SE468061B

SE468061B - Akustisk beklaednad foer anvaendning i en gasturbinmotor

Info

Publication number: SE468061B
Application number: SE8902593A
Authority: SE
Inventors: R E Motsinger
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1989-07-21
Publication date: 1992-10-26
Also published as: FR2639678B1; GB8916880D0; IT8921201A0; JPH02161134A; CH680523A5; DE3923434A1; IT1231280B; GB2225381B; SE8902593L; GB2225381A; FR2639678A1; US4944362A; SE8902593D0

Description

46 8 061 erfordras för att dämpa lågfrekvent buller såsom efter- brännkammarbuller.

Detta problem kan övervinnas med användning av en resonans- kammare av helmholtz-typ såsom enligt den amerikanska patentskriften 3.819.007 som föreslår ett sektionsindelat kärnutrymme med ett genomträngligt ytterskikt med genom- gående hål, varvid varje hål har en krage i form av en kort kanal, vars ena ände befinner sig i linje med den yttre (ljudmottagande) ytan till ytterskiktet, och vars andra ände inskjuter i det inre av respektive sektion eller av- delning i kärnan. Denna resonanskammare av helmholtz-typ med halsdelen belägen i resonansutrymmets inre och vinkel- rät mot flödet åstadkommer god ljuddämpning över ett rela- tivt trångt band av låga frekvenser centrerat kring en mycket låg frekvens efter vilken resonanselementen är av- stämda. Utrymmesekonomin förbättras till följd av det faktum att halsdelarna till resonansdon av helmholtz-typ befinner sig i det inre av resonansutrymmet.

Fortfarande återstår emellertid ett problem om det är önskvärt att effektivt absorbera ett bredare band av låga frekvenser med användning av en akustisk beklädnad eftersom resonansdon av helmholtz-typ är verksamma över relativt smala frekvensband. Dessutom kräver resonanskammarens ut- formning djup och halslängder som signifikant ökar den radiella bredden av kanalerna och därigenom åstadkommer extra icke önskad tyngd och storlek. Speciellt adderar be- fintlig design hos don enligt teknikens ståndpunkt signifi- kant tjockleken av efterbrännarbeklädnader i avgaskanaler till högeffektiva gasturbinmotorer, varvid åstadkommes en ökning av deras totala diameter.

Andra kända akustiska beklädnader står att finna i US,A,4.l50.732 (Hoch m.fl.) Och GB,A,2.024.380 (Rolls-Royce). u Andamål med uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är i motsvarighet härtill att åstadkomma en ny akustisk beklädnad av angivet slag vilken är relativt tunn och medför minskade krav på kylning av gasturbinmotorers kanaler.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en akustisk beklädnad av angivet slag med rela- tivt litet ringtvärsnitt.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en relativt tunn sådan akustisk beklädnad till en gasturbinmotor som kan användas för att dämpa buller över ett frekvensområde av 100-3000 Hz.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en akustisk beklädnad till en gasturbinmotor- kanal som är lätt att tillverka, installera, underhålla och har liten vikt.

Kortfattad redogörelse för uppfinningen Enligt uppfinningen åstadkommas en akustisk beklädnad för användning i en gasturbinmotor som uppvisar i krav 1 an- givna kännetecken. Ändamålsenliga utföringsformer av uppfinningen är definie- rade i underkraven. 468 061 Kort redogörelse för ritningarna Fig. 1 är ett schematiskt tvärsnitt av en gasturbinmotor med en efterbrännare och en avgasledning.

Fig. 2 är en delvis uppskuren perspektivvy av en utförings- form av uppfinningen.

Fig. 3 är ett schematiskt tvärsnitt sett framifrån av den i fig. 2 visade delen.

Fig. 4 är en delvis “uppskuren" perspektivvy av en andra ut- föringsform av uppfinningen.

Fig. 5 är ett schematiskt tvärsnitt av den i fig. 4 visade delen.

Fig. 6 är ett schematiskt tvärsnitt sett framifrån av den i fig. 5 visade delen.

Fig. 7 är ett schematiskt tvärsnitt av en på marknaden före- kommande gasturbinmotor med en bakre kona och avgasledning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Pâ fig. 1 visas en typisk gasturbinmotor 10 inkluderande en fläktsektion eller -del 12 och en kompressorsektion eller -del 14. En förbränningssektion eller -del 16 mottar kompri- merad luft från fläkt- och kompressordelarna 14 resp. 16 och bringar de heta förbränningsgaserna att strömma till hög- trycksturbinen 20 som driver kompressordelen 14 och därefter lågtrycksturbinen 18 som driver fläktdelen 12. Gaserna bringas sedan att strömma till en avgasdel 22 som inkluderar en efterbrännare 24, en kylbeklädnad 30 och ett munstycke 34{ Efterbrännaren 24 användes vanligen för förbränning av mer bränsle för att alstra extra kraft under korta tidsperioder såsom vid start, stigning och under stridsmanövrer. Avgas- delen 22 som innehåller ett gasflöde 32 omges av ett ring- formigt hölje 26 med en akustisk beklädnad 28 och en kyl- 468 061 kammare 29 däremellan. Efterbrännarsystemet kan även be- nämnas tillskottsdel eller efterbrännare.

Fig. 2 visar detaljerna till en utföringsform av upp- finningen som är den akustiska beklädnaden 26 i fig. 1.

Den akustiska beklädnaden 28 innefattar ett flertal ring- formigt anordnade uppdelade eller kluvna sektioner eller avdelningar 60 som har generellt rektangulär form eller ringform. Resonanskamrar 60a och 60b är bildade av sektio- nens 60 uppdelning. Sektionerna 60 är anordnade på radiellt avstånd från och innanför höljet 26 som visas i fig. 1.

Sektionen 60,som visas ringformad i fig. 2, kan vara rek- tangulär av konstruktionsskäl eller för användning i en två- dimensionell flödeskanal. Sektionen 60 och tillhörande reso- nanskamrar 60a och 60b är formade av ett ringformigt band 38, från vilket små T-formade element 40 och stora T-formade element 50 nedhänger radiellt inåt på ett alternerande sätt.

T-formen hänför sig till elementens tvärsektionform. De på axiellt avstånd belägna väggarna till varje tvådelad sektion 60 och tillhörande kamrar 60a och 60b är formade av skott 70. De stora T-formade elementen 50 befinner sig på perife- riellt avstånd, så att "överdelarna“ till intilliggande T:n bildar ett inlopp 66 till kammaren. De mindre Tzna 40 är centrerade mellan intilliggande stora T-formade element 50 och bildar därvid de båda resonanskamrarna 60a och 60b av helmholtz-typ i sektionen 60. De små T:na är dessutom så dimensionerade att deras “överdelar" 46 i samverkan med de stora Tznas “överdelar" 42 bildar halsar 64a och 64b till resonanskamrar 60a resp. 60b av helmholtz-typ. Djupet eller den axiella längden av kamrarna 64a och 64b är Z, vilket är längden av de små och stora elementen 40 och 50 av omvänd _ T-form i axiell riktning relativt motorn eller svarande mot gasströmmens 32 riktning.

Fig. 3 är ett tvärsnitt genom kamrarna 60a och 60b utvisande designparametrar för resonanskamrar av helmholtz-typ. Nedan anges de ekvationer som användes för att bestämma den buller- 468 061 frekvens beklädnaden är utformad att absorbera eller dämpa.

Konstruktionens kompakta natur framgår lätt av det faktum, att de variabla eller inställbara elementen till resonans- kamrarna 60a och 60b förlöper utmed omkretsen och därvid medger att beklädnaden kan vara mycket trång med en liten höjd H, varvid eventuell negativ inverkan på storleken eller gasturbinmotorns egenskaper minimeras. Uppfinningen kan tillämpas på ett antal olika sätt, varvid önskad frek- vens f kan förminskas genom inställning av lämpliga para- metrar, visade i fig. 3, enligt följande formler. f = (c/zíï) [A/(Inwf/z A = hZ L' = l + ah v = ruw/mz - [nu + wmz] c = ljudets hastighet Z = kammarens axiella längd h = halsens höjd 1 = längden av halsen inkluderande en ändkorrektionsfaktor, a, W/2 = kammarens djup eller bredd A = halsens öppna area V = resonanskammarens volym Som lätt synes försvinner parametern Z i formeln, vilket reducerar formeln för frekvens till den följande f = (c/ziï) [n/[Lww/z) - nu + w/2)]]1/2 Symbolen a är en på empirisk väg erhållen faktor som beror av ljudtrycknivån och flödets mach-tal. Vid den föredragna utföringsformen av uppfinningen användes ett värde av om- kring 0,8.

Fig. 4 visar detaljer till en annan utföringsform av före- liggande uppfinning som är den akustiska beklädnaden 28 i 468 G61 fig. 1. En akustisk beklädnad 120 innefattar en innervägg eller -yta 130 och en yttervägg 170 vilken i sin tur bidrar till att bilda ett flertal axiellt anordnade ringformade sektioner eller avdelningar 160 och 160A vilka är parallella med kanalflödet 32. Sektionerna 160 och 160A verkar såsom resonanskamrar. Buller inkommer i kamrarna genom ett flertal _urtag 136 anordnade i periferiella rader med axiellt av- stånd i den ringformade innerväggen 130. Urtagen 136 visas med kvadratisk form vid den föredragna utföringsformen men kan ha annan form såsom rektangulär. Halsarna 142 och 142A till respektive resonanskamrar 160 och 160A av helmholtz- typ är utbildade av en veckad remsa 140 som är en korrugerad remsa och bildar i det närmaste rektangulära kanaler eller passager för halsarna 142 och 142A. Såsom synes i fig. 5 är det inställbara resonanskammardjupet W/2 och halslängden L orienterade eller förlöper i samma riktning som eller parallellt med flödet 32. Kammaren 160 inkluderar en stöd- vägg 162 som i sin tur begränsar det inställbara kammar- djupet W/2.

Denna speciella utföringsform är avsedd till beklädnaden till en efterbrännare och erfordrar därför normalt en an- ordning för att kyla beklädnaden 120. Kylning är mycket vik- tigt vid olika utföringsformer och tillämpningar av denna uppfinning. Denna utföringsform tillämpar en mycket unik kylmetod varvid urtag 136 som mottar buller i form av ljud- vågor även avger den varma luften i kamrarna 160 och 160A och därvid kyler beklädnaden som helhet. En kammarkylanord- ning innefattande en kupad del 200 för kylluft är inkluderad i denna utföringsform vilken kupade del medger tillträde av kylluft 190 till sektionens främre del. Dessutom finnes ett hål 220 för sektionens bakre del samt urtag 136 för att med- ge avgång av kylluft 190 från sektionerna för att därvid av- lägsna värme. Ett stödelement 152 stöder bandet 150 och är anbragt vid den radiellt yttre ringformade väggen 170. Den radiellt yttre väggen 170 bidrar till formning av sektionerna 160 och 160A och är normalt kyld. Den veckade remsan 140 är 468 061 anbragt vid den normalt heta inre ringformade väggen 130 och medger därvid skillnader med avseende på radiell och axiell värmeutvidgning. Fig. 6 visar ett tvärsnitt av halsarna 142 utformade av den veckade remsan 140, inner- väggen 130 och bandet 150.

De båda utföringsformer av uppfinningen som visas i fig. 2 resp. 4 är dimensionerade för att dämpa önskad frekvens eller frekvenser enligt ovan angivna formel för f. För- delen med uppfinningen är att det inställbara kammardjupet jämte tiskt ren stora friheter vid utformning av tunna akustiska bekläd- halslängder kan avsevärt varieras utan att man drama- påverkar beklädnadens tjocklek. Detta ger konstruktö- nader som eliminerar gällt buller eller gnissel och annat icke önskat oväsen men har minimal inverkan på motorvikt och begränsning av luftströmning i befintliga kanaler.

Uppfinningen kan även användas för att begränsa buller som alstras i på marknaden befintliga typer av flygmotorer som saknar efterbrännare. En särskilt viktig fördel vid upp- finningens användning på en gasturbinflygplansmotor är dess kompakta design såsom framgår av dess relativt trånga ring- formade tvärsnitt.

Uppfinningen har tre mer speciella utföringsformer för an- vändning vid flygplansgasturbinmotorer av det slag som visas i fig. 7. Dessa tre inkluderar förbränningsdelen och den radiellt yttre väggen samt svanskonen till avgas- munstycket. Den i fig. 7 visade gasturbinmotorn 400 är en typisk modern förbiledningsmotor 110 som inkluderar i flödesriktningen, en lågtryckskompressor 412, en högtrycks- kompressor 414, en förbränningsdel 416, en högtrycksturbin- del 420, en lågtrycksturbindel 422 och en avgasdel 428.

Uppfinningen kan användas såsom en akustisk beklädnad 418 för att dämpa i förbränningsdelen alstrat buller. Upp- finningen kan även användas i avgasdelen 428 såsom en akustisk beklädnad 430 till en ytterväggkanal i avgasdelen. Ö\ CO (_.

O\ ...x Svanskonen 434 som är belägen åtminstone delvis i avgas- delen 428 användes för att bilda ett munstycke 440 och kan även tillämpa föreliggande uppfinning såsom en akustisk beklädnad 438 i svanskonen för att dämpa buller som kan emanera från motorns 400 avgaser. De akustiska beklädna- derna är användbara för att dämpa buller alstrat i bränn- kammaren som kan uppvisa en eller flera frekvenser i området 100-800 Hz.

Uppfinningen behöver icke vara begränsad till cirkulära kanaler utan kan, såsom lätt inses, även användas till kana- ler med rektangulärt eller andra tvärsnitt, eftersom de in- ställbara variablerna kan vara linjära likaväl som exponen- tiella.

Ovanstående beskrivning behandlar uppfinningen i dess före- dragna och i praktiken tillämpade utföringsformer, men den visade konstruktionen kan modifieras mellan ett antal ekvi- valenta utföranden utan att man frångår uppfinningens grund- tanke och skyddsomfâng. Det inses att uppfinningen som defi- nieras i bifogade krav äger generell nyhet.

Claims

46 8 061 10 Patentkrav

1. Akustisk beklädnad för användning i en gasturbin- motor (l0) innefattande åtminstone en sektion eller avdel- ning (60; (160, 160A i kombination)) som inkluderar två kamrar (60a, 60b; 160, 160A) av resonanstyp, var och en av vilka kamrar inkluderar en hals (64a, 64b; 142, 142A) som är utbildad av en sektionsskiljevägg (40, 152) av omvänd T-form, kännetecknad av att varje hals förlöper i en rikt- ning som är motsatt den andra halsen, och att en akustisk öppning (66, 136) är utformad motstående det omvända Tzet i förbindelse med varje hals.

2. Akustisk beklädnad enligt krav 1, kännetecknad av att varje kammare har ett resonansdjup (W/2) som är paral- lellt med dess respektive hals (64a, 64b; 142, 142A).

3. Akustisk beklädnad enligt krav 2, kännetecknad av att resonansdjupen (W/2) och halsarna (64a, 64b) förlöper i periferiell riktning.

4. Akustisk beklädnad enligt krav 3, kännetecknad av att resonansdjupen (W/2) och halsarna (64a, 64b) förlöper i en riktning som är vinkelrät mot gasströmmens riktning i gasturbinmotorn.

5. Akustisk beklädnad enligt krav 4, inkluderande ett bandelement (38; 150) och kännetecknad av ett antal första element (42, 50) med omvänt T-format tvärsnitt anordnade omkring och nedhängande från bandelementet, och ett antal andra element (40, 46) med omvänt T-format tvärsnitt anordnade över och nedhängande från bandelementet och samverkande med de första elementen, varvid de andra elementen är mindre än de första elementen n 468 061 ll och den akustiska öppningen utgöres av avståndet mellan de första elementen.

6. Akustisk beklädnad enligt krav 5, kännetecknad av T-format tvärsnitt hos de första elementen och T-format tvärsnitt hos de andra elementen, inkluderande motstående ytor (42, 46) som bildar halsar (64a, 64b).

7. Akustisk beklädnad enligt krav 6, kännetecknad av att de andra T-formade elementen (40, 46) utgör sektions- skiljeväggar, och att det finnes ett antal sektioner (60) anordnade periferiellt omkring den akustiska beklädnaden (26).

8. Akustisk beklädnad enligt krav 2, kännetecknad av att resonansdjupen (W/2) och halsarna (142, 142A) förlöper i en riktning som är parallell med gasströmmen i gasturbin- motorn.

9. Akustisk beklädnad enligt krav 8, inkluderande inre och yttre, med radiellt avstånd anordnade ringformade väggar (130, 170), kännetecknad av ett par med axiellt av- stånd anordnade veckade remsor (140) anbragta vid den inre ringformade väggen (130), var och en av vilka remsor är belägen motstående det T-formade elementet (150, 152) för bildning av en hals (142, 142A) till varje kammare (160, 1soA).

10. Akustisk beklädnad enligt krav 9, kännetecknad av ett antal med periferiellt avstånd anordnade urtag (136) i den inre ringformade väggen (130) och axiellt anordnade mellan de veckade remsorna (140) för att bilda den akus- tiska öppningen till halsarna.

11. Akustisk beklädnad enligt krav 10, kännetecknad av att urtagen har rektangulär form. 4 '468 061 12

12. Akustisk beklädnad enligt krav 10, kännetecknad av att urtagen (136) har kvadratisk form.

13. Akustisk beklädnad enligt krav 9, kännetecknad av kammarkylorgan (200) monterade på den yttre ringformade väggen och i fluidförbindelse med kammaren.

14. Akustisk beklädnad enligt krav 13, kännetecknad av att kammarkylorganet (200) har skopform.

15. Akustisk beklädnad enligt krav 10, inkluderande ett kammarkylorgan, kännetecknad av ett hål (220) i varje kammare (160, 160A) genom den yttre ringformade väggen (170) som förbinder kammarens inre med en yttre kylluft- källa, och att varje kammare avger kylluften genom dess respektive hals (142, 142A) och de med periferiellt avstånd anordnade urtagen (136).

16. Akustisk beklädnad enligt krav 15, kännetecknad av att varje hål (220) har skopform för att rikta kylluft in i hålet.

17. Akustisk beklädnad enligt krav 10, kännetecknad av att kylorganet innefattar en radiell öppning (220) mellan nedströmsänden till en ringformad yttervägg (130) och uppströmsänden av påföljande ringformade yttervägg (170). f;