DE2853613A1

DE2853613A1 - Seeschiff mit gasturbinenantrieb

Info

Publication number: DE2853613A1
Application number: DE19782853613
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Clifford Clarke; Charles Peter Ridley Peecock; Victor Albert Webb; Arthur Dennis Wells
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-12-22
Filing date: 1978-12-12
Publication date: 1979-06-28
Also published as: FR2412459B1; SE7812999L; FR2412459A1; NO146738B; IT7831162A0; NL7812346A; NO146738C; DK575578A; JPS54129215A; JPS5743798B2; CA1096312A; US4212259A; DE2853613C2; NO784305L

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

2853613 Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 12. Dezember 1978

Unser Zeichen: 16 479 -

Anmelder: Rolls-Royce Limited

Buckingham Gate
London SWlE 6AT
England

Bezeichnung: Seeschiff mit Gasturbinenantrieb

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Die !Erfindung bezieht sich auf einen Geräuschdämpfungsaufbau und auf Seeschiffe, die einen solchen Aufbau aufweisen, und insbesondere aber nicht ausschließlich betrifft die Erfindung einen Schalldämpfungskanal für die heißen Abgase einer Schiffsgasturbinentriebwerksanlage.

Die Benutzung von Gasturbinentriebwerken als Haupttriebwerksanlage für Seeschiffe erfordert die Anordnung großer Einlaß- und Auslaßkanäle, weil eine große Luftmasse vom Triebwerk verbraucht wird. Die Abgase des Triebwerks bestehen aus einer heißen großen Massenströmung aus Gas mit hoher Geschwindigkeit, die ohne Geräuschdämpfung einen beträchtlichen Anteil höchst unerwünschten Lärms erzeugt. Ein solcher Lärm wird gewöhnlich durch Schallabsorbierungs-Spaltverzweigungen im Abgaskanal abgeschwächt und diese Schlitzrohre können relativ schwer sein und in gewissen Fällen die Stabilität und Manövrierfähigkeit eines solchen Schiffes beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen von Gewicht relativ leichten Schalldämpfungskanal für die Abgasströmung oder die Einlaßströmung einer Schiffsgasturbinentriebwerksanlage und für andere Zwecke zu schaffen.

Die Erfindung geht aus von einem Seeschiff mit einer Gasturbinentriebwerksanlage der ein Gasströmungskanal zugeordnet ist, welcher vom Aufbau des Schiffes getragen wird, und innerhalb einer Zelle des Schiffsaufbaus liegt. Gemäß der Erfindung weist der Gasströmungskanal einen porösen Innenkörper und mehrere in Umfangsrichtung angeordnete nicht-poröse Kanalabschnitte auf, die an dem porösen Innenkörper befestigt und im axialen Abstand längs des porösen Innenkörpers angeordnet sind, wobei die Kanalabschnitte und der poröse Innenkörper zusammen mehrere kreisringförmige Schalldämpfungszellen bilden, und wobei wenigstens eine Schicht aus Wärmeisoliermaterial die nicht-porösen Kanal-

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abschnitte umgibt, und das Isoliermaterial innerhalb einer Abdeckung enthalten, und mit dem Gasströmungskanal verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ferner einen Schalldämpfungskanal mit einem porösen Innenkörper und einer Mehrzahl von in Umfangsrich-i tung angeordneten, nicht-porösen Kanalabschnitten, die am porösen Innenkörper befestigt sind, wobei die Kanalabschnitte und der poröse Innenkörper zwischen sich mehrere kreisringförmige Schalldämpfungszellen definieren.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 eine schematische Ansicht eines Teils eines Seeschiffes mit einer Gasturbinentriebwerksanlage, die einen in bekannter Weise ausgebildeten Schalldämpfungskanal besitzt;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Teils eines Seeschiffes mit einer Gasturbinentriebwerksanlage, die einen erfindungsgemäß ausgebildeten Schalldämpfungskanal aufweist;

Pig. j5 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß Fig. 2, welche in größerem Maßstab den Schalldämpfungskanal gemäß Fig. 2 erkennen läßt;

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B gemäß Fig. ~5\

Fig. 5 eine ins Einzelne gehende Ansicht eines Teils des in den Figuren 2-4 dargestellten Kanals.

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Gemäß Pig. 1 besitzt das Seeschiff 8, von dem nur ein Teil dargestellt ist, eine Gasturbinentriebwerksanlage, bestehend aus einem Gasgenerator und einer Nutzleistungsturbine 10, die eine Welle 12 antreibt. Die Anlage weist außerdem einen Einlaßkanal 14 für die Umgebungsluft und einen Heißgasablaßkanal 16 auf, der in einer Zelle VJ des Schiffes 8 angeordnet und gehaltert ist. Der Umgebungslufteinlaß besteht aus einem rechteckigen Eintrittsabschnitt 14a und einem Übergangsabschnitt 14b, um eine Verbindung mit dem kreisförmigen Eintritt des Gasgenerators herzustellen. Der Abschnitt 14a weist Einlaßschlitze- l4c auf und es sind Wassertropfenseparatoren I4d vorgesehen» Der Heißgasablaßkanal 16 weist einen Übergangsabschnitt 16a, einen Diffuserabschnitt 16b und einen parallelwandigen Abschnitt 16c auf, in dem Schallabsorptionsschlitze 18 bekannter Bauart angeordnet sind, und es ist schließlich ein weiterer parallelwandiger Abschnitt l6d vorgesehen. Die Schalldämpfungsschlitzanordnungen bestehen gewöhnlich aus einer porösen Metallschale, die mit Schallabsorptionsmaterial gefüllt ist. Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß das schallabsorbierende Material die Neigung hat, durch die öffnungen in der Metallschale hindurchzutreten, und der Aufbau eines solchen Schalldämpfers wird sehr schwer, wodurch der Massenmittelpunkt des Schiffs, in welchem die Gasturbinenanlage eingebaut ist, zu nahe an das Metazentrum des Schiffes herangelegt wird, was die Schiffsstabilität beeinflussen kann.

Im folgenden wird auf die Figuren 2 bis 5 Bezug genommen. Der Schalldämpfungskanal 19 gemäß der Erfindung wird in der Zelle 17, die durch den Aufbau des Schiffes 8 definiert wird, getragen und gehaltert. Dieser Kanal ersetzt die Abschnitte 16c und I6d und,er besteht aus einem porösen inneren zylindrischen Stahlkörper 20 aus rostfreiem Stahl und einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Kanalabschnitten 22 aus rost-

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freiem Stahl, die an dem porösen Innenkörper 20 angeschweißt sind, und in Verbindung mit dem porösen Innenkörper mehrere kreisringförmige, in Umfangsrichtung verlaufende Schallabschwächungszellen 2k- bilden.

Der poröse Innenkörper 20 besitzt öffnungen 20a, die in jenen Teilen des Zylinders ausgebildet sind, die mit dem Inneren der Zellen in Verbindung stehen. Die Teile des Innenkörpers 20 zwischen den Kanalabschnitten 22 werden massiv belassen. Der Kanal wird innerhalb der Zelle 17 wenigstens teilweise durch Arme 23 abgestützt und getragen, die auf Trägern 25 ruhen.

Um das Äußere der Kanalabschnitte 22 herum ist thermisches Isoliermaterial 26, z.B. ein Mineralwollvlies gewickelt, und weil sowohl die Kanalabschnitte 22 als auch die Räume zwischen den Kanalabschnitten geschlossen sind, besteht keine Möglichkeit, daß das Material 26 in die Kanalabsehnitte 16c und l6d (Fig. 2) gezogen wird. Das Isoliermaterial, das aus einer oder mehreren Schichten bestehen kann, weist gemäß Fig, 5 zwei Schichten innerhalb einer Gasfaserhaut 28 auf. Die Haut 28 und das Isoliermaterial 26 werden durch mehrere radiale Streben ^O (Fig. 5) gehalten, die an den Innenkörper zwischen benachbarten Kanalabschnitten 22 angeschweißt sind, und eine Kupplung 32 niedriger Leitfähigkeit ist auf jede Strebe aufgeschraubt und ein Befestigungsorgan 34 ist an jeder Kupplung angeschraubt.

Die Kanalabschnitte 22 bestehen aus drei integralen Stegen 22a, 22b, 22c und die Verbindungen 22d zwischen den Flanschen, die am Zylinder 20 angeschweißt sind,und den Stegen 22b und 22c sind so gestaltet, daß die differentiellen thermischen Ausdehnungen zwischen Zylinder 20 und Kanalabschnitten 22 aufgenommen werden können. Eine solche Ausdehnung kann auftreten,

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wenn die Gasturbinentriebwerksanlage schnell angelassen wird, oder wenn eine plötzliche Beschleunigung mit einem darauffolgenden schnellen Temperaturanstieg der Abgase auftritt. Der Zylinder 20 heizt sich sehr schnell auf, weil er in unmittelbarer Berührung mit den heißen Abgasen gelangt, während die Kanalabschnitte sich nur langsam erhitzen und ausdehnen. Die Form der Verbindungen 22d ermöglicht eine solche differ-entielle Ausdehnung, ohne Überlastung des Zylinders 20 oder der Kanalabschnitte 22.

Die Kanalabschnitte 22 können einstückig durch Pressen und Walzen aus einer Platte hergestellt sein, und jeder Kanalabschnitt ist getrennt am Zylinder 20 angeschweißt, oder sie können als Einheit in Form von zwei oder mehreren Kanalabschnitten gefertigt und dann am Zylinder angeschweißt werden.

Falls erforderlich, können die Schalldämpfungszellen 24 in Segmente unter Verwendung von Prallplatten unterteilt werden, die radial zwischen dem Zylinder 20 und dem Steg 22a eines jeden Kanals verlaufen.

Die Abschnitte l6c, I6d des Kanals sind miteinander und mit den anderen Kanalabschnitten durch herkömmliche Schraubflanschanordnungen 36 verbunden. Vorzugsweise ist ein Ende des Kanals wie aus Fig. 4 ersichtlich, fixiert, während das andere Ende und die dazwischen liegenden Punkte so abgestützt werden, daß der Kanal radial festgelegt wird, sich axial jedoch ausdehnen kann, d.h. in Richtung der Heißgasströmung.

Das Maß der Porosität, d.h. die Zahl und Größe der Löcher 20a kann über die Länge des Kanals derart verändert werden, daß unterschiedliche Teile des Kanals so abgestimmt werden, daß unterschiedliche Lärmfrequenzen abgeschwächt werden.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grad der

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Porosität derart, daß yfc der Wandfläche des Zylinders 20 offen ist, und im typischen Fall ist der Anteil jeder Zelle 24 in einem Verhältnis Tiefe zu Breite am Scheitel mit 1 : 1,19 ausgebildet, und das Verhältnis Tiefe zu Breite an der Basis beträgt 1 : 1,984. Die Zellengröße und die Porosität kann geändert werden, um eine Anpassung an abzuschwächende Lärmfrequenzen vorzunehmen.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit der Lärmabschwächung in einem Heißgaskanal beschrieben. Sie kann jedoch in gleicher Weise angewandt werden für Kaltgasströmungen und insbesondere auch für den Umgebungslufteinlaß 14. Anstelle von rostfreiem Stahl können auch andere Materialien für den Zylinder 20 und den Innenkörper 22 Anwendung finden, z.B. Aluminium, wenn der Kanal als Einlaßkanal für den Einlaß einer Schiffsgasturbinentriebwerksanlage benutzt wird, oder der Kanal kann aus Flußstahl bestehen, wenn der Kanal in einer nicht-korrodierenden Atmosphäre liegt.

Die Löcher 20a können über die gesamte Oberfläche des Zylinders 20 angeordnet werden, und sie können zwischen benachbarten Zellen 24 durch Flansche der Kanalabschnitte 22 geschlossen werden, die am Zylinder angeschweißt sind, um diesen Abschnitt des Innenkörpers nicht porös zu gestalten.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. C u rt Wal I ach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach 2°53p13 Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d Datum: 12. Dezember 1978 Unser Zeichen: 16 479 - Pat ent ans prüche

1.) Seeschiff mit einer Gasturbinenanlage,der ein Gasströmungskanal zugeordnet ist, welcher vom Aufbau des Schiffes getragen wird und in einer Vertiefung des Schiffskörpers liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasströmungskanal wenigstens einen Kanalabschnitt aufweist, der ein poröses Innenteil besitzt, an dem mehrere in Umfangsrichtung angeordnete,nicht poröse Kanalabschnitte befestigt sind, die im axialen Abstand längs des porösen Innenkörpers liegen, daß die Kanalabschnitte und der poröse Innenkörper zusammen mehrere ringförmige Lärmdämpfungszellen bilden, und daß wenigstens eine Schicht aus Wärmeisolationsmaterial die nicht porösen Kanalabschnitte umgibt, und daß das Isoliermaterial innerhalb der Abdeckung angeordnet und am Gasströmungskanal befestigt ist.

2. Seeschiff nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität des Innenkörpers durch eine Vielzahl von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Löchern gebildet wird, die durch den Innenkörper hindurchgeführt sind.

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3. Seeschiff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität des Innenkörpers 3$ der Oberfläche des Innenkörpers beträgt.

4. Seeschiff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher nur im Bereich jedes Kanalabschnitts angeordnet sind, und daß der Innenkörper zwischen benachbarten Kanalabschnitten nicht porös ist.

5. Seeschiff nach Anspruch 1, dadurch ,gekennzeichnet, daß der Gasströmungskanal wenigstens einen Teil des Abgaskanals der Gasturbinentriebwerksanlage umfaßt.

6. Seeschiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasströmungskanal wenigstens einen Teil des Lufteinlasses der Gasturbinentriebwerksanlage umfaßt.

7. Schalldämpferkanal zur Verwendung in Verbindung mit einem Gasströmungskanal eines mit einer Gasturbinenanlage ausgerüsteten Seeschiffs nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal einen porösen Innenkörper aufweist, daß mehrere in Umfangsrichtung angeordnete nichtporöse Kanalabschnitte an dem porösen Innenkörper befestigt sind, daß die Kanalabschnitte und der poröse Innenkörper zwischen sich eine Vielzahl von

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von kreisringförmigen Sehalldämpfungszellen bilden, und daß wenigstens eine Schicht aus Wärmeisolationsmaterial die nicht-porösen Kanalabschnitte umgibt, wobei das Isolationsmaterial in der Abdeckung enthalten und am Gasströmungskanal befestigt ist.

8. Schalldämpfungskanal nach Anspruch 7, dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t, daß der Innenkörper nur im Bereich der nicht-porösen Kanalabschnitte porös ausgebildet ist, und daß er zwischen benachbarten Kanalabschnitten nicht porös ist.

9. Schalldämpfungskanal nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Porosität des Innenkörpers 3$ der Oberfläche des Innenkörpers beträgt.

10. Schalldämpfungskanal nach Anspruch 7, dadurch ge kennz e i c hnet, daß die Porosität des Innenkörpers durch eine Vielzahl von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Löchern gebildet wird, die durch den Innenkörper hindurch verlaufen.

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