同的长度。

该边缘有利地通过折边特别是单个零件的折边来获得，这将使得所述结构的装配程序简单并且成本低廉。为了简化所述结构的装配工艺，连接元件有利地可以包括多个直线方案。上壁与上部接触区域之间的角可以等于下壁与下部接触区域之间的角，加减四度，上壁与上部接触区域之间的突出角等于下壁与下部接触区域之间的突出角，加减四度。

所述结构可以包括由粘弹性类型的材料制成的阻尼元件，阻尼元件设置在上部接触区域与上壁之间、和/或下部接触区域与下壁之间。上部接触区域与上壁的边缘之间的表面可以为上壁区域的10％至20％之间，以及下部接触区域与下壁的边缘之间的表面可以是下壁区域的10％至20％之间。

在横截面中，下部接触区域的长度优选地大于接触元件的总长度的10％，以及上部接触区域的长度优选地大于接触元件的总长度的10％。吸声材料可以包括三聚氰胺(melamine)、岩棉(rockwool)、玻璃、泡沫、和/或球状物。吸声材料的厚度有利地至少等于下壁与上壁之间的距离的50％。可以通过焊接将连接元件固定至下壁和/或所述上壁上。可以通过可拆卸紧固件将连接元件固定至下壁和/或上壁。

附图说明

通过阅读作为与所附设计有关的示例性和非限制性示例而提供的以下说明将更加清楚地理解本发明的其他特征和有益效果，其中：

图1是根据本发明的按照第一实施模式用于旋转机器的热声学保护结构的横截面视图。

图2是图1的连接元件的透视图。

图3是根据本发明的按照第二实施模式用于旋转机器的热声学保护结构的横截面视图。

图4是根据本发明的按照第三实施模式用于旋转机器的热声学保护结构的横截面视图。

图5是根据本发明的按照第四实施模式的热声学保护结构的横截面视图。

图6是图5的连接元件的透视图。

图7是根据本发明的按照第五实施模式的热声学保护结构的横向示意图。

图8示出热声学保护结构的不同可能的几何形状的俯视图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的用于旋转机器的热声学结构可以包括至少一个面板10。每个面板10可以包括上壁1(也称作外部结构或围墙的片材)和下壁2(也称作内部片材)，下壁2一般是穿孔片材。在外部片材1和内部片材1之间设置有一层或多层吸声材料3，通常占据位于上壁1与下壁2之间的空间的至少50％。对于每个面板10，至少一个连接元件4连接外部片材1与内部片材2。举例来说，在图1中，两个连接元件4被用于每个面板10。

在根据本发明的所述结构中，在横截面中，连接元件4不完全垂直于壁1、2地固定(即，连接元件4可以包括不垂直于壁1、2的至少一个部分4a、4b)，这样，在横截面中，上壁1与下壁2之间的连接元件4的长度可以大于上壁1与下壁2之间的距离D。

根据图1的第一实施方式，连接元件4支承单个边缘(或折边)5，区分两个不对齐的直线部分4a和4b。边缘5可以定位在连接元件4的纵向对称性高度上，但也并不一定如此。两个直线部分4a、4b因此可以具有相等的长度。

由于不垂直部分4a、4b，上壁1与下壁2之间的连接元件4的长度可以大于上壁1与下壁2之间的距离D，这使得能够在一定的频率范围内降低声波传输的现象，同时限制阻碍(encumbrance)。

连接元件4也可以包括位于其端部的旨在用于连接连接元件4与上壁1的上部接触区域6a、和最终的旨在用于连接连接元件与下壁2的下部接触区域6b。粘弹性材料或其他类型的材料制成的阻尼元件7可以插入在上部接触区域6a与上壁1之间、和/或插入在下部接触区域6b与下壁2之间(图3)。

上部部分4a与上壁1之间的锐角是α1。下部部分4b与下壁2之间的锐角是α2。α1可以等于α2(图1)，可具有四度的容差。α1也可以不同于α2±4°(图3)。两个部分4a与4b之间的外角(即小于180°的角)是β1、并且可以等于α1与α2之和，也具有四度的容差。因此，至少两个连接元件4使得结构能够与两个平行壁1、2组装。此外，每个接触区域6a、6b占据连接元件4的总表面的至少10％。每个接触区域6a、6b可以通过焊接或通过可拆卸紧固方式固定到壁1、2上，还可能具有阻尼元件7。

图2以透视图示出图1的连接元件4。

图4示出图1或图3的实施模式的概括。其示出连接元件4可以折叠成在每个折边5处具有曲线半径，并且在折边5之间具有直线部分。

如果直线段的长度“h”朝向0延伸，则建立曲线轮廓(由圆弧形、正弦轮廓或其他类型的形式组成)，在这种情况下，角的相同的限定可以使得在面板10的上壁1与下壁2之间实现严格的平行。

根据第四实施模式，如图5所示，每个连接元件4可以包括指示/区分三个直线部分4a、4b、4c的两个边缘5a、5b。边缘5a、5b优选地与其相应的接触区域6a、6b等间距。因此，三个部分4a、4b、4c在横截面中具有基本相等的长度。

如同第一实施方式，连接元件4也可以包括位于其端部的旨在用于连接连接元件4与上壁1的上部接触区域6a、和最终旨在用于连接连接元件与下壁2的下部接触区域6b。

图6以透视图示出图5的连接元件4。本发明的面板10的结构可以将连接元件4的形式概括为在支承N个纵向边缘和N+1个直线部分。两个相邻边缘之间的距离优选地在整个连接元件4上相同。

折叠之后，角α1、α2小于90°，并且有利地提供以下比率：

·如果N＝1，则βN＝a1+a2(±4°)

·如果N＞1，则β1＝...＝βN＝a1+a2(±4°)

这些角可以不同，但是所引用的上述比率确保更大的制造简易性。

图7示出面板10的角度不同的实施模式。

图7中的定向角以下面方式限定：

γ₁＝β₁-α₁

γ₂＝β₂-γ₁

γ₃＝β₃-γ₂ (1)

…

γ_N＝β_N-γ_N-1

其中：

-N是折边的数目

-a2＝N

因此，角α2如下限定：

前述等式(1)验证等式(2)：

γ₁＝-α₁+β₁ i.e.β₁＝α₁+α₂

γ₂＝β₂-γ₁＝α₁-β₁+β₂

γ₃＝β₃-γ₂＝-α₁+β₁-β₂+β₃

本发明的有益效果包括由于连接元件的折叠可以利用标准工具实现而简单实施。此外，缺少阻尼器便于组装和拆卸，同时减少了每一次操作所需的零件的数目。此外，可以通过标准方法或通过焊接或通过可拆卸紧固件执行连接元件的紧固，例如利用螺钉和螺母或通过铆接或夹紧。连接元件4与上壁1之间的连接优选地通过可拆卸组件建立，由于容留在吸声材料3与上壁1之间的空间而使得可拆卸装配成为可能。

用于组装根据本发明的结构的过程可以包括以下步骤：

-将至少一个连接元件4设置在第一壁例如下壁2的表面上。

-将连接元件4的接触区域6b焊接至第一壁2。

-在连接元件4之间和/或片材2的边缘之间，通过一层或多层吸声材料3(例如利用石棉或玻璃或其他材料填充)填充两个壁1、2之间的空间的全部或一部分。

-设置上壁1并且通过连接部分4的可拆卸组装固定至上壁1的表面，(在执行变型中，可以在通过吸声材料3填充两个壁1、2之间之前执行上壁1的设置)。

-组装结构10的面板以提供围绕比如为涡轮机或交流发电机的旋转机器的热声学保护。

上壁和下壁另外可以包括附图中未示出的连接装置。此外，为了便于围绕旋转机器组装热声学保护结构，壁可以具有允许更好地适应涡轮机的几何形状的各种形式。例如，一些结构可以包括如图8中所示的三个边缘或更多边缘。因此，该结构的形式可以是三角形(实施模式a)、矩形(实施模式b)、五边形(实施模式c)或六边形(实施方式d)。为了限制结构共振现象，连接元件4优选地通过接触表面6a和6b中的至少一个固定在靠近壁的边缘的至少一个表面上。

可以通过调节折边角度调整阻碍。所使用材料在燃气轮机领域是标准的。最后，连接元件4的厚度优选地在1mm(甚至0.5mm)与6mm之间。

应该明显的是，上述内容仅涉及本申请以及所产生专利的某些实施例。本领域技术人员在不脱离由以下权利要求及其等同所限定的本发明的基本精神和范围的情况下可以在此做出众多改变和变型。

Claims (10)

1.一种用于旋转机器的热声学保护结构，包括：上壁和与所述上壁平行的下壁以及所述上壁与所述下壁之间的至少一个吸声材料，所述至少一个吸声材料包括与所述上壁和所述下壁垂直的平坦表面，所述上壁和所述下壁与邻近于所述至少一个吸声材料的延长形式的多个连接元件连接，在垂直于所述多个连接元件的延长方向的横截面中，所述多个连接元件中的每个具有不与所述上壁和所述下壁垂直的呈曲线或直线的至少一个部分，所述上壁与所述下壁之间的所述多个连接元件中的每个的长度大于所述上壁与所述下壁之间的距离，在垂直于所述多个连接元件的延长方向的横截面中，所述多个连接元件中的每个还具有与所述平坦表面接触的至少一个边缘。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述多个连接元件中的每个包括旨在用于所述多个连接元件中的每个与所述上壁的上部接触区域、和/或旨在用于所述多个连接元件中的每个与所述下壁的下部接触区域，以及多个直线部分或曲线部分，所述多个直线部分或曲线部分彼此不平行并且在边缘处彼此联接。

3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述多个连接元件中的每个包括所述多个直线部分，并且其中所述上壁与所述上部接触区域之间的角度（α1）等于所述下壁与所述下部接触区域之间的角度（α2）加减四度，并且其中每个边缘处的外角等于所述上壁与所述上部接触区域之间的角度（α1）和所述下壁与所述下部接触表面之间的角度（α2）的总和加减四度。

4.根据权利要求2所述的结构，还包括由粘弹性材料制成的阻尼元件，所述阻尼元件设置在所述上部接触区域与所述上壁之间、和/或所述下部接触区域与所述下壁之间。

5.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述上部接触区域与所述上壁的边缘之间的表面在所述上壁表面的10%与20%之间，并且其中所述下部接触区域与所述下壁的边缘之间的表面在所述下壁表面的10%与20%之间。

6.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，在垂直于所述多个连接元件的延长方向的横截面中，所述下部接触区域的长度大于所述连接元件中的每个的总长度的10%，以及所述上部接触区域的长度大于所述连接元件中的每个的总长度的10%。

7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述吸声材料包括三聚氰胺、岩棉、玻璃和/或泡沫。

8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述吸声材料的厚度至少等于所述下壁与所述上壁之间的距离的50%。

9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，通过焊接来执行将所述多个连接元件紧固至所述下壁和/或所述上壁。

10.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，通过可拆卸紧固件来执行将所述多个连接元件紧固至所述下壁和/或所述上壁。

Images