DE2003094A1 - Schallabsorptionsmaterial - Google Patents

Description

V PATENTANWÄLTE . . , . .-.,.,-.

DIPL-ING. CURT WALLACH _ DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH 2003094 DR. TINO HAIBACH

8 München 2, 23. Januar 1970

UNSER ZE₁CHEN = & ^2 -

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England. Schallabsorptionsmaterial

Die Erfindung bezieht sich auf Schallabsorptionsmaterial, das zur Schalldämpfung in Leitungsführungen, z.B. im Gebläsekanal oder im Nebenstromkanal, von Gasturbinenstrahl tr iebwerlcen Anwendung finden kann. '

Die Erfindung geht aus von einem Schallabsorptionsmaterial, bestehend aus zwei oder mehreren Lagen aus Glasfasergewebe, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern in Jeder Lage gegenüber den Pasern der benachbarten Lage im Winkel versetzt sind und daß die Lagen durch Kunstharz miteinander verbunden sind. Die Dicke des Materials kann innerhalb des Bereichs zwischen 0,050 Zoll bis 0,100 Zoll liegen. Die Garnstärke des Gewebes kann zwischen 0,005 Zoll und 0,0^0 Zoll liegen, wobei der Kunstharzgehalt des Materials 20 bis 40 Gewichtsprozent betragen kann.

Eine Oberfläche des Materials kann mit einem eirosionswiderstands fähigen Überzug ausgestattet sein, der kunstharzartig ausgebildet sein kann, z.B. kann benutzt werden: Titanine (Warenzeichen) oder Kynar (Warenzeichen)» Stattdessen kann der erosionswiderstandsfähige Überzug aus rostfreiem Stahldraht bestehen, der in die äußere Oberfläche eingebettet ist.

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Das Schallabsorptionsmaterial 1st zweckmäßigerweise an einem Zellen-Honigwaben-Aufbau befestigt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen;

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks,

Pig. 2 einen Teil des Triebwerks nach Fig.l, wobei im Schnitt gezeichnet eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallabsorptionsmaterials ersichtlich ist,

Pig. 2 in größerem Maßstab eine Ansicht des Schallabsorptiansmaterials gemäß Pig.2.

Das Gasturbinenstrahltriebwerk 10 gemäß Pig.l weist ein Gebläsegehäuse 12 auf, das einen Kanal 14 definiert, in dem ein Gebläse 16 umläuft. Die Innenwandung des Gebläsekanals 14 ist mit einem Schallabsorptionsmaterial ausgekleidet, das aus einer zellenförmigen Honigwabenschicht 16 und einer Schallabsorptionsschicht 20 besteht, die im einzelnen in Pig. 2 und J5 dargestellt ist.

Diese Schallabsorptionsschicht 20 besteht aus mehreren Lagen 22 aus Glasfasergewebe, die durch Kunstharz miteinander verbunden sind, wobei benachbarte Lagen des Glasfasergewebes so aufeinandergefügt sind, daß die Pasern benachbarter Schichten einen Winkel zueinander einschließen (Fig.J5). Auf die äußere Oberfläche des Schalldämpfungsraaterials 20, d.h. auf die Oberflächenstruktur, die in Berührung mit dem den Kanal 14 durchströmenden Medium steht, ist ein erosionswiderstandsfähiger Überzug aufgebracht .

Eine Möglichkeit der Herstellung des Schalldämpfungsmaterials 20 besteht darin, mehrere kunstharzimprägnierte Glasfaser- ' schichten in dem erforderlichen Winkel zueinander (bezüglich

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ihrer Fasern) anzuordnen und diese Schichten in einer Presse anzuordnen. Dann erfolgt in der Presse eine Aushärtung bei einem Druck von 1 atü während 5 Stunden bei,¹ einer Temperatur von 18O⁰C und dann während zweier Stunden bei 200⁰C. Das ausgehärtete Material wird aus der Presse entfernt und mit einem erosionswiderstandsfähigen Überzug versehen. Bei der Wahl der Zusammensetzung des Materials 20, d.h. der Zahl von Schichten 22, dem Verwebungsgrad in jeder Schicht,der Qarngröße,des Kunstharzgehaltes, der Oberflächenausbildung und der Enddicke sind mehrere Paktoren zu berücksichtigen, um die speziellen Erfordernisse zu erfüllen. Unter diesen Faktoren sind die folgenden:

1) Widerstand gegenüber der Luftströmung bei gegebenen Gleichstromgeschwindigkeitswerten, ausgedrückt in Rayl-Einheiten,

2) Nichtlinearitätsfaktor über einen Bereich von Geräuschpegeln,

3) Absorptionsfrequenzbereich,

4) Erosionswiderstand '

5) Widerstand gegenüber einem Lösen der Schichten voneinander.

Qleichstromgeschwlndigkeitswlderstand

Die Schallintensität ist auf einen Gleichstromgeschwindigkeitswert bezogen, welcher die Spitzengeschwindigkeit darstellt, mit welcher ein Partikel wandern würde, wenn er mit der Luft am Sohwingungsbauch mitgeführt würde. Die Wirksamkeit der Schallabsorption hängt von dem Widerstand des Materials gegenüber der Luftströmung ab und dies wird in Ausdrücken von Rayl-Einheiten ausgedrückt, wobei

Dabei 1st:

Δ P der Druckabfall über dem Material in c.g.s-Einheiten, V die entsprechende Luftgeschwindigkeit in c.g.s.-Einheiten.

Um eine optimale Schallabsorption zu erhalten, muß das Material mit einem spezifischen Rayl-Wert hergestellt werden. Jedes Glasfasergewebe besitzt einen Anteil offener Flächen und dies

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definiert grob den Gleichstromwiderstand für jede Schicht des benutzten Gewebes. So kann ein spezifisches Gewebe 4 Rayls pro Lage bei 15OdB Schallintensität ergeben. Sechs Schichten ergeben daher etwa 2k Rayls für das fertige Material. Wenn es erforderlich ist, einen höheren Widerstand bei der gleichen Dicke des fertigen Materials zu erreichen, kann der Closer benutzt werden oder eine Kombination unterschiedlicher Gewebe.

Der Wert für die Rayl/Lage, wie sie hier berechnet wurde, kann geändert werden durch Änderung des Kunstharzgehaltes des Endproduktes und dies muß deshalb konstant gehalten werden. Wenn weniger als 20# Kunstharz benutzt wird, dann wäre das Enderzeugnis zu schwach. Bei mehr als 35$ Kunstharz besteht eine Tendenz, die Poren des Materials zu versperren. Das Material wird unter Druck geformt und dieser muß auf einem konstanten Wert gehalten werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten.

Nichtlinearitätsfaktor

Der Druckabfall· über dem Material ist eine Folge zweier Faktoren, nämlich von Viskositätswiderstand und einem Verlust der dynamischen Druckhöhe in der Strömungsumkehrung. Wenn sämtliche Verluste eine Folge des Viskositätswiderstandes wären, dann würden sich die Rayl'sehen Werte nicht mit der Gleichstromgeschwindigkeit ändern und der Absorptionskoeffizient würde unabhängig vom Geräuschpegel. Jeder Verlust Infolge der dynamischen Druckhöhe erzeugt einen Rayl'sehen Wert, der vom Geräuschpegel abhängig ist und dies kann zu einer verminderten Schallabsorptionsfähigkeit bei unterschiedlichen Triebwerksbedingungen führen. Der Nichtlinearitätsfaktor ist eine Funktion der in den Gewebeschichten benutzten Garngröße und kann über einen begrenzten Bereich geändert werden.

Ein typischer Nichtlinearitätsfaktor kann ausgedrückt werden

als Rayl 500

Ray! 2Ö~

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Dabei bezieht sich der unterstrichene Wert auf Gleichstromgeschwindigkeitswerte. ■

Ee istunwahrscheinlich, daß eine Garngröße von über 0,020 Zoll benutzt wird, da der Nichtlinearitätsfaktor 14 überschreitet und es ist ebenso unwahrscheinlich, daß die Garngröße geringer als 0,005 Zoll ist, da das Kunstharz dann dazu tendiert, die Poren des Materials zu verschließen.

Absorptionsfrequenzbereich

Dieser wird in erster Linie bestimmt durch den Raum zwischen der Absorptionsauskleidung und der Kanalwandung. Eine gewisse Reduktion in dem Frequenzansprechen kann erreicht werden, indem ein dickeres Material benutzt wird. Es ist wahrscheinlich, daß der Dickenbereich zwischen 0,0J0 Zoll und 0,100 Zoll liegen wird.

Erosionswiderstand

Der Erosionswiderstand des Materials ist klein im Vergleich mit metallischen AbsorptiohsmaterialJ.en, z.B. Feltmetal (Warenzeichen),und es können zwei Verfahren benutzt werden, um den Widerstand zu verbessern:

a) es kann ein dünner Sprühüberzug aus erosionswiderstandfähigem Material aufgebracht werden, z.B.

. von Material der Kunststofftype, die gewöhnlich als Titanine (Warenzeichen) und Kynar (Warenzeichen) bezeichnet werden,

b) ein Oberflächengeflecht, bestehend aus Draht, aus rostfreiem Stahl kann in die Überzugsschicht eingebettetwerden, während das Material aushärtet.

Widerstand gegenüber einer Auflösung der Schichten Es können verschiedene Kunstharze benutzt werden, z.B. Epoxydharze, Polyurethane und Acrylester. .

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Die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Lösung der Schichten voneinander hängt von der Sprödigkeit des benutzten Kunstharzes ab und deshalb werden bevorzugt Kunstharze mit einer entsprechenden Flexibilität gewählt.

Pat entans grüche £

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Claims (5)

1. Pat e nt a η s ρ r U c h e

   ( 1.jSohallabsorptionsmaterial, insbesondere für Gasturbinen- ^^^^ Strahltriebwerke, bestehend aus zwei oder mehreren Lagen aus Glasfasergewebe, die durch Kunstharz verbunden sind, dadurch ge lc en η ζ ei c h net, daß die Fasern Jeder Lage (22) im Winkel zu den Fasern der benachbarten Lage angestellt sind.
2. 2. Schallabsorptionsmaterial nach Anspruch 1, dadurch g e k e h η ζ e i c h η e t , daß die Dicke des Materials innerhalb des Bereiches zwischen 0,0)0 Zoll und 0,100 Zoll liegt, wobei die Garnstärke der Glasfasern zwischen 0,005 Zoll und 0,20 Zoll liegt und der Kunstharzgehalt 20 bis >5 Gewichtsprozent beträgt.
3. 3. Schallabsorptionsmaterial na<Jh den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit einem erosionswiderstandsfähigem überzug versehen ist.
4. 4. Sohallabsorptionsmaterial nach Anspruch 3, . dadurch gekennze i e h η e t , daß der erosionswiderstandsfähige überzug von der Kunstharztype ist (z.B. Titanine (Warenzeichen) oder Kynar (Warenzeichen)).
5. 5. Schallabsorptionsmaterial nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der eTrosiönswiderstandsfählge überzug aus rostfreiem Draht besteht, der in einer Oberfläche des Materials eingebettet ist.

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   Schallabsorptionsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet , daß eine Zellschicht in Gestalt von Honigwaben auf einer Seite des Materials angeordnet ist.

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