DE2244123A1 - GAS TURBINE SILENCER AND BRACKET - Google Patents
GAS TURBINE SILENCER AND BRACKETInfo
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Description
Gasturbinenschalldämpfer und HalterungGas turbine muffler and bracket
Die Erfindung betrifft allgemein Gasturbinenausstoßschalldämpfer und insbesondere einen freistehenden Schalldämpfer für den Gasturbinenauslaß zur Verminderung des Ausstoßes von Geräusch mit niedriger und hoher Frequenz.The invention relates generally to gas turbine exhaust mufflers and in particular a free standing muffler for the gas turbine exhaust to reduce noise emissions with low and high frequency.
Vorbekannte Schalldämpfer für den Auslaß von Gasturbinen bestanden größtenteils aus akustischen parallelen Schallbrettern, die über die Breite des Auslaßkanals einer Gasturbine befestigt waren. Diese parallelen Schallbretter waren allgemein Schall-Previously known silencers for the exhaust of gas turbines existed mostly made of acoustic parallel sound boards attached across the width of the exhaust duct of a gas turbine was. These parallel sound boards were generally sound
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dämpfer für Hochfrequenzgeräusch und arbeiteten nach dem Prinzip der Schallabsorption. Mit der Vergrößerung von Gasturbinen ist es nicht mehr länger praktisch, parallele Schallbretter im Inneren der Abgasleitung zu verwenden wegen der wachsenden Querschnitte dieser Abgasleitung (stack) und der höheren Temperaturverhältnisse. Weiterhin sind die Anforderungen an die Schalldämpfung strenger geworden.dampers for high frequency noise and worked on the principle of sound absorption. With the expansion of gas turbines it is no longer practical to use parallel sound boards inside the exhaust pipe because of the growing cross-sections this exhaust pipe (stack) and the higher temperature conditions. Furthermore, there are the requirements for sound absorption become stricter.
Ein Problem im Zusammenhang mit dem vergrößerten Querschnitt der Abgasleitung besteht darin, daß die parallelen Schall bretter sich über eine Spannweite entsprechend einer Abmessung der Querschnittsflächen erstrecken müssen. Eine große Spannweite bedeutet jedoch erhöhtes Gewicht und dieses wird besonders kritisch unter den Umgebungsbedingungen des heißen Abgases, bei denen thermische Ermüdungserscheinungen, Durchbiegung und Verwerfung auftreten können. Da es erwünscht ist, Schalldämpfer so billig wie möglich zu bauen, bietet die Verwendung von Hochtemperaturlegierungen kein? Lösung, denn sie sind allgemein zu kostspielig. Die Vergrößerung der Querschnittsfläche von Halterungsteilen ist ebenfalls kostspielig und unerwünscht.A problem associated with the increased cross-section of the exhaust pipe is that the parallel sound boards must extend over a span corresponding to a dimension of the cross-sectional areas. A wide span means however, increased weight and this becomes particularly critical under the ambient conditions of the hot exhaust gas in which thermal fatigue, deflection and warping can occur. As it is desirable, silencers so cheap to build as possible, offers the use of high temperature alloys no? Solution, because they are generally too expensive. The increase in the cross-sectional area of bracket parts is also costly and undesirable.
Wie bereits erwähnt, haben vorbekannte Lösungen für die Schalldämpfung des Abgases von Gasturbinen besonderen Nachdruck auf den Hochfrequenzschall gelegt und größtenteils den niederfrequenten Schall vernachläßigt. Parallele Schallbretter besitzen gewöhnlich einen schmalen Querschnitt und absorbieren Hochfrequenzschall leichter. Niederfrequenzschall dagegen erfordert relativ breite und tiefe Schallbretter für die Schalldämpfung.As already mentioned, previously known solutions for the sound attenuation of the exhaust gas from gas turbines have placed particular emphasis placed the high-frequency sound and largely neglected the low-frequency sound. Have parallel sound boards usually have a narrow cross-section and absorb high frequency sound more easily. Low-frequency sound, on the other hand, requires relatively wide and deep sound boards for sound absorption.
Die thermische Dehnung und Kontraktion der Gesamtstruktur macht es erforderlich, daß die Schalldämpferstruktur hinreichend flexibel ist, um eine Verwerfung Im Inneren der Struktur infolge starker Temperaturgradienten zu verhindern.The thermal expansion and contraction of the overall structure makes it is necessary that the muffler structure is sufficiently flexible to withstand warpage inside the structure as a result to prevent strong temperature gradients.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Schalldämpfer für das Abgas von Gasturbinen zu schaffen, welcher wirksam ist zur Abschwächung der erhöhten Schallpegel von größeren Gasturbinen auf ein annehmbares Ausmaß.It is therefore an object of the present invention to provide an improved To create silencers for the exhaust gas from gas turbines, which is effective for attenuating the increased noise level of larger gas turbines to an acceptable level.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schalldämpfer für das Abgas von Gasturbinen zu schaffen, welcherIt is also an object of the present invention to provide a muffler for the exhaust gas from gas turbines which
istis
geeignet/zur Dämpfung sowohl von niederfrequentem als auch hochfrequentem, von der Gasturbine ausgehendem Schall.suitable / for damping both low-frequency and high-frequency, sound emanating from the gas turbine.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines freistehenden Schalldämpfers für das Abgas von Gasturbinen, welcher die Bauteile der Struktur einerseits vor thermischen Ermüdungserscheinungen schützt und gleichzeitig eine thermische Ausdehnung gestattet.Another object of the invention is to provide a free-standing muffler for the exhaust gas from gas turbines, which the components of the structure on the one hand protects against thermal fatigue and at the same time a thermal Expansion permitted.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen billigen und leicht herzustellenden Schalldämpfer für das Abgas von Gasturbinen zu schaffen.Another object of the invention is to provide an inexpensive and easy to manufacture silencer for the exhaust gas from gas turbines to accomplish.
Weitere Aufgaben und Vorteile sind ersichtlich aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung.Further tasks and advantages can be seen from the following Description of an embodiment of the invention.
Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht eines Schalldämpfers für Gasturbinenabgas, teilweise im Schnitt.Fig. 1 is an isometric view of a muffler for Gas turbine exhaust, partly in section.
Fig. 2 ist eine isometrische Ansicht und zeigt, wie die Beschleunigungsbretter (bätts) in der Struktur befestigt sind.Fig. 2 is an isometric view showing how the accelerator boards (bätts) are attached to the structure.
Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht eines Beschleunigungsbrettes gemäß der Erfindung teilweise als Ausschnitt.3 is an isometric view, partially cut away, of an accelerator board according to the invention.
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer für das Abgas von Gasturbinen ist durch einen freistehenden Strukturrahmen benachbart zum Ausstoßende einer Gasturbine gehaltert. Es können zwei Schalldämpferabschnitte für Niederfrequenz vorgesehen sein, die jeweils einenThe inventive muffler for the exhaust gas from gas turbines is adjacent to the discharge end by a free-standing structural frame a gas turbine supported. There can be two silencer sections be provided for low frequency, each one
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Beschleunigungsabschnitt und einen Ausdehnungsabschnitt besitzen und einen Hochfrequenzschalldämpfer-Abschnitt, welcher parallele Schallbretter umfaßt, die mit akustischem Absorptionsmaterial gefüllt sind. Jeder Beschleunigungsabschnitt enthält kastenförmige Strukturen, welche akustisch absorbierende äußere Flächen besitzen, um die herum das Gas strömt. Eine Platte und Winkelträger (plate and angle box beams) durchsetzen das Innere Jeder kastenförmigen Struktur als tragende Teile· Da beide Enden des Kastenträgers offen sind, ist gewünschtenfalls eine Ventilation des Tragteils möglich. Das Gewicht des Schalldämpfers wird durch Jeden Beschleunigungsabschnitt zum Strukturrahmen übertragen, wobei Vorkehrungen für Wärmeausdehnung vorhanden sind.Have acceleration section and an expansion section and a high-frequency silencer section, which parallel Includes sound boards which are filled with acoustic absorbent material. Each acceleration section includes box-shaped ones Structures which have acoustically absorbent outer surfaces around which the gas flows. A plate and bracket (plate and angle box beams) penetrate the interior of each box-shaped structure as load-bearing parts · As both ends of the Box girders are open, ventilation is required if desired of the supporting part possible. The weight of the muffler is transferred to the structural frame through each acceleration section, with provisions for thermal expansion in place.
Fig. 1 zeigt eine Verkleidung zur Aufnahme einer Gasturbine (nicht gezeigt). Das Turbinengehäuse ist benachbart zum Abgassamme lraum der Gasturbine angebracht, welcher die heißen Abgase von der Gasturbine aufnimmt. Ein Abgasübergang verbindet den allgemein mit der Bezugsziffer 11 bezeichneten Schalldämpfer für das Turbinenabgas mit dem Abgassammelraum.Fig. 1 shows a fairing for receiving a gas turbine (Not shown). The turbine housing is attached adjacent to the exhaust gas collection chamber of the gas turbine, which collects the hot exhaust gases picks up from the gas turbine. An exhaust gas transition connects the muffler generally designated by the reference numeral 11 for the turbine exhaust with the exhaust plenum.
Die äußere strukturelle Halterung des Abgasschalldämpfers wird erhalten durch ein Rahmenwerk von mit Flanschen versehenen Säulen 15 und mit Flanschen versehenen Trägern 19 und 21, die an entsprechenden Verbindungsstellen Jeweils an den Säulen befestigt sind. Ebenso können noch Verstrebungsteile 25, falls notwendig, in die Struktur aufgenommen werden.The external structural bracket of the exhaust muffler becomes obtained by a framework of flanged columns 15 and flanged beams 19 and 21 attached to corresponding connection points are each attached to the pillars. Strut parts 25 can also be used, if necessary, be included in the structure.
Der Strömungsweg für die Abgase ist durch die vertikalen Pfeile in Fig. 1 und 2 angedeutet. Vom Abgasübergang aus werden die heißen Abgase in einen unteren Beschleunigungsabschnitt eingeleitet. Der Beschleunigungsabschnitt wird so benannt, da er eine Anzahl vonjakustisch absorbierenden Beschleunigungsbrettern 35 enthält, welche benachbarte Seltenwände 37 besitzen, die Gaskanäle bilden. Diese Kanäle müssen das gleiche Gesamtvolumen des Abgasstroms aufnehmen, das in dem Abgasübergangsteil vorhandenThe flow path for the exhaust gases is indicated by the vertical arrows in FIGS. From the exhaust gas transition, the hot exhaust gases are introduced into a lower acceleration section. The acceleration section is named because it is a Number of acoustic absorbing accelerating boards 35, which have adjacent rare walls 37, the gas channels form. These channels must accommodate the same total volume of exhaust gas flow that is present in the exhaust gas transition part
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ist. Die Querschnittsfläche ist jedoch viel stärker eingeschränkt und es folgt daher eine erzwungene Beschleunigung beim Durchgang der Gase durch diesen Abschnitt, Die Abmessungen und die Abstände der Beschleunigungsbretter sind besonders gewählt, so daß die Bretter wirksam sind zu einer beträchtlichen Verminderung des niederfrequenten Schalls. Nachdem die Gase durch den unteren Beschleunigungsabschnitt hindurchgegangen sind, treten sie in einen unteren Ausdehnungsabschnitt ein. Dort können die Gase sich ausdehnen und ein Teil des Staudrucks oder des kinetischen Druckanteils wird in statischen Druck umgewandelt. Der niederfrequente Schall wird noch weiter abgedämpft infolge des großen Volumens des Ausdehnungsabschnittes und einer entsprechenden Verminderung der Gasenergie. Der Ausdehnungsabschnitt ist eine große hohle Kammer und besitzt Seitenwände ^5 aus Metallblech, die auf der" Innenseite isoliert und auf der Außenseite 25 abgestützt sind.is. However, the cross-sectional area is much more restricted and therefore a forced acceleration follows in the passage of the gases through this section, the dimensions and the spacing of the accelerator boards are specially chosen so that the Boards are effective at significantly reducing low frequency sound. After the gases through the lower acceleration section have passed through, they enter a lower expansion section. There the gases can expand and part of the dynamic pressure or the kinetic pressure portion is converted into static pressure. The low frequency Sound is further attenuated due to the large volume of the expansion section and a corresponding reduction the gas energy. The expansion section is a large hollow one Chamber and has side walls ^ 5 made of sheet metal, which on the " Insulated inside and supported on the outside 25.
Danach gehen die Gase durch einen oberen Beschleunigungsabschnitt und einen oberen Ausdehmngsabschnitt. Diese Abschnitte dämpfen ebenfalls hauptsächlich den niederfrequenten Abgasschall.The gases then go through an upper acceleration section and an upper expansion section. Attenuate these sections also mainly the low-frequency exhaust noise.
Oben auf dem oberen Ausdebnungsabschnitt sind eine Anzahl von parallelen Schallbrettern 51 befestigt, ähnlich den im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Schallbrettern.und bilden zusammen einen Abschnitt mit parallelen Schallbrettern.On top of the upper expansion section are a number of parallel ones Sound boards 51 attached, similar to the sound boards described in connection with the prior art together a section with parallel sound boards.
Das Beschleunigungsbrett 35 ist am ,besten ersichtlich aus der Pig. 3 als eine hohle, akustisch ausgerüstet Kastenstruktur, durch deren Mitte ein Kastenträger-Tunnel 61 verläuft, Der Tunnel öl erstreckt sich an jedem Ende des Brettes nach außen sur Bildung eines Lippen- oder Ansatzteiles 63.The acceleration board 35 is best seen in FIG Pig. 3 as a hollow, acoustically equipped box structure, through the center of which is a box girder tunnel 61, the tunnel oil extends outward at each end of the board to form a lip or neck portion 63.
Der Lippenteil 63 kann frei auf jedem der Träger 19 oder 21 ruhen und gestattet dadurch, daß eine Dehnung stattfinden kann» Der Tunnel 61 ist umgeben durch Glasfaserisolation, welche eine thermische Isolation und eine akustische Absorption ergibt.The lip portion 63 can rest freely on either of the supports 19 or 21, thereby allowing stretching to take place Tunnel 61 is surrounded by fiberglass insulation, which provides thermal insulation and acoustic absorption.
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Der Süßere Teil des Brettes 35 besteht aus perforiertem Metallblech, Wenn die Umstände es erfordern, kann dieses Blech aus rostfreiem Stahl bestehen.The sweeter part of the board 35 is made of perforated sheet metal, If circumstances so require, this sheet metal can be made of stainless steel.
Im Hinblick auf die Schalldämpferstruktur werden eine Anzahl dieser Beschleunigungsbretter so angeordnet, daß ihre Seitenwände benachbart zueinander liegen mit einem Abstand von etwa 23 cm (etwa 9 Zoll) zur* Bildung der Gaskanäle. Das Abgas geht durch die Kanäle hindurch, welche durch die benachbarten Seitenwände der Beschleunigungsbretter gebildet werden.With regard to the muffler structure, a number of these accelerator boards are arranged so that their side walls are adjacent to each other at a distance of about 23 cm (about 9 inches) to * form the gas channels. The exhaust gas passes through the channels, which through the adjacent side walls the acceleration boards are formed.
Der Tunnel 61 mit der Lippe 63 liefert ein Hauptelement der Tragstruktur des Abgasschalldämpfers, Das Gewicht der Schalldämpferteile wird auf den Strukturrahmen übertragen durch die Beschleunigungsbretter mit Hilfe des Tunnels 6l und der Lippe 63.The tunnel 61 with the lip 63 provides a main element of the supporting structure of the exhaust muffler. The weight of the muffler parts is transferred to the structural frame through the acceleration boards with the aid of the tunnel 61 and the lip 63.
Der Tunnel Sl gestattet auch eine Kühlung durch Ventilation des Schalldämpfers und insbesondere des Tunnels 6l selbst; dies ist durch horizontale Pfeile angedeutet. Die Ventilation kann eine natürliche Ventilation oder eine erzwungene Ventilation sein. Die Verwendung des Tunnelaufbaus gestattet eine Ventilation des Inneren des Tragteils bei gleichzeitiger thermischer Isolierung des Tunnels. Dies ermöglicht es» den Tunnel aus Kohlenstoffstahl herzustellen anstelle einer Hochtemperaturlegierung.The tunnel S1 also allows cooling by ventilating the silencer and in particular the tunnel 6l itself; this is indicated by horizontal arrows. The ventilation can be natural ventilation or forced ventilation. The use of the tunnel structure allows ventilation of the interior of the supporting part with simultaneous thermal insulation of the tunnel. This enables »the tunnel to be made from carbon steel instead of a high temperature alloy.
Ein weiteres, einzigartiges Merkmal dieser Konstruktion besteht darin, daß die Beschleunigungsbretter mit Hilfe des Lippenteils 63 frei auf das tragende Rahmengerüst aufgelegt werden zur Verminderung der Herstellungskosten und um thermische Änderungen der gesamten Schrlldämpferstruktur zu gestatten.Another unique feature of this design is that the accelerator boards with the help of the lip part 63 can be freely placed on the supporting frame structure to reduce manufacturing costs and to reduce thermal changes in the allow the entire shredder structure.
Im Betrieb wirr1 das am Ab gasende einer Gasturbine austretende heiße Abgas durch den Abgassammeiraum und den Abgasübergang in den unteren Niederfrequenzabschnitt geleitet. Dieser besteht ausIn operation confused 1, the gassing on from a gas turbine escaping hot exhaust gas passed through the exhaust gas Abgassammeiraum and the transition in the lower low-frequency portion. This consists of
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einem Beschleunigungsabschnitt und einem unteren Ausdehnungsabschnitt. Der niederfrequente Schall wird in dem unteren Beschleunigungsabschnitt absorbiert und der niederfrequente Sehall wird gedämpft durch Verringerung der Gasenergie in dem unteren Ausdehnungs- oder Expansionsabschnitt« Dieser Vorgang wird in dem oberen Niederfrequenzabschnitt wiederholt. Zuletzt geht das Gas dann durch den Hochfrequenzabschnitt s in dem der Hochfrequenzschall in einem Abschnitt mit parallelen Schallbrettern absorbiert wird und dann wird das Abgas in die Atmosphäre ausgestoßen«an acceleration section and a lower expansion section. The low frequency sound is absorbed in the lower acceleration section and the low frequency sound is attenuated by reducing the gas energy in the lower expansion section. This process is repeated in the upper low frequency section. Finally, the gas then goes through the high-frequency section s in which the high-frequency sound is absorbed in a section with parallel sound boards and then the exhaust gas is expelled into the atmosphere «
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