JP2010014115A

JP2010014115A - 減衰音響パネルのための方法及びシステム

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Publication number: JP2010014115A
Application number: JP2009151702A
Authority: JP
Inventors: Anthony J Durchholz; アンソニー・ジェイ・ダーシュホルツ; Carlos M Figueroa; カルロス・エム・フィゲロア; Matthew F Kluesener; マシュー・エフ・クリュースナー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: US20090321178A1; CA2670187A1; EP2141337A2; US8028802B2; EP2141337A3; JP5744383B2

Abstract

【課題】音響パネルシステムを提供する。
【解決手段】本音響パネルシステムは、ファン収納ケース（３６）の内径の周りで円周方向に整列しかつその各々が流体ダクトの一部分を形成した半径方向内表面（２０２）、ファン収納ケースとの間にギャップ（２１６）を形成した半径方向外表面（２１８）及び該ファン収納ケース内のかみ合せ溝内に挿入されるように構成された後方端部リップ（２０６）を含む複数の音響パネルセグメントと、半径方向外表面に結合され、該半径方向外表面からファン収納ケースまで延びかつ振動性刺激の強制応答を消散させるのを可能にするように構成されたエネルギー吸収エラストマー材料を含む少なくとも１つの減衰バンパ（２２０）とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、総括的にはノイズ低減パネルに関し、より具体的には、ノイズ低減パネルの振動応答を改善するための方法及びシステムに関する。

ノイズ低減のためにタービンエンジンのファン流路を内張りするために使用する少なくとも幾つかの公知の音響パネルは、高い振動強制作用に曝される可能性があり、それら振動強制作用の多くは、ファンブレードを通過する空気衝撃波に起因するものである可能性がある。最初の設計意図は、この刺激に応答しないほど十分な剛性を有するパネル及びそれらの支持構造体を製作することである。重量及び／又は保全性設計の制約条件により、時としてこの設計意図が損なわれる。例えば、ボルト止めしたパネルは、ファンケースに接着したパネルよりも保全性において好ましく、実使用中に損傷パネルの容易な交換を可能にする。また、重量を軽減するために、パネルの断面特性は、最小にすることができる。これらの付加設計制約条件は、据付けパネル剛性を減少させて、該パネルが駆動励振からの小さな周波数マージンしか持たない状態にする。その結果、パネル及び／又はその支持ファスナ内に過大な交番応力を引き起こす強制振動応答が生じるおそれがある。

例えば、幾つかの公知のエンジンの前方音響パネルは、ファンブレードの直ぐ前方においてエンジンファン収納ケースの半径方向内表面にボルト止めされた複合積層構造体である。各パネルの前方端部は、パネルで覆われた弓形部にわたって延びるボルトによって支持される。後方端部は、パネル内に形成されたリップをファンケースのかみ合せ溝内に挿入することによって支持される。これらの支持体間において、パネルは、該パネルの外表面に接着されかつ該パネル及びファンケースの内表面間の小さな半径方向ギャップ内に位置したエラストマースペーサのみによって制限された状態で自由に振動する。パネルの非支持部分の振動振幅がスペーサ及びファンケース間のギャップを超えた時に、スペーサは、圧縮状態スプリングとして作用して、パネル全体に剛性を付加する。しかしながら、スペーサは、非常に小さな減衰性しか有していないので、ほとんど純粋に弾性スプリングとして作用し、非常に僅かな振動エネルギーしか消散させない。スペーサの全作用は、ブレード通過刺激に対してパネルを非応答性にするには十分でない。

米国特許第７，２５７，８９４Ｂ２号公報米国特許第７，０４７，７２５Ｂ２号公報米国特許第６，９２０，９５８Ｂ２号公報米国特許第６，７６１，２４５Ｂ２号公報米国特許第５，５８１，０５４号公報米国特許第５，０２５，８８８号公報米国特許第５，０１４，８１５号公報米国特許第４，１３７，９９２号公報

１つの実施形態では、音響パネルシステムは、ファン収納ケースの内径の周りで円周方向に整列した複数の音響パネルセグメントを含み、各グメントは、流体ダクトの一部分を形成した半径方向内表面、ファン収納ケースと該音響パネルセグメントとの間にギャップを形成した半径方向外表面及びファン収納ケース内のかみ合せ溝内に挿入されるように構成された後方端部リップを含む。本システムはまた、半径方向外表面に結合された少なくとも１つの減衰バンパを含み、該バンパは、半径方向外表面からファン収納ケースまで延びかつ振動性刺激の強制応答を消散させるのを可能にするように構成されたエネルギー吸収エラストマー材料を含む。

別の実施形態では、ブレード通過刺激に対する音響パネルの振動応答を改善する方法は、ファン収納ケースから音響パネルを取外すステップと、音響パネルの半径方向外表面に対して、ブレード通過刺激の強制応答を消散させるのを可能にするように構成されたエネルギー吸収エラストマー材料を含む1つ又はそれ以上の減衰バンパを結合するステップと、ファン収納ケースに対して音響パネルを結合するステップとを含む。

さらに別の実施形態では、音響パネルは、複合積層構造体を備えたパネル本体を含む。パネル本体は、流体ダクトの一部分を形成するように構成された凹面形表面、ファン収納ケースと該パネル本体との間にギャップを形成するように構成された凸面形表面及びファン収納ケース内のかみ合せ溝内に挿入されるように構成された後方端部リップを含む。本音響パネルはまた、凸面形表面に結合された少なくとも１つの減衰バンパを含む。バンパは、パネル本体を据付けた時に凸面形表面からファン収納ケースまで延びるような寸法にされる。減衰バンパは、振動性刺激の強制応答を消散させるのを可能にするように構成されたエネルギー吸収エラストマー材料を含む。

図１〜図４には、本明細書に記載した方法及びシステムの例示的な実施形態を示している。

ファン組立体と高圧圧縮機及び燃焼器を備えたコアエンジンとを含むガスタービンエンジンの概略図。図１に示すファン収納ケースの一部分の側面断面図。本発明の実施形態による、図２の線３−３に沿って取った音響パネルの平面図。本発明の実施形態による、図３の線４−４に沿って取った音響パネルの側面図。

以下の詳細な記述では、限定のためではなく例示として本発明の実施形態を説明している。本発明は、工業的、商業的及び住居関連用途における設備及びダクト装置の振動応答を低減するという一般的用途を有すると考えられる。

本明細書で使用する場合、数詞の付いていない要素及びステップは、そうではないことを明記しない限り、複数の要素又はステップを排除するものではないと理解されたい。さらに、本発明の「１つの実施形態」と言う表現は、記載した特徴をさらに組入れた付加的な実施形態の存在を排除していると解釈することを意図するものではない。

図１は、ガスタービンエンジン１０の概略図であり、ガスタービンエンジン１０は、ファン組立体１２と高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を備えたコアエンジン１３とを含む。エンジン１０はまた、高圧タービン１８、低圧タービン２０及びブースタ２２を含む。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から半径方向外向きに延びるファンブレード２４の列を含む。エンジン１０は、前方吸気側２７と後方排気側２９とを有する。１つの実施形態では、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナチ所在のＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙから入手可能なＧＥ９０型である。ファン組立体１２とタービン２０とは、第１のロータシャフト３１によって結合され、また圧縮機１４とタービン１８とは、第２のロータシャフト３３によって結合される。ファン収納ケース３６は、少なくとも部分的にファン組立体１２を囲む。

作動時に、空気は、エンジン１０内を延びる中心軸線３４とほぼ平行である方向にファン組立体１２を通って軸方向に流れ、加圧空気が高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気が、燃焼器１６に送給される。燃焼器１６からの空気流（図１には図示せず）は、タービン１８及び２０を駆動し、タービン２０は、シャフト３１によってファン組立体１２を駆動する。

図２は、ファン収納ケース３６（図１に示す）の一部分の側面断面図である。この例示的な実施形態では、ブレード２４の前方において、前方音響パネル２００が、ファン収納ケース３６に対して取外し可能に結合される。音響パネル２００の組（図示せず）が、ファン収納ケース３６の半径方向内表面２０２の周りで円周方向に延びる。この例示的な実施形態では、８枚の音響パネルが、円周の約４５°部分の周りで延びる。他の実施形態では、その他の枚数のパネルを使用して、ファン収納ケース３６のほぼ円周の周りで延びるようにすることができる。音響パネル２００は、ファンブレード通過による空気衝撃波２０４に起因する比較的高い振動強制作用を受ける。ファン収納ケース３６内の構成要素に衝突する空気衝撃波２０４によって発生しかつ前方吸気側２７から放出されるノイズを軽減するために、音響パネル２００を使用して、ファン収納ケース３６の内表面２０２を内張りする。

音響パネル２００は、複合積層構造体で形成され、この複合積層構造体は、音響パネル２００の後方端縁部に形成したリップ２０６を使用して内表面２０２に結合される。リップ２０６は、内表面２０２の周りで円周方向に延びる相補形状溝２０８に嵌合するように構成される。音響パネル２００の前方端縁部２１０は、音響パネル２００内に形成されたそれぞれの孔２１４を貫通して延びる１つ又はそれ以上のファスナ２１２を含む。ファスナ２１２は、ファン収納ケース３６に対して音響パネル２００を固定するように構成される。音響パネル２００を据付けた時に、該音響パネル２００の凸面形半径方向外表面２１８と内表面２０２との間にギャップ２１６が形成される。

１つの実施形態では、スペーサ２１９が、凸面形外表面２１８に結合されかつギャップ２１６内に位置する。作動時に、音響パネル２００の非支持部分の振動振幅がスペーサ及びファンケース間のギャップを超えた時に、バンパは、圧縮状態スプリングとして作用して、パネル全体に剛性を付加する。しかしながら、スペーサ２１９は、比較的小さな減衰能力しか有していないので、ほとんど純粋に弾性スプリングとして作用し、非常に僅かな振動エネルギーしか消散させない。スペーサ２１９の全作用は、ブレード通過刺激に対してパネルを非応答性にするには十分でない。

１つ又はそれ以上の減衰バンパ２２０が、ギャップ２１６内に配置され、かつ内表面２０２及び凸面形外表面２１８間で半径方向に延びる。減衰バンパ２２０は、比較的高い内部減衰能力を備えた材料で形成されて、減衰バンパ２２０は、音響パネル２００に剛性を付加するだけでなく、ブレード通過刺激による強制応答に対しても大きな減衰を付加し、それによって振動振幅を減少させるのを可能にするようになる。そのような振動の減少により、生じるパネル及びファスナ応力を許容可能レベルに制限することが可能になる。１つの実施形態では、減衰バンパ２２０は、エラストマー材料のようなエネルギー吸収材料で形成され、そのようなエラストマー材料には、ポリ塩化ビニルベースのエラストマーを含むことができる。別のエラストマー材料は、インディアナ州インディアナポリス所在のＥ−Ａ−ＲＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＩＳＯＤＡＭＰＣ−２００３−１２５ｐｓａエラストマーシート材料である。ＩＳＯＤＡＭＰは、マサチュセッツ州サウスブリッジ所在のＣａｂｏｔＳａｆｅｔｙＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの米連邦登録商標である。

音響パネル２００への減衰バンパ２２０の適用により、ファンブレード通過刺激の強制応答が効果的に消散される。減衰バンパ２２０を備えた音響パネル２００の比較周波数応答は、ファスナを２倍使用した音響パネル（図示せず）の比較周波数応答よりも改善されて、ファンブレード通過周波数範囲内の振動応答を現在のレベルの約半分よりもさらに低下させる。

図３は、本発明の実施形態による、線３−３（図２に示す）に沿って取った音響パネルの平面図である。この例示的な実施形態では、音響パネル２００は、後方端（縁）部リップ２０６と前方端縁部２１０とを含む。側方端縁部３０２は、音響パネル２００がファン収納ケース３６の内表面２０２の周りで円周方向に延びるように、隣接する音響パネル２００に当接又はほぼ当接するように構成される。音響パネル２００は、前方端縁部２１０内に形成された複数の孔２１４を含む。孔２１４は、ファスナ２１２を受けるように構成される。音響パネル２００は、前方端縁部２１０に沿ってかつ孔２１４間で交互に間隔を置いて配置された複数のスペーサ２１９及び減衰バンパ２２０を含む。

図４は、本発明の実施形態による、線４−４（図３に示す）に沿って取った音響パネル２００の側面図である。この例示的な実施形態では、音響パネル２００は、後方端縁部リップ２０６と前方端縁部２１０とを含む。音響パネル２００は、前方端縁部２１０に沿って交互に間隔を置いて配置された複数のスペーサ２１９及び減衰バンパ２２０を含む。音響パネル２００はまた、スペーサ２１９及び減衰バンパ２２０の後方で間隔を置いて配置された複数の後方減衰バンパ４０２をも含む。減衰バンパ４０２は、凸面形外表面２１８に結合及び／又は接着されて、付加的な剛性及び減衰能力をもたらす。

音響パネルの振動応答を改善する方法及びシステムの上記の実施形態は、ファスナ分離の発生可能性を減少させるためのコスト効果がありかつ信頼性がある手段を提供する。より具体的には、本明細書に記載した方法及びシステムは、コストのかかるファンブレード損傷及び予定外エンジン保守を減少させるのを可能にする。その結果、本明細書に記載した方法及びシステムは、コスト効果がありかつ信頼性がある方式でノイズ低減パネルを機能させかつ維持するのを可能にする。

様々な具体的実施形態に関して本開示を説明してきたが、本開示は特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることが分かるであろう。

１０ガスタービンエンジン
１２ファン組立体
１３コアエンジン
１４高圧圧縮機
１６燃焼器
１８高圧タービン
２０低圧タービン
２２ブースタ
２４ファンブレード
２６ロータディスク
２７前方吸気側
２９後方排気側
３１第１のロータシャフト
３３第２のロータシャフト
３４中心軸線
３６ファン収納ケース
２００音響パネル
２０２内表面
２０４空気衝撃波
２０６後方端（縁）部リップ
２０８相補形状溝
２１０前方端縁部
２１２ファスナ
２１４孔
２１６ギャップ
２１８凸面形外表面
２１９スペーサ
２２０減衰バンパ
３０２側方端縁部
４０２後方減衰バンパ

Claims

ファン収納ケース（３６）の内径の周りで円周方向に整列しかつその各々が流体ダクトの一部分を形成した半径方向内表面（２０２）、前記ファン収納ケースとの間にギャップ（２１６）を形成した半径方向外表面（２１８）及び該ファン収納ケース内のかみ合せ溝内に挿入されるように構成された後方端部リップ（２０６）を含む複数の音響パネルセグメントと、
前記半径方向外表面に結合され、該半径方向外表面から前記ファン収納ケースまで延びかつ振動性刺激の強制応答を消散させるのを可能にするように構成されたエネルギー吸収エラストマー材料を含む少なくとも１つの減衰バンパ（２２０）と、
を含む、音響パネルシステム。
前記各パネルセグメントの前方端縁部に沿って円周方向に間隔を置いて配置された１つ又はそれ以上の前方ファスナ（２１２）をさらに含む、請求項１記載の音響パネルシステム。
前記１つ又はそれ以上の前方ファスナ（２１２）が、前記パネルセグメントを半径方向に貫通して延びる少なくとも１つの孔（２１４）と、前記孔を貫通してこれと相補形になった合せ面まで延びるネジ付き部材とを含む、請求項２記載の音響パネルシステム。
前記ファン収納ケース（３６）の内径内に形成されかつ前記後方端部リップ（２０６）を受けるように構成されたかみ合せ溝をさらに含む、請求項１乃至３のいずれか1項記載の音響パネルシステム。
前記振動性刺激が、ファンブレード（２４）通過刺激である、請求項１乃至４のいずれか1項記載の音響パネルシステム。
前記複数の音響パネルセグメントが、ファン（１２）の上流に配置される、請求項１乃至５のいずれか１項記載の音響パネルシステム。
前記複数の音響パネルセグメントが、複合積層構造体を含む、請求項１乃至６のいずれか１項記載の音響パネルシステム。
前記少なくとも１つの減衰バンパ（２２０）が、前記１つ又はそれ以上の前方ファスナ（２１２）と前記後方端部リップ（２０６）との軸方向間に配置される、請求項１乃至７のいずれか１項記載の音響パネルシステム。
前記少なくとも１つの減衰バンパ（２２０）が、ポリ塩化ビニルベースのエラトマーを含む、請求項１乃至８のいずれか１項記載の音響パネルシステム。
複合積層構造体を含みかつ流体ダクトの一部分を形成するように構成された凹面形表面、前記ファン収納ケース（３６）との間にギャップ（２１６）を形成するように構成された凸面形表面（２１８）及び該ファン収納ケース内のかみ合せ溝内に挿入されるように構成された後方端部リップ（２０６）を含むパネル本体と、
前記凸面形表面に結合され、前記パネル本体を据付けた時に該凸面形表面から前記ファン収納ケースまで延びるような寸法にされかつ振動性刺激の強制応答を消散させるのを可能にするように構成されたエネルギー吸収エラストマー材料を含む少なくとも１つの減衰バンパ（２２０）と、
を含む、音響パネル。