CN107407170B - 主动噪音控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括构造成安装在发电单元的空气进入口或排气口内的主动噪音控制(ANC)模块单元。ANC模块单元包括成形为装配在空气进气口或排气口内的ANC壳体、构造成装固在ANC壳体内的ANC核心，其包括构造成探测由发电单元生成的声音的麦克风、构造成基于来自麦克风的声音信号和一组预定噪音降低传递函数来控制噪音消除声音的控制板，以及构造成将第一噪音消除声音输送至空气进气口或排气口的第一扬声器。

Description

主动噪音控制系统
技术领域
本文公开的主体涉及结合工业机器系统使用的主动噪音控制。
背景技术
发电站(诸如使用涡轮发动机或其它燃机的那些)可在设备的壳体内生成过大的噪音。进气管和排气管将空气/气体和噪音从内工作区传送到壳体的外部。令人遗憾的是，发电站可能置于声音水平受限或不期望的区域中。在此情形下，噪音控制是期望的。
发明内容
在范围上与原来提出的发明相当的某些实施例在下文中概述。这些实施例不旨在限制提出的发明的范围，而相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与下文所述实施例相似或不同的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括构造成安装在发电单元的空气进气口或排气口内的主动噪音控制(ANC)模块单元，其包括成形为装配在空气进气口或排气口内的ANC壳体、构造成装固在ANC壳体内的ANC核心，其包括构造成探测由发电单元生成的声音的麦克风，构造成基于来自麦克风的声音信号和一组预定噪音降低传递函数来控制噪音消除声音的控制板，以及构造成将第一噪音消除声音输送至空气进气口或排气口的第一扬声器。
在第二实施例中，一种系统包括用于在发电单元内使用的空气进气口或排气口，包括多个ANC模块单元，其中各个ANC模块单元包括成形为装配在空气进气口或排气口内的ANC壳体、构造成装固在ANC壳体内的ANC核心，其包括构造成探测由发电单元生成的声音的麦克风和构造成将噪音消除声音输送至空气进气口或排气口的扬声器，以及包括针对多个输入预定的传递函数且构造成基于从多个ANC模块单元的麦克风接收到的声音信号来控制来自多个ANC模块单元中的ANC模块单元的噪音消除声音的控制板。
在第三实施例中，一种系统包括用于在发电单元的燃烧排气口内使用的ANC模块，包括构造成探测发电单元的燃烧排气口内生成的声音的麦克风、构造成接收来自麦克风的声音信号且基于来自麦克风的声音信号和一组预定噪音降低传递函数来发送噪音消除信号的控制板，以及构造成响应于噪音消除信号来振动板或板阵列且在燃烧排气管或排气器中产生噪音消除声音的多个振动器。
技术方案1. 一种主动噪音控制系统，包括：
构造成安装在发电单元的空气进气口或排气口内的主动噪音控制模块单元，所述主动噪音控制模块单元包括：
成形为装配在所述空气进气口或排气口内的主动噪音控制壳体；
构造成装固在所述主动噪音控制壳体内的主动噪音控制核心，所述主动噪音控制核心包括：
构造成探测由所述发电单元生成的声音的麦克风；
构造成将噪音消除声音输送至所述空气进气口或排气口的扬声器；以及
构造成基于由所述麦克风探测的所述声音和一组预定噪音降低传递函数来控制所述噪音消除声音的控制板。
技术方案2. 根据技术方案1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述控制板构造成基于编程到用于所述主动噪音控制模块单元成形为装配在其中的位置的传递函数中的位置特有的特征来控制所述噪音消除声音。
技术方案3. 根据技术方案1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，主动噪音控制模块单元包括构造成支承所述主动噪音控制壳体内的所述主动噪音控制核心的波导。
技术方案4. 根据技术方案3所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述波导将穿过所述主动噪音控制模块单元的流动路径分成第一离散区域和第二离散区域，以通过所述噪音消除声音加强声音的频率范围和阻尼。
技术方案5. 根据技术方案4所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述主动噪音控制模块单元包括位于所述第二离散区域中的第二扬声器。
技术方案6. 根据技术方案5所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述第二扬声器构造成输送附加的噪音消除声音来消除第二频率范围的噪音，其中所述第一频率范围等于或至少部分不同于所述第二频率范围。
技术方案7. 根据技术方案1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述主动噪音控制核心整体集合且位于被动噪音控制挡板内，且设计成补充被动噪音控制处理，结果在于提供宽带频率衰减。
技术方案8. 根据技术方案1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述主动噪音控制壳体包括成形空气流状态的三角形、基本正方形、矩形、六边形、圆锥形、圆形、圆柱形、八边形或球形几何形状。
技术方案9. 根据技术方案1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述麦克风、控制板和扬声器构造成输送在50Hz到4000Hz之间的范围中的噪音消除声音。
技术方案10. 一种主动噪音控制系统，包括：
用于在发电单元内使用的空气进气口或排气口，其包括：
多个主动噪音控制模块单元，其中各个主动噪音控制模块单元包括：
成形为装配在所述空气进气口或排气口内的主动噪音控制壳体；
构造成装固在所述主动噪音控制壳体内的主动噪音控制核心，所述主动噪音控制核心包括：
构造成探测由所述发电单元生成的声音的麦克风；
构造成将噪音消除声音输送至所述空气进气口或排气口的扬声器；以及
控制板，其包括针对多个输入预先确定的传递函数，且构造成基于由所述多个主动噪音控制模块单元的所述麦克风探测的所述声音来控制来自所述多个主动噪音控制模块单元中的主动噪音控制模块单元的所述噪音消除声音。
技术方案11. 根据技术方案10所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述进气口或排气口包括第一隔间和第二隔间，其中所述第一隔间对应于所述发电单元的第一区段，且构造成收纳第一组所述多个主动噪音控制模块单元，其中所述第二隔间对应于所述发电单元的第二区段，且构造成收纳第二组所述多个主动噪音控制模块单元。
技术方案12. 根据技术方案10所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元串联布置，使得各个主动噪音控制模块单元沿所述声音的流连续地输送相应的噪音消除声音。
技术方案13. 根据技术方案10所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元并联布置，使得各个主动噪音控制模块单元沿所述声音的流同时地输送相应的噪音消除声音。
技术方案14. 根据技术方案10所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元中的每一个主动噪音控制模块单元均构造成阻尼特定频率范围的声音。
技术方案15. 根据技术方案14所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元中的每一个主动噪音控制模块单元均构造成阻尼相对所述多个主动噪音控制模块单元中的其余主动噪音控制模块单元的独特频率范围。
技术方案16. 根据技术方案10所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元中的第一主动噪音控制模块单元定位在第一位置，所述多个主动噪音控制模块单元中的第二主动噪音控制模块单元定位在第二位置，以及所述第一位置不同于所述第二位置。
技术方案17. 一种主动噪音控制系统，包括：
用于在发电单元的燃烧排气口内使用的主动噪音控制模块单元，所述主动噪音控制模块单元包括：
构造成探测所述发电单元的所述燃烧排气口内生成的声音的麦克风；
构造成接收来自所述麦克风的所述声音且基于来自所述麦克风的所述声音和一组预定噪音降低传递函数来发送噪音消除信号的控制板；以及
构造成响应于所述噪音消除信号来使板或板的阵列振动且在所述燃烧排气口中产生噪音消除声音的多个振动器。
技术方案18. 根据技术方案17所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述振动器经由振动器杆附接至所述板。
技术方案19. 根据技术方案17所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述麦克风和所述板构造成在高于大约250摄氏度的温度下操作。
技术方案20. 根据技术方案17所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述控制板构造成基于编程到用于所述燃烧排气口中的所述主动噪音控制模块单元的位置的传递函数中的位置特有的特征来控制所述噪音消除信号。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示附图各处相似的部分，在附图中：
图1为使用主动噪音控制(ANC)模块单元的燃气涡轮发动机系统的实施例的简图；
图2为图1的燃气涡轮发动机系统的ANC模块单元的实施例的截面侧视图；
图3为图1的燃气涡轮发动机系统的空气进气口的实施例的透视图；
图4为在图1的燃气涡轮发动机系统的空气进气口处使用ANC模块单元的管的实施例的透视图；
图5为安装在图1的燃气涡轮发动机系统的管内的流动路径中的ANC模块单元的实施例的截面视图；
图6为图1的燃气涡轮发动机系统的燃烧排气器中安装的ANC模块单元的实施例的截面视图；以及
图7为可由图1的燃气涡轮发动机系统的ANC模块单元使用的方法的流程图。
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可在说明书中不描述实际实施方式的所有特征。应当认识到的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如任何工程或设计项目中那样，必须进行许多实施方式特有的决定来实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和业务相关的约束，这可从一个实施方式到另一个不同。此外，应当认识到的是，此开发工作可能复杂且耗时，但对于受益于本公开内容的普通技术人员仍是设计、制造和生产的例行任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，词语"一"、"一种"、"该"和"所述"旨在意指存在一个或更多个元件。用语"包括"、"包含"和"具有"旨在为包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。
本公开内容的实施例包括主动噪音控制(ANC)模块单元，其可用于执行生成噪音的工业过程的系统中。ANC模块单元阻尼或减小例如离开系统的管的外部开口的噪音。ANC模块单元使用产生与由发动机和设备生成的声音异相的声音的扬声器或其它声学装置，而非仅使用被动噪音控制系统(诸如吸收性的、纤维填充的挡板或管道)。这可操作成消除或降低噪音水平，且因此系统总体更安静。ANC模块单元可独立地或共同地操作来在空间和管压力损失方面有效降低噪音。
在一些实施例中，各个模块单元均根据在各个ANC模块单元的控制板上预先限定的系统的位置特有的特征来预先编程来响应于噪音。因此，在不使用误差麦克风(errormicrophone)的情况下，ANC模块单元可消除或降低噪音。系统可包括若干ANC模块单元。ANC模块单元的组合产生跨过宽频率范围的有效噪音消除或降低。
如在下文详细所述，图1为可使用ANC模块单元的包括燃气涡轮发动机12的示例性系统10的框图。在某些实施例中，系统10可包括飞行器、船舶、火车或它们的组合。ANC模块单元还可用于其它发电单元，诸如汽轮机单元、燃烧发电单元、工业过程单元、压缩机、动力驱动单元或其它。燃气涡轮发动机12被包括在建筑墙壁或封壳2内。封壳2防护和保护燃气涡轮发动机12免于外部材料和力，且围绕涡轮壳和封壳内的其它支承构件传导空气。封壳2包括进气风口4和排气风口6。进气风口4和排气风口6中的各个均可包括多个风口和/或空气和其它气体传送入和传送出封壳2的位置。此外，进气风口4和排气风口6可包括过滤器、挡板和/或处理系统，以用于清洁用于燃气涡轮发动机12中或周围的空气。
所示燃气涡轮发动机12包括燃烧空气进气区段16和通风进气区段17来作为封壳2的进气风口4的部分。燃烧进气区段16将空气指引至燃气涡轮发动机12，同时通风进气区段17围绕燃气涡轮发动机12指引空气，例如，以冷却燃气涡轮发动机12的构件。燃气涡轮发动机12还包括压缩机18、燃烧器区段20、涡轮22和排气区段24。涡轮22经由轴26联接到压缩机18上。如箭头指出那样，空气可经由进气区段16进入燃气涡轮发动机12，且流入压缩机18中，压缩机18在空气进入燃烧器区段20之前压缩空气。来自压缩机18的压缩空气进入燃烧器27，在该处，压缩空气可在燃烧器27内与燃料混合且燃烧以驱动涡轮22。所示燃烧器区段20包括燃烧器壳体28，其围绕轴26沿周向或环形地设置在压缩机18与涡轮22之间。
热燃烧气体从燃烧器区段20流过涡轮22，以经由轴26来驱动压缩机18。例如，燃烧气体可将动力施加到涡轮22内的涡轮转子叶片上来使轴26旋转。在流过涡轮22之后，热燃烧气体可经由排气区段24内的一系列管29流出燃气涡轮发动机12。此外，如下文所述，燃烧进气区段16、通风进气区段17和燃烧排气区段24和通风排气区段25中的各个均可包括管29。燃烧气体可经过若干附加系统，诸如汽轮机、热传递系统和排气处理系统，等。此外，尽管示为在燃气涡轮发动机12下游，但在其它实施例中，排气区段24可置于任何其它噪音源或燃烧系统之后。燃气涡轮发动机12这里是系统10的一个实例，其中热燃烧气体可由于系统10内使用的相对高的温度而提供设计约束。此外，排气区段24和管29可描述为在噪音源(例如，燃气涡轮发动机12)下游，意味着在噪音源与系统10的出口之间。即，在下文中提到时，"下游"相对于噪音源描述，即使空气流(例如，在燃烧进气区段16或通风进气区段17中)与声音行进的方向相反流动。
如可认识到的那样，空气和燃料的混合物的燃烧可产生过大的噪音。此外，由压缩机区段18生成的噪音经过进气风口4和排气风口6。为了斗争由系统10产生的噪音，燃烧进气区段16、通风进气区段17、燃烧排气区段24和通风排气区段25中的各个均可包括ANC模块单元30。用于各个区段的ANC模块单元30均可针对该位置的特殊性来调整。即，如参照下图详细所述，各个区段(例如，燃烧进气区段16、通风进气区段17、燃烧排气区段24和通风排气区段25)可包括改善该特定区域中的噪音控制/消除的性能的材料和构造。ANC模块单元30可产生声音，其与系统10产生的行进穿过区段的声音反相，且因此消除和衰减从区段的出口发出的声音。流出区段的声音的特定标志可取决于许多的位置特有的特征，包括管29的几何形状、ANC模块单元30的位置、经过区段的气体的物质性质(例如，温度、压力)，等。这些位置特有的特征可被收集到传递函数中，其可硬接线到一个或更多个ANC模块单元30中。
图2为可在进气风口4内使用的ANC模块单元30的实施例的截面侧视图。ANC模块单元30包括ANC壳体32和偏流器34(即，过滤器介质、或过滤器筒、或过滤器罐)，其由中心圆锥36连接到彼此上。中心圆锥36还用于将ANC模块单元30安装在封壳2的进气风口4(例如，燃烧进气区段16或通风进气区段17)的管29内。通常，图2的中游ANC模块单元30可几乎安装在燃烧进气区段16或通风进气区段17的流动路径内，流动路径中的空气相对冷的区域中。较冷的空气/气体允许燃烧进气区段16或通风进气区段17包括流动路径，其中空气/气体穿过或围绕偏流器34和ANC壳体32流动。
ANC模块单元30置于其中的流动路径的位置特有的约束确定偏流器34(即，过滤器介质、或过滤器筒、或过滤器罐)和ANC壳体32的形状和/或位置。如图2中所示，偏流器34(即，过滤器介质、或过滤器筒、或过滤器罐)和/或ANC壳体32可具有圆柱形。此外和/或作为备选，各个偏流器34和ANC壳体32可制作成其它形状(例如，矩形、平的、正方形、三角形、六边形或其它)，以允许ANC模块单元30装配系统10内的特定位置，或提供最佳流动状态。即，ANC壳体32的形状可成形为以最小声湍流来影响空气/气体流动。ANC模块单元30的位置可由系统10内的可用空间影响。即，ANC模块单元30可约束于缺少系统10的其它构件的区域，且该空间的形状可确定ANC壳体32和偏流器34应成为的形状。此外，由ANC模块单元30产生的噪音控制的量可从一个位置到另一个位置改变，且ANC模块单元30的位置可在噪音控制的该潜在可能时受影响。
除偏流器34(即，过滤器介质、或过滤器筒、或过滤器罐)和ANC壳体32之外，图2的ANC模块单元30包括可为泡沫覆盖的ANC核心44，其装固有助于噪音控制/消除的附加构件。如下文详细所述的ANC核心44包括电子构件，以获得声音且将噪音消除声音从ANC模块单元30输送。ANC核心44还可包括泡沫结构，其通过波导46安装在内区域42内，且可包括提供最佳流动状态的三角形、基本正方形、矩形、六边形或八边形几何形状。即，ANC核心44的形状可成形为以最小声湍流来影响空气/气体流动。如图所示，波导46可将ANC核心44经由薄附件装固到ANC壳体32的内部40上，这最小化穿过ANC模块单元30的空气流的影响。在其它实施例中，波导46可更长且为翅状，使得穿过ANC壳体32的流动路径分成多个离散的区域。例如，ANC壳体32可分成两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多离散的区域。各个离散区域可尺寸确定成控制或减小特定音调的噪音或噪音频率范围。例如，与较高数目的波导46对应的较小离散区域可减小较高频率范围中的音调噪音。
图2的ANC核心44包括安装在一个或更多个位置中来控制或减小声音的一个或更多个扬声器48。如图所示，扬声器48可位于ANC模块单元30的前端38附近。在一些实施例中，前端38可为空气进入ANC模块单元30和声音离开的位置。即，在某些实施例中，声音可沿空气流的相反方向行进。例如，在图2中，空气流可从图的左侧到右侧，而声音同时可从图2的右侧行进至左侧。在特定实例中，空气流可在ANC模块单元30上沿径向经过偏流器34，偏流器34可由例如允许穿过其间的空气通路的网孔材料或任何其它材料构成。如上文所述，ANC核心44可包括波导46，其将ANC壳体32分成离散区域。例如，可存在划分ANC壳体32的两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多离散区域。替代图2中所示的前扬声器48或除其之外，各个离散区域均可包括单独的扬声器48。单独的扬声器48可产生相同的声音，或可独立地给有信号，其聚焦于进气风口4内的噪音的特定子部分。例如，定位在ANC模块单元30的一个离散区域中的扬声器48可控制或降低一个频率范围的声音，同时定位在ANC模块单元30的不同离散区段中的不同扬声器48控制或减小不同频率范围的声音。
由ANC核心44的扬声器48产生的声音由也是ANC核心44的一部分的控制板50确定。声音可产生来控制或减小由发动机12生成的在大约50Hz到大约4000Hz之间的声音。然而，在其它实施例中，产生的声音可控制或减小由发动机12生成的达到大约5000Hz、大约6000Hz、大约7000Hz、大约8000Hz或更大的频率下的声音。如下文详细所述，控制板50可将噪音消除信号发送至控制或减小来自多个范围的声音的多个扬声器48。例如，控制板50可包括基于待消除的声音按期望的单输入单输出(SISO)、单输入多输出(SIMO)、多输入单输出(MISO)或多输入多输出(MIMO)设置。
控制过滤器壳体的不同部分、位置和/或系统的不同模块可使用不同的传递函数，其可聚焦于不同频率范围。例如，通风部分声音传递函数和ANC管系统设计可针对低中频率单向优化，而燃烧部分可针对低和中频率范围下和特定高频率范围(诸如空气入口压缩机叶片经过频率和谐波)下的燃烧发动机噪音优化。控制板50编程为具有传递函数，其可数字地储存在永久或临时存储器(即，ROM或RAM存储器)，其根据ANC模块单元30的位置特有的特征和安装位置(例如，进气风口4、燃烧进气区段16、通风进气区段17等)来预先确定。例如，位置特有的特征可包括管29的几何形状布置、ANC模块单元30的位置，或周围材料(例如，管29、发动机12等)混响的潜在可能。
为了确定声音信号来输送至扬声器48，控制板50从麦克风52接收声音信号，但并不包括误差麦克风来探测ANC模块单元30下游的声音。如图2中所示，麦克风52可置于ANC核心44上，但麦克风52也可置于偏流器34上，只要扬声器48与麦克风52之间存在良好的同步和通信。扬声器48、控制板50和麦克风52可共同地表示为ANC核心44，而不论构件(即，扬声器48、控制板50和麦克风52)是否所有都位于相同的结构构件上。然而，在其它实施例中，扬声器48、控制板50和麦克风52中的一个或更多个可在与扬声器48、控制板50和麦克风52中的一个或更多个物理上不同的位置(例如，不是共同的封壳的部分)。此外，ANC模块单元30可包括多个麦克风52来探测和传送来自进气风口4内的多个位置的噪音。ANC模块单元30因此可定位成将噪音消除声音高效地输送至具有来自多个麦克风52的正确信号的正确位置。因此，系统10作为整体较安静，而不依靠大的被动噪音衰减，诸如泡沫或挡板。
图3为图1的燃气涡轮发动机系统10的进气风口4的实施例的透视图。进气风口4包括如图1中所示的燃烧进气区段16和通风进气区段17。如图3中所示，进气风口4包括具有许多的流动路径孔55的四个隔间53(用于燃烧的大区段在本实施例中由3个隔间构成，而小区段具有用于通风的1个构件)。流动路径孔55中的一个或更多个可包括上文所述的ANC模块单元30中的一个。如下文所述，各个流动路径孔55还可代表空气/气体的通路，其包括定位在通路附近的ANC模块单元30中的一个。在任一情况中，噪音从进气风口4内的噪音源传播至麦克风52，且然后至各个ANC模块单元30的扬声器48。ANC模块单元30的扬声器48基于储存在控制板50上的传递函数产生声音来控制或降低由麦克风52探测到的噪音。
与隔间53内的各个位置相关联的位置特有的特征促成储存在各个ANC模块单元30的控制板50内的传递函数。例如，一个位置的ANC模块单元30(例如，隔间53的外周上的流动路径孔55中的一个)可响应成控制一个频率范围(例如，100Hz-1500Hz或100Hz-2000Hz)中的噪音，而不同位置的ANC模块30(例如，隔间53的中心处的流动路径孔55中的一个)可响应成控制不同频率范围(例如，1500Hz-3000Hz或1000Hz-3000Hz)的噪音。附加ANC模块单元30可组合来使各个独立ANC模块单元30的频率范围进一步变窄。例如，对于三个不同的ANC模块单元30，频率范围可包括大约100Hz到1066Hz，大约1066Hz到2033Hz，以及大约2033Hz到3000Hz。可认识到的是，还可构想出频率范围的其它划分。此外，ANC模块单元30可重叠受控或减小的频率。因此，对于特定一组位置特有的特征，进气风口4总体上可完全控制或减小从系统10的封壳2内发出的噪音。
隔间53和隔间53内的流动路径孔55的尺寸和数量可调整来改善声音控制和降低。在所示实施例中，各个隔间均包括大约20个进气流动路径孔55，经由其，空气过滤且/或输送至封壳2的内部区段。燃烧进气区段16和通风进气区段17可在尺寸上类似，即，各个均包括相等数目的隔间53。在其它实施例中，燃烧进气区段16可大于或小于通风进气区段17。例如，燃烧进气区段16可包括进气风口4的四个隔间53中的三个，或进气风口4的四个隔间53中的一个。
图4是图1的系统10的进气风口4内的使用ANC模块单元30和31的管29的实施例的透视图。图4的管29可代表图3中所示的进气流动路径孔55，或可位于系统10的封壳2内的另一个位置。如图所示，ANC模块单元30分开，使得各个ANC模块单元30的麦克风52定位在一侧54上，且扬声器48定位在管29的底部56上。空气流将经由表面60进入管29，其中侧部60与侧部54直接相对，且穿过空气过滤器，ANC模块单元30和31安装在空气过滤器中。定位多个ANC模块单元30可在入口空气经过管道29时允许更精确且更高效的噪音消除。此外，ANC模块单元30的不同位置(例如，侧部54和底部56)可在总噪音消除中最有效。除所示实施例之外的其它构造也可使用。
作为一组ANC模块单元30,31的附加特征，当多个ANC模块单元30安装在管29中时，多个扬声器48可依靠单个控制板50来确定特定扬声器48的输出。即，来自ANC模块单元30和31的麦克风52可将声音信号发送至单个控制板50，这将两个噪音消除信号发送至扬声器48。控制板50可包括用于ANC模块单元30和31的各个扬声器48的单独的传递函数，或可使用用于连接到其上的扬声器48的相同传递函数。即，编程到控制板50中的预定传递函数可编程为处理来自两个麦克风52(在管29的侧部54上的ANC模块单元30和31中)的信号，以产生用于两个不同扬声器48的信号。
图5为安装在图1的燃烧进气区段16或通风进气区段17内的流动路径62(即，管或过渡件)中的ANC模块单元30的实施例的截面视图。图5中所示的该构造也可用于通风排气区段25中，然而，应当注意的是，在风口排气情况下，空气流和噪音沿相同方向移动，因此在该构造中，麦克风可在挡板实施例的上游(左)侧上，且(多个)扬声器将在实施例的右侧上。
ANC模块单元30包括安装在流动路径62内的ANC壳体32上的麦克风52。在图5的所示实施例中，ANC壳体32包围各个ANC核心44(即，扬声器48、控制板50和麦克风52)。在其它实施例中，ANC核心44的一个或更多个构件可位于较远且电子地连接到流动路径62内的构件上。扬声器48在ANC模块单元30内，扬声器48安装在ANC壳体32的内侧上，且指向流动路径62。在图5中所示的实施例中，两个扬声器安装在ANC模块单元30的内侧上，ANC模块单元30将声音传送到流动路径62中。ANC模块单元30还可包含设计成提供与其它非织造纤维填充的分音器挡板相似的提供被动消散消音的部分或区段，以覆盖比ANC提供的更宽的频率范围，且/或补充ANC提供的衰减。在其它实施例中，扬声器48可定位在其它位置处，且可包括更多扬声器。例如，ANC模块单元30可包括3、4、5、10个或更多个扬声器来消除传播穿过管的声音。图4的ANC模块单元30的优点包括安装在燃烧进气区段16或通风进气区段17的管29的中部的能力。将ANC模块单元定位在例如管29的中部内的能力允许管29的区段在一些情形中使用，例如，其中管29的侧壁不能支承ANC模块单元30，或其中管29的侧壁在防止ANC模块单元30的放置的其它结构附近。图5的ANC模块的构造还允许使用多个相似或相同的ANC模块来将空气流和声通路细分成较小通道，这允许了消散技术(非织造纤维填充的挡板区段，穿孔板)和系统的ANC部分两者更有效工作。此外，这些系统可布置成两组或更多组，其中各组均具有以并联或串联方式布置来达成更大衰减且/或聚焦于每组的特定频率范围的ANC模块。
图6为图1的燃气涡轮发动机系统10的燃烧排气区段24中安装的ANC模块单元的实施例的截面视图。相似的系统可安装在燃气涡轮发动机10的通风排气区段25内。燃烧排气区段24延续流动路径62，其从燃气涡轮发动机系统10的其它区段流过。在燃烧排气区段24中，流动路径62的空气/气体由于燃烧器27和涡轮22的流动路径中的燃烧而处于高温。燃烧气体沿流动路径62行进，进入燃烧排气区段24的排气器64，且向上传送且传送出排气器。来自系统10的声音还沿流动路径62行进，且由定位在排气器64的一侧上的麦克风52探测到。
麦克风52为ANC模块单元30的一部分，其控制和消除燃烧排气区段24的排气器64内的声音。麦克风52可由耐热材料构成，以经得起排气器64内的高温，或作用为波导来将声音从排气器传导至麦克风组件，麦克风组件位于排气器内，在温度保护环境中。此外，麦克风52可由线66连接到控制板50上，线66传送来自麦克风52的声音信号。这允许了控制板50置于离排气器64且离其中的高温一定距离。
控制板50处理来自麦克风52的声音信号，且将噪音消除信号传送至振动器49或一组振动器49，以控制或消除排气器64内的声音。来自麦克风52的信号行进穿过传递函数，传递函数基于燃烧排气区段24和排气器64的位置特有的特征。特征可包括流过排气器64的燃烧气体的温度和/或速度，排气器的长度或排气器64的其它几何特征、麦克风52和振动器49的相对位置、振动器49的数目，等。ANC模块单元30的控制板50然后将噪音消除信号传送至与ANC模块单元30相关联的振动器49或一组振动器49。振动器49可安装在排气器表面外，其中连接杆连接到至振动器49的内部振动面板上，以允许面板的声音驱动，而不使振动器驱动器暴露于可存在于排气流动路径(即，排气器)内的高温条件。
在所示实施例中，ANC模块单元30包括由线66连接到控制板50上的一组六个振动器49。振动器49不包括传统隔膜(其可由于排气器64内的高温而退化)，但改为由振动器杆69连接到板68上。板68在排气器64内振动，以产生声音，其控制和/或消除沿流动路径62向上游的声音。板68刚性地联接到振动器49的振动器杆69上，其可独立地或作为组合基于来自控制板50的信号产生声音。此外，各个振动器49和振动器杆69均可连接到独立板68上。即，图6的所示实施例可包括六个板68，各个独立的振动器49和振动器杆69各有一个。此外，排气器64可包括用于各个板68(图6中所示的实施例中的总共三个板)的两个振动器49，或用于各个板68(图6中所示的实施例中的总共两个板68)的三个振动器49。
图7为可由图1的ANC模块单元30使用来控制来自噪音源的声音的方法70的流程图。该方法70包括在麦克风52处接收72来自噪音源的声音。噪音源可为上文关于图1所述的燃气涡轮发动机12，或可为产生过大的噪音和/或声音的其它工业过程。噪音源可包括热燃烧气体和可能很难以被动泡沫或非织造纤维填充的声挡板衰减的宽范围的频率。麦克风52可接收来自噪音到达的任何位置的声音。即，麦克风52可置于离控制板50或扬声器48较远位置处。接下来，方法70包括使用传递函数来处理74声音信号。如上文所述，传递函数可容纳在ANC模块单元30的控制板50中。传递函数是硬接线的或由永久或临时存储器(ROM或RAM)数字地储存在控制板50中，且因此在处理声音信号时不使用误差麦克风。处理声音信号可包括将声音信号与编程到控制板50中的信号的表格或列表相比较。对于给定的到来的声音信号，传递函数拥有给定的结果。此外，传递函数可包括算法，其识别声音信号内的关键频率，且延迟那些信号，例如，180度异相。
方法70还包括从扬声器48生成76噪音消除声音。与麦克风52一样，扬声器48可位于离控制板50、麦克风52或两者较远。如上文参照图1-5所述，扬声器48可有利地定位在噪音源的声学下游的多个有益位置内。这允许了ANC模块单元30衰减和/或控制噪音水平，而不占据系统10的宝贵空间或容积。噪音消除信号响应于由麦克风52接收到的声音而生成，且针对ANC模块单元30安装在其中的系统10的位置特有的特征调整。在一些实施例中，噪音消除信号可仅基于来自麦克风52的声音信号、传递函数和麦克风52和扬声器48的位置特有的特征。位置特有的特征可包括系统10的几何特征。例如，噪音消除信号可基于ANC模块单元30安装在其中的管29的形状。管29可具有正方形或圆形的截面，或可在一个方向上比另一个方向上更宽。管29可具有许多弯曲或转角，或可具有直的长伸展。此外，管29可为锥形，或可在其从噪音源扩散时扩张。这些几何特征中的各个均可影响噪音消除声音的传播，且噪音消除信号将相应地生成。此外，位置特有的特征包括ANC模块单元30的各种构件的位置。例如，噪音消除信号将在扬声器48定位在管29的一侧上的情况下与其将在扬声器48定位在管29的中部中的情况下相比不同地生成。
方法70还包括从附加的扬声器48/振动器49生成76噪音消除声音。ANC模块单元30可包括许多不同的扬声器48/振动器49。扬声器48/振动器49可连接到单个控制板上，且基于从单个麦克风接收到的相同声音信号生成噪音消除声音，或可基于从多个麦克风接收到的声音信号生成噪音消除声音。此外，传递函数可单独地基于麦克风52和/或扬声器48/振动器49的各个组合的位置特有的特征来处理将由各个扬声器48/振动器49生成的声音信号。
本发明的技术效果包括系统10，其包括系统10内的ANC模块单元30，该单元30包含传递函数，传递函数已响应于系统10和ANC模块单元30的位置特有的特征来调整。传递函数允许噪音源(例如，燃气涡轮发动机12)产生的声音的消除，而不在声音离开系统10之前使用误差麦克风。ANC模块单元30因此可安装在具有空间和/或尺寸限制的系统内。
本书面描述使用了实例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种主动噪音控制系统，包括：
构造成安装在发电单元的空气进气口或排气口内的主动噪音控制模块单元，所述主动噪音控制模块单元包括：
成形为装配在所述空气进气口或排气口内的主动噪音控制壳体；
构造成装固在所述主动噪音控制壳体内的主动噪音控制核心，所述主动噪音控制核心包括：
构造成探测由所述发电单元生成的声音的麦克风；
构造成将噪音消除声音输送至所述空气进气口或排气口的扬声器；以及
构造成基于由所述麦克风探测的所述声音和一组预定噪音降低传递函数来控制所述噪音消除声音的控制板，
其中所述控制板还构造成基于编程到用于所述主动噪音控制模块单元成形为装配在其中的位置的传递函数中的位置特有的特征来控制所述噪音消除声音。
2.根据权利要求1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，主动噪音控制模块单元包括构造成支承所述主动噪音控制壳体内的所述主动噪音控制核心的波导。
3.根据权利要求2所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述波导将穿过所述主动噪音控制模块单元的流动路径分成第一离散区域和第二离散区域，以通过所述噪音消除声音加强声音的频率范围和阻尼。
4.根据权利要求3所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述主动噪音控制模块单元包括位于所述第二离散区域中的第二扬声器。
5.根据权利要求4所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述声音包括第一频率范围，所述第二扬声器构造成输送附加的噪音消除声音来消除第二频率范围的噪音，其中所述第一频率范围等于或至少部分不同于所述第二频率范围。
6.根据权利要求1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述主动噪音控制核心整体集合且位于被动噪音控制挡板内，且设计成补充被动噪音控制处理，结果在于提供宽带频率衰减。
7.根据权利要求1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述主动噪音控制壳体包括成形空气流状态的三角形、基本正方形、矩形、六边形、圆锥形、圆形、圆柱形、八边形或球形几何形状。
8.根据权利要求1所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述麦克风、控制板和扬声器构造成输送在50Hz到4000Hz之间的范围中的噪音消除声音。
9.一种主动噪音控制系统，包括：
用于在发电单元内使用的空气进气口或排气口，其包括：
多个主动噪音控制模块单元，其中各个主动噪音控制模块单元包括：
成形为装配在所述空气进气口或排气口内的主动噪音控制壳体；
构造成装固在所述主动噪音控制壳体内的主动噪音控制核心，所述主动噪音控制核心包括：
构造成探测由所述发电单元生成的声音的麦克风；
构造成将噪音消除声音输送至所述空气进气口或排气口的扬声器；以及
控制板，其包括针对多个输入预先确定的传递函数，且构造成基于由所述多个主动噪音控制模块单元的所述麦克风探测的所述声音来控制来自所述多个主动噪音控制模块单元中的主动噪音控制模块单元的所述噪音消除声音，
其中所述控制板还构造成基于编程到用于所述主动噪音控制模块单元成形为装配在其中的位置的传递函数中的位置特有的特征来控制所述噪音消除声音。
10.根据权利要求9所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述进气口或排气口包括第一隔间和第二隔间，其中所述第一隔间对应于所述发电单元的第一区段，且构造成收纳第一组所述多个主动噪音控制模块单元，其中所述第二隔间对应于所述发电单元的第二区段，且构造成收纳第二组所述多个主动噪音控制模块单元。
11.根据权利要求9所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元串联布置，使得各个主动噪音控制模块单元沿所述声音的流连续地输送相应的噪音消除声音。
12.根据权利要求9所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元并联布置，使得各个主动噪音控制模块单元沿所述声音的流同时地输送相应的噪音消除声音。
13.根据权利要求9所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元中的每一个主动噪音控制模块单元均构造成阻尼特定的频率范围的声音。
14.根据权利要求13所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元中的每一个主动噪音控制模块单元均构造成阻尼相对所述多个主动噪音控制模块单元中的其余主动噪音控制模块单元而独特的频率范围的声音。
15.根据权利要求9所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述多个主动噪音控制模块单元中的第一主动噪音控制模块单元定位在第一位置，所述多个主动噪音控制模块单元中的第二主动噪音控制模块单元定位在第二位置，以及所述第一位置不同于所述第二位置。
16.一种主动噪音控制系统，包括：
用于在发电单元的燃烧排气口内使用的主动噪音控制模块单元，所述主动噪音控制模块单元包括：
构造成探测所述发电单元的所述燃烧排气口内生成的声音的麦克风；
构造成接收来自所述麦克风的所述声音且基于来自所述麦克风的所述声音和一组预定噪音降低传递函数来发送噪音消除信号的控制板；以及
构造成响应于所述噪音消除信号来使板或板的阵列振动且在所述燃烧排气口中产生噪音消除声音的多个振动器，
其中所述控制板还构造成基于编程到用于所述燃烧排气口中的所述主动噪音控制模块单元的位置的传递函数中的位置特有的特征来控制所述噪音消除信号。
17.根据权利要求16所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述振动器经由振动器杆附接至所述板。
18.根据权利要求16所述的主动噪音控制系统，其特征在于，所述麦克风和所述板构造成在高于250摄氏度的温度下操作。
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