EP1918642A2 - Combustion chamber device - Google Patents
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- EP1918642A2 EP1918642A2 EP07100923A EP07100923A EP1918642A2 EP 1918642 A2 EP1918642 A2 EP 1918642A2 EP 07100923 A EP07100923 A EP 07100923A EP 07100923 A EP07100923 A EP 07100923A EP 1918642 A2 EP1918642 A2 EP 1918642A2
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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-
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
Definitions
- oscillating sub-processes of combustion can take place.
- the fuel supply may oscillate, the mixture formation of fuel and oxidizer may oscillate and the chemical reactions in the combustion chamber may oscillate.
- the atomization and evaporation may have oscillations.
- the combustion chamber itself is a hollow body which has acoustic eigenmodes. It is basically possible that an acoustic coupling of the described oscillating processes takes place with eigenmodes of the combustion chamber. As a result, pressure pulsations may arise, which may, for example, damage the combustion chamber or disturb the combustion. It is even possible that the combustion extinguishes.
- the acoustic properties of a combustion chamber can be influenced by the provision of one or more acoustic resonators as damping elements. These acoustic resonators can couple to eigenmodes of the combustion chamber in order to be able to shift eigenmodes into uncritical frequency ranges or to be able to dampen disturbing eigenmodes.
- a resonator device for a combustion chamber with a combustion chamber which comprises a wall through which a resonator chamber is formed, wherein the resonator chamber is open at a first end face for connection to the combustion chamber by means of a first opening.
- the wall has a second opening on a second end face opposite the first end face.
- the invention has for its object to provide a combustion chamber device of the type mentioned, which is simple in construction and for which natural vibrations of the combustion chamber can be effectively damped.
- two resonator devices are sufficient, which are arranged at an angle ⁇ to one another.
- the resonator devices can be tuned to the fundamental mode or an overtone of the corresponding tangential mode.
- the respective resonator devices should be arranged at the corresponding angle ⁇ to each other.
- a plurality of resonator devices are provided in a resonator device, which are in particular adapted to one another, then an effective reduction in intensity of the corresponding tangential mode or combination mode can be achieved.
- At least one resonator device comprises a plurality of resonator devices, which are arranged correspondingly, can be combined with the solution of an angular arrangement of resonator devices.
- the resonator devices are designed in particular as ⁇ / 4 resonators or Helmholtz resonators. Such resonators can be easily produced and fixed to the combustion chamber.
- the resonator devices each have a wall which delimit a resonator chamber, wherein the resonator chamber is connected to the combustion chamber via an opening.
- a longitudinal axis of the respective resonator chamber is oriented transversely to the combustion chamber axis.
- the longitudinal axis of the respective resonator chamber is preferably perpendicular to the combustion chamber axis.
- the resonator chambers of the resonator device have substantially the same diameter.
- the combustion chamber device can be produced in a simple manner.
- first resonator device is arranged on a first sector region of the combustion chamber and the second resonator device on a second sector region of the combustion chamber.
- a plurality of resonator devices can also be positioned at the first sector region and correspondingly at the second sector region (per resonator device) in order, for example, to be able to take into account a variation of the speed of sound in the combustion chamber.
- resonator devices of a group that is to say a resonator device
- resonator chambers of different lengths This results in an effective suppression of tangential modes or combination modes with tangential participation.
- the length of the longest resonator space is above an average value and the length of the shortest resonator space is below the mean value.
- the lengths of the resonator cavities advantageously differ only slightly from one another.
- the mean value corresponds at least approximately to an anti-crossing length.
- the difference between the largest length and the smallest length is k ⁇ a ⁇ d / n 0.7 , where d is a diameter of the resonator chambers, a is a dimensionless number, k is the number of resonator devices per resonator device and n is the ordinal number of the tangential mode ,
- a is approximately 0.4 if the at least one group (the resonator device) comprises two resonator devices. In this case, then, the resonator space of the resonator device having the largest length differs by approximately the diameter of the resonator space from the resonator device having the smallest length.
- d is a diameter of the resonator cavity and b is a dimensionless number.
- the length L 0 is determined by the fact that the natural frequency of the corresponding resonator device corresponds to the natural frequency of the corresponding tangential mode of the combustion chamber without a resonator device.
- both the first tangential mode and the second tangential mode and the third tangential mode can effectively be attenuated, namely for both ⁇ -modes and ⁇ -modes.
- each resonator device comprises, for example, two resonator devices or more than two resonator devices which are arranged as close as possible to the angle ⁇ or at 0 ° to one another.
- one or more resonance influencing elements are arranged, which are fluid-permeable and generate turbulence.
- one or more gratings and / or porous structures are arranged as resonance influencing elements in the resonator space.
- Fluid can flow through a grid or a porous structure.
- an acoustic coupling between the resonator device and the combustion chamber is achieved.
- the fluid is excited to turbulence.
- the turbulences lead to an irreversible pressure drop, which has the described effect.
- the arrangement of the resonance influencing element or elements can be arbitrary. Experiments have shown the strongest quantitative effect if the resonance influencing element or elements are arranged at or in the vicinity of the end opening.
- the one or more resonance influencing elements extend over a partial cross section or over the entire cross section of the resonator chamber.
- the latter case has proven to be favorable to achieve a high damping effect.
- the resonance influencing element (s) it is possible for the resonance influencing element (s) to completely or partially fill the resonator chamber.
- the one or more resonance influencing elements are made of a metallic or ceramic material. This makes it possible to realize a temperature-resistant resonance influencing element, which is not damaged even in a combustion operation of the combustion chamber.
- a resonance influencing element comprises a porous structure made of a fiber material, the fiber density lying in the range between 5 mg / cm 3 and 300 mg / cm 3 and in particular in the range between 10 mg / cm 3 and 200 mg / cm 3 lies.
- a lattice and in particular a flat lattice was used as the resonance influencing element, the mesh number being in the range between 300 l / cm 2 and 6000 l / cm 2 and in particular in the range between 400 l / cm 2 and 5000 l / cm 2 .
- the resonator device is designed, for example, as a ⁇ / 4 resonator or as a Helmholtz resonator.
- FIG. 1 An exemplary embodiment of a combustion chamber device, which is shown schematically in FIG. 1 and denoted there by 10, comprises a combustion chamber 11 with a combustion chamber wall 12 and an interior as combustion chamber 14.
- the combustion chamber 14 is usually designed to be rotationally symmetrical about a combustion chamber axis 16.
- the combustion chamber 11 has an end 18 at which a blowing device for injecting fuel and oxidizer is arranged (not shown in FIG. 1).
- the end 18 is located on a cylindrical portion 19, on which a constricted neck portion 20 follows.
- a combustion chamber 11 has acoustic eigenmodes. Knowing and adjusting the acoustic characteristics of a combustor 11 may be important to combustion processes. Partial operations of the combustion of a fuel in the combustion chamber 11 such as fuel supply, mixture formation and chemical reaction as well as liquid fuel atomization and evaporation can be periodic or pulsating processes. If the corresponding oscillation frequency of any of these sub-processes an acoustic eigenmode of the combustion chamber 11 to vibrate, strong pressure pulsations may arise in the combustion chamber 11 due to acoustic coupling, which in turn may lead to damage to the combustion chamber 11 and may lead to disturbances of combustion.
- one or more acoustic resonator devices 22 are arranged as damping elements.
- an acoustic resonator device 22 couples (ie, resonates) to an acoustic eigenmode of the combustor 11, then with proper choice, the eigenmode may be slid into a frequency range in which it is used for the combustion process is no longer disturbing, or be damped and ideally suppressed to a large extent.
- annular flange 24 is fixed to an outer side 26 of the combustion chamber 11, at which acoustic resonator devices 22 can be positioned in particular around a circumferential line on the outer side 26 of the combustion chamber 11 (preferably at the same height).
- the distance of the resonator devices 22 (along the combustion chamber axis 16) to the neck region 20 is preferably larger than the diameter 2 r of the combustion chamber 14.
- An acoustic resonator device 22 in this case has a resonator chamber 28 (resonance chamber), which is connected via an opening 29 in connection with the combustion chamber 14 of the combustion chamber 11 (FIGS. 3, 10).
- a signal generator 32 is provided whose signals are amplified by an amplifier 34.
- the amplifier 34 is coupled to the speaker 30.
- a microphone 36 is provided, which is coupled to an amplifier 38.
- the amplifier 38 supplies the amplified signals to an evaluation device 40, by which in particular the frequency spectrum of the combustion chamber 11 can be determined.
- a quarter-wave resonator 42 can be used (FIG. 10).
- This comprises a cylindrical tube 44, in which the cylindrical resonator chamber 28 is formed.
- the tube 44 opens via an open end 46 into the combustion chamber 14 of the combustion chamber 11.
- the tube 44 is oriented transversely and in particular perpendicular to the combustion chamber axis 16 and at least partially aligned radially.
- the resonator chamber 28 is closed off at the end 48 opposite the end 46 by a wall 50.
- This wall 50 may be fixed or it may be displaceable, so that the length L of the resonator chamber 28 between the end 46 and the end 48 is variably adjustable.
- a Helmholtz resonator comprises a rotationally symmetric resonator 54, which is for example partially formed in a tube 56.
- the tube 56 is connected via a neck 58 with the interior 14 of the combustion chamber 11.
- An interior 60 in the neck 58 is also part of the resonator 54.
- the resonator is closed via a wall 62.
- the neck 58 has a smaller cross-sectional area than the tube 56.
- the acoustic properties of the combustion chamber 11 can be adjusted.
- the setting is in particular such that for pulsating processes during combustion in the combustion chamber 11 no coupling with eigenmodes of the combustion chamber 11 can take place.
- the eigenmodes of the combustion chamber 11 (without acoustic resonator devices 22) and the corresponding natural frequencies depend on the geometric shape of the combustion chamber 11.
- the eigenfunctions are, for example, cylindrical Bessel functions.
- transverse modes In a rotationally symmetrical combustion chamber 11 with cylinder geometry exist as eigenmodes transverse modes and longitudinal modes (axial modes).
- the longitudinal modes are usually denoted nL such as 1L, 2L, etc.
- the transversal modes include radial modes (R-modes) and tangential modes (T-modes).
- the radial modes are usually labeled nR such as 1R, 2R, etc.
- the tangential modes labeled nT are 1T, 2T, etc.
- FIG. 7 shows sound images of the 1T eigenmode and 2T eigenmode of a rotationally symmetrical combustion chamber;
- s denotes a symmetry line
- p n in each case represents a pressure oscillation belly
- in is an isobar of the pressure fluctuation
- K n are pressure oscillation nodes.
- the 1T eigenmode is subdivided into a 1T- ⁇ eigenmode and 1T- ⁇ -eigenmode, in which the isobars of the pressure fluctuation are oriented at 90 ° to one another.
- the 2T eigenmode is divided into a 2T- ⁇ eigenmode and a 2T- ⁇ eigenmode, which are separated by 45 °.
- the coupling of a resonator device 22 means a symmetry fault.
- the 1T ⁇ eigenmode has a pressure bulge at the opening 29 of the corresponding resonator chamber 28.
- the 1T ⁇ eigenmode interacts with the resonator device 22.
- the 1T- ⁇ eigenmode which has a pressure node at the opening 29, does not interact with the resonator device 22.
- eigenmodes which are close to each other and have the same resonance properties. These are shown in FIG. 1 as 1T eigenmodes and 1T + eigenmodes with their corresponding sound images.
- the 1T eigenmode and 1T + eigenmode can be excited when the resonant condition with respect to the frequency is satisfied, but the pressure distribution does not match the velocity distribution of the resonator device 22 and the combustion chamber.
- the cylindrical region 19 of the combustion chamber 11 has a sufficiently high height in comparison to the neck region 20, then here too the eigenfunctions are, to a good approximation, Bessel functions.
- the openings 46 to resonator 22 have a relatively small influence.
- i 1, 3, 5, ... is an odd number and n is the ordinal number of the tangential mode to be suppressed or the ordinal number of the tangential component of a compensation mode; the angle ⁇ is related to the combustion chamber axis 16.
- the first resonator device 63 and the second resonator device 65 are arranged at an angle of 90 ° with respect to the combustion chamber axis 16 relative to one another. (This angle can also be 270 °.)
- the first resonator device 63 with resonator devices 64 "and the second resonator device 65 with resonator devices 66" apart by 30 °. They can also be 90 °, 150 °, 210 °, 270 ° or 330 ° apart.
- standing waves can form in the tangential modes, which have different characteristics.
- Each tangential mode occurs in duplicate.
- These double versions are coupled together because the print node is one mode of the other's velocity nodes.
- there are ⁇ modes and ⁇ modes (FIG. 7).
- the first resonator device 63 comprises a group of resonator devices which are arranged on a first sector region 68.
- the second resonator device 65 is arranged on a second sector region 70 of the combustion chamber 11; it also includes a plurality of resonator devices 66.
- the first resonator device 63 and the associated second resonator device 65 are aligned with a specific tangential mode of the combustion chamber 11.
- This tangential mode can, for example, have different natural frequencies when the speed of sound varies.
- a first group 72 of resonator devices is arranged on the first sector region 68 and a second group 74 of resonator devices on the second sector region 70.
- a first group 72 ' is arranged at the first sector area 68' and a second group 74 'is arranged at the second sector area 70'.
- the resonator devices which are per tangential mode of a group of resonator devices, are graduated in their lengths.
- L k + 1 is the length of the resonator cavity of the resonator device k + 1 of the corresponding group.
- d is the diameter of the corresponding resonator space and n is the ordinal number of the corresponding tangent mode.
- b is a dimensionless number which is between 0.1 and 1.2 and in particular between 0.3 and 0.7. Particularly good results have been achieved when b is about 0.5.
- each resonator of a group is assigned a resonator of the same length in the associated group.
- the distance between adjacent resonator devices k + 1 and k is preferably as small as possible. Preferably, it is also smaller than a double diameter of the resonator cavity of the resonator devices.
- a resonator device for example the resonator device 63 and / or the resonator device 65
- n is the ordinal number of the tangential mode or the tangential component of a combination mode
- j is an even natural number.
- the resonator spaces of the resonator devices of a group have lengths which slightly deflect from one another, wherein a minimum length L min lies below an average value. This average is determined by the anti-crossing length. Furthermore, a resonator device should have a resonator space with a length L max which lies above this mean value. This gives an amplification of the resonator effect. In particular, an increased suppression of the intensity of pressure fluctuations is possible.
- resonator devices which are spaced at an angle ⁇ are provided, which themselves in turn comprise a group of resonator devices which satisfy the above-mentioned condition for the angle ⁇ .
- FIG. 8 shows a measurement diagram for the intensity of the pressure fluctuations of the 1T eigenmode at the circumference of a specific combustion chamber, the dependence on the angle ⁇ on the circumference being measured.
- the measured values 160 correspond to the arrangement 162.
- a resonator device ( ⁇ / 4 resonator) was provided, which is tuned poorly; the resonator space of the resonator device has a length of 20 mm. This length is too short.
- the measured values 164 belong to an arrangement 166 in which a tuned resonator device (with a resonator cavity length of 90 mm) was used.
- the measured values 168 belong to the arrangement 170, in which an additional resonator device was additionally provided.
- an additional resonator device was additionally provided.
- the measured values 172 belong to the arrangement 174 according to the invention, in which a first resonator device (with a single resonator device) and a second resonator device (with a single resonator device) are at an angle of 90 ° apart. It can be seen that both the 1T- ⁇ eigenmode and also the 1T- ⁇ eigenmode are effectively suppressed and thereby obtains an effective suppression of the pressure fluctuations over the entire circumference of the combustion chamber.
- FIG. 9 (a) shows a measuring diagram when a single resonator device with two resonator devices is arranged on a combustion chamber is, wherein the two resonator devices are arranged at a small angle as close to 0 ° and have resonator spaces of different lengths.
- the length of the shorter resonator space is L min and the length of the larger resonator space is L max .
- This arrangement creates a 1 ⁇ T 1 - . 1 ⁇ T 2 - and 1 ⁇ T 3 - -Eigenmode. These are attenuated.
- the 1 ⁇ T 1 - Own-mode corresponds to a 1T-eigenmode and the 1 ⁇ T 3 - Own-mode corresponds to 1T + -single mode.
- the 1 ⁇ T 2 - Eigenmode lies with the natural frequency between the frequencies of the other two eigenmodes.
- the 1 ⁇ T 2 - The eigenmode is about one-decade lower in intensity than the other two eigenmodes when the length of the resonator cavities of the resonator devices is approximately equal.
- FIG. 9 (b) corresponds to an arrangement of a single resonator device on a combustion chamber with three resonator devices which are arranged as close as possible to 0 ° in a small angular range.
- the optimum length graduation is achieved when L max - L min is approximately k ⁇ a ⁇ d / n 0.7 , where a is between 0.25 and 0.7.
- the measurements which led to the diagrams according to FIGS. 8 and 9 were carried out on a model combustion chamber with air as medium under ambient conditions (cold tests).
- the combustion chamber diameter was 220 mm and the combustion chamber length 40 mm.
- the resonator diameter d was 9 mm.
- the mode suppression is just as large as if only one resonator device with the same resonator cavity length was coupled.
- the frequency range of the mode suppression effect increases slightly more with increasing number of resonator devices than if the diameter of this single resonator device were increased so that the area of the resonator device of increased diameter would equal the sum of the area of all original diameter resonator devices.
- the first sector region 68 and the second sector region 70 may be formed in several parts. (This corresponds to j ⁇ 0.) This is indicated in FIG.
- the first sector area 68 comprises subsectors 76a, 76b and the second sector area 70 comprises subsectors 78a, 78b.
- the subsectors 76a, 76b differ by an even multiple of the angle ⁇ .
- the subsectors 78a, 78b differ by an even multiple of the angle ⁇ with respect to the combustion chamber axis 16.
- ⁇ 90 °
- the subsectors 76a and 76b are 180 ° apart.
- the subsectors 78a and 78b are 180 ° apart.
- the angular range in which resonator devices are arranged at a sector area can be made small.
- half of the resonator devices in the subsector 76a and 78a and the other half of the resonator devices in the subsector 76b and 78b may be arranged.
- resonator devices as shown in FIG. 6, to be axially offset (that is to say parallel to the combustion chamber axis 16) in a respective sector region.
- the axial displacement is preferably as small as possible.
- resonator devices associated therewith are tuned to the fundamental tone, that one resonator device is tuned to a fundamental tone and the other resonator device is tuned to an overtone or both resonator devices are tuned to an overtone, wherein the harmonics may also be different.
- a single resonator device is sufficient for a given sound velocity.
- a first resonator device is tuned to the first overtone of the first tangential mode.
- the first overtone of the first tangent mode coincides with the second overtone of the second tangent mode and the third overtone of the third tangent mode.
- a second resonator device is arranged, which is tuned to the first tangential mode.
- a third resonator device is arranged, which is tuned to the second tangential mode.
- a fourth resonator device is arranged, which is tuned to the third tangential mode.
- Anticrossing or "avoided crossing” means that for certain excitations of the combustion chamber there are two eigenmodes which are close to each other and have the same resonance characteristics; in particular, they have a substantially equal intensity and half-width. A avoided crossing arises when the resonance condition with respect to the frequency is satisfied, but the pressure distribution and the velocity distribution in the resonator device and the combustion chamber do not match.
- the resonant frequency conditions for a radial mode of the combustion chamber and a ⁇ / 4 oscillation of a coupled resonator be met.
- the ⁇ / 4 oscillation of the resonator device requires a pressure node at a resonator opening in an interior of the combustion chamber.
- a pressure annotation on the cylinder wall is required.
- the ⁇ / 4 oscillation of the resonator device requires radial velocity fluctuation at the mouth of the resonator device into the combustion chamber, while the tangential mode of the combustion chamber requires azimuthal oscillation at the same location.
- the avoidance of the crossing results in two eigenmodes, one of which has a slightly lower frequency than the eigenmode of the combustion chamber without resonator device, and the other has a slightly higher frequency than the corresponding eigenmode of the combustion chamber without resonator device.
- the protected frequency range of the combustion chamber at f' ⁇ ( f + - f - ) / 6 and the protection range is approx. (f + - f - ) / 3.
- the protection range is the frequency range within which eigenmodes can be suppressed. Within the protection range, even with changes in the operating parameters of the combustion in the combustion chamber, eigenmode can be effectively suppressed. It is therefore desirable that the protection range is a wide frequency range in which one or more resonator devices are highly attenuated.
- FIG. 12 shows the dependence of the intensity reduction (in dB) as a function of the ratio d to r for the intensity of the 1T + eigenmode and 1T eigenmode in 1T anticrossing. It can be seen that the strongest reduction in intensity, and thus the strongest suppression of the 1T eigenmode, occurs at a ratio of d to r in the range between 0.04 and 0.065. For larger diameters of the resonator cavity of the corresponding resonator device, the intensity reduction decreases, that is to say the intensity is reduced to a lesser extent.
- one or more resonance influencing elements 100 are arranged in the resonator chamber 28 or 54 of the corresponding resonator device 22 or 52.
- the resonant influencing element or elements 100 are designed such that they are fluid-permeable and, in particular, permeable to gas, in order to enable a coupling of the medium in the corresponding resonator chamber 102 to the medium in the combustion chamber 14.
- the resonance influencing element (s) 100 are designed to generate turbulence.
- the fluid which flows through a corresponding resonance influencing element 100 is swirled. There is a drop in pressure fluctuations. This causes a dissipation in volume.
- the resonant influencing element or elements 100 can fill the resonator chamber 102 completely or in a partial region.
- FIG. 10 shows a resonance influencing element designated by reference numeral 104, which is formed from a porous structure 106.
- the porous structure is, for example, a metallic fiber structure.
- the resonance influencing element 104 is arranged at an opening 108 of the resonator chamber 102 in the combustion chamber 14.
- FIG. 10 shows resonance influencing elements 104, which are formed as a porous structure and have a different length, with the reference numbers 112, 114, 116, 118 and 120.
- the resonance influencing element 120 fills the entire volume of the resonator chamber 102, wherein the resonance influencing element 120 is fluid-permeable.
- the resonance influencing elements 104 and 112 to 120 extend over the entire cross section of the respective resonator cavity 102.
- a resonance influencing element 122 is provided, which is arranged about the axis 110 and does not extend over the entire cross section of the resonator chamber 102.
- an annular resonance influencing element 124 may have a central opening 126.
- the resonance influencing element 124 is arranged on a wall of the resonator chamber.
- resonance influencing elements 128, 130, 132, 134 are formed from an open-pore foam material and in particular a metal foam.
- resonance influencing elements such as the resonance influencing elements 130 and 132 to be positioned at a distance from the opening of the resonator chamber toward the combustion chamber 14.
- a resonator space 136 may be provided with a grating 138 as a resonance influencing element.
- This grid 138 is arranged in particular at an opening 140 of the resonator chamber 136 to the combustion chamber 14.
- the grid 138 has meshes with openings therebetween.
- a resonance influencing element 142 can also be positioned, for example, at an opening of a Helmholtz resonator 52 in the combustion chamber 14.
- FIG. 13 shows a diagram for the natural frequency of the 1T + eigenmode and the 1T eigenmode in anticrossing when a resonator device with a grating 138 is provided at an opening 140. Shown is the dependence on the mesh size of the grating 138. It can be seen that the distance between the natural frequencies and thus the protection range is essentially independent of the mesh size.
- FIG. 14 shows the intensity reduction as a function of the mesh size. It can be seen that the intensity of the 1T eigenmode to be suppressed decreases with increasing mesh size. FIG. 14 is to be compared with FIG.
- the mesh size between 300 1 / cm 2 and 6000 1 / cm 2 and preferably between 400 1 / cm 2 and 5000 1 / cm 2 .
- Figures 13 and 14 were taken at a ratio of d to r of 0.18.
- FIG. 15 shows a diagram similar to FIG. 13, wherein a porous structure, namely a metal fiber structure with a fiber density of approximately 50 mg / cm 3 , was selected as resonance influencing element 104.
- the frequency is represented as a function of the length Lp of the resonance influencing element 104. This frequency is arranged at the opening 108 and extends away from it into the resonator chamber 102 over the length Lp.
- Figure 16 shows the intensity reduction over Lp. Again, one recognizes the stronger intensity reduction compared to a combustion chamber with a resonator without resonance influencing element ( Figures 11 and 12).
- the damping effect of a resonator device which is arranged on the combustion chamber 11, can be increased for a given diameter d by arranging one or more resonance influencing elements in the resonator chamber of the resonator device.
- the resonance influencing elements are designed such that they lead to an increase in the line width of the eigenmode to be suppressed. It It has been found that such resonance influencing elements hardly affect the frequency protection range, while they lead to an effective reduction in intensity.
- porous structures of mineral fiber or metal fiber or an open-pore foam material may be provided as resonance influencing elements.
- a grid can also be used. Combinations are possible.
- resonator devices for a group are arranged at a small distance from each other.
- the solution according to the invention with the provision of one or more resonance influencing elements 100 in a resonator chamber gives a high protection range even for larger resonator chamber diameters with effective damping.
- a high protection range means that the number of necessary resonator devices can be reduced.
- this makes it possible to reduce the number of resonator devices in a group.
- the effects of a larger resonator cavity diameter are less relevant.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkammervorrichtung, umfassend eine Brennkammer mit einem Brennraum und eine Mehrzahl von Resonatorvorrichtungen, welche an der Brennkammer angeordnet sind, wobei die Resonatorvorrichtungen zur Unterdrückung von Tangentialmoden oder Kombinationsmoden mit Tangentialbeteiligung ausgebildet und angeordnet sind.The invention relates to a combustion chamber device comprising a combustion chamber with a combustion chamber and a plurality of resonator devices, which are arranged on the combustion chamber, wherein the resonator devices are designed and arranged for the suppression of tangential modes or combination modes with tangential.
In oder an Brennkammern, insbesondere für Flugkörper wie Raketen, können oszillierende Teilvorgänge der Verbrennung stattfinden. Die Brennstoffzufuhr kann oszillieren, die Mischungsbildung von Brennstoff und Oxidator kann oszillieren und die chemischen Reaktionen in der Brennkammer können oszillieren. Bei Flüssigbrennstoff oder bei einem gelförmigen Treibstoff kann die Zerstäubung und Verdampfung Oszillationen aufweisen.In or on combustion chambers, in particular for missiles such as rockets, oscillating sub-processes of combustion can take place. The fuel supply may oscillate, the mixture formation of fuel and oxidizer may oscillate and the chemical reactions in the combustion chamber may oscillate. In the case of liquid fuel or a gel fuel, the atomization and evaporation may have oscillations.
Die Brennkammer selbst ist ein Hohlkörper, welcher akustische Eigenmoden aufweist. Es ist grundsätzlich möglich, dass eine akustische Kopplung der beschriebenen oszillierenden Vorgänge mit Eigenmoden der Brennkammer erfolgt. Dadurch können Druckpulsationen entstehen, die beispielsweise zur Beschädigung der Brennkammer führen können oder die Verbrennung stören können. Es ist dabei sogar möglich, dass die Verbrennung erlischt.The combustion chamber itself is a hollow body which has acoustic eigenmodes. It is basically possible that an acoustic coupling of the described oscillating processes takes place with eigenmodes of the combustion chamber. As a result, pressure pulsations may arise, which may, for example, damage the combustion chamber or disturb the combustion. It is even possible that the combustion extinguishes.
Bei einer Störung der Verbrennung tritt üblicherweise eine Leistungsminderung auf. Es besteht auch die Gefahr, dass die Betriebssicherheit erniedrigt wird und die Lebensdauer erniedrigt wird. Es kann auch eine Erhöhung der Schadstoffbelastung und der Schallbelastung auftreten.When combustion is disturbed, there is usually a reduction in performance. There is also the risk that the reliability is lowered and the service life is reduced. It can also increase the pollution and the sound pollution occur.
Die akustischen Eigenschaften einer Brennkammer lassen sich durch das Vorsehen von einem oder mehreren akustischen Resonatoren als Dämpfungselemente beeinflussen. Diese akustischen Resonatoren können an Eigenmoden der Brennkammer koppeln, um so Eigenmoden in unkritische Frequenzbereiche verschieben zu können bzw. störende Eigenmoden dämpfen zu können.The acoustic properties of a combustion chamber can be influenced by the provision of one or more acoustic resonators as damping elements. These acoustic resonators can couple to eigenmodes of the combustion chamber in order to be able to shift eigenmodes into uncritical frequency ranges or to be able to dampen disturbing eigenmodes.
Aus der nicht vorveröffentlichten
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Untersuchungen zu den Eigenmoden einer zylindrischen Brennkammer sind in dem Artikel "
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammervorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche einfach aufgebaut ist und für welche sich Eigenschwingungen der Brennkammer auf effektive Weise dämpfen lassen.The invention has for its object to provide a combustion chamber device of the type mentioned, which is simple in construction and for which natural vibrations of the combustion chamber can be effectively damped.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Resonatoreinrichtung mit einer oder mehreren Resonatorvorrichtungen und eine zweite Resonatoreinrichtung mit einer oder mehreren Resonatorvorrichtungen vorgesehen sind, wobei die zweite Resonatoreinrichtung zu der ersten Resonatoreinrichtung mindestens näherungsweise in einem Winkel
Es hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung sich Tangentialmoden oder Kombinationsmoden mit Tangentialbeteiligung auf effektive Weise unter Minimierung der Anzahl der Resonatorvorrichtungen dämpfen lassen. Jede Tangentialmode der Brennkammer tritt in einer Doppelversion (σ-Mode und π-Mode) auf. Diese Doppelversionen sind miteinander gekoppelt, da der Druckknoten einer Mode der Geschwindigkeitsknoten der anderen Mode ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Resonatoreinrichtungen lassen sich alle Tangentialmoden der Ordnung n effektiv dämpfen. Beispielsweise lassen sich σ-Moden und π-Moden effektiv dämpfen.It has been found that by means of the arrangement according to the invention, tangential modes or combination modes with tangential participation can be effectively damped while minimizing the number of resonator devices. Each tangential mode of the combustion chamber occurs in a double version (σ-mode and π-mode). These double versions are coupled together because the print node of one mode is the speed node of the other mode. By means of the arrangement of the resonator devices according to the invention, all tangential modes of order n can be effectively damped. For example, σ modes and π modes can be effectively damped.
Zur Dämpfung einer bestimmten Tangentialmode der Brennkammer mit einer bestimmten Eigenfrequenz reichen grundsätzlich zwei Resonatorvorrichtungen aus, die in dem Winkel α zueinander angeordnet sind. Die Resonatorvorrichtungen können dabei auf die Grundmode oder einen Oberton der entsprechenden Tangentialmode abgestimmt sein.For damping a specific tangential mode of the combustion chamber with a specific natural frequency, basically two resonator devices are sufficient, which are arranged at an angle α to one another. The resonator devices can be tuned to the fundamental mode or an overtone of the corresponding tangential mode.
Wenn weitere Tangentialmoden gedämpft werden sollen, dann sollten die jeweiligen Resonatoreinrichtungen in dem entsprechenden Winkel α zueinander angeordnet werden.If additional tangential modes are to be damped, then the respective resonator devices should be arranged at the corresponding angle α to each other.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Resonatoreinrichtung mit einer Gruppe von Resonatorvorrichtungen vorgesehen ist, welche mindestens näherungsweise in einem Winkel von 0° oder
Wenn in einer Resonatoreinrichtung eine Mehrzahl von Resonatorvorrichtungen vorgesehen sind, welche insbesondere aneinander angepasst sind, dann lässt sich eine effektive Intensitätsreduktion der entsprechenden Tangentialmode bzw. Kombinationsmode erreichen.If a plurality of resonator devices are provided in a resonator device, which are in particular adapted to one another, then an effective reduction in intensity of the corresponding tangential mode or combination mode can be achieved.
Die Lösung, bei der mindestens eine Resonatoreinrichtung mehrere Resonatorvorrichtungen umfasst, die entsprechend angeordnet sind, lässt sich mit der Lösung einer Winkelanordnung von Resonatoreinrichtungen kombinieren.The solution in which at least one resonator device comprises a plurality of resonator devices, which are arranged correspondingly, can be combined with the solution of an angular arrangement of resonator devices.
Die Resonatorvorrichtungen sind insbesondere als λ/4-Resonatoren oder Helmholtz-Resonatoren ausgebildet. Solche Resonatoren lassen sich auf einfache Weise herstellen und an der Brennkammer fixieren.The resonator devices are designed in particular as λ / 4 resonators or Helmholtz resonators. Such resonators can be easily produced and fixed to the combustion chamber.
Insbesondere weisen die Resonatorvorrichtungen jeweils eine Wandung auf, welche einen Resonatorraum begrenzen, wobei der Resonatorraum über eine Öffnung mit dem Brennraum verbunden ist. Dadurch ist eine Ankopplung des Brennraums an dem entsprechenden Resonatorraum einer Resonatorvorrichtung auf einfache Weise möglich.In particular, the resonator devices each have a wall which delimit a resonator chamber, wherein the resonator chamber is connected to the combustion chamber via an opening. As a result, a coupling of the combustion chamber to the corresponding resonator chamber of a resonator device is possible in a simple manner.
Insbesondere ist eine Längsachse des jeweiligen Resonatorraums quer zu der Brennraumachse orientiert. Vorzugsweise steht die Längsachse des jeweiligen Resonatorraums senkrecht zu der Brennraumachse. Dadurch lässt sich eine große Anzahl von Resonatorvorrichtungen an der Brennkammer anordnen.In particular, a longitudinal axis of the respective resonator chamber is oriented transversely to the combustion chamber axis. The longitudinal axis of the respective resonator chamber is preferably perpendicular to the combustion chamber axis. As a result, a large number of resonator devices can be arranged on the combustion chamber.
Günstig ist es, wenn die Resonatorräume der Resonatorvorrichtung im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen. Dadurch lässt sich die Brennkammervorrichtung auf einfache Weise herstellen.It is favorable if the resonator chambers of the resonator device have substantially the same diameter. As a result, the combustion chamber device can be produced in a simple manner.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Resonatoreinrichtung an einem ersten Sektorbereich der Brennkammer und die zweite Resonatoreinrichtung an einem zweiten Sektorbereich der Brennkammer angeordnet sind. An dem ersten Sektorbereich und entsprechend an dem zweiten Sektorbereich lassen sich (pro Resonatoreinrichtung) auch mehrere Resonatorvorrichtungen positionieren, um beispielsweise eine Variation der Schallgeschwindigkeit im Brennraum berücksichtigen zu können.It is particularly advantageous if the first resonator device is arranged on a first sector region of the combustion chamber and the second resonator device on a second sector region of the combustion chamber. A plurality of resonator devices can also be positioned at the first sector region and correspondingly at the second sector region (per resonator device) in order, for example, to be able to take into account a variation of the speed of sound in the combustion chamber.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn Resonatorvorrichtungen einer Gruppe (das heißt einer Resonatoreinrichtung) Resonatorräume unterschiedlicher Längen aufweisen. Dadurch erhält man eine effektive Unterdrückung von Tangentialmoden bzw. Kombinationsmoden mit Tangentialbeteiligung.It is particularly advantageous if resonator devices of a group (that is to say a resonator device) have resonator chambers of different lengths. This results in an effective suppression of tangential modes or combination modes with tangential participation.
Es hat sich dabei als günstig erwiesen, wenn die Länge des längsten Resonatorraums oberhalb eines Mittelwerts liegt und die Länge des kürzesten Resonatorraums unterhalb des Mittelwerts liegt. Die Längen der Resonatorräume weichen vorteilhafterweise nur geringfügig voneinander ab.It has proved to be advantageous if the length of the longest resonator space is above an average value and the length of the shortest resonator space is below the mean value. The lengths of the resonator cavities advantageously differ only slightly from one another.
Insbesondere entspricht der Mittelwert mindestens näherungsweise einer Anti-Crossing-Länge.In particular, the mean value corresponds at least approximately to an anti-crossing length.
Insbesondere liegt die Differenz zwischen der größten Länge und der kleinsten Länge bei k · a · d/n 0,7 , wobei d ein Durchmesser der Resonatorräume ist, a eine dimensionslose Zahl, k die Anzahl der Resonatorvorrichtungen pro Resonatoreinrichtung und n die Ordnungszahl der Tangentialmode.In particular, the difference between the largest length and the smallest length is k · a · d / n 0.7 , where d is a diameter of the resonator chambers, a is a dimensionless number, k is the number of resonator devices per resonator device and n is the ordinal number of the tangential mode ,
Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn a im Bereich zwischen 0,25 und 0,7 liegt. Dadurch erhält man eine effektive Modenunterdrückung der entsprechenden Tangentialmode bzw. Kombinationsmode mit Tangentialbeteiligung.It has been shown that it is favorable if a lies in the range between 0.25 and 0.7. This results in an effective mode suppression of the corresponding tangential mode or combination mode with tangential participation.
Beispielsweise ist es günstig, wenn a bei ungefähr 0,4 liegt, wenn die mindestens eine Gruppe (die Resonatoreinrichtung) zwei Resonatorvorrichtungen umfasst. In diesem Falle unterscheidet sich dann der Resonatorraum der Resonatorvorrichtung mit der größten Länge um ungefähr den Durchmesser des Resonatorraums von der Resonatorvorrichtung mit der kleinsten Länge.For example, it is favorable if a is approximately 0.4 if the at least one group (the resonator device) comprises two resonator devices. In this case, then, the resonator space of the resonator device having the largest length differs by approximately the diameter of the resonator space from the resonator device having the smallest length.
Beispielsweise ist es günstig, wenn eine Länge Lk+1 eines Resonatorraums einer Resonatorvorrichtung k+1 bestimmt ist durch
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die dimensionslose Zahl b im Bereich zwischen 0,1 und 1,2 liegt und insbesondere im Bereich zwischen 0,3 und 0,7 liegt. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn b bei ungefähr 0,5 liegt.It has proved to be advantageous if the dimensionless number b is in the range between 0.1 and 1.2 and in particular in the range between 0.3 and 0.7. It has proved to be particularly favorable when b is about 0.5.
Die Länge L0 ist dadurch bestimmt, dass die Eigenfrequenz der entsprechenden Resonatorvorrichtung der Eigenfrequenz der entsprechenden Tangentialmode der Brennkammer ohne Resonatorvorrichtung entspricht.The length L 0 is determined by the fact that the natural frequency of the corresponding resonator device corresponds to the natural frequency of the corresponding tangential mode of the combustion chamber without a resonator device.
Bei einem λ/4-Resonator ist L0 beispielsweise gegeben durch
Insbesondere ist der Winkelabstand zwischen einer Längsachse der Resonatorvorrichtung k+1 und einer Längsachse der Resonatorvorrichtung k kleiner als der zweifache Durchmesser eines Resonatorraums, um eine effektive Dämpfungswirkung erzielen zu können.In particular, the angular distance between a longitudinal axis of the resonator device k + 1 and a longitudinal axis of the resonator device k is smaller than twice the diameter of a resonator cavity in order to achieve an effective damping effect.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Anzahl der an dem ersten Sektorbereich angeordneten Resonatorvorrichtungen mindestens ungefähr (L max - L min)/(b · d/n 0,7) ist, wobei Lmax die Länge eines Resonatorraums der Resonatorvorrichtung mit größter Länge ist und Lmin die Länge des Resonatorraums der Resonatorvorrichtung mit der kleinsten Länge ist und b zwischen 0,1 und 1,2 liegt. Dadurch erhält man bei den Resonanzfrequenzen fmax und fmin dieselbe Modenunterdrückung.It has proved to be advantageous if the number of resonator devices arranged on the first sector region is at least approximately ( L max -L min ) / ( bd / n 0.7 ), where L max is the length of a resonator cavity of the resonator device with the largest Length is and L min is the length of the resonator space the resonator device with the smallest length and b is between 0.1 and 1.2. This results in the same mode suppression at the resonance frequencies f max and f min .
Es kann vorgesehen sein, dass Resonatorvorrichtungen an dem ersten Sektorbereich und/oder zweiten Sektorbereich axial beabstandet angeordnet sind. Dadurch lassen sich Resonatorvorrichtungen mit kleinem Winkelabstand an einem entsprechenden Sektorbereich positionieren.It can be provided that resonator devices are arranged axially spaced apart at the first sector region and / or second sector region. As a result, resonator devices with a small angular spacing can be positioned at a corresponding sector area.
Günstig ist es, wenn der erste Sektorbereich und/oder der zweite Sektorbereich, an welchem längenabgestufte Resonatorvorrichtungen angeordnet sind, sich über einen Winkelbereich kleiner als 90°/(2n) beschränkt. Beispielsweise sind in vier Sektoren sechs Resonatorvorrichtungen pro Sektor angeordnet. Der Winkelbereich eines Sektors liegt bei 15°.It is favorable if the first sector region and / or the second sector region, on which length-graduated resonator devices are arranged, are limited over an angular range of less than 90 ° / (2n). For example, six resonator devices per sector are arranged in four sectors. The angular range of a sector is 15 °.
Es ist möglich, dass der erste Sektorbereich und/oder der zweite Sektorbereich Teilbereiche aufweist, welcher um einen Winkel 2α beanstandet sind. Dadurch lassen sich die Winkelabstände von Resonatorvorrichtungen an einem Sektorbereich klein halten. Beispielsweise ist die eine Hälfte der Resonatorvorrichtung in einem Sektorbereich in einem ersten Teilbereich angeordnet und die andere Hälfte in dem zweiten Teilbereich.It is possible for the first sector region and / or the second sector region to have partial regions which are objected to by an angle 2α. As a result, the angular distances of resonator devices to a sector region can be kept small. For example, one half of the resonator device is arranged in a sector area in a first partial area and the other half in the second partial area.
Insbesondere sind an unterschiedlichen Stellen der Brennkammer unterschiedliche Resonatoren zur Unterdrückung unterschiedlicher Tangentialmoden oder Kombinationsmoden mit unterschiedlicher Tangentialbeteiligung angeordnet. Wenn die oben genannte Winkelbedingung erfüllt ist, dann lässt sich die Anzahl der Resonatorvorrichtungen minimieren.In particular, different resonators for suppressing different tangential modes or combination modes with different tangential component are arranged at different locations of the combustion chamber. If the above-mentioned angle condition is satisfied, then the number of resonator devices can be minimized.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die erste Resonatoreinrichtung auf den ersten Oberton der ersten Tangentialmode abgestimmt, die zweite Resonatoreinrichtung in einem Winkel von 90° zu der ersten Resonatorvorrichtung angeordnet und auf die erste Tangentialmode abgestimmt, eine dritte Resonatoreinrichtung in einem Winkel von 45° angeordnet und auf die zweite Tangentialmode abgestimmt, und eine vierte Resonatoreinrichtung ist in einem Winkel von 30° angeordnet und auf die dritte Tangentialmode abgestimmt. Da der erste Oberton der ersten Tangentialmode mit dem zweiten Oberton der zweiten Tangentialmode und dem dritten Oberton der dritten Tangentialmode übereinstimmt, lässt sich bei dieser Anordnung mit nur vier Resonatoren sowohl die erste Tangentialmode als auch die zweite Tangentialmode als auch die dritte Tangentialmode effektiv dämpfen und zwar sowohl für σ-Moden als auch π-Moden.In an advantageous embodiment, the first resonator device is tuned to the first overtone of the first tangential mode, the second resonator device is arranged at an angle of 90 ° to the first resonator device and tuned to the first tangential mode, a third resonator device is arranged at an angle of 45 ° and on the second tangential mode is tuned, and a fourth resonator is arranged at an angle of 30 ° and tuned to the third tangential mode. Since the first overtone of the first tangent mode coincides with the second overtone of the second tangent mode and the third overtone of the third tangential mode, in this arrangement with only four resonators, both the first tangential mode and the second tangential mode and the third tangential mode can effectively be attenuated, namely for both σ-modes and π-modes.
Es ist dabei möglich, dass jede Resonatoreinrichtung beispielsweise zwei Resonatorvorrichtungen oder mehr als zwei Resonatorvorrichtungen umfasst, die möglichst nahe bei dem Winkel β bzw. bei 0° zueinander angeordnet sind.It is possible in this case for each resonator device to comprise, for example, two resonator devices or more than two resonator devices which are arranged as close as possible to the angle β or at 0 ° to one another.
Günstig ist es, wenn in dem Resonatorraum einer Resonatorvorrichtung ein oder mehrere Resonanzbeeinflussungselemente angeordnet sind, welche fluiddurchlässig sind und turbulenzerzeugend sind.It is favorable if in the resonator chamber of a resonator device one or more resonance influencing elements are arranged, which are fluid-permeable and generate turbulence.
Es ist grundsätzlich so, dass eine auf eine zu dämpfende Eigenmode abgestimmte Resonatorvorrichtung einen Frequenzschutzbereich umfasst, wobei Eigenmoden, deren Frequenz in den Frequenzschutzbereich fällt, unterdrückt werden. Dadurch können auch Eigenmoden während Verbrennungsstabilitäten unterdrückt werden, wenn deren entsprechende Eigenfrequenz in den Frequenzschutzbereich fällt. Es ist deshalb grundsätzlich wünschenswert, dass der Frequenzschutzbereich möglichst groß ist.It is basically the case that a resonator device tuned to a eigenmode to be damped comprises a frequency protection range, with eigenmodes whose frequency falls within the frequency protection range being suppressed. This also allows eigenmodes during combustion stabilities be suppressed if their corresponding natural frequency falls within the frequency protection range. It is therefore basically desirable that the frequency protection range is as large as possible.
Es hat sich gezeigt, dass, wenn beispielsweise im Bereich des Anticrossing gearbeitet wird (im Bereich der vermiedenen Kreuzung), wie in der
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind in dem Resonatorraum ein oder mehrere Resonanzbeeinflussungselemente angeordnet. Diese führen zu einer Linienverbreiterung der zu unterdrückenden Eigenmode und damit zur höheren Dämpfung. Es hat sich gezeigt, dass solche Resonanzbeeinflussungselemente den Frequenzschutzbereich nicht wesentlich beeinflussen, aber bezogen auf das gleiche Verhältnis von Resonatorraumdurchmesser zu Brennkammerradius eine erhöhte Dämpfungswirkung haben. Durch ein entsprechendes Resonanzbeeinflussungselement wird die Intensität der Eigenmoden reduziert, während der entsprechende Frequenzschutzbereich im Wesentlichen unbeeinflusst ist. Das oder die Resonanzbeeinflussungselemente haben keinen wesentlichen Einfluss auf die Eigenfrequenzen der Eigenmoden.In the solution according to the invention, one or more resonance influencing elements are arranged in the resonator chamber. These lead to a line broadening of the self-mode to be suppressed and thus to higher attenuation. It has been found that such resonance influencing elements do not substantially affect the frequency protection range, but have an increased damping effect with respect to the same ratio of resonator chamber diameter to combustion chamber radius. By means of a corresponding resonance influencing element, the intensity of the eigenmodes is reduced, while the corresponding frequency protection region is essentially unaffected. The one or more resonance influencing elements have no significant influence on the natural frequencies of the eigenmodes.
Durch die beschriebene Lösung lässt sich bei effektiver Dämpfung ein großer Frequenzschutzbereich bereitstellen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine geringere Anzahl an Resonatorvorrichtungen an der Brennkammer zu positionieren und dabei eine gleiche oder bessere Dämpfungswirkung zu erhalten.The described solution can provide a large frequency protection range with effective damping. This makes it possible, for example, To position a smaller number of resonator devices on the combustion chamber and thereby obtain an equal or better damping effect.
Insbesondere sind in dem Resonatorraum ein oder mehrere Gitter und/oder poröse Strukturen als Resonanzbeeinflussungselemente angeordnet. Durch ein Gitter oder eine poröse Struktur kann Fluid durchströmen. Dadurch ist eine akustische Kopplung zwischen der Resonatorvorrichtung und dem Brennraum erreicht. Durch die Durchströmung wird das Fluid zur Turbulenzen angeregt. Die Turbulenzen führen zu einem irreversiblen Druckabfall, welcher den beschriebenen Effekt hat.In particular, one or more gratings and / or porous structures are arranged as resonance influencing elements in the resonator space. Fluid can flow through a grid or a porous structure. As a result, an acoustic coupling between the resonator device and the combustion chamber is achieved. Through the flow, the fluid is excited to turbulence. The turbulences lead to an irreversible pressure drop, which has the described effect.
Insbesondere ist eine poröse Struktur offenporös. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise ein nicht offenporöses Schaummaterial zu einer akustischen Abkopplung der Resonatorvorrichtung von dem Brennraum führt.In particular, a porous structure is open-pored. It has been found that, for example, a non-porous foam material leads to an acoustic decoupling of the resonator device from the combustion chamber.
Grundsätzlich kann die Anordnung des oder der Resonanzbeeinflussungselemente beliebig sein. Es hat sich bei Versuchen der stärkste quantitative Effekt ergeben, wenn das oder die Resonanzbeeinflussungselemente an oder in der Nähe der stirnseitigen Öffnung angeordnet sind.In principle, the arrangement of the resonance influencing element or elements can be arbitrary. Experiments have shown the strongest quantitative effect if the resonance influencing element or elements are arranged at or in the vicinity of the end opening.
Es ist grundsätzlich möglich, dass sich das oder die Resonanzbeeinflussungselemente über einen Teilquerschnitt oder über den Gesamtquerschnitt des Resonatorraums erstrecken. Der letztere Fall hat sich als günstig erwiesen, um eine hohe Dämpfungswirkung zu erzielen.In principle, it is possible that the one or more resonance influencing elements extend over a partial cross section or over the entire cross section of the resonator chamber. The latter case has proven to be favorable to achieve a high damping effect.
Es ist möglich, dass das oder die Resonanzbeeinflussungselemente den Resonatorraum ganz oder teilweise ausfüllen.It is possible for the resonance influencing element (s) to completely or partially fill the resonator chamber.
Vorteilhaft ist es, wenn das oder die Resonanzbeeinflussungselemente aus einem metallischen oder keramischen Material hergestellt sind. Dadurch lässt sich ein temperaturbeständiges Resonanzbeeinflussungselement realisieren, welches auch bei einem Verbrennungsbetrieb der Brennkammer nicht beschädigt wird.It is advantageous if the one or more resonance influencing elements are made of a metallic or ceramic material. This makes it possible to realize a temperature-resistant resonance influencing element, which is not damaged even in a combustion operation of the combustion chamber.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn ein Resonanzbeeinflussungselement eine poröse Struktur aus einem Fasermaterial umfasst, wobei die Faserdichte im Bereich zwischen 5 mg/cm3 und 300 mg/cm3 liegt und insbesondere im Bereich zwischen 10 mg/cm3 und 200 mg/cm3 liegt.It has proved favorable if a resonance influencing element comprises a porous structure made of a fiber material, the fiber density lying in the range between 5 mg / cm 3 and 300 mg / cm 3 and in particular in the range between 10 mg / cm 3 and 200 mg / cm 3 lies.
Bei einer alternativen Ausführungsform wurde als Resonanzbeeinflussungselement ein Gitter und insbesondere flaches Gitter verwendet, wobei die Maschenzahl im Bereich zwischen 300 1/cm2 und 6000 1/cm2 und insbesondere im Bereich zwischen 400 1/cm2 und 5000 1/cm2 liegt. Es hat sich bei unwesentlicher Beeinflussung des Frequenzschutzbereich eine effektive Dämpfung auch bei größerem Resonatorraumdurchmesser erreichen lassen.In an alternative embodiment, a lattice and in particular a flat lattice was used as the resonance influencing element, the mesh number being in the range between 300 l / cm 2 and 6000 l / cm 2 and in particular in the range between 400 l / cm 2 and 5000 l / cm 2 . With an insignificant influence on the frequency protection range, it has been possible to achieve effective damping even with a larger resonator cavity diameter.
Die Resonatorvorrichtung ist beispielsweise als λ/4-Resonator oder als Helmholtz-Resonator ausgebildet.The resonator device is designed, for example, as a λ / 4 resonator or as a Helmholtz resonator.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkammervorrichtung mit an einer Brennkammer angeordneten Resonatorvorrichtungen (Stand der Technik);
Figur 2- eine Draufsicht auf die Brennkammervorrichtung gemäß Figur 1 (Stand der Technik);
Figur 3- eine Teilschnittdarstellung einer Brennkammervorrichtung mit Resonatorvorrichtungen;
Figur 4- ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkammervorrichtung in Draufsicht;
Figur 5- ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkammervorrichtung in Draufsicht;
Figur 6- ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkammervorrichtung in Seitenansicht;
- Figur 7
- eine schematische Darstellung des Klangbilds für verschiedene Eigenmoden einer zylindrischen Brennkammer;
Figur 8- ein Messdiagramm für die Intensität der Druckschwankung der 1T-Eigenmode bei unterschiedlicher Anordnung und Ausbildung von Resonatorvorrichtungen in Abhängigkeit von der Tangentialposition (Winkel χ);
- Figur 9(a)
- ein Intensitätsdiagramm für unterschiedliche Eigenmoden, wenn eine Resonatoreinrichtung mit zwei Resonatorvorrichtungen vorgesehen ist;
- Figur 9(b)
- ein ähnliches Diagramm wie in Figur 9(a), wenn die Resonatoreinrichtung drei Resonatorvorrichtungen unterschiedlicher Länge umfasst;
Figur 10- Schnittansichten für Ausführungsbeispiele von Resonatorvorrichtungen;
Figur 11- für ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammervorrichtung die Abhängigkeit der Eigenfrequenzen der 1T+-
Eigenmode und 1T--Eigenmode beim 1T-Anticrossing in Abhängigkeit von einem Resonatorraumdurchmesser bezogen auf einen Brennraumradius für einen λ/4-Resonator; Figur 12- die Intensitätsreduktion für die entsprechenden Eigenmoden;
Figur 13- den Frequenzverlauf einer 1T+-
Eigenmode und 1T--Eigenmode beim 1T-Anticrossing für einen bestimmten Resonatorraumdurchmesser (d/r = 0,18) als Funktion der Maschenzahl M eines an der Resonatorvorrichtung angeordneten Gitters; Figur 14- die Intensitätsreduktion, wenn die Resonatorvorrichtung mit einem Gitter der Maschenzahl M versehen ist;
Figur 15- den Frequenzverlauf der 1T+-
Eigenmode und 1T--Eigenmode beim 1T-Anticrossing für einen bestimmten Resonatorraumdurchmesser (d/r = 0,18) als Funktion der Länge Lp einer porösen Struktur, welche an der Resonatorvorrichtung angeordnet ist; und Figur 16- die entsprechende Intensitätsreduktion.
- FIG. 1
- a schematic representation of an embodiment of a combustion chamber device arranged on a combustion chamber resonator devices (prior art);
- FIG. 2
- a plan view of the combustion chamber device according to Figure 1 (prior art);
- FIG. 3
- a partial sectional view of a combustion chamber device with resonator devices;
- FIG. 4
- a first embodiment of a combustion chamber device according to the invention in plan view;
- FIG. 5
- A second embodiment of a combustion chamber device according to the invention in plan view;
- FIG. 6
- a third embodiment of a combustion chamber device according to the invention in side view;
- FIG. 7
- a schematic representation of the sound pattern for different eigenmodes of a cylindrical combustion chamber;
- FIG. 8
- a measurement diagram for the intensity of the pressure fluctuation of the 1T eigenmode with different arrangement and formation of resonator devices as a function of the tangential position (angle χ);
- FIG. 9 (a)
- an intensity diagram for different eigenmodes, when a resonator device is provided with two resonator devices;
- FIG. 9 (b)
- a similar diagram as in Figure 9 (a), when the resonator device comprises three resonator devices of different lengths;
- FIG. 10
- Sectional views for embodiments of resonator devices;
- FIG. 11
- for an exemplary embodiment of a combustion chamber device, the dependence of the natural frequencies of the 1T + eigenmode and 1T eigenmode in 1T anticrossing as a function of a resonator chamber diameter relative to a combustion chamber radius for a λ / 4 resonator;
- FIG. 12
- the intensity reduction for the corresponding eigenmodes;
- FIG. 13
- the frequency response of a 1T + eigenmode and 1T eigenmode in 1T anticrossing for a given resonator cavity diameter (d / r = 0.18) as a function of the mesh number M of a grating disposed on the resonator device;
- FIG. 14
- the intensity reduction when the resonator device is provided with a mesh of mesh M;
- FIG. 15
- the frequency response of the 1T + eigenmode and 1T eigenmode in 1T anticrossing for a given resonator cavity diameter (d / r = 0.18) as a function of the length Lp of a porous structure disposed on the resonator device; and
- FIG. 16
- the corresponding intensity reduction.
Ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammervorrichtung, welche in Figur 1 schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Brennkammer 11 mit einer Brennkammerwand 12 und einem Innenraum als Brennraum 14. Der Brennraum 14 ist üblicherweise rotationssymmetrisch um eine Brennraumachse 16 ausgebildet.An exemplary embodiment of a combustion chamber device, which is shown schematically in FIG. 1 and denoted there by 10, comprises a
Die Brennkammer 11 weist ein Ende 18 auf, an welchem eine Einblaseinrichtung zum Einblasen von Brennstoff und Oxidator angeordnet ist (in Figur 1 nicht gezeigt). Das Ende 18 liegt an einem zylindrischen Bereich 19, auf welchen ein eingeschnürter Halsbereich 20 folgt.The
Brenngase treten aus der Brennkammer 11 über den Halsbereich 20 aus.Fuel gases exit the
Eine Brennkammer 11 weist akustische Eigenmoden auf. Kenntnis und Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer 11 kann für Verbrennungsvorgänge wichtig sein. Teilvorgänge der Verbrennung eines Treibstoffs in der Brennkammer 11 wie Brennstoffzufuhr, Mischungsbildung und chemische Reaktion sowie bei Flüssigbrennstoff Zerstäubung und Verdampfung können periodische bzw. pulsierende Vorgänge sein. Wenn die entsprechende Oszillationsfrequenz irgend eines dieser Teilvorgänge eine akustische Eigenmode der Brennkammer 11 zur Schwingung anregt, können in der Brennkammer 11 aufgrund akustischer Kopplung starke Druckpulsationen entstehen, die wiederum zu einer Beschädigung der Brennkammer 11 führen können bzw. zu Störungen der Verbrennung führen können.A
Durch gezielte Einstellung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer 11 über eine Resonatoreinrichtung 21 kann man die geschilderten Probleme vermeiden.By targeted adjustment of the acoustic properties of the
An der Brennkammer 11 sind ein oder mehrere akustische Resonatorvorrichtungen 22 als Dämpfungselemente angeordnet. Wenn eine solche akustische Resonatorvorrichtung 22 (oder eine Mehrzahl von akustischen Resonatorvorrichtungen 22) mit einer akustischen Eigenmode der Brennkammer 11 koppelt (das heißt in Resonanz steht), dann kann bei geeigneter Wahl die Eigenmode in einen Frequenzbereich geschoben werden, in dem sie für den Verbrennungsvorgang nicht mehr störend ist, bzw. gedämpft werden und im Idealfall weitgehend unterdrückt werden.On the
Es ist beispielsweise bekannt, dass ein Ringflansch 24 an einer Außenseite 26 der Brennkammer 11 fixiert ist, an welchem sich akustische Resonatorvorrichtungen 22 insbesondere um eine Umfangslinie an der Außenseite 26 der Brennkammer 11 positionieren lassen (vorzugsweise auf der gleichen Höhe). Der Abstand der Resonatorvorrichtungen 22 (längs der Brennraumachse 16) zu dem Halsbereich 20 ist vorzugsweise größer als der Durchmesser 2r des Brennraums 14.It is known, for example, that an
Eine akustische Resonatorvorrichtung 22 weist dabei einen Resonatorraum 28 (Resonanzraum) auf, welcher über eine Öffnung 29 in Verbindung mit dem Brennraum 14 der Brennkammer 11 steht (Figuren 3, 10).An
Zur akustischen Untersuchung der Brennkammer 11 erfolgt eine akustische Anregung der Brennkammer 11 über einen Lautsprecher 30. Zur Signalerzeugung ist ein Signalgenerator 32 vorgesehen, dessen Signale von einem Verstärker 34 verstärkt werden. Der Verstärker 34 ist an den Lautsprecher 30 gekoppelt.For acoustic examination of the
Zur Signaldetektion ist ein Mikrofon 36 vorgesehen, welches an einen Verstärker 38 gekoppelt ist. Der Verstärker 38 liefert die verstärkten Signale an eine Auswerteeinrichtung 40, durch welche insbesondere das Frequenzspektrum der Brennkammer 11 ermittelbar ist.For signal detection, a
Als akustische Resonatorvorrichtung lässt sich beispielsweise ein Lambda-Viertel-Resonator 42 einsetzen (Figur 10). Dieser umfasst eine zylindrische Röhre 44, in welcher der zylindrische Resonatorraum 28 gebildet ist. Die Röhre 44 mündet über ein offenes Ende 46 in den Brennraum 14 der Brennkammer 11. Die Röhre 44 ist quer und insbesondere senkrecht zu der Brennraumachse 16 orientiert und mindestens teilweise radial ausgerichtet.As an acoustic resonator device, for example, a quarter-
Der Resonatorraum 28 ist an dem dem Ende 46 gegenüberliegenden Ende 48 durch eine Wand 50 abgeschlossen. Diese Wand 50 kann festliegen oder sie kann verschieblich sein, so dass die Länge L des Resonatorraums 28 zwischen dem Ende 46 und dem Ende 48 variabel einstellbar ist.The
Ein weiteres Beispiel für eine akustische Resonatorvorrichtung ist ein Helmholtz-Resonator, welcher in Figur 10 schematisch gezeigt und dort mit 52 bezeichnet ist. Ein Helmholtz-Resonator umfasst einen rotationssymmetrischen Resonatorraum 54, welcher beispielsweise teilweise in einer Röhre 56 gebildet ist. Die Röhre 56 ist über einen Hals 58 mit dem Innenraum 14 der Brennkammer 11 verbunden. Ein Innenraum 60 im Hals 58 ist auch Teil des Resonatorraums 54. Der Resonatorraum ist über eine Wand 62 geschlossen.Another example of an acoustic resonator device is a Helmholtz resonator, which is shown schematically in FIG. 10 and denoted by 52 there. A Helmholtz resonator comprises a rotationally
Der Hals 58 weist eine kleinere Querschnittsfläche als die Röhre 56 auf.The
Durch gezielte Wahl bzw. Einstellung von einer oder mehreren akustischen Resonatorvorrichtungen 22 lassen sich die akustischen Eigenschaften der Brennkammer 11 einstellen. Die Einstellung erfolgt insbesondere derart, dass für pulsierende Vorgänge bei der Verbrennung in der Brennkammer 11 keine Kopplung mit Eigenmoden der Brennkammer 11 erfolgen kann.By selective choice or adjustment of one or more
Die Eigenmoden der Brennkammer 11 (ohne akustische Resonatorvorrichtungen 22) und die entsprechenden Eigenfrequenzen hängen von der geometrischen Form der Brennkammer 11 ab. Für eine ideale zylindrische Brennkammer 11 sind die Eigenfunktionen beispielsweise zylindrische Besselfunktionen.The eigenmodes of the combustion chamber 11 (without acoustic resonator devices 22) and the corresponding natural frequencies depend on the geometric shape of the
Bei einer rotationssymmetrischen Brennkammer 11 mit Zylindergeometrie existieren als Eigenmoden transverse Moden und Längsmoden (Axialmoden). Die Längsmoden tragen üblicherweise die Bezeichnung nL wie 1L, 2L usw. Die transversen Moden umfassen Radialmoden (R-Moden) und Tangentialmoden (T-Moden). Die Radialmoden werden üblicherweise mit der Bezeichnung nR wie 1R, 2R usw. versehen und die tangentialen Moden mit der Bezeichnung nT wie 1T, 2T usw.In a rotationally
In Figur 7 sind Klangbilder der 1T-Eigenmode und 2T-Eigenmode einer rotationssymmetrischen Brennkammer dargestellt; s bedeutet dabei eine Symmetrielinie, pn stellt jeweils einen Druck-Schwingungsbauch dar, in ist eine Isobare der Druckschwankung und Kn sind Druck-Schwingungsknoten.FIG. 7 shows sound images of the 1T eigenmode and 2T eigenmode of a rotationally symmetrical combustion chamber; In this case, s denotes a symmetry line, p n in each case represents a pressure oscillation belly, in is an isobar of the pressure fluctuation and K n are pressure oscillation nodes.
Die 1T-Eigenmode untergliedert sich, wenn keine Resonatorvorrichtung vorhanden ist, in eine 1T-σ-Eigenmode und 1T-π-Eigenmode, bei welchen die Isobaren der Druckschwankung um 90° zueinander orientiert sind.If no resonator device is present, the 1T eigenmode is subdivided into a 1T-σ eigenmode and 1T-π-eigenmode, in which the isobars of the pressure fluctuation are oriented at 90 ° to one another.
Die 2T-Eigenmode gliedert sich in eine 2T-σ-Eigenmode und eine 2T-π-Eigenmode, welche um 45° auseinander liegen.The 2T eigenmode is divided into a 2T-σ eigenmode and a 2T-π eigenmode, which are separated by 45 °.
Die Ankopplung einer Resonatorvorrichtung 22 bedeutet eine Symmetriestörung. Die 1T-σ-Eigenmode weist einen Druckbauch an der Öffnung 29 des entsprechenden Resonatorraums 28 auf. Die 1T-σ-Eigenmode tritt mit der Resonatorvorrichtung 22 in Wechselwirkung. Die 1T-π-Eigenmode, welche einen Druckknoten an der Öffnung 29 aufweist, tritt dagegen mit der Resonatorvorrichtung 22 nicht in Wechselwirkung.The coupling of a
Wie untenstehend noch näher erläutert wird, liegen bei bestimmten Anregungen der Brennkammer zwei Eigenmoden vor, die dicht beieinander liegen und gleiche Resonanzeigenschaften aufweisen. Diese sind in Figur 1 als 1T--Eigenmode und 1T+-Eigenmode mit ihren entsprechenden Klangbildern gezeigt. Die 1T--Eigenmode und 1T+-Eigenmode lassen sich anregen, wenn die Resonanzbedingungen bezüglich der Frequenz erfüllt ist, jedoch die Druckverteilung die Geschwindigkeitsverteilung der Resonatorvorrichtung 22 und der Brennkammer nicht zusammenpassen.As will be explained in more detail below, with certain excitations of the combustion chamber two eigenmodes are present, which are close to each other and have the same resonance properties. These are shown in FIG. 1 as 1T eigenmodes and 1T + eigenmodes with their corresponding sound images. The 1T eigenmode and 1T + eigenmode can be excited when the resonant condition with respect to the frequency is satisfied, but the pressure distribution does not match the velocity distribution of the
Wenn der zylindrische Bereich 19 der Brennkammer 11 eine genügend große Höhe aufweist im Vergleich zu dem Halsbereich 20, dann sind auch hier die Eigenfunktionen in guter Näherung Besselfunktionen. Auch die Öffnungen 46 zu Resonatorvorrichtungen 22 haben einen relativ geringen Einfluss.If the
Die Eigenfrequenzen der Brennkammer 11 für die transversen (radialen und tangentialen) Eigenschwingungen sind in guter Näherung durch die Gleichung
Die Eigenfrequenz eines Lambda-Viertel-Resonators ist
Die Anzahl der Resonatorvorrichtungen 22, die an der Brennkammer 11 positionierbar sind, ist begrenzt. Wenn S als Abstand zwischen benachbarten Resonatorvorrichtungen (einschließlich Resonatorwand) angesetzt wird (Figur 3), dann ergibt sich die mögliche Anzahl der Resonatorvorrichtungen 22, die um eine Umfangslinie der Brennkammer 11 angeordnet werden können, als 2rπ (S + d). Bei einem Brennkammerdurchmesser von 2r = 220 mm, einem Resonatordurchmesser von d = 9 mm und bei einem Abstand S = 5,4 mm ist die Anzahl der maximalen Resonatorvorrichtungen ca. 50. Eine größere Anzahl von Resonatorvorrichtungen kann nur durch Verkleinerung des Resonatordurchmessers d und/oder von S erreicht werden. Eine Verkleinerung von d resultiert in einer Verkleinerung des wirksamen Frequenzbereichs, wie weiter unten noch erläutert wird. Eine Verkleinerung von S führt zu konstruktiven Schwierigkeiten.The number of
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass eine erste Resonatoreinrichtung 63 mit mindestens einer Resonatorvorrichtung 64 an der Brennkammer 11 angeordnet ist und eine zweite Resonatoreinrichtung 65 mit mindestens einer Resonatorvorrichtung 66 in einem Winkel (mindestens näherungsweise)
Wenn beispielsweise die erste Tangentialmode 1T zu unterdrücken ist, dann sind die erste Resonatoreinrichtung 63 und die zweite Resonatoreinrichtung 65 in einem Winkel von 90° bezogen auf die Brennraumachse 16 zueinander angeordnet. (Dieser Winkel kann auch bei 270° liegen.)If, for example, the first
Wenn die zweite Tangentialmode 2T zu unterdrücken ist, dann liegen die erste Resonatoreinrichtung 63 mit Resonatorvorrichtungen 64' und die zweite Resonatoreinrichtung 65 mit Resonatorvorrichtungen 66' um 45° auseinander. (Sie können auch um 135° oder 225° oder 315° auseinander liegen.)If the second tangential mode 2T is to be suppressed, then the first resonator device 63 with
Wenn die dritte Tangentialmode 3T zu unterdrücken ist, dann liegen die erste Resonatoreinrichtung 63 mit Resonatorvorrichtungen 64" und die zweite Resonatoreinrichtung 65 mit Resonatorvorrichtungen 66" um 30° auseinander. Sie können auch um 90°, 150°, 210°, 270° oder 330° auseinander liegen.If the third tangential mode 3T is to be suppressed, then the first resonator device 63 with
In dem Brennraum 14 können sich bei den Tangentialmoden stehende Wellen ausbilden, welche unterschiedliche Charakteristika haben. Jede Tangentialmode tritt in Doppelausführung auf. Diese Doppelversionen sind miteinander gekoppelt, da der Druckknoten der einen Mode der Geschwindigkeitsknoten der anderen ist. Beispielsweise gibt es σ-Moden und π-Moden (Figur 7). Durch die Anordnung der ersten Resonatoreinrichtung 63 und der zweiten Resonatoreinrichtung 65 in dem Winkel α lassen sich effektiv sowohl die σ-Moden als auch die π-Moden der entsprechenden Tangentialmode unterdrücken.In the
Die erste Resonatoreinrichtung 63 umfasst eine Gruppe von Resonatorvorrichtungen, die an einem ersten Sektorbereich 68 angeordnet sind. Die zweite Resonatoreinrichtung 65 ist an einem zweiten Sektorbereich 70 der Brennkammer 11 angeordnet; sie umfasst ebenfalls mehrere Resonatorvorrichtungen 66.The first resonator device 63 comprises a group of resonator devices which are arranged on a
Die erste Resonatoreinrichtung 63 und die zugehörige zweite Resonatoreinrichtung 65 sind auf eine bestimmte Tangentialmode der Brennkammer 11 ausgerichtet. Diese Tangentialmode kann beispielsweise bei Variation der Schallgeschwindigkeit unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen. Um auch diese modifizierten Tangentialmoden dämpfen zu können, ist es vorteilhaft, wenn an dem jeweiligen ersten Sektorbereich 68 und dem zweiten Sektorbereich 70 eine Mehrzahl von Resonatorvorrichtungen mit unterschiedlichen Resonatorraumlängen L angeordnet sind. Es ist günstig, wenn ein Winkelabstand β von Resonatorvorrichtungen einer solchen Gruppe bei näherungsweise 0° oder bei j · 90°/n liegt, wobei j eine gerade natürliche Zahl ist.The first resonator device 63 and the associated second resonator device 65 are aligned with a specific tangential mode of the
Entsprechend ist an dem ersten Sektorbereich 68 eine erste Gruppe 72 an Resonatorvorrichtungen angeordnet und an dem zweiten Sektorbereich 70 eine zweite Gruppe 74 an Resonatorvorrichtungen. (An dem ersten Sektorbereich 68' ist eine erste Gruppe 72' angeordnet und an dem zweiten Sektorbereich 70' ist eine zweite Gruppe 74' angeordnet. An dem ersten Sektorbereich 68" ist eine erste Gruppe 72" und an dem zweiten Sektorbereich 70" eine zweite Gruppe 74" angeordnet.)Correspondingly, a
Durch die unterschiedlichen Längen kann man beispielsweise auch transiente Vorgänge effektiv erfassen.Due to the different lengths, for example, it is also possible to record transient processes effectively.
Es ist vorgesehen, um eine Verbrennungsstabilität in dem Brennraum 14 für einen weiten Schallgeschwindigkeitsbereich zu erreichen, dass die Resonatorvorrichtungen, welche pro Tangentialmode von einer Gruppe Resonatorvorrichtungen umfasst werden, in ihren Längen abgestuft sind. Die Längenabstufung erfolgt beispielsweise gemäß:
L0 ist eine Grundlänge der Resonatorvorrichtung. Sie ist dadurch bestimmt, dass die Eigenfrequenz der entsprechenden Tangentialmode der Brennkammer 11 ohne Resonatorvorrichtung der Eigenfrequenz der Resonatorvorrichtung entspricht. Beispielsweise ist L0 bei einem λ/4-Resonator bestimmt durch
Die Längenabstufung in zugehörigen Gruppen 72, 74 bzw. 72', 74' bzw. 72", 74" ist dabei die gleiche. Insbesondere ist jedem Resonator einer Gruppe ein Resonator der gleichen Länge in der zugehörigen Gruppe zugeordnet.The length graduation in associated
Innerhalb der jeweiligen Gruppe 72, 72', 72" (und damit auch in der Gruppe 74, 74', 74") ist der Abstand zwischen benachbarten Resonatorvorrichtungen k+1 und k bevorzugterweise möglichst klein. Vorzugsweise ist er auch kleiner als ein doppelter Durchmesser des Resonatorraums der Resonatorvorrichtungen.Within the
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn eine Resonatoreinrichtung (beispielsweise die Resonatoreinrichtung 63 und/oder die Resonatoreinrichtung 65) eine Mehrzahl von Resonatorenvorrichtungen aufweist, welche unterschiedliche Längen haben, wie in Figur 4 schematisch angedeutet. Es ist dabei günstig, wenn die Resonatorvorrichtungen einer solchen Gruppe in einem Winkelbereich, welcher möglichst nahe bei 0° liegt oder möglichst nahe bei
Es ist ferner günstig, wenn die Resonatorräume der Resonatorvorrichtungen einer Gruppe Längen aufweisen, welche geringfügig voneinander abweisen, wobei eine minimale Länge Lmin unterhalb eines Mittelwerts liegt. Dieser Mittelwert ist durch die Anti-Crossing-Länge bestimmt. Ferner sollte eine Resonatorvorrichtung einen Resonatorraum mit einer Länge Lmax aufweisen, welche oberhalb dieses Mittelwerts liegt. Dadurch erhält man eine Verstärkung der Resonatorenwirkung. Insbesondere ist eine verstärkte Unterdrückung der Intensität von Druckschwankungen ermöglicht.It is furthermore advantageous if the resonator spaces of the resonator devices of a group have lengths which slightly deflect from one another, wherein a minimum length L min lies below an average value. This average is determined by the anti-crossing length. Furthermore, a resonator device should have a resonator space with a length L max which lies above this mean value. This gives an amplification of the resonator effect. In particular, an increased suppression of the intensity of pressure fluctuations is possible.
Besonders vorteilhaft ist es dann, wenn Resonatoreinrichtungen, welche im Winkel α beabstandet sind, vorgesehen werden, welche selber wiederum eine Gruppe von Resonatorvorrichtungen umfassen, die der oben genannten Bedingung für den Winkel β genügen.It is particularly advantageous if resonator devices which are spaced at an angle α are provided, which themselves in turn comprise a group of resonator devices which satisfy the above-mentioned condition for the angle β.
In Figur 8 ist ein Messdiagramm für die Intensität der Druckschwankungen der 1T-Eigenmode am Umfang einer bestimmten Brennkammer gezeigt, wobei die Abhängigkeit von dem Winkel γ am Umfang gemessen wurde. Die Messwerte 160 entsprechen der Anordnung 162. Es wurde eine Resonatorvorrichtung (λ/4-Resonator) vorgesehen, welche schlecht abgestimmt ist; der Resonatorraum der Resonatorvorrichtung weist eine Länge 20 mm auf. Diese Länge ist zu kurz.FIG. 8 shows a measurement diagram for the intensity of the pressure fluctuations of the 1T eigenmode at the circumference of a specific combustion chamber, the dependence on the angle γ on the circumference being measured. The measured values 160 correspond to the
Im Vergleich dazu gehören die Messwerte 164 zu einer Anordnung 166, bei der eine abgestimmte Resonatorvorrichtung (mit einer Resonatorraumlänge von 90 mm) verwendet wurde.In comparison, the measured
Man erkennt hier, dass bei der Position γ = 90° hohe Druckschwankungen vorliegen. Dies ist auf die 1T-π-Eigenmode zurückzuführen. Je weiter man von diesen 90° weg geht, desto effektiver erfolgt eine Unterdrückung der 1T-Eigenmode.It can be seen here that at the position γ = 90 ° high pressure fluctuations exist. This is due to the 1T π eigenmode. The further you go away from this 90 °, the more effective is a suppression of the 1T eigenmode.
Die Messwerte 168 gehören zu der Anordnung 170, bei der zusätzlich gegenüber eine weitere Resonatorvorrichtung vorgesehen wurde. Man erkennt, dass diese einen relativ geringen Einfluss hat.The measured values 168 belong to the
Aus den Klangbildern der Figur 7 ist der Verlauf der Messwerte 160, 164 und 168 leicht erklärbar.The course of the measured
Die Messwerte 172 gehören zu der erfindungsgemäßen Anordnung 174, bei welcher eine erste Resonatoreinrichtung (mit einer einzigen Resonatorvorrichtung) und eine zweite Resonatoreinrichtung (mit einer einzigen Resonatorvorrichtung) in einem Winkel von 90° auseinander liegen. Man erkennt, dass sowohl die 1T-σ-Eigenmode und auch die 1T-π-Eigenmode effektiv unterdrückt werden und man dadurch über den ganzen Umfang der Brennkammer eine effektive Unterdrückung der Druckschwankungen erhält.The measured values 172 belong to the
In Figur 9(a) ist ein Messdiagramm gezeigt, wenn an einer Brennkammer eine einzigen Resonatoreinrichtung mit zwei Resonatorvorrichtungen angeordnet ist, wobei die beiden Resonatorvorrichtungen in einem kleinen Winkel möglichst dicht bei 0° angeordnet sind und Resonatorräume unterschiedlicher Längen aufweisen. Die Länge des kürzeren Resonatorraums ist Lmin und die Länge des größeren Resonatorraums ist Lmax.FIG. 9 (a) shows a measuring diagram when a single resonator device with two resonator devices is arranged on a combustion chamber is, wherein the two resonator devices are arranged at a small angle as close to 0 ° and have resonator spaces of different lengths. The length of the shorter resonator space is L min and the length of the larger resonator space is L max .
Durch diese Anordnung entstehen eine
Figur 9(b) entspricht einer Anordnung einer einzigen Resonatoreinrichtung an einer Brennkammer mit drei Resonatorvorrichtungen, die in einem kleinen Winkelbereich möglichst dicht bei 0° angeordnet sind. Es entsteht jeweils eine
Die Messungen, welche zu den Diagrammen gemäß den Figuren 8 und 9 geführt haben, wurden an einer Modelbrennkammer mit Luft als Medium bei Umgebungsbedingungen (Kaltversuche) durchgeführt. Der Brennkammerdurchmesser betrug 220 mm und die Brennkammerlänge 40 mm. Der Resonatordurchmesser d betrug 9 mm.The measurements which led to the diagrams according to FIGS. 8 and 9 were carried out on a model combustion chamber with air as medium under ambient conditions (cold tests). The combustion chamber diameter was 220 mm and the
Wenn mehrere Resonatorvorrichtungen mit entsprechender Winkelanordnung an der Brennkammer 11 angeordnet sind und die Länge der Resonatorräume aller Resonatorvorrichtungen gleich ist (dies entspricht b = 0), dann ist die Modenunterdrückung genauso groß, als wenn nur eine Resonatorvorrichtung mit der gleichen Resonatorraumlänge angekoppelt wäre. Der Frequenzbereich der Schutzwirkung zur Modenunterdrückung erhöht sich mit steigender Anzahl der Resonatorvorrichtungen etwas geringfügiger, als wenn der Durchmesser dieser einzigen Resonatorvorrichtung so vergrößert wäre, dass die Fläche der Resonatorvorrichtung mit erhöhtem Durchmesser der Summe der Fläche aller Resonatorvorrichtungen mit dem ursprünglichen Durchmesser entspräche.If a plurality of resonator devices with a corresponding angular arrangement are arranged on the
Es hat sich gezeigt, dass, wenn zusätzlich zu der ersten Resonatoreinrichtung 63 und der zweiten Resonatoreinrichtung 65 eine dritte Resonatorvorrichtung gleicher Länge in einem "falschen" Winkel angeschlossen wird, sich die Modenunterdrückung verschlechtert. Wenn dann eine vierte Resonatoreinrichtung gleicher Länge an das System angeschlossen wird, wird der Winkel zwischen der dritten Resonatorvorrichtung und der vierten Resonatorvorrichtung der oben genannten Gleichung mit i = 1, 3, 5, .. entspricht, dann wird die entsprechende Tangentialmode wieder optimal unterdrückt.It has been found that if, in addition to the first resonator 63 and the second resonator 65, a third resonator of equal length is connected at a "wrong" angle, the mode rejection will be degraded. If then a fourth resonator device of the same length is connected to the system, the angle between the third resonator device and the fourth resonator device corresponds to the above equation with i = 1, 3, 5, .., then the corresponding tangential mode is optimally suppressed again.
Der erste Sektorbereich 68 und der zweite Sektorbereich 70 können mehrteilig ausgebildet sein. (Dies entspricht j ≠ 0.) Dies ist in Figur 5 angedeutet. Der erste Sektorbereich 68 umfasst dabei Teilsektoren 76a, 76b und der zweite Sektorbereich 70 umfasst Teilsektoren 78a, 78b. Die Teilsektoren 76a, 76b unterscheiden sich dabei um ein geradzahliges Vielfaches des Winkels β. Entsprechend unterscheiden sich die Teilsektoren 78a, 78b um ein geradzahliges Vielfaches des Winkels α bezogen auf die Brennraumachse 16. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit α = 90° liegen die Teilsektoren 76a und 76b um 180° auseinander. Entsprechend liegen die Teilsektoren 78a und 78b um 180° auseinander. Durch diese Ausbildung kann der Winkelbereich, in dem Resonatorvorrichtungen an einem Sektorbereich angeordnet sind, klein gehalten werden. Beispielsweise kann die Hälfte der Resonatorvorrichtungen in dem Teilsektor 76a und 78a und die andere Hälfte der Resonatorvorrichtungen in dem Teilsektor 76b und 78b angeordnet werden.The
Es ist beispielsweise auch möglich, dass Resonatorvorrichtungen, wie in Figur 6 gezeigt, in einem jeweiligen Sektorbereich axial (das heißt parallel zur Brennraumachse 16) versetzt sind. Die Axialverschiebung ist dabei bevorzugterweise möglichst klein.It is also possible, for example, for resonator devices, as shown in FIG. 6, to be axially offset (that is to say parallel to the combustion chamber axis 16) in a respective sector region. The axial displacement is preferably as small as possible.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, dass einander zugeordnete Resonatorvorrichtungen auf den Grundton abgestimmt sind, dass eine Resonatorvorrichtung auf einen Grundton und die andere Resonatorvorrichtung auf einen Oberton oder dass beide Resonatorvorrichtungen auf einen Oberton abgestimmt sind, wobei die Obertöne auch unterschiedlich sein können.In the arrangement according to the invention, it is possible that resonator devices associated therewith are tuned to the fundamental tone, that one resonator device is tuned to a fundamental tone and the other resonator device is tuned to an overtone or both resonator devices are tuned to an overtone, wherein the harmonics may also be different.
Für die Unterdrückung von Radialmoden ist bei gegebener Schallgeschwindigkeit eine einzige Resonatorvorrichtung ausreichend.For the suppression of radial modes, a single resonator device is sufficient for a given sound velocity.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel sind vier Resonatoreinrichtungen an der Brennkammer 11 angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich die ersten drei Tangentialmoden 1T, 2T und 3T effektiv unterdrücken. Dazu ist eine erste Resonatoreinrichtung auf den ersten Oberton der ersten Tangentialmode abgestimmt. Der erste Oberton der ersten Tangentialmode stimmt mit dem zweiten Oberton der zweiten Tangentialmode und dem dritten Oberton der dritten Tangentialmode überein. In einem Winkel von 90° zu der ersten Resonatoreinrichtung ist eine zweite Resonatoreinrichtung angeordnet, die auf die erste Tangentialmode abgestimmt ist. In einem Winkel von 45° ist eine dritte Resonatoreinrichtung angeordnet, die auf die zweite Tangentialmode abgestimmt ist. In einem Winkel von 30° ist eine vierte Resonatoreinrichtung angeordnet, welche auf die dritte Tangentialmode abgestimmt ist.In a specific embodiment, four resonator devices are arranged on the
Anticrossing oder "vermiedene Kreuzung" bedeutet, dass bei bestimmten Anregungen der Brennkammer zwei Eigenmoden vorliegen, die dicht beieinander liegen und gleiche Resonanzeigenschaften aufweisen; sie weisen insbesondere eine im Wesentlichen gleiche Intensität und Halbwertsbreite auf. Eine vermiedene Kreuzung entsteht dann, wenn zwar die Resonanzbedingung bezüglich der Frequenz erfüllt ist, jedoch die Druckverteilung und die Geschwindigkeitsverteilung in der Resonatorvorrichtung und der Brennkammer nicht zusammenpassen. So können beispielsweise die Resonanzfrequenzbedingungen für eine radiale Mode der Brennkammer und eine λ/4-Oszillation einer angekoppelten Resonatorvorrichtung erfüllt sein. Jedoch erfordert die λ/4-Oszillation der Resonatorvorrichtung einen Druckknoten an einer Resonatoröffnung in einem Innenraum der Brennkammer. Für die Radialmode ist dagegen ein Druckantiknoten an der Zylinderwand erforderlich.Anticrossing or "avoided crossing" means that for certain excitations of the combustion chamber there are two eigenmodes which are close to each other and have the same resonance characteristics; in particular, they have a substantially equal intensity and half-width. A avoided crossing arises when the resonance condition with respect to the frequency is satisfied, but the pressure distribution and the velocity distribution in the resonator device and the combustion chamber do not match. For example, the resonant frequency conditions for a radial mode of the combustion chamber and a λ / 4 oscillation of a coupled resonator be met. However, the λ / 4 oscillation of the resonator device requires a pressure node at a resonator opening in an interior of the combustion chamber. For the radial mode, on the other hand, a pressure annotation on the cylinder wall is required.
Für eine Tangentialmode erfordert die λ/4-Oszillation der Resonatorvorrichtung eine radiale Geschwindigkeitsfluktuation an der Mündung der Resonatorvorrichtung in die Brennkammer, während die Tangentialmode der Brennkammer eine azimutale Oszillation an der gleichen Stelle erfordert.For a tangential mode, the λ / 4 oscillation of the resonator device requires radial velocity fluctuation at the mouth of the resonator device into the combustion chamber, while the tangential mode of the combustion chamber requires azimuthal oscillation at the same location.
Durch die vermiedene Kreuzung entstehen zwei Eigenmoden, von denen die eine eine leicht niedrigere Frequenz hat als die Eigenmode der Brennkammer ohne Resonatorvorrichtung, und die andere eine leicht höhere Frequenz als die entsprechende Eigenmode der Brennkammer ohne Resonatorvorrichtung hat.The avoidance of the crossing results in two eigenmodes, one of which has a slightly lower frequency than the eigenmode of the combustion chamber without resonator device, and the other has a slightly higher frequency than the corresponding eigenmode of the combustion chamber without resonator device.
Wenn die Frequenz der Eigenmode mit der höheren Frequenz als f+ bezeichnet wird und die der Eigenmode mit der identischen Frequenz als f- und die Frequenz der zu unterdrückenden Mode als f' bezeichnet wird, dann liegt der geschützte Frequenzbereich der Brennkammer bei f' ± (f+ - f-)/6 und der Schutzbereich liegt bei ca. (f+ - f-)/3. Der Schutzbereich ist derjenige Frequenzbereich, innerhalb welchem Eigenmoden unterdrückbar sind. Innerhalb des Schutzbereichs können auch bei Änderungen der Betriebsparameter der Verbrennung in der Brennkammer Eigenmode effektiv unterdrückt werden. Es ist daher wünschenswert, dass der Schutzbereich ein breiter Frequenzbereich ist, in dem für eine oder mehrere Resonatorvorrichtungen eine starke Dämpfung vorliegt.If the frequency of the eigenmode with the higher frequency is designated as f + and the eigenmode with the identical frequency as f - and the frequency of the mode to be suppressed is designated as f ', then the protected frequency range of the combustion chamber at f' ± ( f + - f - ) / 6 and the protection range is approx. (f + - f - ) / 3. The protection range is the frequency range within which eigenmodes can be suppressed. Within the protection range, even with changes in the operating parameters of the combustion in the combustion chamber, eigenmode can be effectively suppressed. It is therefore desirable that the protection range is a wide frequency range in which one or more resonator devices are highly attenuated.
Der Effekt der vermiedenen Kreuzung bzw. des Anticrossing ist in der nicht vorveröffentlichten
Figur 12 zeigt die Abhängigkeit der Intensitätsreduktion (in dB) in Abhängigkeit des Verhältnisses d zu r für die Intensität der 1T+-Eigenmode und 1T-Eigenmode beim 1T-Anticrossing. Man erkennt, dass die stärkste Intensitätsreduktion und damit die stärkste Unterdrückung der 1T-Eigenmode bei einem Verhältnis von d zu r im Bereich zwischen 0,04 und 0,065 erfolgt. Zu größeren Durchmessern des Resonatorraums der entsprechenden Resonatorvorrichtung nimmt die Intensitätsreduktion ab, das heißt die Intensität wird weniger stark reduziert.FIG. 12 shows the dependence of the intensity reduction (in dB) as a function of the ratio d to r for the intensity of the 1T + eigenmode and 1T eigenmode in 1T anticrossing. It can be seen that the strongest reduction in intensity, and thus the strongest suppression of the 1T eigenmode, occurs at a ratio of d to r in the range between 0.04 and 0.065. For larger diameters of the resonator cavity of the corresponding resonator device, the intensity reduction decreases, that is to say the intensity is reduced to a lesser extent.
Man erkennt aus dem Vergleich mit den Figuren 11 und 12, dass ein großer Durchmesser d des Resonatorraums einer angeschlossenen Resonatorvorrichtung günstig ist für einen großen Schutzbereich, jedoch ungünstig ist für eine Intensitätsunterdrückung.It can be seen from the comparison with FIGS. 11 and 12 that a large diameter d of the resonator chamber of a connected resonator device is favorable for a large protection range, but is unfavorable for intensity suppression.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in dem Resonatorraum 28 bzw. 54 der entsprechenden Resonatorvorrichtung 22 bzw. 52 ein oder mehrere Resonanzbeeinflussungselemente 100 angeordnet sind. In Figur 10 sind verschiedene Beispiele gezeigt. Das oder die Resonanzbeeinflussungselemente 100 sind dabei so ausgebildet, dass sie fluiddurchlässig und insbesondere gasdurchlässig sind, um eine Ankopplung des Mediums in dem entsprechenden Resonatorraum 102 an das Medium im Brennraum 14 zu ermöglichen. Ferner sind das oder die Resonanzbeeinflussungselemente 100 so ausgebildet, dass sie turbulenzerzeugend sind. Das Fluid, welches durch ein entsprechendes Resonanzbeeinflussungselement 100 strömt, wird verwirbelt. Es entsteht ein Abfall in Druckschwankungen. Dies bewirkt eine Dissipation im Volumen.According to the invention, one or more
Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen von einem oder mehreren Resonanzbeeinflussungselementen bei gegebenem Durchmesser d des Resonatorraums 102 die Frequenzbreite und damit der Schutzbereich 94 nur wenig beeinflusst wird, während die Intensitätsreduktion einem effektiven kleineren Durchmesser d entspricht. Durch das Vorsehen von einem oder mehreren Resonanzbeeinflussungselementen 100 lässt sich dadurch sowohl eine große Intensitätsreduktion als auch ein großer Schutzbereich 94 erreichen.It has been found that by providing one or more resonance influencing elements for a given diameter d of the
Das oder die Resonanzbeeinflussungselemente 100 können dabei den Resonatorraum 102 vollständig oder in einem Teilbereich ausfüllen.The resonant influencing element or
In Figur 10 ist ein mit dem Bezugszeichen 104 bezeichnetes Resonanzbeeinflussungselement gezeigt, welches aus einer porösen Struktur 106 gebildet ist. Die poröse Struktur ist beispielsweise eine metallische Faserstruktur.FIG. 10 shows a resonance influencing element designated by
Das Resonanzbeeinflussungselement 104 ist an einer Öffnung 108 des Resonatorraums 102 in dem Brennraum 14 angeordnet.The
Die Länge der porösen Struktur 106 parallel zu einer Achse 110 des Resonatorraums 102 kann dabei unterschiedlich sein. In Figur 10 sind Resonanzbeeinflussungselemente 104, welche als poröse Struktur ausgebildet sind, und eine unterschiedliche Länge aufweisen, mit dem Bezugszeichen 112, 114, 116, 118 und 120 gezeigt. Das Resonanzbeeinflussungselement 120 füllt das gesamte Volumen des Resonatorraums 102 auf, wobei das Resonanzbeeinflussungselement 120 fluiddurchlässig ist.The length of the
Die Resonanzbeeinflussungselemente 104 und 112 bis 120 erstrecken sich über den gesamten Querschnitt des jeweiligen Resonatorraums 102.The
Es ist auch möglich, dass ein Resonanzbeeinflussungselement 122 vorgesehen ist, welches um die Achse 110 angeordnet ist und sich nicht über den gesamten Querschnitt des Resonatorraums 102 erstreckt.It is also possible that a
Es ist beispielsweise auch möglich, dass ein ringförmiges Resonanzbeeinflussungselement 124 eine zentrale Öffnung 126 aufweist. Das Resonanzbeeinflussungselement 124 ist an einer Wandung des Resonatorraums angeordnet.For example, it is also possible for an annular
Es ist weiterhin möglich, dass Resonanzbeeinflussungselemente 128, 130, 132, 134 aus einem offenporösen Schaummaterial und insbesondere einem Metallschaum gebildet sind.It is also possible that
Es ist beispielsweise möglich, dass Resonanzbeeinflussungselemente wie die Resonanzbeeinflussungselemente 130 und 132 beabstandet zu der Öffnung des Resonatorraums zu dem Brennraum 14 hin positioniert sind.For example, it is possible for resonance influencing elements such as the
Es ist beispielsweise auch möglich, dass ein Resonatorraum 136 mit einem Gitter 138 als Resonanzbeeinflussungselement versehen ist. Dieses Gitter 138 ist insbesondere an einer Öffnung 140 des Resonatorraums 136 zum Brennraum 14 angeordnet.For example, it is also possible for a
Das Gitter 138 weist Maschen mit dazwischenliegenden Öffnungen auf.The
Ein Resonanzbeeinflussungselement 142 lässt sich beispielsweise auch an einer Öffnung eines Helmholtz-Resonators 52 in dem Brennraum 14 positionieren.A
In Figur 13 ist ein Diagramm für die Eigenfrequenz der 1T+-Eigenmode und der 1T--Eigenmode beim Anticrossing gezeigt, wenn eine Resonatorvorrichtung mit einem Gitter 138 an einer Öffnung 140 vorgesehen ist. Dargestellt ist die Abhängigkeit von der Maschenweite des Gitters 138. Man erkennt, dass der Abstand zwischen den Eigenfrequenzen und damit der Schutzbereich im Wesentlichen unabhängig von der Maschenweite ist.FIG. 13 shows a diagram for the natural frequency of the 1T + eigenmode and the 1T eigenmode in anticrossing when a resonator device with a grating 138 is provided at an
In Figur 14 ist die Intensitätsreduktion in Abhängigkeit der Maschenweite gezeigt. Es ist daraus ersichtlich, dass die Intensität der zu unterdrückenden 1T-Eigenmode mit zunehmender Maschenzahl abnimmt. Figur 14 ist mit Figur 12 zu vergleichen.FIG. 14 shows the intensity reduction as a function of the mesh size. It can be seen that the intensity of the 1T eigenmode to be suppressed decreases with increasing mesh size. FIG. 14 is to be compared with FIG.
Es hat sich vorteilhaft erwiesen, wenn die Maschenweite zwischen 300 1/cm2 und 6000 1/cm2 und vorzugsweise zwischen 400 1/cm2 und 5000 1/cm2.It has proven advantageous if the mesh size between 300 1 / cm 2 and 6000 1 / cm 2 and preferably between 400 1 / cm 2 and 5000 1 / cm 2 .
Aus den Figuren 13 und 14 erkennt man im Vergleich mit den Figuren 11 und 12, dass das Vorsehen eines Gitters 138 als Resonanzbeeinflussungselement zu einer stärkeren Intensitätsreduktion führt, ohne dass der Schutzbereich wesentlich beeinflusst wird.From Figures 13 and 14 can be seen in comparison with Figures 11 and 12, that the provision of a grating 138 as a resonance influencing element leads to a greater reduction in intensity without significantly affecting the scope of protection.
Die Figuren 13 und 14 wurden bei einem Verhältnis von d zu r von 0,18 aufgenommen.Figures 13 and 14 were taken at a ratio of d to r of 0.18.
Figur 15 zeigt ein Diagramm ähnlich wie Figur 13, wobei als Resonanzbeeinflussungselement 104 eine poröse Struktur gewählt wurde, nämlich eine Metallfaserstruktur mit einer Faserdichte von ca. 50 mg/cm3. Die Frequenz ist dargestellt in Abhängigkeit der Länge Lp des Resonanzbeeinflussungselements 104. Dieses ist an der Öffnung 108 angeordnet und erstreckt sich weg von dieser in den Resonatorraum 102 über die Länge Lp.FIG. 15 shows a diagram similar to FIG. 13, wherein a porous structure, namely a metal fiber structure with a fiber density of approximately 50 mg / cm 3 , was selected as
Die Messungen wurden durchgeführt bei einem Verhältnis von d zu r von 0,18.The measurements were carried out at a ratio of d to r of 0.18.
Figur 16 zeigt die Intensitätsreduktion über Lp. Auch hier erkennt man die stärkere Intensitätsreduktion im Vergleich zu einer Brennkammer mit einer Resonatorvorrichtung ohne Resonanzbeeinflussungselement (Figuren 11 und 12).Figure 16 shows the intensity reduction over Lp. Again, one recognizes the stronger intensity reduction compared to a combustion chamber with a resonator without resonance influencing element (Figures 11 and 12).
Erfindungsgemäß lässt sich die Dämpfungswirkung einer Resonatorvorrichtung, welche an der Brennkammer 11 angeordnet ist, bei gegebenem Durchmesser d erhöhen, indem in dem Resonatorraum der Resonatorvorrichtung ein oder mehrere Resonanzbeeinflussungselemente angeordnet sind. Die Resonanzbeeinflussungselemente sind so ausgebildet, dass sie zu einer Erhöhung der Linienbreite der zu unterdrückenden Eigenmode führen. Es hat sich gezeigt, dass solche Resonanzbeeinflussungselemente den Frequenzschutzbereich kaum beeinflussen, während sie zu einer effektiven Intensitätsreduktion führen.According to the invention, the damping effect of a resonator device, which is arranged on the
Als Resonanzbeeinflussungselemente können beispielsweise poröse Strukturen aus Mineralfaser oder Metallfaser vorgesehen sein oder ein offenporiges Schaummaterial. Beispielsweise kann auch ein Gitter verwendet werden. Auch Kombinationen sind möglich.For example, porous structures of mineral fiber or metal fiber or an open-pore foam material may be provided as resonance influencing elements. For example, a grid can also be used. Combinations are possible.
Wie oben erwähnt, ist es vorteilhaft, wenn Resonatorvorrichtungen für eine Gruppe in kleinem Abstand zueinander angeordnet sind. Durch die erfindungsgemäße Lösung mit dem Vorsehen von einem oder mehreren Resonanzbeeinflussungselementen 100 in einem Resonatorraum erhält man auch für größere Resonatorraumdurchmesser bei effektiver Dämpfung einen hohen Schutzbereich. Ein hoher Schutzbereich wiederum bedeutet, dass die Anzahl der notwendigen Resonatorvorrichtungen verringerbar ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung mit den Resonanzbeeinflussungselementen lässt sich dadurch die Anzahl der Resonatorvorrichtungen in einer Gruppe verringern. Dadurch sind die Auswirkungen eines größeren Resonatorraumdurchmessers weniger relevant.As mentioned above, it is advantageous if resonator devices for a group are arranged at a small distance from each other. The solution according to the invention with the provision of one or more
Claims (29)
gekennzeichnet durch eine erste Resonatoreinrichtung (63) mit einer oder mehreren Resonatorvorrichtungen (64) und eine zweite Resonatoreinrichtung (65) mit einer oder mehreren Resonatorvorrichtungen (66), welche zu der ersten Resonatoreinrichtung (63) mindestens näherungsweise in einem Winkel
characterized by a first resonator device (63) having one or more resonator devices (64) and a second resonator device (65) having one or more resonator devices (66) which are at least approximately at an angle to the first resonator device (63)
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