DE2235829A1

DE2235829A1 - Gasturbinenschalldaempfer

Info

Publication number: DE2235829A1
Application number: DE2235829A
Authority: DE
Inventors: Michael Charles Manna; Howard Fisher May
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-07-22
Filing date: 1972-07-21
Publication date: 1973-02-01
Also published as: FR2146362A1; NL7209423A; IT963219B; US3762498A

Description

Gasturbinenschalldämpfer

Die Erfindung betrifft allgemein die Schallvermlnderung bei rotierenden Turbomaschinert und insbesondere den Aufbau einer Schalldämpfereinrtchtung für den Auslaß einer Gasturbine.

Die Umgebungsbedlngungen sind zum Brennpunkt ffHr gesetzgeberische Aufmerksamkeit und für die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit in den letzten Jahren geworden. Es wird Besorgnis geäußert über die schlechte Qualität der Luft und des Wassers. Weiterhin wird eine gewisse Besorgnis auf das ^Maß unerwünschte?? Laute oder Geräusche in unserer Umgebung gerichtet.

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Schall wird erzeugt durch Störungen von Luftmassen. Solche Störungen können erzeugt werden durch rotierende Maschinen, wie beispielsweise Verdichter und Turbinen. Es ist immer schwieriger weiter offene Faumgebiete zu finden,, die einen natürlichen Schalldämpfungseffekt erzeugen könnten. Es ist schwierig die örtlichkeiten zu planen, welche groß genug sind, um in ästhetischer Weise übermäßig große Schalldämpfungseinrichtungen aufzunehmen, wie beispielsweise lange akustisch gestaltete Kästen· Daher ergibt sich für die Industrie die Aufgäbe;einen kompakten und wirksamen Schalldämpfer zu schaffen.

Ein solcher Schalldämpfer muß mehrere Parameter erfüllen. Ein Parameter besteht darin, daß die Schalldämpfer^Ausrüstung nichts anderes als Schalldämpfung erzeugt. Um für potentielle Kunden anziehend zu sein, muß sie billig herzustellen sein» Ein weiterer diesem ersten Parameter zugeordneter Parameter besteht darin, daß es erwünscht ist, einen Modulaufbau zu schaffen, der in der Fabrik hergestellt wird_rur.d an der Baustelle leicht zusammensetzbar ist, um auf diese Weise die Kosten für die Konstruktion und den Versand auf einem Mindestmaß zu halten. Ein weiterer Parameter besteht darin, daß die Druckverluste durch den Schalldämpfer auf ein Mindestmaß gebracht werden müssen und er auch kompakt sein muß. Dies führt Jedoch zu einem gewundenen Strömungsweg und daher muß der Strr'mungsweg 4ⁿ seinem Verlauf so gestaltet werden, daß die Druckverluste auf ein Minimum gebracht sind. Schließlich muß die Schallverkleidung schallschluckend sein, andererseits aber in der Lage sein,ohne Verschleiß oder Zerfetzen den beißen Abgastemperaturen und den hohen Geschwindigkeiten zu widerstehen.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung,einen Schalldämpfer für das Abgas einer Hasturbine zu schaffen, der ein Maximum an Schall Schwächung bei einem Minimum an Druckverlusten ergibt.

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Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung,einen Schalldämpfer für das Abgas einer Gasturbine zu schaffen, der getrennte, in der Fabrik hergestellte Module zum leichteren Transport und zum leichteren Aufbau auf der Baustelle besitzen kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Schalldämpfer für das Abgas einer Gasturbine zu schaffen, welcher die kleinstmöglichen Gesamtabmessungen besitzt.

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Es ist weiterhin eine/Erfindung, einen Schalldämpfer für eine Gasturbine zu schaffen, der thermisch und akustisch isoliert ist.

Veitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind ersichtlich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung einer Ausführungsform im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 zeigt eine auseinandergezogene teilweise weggeschnittene perspektivische Darstellung eines Schalldämpfers für eine Gasturbine und veranschaulicht den Modulaufbau.

Fig. 2 enthält eine schematische Darstellung der Strömung des Abgases durch den Schalldämpfer.

Flg. 3 gibt einen Schnitt eines Teils der akustischen Isolierung. Fig. U ist eine Ansicht eines Teils der akustischen Isolierung,

Fig. 5. ist eine Draufsicht Im Schnitt und zeigt eine Möglichkeit der Befestigung der akustischen Isolierung In der Schalldämpfereinrichtung«

Am Abgasende oder Auestoßende einer Gasturbine wird ein Abgasschalldämpfer vorgesehen, der eine Modul-Kasten-Struktur besitzt mit einem AbgasstrSmungsweg mit Umkehrung. Der gesamte innere Faum einschließlich des Abgasströmungeweges ist akustisch und

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thermisch isoliert durch akustische Verkleidungen, welche eine Vielschlcht-Isolierung umfarsen.die zwischen perforierten Stahlblechen eingeschlossen ist. Die modularen Teile können in der Fabrik vorbereitet und dann zur leichteren Aufstellung auf der Baustelle verschickt werden. Ein herausgeschnittener Teil kann vorgesehen werden für die Anwendung zur Wiedergewinnung von Abfallwärme.

Der Abgasschalldämpfer für eine Gasturbine ist am besten ersichtlich aus der Figur 1 im Zusammenhang mit der schematIschen Darstellung nach Figur 2. Per Schalldämpfer 1st eine kastenförmige Struktur 11 und besitzt einen Abgaseinlaß und einen Abgasauslaß gemäß den Bezeichnungen in der Abbildung. Per Aufbau dee Schalldämpfers ist so_f daß eine Vielzahl von Flanschträgern 15 Strukturteile 17 und Verstrebunpsteile 19 tragen, um einen Äußeren Rahmen für den Schalldämpfer zu bilden. Das Innere des Schalldämpfers ist akustisch und thermisch isoliert durch Verkleidungsabschnitte 21. Diese Verkleidungsabschnitte 21 bilden die Wände des Schalldämpfers, da sie durch die Strukturteile und Verstrebungsteile gehalten werden. Weiterhin bilden diese Verkleidungsabschnitte den inneren Ftr^mungsweg des Schalldämpfers..

Der ^odulaufbau der Einrichtung ist veranschaulicht in der Figur 1, in der drei Modul abschnitte gezeigt sind. Wenn die Verwendung eines Wodulaufbaus erwünscht ist, wird ,jedes getrennte Fodul bereits mit in der Fabrik vorbereiteten akustischen und thermischen Isolierungen zu der Baustelle verschickt. Danach werden die Module einfach an ihren entsprechenden Strukturteilen zusammengeschraubt.

Der Str^mungßweg der heißen Abgase ist am besten aus FIg, 2 ersichtlich. Die heißen Abgase durchsetzen den AbgaFeinlaßappchnitt, welcher einen abgerundeten oberen Teil ?1 besitzt. Dieser abgerundete obere Teil M vermindert die ^ruckverluete am Abgaseinlaß und erteilt weiterhin dem Oasstrom eine Werdung nach oben.

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Pas Gas strömt nach oben durch den übergang Λ, welcher den Abgaseinlaß mit einer ersten Biegung B verbindet,

Pie erste Biegung B besteht aus einem Nasenteil 33 und einer Str"mungsaufteilungsleltscraufel 35* Die Biegung B Wendet die Gasströmung um etwa 180° um· Per Nasenteil 3^ besitzt große Bedeutung bei der Verminderung von Pruckverlusten durch die Biegung, da die Energieverteilung des Gasstroms zu dem Nasenteil verschoben worden ist wegen der Wendung nach oben, welche das eintretende Heißgas mit dem Eintritt in den Abgaseinlaß machen muß. Pas Nasenteil 33 ist selbstverständlich akustisch und thermisch isoliert.

Pie StrÖmungsteilerleitschaufel 3ζ besitzt akustische Bedeutung dadurch, daß sie zu beiden Seiten der Laufschaufel Absorptionsoberflächen für die Schallenergie bietet und damit eine relativ große akustisch absorbierende Fläche mit einem vergleichsweise geringen Raumbedarf ergibt. Mit anderen Worten werden hierdurch die Gesamtabmessungen des Schalldämpfers nicht besonders vergrößert und trotzdem wird eine maximale Sehallschwächung geschaffen .

Ein weiterer akustischer Gesichtspunkt der Biegung besteht darin, daß sie einen geraden Laufweg für die Schallenergie beseitigt. Finfach ausgedrückt pflanzt sich der Schall in geraden Linien fort und die gekrümmte Biegung dämpft den Sehall dadurch, daß sie ihn durch einen gewundenen Laufweg zwingt.

Ein weiterer übergang C verbindet die Biegung B mit einer zweiten Biegung P. Pie Seitenwände des Übergangs sind gegenüber der Vertikaüen geneigt, um die vertikale Gesamth"he des Schalldämpfers beizubehalten, Pieser ^beTSnp· π ist ebenfalls aus akustischen Verkleidungen gebildet und bewirkt daher eine weitere Oeräusehvermlnr'erunp,

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Die Riegung D kann beispielsweise nur ein Nasenkeil 37 enthalten. Zur weiteren Schallabschwächung kann Jedoch auch noch ein Strömungsteiler vorgesehen sein· Pie Biegung D kann benutzt werden, um erneut den StrÖ>unpsweg ^für d^&s Abgas um 180° umzukehren.

Die übergänge E und P werden verwendet, um den Gasstrom in die Atmosphäre zu richten. Der letzte übergang besitzt dabei eine divergierende Seitenwand, um die Druckverluete am Abgasauslaß zu vermindern.

Der gestrichelte Teil 41 der Figur 1 zeigt eine Aussparung, d5e verwendet werden kann für die Wärmerückgewinnung, indem ein wahlweiser Kanal zu einem Dampfgenerator für wärmerückgewinnung zur Verfügung steht und die übergänge E und "W dann als Abzweigkanal verwendet werden (Bypass). Tn diesem Falle kehrt die zweite Biegung den Gasstrom nicht vollständig um IHO⁰ um, sondern lenkt ihn um einen ^vinkel von etwa 90° ab.

Die Isolierung muft sowohl akustisch absorbierend als auch wärmebeständig sein. Der Aufbau der akustischen Verkleidung ist im einzelnen in den Fig. 3 und b dargestellt. Alle inneren Oberflächen des ScballdämOfers sind mit akustischer Verkleidung gebildet, einschließlich de? Strömunssweges und der V'andstruktur.

Die akustische Verkleidung ?1 ist mit einer ScMcht 5i aus Kohlenstoffstahl gebildet. Diese ScMcht kann eine Dicke in der Hrößenordnunp von f ιγιρ Cl/'' Zoll) besitzen und bildet den Süßeren oder rückwärtigen Teil der akusti&^chen Verkleidung.

Benachbart zur Schicht 51 aus Kohlenstoffstahl ist eine erste !nolierschient 53 aus relativ billigem faserf«rm1gem Material aufgelegt. Diese Schicht kann eine Dicke in der nr"Renordnunp von 7.5 cm (^T 7oll^besitzen und kann entweder aus Mineralwolle oder Glasfaser bestehen, wobei dar letztere Material bevorzugt wird.

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Angrenzend an diese erste Isolierschicht ist eine zweite Isolierschicht 55, die aus einer Isolierung' für sehr hohe Temperaturen besteht, beispielsweise aus einem langfaserigen Keramikfilz. Diese Schicht kann eine nicke von etwa 6mm (IM Zoll) besitzen. Diese Schicht ergibt nicht nur eine akustische und thermische Isolierung, sondern widersteht auch den hohen Temperaturen der Abgase, zeigt gleichzeitig gute Filzeigenschaften bei dieser, „ -^ Temperatur und verhindert den Verlust kostspieliger Isolierung/ hoher Geschwindigkeit und Beanspruchung durch den Gasstrom.

Schließlich ist ein Riech 57 aus äußerst dünnem (mikrodünnem) perforiertem rostfreiem Stahl angrenzend an die zweite Isolationsschicht angebracht. Dieses Blech 57 besitzt eine Dicke von etwa 0.75 mm (0,03 Zoll) und die Perforierung 59 besteht aus Löchern mit einem Durchmesser von etwa i.,2 mm (0,045 Zoll). Diese Bohrungen sind so angeordnet, daß etwa 20£ des Materials entfernt ist. Dieser offene Bereich von etwa 205 genügt um das perforierte Blech für Schall durchlässig zu machen, und gestattet damit dem Schall den Durchtritt zur Isolierung, wo er absorbiert wird. Diese Bohrungen sind jedoch klein genug, um einen Verlust der Isolierung durch sie hindurch zu verhindern. Weiterhin gestattet die dünne Ausführung des perforierten Metalls ein örtliches Verwölben ;, welches Temperaturgradienten von innen nach außen aufnimmt, Die Verkleidung wird zusammengehalten mit Hilfe eines Abstandsrohres 61 um einen an der Kohlenstoffstahl-Schicht verankerten Bolzen '63. welcher die Dicke der Verkleidung bei Druckbelastung aufrecht erhSlt, sowie durch einen Kanalabschnitt 65, welcher das Äuseinanderziehen der Verkleidung verhindert, und durch Federklammern 67, welche die Kanalteile an den Bolzen 63 verriegeln. Die Bolzen können mit MittenabstSnden von etwa ^ 5 cm (lP Zoll) engeordnet werden.

Ein Gesichtspunkt des Schalldämpfers gemPß der Fr'findung ist in ^igur * als Teil der Biegung F gezeigt. Diese Konstruktion kann Jedoch gewünschtenfalls auch für die übrigen Teile verwendet

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werden. An den Wenden des Schalldämpfers sind Leisten 71 (slats) befestigt und verlaufen so. daß sie eine Schiene bilden, in der die akustische Verkleidung verschiebbar eingesetzt werden kann. Eine solche Konstruktion gestattet eine thermische Ausdehnung der akustischen Verkleidung und gibt gleichzeitig ein einfaches und sicheres Befestigungssystem. Aus der Figur 5 ist auch ersichtlich, daß die beiden Flachen der Leitschaufel 35 für die Str^mungsaufteilung mit einer Schicht aus einem dünnem perforierten Metallblech ausgestattet sind. Hierdurch wird wie bereits erwähnt die doppelte schallabsorbierende Fläche für den Str^mungsaufteiler ermöglicht.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, aus welchem Grunde diese Schalld^mpfereinrichtung als Umkehrschelldämpfer bezeichnet werden kann. In einer Konstruktion mit begrenzten Gesamtabmessungen ist eir, Maximum an schallabsorbierender Fläche geschaffen und gleichzeitig werden Pruckverluste vermieden. Per Str^mungsweg der Heißgase wird zweimal um IbO⁰ umgekehrt, so daß außerdem eine Fortp.ffenzung des Schalls längs einer geraden Linie vermieden ist.

Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Selbstverständlich kennen verschiedene andere Kodifikationen durchgeführt werden, beispielsweise die Zufflgung weiterer Str^mungsaufteilereinrichtungen oder weiterer Stufen zur Vermeidung von Pruckverlusten oder die Verwendung verschiedenster Arten der Isolierung.

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Claims

P a. te η t anjs pr ü c he

Abgasschalldämpfer für Gasturbine mit einer Tragrahmenstruktur, einem Äbgaseinlaß und Auslaß und einem inneren Str^mungsweg₃ welcher ^m Inneren der Tragrahmenstruktur und an dieser befestigt akustische "Verkleidungen enthält und· akustische Verkleidungen zur Ausbildung des inneren Str"mungsweges besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß diese akustischen verkleidungen (?1) eine relativ dicke erste Isolierschicht (53), eine relativ dünne zweite .Isolierschicht aus hitzebeständigem Material (^5), ein Verkleidungsteil (¹Sl) benachbart zu der ersten Isolierschicht (53), ein perforiertes Metallblech (57) benachbart zu der zweiten Isolierschicht (^5) und Refestigungseinrichtungen (61, 63, 67, 65) zur Verbindung der ersten und zweiten-Isolierschicht (53, 55) des Verklei- · dungsteils (^1) und des ^etallblechs (57) besitzt.
2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Isolierschicht (53) aus faserförmigem Material gebildet ist,
3. Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolierschicht (53) aus Glas faser gebildet ist.
4* Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i ebnet, daß die zweite Isolierschicht (55) aus hitzebeständigem Material gebildet ist.
5« Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 Ms 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmebeständige Material' Keramikfilz ist.
6. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 4, dadurch

gekennzeichnet, daft das Verkleiötingsteil (21)

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eine Schicht (51) aus Kohlenstoffstahl besitzt.
7. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daft das ^erkleidungsteil (21, 3*0 ein perforiertes Fetallhlech (^7) umfaßt.
8. Schalldämpfer nach einen der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung enthalt:

einen Bolzen (63\ der am Verkleidungsteil (21) verankert ist^ ein Abstandsrohr (61), das konzentrisch Ober den Bolzen (63) zur Einhaltung eines Abstandes zwischen dem Verkleidungsteil (51) und dem perforierten Metallblech (57) befestigt 1st, einen Kanalteil (65) der auf dem Bolzen über dem perforierten Fetallblech (57) befestigt ist und eine Federklammer (67), welche den Kanalteil (65) auf dem Bolzen (63) hält.
9. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Fetallblech (57) als Perforierung Bohrungen enthält, welche etwa 20? der Oberfläche des Verkleidungsteils ausmachen.
10. Schalldämpfer nach flnsoruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl eine Aussparung (*ll) zur Verwendung für die Rückgewinnung von Abfallwärme vorgesehen ist.
11. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Leistenteilen (71) vorgesehen sind zur Bildung einer Schiene, in der die akustischen Verkleidungen gleitend gehaltert werden kennen.

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