DE60116362T2

DE60116362T2 - Geräuschunterdrückung für absperrklappe

Info

Publication number: DE60116362T2
Application number: DE60116362T
Authority: DE
Inventors: Man-Chun Tse
Original assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Current assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: EP1330618A2; DE60116362D1; WO2002037009A9; CA2426063C; CA2426063A1; EP1330618B1; WO2002037009A3; WO2002037009A2; US6439540B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Geräuschunterdrückungsvorrichtung und betrifft im Spezielleren eine Vorrichtung, die zum Unterdrücken des Geräusches ausgebildet ist, das durch einen Gasstrom beim Hindurchströmen durch eine Absperrklappe erzeugt wird, wenn sich diese in einer geöffneten Position befindet.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Absperr- bzw. Drosselklappen weisen eine scheibenförmige Platte auf, die in einem Kanal um eine durch eine Stange gebildet Querachse drehbar positioniert ist, um einen Fluidstrom durch den Kanal hindurch zu steuern. Typischerweise wird die Scheibe über ein Drehmoment rotationsmäßig bewegt, das mittels eines externen Aktuators über die Stange bzw. Achse aufgebracht wird. Absperrklappen werden in der Luftfahrtindustrie bereits häufig verwendet. Bei einem Hilfsversorgungsaggregat (APU) eines Flugzeugs wird der Lastkompressorstrom für verschiedene Zwecke verwendet, wie z.B. den Start der Hauptmaschine sowie die Kabinenluft-Aufbereitung für das Flugzeug auf dem Boden, wenn die Hauptmaschine bzw. das Haupttriebwerk nicht in Gebrauch ist. Diese Lastkompressorluft wird normalerweise durch eine Kanaleinrichtung umgeleitet und gedämpft in den Austrittskanal des Hilfsversorgungsaggregats eingeleitet, wobei ein Umlenkventil den Strom reguliert. Bei dem Umlenkventil handelt es sich in Anbetracht der einfachen Ausbildung normalerweise um eine Absperrklappe. Die Verwendung einer Absperrklappe führt jedoch üblicherweise zu unerwünschten Effekten, wie z.B. Vibrationen, Verschleiß und Geräuschen. Zum Beispiel erzeugt ein Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit ein aerodynamisches Drosselgeräusch in Frequenzbereichen zwischen 1 kHz und 5 kHz über einen großen Bereich von Ventil -bzw. Klappenöffnungen.
Zum Reduzieren des Geräuschpegels des Ventils bzw. der Klappe sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, insbesondere die Anbringung einer Geräuschdämpfungsvorrichtung, wie z.B. eines Geräuschdämpfers unmittelbar stromabwärts von der Absperrklappe. Solche Anordnungen aus Absperrklappe und Geräuschdämpfer sind allgemein bekannt und werden in Verbindung mit Gasturbinenmaschinen häufig verwendet. Man hat jedoch beobachtet, dass der Geräuschdämpfer im Verlauf der Zeit Einbußen erleidet. Darüber hinaus führt die Anordnung aus Absperrklappe und Geräuschdämpfer zu einer Erhöhung des Gewichts und der Kosten der Gasturbinenmaschine insgesamt.
Darüber hinaus sind auch Bestrebungen unternommen worden, das Geräusch an seiner Quelle zu unterdrücken, wie z.B. im Fall des US-Patents Nr. 3,238,955, erteilt für Lassiter, Jr. am 08. März 1966, US-Patent Nr. 3,960,177 erteilt für Baumann am 01. Juni 1976, US-Patent Nr. 5,465,756, erteilt für Royalty et al. am 14. November 1995 sowie US-Patent Nr. 5,881,995, das dem Anmelder am 16. März 1999 erteilt wurde. Diese Patente des Standes der Technik beschreiben verschiedene Geräuschdämpfungseinrichtungen, die an der scheibenförmigen Platte der Absperrklappe angebracht sind, wobei es sich z.B. um Stifte, Rippen, perforierte akustische Gitter und Laschen handelt, die Turbulenz und/oder Abfangwirbel erzeugen, um die Stärke des Sogs stromabwärts von der Absperrklappe zu vermindern und dadurch Geräusch an der Quelle zu reduzieren. Obwohl die in den vorstehend genannten Patenten des Standes der Technik beschriebenen Absperrventile sehr effektiv sind, bilden ihre Rippen, Stifte, perforierten akustischen Gitter und Laschen in einem gewissen Ausmaß ein Strömungshindernis und führen zu einer Erhöhung des während des Betriebs auf die scheibenförmige Platte aufgebrachten Drehmoments.
Alternativ hierzu sind Geräuschdämpfungselemente in der Strömungspassage nach der scheibenförmigen Platte des Absperrventils vorgesehen. Pyötsiä et al. beschreibt in dem US-Patent Nr. 4,691,894, erteilt am 08. September 1987, eine derartige Absperrklappe. Die Geräuschdämpfungselemente, die in der Strömungspassage stromabwärts von der scheibenförmige Platte angebracht sind, sind axial voneinander beabstandet und mit sich durch diese hindurch erstreckenden Öffnungen versehen. Die perforierten Geräuschdämpfungselemente erstrecken sich in Radialrichtung und reduzieren somit die Querschnittsfläche der Strömungspassage, um das dynamische Moment der gestörten Strömung sowie das Geräusch in der Strömungspassage zu dämpfen und somit den Luftdruckverlust unmittelbar stromabwärts von der Klappe zu vermindern. Dies führt in einem gewissen Ausmaß zu einem Blockieren der Strömung, wobei dies nicht wünschenswert ist, insbesondere wenn die Absperrklappe in einem Hilfsversorgungsaggregat für ein Flugzeug verwendet wird.
Weitere Technologie zum Eliminieren von akustischem Geräusch, die in der Luftfahrtindustrie entwickelt worden ist, ist in dem US-Patent Nr. 4,300,656, erteilt für Burcham am 17. November 1981, beschrieben, und zwar zum Aufbrechen der Kontinuität von Schalldruckfeldern, die von Lüftern oder Rotoren eines Typs in Richtung nach vorne projiziert werden, wie man ihn üblicherweise bei der ersten Stufe eines Lüfters oder eines Kompressors für eine Luft ansaugende Maschine vorfindet, und zwar im Betrieb bei Spitzengeschwindigkeiten im Überschallbereich. Die Vorrichtung zum Eliminieren von akustischem Geräusch beinhaltet eine Schallbarriere, die durch eine Mehrzahl von einander schneidenden ebenen Platten gebildet ist, die eine Schnittlinie haben, die mit einer Längsachse einer rohrförmigen Haube zusammenfällt, und zwar vorzugsweise in einer kreuzförmigen Konfiguration, wobei dies zum Aufbrechen der Kontinuität von rotierenden Geräuschfeldern dient. Dennoch liegt das durch einen Lüfter oder einen Kompressor erzeugte akustische Geräusch in Form von rotierenden Feldern vor, die als "Spinning-Moden" bzw. Drehungsmoden bezeichnet werden, und unterscheidet sich von dem Geräusch, das von dem Strömungssog stromabwärts von einer Absperrklappe erzeugt wird, in dem Strömungsturbulenz vorherrscht und keine kontinuierlichen Spinning-Moden vorhanden sind. Diese Art von Schallbarriere ist bisher niemals im Zusammenhang mit einer Lösung zum Verhindern von Geräusch bei Absperrklappen betrachtet worden.
Das Dokument EP 0 863 303 offenbart eine Absperrklappe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Luftfahrtindustrie ist ständig bestrebt, die Technologie für die Kontrolle von Geräuschen zu verbessern, und zwar einschließlich der Unterdrückung von Geräuschen bei Absperrklappen in Verbindung mit Luft-Hilfsversorgungsaggregaten, die für Flugzeuge verwendet werden. Es besteht daher ein Bedarf für eine verbesserte Unterdrückungsvorrichtung zum Unterdrücken von Geräuschen bei Absperrventilen bzw. -klappen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Geräuschunterdrückungsvorrichtung für eine Absperrklappe, die Turbulenz in dem Strömungssog hinter der Absperrklappen-Platte unterdrückt und die Geräusch-Schallwellen erzeugt, ohne ein nennenswertes Hindernis für die Strömung zu bilden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Geräuschunterdrückungsvorrichtung für eine Absperrklappe, die zumindest akustisch einem bei der Absperrklappe verwendeten Geräuschdämpfer des Standes der Technik äquivalent ist, jedoch einfacher, leichter, dauerhafter im Betrieb sowie kostengünstig in der Herstellung ist.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Absperrklappe, die dazu ausgebildet ist, niedrige Geräuschpegel zu erzeugen.
Darüber hinaus besteht noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer derartigen Absperrklappe, die relativ einfach und kostengünstig in der Herstellung ist.
Die vorliegende Erfindung schafft im Allgemeinen ein Verfahren zum Dämpfen von Absperrklappengeräusch, das durch einen Gasstrom beim Passieren eines Rands einer Klappenplatte in einem Klappengehäuse erzeugt wird. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Anordnens von mindestens einer perforierten Platte, die sich in Axialrichtung in einem Strömungsweg stromabwärts von der Klappenplatte erstreckt und dadurch den stromabwärtigen Strömungsweg in eine Mehrzahl von axialen Segmenten teilt, so dass der Gasstrom die axialen Segmente ohne nennenswerte Behinderung durchströmen kann und die Turbulenz in dem Gasströmungssog hinter der Klappenplatte sowie durch die Turbulenz erzeugte Geräusch-Schallwellen dazu veranlasst, die perforierte Platte zu queren, so dass die Turbulenz und die Geräusch-Schallwellen unterdrückt werden.
Bei einer Absperrklappe wirkt die Absperrklappenplatte im Betrieb als stumpfer Körper. Eine Strömungstrennung findet entlang des Rands der Absperrklappenplatte statt, so dass ein beträchtlicher Sog dahinter gebildet wird. Die in diesem instabilen Sog erzeugte Turbulenz ist die Ursache für Geräusche. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Unterdrückung oder Minimierung des Sogs sobald wie möglich durch Anbringen zumindest einer perforierten und axial verlaufenden Ablenkplatte als Strömungs-Geraderichteinrichtung unmittelbar stromabwärts von der Klappe. Die perforierte Ablenkplatte ermöglicht den Turbulenzkomponenten in der Sogströmung eine Kommunikation in seitlicher Richtung durch ihre Oberfläche hindurch, wodurch die Soginstabilität abgeführt wird und ein besser entwickelter Mischstrom an dem Austrittsende der Vorrichtung resultiert. Die Ablenkplattenperforation unterdrückt ferner auch die Geräusch-Schallwellen, die durch die Turbulenz erzeugt werden und sich entlang der perforierten Ablenkplatte fortpflanzen. Dennoch bildet die perforierte Ablenkplatte kein nennenswertes Hindernis für die Strömung, da sich die Ablenkplatte in Strömungsrichtung erstreckt.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Absperrklappe geschaffen, die ein Klappengehäuse aufweist, das einen Strömungsweg bildet. Ein Schließelement ist in dem Klappengehäuse zur Ausführung einer Rotationsbewegung um eine Achse zwischen einer geöffneten Stellung, in der die Passage eines Gasstroms durch das Klappengehäuse ermöglicht ist, und einer geschlossenen Position zum Blockieren des Gasstroms durch das Klappengehäuse schwenkbar angebracht. Die Achse verläuft in Querrichtung und zentral über das Schließelement, so dass das Schließelement einen Abschnitt zum Ausführen einer Schwenkbewegung in einer allgemein stromabwärtigen Richtung aufweist, wenn sich das Schließelement von der geschlossenen Stellung in Richtung auf die geöffnete Stellung bewegt. Eine Einrichtung zum Dämpfen von Geräusch ist an dem Klappengehäuse unmittelbar stromabwärts von dem Schließelement angebracht, jedoch ohne den stromabwärts schwenkenden Abschnitt des Schließelements zu behindern. Die Einrichtung beinhaltet einen Kanal, der einen stromabwärtigen Strömungsweg der Absperrklappe bildet, sowie mindestens eine an dem Kanal angebrachte und axial verlaufende perforierte Platte, die sich vorzugsweise über eine zentrale Längsachse des Kanals hinweg erstreckt, um einen Abschnitt des Kanals in wenigstens zwei axiale Segmente zu teilen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kanal zylindrisch, und die Einrichtung beinhaltet eine Mehrzahl flacher perforierter Platten, die in dem Kanal angebracht sind und in einer sich schneidenden Konfiguration angeordnet sind, die vorzugsweise einer Kreuzform entspricht, um dadurch den Abschnitt des zylindrischen Kanals in vier axiale Segmente zu teilen, von denen jedes einen viertelkreisförmigen Querschnitt aufweist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Geräuschunterdrückungsvorrichtung für eine Absperrklappe geschaffen, die eine Schließplatte aufweist, die in einem Klappengehäuse zur Ausführung einer Rotationsbewegung um eine Achse schwenkbar angebracht ist, um einen Gasstrom zu steuern. Die Geräuschunterdrückungsvorrichtung weist einen zylindrischen Kanal auf, der mit dem Klappengehäuse verbunden ist, um einen Strömungsweg stromabwärts von der Absperrklappe zu bilden, und ferner weist sie eine Mehrzahl flacher und perforierter Platten zum Dämpfen von Geräusch auf, die in dem zylindrischen Kanal angebracht sind. Die Platten sind in einander schneidenden Ebenen angeordnet und weisen eine Schnittlinie auf, die mit einer Längsachse des zylindrischen Kanals übereinstimmt.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen noch besser verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachdem die Art der Erfindung nunmehr allgemein beschrieben worden ist, wird im Folgenden auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen die bevorzugten Ausführungsformen dargestellt sind; es zeigen:
1 eine im Längsschnitt dargestellte schematische Ansicht einer Absperr klappe, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in 1 unter Darstellung der kreuzförmigen Konfiguration der Geräuschunterdrückungseinrichtung;
3a bis 3e Querschnittsansichten der Geräuschunterdrückungseinrichtung gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung; und
4 eine grafische Vergleichsdarstellung der Geräuschpegel der Absperrklappe, die die kreuzförmigen Platten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, im Vergleich zu dem Geräuschpegel eines Geräuschdämpfers, der unmittelbar stromabwärts von einer herkömmlichen Absperrklappe angebracht ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beinhaltet eine allgemein bei dem Bezugszeichen 10 dargestellte Absperrklappenanordnung ein zylindrisches Gehäuse 12, das eine Strömungspassage 14 mit kreisförmigem Querschnitt durch dieses hindurch bildet. Eine Schließplatte 16 ist an einer Schwenkachse 18 schwenkbar angebracht und in das Gehäuse 12 eingepasst. Die Schwenkachse 18 ist in die Mitte der Strömungspassage 14 eingepasst und an beiden Seiten in dem Gehäuse 12 derart abgestützt, dass das Schließelement 16 zur Ausführung einer Rotationsbewegung um die Schwenkachse 18 in der Lage ist, wie dies durch einen Pfeil R angedeutet ist. Eine ringförmige Dichtung (nicht gezeigt) ist entweder an dem Rand der Schließplatte 16 oder an der Innenfläche des Gehäuses 12 vorgesehen, um den Ringraum zwischen dem Rand der Schließplatte 16 und der Innenfläche des Gehäuses 12 abzudichten, wenn die Schließplatte 16 in Bezug auf die Längsachse des zylindrischen Gehäuses 12 in eine querverlaufende Ebene verschwenkt wird, um die Strömungspassage 14 zu schließen. Die Strömungspassage 14 ist offen, und ein durch einen Pfeil F dargestellter Gasstrom kann durch die Strömungspassage 14 hindurch strömen und wird durch die Schließplatte 16 gesteuert, wenn die Schließplatte 16 durch einen externen Aktuator (nicht gezeigt) rotationsmäßig aus der geschlossenen Position heraus bewegt wird, wie dies in 1 dargestellt ist.
Bei der Ausführungsform der 1 und 2 ist eine Ablenkplattenanordnung 20 in einem mit dem Gehäuse 12 verbundenen zylindrischen Kanal 21 unmittelbar stromabwärts von der Schließplatte 16 angebracht, jedoch ohne Beeinträchtigung eines stromabwärts schwenkenden Bereichs der Schließplatte 16. Die Ablenkplattenanordnung 20 beinhaltet flache perforierte Platten 22, die in einer sich schneidenden Konfiguration angeordnet sind, die einer Kreuzform entspricht, so dass ein Abschnitt des durch den Kanal 21 gebildeten stromabwärtigen Weges 23 in vier axiale Segmente 24 geteilt ist, von denen jedes eine Querschnittsfläche eines Viertelkreises aufweist, wie dies in 2 gezeigt ist. Die kreuzförmige Konfiguration der flachen und perforierten Platten 22 gemäß dieser speziellen Ausführungsform wird durch Verschweißen von zwei halben Abschnitten einer flachen und perforierten Platte 22 mit der Mittenlinie auf den jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der vollständigen flachen und perforierten Platte 22 gebildet, die eine Gesamtbreite aufweist, die geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des zylindrischen Kanals 21. Die Ablenkplattenanordnung 20 wird dann an der Innenfläche des zylindrischen Kanals 21 durch ein beliebiges allgemein bekanntes Mittel, wie z.B. Schweißen, befestigt. Der Kanal 21 gemäß dieser Ausführungsform, wie sie in 1 dargestellt ist, ist mit dem Gehäuse 12 z.B. durch ein Gewinde (nicht gezeigt) oder eine beliebige andere bekannte Einrichtung verbunden. Dennoch kann der Kanal 21 auch in integraler Weise mit dem Gehäuse 12 ausgebildet sein.
Für die praktische Anwendung bei einem Hilfsversorgungsaggregat hat die Ablenkplattenanordnung 20 eine Länge von nicht weniger als dem zweifachen des Innendurchmessers des zylindrischen Kanals 21, wobei die Perforation eine prozentualen Anteil an Öffnungen im Bereich von 40 % bis 60 % aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Öffnungen der flachen und perforierten Platten 22 einen Durchmesser im Bereich von 0,0625 Inch bis 0,1875 Inch aufweisen und die Dicke der flachen und perforierten Platten 22 im Bereich zwischen 0,0625 Inch und 0,375 Inch liegt. Die vorstehend genannten Konstruktionskriterien können jedoch für eine bestimmte Strömungsbedingung in einem Hilfsversorgungsaggregat oder einer anderen Anwendung geeignet eingestellt werden, ohne dass man von den Konstruktionsprinzipien und Funktionsprinzipien der vorliegenden Erfindung abweicht.
Wenn im Betrieb die Schließplatte 16 in einer teilweise geöffneten Position ist und die Strömung durch die Absperrklappenanordnung 10 hindurch strömt, entstehen Druckverluste bei der Absperrklappenanordnung 10, und die Strömung des Mediums kann in dem Strömungsweg 14 in Abhängigkeit von der Klappenöffnung und der Massenströmung gedrosselt werden. Als Ergebnis des Druckverlustes ist der Gesamtdruck stromaufwärts von der Störungsstelle, d.h. der Schließ platte 16, höher als stromabwärts von der Störungsstelle. Bei der Absperrklappenanordnung 10 wird jedoch die Wirkung der Druckdifferenz nicht gleichmäßig über die Fläche der Schließplatte 16 verteilt.
Als allgemeines Prinzip erfolgt eine Strömungstrennung, wenn dp/dx negativ ist, wobei dp eine Druckdifferenz über eine kleine Distanz dx in Strömungsrichtung ist. Durch Untersuchen der den Rand der Schließplatte passierenden Strömung lassen sich die Bedingungen für die Strömungstrennung erkennen.
Auf der Fläche der Eintrittsseite der Schließplatte 16 wird der Bereich in der Nähe des Rands, der zu der stromaufwärtigen Strömung gerichtet ist, als vorderer Rand bezeichnet. Wenn eine Bewegung auf der Fläche der Schließplatte 16 in Richtung des zentralen Durchmessers zu dem stromabwärts gerichteten Rand der Schließplatte 16 hin stattfindet, wird dieser Rand als hinterer Rand bezeichnet. Sowohl an dem vorderen als auch an dem hinteren Rand ist der statische Druck niedriger als der statische Druck auf der Austrittsseite der Klappenanordnung 10. Aus diesem Grund ist dp/dx negativ.
Eine Strömungstrennung findet somit entlang des Rands der Schließplatte 16 statt, so dass eine Strömungsturbulenz gebildet wird und dahinter ein beträchtlicher Sog entsteht. Die Strömungsturbulenz in dem instabilen Sog erzeugt ein starkes Strömungsgeräusch. Wenn jedoch der Strom den Strömungsweg 23 durch die vier axialen viertelkreisförmigen Segmente 24 durchströmt, ohne dass es dabei zu einer nennenswerten Behinderung kommt, werden die Zufallskomponenten der Strömungsturbulenz geneigt, so dass sie die perforierten Platten 22 zwischen den einander benachbarten Segmenten 24 durchsetzen, wodurch die Strömungsturbulenz gedämpft wird und das durch die Turbulenz weiterhin erzeugte Geräusch entsprechend vermindert wird. Andererseits werden die Geräusch-Schallwellen, die bereits erzeugt worden sind, ebenfalls durch die perforierten Ablenkplatten 22 ebenfalls unterdrückt, wenn sich die Geräusch-Schallwellen entlang der perforierten Ablenkplatten 22 in dem zylindrischen Kanal 21 fortpflanzen, so dass Geräusche auf einen niedrigeren Pegel weiter reduziert werden.
Die 3a bis 3e veranschaulichen verschiedene Querschnittskonfigurationen der Ablenkplatte gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Er findung. Die perforierten Ablenkplatten können sich über die Längsachse des zylindrischen Kanals 21 erstrecken, wie dies bei 22a und 22d dargestellt ist, oder sie können sich ohne Schneiden der Längsmittenlinie des zylindrischen Kanals 21 erstrecken, wie dies bei 22b, 22c und 22e dargestellt ist. Die Ablenkplatten könnten eben sein, wie dies bei 22b, 22c und 22d dargestellt ist, oder sie könnten in Querschnittsrichtung gekrümmt sein, wie dies bei 22a und 22e dargestellt ist. Jedoch zeichnen sich alle diese perforierten Ablenkplatten gemäß den alternativen Ausführungsformen der Darstellungen in den 3a bis 3e allgemein dadurch aus, dass sie in jedem beliebigen Längsschnitt gerade sind und in Axialrichtung derart verlaufen, dass die Strömung ohne ein nennenswertes Hindernis sicher diese entlang strömt. Die übrigen Konstruktionskriterien der perforierten Ablenkplatten sind ähnlich denen der Ausführungsform der 1 und 2 und werden nicht redundant erläutert.
Die perforierten Ablenkplatten können aus beliebigen geeigneten Materialien hergestellt werden, wie diese allgemein für Rohrleitungen in Hilfsversorgungsaggregaten für Flugzeuge verwendet werden.
Das Geräuschunterdrückungsresultat der Geräuschunterdrückungsanordnung 10 vom Absperrklappen-Typ mit den kreuzförmigen perforierten Platten ist in 4 veranschaulicht, und zwar im Vergleich zu dem Geräuschunterdrückungsresultat eines unmittelbar stromabwärts angebrachten Geräuschdämpfers einer herkömmlichen Absperrklappe. Die Linie A ohne Punkte in der grafischen Vergleichsdarstellung der 4 stellt den Schalldruckpegel einer herkömmlichen Absperrklappen- und Geräuschdämpferanordnung dar, die in Verbindung mit einem Gasturbinentriebwerk verwendet wird, während die Punkte aufweisende Linie B Testergebnisse mit einem Teststück der vorliegenden Erfindung mit den kreuzförmigen perforierten Platten darstellt. Die grafische Vergleichsdarstellung zeigt, dass die vorliegende Erfindung eine zusätzliche Geräuschdämpfung von ca. 2 dB bis 5 dB über den Frequenzbereich von 1,1 kHz bis 4,5 kHz erzielt.

Claims

Absperrklappe, aufweisend: a) ein Klappengehäuse, das einen Strömungsweg bildet; b) ein Schließelement, das in dem Klappengehäuse zur Ausführung einer Rotationsbewegung um eine Achse zwischen einer geöffneten Stellung, in der die Passage eines Gasstroms durch das Klappengehäuse ermöglicht ist, und einer geschlossenen Stellung zum Blockieren des Gasstroms durch das Klappengehäuse schwenkbar angebracht ist, wobei die Achse in Querrichtung und zentral über das Schließelement verläuft, so dass das Schließelement einen Abschnitt zum Verschwenken in einer allgemein stromabwärtigen Richtung aufweist, wenn sich das Schließelement von der geschlossenen Stellung in Richtung auf die geöffnete Stellung bewegt; und c) eine Einrichtung zum Dämpfen von Geräusch, die an dem Klappengehäuse unmittelbar stromabwärts von dem Schließelement angebracht ist, ohne jedoch den stromabwärts schwenkenden Abschnitt des Schließelements zu behindern, wobei die Einrichtung einen Kanal aufweist, der einen stromabwärtigen Strömungsweg der Absperrklappe bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe ferner mindestens eine perforierte Platte aufweist, die in dem Kanal angebracht ist und in Axialrichtung verläuft, um einen Abschnitt des Kanals in mindestens zwei axiale Segmente zu teilen.
Absperrklappe nach Anspruch 1, wobei sich mindestens eine perforierte Platte über eine zentrale Längsachse des Kanals hinweg erstreckt.
Absperrklappe nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung eine Mehrzahl von flachen perforierten Platten aufweist, die in dem Kanal angebracht sind und in einer im Wesentlichen axialen Richtung verlaufen und dadurch den Abschnitt des Kanals in eine Mehrzahl von axialen Segmenten teilen.
Absperrklappe nach Anspruch 1, wobei der Kanal zylindrisch ist und die perforierten Platten einander an einer Längsachse schneiden, so dass die geteilten axialen Segmente jeweils einen sektorförmigen Querschnitt aufweisen.
Absperrklappe nach Anspruch 1, wobei die perforierten Platten in einer einander schneidenden Konfiguration angeordnet sind, die der Form eines Kreuzes entspricht, um dadurch den Abschnitt des zylindrischen Kanals in vier axiale Segmente zu teilen, von denen jedes einen viertelkreisförmigen Querschnitt hat.
Absperrklappe nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die perforierte Platte eine Länge aufweist, die nicht kleiner ist als das Zweifache eines Innendurchmessers des zylindrischen Kanals.
Absperrklappe nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die perforierte Platte einen prozentualen Öffnungsanteil in einem Bereich von 40 % bis 60 % aufweist.
Geräuschunterdrückungsvorrichtung für eine Absperrklappe mit einer Schließplatte, die in einem Klappengehäuse zur Ausführung einer Rotationsbewegung um eine Achse schwenkbar angebracht ist, um einen Gasstrom zu steuern, aufweisend: a) einen zylindrischen Kanal, der mit dem Klappengehäuse verbunden ist, um einen Strömungsweg stromabwärts von der Absperrklappe zu bilden; und b) eine Mehrzahl von dem in dem zylindrischen Kanal angebrachten flachen und perforierten Platten zum Dämpfen von Geräusch, wobei die Platten in einander schneidenden Ebenen angeordnet sind und eine Schnittlinie aufweisen, die mit einer Längsachse des zylindrischen Kanals zusammenfällt.
Geräuschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die flachen und perforierten Platten in einer einander schneidenden Konfiguration angeordnet sind, die der Form eines Kreuzes entspricht, so dass der zylindrische Kanal in vier axiale Segmente mit jeweils viertelkreisförmigem Querschnitt geteilt ist.
Geräuschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kreuzform der flachen und perforierten Platten eine Länge aufweist, die nicht geringer ist als das Zweifache eines Innendurchmessers des zylindrischen Kanals.
Geräuschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die flachen und perforierten Platten einen prozentualen Öffnungsanteil im Bereich von 40 % bis 60 % aufweisen.
Geräuschunterdrückungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die flachen und perforierten Platten eine Dicke im Bereich von 0,0625 Inch bis 0,375 Inch aufweisen.
Absperrklappe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die flachen und perforierten Platten Öffnungen aufweisen, die jeweils einen Durchmesser im Bereich von 0,0625 Inch bis 0,1875 Inch aufweisen.
Geräuschunterdrückungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der zylindrische Kanal in integraler Weise mit dem Klappengehäuse ausgebildet ist und sich die flachen und perforierten Platten unmittelbar stromabwärts von der Schließplatte befinden, jedoch die Schließplatte im Betrieb nicht behindern.
Verfahren zum Dämpfen von Geräusch einer Absperrklappe, das durch einen Gasstrom beim Passieren eines Rands einer Klappenplatte in einem Klappengehäuse erzeugt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Anordnen von mindestens einer perforierten Platte, die sich in Axialrichtung in einem Strömungsweg stromabwärts von der Klappenplatte erstreckt, sowie dadurch erfolgendes Teilen des stromabwärtigen Strömungsweges in eine Mehrzahl von axialen Segmenten, so dass der Gasstrom durch die axialen Segmente ohne nennenswerte Behinderung hindurch geleitet werden kann und eine Turbulenz in einem Gasstrom-Sog hinter der Klappenplatte sowie durch die Turbulenz erzeugte Geräusch-Schallwellen die perforierte Platte queren können, so dass die Turbulenz und die Geräusch-Schallwellen unterdrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die perforierte Platte unmittelbar hinter der Klappenplatte platziert wird, jedoch die Klappenplatte im Betrieb nicht beeinträchtigt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei eine Mehrzahl von flachen perforierten Platten angeordnet wird, die sich in dem stromabwärtigen Strömungsweg in Axialrichtung erstrecken und die einander an einer Achse schneiden, die mit einer Längsachse des stromabwärtigen Strömungsweges zusammenfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die perforierte Platte einen prozentualen Öffnungsanteil im Bereich von 40 % bis 60 % aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die perforierte Platte eine Länge hat, die nicht geringer ist als eine Breite von dieser.