燃气涡轮进气口消声器的制造方法_2

文档序号:9383148阅读:来源:国知局
压缩机进气壳32。
[0031]应当注意的是,虽然所描述的进气导管14作为优选实施例而被描述为具有定向不同的进气和出气通路28、30,但是只要声音反射壁的平面平行于涡流生成器Po的平面,进气和出气通路28、30可以成与相对于彼此垂直不同的角度。
[0032]参考图3,压缩机12包括排列为一行圆周分布的扇叶46的多个可旋转扇叶46,图3中描绘了其中的第一行。在涡轮发动机10特别是压缩机12的操作产生被发射至进气导管14的宽范围的声音频率的同时,扇叶46的旋转产生具体音调声频。特别地,第一行扇叶46的旋转产生一种具体音调声频并且处于足够大的振幅,其形成了本发明的多个方面被配置为对其进行衰减的主导频率。该主导或具体音调声频被认为是“纯音调”,它是具有对应于第一行扇叶46的扇叶通过频率的单一频率所组成的线状谱的信号,并且在这里被称作“主导压缩机音调”。
[0033]依据本发明的多个方面,提供相邻于出气通路30、在其上游或者在其之中进行定位的涡流生成器48。在图2和3所图示的实施例中,涡流生成器48位于去往出气通路30的入口之内并且包括多个圆柱形管道或杆体50。杆体50以彼此成间隔关系的方式在定义跨出气通路30的宽度w进行延伸的平面Pv的阵列或行中进行排列。杆体50的阵列的平面匕总体上垂直于出口通路30的第二中心轴线A 2进行定向。
[0034]参考图4,如以下更为详细描述的,杆体50具有直径D,其被选择而以特定频率或者在限定频率范围内在每个杆体50的下游产生尾流涡流52,上述特定频率或限定频率范围与主导压缩机音调重叠。所图示的处于每个杆体50下游的尾流涡流52 —般被称作VonΚ?πιι?η涡街。除了被提供以特定直径D之外,杆体50被中心至中心的间隔Χ(参见图5)所隔开,以允许充分的流通过杆体50的侧面而形成Von Κ?πιι?η涡街,以及充分接近地进行定位而使得每个杆体50的尾流涡流52与相邻杆体50的尾流涡流52形成交互。
[0035]由于发动机10在发电厂中使用,其针对任意负载以设计速率进行操作,扇叶46的旋转速率将基本上保持恒定,而使得主导压缩机音调在发动机10的操作始终都基本上将不会发生变化。另外,由于燃气涡轮发动机是“体积恒定的机器”,所以被吸入进气导管44并经过杆体50的空气流的速率将基本上保持恒定。因此,在杆体50的下游所形成的尾流涡流52将关于主导压缩机音调处于基本上恒定的频率关系。
[0036]可以注意到的是,尾流涡流52的频率在正常情况下将会在频率范围内出现漂移或变化,而使得频率沿杆体50的跨度通常并不恒定。然而,通过将诸如由主导压缩机音调El所提供的强烈声场叠加在杆体50的标称散发频率上,该散发频率将在二维片或平面中变为同相且统一的,即形成耦合。
[0037]特别地,尾流涡流52与从压缩机12所发射的主导压缩机音调积极地进行交互而形成“锁定”现象,后者以与主导压缩机音调相同的频率形成相干波的平面,并且如图4所示,被描绘为杆体50下游总体上平面的区域56中的驻波54。驻波54的区域56通常位于杆体50下游的一至五个杆体直径处。驻波54垂直于杆体阵列的平面Ρν。宽度w可以被选择为使得在出气通路30中所定义的矩形体积的横向声音模式为驻波54的波长的整数倍,即使该横向模式仅与强烈主导压缩机音调声场El形成弱交互,并且如以下进一步描述的,该横向模式的潜在强度由于内衬在壁40和42上的吸音壁而被最小化。
[0038]驻波54具有利用进气通路28朝向接合点44行进的平面波振面的形式的上游传播分量58。声音反射壁60被定位为在相邻于接合点44的外壁24处得到支撑并且与杆体50的阵列轴向对齐。如在图2中所看到的,第二中心轴线^通过杆体50的平面Pv以及反射壁60。反射壁60由诸如硬壁材料之类的材料所形成以有效地对驻波54的上游传播分量58进行声音反射。反射壁60平行于平面区域56所定义的平面匕(参见图4)进行定向,而使得所反射的波振面62平行于上游传播分量58且与其成相反方向从反射壁60进行反射。该平面Pc定义了上游传播的波58的有效原点。
[0039]从驻波54的平面P。到反射壁60的距离d优选地等于η的值(λ /4),其中η是奇数整数并且λ是驻波54的波长。因此,反射波振面62具有相同波长但是相位与在平面区域56所产生的上游传播分量58的波振面相差半个波长,这使得在反射波振面62和上游传播分量58之间出现破坏性干涉,这导致扇叶通过频率有所衰减。
[0040]可以注意到的是,这里所描述的声音衰减系统所提供的破坏性干涉的重要之处在于,进气导管14内的主导压缩机音调通常并不是统一波振面的形式,并且因此在正常情况下不容易受到破坏性干涉的影响。尾流涡流的频率以及主导压缩机音调进行协调而形成“锁定”波振面,其有利于作为相位与上游传播的波振面58有所相差的反射波振面62从反射壁60进行反射以便形成破坏性干涉。
[0041]诸如振幅或能量低于主导压缩机音调的频率的宽带进气口噪声之类的其它噪声频率可以通过常规的进气口消音器结构进行弱化或衰减。例如,侧壁20、22、36、38,外壁24中并不包括反射壁60的部分,内壁26以及前壁和后壁40、42可以被提供以吸音内衬系统,其诸如可以由位于吸音玻璃纤维垫结构63前方的穿孔板61所形成(图2)。
[0042]反射壁60可以得到支撑以便朝向和远离驻波54的平面P。进行移动,从而通过将距离d调节为等于η( λ/4)而对声音衰减系统进行“调谐”,其中η是奇数整数。例如,反射壁60可能进行移动从而在沿第二中心轴线A2的方向将距离d调节大约7至8厘米。这样的系统调谐例如对于针对由于送入进气口结构14的空气的环境温度改变所导致的变化所进行调节,并且对于在安装期间对系统进行精细调谐而言可能是必要的。如在图2中以图形描绘的,反射壁60可以被致动器64所致动以便相对于外壁24进行移动。致动器64可以是任意的常规致动器,例如可手动调节的机构,或者由伺服电机、气动或液压所致动的线性致动器。除此之外或作为替代,移动反射壁60以对该声音衰减系统进行调谐,杆体50的阵列诸如可以由在图3中以图形描绘的致动器66所致动以便相对于反射壁60进行移动。
[0043]可以注意到的是,在杆体50下游所形成的尾流涡流52的频率并非必然为了 “锁定”现象的发生而与主导压缩机音调完全相同。只要与主导压缩机音调相关联的声场处于将会在没有主导压缩机音调影响的情况下形成的尾流涡流频率的约±10%至±20以内,两个声场就将会“锁定”而形成驻波54。
[0044]将在没有主导压缩机音调的声场的情况下在杆体50之后所形成的频率f由如下将Von Karman祸街中的祸流频率与Strouhal数相关联的等式所描述:
[0045]f = (S.u) /D
[0046]其中:
[0047]S是Strouhal数,这是通常对于隔离杆体大约等于0.2的无量
[0048]纲数;
[0049]u是通过杆体的流的平均速率(米/秒);和
[0050]D是杆体直径(米)
[0051]从以上等式能够看出,为了将Von Κ?πιι?η涡街所产生的频率与主导压缩机音调的频率相匹配,杆体直径D可以参照流过杆体50的空气的速率进行选择,该速率将基本上由发动机10的设计体积流所确定。
[0052]与流动方向正交的跨进气导管的速率分布可能实质性地发生变化并且因此会产生尾流频率跨杆体阵列52的相关联变化。例如,与相邻于壁部相比,空气流动可以朝向出气口通路30的中心具有更高的速率。为了跨杆体50的阵列保持基本上恒定的频率,与流速较高的位置中较小直径的杆体50相比,可以在流速较低的位置提供更大直径的杆体50。此外,由于从任何给定杆体50到相关联涡流的声音声场的有效位置的距离是杆体50的直径的函数,所以每个杆体50到反射器60的距离应当进行调节以将杆体50的声音声场置于平面P。的位置。
[0053]图6中图示了具有不同直径的杆体50的示例性阵列,其中假设在相邻于壁部40、42处可能出现比朝向通路30中心更低的流速。在该所图示的
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