DE102017126980A1

DE102017126980A1 - System und Verfahren zur Fluidakustikbehandlung

Info

Publication number: DE102017126980A1
Application number: DE102017126980.0A
Authority: DE
Inventors: Eric YuHang Fung; Richard Lynn Loud; Valery Ivanovich Ponyavin; Dinesh Venugopalsetty; Dariusz Nowak; Michal Tadeusz BIALKOWSKI
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN108071488A; US20180135515A1

Abstract

[0071] Eine Akustikbehandlungsanordnung weist einen Fluiddurchgang und ein erstes Paneel auf, das innerhalb des Fluiddurchgangs angeordnet ist. Zusätzlich ist wenigstens ein Teil einer Fluidströmung durch die Akustikbehandlungsanordnung dazu eingerichtet, über eine erste mikroperforierte Oberfläche des ersten Paneels zu strömen. Außerdem enthält das erste Paneel wenigstens ein Modul und jedes Modul von dem wenigstens einen Modul enthält die erste mikroperforierte Oberfläche und eine jeweilige Rückfläche, die versetzt von der ersten mikroperforierten Oberfläche entgegengesetzt der Fluidströmung über der ersten mikroperforierten Oberfläche ist. Die erste mikroperforierte Oberfläche und die Rückfläche bilden eine erste Ausnehmung, die dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines ersten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand bezieht sich auf Turbinensysteme, wie etwa ein System und ein Verfahren zum Anordnen von Paneelen, um mit den Turbinensystemen zusammenhängende Geräusche zu dämpfen.
Turbinensysteme erzeugen während des Betriebs im Allgemeinen laute und störende Geräusche. Die Geräusche können von vielen verschiedenen Teilen des Turbinensystems, vom Lufteinlasssystem bis zu dem Auslassdiffusor emittiert werden. Es ist wünschenswert, die in diesen Turbinensystemen erzeugten Geräusche zu dämpfen oder zu reduzieren, jedoch können Lösungen schwer, teuer, groß sein oder einen signifikanten Druckverlust im System erzeugen. Unterschiedliche Turbinensysteme erzeugen unterschiedliche akustische Profile, jedoch können existierende Lösungen nicht einfach modifiziert oder an diese Unterschiede angepasst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bestimmte Ausführungsbeispiele, die mit dem Bereich der ursprünglich beanspruchten Erfindung übereinstimmen, sind nachfolgend zusammengefasst. Diese Beispiele sind nicht dazu bestimmt, den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung zu beschränken, sondern vielmehr sind diese Ausführungsbeispiele dazu bestimmt, nur eine kurze Zusammenfassung von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung bereitzustellen. Tatsächlich kann die Erfindung eine Vielfalt von Formen umfassen, die ähnlich sein können oder verschieden sein können von den Ausführungsbeispielen, die nachfolgend erläutert werden.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel enthält eine Akustikbehandlungsanordnung einen Fluiddurchgang und ein erstes Paneel, das innerhalb des Fluiddurchgangs angeordnet ist. Außerdem ist zumindest ein Teil einer Fluidströmung durch die Akustikbehandlungsanordnung dazu eingerichtet, über eine erste mikroperforierte Oberfläche des ersten Paneels zu strömen. Außerdem enthält das erste Paneel wenigstens ein Modul und jedes Modul des wenigstens einen Moduls enthält die erste mikroperforierte Oberfläche und eine jeweilige Rückfläche, die versetzt ist von der ersten mikroperforierten Oberfläche entgegengesetzt zur Fluidströmung über die erste mikroperforierte Oberfläche. Die erste mikroperforierte Oberfläche und die Rückfläche bilden eine erste Ausnehmung, die dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines ersten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Akustikbehandlungsanordnung kann es vorteilhaft sein, dass das erste Paneel aufweist: ein erstes Modul, aufweisend einen ersten Perforationsdurchmesser der Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche des ersten Moduls, einen ersten Perforationszwischenraum unter den Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche des ersten Moduls, einen ersten Versatzabstand zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche des ersten Moduls und eine erste Rückfläche des ersten Moduls, und die erste Ausnehmung; und ein zweites Modul, aufweisend einen zweiten Perforationsdurchmesser der Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche des zweiten Moduls, einen zweiten Perforationszwischenraum unter den Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche des zweiten Moduls, einen zweiten Versatzabstand zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche des zweiten Moduls und einer zweiten Rückfläche des zweiten Moduls, und eine zweite Ausnehmung, die dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen; wobei der erste Perforationsdurchmesser verschieden ist von dem zweiten Perforationsdurchmesser und/oder der erste Perforationszwischenraum verschieden ist vom zweiten Perforationszwischenraum und/oder der erste Versatzabstand verschieden ist vom zweiten Versatzabstand.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Akustikbehandlungsanordnung kann es vorteilhaft sein, dass das wenigstens eine Modul im Wesentlichen aus der ersten mikroperforierten Oberfläche, der Rückfläche und einer Stützstruktur besteht, die zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche und der jeweiligen Rückfläche angeordnet ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Akustikbehandlungsanordnung kann es vorteilhaft sein, dass die Akustikbehandlungsanordnung ein zweites Paneel aufweist, das innerhalb des Fluiddurchgangs angeordnet ist, wobei das zweite Paneel eine zweite mikroperforierte Oberfläche und eine zweite Rückfläche aufweist, die versetzt ist von der zweiten mikroperforierten Oberfläche entgegengesetzt der Fluidströmung über die zweite mikroperforierte Oberfläche.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Akustikbehandlungsanordnung kann es vorteilhaft sein, dass die erste mikroperforierte Oberfläche eine geriffelte Oberfläche aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Akustikbehandlungsanordnung kann es vorteilhaft sein, dass das erste Paneel eine Stützstruktur aufweist, die zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche und der jeweiligen Rückfläche angeordnet ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Akustikbehandlungsanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der Fluiddurchgang mit einem Einlass eines Gasturbinensystems oder einem Auslass des Gasturbinensystems verbunden ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Akustikbehandlungsanordnung kann es vorteilhaft sein, dass das erste Paneel dazu eingerichtet ist, eine akustische Energie der Fluidströmung durch die Akustikbehandlungsanordnung zu reduzieren.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel weist ein Akustikpaneel ein erstes Modul aufweisend eine erste mikroperforierte Oberfläche und eine erste Rückfläche auf. Die erste mikroperforierte Oberfläche ist mit einem ersten Abstand von der ersten Rückfläche versetzt, eine erste Ausnehmung ist zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche und der ersten Rückfläche gebildet und die erste Ausnehmung ist dazu eingerichtet, eine Resonanz innerhalb eines ersten Frequenzbereichs von einer Fluidströmung zu begünstigen. Zusätzlich enthält ein zweites Modul eine zweite mikroperforierte Oberfläche und eine zweite Rückfläche, wobei die zweite mikroperforierte Oberfläche mit einem zweiten Abstand von der zweiten Rückfläche versetzt ist, wobei der erste Abstand verschieden ist von dem zweiten Abstand, eine zweite Ausnehmung zwischen der zweiten mikroperforierten Oberfläche und der zweiten Rückfläche gebildet ist und die zweite Ausnehmung dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Akustikpaneels kann es vorteilhaft sein, dass die erste mikroperforierte Oberfläche einen ersten Perforationsdurchmesser aufweist, die zweite mikroperforierte Oberfläche einen zweiten Perforationsdurchmesser aufweist und der erste Perforationsdurchmesser verschieden ist von dem zweiten Perforationsdurchmesser.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Akustikpaneels kann es vorteilhaft sein, dass die erste mikroperforierte Oberfläche einen ersten Perforationszwischenraum unter den Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche aufweist, die zweite mikroperforierte Oberfläche einen zweiten Perforationszwischenraum unter den Perforationen der zweiten mikroperforierten Oberfläche aufweist und der erste Perforationszwischenraum verschieden ist von dem zweiten Perforationszwischenraum.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Akustikpaneels kann es vorteilhaft sein, dass eine offene Fläche sowohl von der ersten mikroperforierten Oberfläche als auch der zweiten mikroperforierten Oberfläche weniger als 10% der jeweiligen Flächen der ersten mikroperforierten Oberfläche und der zweiten mikroperforierten Oberfläche ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Akustikpaneels kann es vorteilhaft sein, dass das erste Modul stromaufwärts von dem zweiten Modul relativ zu einer Fluidströmung über die erste mikroperforierte Oberfläche und die zweite mikroperforierte Oberfläche angeordnet ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Akustikpaneels kann es vorteilhaft sein, dass das Akustikpaneel aufweist: ein drittes Modul aufweisend eine dritte mikroperforierte Oberfläche und eine dritte Rückfläche, wobei die dritte mikroperforierte Oberfläche um einen dritten Abstand von der dritten Rückfläche versetzt ist und die dritte Rückfläche der ersten Rückfläche des ersten Moduls zugewandt ist; und ein viertes Modul aufweisend eine vierte mikroperforierte Oberfläche und eine vierte Rückfläche, wobei die vierte mikroperforierte Oberfläche um einen vierten Abstand von der vierten Rückfläche versetzt ist, wobei die vierte Rückfläche der zweiten Rückfläche des zweiten Moduls zugewandt ist, und wobei der dritte Abstand verschieden ist von dem vierten Abstand.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Akustikpaneels kann es vorteilhaft sein, dass der dritte Abstand der erste Abstand ist und der vierte Abstand der zweite Abstand ist.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Akustikpaneels das Installieren eines ersten Moduls innerhalb des Akustikpaneels. Das erste Modul enthält eine erste mikroperforierte Oberfläche und eine erste Rückfläche, die um einen ersten Abstand von der ersten mikroperforierten Oberfläche versetzt ist, um eine erste Ausnehmung zu bilden. Das Verfahren umfasst auch das Installieren eines zweiten Moduls innerhalb des Akustikpaneels stromabwärts von dem ersten Modul relativ zu einer Luftströmung über das Akustikpaneel. Zusätzlich weist das zweite Modul eine mit der ersten mikroperforierten Oberfläche koplanare mikroperforierte Oberfläche und eine zweite Rückfläche auf, die um einen zweiten Abstand von der zweiten mikroperforierten Oberfläche versetzt ist, um eine zweite Ausnehmung zu bilden. Außerdem ist der erste Abstand verschieden von dem zweiten Abstand oder die erste mikroperforierte Oberfläche ist verschieden von der zweiten mikroperforierten Oberfläche.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren umfasst: Ermitteln einer akustischen Signatur der Fluidströmung über das Akustikpaneel während des Betriebs des Gasturbinensystems; Auswählen der ersten mikroperforierten Oberfläche und/oder des ersten Abstands basierend zumindest zum Teil auf der akustischen Signatur der Fluidströmung, wobei das erste Modul dazu eingerichtet ist, die akustische Signatur der Fluidströmung für einen ersten Frequenzbereich der akustischen Signatur mittels Resonanz innerhalb der ersten Ausnehmung zu dämpfen; und Auswählen der zweiten mikroperforierten Oberfläche und/oder des zweiten Abstandes basierend zumindest zum Teil auf der akustischen Signatur der Fluidströmung, wobei das zweite Modul dazu eingerichtet ist, die akustische Signatur der Fluidströmung für einen zweiten Frequenzbereich der akustischen Signatur mittels Resonanz innerhalb der zweiten Ausnehmung zu dämpfen, wobei der zweite Frequenzbereich verschieden ist von dem ersten Frequenzbereich.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren das Installieren des ersten Moduls und des zweiten Moduls ohne ein Füllmaterial umfasst, das zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche und der ersten Rückfläche oder zwischen der zweiten mikroperforierten Oberfläche und der zweiten Rückfläche angeordnet ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die erste mikroperforierte Oberfläche und/oder die zweite mikroperforierte Oberfläche eine geriffelte mikroperforierte Oberfläche aufweist.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden werden, wenn die nachfolgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen darstellen, wobei:

1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Gasturbinensystems ist, aufweisend einen Lufteinlassbereich mit einer Akustikbehandlungsanordnung;
2 eine teilgeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Akustikbehandlungsanordnung aus 1 ist;
3 eine Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Moduls eines Paneels der Akustikbehandlungsanordnung mit einer mikroperforierten Oberfläche ist;
4 eine Detailansicht der mikroperforierten Oberfläche aus 3 entlang der Linie 4-4 ist;
5 eine Querschnittsansicht von oben nach unten entlang der Linie 5-5 aus 2 eines Ausführungsbeispiels eines modularen mikroperforierten Paneels ist;
6 eine graphische Darstellung eines Einlassgeräuschleistungsniveauprofils eines Turbinensystems ist;
7 eine graphische Darstellung eines Geräuscheinsatzverlustes ist, der mit einem oder mehreren Paneelen der Akustikbehandlungsanordnung zusammenhängt; und
8 ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Installieren von mikroperforierten Paneelen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein oder mehrere spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben. In einem Versuch, eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele bereitzustellen, können nicht alle Merkmale einer aktuellen Implementierung in der Beschreibung beschrieben werden. Es sollte verstanden werden, dass in der Entwicklung von irgendeiner solchen aktuellen Implementierung, wie in jedem Ingenieur- oder Designprojekt, eine Vielzahl von implementierungsabhängigen Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa die Übereinstimmung mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Bedingungen, die von einer Implementierung zu einer anderen variieren können. Außerdem sollte es verstanden werden, dass eine solche Entwicklungsanstrengung komplex und zeitraubend sein kann, jedoch nichtsdestoweniger eine Routineunternehmung der Ausgestaltung, Fabrikation und Herstellung für Durchschnittsfachleute ist, die von dieser Offenbarung profitieren.
Wenn Elemente von verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sind die bestimmten und unbestimmten Artikel wie „ein/eine/einer“, „der/die/das“ und „dieser/diese/dieses“ dazu bestimmt zu bedeuten, dass ein oder mehrere dieser Elemente vorhanden sind. Die Ausdrücke „aufweisend“, „enthaltend“ und „mit“ sind dazu bestimmt, inklusiv zu sein und bedeuten, dass zusätzliche andere als die aufgelisteten Elemente vorhanden sein können.
Vorliegende Ausführungsbeispiele sind auf Turbinensysteme und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Anordnen von modularen Paneelen gerichtet, um Geräusche zu dämpfen, die mit der Strömung eines Fluids innerhalb der Turbinensysteme in Zusammenhang stehen. Ein oder mehrere modulare Paneele können in einer Akustikbehandlungsanordnung angeordnet sein, die in einem Fluidpfad (z.B. Lufteinlass, Abgasauslass) angeordnet sein kann. Eine modulare Akustikbehandlungsanordnung hat verschiedene wünschenswerte Eigenschaften. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die modularen Paneele anpassbar, um bestimmte Frequenzbereiche zu reduzieren, die durch das Turbinensystem erzeugt werden. Die modularen Paneele können auch weniger wiegen als traditionelle Paneele mit Füllung (z.B. Absorptionseinfüllmaterial für laute Geräusche), so dass das Konstruieren und Anpassen der modularen Paneele die Kosten gegenüber traditionellen Paneelen reduzieren kann. Außerdem können Mikroperforationen der modularen Paneele Geräusche mit einer reduzierten Auswirkung auf den Druckverlust über das Paneel mindern, verglichen mit einem traditionellen Abschirmpaneel.
In Übereinstimmung mit vorliegenden Ausführungsbeispielen ist eine Akustikbehandlungsanordnung dazu eingerichtet, die Geräusche von einem Gasturbinensystem mit modularen mikroperforierten Paneelen zu reduzieren. Der Einfachheit halber werden Ausführungsbeispiele der Akustikbehandlungsanordnung, die mit Bezug auf die Figuren beschrieben werden, als eine Akustikbehandlungsanordnung zum Dämpfen oder Reduzieren von Geräuschen in einem Einlasssystem einer Gasturbine bezeichnet. Jedoch sollte es beachten werden, dass die Akustikbehandlungsanordnung auch dazu eingerichtet sein kann, Geräusche in dem Abgassystem einer Gasturbine oder in einem anderen System zu dämpfen.
Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen ist 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Gasturbinensystems 10 mit einem Lufteinlassbereich 11. Die vorliegende Offenbarung kann sich auf irgendein Turbomaschinensystem beziehen und das hierin beschriebene Gasturbinensystem 10 beschränkt nicht den Bereich, auf den sich die vorliegende Offenbarung bezieht. Ein Turbomaschinensystem kann sich auf irgendein System beziehen, das die Übertragung von Energie zwischen einem Rotor und einem Fluid oder umgekehrt beinhaltet und das veranschaulichte Gasturbinensystem 10 ist nur dazu bestimmt, als eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Turbomaschinensystems 10 zu dienen.
Das Gasturbinensystem 10 enthält einen Lufteinlassbereich 11, einen Kompressor 22, eine oder mehrere Turbinenbrennkammern 30 und eine Turbine 32. Luft 12 strömt von außerhalb des Turbinensystems 10 in einen Einlassfilter 14, der mit einem Kanalsystem 16 verbunden ist. Das Gasturbinensystem 10 zieht die Luft 12 durch eine Akustikbehandlungsanordnung 18 und zieht die Luft 12 dann in den Kompressor 22. Der Kompressor 22 komprimiert die Luft 12, wobei der Druck und die Temperatur der Luft 12 erhöht werden und lenkt die Luft 12 zu der einen oder den mehreren Brennkammern 30.
Jede der einen oder der mehreren Turbinenbrennkammern 30 kann eine Brennstoffdüse 26 aufweisen, die einen flüssigen Brennstoff und/oder gasförmigen Brennstoff, wie etwa Erdgas oder Synthesegas, in die jeweilige Turbinenbrennkammer 30 leitet. Jede Turbinenbrennkammer 30 kann mehrere Brennstoffdüsen 26 aufweisen. Die eine oder die mehreren Turbinenbrennkammern 30 zünden und verbrennen ein Luft-Brennstoff-Gemisch und führen dann die heißen unter Druck stehenden Verbrennungsgase (z.B. Abgas) in die Turbine 32. Turbinenschaufeln sind mit einer Welle 24 verbunden, die mit verschiedenen anderen Komponenten durchgehend durch das Gasturbinensystem 10 verbunden sein kann. Wenn die Verbrennungsgase durch die Turbinenschaufeln in der Turbine 32 hindurch gelangen, wird die Turbine 32 in Rotation versetzt, was die Welle 24 dazu veranlasst, zu rotieren. Eventuell verlassen die Verbrennungsgase das Turbinensystem 10 mittels eines Abgasauslasses 34. Außerdem kann die Welle 24 mit einer Last 36 verbunden sein, die mittels der Rotation der Welle 24 mit Leistung versorgt wird. Zum Beispiel kann die Last 36 irgendeine geeignete Einrichtung sein, die Leistung mittels der Rotationsabgabe des Turbinensystems 10 erzeugen, wie etwa ein Kraftwerk oder eine externe mechanische Last. Zum Beispiel kann die Last 36 einen elektrischen Generator, einen Propeller eines Flugzeugs, usw. aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Welle 24 den Kompressor 22 antreiben.
Fluide des Turbinensystems 10 können eine laute und störende Menge an Geräuschen 20 verursachen, die von irgendeinem Teil des Turbinensystems 10 ausgehen, wenn die Fluide sich durch das Turbinensystem 10 bewegen. Zum Beispiel können hohe Fluidgeschwindigkeiten durch den Lufteinlassbereich 11 und/oder große Volumen von Fluiden durch den Abgasauslass Geräusche 20 verursachen, die von dem Turbinensystem 10 ausgehen, solange sie nicht anderweitig abgeschwächt werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Geräusche 20 in dem Lufteinlassbereich 11 von dem Kompressor 22 in 1 gezeigt. Die Akustikbehandlungsanordnung 18 ist dazu eingerichtet, die Geräusche 20 zu reduzieren, die durch den Lufteinlassbereich des Turbinensystems 10 fortschreiten. Wie veranschaulicht, kann die Akustikbehandlungsanordnung 18 entlang eines Luftpfades 71 der Luft 12 in das Turbinensystem 10 angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Akustikbehandlungsanordnung 18 mit einer mikroperforierten Oberfläche, wie es hierin beschrieben ist, den Druckverlust der Luft 12 durch die Akustikbehandlungsanordnung 18 relativ zu traditionellen Lufteinlässen reduzieren oder eliminieren, wodurch die Effizienz des Turbinensystems 10 erhöht wird.
Obwohl die vorliegende Offenbarung sich auf Luft 12 bezieht, die durch das Turbinensystem 10 strömt, versteht es sich, dass in dem Gedanken der vorliegenden Offenbarung irgendein anderes Fluidgeräusch gedämpft werden könnte. Das Fluid kann aufweisen, ist aber nicht beschränkt auf Umgebungsluft aus der Umgebung, Sauerstoff, Sauerstoff angereicherte Luft, Sauerstoff reduzierte Luft, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid oder andere Gase oder Fluide. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf Geräusche 20 von dem Turbinensystem 10, aber es ist auch zu verstehen, dass in dem Gedanken der vorliegenden Offenbarung die Geräusche 20 sich auf irgendwelche unerwünschte akustische Energie beziehen könnte, die von dem Turbinensystem 10 ausgeht.
2 ist eine teilgeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Akustikbehandlungsanordnung 18 aus 1. Bei der veranschaulichten Ausführungsform bewegt sich die Luft 12 in die Akustikbehandlungsanordnung 18 von einem Einlassende 41 zu einem Auslassende 42 entlang des Luftpfades 71. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Luftpfad 71 entlang einer Richtung ähnlich zu einer Richtung 64. Mehrere Paneele 72 bilden Durchgänge 70 des Luftpfades 71 entlang der Länge 78 sowohl der Paneele 72 als auch der Durchgänge 70. Zwei Paneele 72 können einander zugewandt sein auf entgegengesetzten Seiten der Durchgänge 70. Die Durchgänge 70 können auch eine Durchgangsbreite 76 aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Durchgänge 70 parallel und erstrecken sich in die Richtung 64. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann die Akustikbehandlungsanordnung 18 einen Querschnitt aufweisen, der rechteckig ist, kreisförmig ist, dreieckförmig ist oder irgendeine andere geeignete Form für das Hindurchbewegen für die Luft 12 hat.
Mehrere Paneele 72 können entlang einer Richtung 66 angeordnet sein. Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel vier Paneele 72 zeigt, kann eine unterschiedliche Anzahl, wie etwa ein, zwei, drei oder mehr Paneele 72 vorhanden sein. Die Paneele 72 sind durch ein Gehäuse 74 umgeben, das die obere und untere Fläche von allen Paneelen 72, sowie auch die Außenflächen der Paneele 72, die an den Seiten 40 der Akustikbehandlungsanordnung 18 angeordnet sind, umschließt. Die Einlässe zu den Durchgängen 70 der Akustikbehandlungsanordnung 18 sind in einer Ebene, die durch die Richtungen 62 und 66 gebildet sind.
Wie es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist, kann die Akustikbehandlungsanordnung 18 Paneele 72 aufweisen, die unterschiedliche Paneelbreiten 77 haben. Ein doppelseitiges Paneel 75 kann eine Paneelbreite 77 haben, die näherungsweise doppelt so groß ist, wie die Paneelbreite 77 eines einseitigen Paneels 73. Das doppelt so dicke Paneel 75 kann aus zwei einseitigen Paneelen 73 mit einer gemeinsamen Rückfläche oder aus zwei einseitigen Paneelen 73 mit Rückflächen gebildet sein, die miteinander befestigt sind, so dass jede Seite des doppelseitigen Paneels 75 eine mikroperforierte Oberfläche 68 hat. Die einseitigen Paneele 73 können an jeder Seite 40 der Akustikbehandlungsanordnung 18 angeordnet sein. Zusätzlich können die einseitigen Paneele 73 eine schmalere Breite 77 als die doppelseitigen Paneele 75 haben. Außerdem können die einseitigen Paneele 73 nur eine einzige mikroperforierte Oberfläche 68 haben, weil die andere Seite des einseitigen Paneels 73 befestigt ist mit oder gebildet ist aus dem Gehäuse 74. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Paneele 72 parallel und erstrecken die Paneellänge 78 entlang der Richtung 74.
Paneele 72 können wenigstens eine mikroperforierte Oberfläche 68 haben. Die mikroperforierten Oberflächen 68, die nachfolgend genauer beschrieben werden, haben allgemein kleine Öffnungen in der Größe von Millimetern (mm), die es den Geräuschen 20 und einer geringen Menge von Luft 12 ermöglichen, in das Innere des Paneels 72 zu gelangen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann die Öffnung einen Durchmesser von 0,1, 0,5, 1, 3, 5 oder 10 mm oder irgendeinen anderen Durchmesser haben, der geeignet ist, die Geräusche 20 zu dämpfen. Außerdem kann der Durchmesser der Öffnung bei bestimmten Ausführungsbeispielen zwischen 1 und 3 mm, zwischen 0,5 und 5 mm, zwischen 0,1 und 10 mm oder irgendein anderer geeigneter Bereich zum Dämpfen der Geräusche 20 sein. Wie es hierin beschrieben ist, kann eine Oberfläche in einigen Ausführungsbeispielen als mikroperforiert klassifiziert sein, wenn ein durch die Perforationen durch die Oberfläche gebildeter offener Bereich kleiner ist als ein gewisser Prozentsatz der Gesamtfläche der Oberfläche. Der Prozentsatz kann 0,5%, 1%, 5%, 10% oder irgendein anderer geeigneter Prozentsatz zum Dämpfen der Geräusche 20 sein. Zusätzlich hat die mikroperforierte Oberfläche bei einigen Ausführungsbeispielen einen Prozentsatz des offenen Bereiches von weniger als 0,5%, zwischen 0,5% und 10%, zwischen 1% und 5% oder in irgendeinem anderen geeigneten Bereich zum Dämpfen der Geräusche 20. Im Unterschied dazu können mit Abdeckungen hergestellte traditionelle Paneele größere Perforationen haben, die einen großen offenen Bereich bilden. Verglichen mit den mikroperforierten Paneelen 72, haben Abschirmpaneele eine größere Oberflächenrauigkeit, wodurch ein größerer Druckverlust in der Luft 12 verursacht wird.
Außerdem sind Aschirmpaneele traditionell mit einem schweren Füllmaterial hergestellt, um die Geräusche 20 über dem Paneel 72 durch Geräuschabsorption zu reduzieren. Die mikroperforierten Paneele 72 arbeiten auf unterschiedlichen Prinzipien der Geräuschdämpfung und können ohne eine Faserfüllung sein, so dass die mikroperforierten Paneele 72 leichter sind und sich einfacher bewegen lassen als traditionelle Abschirmpaneele. Insbesondere reduzieren die mikroperforierten Paneele 72 Geräusche 20 durch Begünstigung der Resonanz innerhalb einer oder mehrerer Ausnehmungen, wie es nachfolgend weiter erläutert ist. Die Konfiguration (z.B. Größe, Anordnung) der Perforationen durch die mikroperforierten Paneele 72 und die Konfiguration (z.B. Tiefe, Volumen, Länge) von einer oder mehreren Ausnehmungen innerhalb der mikroperforierten Paneele 72 kann die Resonanz innerhalb der einen oder mehreren Ausnehmungen fördern, wodurch die Geräusche 20 gedämpft werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die mikroperforierten Paneele 72 ein Füllmaterial haben (z.B. faserförmiges Material, Watte) und daher mit Geräuschdämpfungstechniken sowohl durch Absorption als auch durch Resonanz arbeiten.
Zusätzlich können Paneele 72 aus mehreren kleinen Einheiten, die als Module 80 bekannt sind, konstruiert werden, wie es detailliert nachfolgend erläutert ist. Die Module 80 haben mikroperforierte Oberflächen 68 und sind entlang des Luftpfades 71 angeordnet, so dass die Luft 12 in der Richtung 64 über die mehreren Module 80 vorbeiziehen kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen haben die Module 80 unterschiedliche Geräuschdämpfungseigenschaften, was nachfolgend weiter erläutert ist, die jedes Modul konfigurieren können, Geräusche 20 mit Bezug zu anderen Modulen unterschiedlich zu dämpfen.
3 ist eine Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Moduls 80 des Paneels 72 mit einer mikroperforierten Oberfläche 68. Das Modul 80 hat auch eine Rückfläche 84 und kann einen oder mehrere Strukturstützen 86 zwischen der mikroperforierten Oberfläche 68 und der Rückfläche 84 haben. Die mikroperforierte Oberflächen 68 und die Rückfläche 84 sind voneinander in der Richtung 66 versetzt, um eine Ausnehmung 85 zu bilden. Bei einigen Ausführungsbeispielen unterteilen die eine oder die mehreren Strukturstützen 86 die Ausnehmung 85. Eine Luftausnehmungsdicke 88 der Ausnehmung 85 ist als Innenabstand zwischen der mikroperforierten Oberfläche 68 und der Rückfläche 84 veranschaulicht. Die mikroperforierte Oberfläche 68 hat eine mikroperforierte Plattendicke 89. Gleichermaßen hat die Rückfläche 84 eine Rückplattendicke 90. Sowohl die mikroperforierte Plattendicke 89 als auch die Rückplattendicke 90 erstrecken sich in die Richtung 66.
Der eine oder die mehreren Strukturstützen 86 können unter anderem in der Gestalt von hexagonalen Prismen, dreieckförmigen Prismen, Würfeln, Zylindern oder wellenförmigen Leitblechen ausgeführt sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die mehreren Strukturstützen 86 miteinander verbunden, um die mikroperforierte Oberflächen 68 an den jeweils gewünschten Stellen zu halten. Zusätzlich oder alternativ kann jede Strukturstütze 86 separat an einer gewünschten Stelle platziert werden. Die eine oder mehreren Strukturstützen 86 können eine Strukturstützlänge 83 haben und können die bestimmte Luftausnehmungsdicke 88 zwischen der mikroperforierten Oberfläche 68 und der Rückfläche 84 aufrecht erhalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen können sich wiederholende dreidimensionale Einheiten der Strukturstütze 86 eine Mehrzahl von Kammern 87 innerhalb der Ausnehmung 85 bilden, die die Dämpfung von Geräuschen 20 ermöglicht, wie etwa durch Absorption oder Dissipation. Die Kammern 87 können in einer Wabenstruktur (z.B. wobei benachbarte Reihen von Strukturen versetzt und/oder verzahnt sind) oder anderen Strukturen angeordnet sein, die Kompressions- oder Schwerkräfte zwischen Oberflächen des Moduls 80 effektiv minimieren. Die anderen Strukturen, in denen die Kammern 87 angeordnet sein können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Gitter, Mosaike, würfelförmige Strukturen oder andere geeignete Strukturen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Module 80 eine zweite mikroperforierte Oberfläche 69 haben. Die zweite mikroperforierte Oberfläche 69 kann parallel zu der ersten mikroperforierten Oberfläche 68 und in der Richtung 66 von der ersten mikroperforierten Oberfläche 68 versetzt sein, um eine zweite Ausnehmung 93 mit einer zweiten Luftausnehmungsdicke 91 zu bilden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können zusätzliche Strukturstützen zwischen der mikroperforierten Oberfläche 68 und der zweiten mikroperforierten Oberfläche 69 angeordnet sein. Wie es gezeigt ist, unterteilen die Strukturstützen 81 die zweite Ausnehmung 93. Die Strukturstützen 81 sind in der Gestalt von Zylindern, können aber irgendeine Form oder Anordnung, wie vorstehend beschrieben, haben. Außerdem können bei einigen Ausführungsbeispielen zusätzliche mikroperforierte Oberflächen 69 auf und versetzt zu der mikroperforierten Oberfläche 68 angeordnet sein. Es kann irgendeine Anzahl (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr) von mikroperforierten Oberflächen 69 im Wesentlichen parallel zu der mikroperforierten Oberfläche 68 und versetzt in der Richtung 66 von der mikroperforierten Oberfläche 68 angeordnet sein, solange die Geräusche 20 wunschgemäß gedämpft werden. Insbesondere kann das Anordnen von mehreren Lagen von mikroperforierten Oberflächen 69, mit oder ohne zwischen ihnen angeordneten Strukturstützen, die Geräusche 20 auf eine gewünschte Weise durch Bilden von mehr Resonanzkammern dämpfen, wie es nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben ist. Das heißt, die Resonanzkammern in den Ausnehmungen, die durch die mehreren Lagen von mikroperforierten Oberflächen eines Moduls 80 gebildet sind, können das Modul in die Lage versetzen, die Geräusche 20 für mehrere Frequenzbereiche zu dämpfen.
4 veranschaulicht eine Detailansicht einer mikroperforierten Oberfläche 68 entlang der Linie 4-4 aus 3. Die mikroperforierte Oberfläche 68 hat Mikroperforationen 94, die jeweils einen Lochdurchmesser 92 haben. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die mikroperforierte Oberfläche 68 Mikroperforationen 94 mit verschiedenen Lochdurchmessern 92 haben. Zum Beispiel können bestimmte Reihen von Mikroperforationen 94 einen ersten Lochdurchmesser 92 und wechselweise Reihen von Mikroperforationen 94 können einen zweiten, größeren Lochdurchmesser 92 haben. Jede von der Luftausnehmungsdicke 88, den Plattendicken 89 und 90 und der Lochdurchmesser 92 für ein Modul 80 kann an die Anforderungen angepasst werden, um unterschiedliche Geräuschdämpfungseigenschaften zu erreichen, die zu der Geräuschdämpfung der Akustikbehandlungsanordnung 18 beitragen. Zusätzliche Eigenschaften, die Anwendungsangepasst werden können, um Geräusche zu dämpfen, umfassen die Durchgangsbreite 76, die Paneelbreite 77, die Paneellänge 78, die Strukturstützlänge 83, die Form der Strukturstütze 86, das Material der Strukturstütze 86, die Position der Strukturstütze 86, die Abwesenheit von Füllmaterial, die Form der Mikroperforationen 94, die Fläche der Mikroperforationen 94 und das Muster der Mikroperforationen 94, die alle anwendungsangepasst werden können, um die Geräusche 20 zu dämpfen.
Außerdem können die mikroperforierte Oberfläche 68, die Rückfläche 84 oder beide Flächen aus geriffeltem Material anstelle von flachem Material gebildet sein. Geriffelte Oberflächen dämpfen Geräusche 20 anders als ebene Oberflächen und sind daher eine andere Art von Geräuschdämpfungseigenschaft, die anwendungsangepasst werden kann. Wenn mehr als ein Modul 80 innerhalb derselben Akustikbehandlungsanordnung 18 ist, kann die Verwendung von geriffelten Oberflächen wünschenswert sein, um die Dämpfungseigenschaften der Module 80 zu verbessern.
Jede Kammer 87, die durch Strukturstützen 86 gebildet ist, kann entweder einer oder einer Vielzahl von Mikroperforationen 94 entsprechen, durch die Geräusche 20 gelangen. Wenn mehr als eine mikroperforierte Oberfläche vorhanden ist, können die Geräusche 20 in die äußerste mikroperforierte Oberfläche gelangen, dann wiederum in jede mikroperforierte Oberfläche gelangen. Die Kammeraußenlinien 95 und 96 sind veranschaulichende Ausführungsbeispiele des Querschnitts der Kammern 87, die mit der mikroperforierten Oberfläche 68 verbunden sind. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel entspricht die Kammeraußenlinie 95 drei Mikroperforationen 94. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht die Kammeraußenlinie 96 einer einzigen Mikroperforation 94. Weil die Kammeraußenlinie 96 eine kleinere Oberfläche hat, kann eine größere Anzahl von Kammern 87 mit der Kammeraußenlinie 96 verwendet werden, um die gewünschte Dämpfung der Geräusche 20 zu erzeugen. Zusätzlich kann die Dämpfung der Geräusche 20 der Menge von Mikroperforationen 94 entsprechen, die zu jeder Kammer 87 hin offen sind.
Module 80 können miteinander kombiniert werden, um ein Paneel 72 zu bilden. Die mikroperforierte Oberfläche 68 jedes Moduls 80 kann in derselben Ebene wie die mikroperforierte Oberfläche 68 von allen anderen Modulen 80 auf derselben Seite desselben Paneels 72 aufrecht erhalten werden, wodurch eine flache Oberfläche für das Vorbeiströmen der Luft 12 gebildet ist. Die Module 80 sind benachbart zueinander in derselben Richtung (z.B. stromaufwärts, stromabwärts) der strömenden Luft 12 entlang des Luftpfades 71 angeordnet. Das heißt, der Pfad von dem Einlassende 41 zu dem Auslassende 42 kann mehrere Module 80 überqueren. Jedes Modul 80 kann Geräuschdämpfungseigenschaften haben (z.B. die Luftausnehmungsdicke 88, die Plattendicken 89 und 90, der Lochdurchmesser 92, die Durchgangsbreite 76, die Paneelbreite 77, die Paneellänge 78, die Strukturstützlänge 83, die Gestalt der Strukturstütze 86, das Material der Strukturstütze 86, die Position der Strukturstütze 86, die Abwesenheit von Füllmaterial, die Gestalt der Mikroperforation 94, die Fläche der Mikroperforation 94, das Muster der Mikroperforation 94 und die Verwendung von ebenen oder geriffelten Oberflächen), die eingestellt sind, um einen jeweiligen Satz von Frequenzen zu dämpfen. Durch Anordnung vieler Module 80 gemeinsam zur Bildung eines Paneels 72 und optional auch durch Anordnung von unterschiedlichen Paneelen 72 mit unterschiedlichen Geräuschdämpfungseigenschaften innerhalb des Lufteinlassbereichs 11 des Turbinensystems 10 kann ein breites Spektrum von Frequenzen von Geräuschen 20 (z.B. akustische Profile) gedämpft werden. Zum Beispiel können zwei oder mehr Module 80 innerhalb desselben Paneels 72 angeordnet werden. Bei einem anderen Beispiel können zwei oder mehr Module innerhalb von separaten Paneelen 72 innerhalb derselben Akustikbehandlungsanordnung 18 angeordnet werden. Die Module 80 können dann zwei oder mehr Bereiche von Wellenlängen der Geräusche 20 dämpfen.
Das Paneel 72 ist ausgebildet, um eine Reduktion der akustischen Energie (z.B. Geräusch 20) bereitzustellen. Das Geräusch 20 ist gedämpft, wenn Schallwellen in die Luftausnehmungsdicke 88 oder die innerhalb der Luftausnehmungsdicke 88 angeordneten Kammern 87 durch Mikroperforationen 94 gelangen. Die Geräusche 20, die durch die Mikroperforationen 94 hindurch fortschreiten, erzeugen viele Reflexionen oder Resonanzen von sich selbst. Die Resonanzen interagieren dann mit sich selbst und die Geräusche 20 werden durch Reibung in Wärmeenergie umgewandelt, die abgeführt wird. Zumindest ein Teil der Geräusche 20 wird dann daran gehindert, den Lufteinlassbereich 11 zu verlassen, weil er in Wärmeenergie umgewandelt wurde. Dementsprechend fördert das Paneel 72 (z.B. unterstützt, erzeugt, verstärkt) die Resonanz von bestimmten Frequenzen der Geräusche, um sie zu dämpfen.
Die erste mikroperforierte Oberfläche 68 und der erste Versatz 88 können dazu eingerichtet sein, einen ersten Frequenzbereich der Geräusche 20 zu dämpfen. Wenn eine zweite mikroperforierte Oberfläche 69 in der Richtung 66 von der ersten mikroperforierten Oberfläche 68 versetzt ist, kann die zweite mikroperforierte Oberfläche 69 und der zweite Versatz 91 dazu eingerichtet sein, einen zweiten Frequenzbereich der Geräusche 20 zu dämpfen. Dementsprechend stoßen Geräusche aus dem Durchgang 70 zuerst auf die zweite mikroperforierte Oberfläche 69, um gedämpft zu werden. Geräusche, die durch die zweite mikroperforierte Oberfläche 69 und den zweiten Versatz 91 nicht gedämpft werden, können durch die erste mikroperforierte Oberfläche 68 zur weiteren Dämpfung hindurch gelangen. Daher kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein Paneel 72 mit mehreren Lagen von mikroperforierten Oberflächen mehr Frequenzbereiche oder einen breiteren Frequenzbereich dämpfen als ein Paneel 72 mit einer einzigen mikroperforierten Oberfläche 68. Die mikroperforierten Oberflächen 68, 69, die in der Richtung 66 voneinander versetzt sind, können als „in Reihe“ angeordnet bezeichnet werden, weil sich die Geräusche 20 durch mehr als eine Lage von mikroperforierten Oberflächen auf ihrem Pfad durch den Paneelbereich 72 fortbewegen. Gleichermaßen können mikroperforierte Oberflächen, die benachbart zueinander (z.B. koplanar) entlang des Durchgangs 70 angeordnet sind, als parallel angeordnet bezeichnet werden.
Eine Querschnittsansicht von oben nach unten eines modularen mikroperforierten Paneels 72 (z.B. doppelseitiges Paneel 75) ist in 5 gezeigt. Bei dem aktuellen Ausführungsbeispiel enthält das Paneel 72 drei Module 80. Ein erstes Modul 120 hat eine erste mikroperforierte Oberfläche 122, eine erste Rückfläche 124, eine erste Strukturstütze 126 und eine erste Luftausnehmungsdicke 128. Auch hat ein zweites Modul 130 eine zweite mikroperforierte Oberfläche 132, eine zweite Rückfläche 134, eine zweite Strukturstütze 136 und eine zweite Luftausnehmungsdicke 138. Ferner hat ein drittes Modul 140 eine dritte mikroperforierte Oberfläche 142, eine dritte Rückfläche 144, eine dritte Strukturstütze 146 und eine dritte Luftausnehmungsdicke 148.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können Module 80 des Paneels 72 eine oder mehrere derselben Geräuschdämpfungseigenschaften haben (z.B. die Luftausnehmungsdicke 88, die Plattendicken 89 und 90, der Lochdurchmesser 92, die Durchgangsbreite 76, die Paneelbreite 77, die Paneellänge 78, die Strukturstützlänge 83, die Gestalt der Strukturstütze 86, das Material der Strukturstütze 86, die Position der Strukturstütze 86, die Abwesenheit von Füllmaterial, die Gestalt der Mikroperforation 94, die Fläche der Mikroperforation 94, das Muster der Mikroperforation 94 und die Verwendung von flachen oder geriffelten Oberflächen). Mittels eines nicht beschränkenden Beispiels kann ein erstes Modul 80 des Paneels 72 denselben Mikroperforationslochdurchmesser 92, aber eine unterschiedliche Luftausnehmungsdicke 88 als ein benachbartes zweites Modul 80 haben. Zusätzlich können das erste Modul 80 und das zweite Modul 80 beide geriffelte mikroperforierte Oberflächen 68 haben, aber unterschiedliche Formen der Mikroperforation 94. Wie veranschaulicht kann jedes Modul 80 des Paneels 72 bei einigen Ausführungsbeispielen unterschiedliche Geräuschdämpfungseigenschaften als andere Module 80 desselben Paneels 72 haben, wodurch das betreffende Paneel 72 eingestellt wird, um einen unterschiedlichen Satz von Frequenzen zu dämpfen als andere Module 80.
Allgemein sind die Module 80 des Paneels 72 ausgerichtet, so dass die mikroperforierten Oberflächen 122, 132 und 142 in derselben Ebene angeordnet sind, um eine erste Paneelaußenwand 150 zu erzeugen. Die Luft 12 strömt dann entlang der Paneelaußenwand 150 entlang des Luftpfades 71. Die Module 120, 130 und 140 dämpfen die Geräusche 20, die von der Luft 12 getragen werden, wodurch die Dezibel (dB) der eingestellten Sätze von Frequenzen entsprechend zu den Geräuschdämpfungseigenschaften von jedem Modul 120, 130 und 140 reduziert werden.
Die Module 120, 130 und 140 können in dem Paneel 72 in Reihe zwischen dem Einlassende 41 und dem Auslassende 42 der Akustikbehandlungsanordnung 18 angeordnet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das erste Modul 120 am nächsten zu dem Einlassende 41 sein, das dritte Modul 140 kann am nächsten zu dem Auslassende 42 sein und das zweite Modul 130 kann zwischen den Modulen 120 und 140 angeordnet sein. Die Reihenfolge der Module 120, 130 und 140 kann geändert werden, so dass das dritte Modul 140 zwischen dem ersten Modul 120 und dem zweiten Modul 130 ist oder in irgendeiner anderen ähnlichen Neuanordnung. Um eine zweite Paneelaußenwand 152 zu bilden, sind ein viertes Modul 180, ein fünftes Modul 190 und ein sechstes Modul 200 angeordnet, so dass ihre jeweiligen mikroperforierten Oberflächen in derselben Ebene sind. Die Reihenfolge der Module 180, 190 und 200 kann auf irgendeine Weise neu angeordnet werden, vorausgesetzt, dass ihre jeweiligen mikroperforierten Oberflächen in derselben Ebene entlang der zweiten Paneelaußenwand 152 bleiben. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Module 180, 190 und 200 Geräuschdämpfungseigenschaften haben, die den Geräuschdämpfungseigenschaften der Module 120, 130 und 140 entsprechen. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Module 180, 190 und 200 eine oder mehrere Geräuschdämpfungseigenschaften haben, die nicht einer Geräuschdämpfungseigenschaft der Module 120, 130 und 140 entsprechen.
Die Dicke und Tiefe jedes Moduls kann die Anordnung der Module 80 beeinträchtigen, wenn die Module 80 in einem Paneel 72 angeordnet werden. Wenn z.B. das erste Modul 120 eine größere mikroperforierte Plattendicke 89 als das zweite Modul 130 aufweist, können die Module 120, 130 angeordnet werden, so dass die äußeren Flächen ihrer mikroperforierten Oberflächen 122, 132 in derselben Ebene sind. Zusätzlich, wenn die Luftausnehmungsdicke 128 des ersten Moduls größer ist als die Luftausnehmungsdicke 138 des zweiten Moduls, können die äußeren Flächen der mikroperforierten Oberflächen 122 und 132 noch in derselben Ebene angeordnet werden. Außerdem, wie es oben mit 3 erläutert wurde, können einige Module 80 mehrere Lagen der mikroperforierten Oberfläche versetzt in der Richtung 66 haben.
Die Strukturstützen 126, 136 und 146 jedes Moduls 120, 130 und 140 können die jeweiligen Luftausnehmungsdicken 128, 138 und 148 definieren. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die dritte Luftausnehmungsdicke 148 kleiner als die anderen Luftausnehmungsdicken 128 und 138. Die erste Luftausnehmungsdicke 128 ist die größte und die zweite Luftausnehmungsdicke 138 ist mittelgroß. Ein modulares Paneel 72 kann gebildet werden durch Zusammensetzen der Module 120, 130 und 140 mit unterschiedlichen Luftausnehmungsdicken 128, 138 und 148. Zwei oder mehr Module 80 können die Rückflächen 84 miteinander teilen oder können jeweils eine jeweilige Rückfläche 84 haben, die miteinander verbunden sind, oder können in einem Paneel 72 angeordnet werden, so dass ein Freiraum 170 zwischen zwei Modulen 80 erzeugt ist. Wie es in dem aktuellen Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, ist die Strukturstütze 86 von jedem Modul 80 mit Innenflächen von der mikroperforierten Oberfläche 68 und der Rückfläche 84 verbunden. Die Strukturstütze 86 ist daher in einer einzigen Lage angeordnet. Zum Beispiel ist die erste Strukturstütze 126 der ersten Luftausnehmungsdicke 128 sowohl mit der Innenfläche der ersten mikroperforierten Oberfläche 122 als auch der Innenfläche der ersten Rückfläche 124 verbunden. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die erste Luftausnehmungsdicke 128 angepasst, um unterschiedliche Abstände zwischen dem ersten mikroperforierten Paneel 122 und der ersten Rückfläche 124 zu berücksichtigen. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Anpassungen der Länge der ersten Strukturstütze 126 gemacht, so dass die Strukturstütze 126 lang genug sein kann, mit beiden Innenflächen des ersten Moduls 120 verbunden zu werden.
6 ist eine grafische Darstellung 220 eines Einlassakustikprofils 221 eines Turbinensystems 10, die als eine Funktion von Dezibel (dB) gegenüber der Frequenz gezeigt ist. Das Einlassakustikprofil 221 hat ein erstes Frequenzmaximum 222 und ein zweites Frequenzmaximum 223, die jeweils Frequenzen von Geräuschen 20 entsprechen, die eine relativ hohe akustische Energie haben. Vorteilhafte Akustikbehandlungsanordnungen 18, wie sie hierin beschrieben sind, können spezifische Frequenzen der Geräusche 20 dämpfen, die einem oder mehreren Frequenzmaxima 222, 223 oder Sätzen von Frequenzen entsprechen. Weil jedes Turbinensystem 10 sein eigenes einzigartiges Akustikprofil 221 haben kann, kann eine Akustikbehandlungsanordnung 18 montiert werden, die spezifisch die Frequenzmaxima 222, 223 dämpft, die den lautesten Frequenzen des besonderen Turbinensystems 10 entsprechen. Zusätzlich kann es wünschenswert sein, die akustische Energie des gesamten Einlassakustikprofils 221 unter ein spezifisches dB-Niveau oder eine Basislinie zu reduzieren oder es kann wünschenswert sein, nur einen Teil des Einlassakustikprofils 221 auf ein geringeres, spezifisches dB-Niveau zu reduzieren, gleich einer dB-Ziellinie 224.
Zum Beispiel ist 7 eine grafische Darstellung des Einsatzverlustes 240 in dB als eine Funktion der Frequenz. Der Einsatzverlust 240 kann mit einem Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften verknüpft sein. Wie es von der Erläuterung mit den 1-5 oben verstanden werden kann, kann ein Paneel 72 unterschiedliche Dämpfungseigenschaften haben, basierend zum Teil auf separaten Modulen 80 mit unterschiedlichen Versätzen von der Rückfläche 84, einem Modul 80 mit mehreren Lagen von mikroperforierten Oberflächen 68, einem Modul 80 mit unterschiedlichen mikroperforierten Anordnungen oder irgendeine Kombination davon. Höhere Werte auf der y-Achse stellen eine größere Reduktion der Geräusche 20 für eine gegebene Frequenz dar. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt die Linie 246 die gemessene Reduktion der Geräusche 20 entlang des Durchgangs 70 dar, den ein modulares mikroperforiertes Paneel 72 entlang des Durchgangs 70 installiert ist.
Zum Beispiel kann die Linie 246 die Reduktion der akustischen Energie darstellen, die mit einem Paneel 72 mit zwei Modulen 80 verknüpft ist, die jeweils unterschiedliche Luftausnehmungsdicken 88 haben. Das Paneel 72 kann eingestellt werden, um die Frequenzen zu dämpfen, die zu einem ersten Satz von Frequenzen 248 und einem zweiten Satz von Frequenzen 249 der Reduktion der akustischen Energie entsprechen. Jeder Satz von Frequenzen 248, 249 kann auf der Reduktion der akustischen Energie basieren, die mit einem von den Modulen 80 des Paneels 72 verknüpft ist. Genauer kann ein erstes Modul 80 eingestellt werden, um den ersten Satz von Frequenzen 248 zu dämpfen und ein zweites Modul 80 kann eingestellt werden, um den zweiten Satz von Frequenzen 249 zu dämpfen.
Das Messen der Einlassakustikprofile 221 eines Turbinensystems 10 und das Einstellen der mikroperforierten Module 80 oder Paneele 72 mit einem oder mehreren Modulen 80 auf die Frequenzmaxima 222, 223 kann eine effektive und gezielte Reduktion der Geräusche 22 bereitstellen. Das Hinzufügen von mehr Modulen 80 oder unterschiedlichen Modulen 80 kann zu einem Dämpfungsprofil führen, die einen Zieleinsatzverlust (z.B. gewünscht, gefordert, spezifiziert) besser annähert. Zum Beispiel kann das Paneel 72 eingerichtet sein, so dass der erste Satz von Frequenzen 248 dem ersten Frequenzmaximum 222 des Einlassakustikprofils 221 aus 6 entspricht und der zweite Satz von Frequenzen 249 dem zweiten Frequenzmaximum 223 des Einlassakustikprofils 221 aus 6 entspricht. Mit anderen Worten können die Dämpfungseigenschaften der Module 80 oder Paneele 72 eingestellt werden, so dass die Sätze von Frequenzen (z.B. 248, 249) des Einsatzverlustes aus 7 den Frequenzmaxima (z.B. 222, 223) des Einlassakustikprofils 221 aus 6 entsprechen, weil es wünschenswert ist, die Geräusche 20 der Sätze von Frequenzen zu reduzieren, die am lautesten sind. Es versteht sich, dass die Module 80 Sätze von Frequenzen 248, 249 dämpfen können, die breiter sind als die entsprechenden Maxima 222, 223 eines Einlassakustikprofils 221. Zusätzlich versteht es sich, dass während das aktuelle Ausführungsbeispiel das Dämpfen von zwei Frequenzmaxima 222, 223 mit zwei Sätzen von Frequenzen 248, 249 zeigt, eine andere Anzahl von Frequenzmaxima durch eine unterschiedliche Anzahl von Sätzen von Frequenzen auch gedämpft werden kann (z.B. ein Frequenzmaxima, das durch zwei Sätze von Frequenzen gedämpft ist, zwei Frequenzmaxima, die durch einen Satz von Frequenzen gedämpft sind, usw.).
8 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 280 zum Installieren eines modularen mikroperforierten Paneels 72. Das Verfahren 280 kann mehrere optionale Schritte enthalten. Erstens kann das Verfahren 280 optional das Ermitteln (Block 282) der akustischen Signatur 221 eines Gasturbinensystems 10 aufweisen. Durch Abtasten relativ hoher Sätze von Frequenzen von Geräuschen 20 kann eine graphische Darstellung eines akustischen Profils ähnlich zu 6 erzeugt werden. Anschließend können Module 80 konfiguriert werden (Block 284), um spezifisch Sätze von Maximalfrequenzen 222, 223, usw. der akustischen Signatur 221 zu dämpfen. Die Module 80 können eingerichtet werden durch Einstellen ihrer Geräuschdämpfungseigenschaften, wie es vorstehend erläutert wurde.
Außerdem wird zumindest ein Modul 80 innerhalb des Paneels 72 installiert (Block 286). Dann werden andere Module 80 in dem Paneel 72 installiert (Block 288), stromabwärts von dem ersten Modul 80 in Bezug auf die Luft 12, die über das Paneel 72 strömt. Optional können zusätzliche Paneele 72 innerhalb der Akustikbehandlungsanordnung 18 installiert werden (Block 290). Jedes Paneel 72 kann ein oder mehrere Module 80 mit jeweiligen Geräuschdämpfungseigenschaften haben, um Sätze von Frequenzen der akustischen Signatur 221 zu dämpfen.
Technische Wirkungen der Offenbarung enthalten eine Akustikbehandlungsanordnung 18 mit einem oder mehreren Paneelen 72, die jeweils ein oder mehrere Module 80 haben. Die mikroperforierte Oberfläche 68 der Module 80 kann die akustische Energie der Geräusche 20 von dem Gasturbinensystem 10 reduzieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Geräuschdämpfungseigenschaften von jedem Modul 80 eingestellt werden, um spezifische Sätze von Frequenzen der Geräusche 20 zu dämpfen. Weil die Paneele modular sind und auf spezifische Frequenzen der Geräusche 20 eingestellt werden können, kann die Akustikbehandlungsanordnung einfach auf verschiedene Turbinensysteme 10 adaptiert werden. Das Vorhandensein von Mikroperforationen 94 anstelle von traditionellen Perforationen reduziert auch Druckverluste über dem Lufteinlassbereich 11.
Die schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels und auch um irgendeinen Fachmann auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich des Herstellens und Verwendens irgendwelcher Einrichtungen oder Systeme und des Ausführens irgendwelcher beinhalteter Verfahren. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die Fachleuten auf dem Gebiet offenbar werden. Solche anderen Beispiele sind dazu bestimmt innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche zu sein, wenn sie strukturelle Elemente haben, die nicht vom Wortlaut der Ansprüche abweichen oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit nicht substantiellen Unterschieden vom Wortlaut der Ansprüche haben.
Eine Akustikbehandlungsanordnung weist einen Fluiddurchgang und ein erstes Paneel auf, das innerhalb des Fluiddurchgangs angeordnet ist. Zusätzlich ist wenigstens ein Teil einer Fluidströmung durch die Akustikbehandlungsanordnung dazu eingerichtet, über eine erste mikroperforierte Oberfläche des ersten Paneels zu strömen. Außerdem enthält das erste Paneel wenigstens ein Modul und jedes Modul von dem wenigstens einen Modul enthält die erste mikroperforierte Oberfläche und eine jeweilige Rückfläche, die versetzt von der ersten mikroperforierten Oberfläche entgegengesetzt der Fluidströmung über der ersten mikroperforierten Oberfläche ist. Die erste mikroperforierte Oberfläche und die Rückfläche bilden eine erste Ausnehmung, die dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines ersten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen.

Claims

Akustikbehandlungsanordnung 18 aufweisend: einen Fluiddurchgang; und ein erstes Paneel, das innerhalb des Fluiddurchgangs angeordnet ist, wobei wenigstens ein Teil einer Fluidströmung durch die Akustikbehandlungsanordnung dazu eingerichtet ist, über eine erste mikroperforierte Oberfläche des ersten Paneels zu strömen, wobei das erste Paneel wenigstens ein Modul aufweist und jedes Modul des wenigstens einen Moduls aufweist: die erste mikroperforierte Oberfläche; und eine jeweilige Rückfläche, die versetzt ist von der ersten mikroperforierten Oberfläche entgegengesetzt der Fluidströmung über die erste mikroperforierte Oberfläche, wobei die erste mikroperforierte Oberfläche und die Rückfläche eine erste Ausnehmung bilden, die dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines ersten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen.
Akustikbehandlungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Paneel aufweist: ein erstes Modul, aufweisend einen ersten Perforationsdurchmesser der Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche des ersten Moduls, einen ersten Perforationszwischenraum unter den Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche des ersten Moduls, einen ersten Versatzabstand zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche des ersten Moduls und einer ersten Rückfläche des ersten Moduls und die erste Ausnehmung; und ein zweites Modul, aufweisend einen zweiten Perforationsdurchmesser der Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche des zweiten Moduls, einen zweiten Perforationszwischenraum unter den Perforationen der ersten mikroperforierten Oberfläche des zweiten Moduls, einen zweiten Versatzabstand zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche des zweiten Moduls und einer zweiten Rückfläche des zweiten Moduls und eine zweite Ausnehmung, die dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen; wobei der erste Perforationsdurchmesser verschieden ist von dem zweiten Perforationsdurchmesser und/oder der erste Perforationszwischenraum verschieden ist vom zweiten Perforationszwischenraum und/oder der erste Versatzabstand verschieden ist vom zweiten Versatzabstand.
Akustikbehandlungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wenigstens eine Modul im Wesentlichen aus der ersten mikroperforierten Oberfläche, der Rückfläche und einer Stützstruktur besteht, die zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche und der jeweiligen Rückfläche angeordnet ist.
Akustikbehandlungsanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein zweites Paneel, das innerhalb des Fluiddurchgangs angeordnet ist, wobei das zweite Paneel eine zweite mikroperforierte Oberfläche und eine zweite Rückfläche aufweist, die versetzt ist von der zweiten mikroperforierten Oberfläche entgegengesetzt der Fluidströmung über die zweite mikroperforierte Oberfläche.
Akustikbehandlungsanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Modul eine zweite mikroperforierte Oberfläche aufweist, die versetzt ist von der ersten mikroperforierten Oberfläche, wobei die zweite mikroperforierte Oberfläche und die erste mikroperforierte Oberfläche dazu eingerichtet sind, eine zweite Ausnehmung zu bilden, die dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen.
Akustikbehandlungsanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fluiddurchgang mit einem Einlass eines Gasturbinensystems oder einem Auslass des Gasturbinensystems verbunden ist.
Akustikbehandlungsanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Paneel dazu eingerichtet ist, eine akustische Energie der Fluidströmung durch die Akustikbehandlungsanordnung zu reduzieren.
Akustikpaneel aufweisend: ein erstes Modul aufweisend eine erste mikroperforierte Oberfläche und eine erste Rückfläche, wobei die erste mikroperforierte Oberfläche um einen ersten Abstand von der ersten Rückfläche versetzt ist, eine erste Ausnehmung, die zwischen der ersten mikroperforierten Oberfläche und der ersten Rückfläche gebildet ist, und wobei die erste Ausnehmung dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines ersten Frequenzbereichs einer Fluidströmung zu begünstigen; und ein zweites Modul aufweisend eine zweite mikroperforierte Oberfläche und eine zweite Rückfläche, wobei die zweite mikroperforierte Oberfläche um einen zweiten Abstand von der zweiten Rückfläche versetzt ist, wobei der erste Abstand verschieden ist von dem zweiten Abstand, eine zweite Ausnehmung, die zwischen der zweiten mikroperforierten Oberfläche und der zweiten Rückfläche gebildet ist, und wobei die zweite Ausnehmung dazu eingerichtet ist, eine Resonanz innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs der Fluidströmung zu begünstigen.
Akustikpaneel nach Anspruch 8, wobei das Akustikpaneel aufweist: ein drittes Modul aufweisend eine dritte mikroperforierte Oberfläche und eine dritte Rückfläche, wobei die dritte mikroperforierte Oberfläche um einen dritten Abstand von der dritten Rückfläche versetzt ist, und wobei die dritte Rückfläche der ersten Rückfläche des ersten Moduls zugewandt ist; und ein viertes Modul aufweisend eine vierte mikroperforierte Oberfläche und eine vierte Rückfläche, wobei die vierte mikroperforierte Oberfläche um einen vierten Abstand von der vierten Rückfläche versetzt ist, wobei die vierte Rückfläche der zweiten Rückfläche des zweiten Moduls zugewandt ist und der dritte Abstand verschieden ist von dem vierten Abstand.
Verfahren zur Herstellung eines Akustikpaneels aufweisend: Installieren eines ersten Moduls innerhalb des Akustikpaneels, wobei das erste Modul eine erste mikroperforierte Oberfläche und eine erste Rückfläche aufweist, die um einen ersten Abstand von der ersten mikroperforierten Oberfläche versetzt ist, um eine erste Ausnehmung zu bilden; und Installieren eines zweiten Moduls innerhalb des Akustikpaneels stromabwärts von dem ersten Modul relativ zu einer Luftströmung über das Akustikpaneel, wobei das zweite Modul eine zweite mikroperforierte Oberfläche aufweist, die koplanar ist mit der ersten mikroperforierten Oberfläche und eine zweite Rückfläche um einen zweiten Abstand versetzt ist von der zweiten mikroperforierten Oberfläche, um eine zweite Ausnehmung zu bilden, wobei der erste Abstand verschieden ist vom zweiten Abstand oder die erste mikroperforierte Oberfläche verschieden ist von der zweiten mikroperforierten Oberfläche.