具有隔音件的导叶分离器的制作方法

本发明和所得的专利大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及具有用于衰减噪声和从空气射流移除流体的隔音件(acoustic insulation)的导叶分离器(vane separator)。

背景技术：

燃气涡轮发动机和其他类型的功率生成设备使用大体积的吸入空气来支持燃烧过程。因此各种类型的入口空气过滤系统可在压缩机的上游使用。进入的空气射流可包含可影响燃气涡轮发动机或其他功率生成设备的性能的流体颗粒，诸如水。此种流体颗粒可降低燃气涡轮发动机和其他类型的功率生成设备的预期寿命和性能。为了避免这些问题，入口空气可经过一系列过滤器和筛网，以辅助从空气射流移除流体颗粒。空气射流还可在空气射流流过燃气涡轮发动机或其他功率生成设备的入口或其他部分时产生不需要的噪声。一般来说，可对燃气涡轮发动机或其他功率生成设备添加消音器隔板，以降低由空气射流形成的噪声和/或来自系统内的其他源(例如，自清洁过滤器(如果存在)等)的噪声。然而，消音器隔板的添加可具有相对大的占地面积，且可消耗燃气涡轮发动机或其他功率生成设备内的空间。

技术实现要素：

本申请和所得的专利因而提供一种用于与燃气涡轮发动机一起使用的导叶分离器系统。导叶分离器系统可包括具有第一导叶、第二导叶、第三导叶、第四导叶、和第五导叶的多个导叶。导叶分离器系统可包括将导叶分开的多个导叶凹槽、和定位在第一导叶凹槽内的第一隔音器。

本申请和所得的专利还提供降低噪声和从空气移除水的方法。该方法可包括使空气射流在导叶分离器系统的入口处流动，该导叶分离器系统包括由导叶凹槽分开的多个导叶，和定位在第一导叶凹槽内的第一隔音器。该多个导叶中的至少一个可具有穿孔的侧壁。该方法可包括经由第一隔音器通过毛细作用将水从空气射流带出，和穿过穿孔的侧壁将空气射流的一部分引导至第一隔音器，以降低由空气射流生成的噪声，且从空气射流移除水，和排出通过毛细作用带走的水和移除的水。

本申请和所得的专利还提供一种用于用在燃气涡轮发动机的入口处的惯性导叶分离器系统。导叶分离器系统可包括：第一导叶，其通过第一导叶凹槽与第二导叶分开；第三导叶，其通过第二导叶凹槽与第二导叶分开；第四导叶，其通过第三导叶凹槽与第三导叶分开；第五导叶，其通过第四导叶凹槽与第四导叶分开；第一隔音器，其定位在第一导叶凹槽内；以及第二隔音器。

本发明的第一技术方案提供了一种导叶分离器系统，其包括：多个导叶；多个导叶凹槽，其分开所述多个导叶；以及第一隔音器，其定位在所述多个导叶凹槽中的第一导叶凹槽内。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述多个导叶包括定位在第一导叶和第三导叶之间的第二导叶、和定位在第三导叶和第五导叶之间的第四导叶，所述导叶分离器系统还包括：第二隔音器，其定位在所述多个导叶凹槽中的第二导叶凹槽内；其中所述第一导叶凹槽将所述第一导叶和所述第二导叶分开；以及所述第二导叶凹槽将所述第三导叶和所述第四导叶分开。

本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，其特征在于：所述多个导叶包括第一导叶、第二导叶、第三导叶、第四导叶、和第五导叶；所述第一导叶、所述第三导叶、和所述第五导叶包括穿孔的侧壁；以及所述第二导叶和所述第四导叶包括实心的侧壁。

本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述多个导叶中的每一个包括穿孔的侧壁。

本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述多个导叶包括定位在第一导叶和第三导叶之间的第二导叶、和定位在第三导叶和第五导叶之间的第四导叶，且其中：所述第一导叶、所述第三导叶、和所述第五导叶包括穿孔的侧壁；以及所述第二导叶和所述第四导叶包括实心的侧壁。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述多个导叶中的至少一个包括利用声音隔阻涂层处理的侧壁。

本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，所述第一隔音器是耐水的。

本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，所述第一隔音器包括亲水处理。

本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述多个导叶包括定位在第一导叶和第三导叶之间的第二导叶、和定位在第三导叶和第五导叶之间的第四导叶，所述导叶分离器系统还包括：第二隔音器，其定位在所述多个导叶凹槽中的第二导叶凹槽内；其中所述第一导叶凹槽将所述第一导叶和所述第二导叶分开；以及所述第二导叶凹槽将所述第四导叶和所述第五导叶分开。

本发明的第十技术方案是在第八技术方案中，其特征在于：所述多个导叶包括第一导叶、第二导叶、第三导叶、第四导叶、和第五导叶；所述第一导叶、所述第二导叶、所述第四导叶、和所述第五导叶包括穿孔的侧壁；以及所述第三导叶包括实心的侧壁。

本发明的第十一技术方案是在第一技术方案中，还包括：第二隔音器，其定位在所述多个导叶凹槽中的第二导叶凹槽内；其中：所述多个导叶包括第一导叶、第二导叶、第三导叶、第四导叶、和第五导叶；所述第一导叶、所述第二导叶、所述第四导叶、和所述第五导叶包括穿孔的侧壁，且所述第三导叶包括实心的侧壁。

本发明的第十二技术方案是在第一技术方案中，所述多个导叶中的每一个具有构造成防止噪声直接经过导叶开口的几何外形。

本发明的第十三技术方案是在第一技术方案中，所述第一隔音器包括纤维玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。

本发明的第十四技术方案是在第一技术方案中，所述多个导叶中的交替的导叶是穿孔的。

本发明的第十五技术方案提供了一种降低噪音且从空气移除水的方法，其包括：使空气射流在导叶分离器系统的入口处流动，所述导叶分离器系统包括由多个导叶凹槽分开的多个导叶和定位在所述多个导叶凹槽中的第一导叶凹槽内的第一隔音器，其中所述多个导叶中的至少一个包括穿孔的侧壁；经由所述第一隔音器通过毛细作用将水从所述空气射流带出；穿过所述穿孔的侧壁将所述空气射流的一部分引导至所述第一隔音器，以降低由所述空气射流生成的噪声，且从所述空气射流移除水；以及排出通过毛细作用带走的水和移除的水。

本发明的第十六技术方案提供了一种惯性导叶分离器系统，其包括：第一导叶，其通过第一导叶凹槽与第二导叶分开；第三导叶，其通过第二导叶凹槽与所述第二导叶分开；第四导叶，其通过第三导叶凹槽与所述第三导叶分开；第五导叶，其通过第四导叶凹槽与所述第四导叶分开；第一隔音器，其定位在所述第一导叶凹槽内；以及第二隔音器。

本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，所述第二隔音器定位在所述第三导叶凹槽内，且所述第二导叶凹槽和所述第四导叶凹槽包括开放的间隙。

本发明的第十八技术方案是在第十六技术方案中，所述第二隔音器定位在所述第四导叶凹槽内，且所述第二导叶凹槽和所述第三导叶凹槽包括开放的间隙。

本发明的第十九技术方案是在第十六技术方案中，所述导叶中的每一个包括穿孔的侧壁。

本发明的第二十技术方案是在第十六技术方案中，所述导叶凹槽中的交替的导叶凹槽包括隔音器。

在阅读结合若干附图和所附权利要求作出的下列详细说明之后，本申请和所得专利的这些和其他特征和改进对本领域技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1是燃气涡轮发动机的示意图，其示出压缩机、燃烧器、涡轮、和负载。

图2是可与图2的燃气涡轮发动机一起使用的入口空气过滤系统的示意图。

图3是按照本公开的一个或更多个实施例的导叶分离器系统的示意截面图。

图4是按照本公开的一个或更多个实施例的导叶分离器系统的另一实施例的示意截面图。

零件列表

010 燃气涡轮发动机

015 压缩机

020 空气流

025 燃烧器

030 燃料流

035 燃烧气体流

040 涡轮

045 轴

050 外部负载

055 涡轮入口空气系统

060 天气防护罩

065 入口过滤器壳体

070 导叶分离器

075 过渡件

080 入口导管

085 消音器区段

090 筛网

100 导叶分离器系统

110 流体

112 空气射流

114 空气射流流动

120 壳体

130 导叶

132 第一导叶

134 第二导叶

136 第三导叶

138 第四导叶

140 第五导叶

142 第六导叶

144 第七导叶

146 第八导叶

148 第九导叶

150 第十导叶

152 第十一导叶

154 第十二导叶

156 第十三导叶

158 第十四导叶

160 第一导叶凹槽

162 第二导叶凹槽

164 第三导叶凹槽

166 第四导叶凹槽

168 第五导叶凹槽

170 第六导叶凹槽

172 第七导叶凹槽

180 第一隔音器

182 第二隔音器

184 第三隔音器

186 第四隔音器

188 第五隔音器

190 第六隔音器

192 第七隔音器

194 侧壁

196 穿孔

200 导叶分离器系统

210 第一导叶凹槽

212 第二导叶凹槽

214 第三导叶凹槽

216 第四导叶凹槽

218 第五导叶凹槽

220 第六导叶凹槽

222 第七导叶凹槽

224 第八导叶凹槽

226 第九导叶凹槽

228 第十导叶凹槽

230 第十一导叶凹槽

232 第十二导叶凹槽

234 第十三导叶凹槽

240 第一导叶

242 第二导叶

244 第三导叶

246 第四导叶

248 第五导叶

250 第七导叶

252 第八导叶

254 第十导叶

256 第十一导叶

258 第十三导叶

260 第十四导叶

270 第一隔音器

272 第二隔音器

274 第三隔音器

276 第四隔音器

278 第五隔音器。

具体实施方式

本公开的某些实施例包括可从空气射流移除流体颗粒(诸如水)的具有隔音件的导叶分离器系统。本公开的实施例还可降低由流过导叶分离器系统的空气射流生成的噪声。本公开的实施例可包括定位于单独的导叶之间的隔音件。导叶中的一些或全部可在一个或两个侧壁或面上被穿孔，以便有助于到隔音件中或在隔音件附近的空气流。隔音件可由亲水材料形成，且因此可通过毛细作用从空气射流带走水，从而导致增大的流体排出。而且，本公开的实施例可增大穿过导叶分离器系统的空气射流速率，从而导致流体与空气射流的改善的惯性分离。隔音件还可以通过吸收由空气射流生成的噪声中的一些或全部来降低噪声，这可减少或消除在本文中描述的系统中对消音器隔板的需要。吸音导叶还可通过它们的形状和通过消除噪声经过导叶的直接“视线”来降低噪声。

现在参考附图(其中贯穿若干视图，类似的标号指类似的元件)，图1示出可在本文中使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机压缩进入的空气流20。压缩机15将压缩的空气流20输送到燃烧器25。燃烧器25将压缩的空气流20与加压燃料流30混合，且点燃该混合物以形成燃烧气体流35。尽管示出了仅单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可包括以周向阵列的方式或以其他方式布置的任意数量的燃烧器25。燃烧气体流35继而被输送到涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40，以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功经由轴45来驱动压缩机15以及驱动外部负载50(诸如发电机等)。

燃气涡轮发动机10可利用天然气、液态燃料、各种类型的合成气、和/或其他类型的燃料及其掺合物。燃气涡轮发动机10可为由General Electric Company(Schenectady, New York)提供的多种不同的燃气涡轮发动机中的任一种，包括但不限于诸如7系列或9系列重载燃气涡轮发动机等的那些。燃气涡轮发动机10可具有不同的构造，且可使用其他类型的构件。其他类型的燃气涡轮发动机也可用在本文中。多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮、和其他类型的功率生产设备也可一起用在本文中。

图2是涡轮入口空气系统55的示意图。涡轮入口空气系统55可与在上面描述的燃气涡轮发动机10的压缩机15等一体化。涡轮入口空气系统55可包括天气防护罩(weatherhood)60。天气防护罩60可防止来自空气流20的天气要素(诸如雨、雪、冰雹等)进入压缩机15。天气防护罩60可安装在入口过滤器壳体65上。

入口过滤器壳体65可具有安装在其中的多个导叶分离器70。导叶分离器70可从进入的空气流20移除水。过渡件75可在入口过滤器壳体65的下游延伸，且延伸到入口导管80中。入口导管80可延伸至压缩机15的入口。可包括消音器区段85，以降低由进入的空气流20生成的噪声。可包括一个或更多个筛网90，以使污染物和/或碎片偏斜。在本文中描述的涡轮入口空气系统55仅是用于示例目的。还可已知为许多其他构造且具有许多不同构件的涡轮入口空气系统。

参照图3，在截面图中描绘了按照本公开的一个或更多个实施例的导叶分离器系统100。导叶分离器系统100可定位在燃气涡轮发动机或另一功率生成系统或通风系统的入口处。例如，导叶分离器系统100可定位在涡轮入口空气系统的天气防护罩处(或代替天气防护罩)。导叶分离器系统100可从进入的空气射流112移除流体110(诸如水)，且还可降低在空气射流流过导叶分离器系统100和/或燃气涡轮系统或包括导叶分离器系统100的其他系统时由该空气射流引起的噪声。结果，离开导叶分离器系统100的空气射流流动114可具有比进入的空气射流112减少的量或体积的流体。

导叶分离器系统100可包括定位在壳体120内的多个导叶130。例如，导叶分离器系统100可包括第一导叶132、第二导叶134、第三导叶136、第四导叶138、第五导叶140、第六导叶142、第七导叶144，等等。第二导叶134可定位在第一导叶132和第三导叶136之间，且第四导叶138可定位在第三导叶136和第五导叶140之间。导叶130可成形为使得空气射流不可直线地流过导叶分离器系统100。例如，在图3的例示中，导叶130可成形为具有非平面轮廓的侧壁，使得空气射流在单独的导叶附近在曲线的路径中流动。导叶分离器系统100的导叶130中的一些或全部可具有相同的形状或几何外形，而在其他实施例中，导叶130中的一些或全部可具有不同的形状或几何外形。因为导叶130使空气射流的流动改变方向，故可降低由空气射流生成的噪声，且可提高介入损耗。噪声降低和/或介入损耗可以是由于没有穿过导叶开口的“视线”或有限的“视线”。在一些实施例中，可用声音减弱涂层来处理导叶130中的一些或全部，以提高声衰减。

导叶130可由多个导叶凹槽分开。导叶凹槽可为导叶之间的空气射流112可流过的间隙或开口，或者可不同地为导叶之间的间隔。例如，导叶分离器系统100可包括第一导叶凹槽160。第一导叶凹槽160可将第一导叶132和第二导叶134分开。另一导叶凹槽可将第二导叶134和第三导叶136分开，等等。

隔音器可定位在导叶凹槽中的一个或更多个内。例如，可用隔音器来填充或部分地填充一个或更多个导叶凹槽。在一些实施例中，导叶分离器系统的交替的导叶凹槽，或每隔一个导叶凹槽可包括隔音器。在其他实施例中，导叶分离器系统的每隔两个导叶凹槽可包括隔音器。导叶凹槽中的隔音器可各自由相同的材料或由不同的材料形成。

在图3的导叶分离器系统100中，第一隔音器180可定位在第一导叶凹槽160中。第一隔音器180可通过毛细作用带走、吸收、或以其他方式从空气射流112移除流体，诸如水。第一隔音器180还可排出来自导叶分离器系统100的被移除的流体。在一些实例中，第一隔音器180可在空气射流在第一隔音器180附近流动时吸收或减弱声音和/或噪声。第一隔音器180可为耐水的和/或亲水的。例如，第一隔音器180可由被水吸引或吸引水的材料形成或包括该材料。在其他示例中，可利用亲水处理来处理第一隔音器180。在某些实施例中，第一隔音器180可包括纤维玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料。

导叶分离器系统100可每隔一个导叶凹槽包括隔音器。例如，导叶分离器100可包括定位在第三导叶136和第四导叶138之间的第二导叶凹槽162内的第二隔音器182。导叶分离器100还可包括定位在第五导叶140和第六导叶142之间的第三导叶凹槽164内的第三隔音器184。导叶分离器100还可包括定位在第七导叶144和第八导叶146之间的第四导叶凹槽166内的第四隔音器186。导叶分离器100还可包括定位在第九导叶148和第十导叶150之间的第五导叶凹槽168内的第五隔音器188。导叶分离器100还可包括定位在第十一导叶152和第十二导叶154之间的第六导叶凹槽170内的第六隔音器190。导叶分离器100还可另外包括定位在第十三导叶156和第十四导叶158之间的第七导叶凹槽172内的第七隔音器192。

导叶分离器系统100的导叶130中的一些或全部可包括穿孔的侧壁。穿孔的侧壁可包括在相应导叶的侧壁中的开口。空气射流112的部分可流过导叶侧壁中的穿孔。穿孔可限定为开放区域的百分比，且可形成某些样式。在一些实例中，导叶侧壁中的穿孔可有助于流体和/或噪声流动到隔音器中。

在图3中，第一导叶132可具有穿孔的侧壁。具体而言，第一导叶132可具有侧壁194。侧壁194可包括可跨过相应的侧壁194间隔的一个或更多个穿孔196。穿孔196可延伸穿过第一导叶132的厚度。进入的空气射流112因此可在侧壁194附近流动，穿过穿孔196，且流到第一隔音器180中。结果，第一隔音器180可从空气射流112吸收或通过毛细作用带走流体，且还可降低或减弱由空气射流112生成的或在系统中其他地方的噪声。因为隔音器可由可吸收和/或通过毛细作用带走流体的材料形成，所以可防止由隔音器吸收的噪声和流体渗出侧壁穿孔且返回至空气射流。

在图3的实施例中，与隔音器接触的导叶可具有穿孔的侧壁。具体而言，因为隔音器在图3中定位在每隔一个导叶凹槽中，所以每隔一个导叶可具有穿孔的侧壁。例如，第三导叶136、第五导叶140、第七导叶144、第九导叶148、第十一导叶152、和第十三导叶156可各自具有穿孔的侧壁，以便通过隔音器有助于湿气和声音吸收。虽然未例示，但在一些实施例中，各导叶可具有穿孔的侧壁。而且，一些导叶可具有与其他导叶不同的穿孔样式。

图3中的没有穿孔的导叶可具有实心的侧壁。在一些实施例中，可用声音隔阻涂层来处理导叶130中的各导叶，以降低噪声和增强声衰减。在其他实施例中，仅具有实心侧壁的导叶可被用声音隔阻涂层来处理。在图3中，第二导叶134、第四导叶138、第六导叶142、第八导叶146、第十导叶150、第十二导叶154、和第十四导叶158可具有实心的侧壁。

图3的隔音器可阻挡空气射流112穿过某些导叶凹槽的流动，这可增大穿过没有隔音器的导叶凹槽的空气射流112的速率。增大的速率可导致经由惯性分离从空气射流的流体的改善的移除。而且，吸音材料可吸收或减弱由空气射流112生成的噪声，从而降低或消除系统中对分开的消音器隔板的需要。

使用导叶分离器系统100的示例方法可包括使空气射流112在导叶分离器系统100的入口处流动。导叶分离器系统100可包括由导叶凹槽分开的导叶130、以及定位在第一导叶凹槽160内的第一隔音器180。第一导叶132可具有穿孔的侧壁。该方法可包括经由第一隔音器180通过毛细作用将水从空气射流112带出，和穿过穿孔的侧壁将空气射流112的一部分引导至第一隔音器180，以降低由空气射流生成的噪声，且从空气射流180移除水，和排出通过毛细作用带走的水和移除的水。

参照图4，描绘了按照本公开的一个或更多个实施例的导叶分离器系统200的另一实施例。导叶分离器200可类似于图3的导叶分离器系统100；然而，隔音器的布置、以及具有穿孔侧壁的导叶的布置和放置可不同。

在图4的导叶分离器系统200中，隔音器可定位在每隔两个导叶凹槽160附近。具体而言，导叶分离器系统200可包括定位在第一导叶240和第二导叶242之间的第一导叶凹槽210。第一隔音器270可定位在第一导叶凹槽210附近。在一些实施例中，第一隔音器250可填充第一导叶凹槽210。第一隔音器270可在以下方面与图3的隔音器相同：第一隔音器270可为亲水的或由纤维玻璃或PET材料形成。

第二导叶凹槽212和第三导叶凹槽214可为空的，或者可以其他方式不具有定位在其中的隔音器。第二导叶凹槽212可将第二导叶242和第三导叶244分开。第三导叶凹槽214可将第三导叶244和第四导叶246分开，等等。

导叶分离器系统200可包括定位在第四导叶凹槽216附近的第二隔音器272。第四导叶凹槽216可在第四导叶246和第五导叶248之间。第五导叶凹槽218和第六导叶凹槽220可不包括隔音器。

导叶分离器系统200可包括定位在第七导叶凹槽222附近的第三隔音器274。第七导叶凹槽222可在第七导叶250和第八导叶252之间。第八导叶凹槽224和第九导叶凹槽226可不包括隔音器。

导叶分离器系统200可包括定位在第十导叶凹槽228附近的第四隔音器276。第十导叶凹槽228可在第十导叶254和第十一导叶256之间。第十一导叶凹槽230和第十二导叶凹槽232可不包括隔音器。

导叶分离器系统200可包括定位在第十三导叶凹槽234附近的第五隔音器278。第十三导叶凹槽234可在第十三导叶258和第十四导叶260之间。

在图4的实施例中，与隔音器接触或邻近于隔音器的导叶可具有穿孔的侧壁。不与隔音器接触的导叶可具有实心的侧壁。例如，第一导叶240、第二导叶242、第四导叶246、第五导叶248、第七导叶250、第八导叶252、第十导叶254、第十一导叶256、第十三导叶258、和第十四导叶260可具有穿孔的侧壁，而其余的导叶可具有实心的侧壁。穿孔可允许噪声进入隔音件，且可允许流体进入以用于增加的排出。具有实心侧壁的导叶可反射噪声。

在本文中描述的导叶分离器可提供流体从空气射流的改善的惯性分离，同时降低由空气射流生成的噪声。导叶的水排出能力可改善，从而带来在没有水泄出(water shedding)的情况下在更高的速率下操作的能力。由空气射流生成的噪声可沿空气流的方向或沿相反的方向行进。本公开的实施例可降低在本文中描述的导叶分离器系统的上游和/或下游的噪声。本公开的实施例可具有紧凑的占地面积，且可在相对低的成本下制造。

应当明白的是，前述内容仅涉及本发明和所得专利的某些实施例。可由本领域技术人员在本文中作出许多改变和改型，而不偏离如由所附权利要求及其等同物限定的本发明的总体精神和范围。