DE2344214A1

DE2344214A1 - Schallabsorptionswand fuer gasturbinenmotoren

Info

Publication number: DE2344214A1
Application number: DE19732344214
Authority: DE
Inventors: James Harvey Mcclean
Original assignee: Short Brothers and Harland Ltd
Current assignee: Short Brothers PLC
Priority date: 1972-09-01
Filing date: 1973-09-01
Publication date: 1974-03-14
Also published as: GB1406844A; FR2201010A5

Description

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Short Brothers ~a»4-Harland Limited, Airport Road, Belfast, Nordirland

Schallabsorptionswand für Gasturbinenmotoren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schallabsorptionswände und auf solche Wände aufweisende Gasturbinenmotoren.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Schallabsorptionswand mit zwei Außenblechen vorzusehen, von denen das eine perforiert und im Betrieb an eine Schallquelle angrenzend angeordnet ist. Die beiden Außenbleche sind durch einen Luftraum und durch ein perforiertes Kernblech, das gerippt sein kann, voneinander getrennt. Solch eine Wand ist hinsichtlich ihrer Wirkung ein Doppelresonator, der Schall über einen gewissen Frequenzbereich absorbiert.

Der Nachteil einer solchen Wand ist der, daß im Betrieb im Gasströmungskanal der Gasstrom und die Schallübertragung in allen Richtungen innerhalb des Luftraums stattfinden können, was die Schallabsorptionsleistung der Wand bei Gasturbinenmotoren nachteilig beeinflußt. ·

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schallabsorptionswand zu schaffen, die diesen Lärm wirkungsvoller absorbiert.

Nach dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schallabsorp-

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tionswand vorgeschlagen mit einem die Außenbleche trennenden Kern, der eine Mehrzahl von an die Außenbleche angrenzenden, unperforierten Wänden aufweist, und die gekennzeichnet ist durch eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Resonanzhohlräumen, die ebenfalls eine Mehrzahl von perforierten Teilen aufweist, wobei jedes dieser Teile einen ihm zugehörigen Resonanzhohlraum in eine erste, im Betrieb durch das perforierte Außenblech hindurch direkt mit der Schallquelle in Verbindung stehende Einzelkammer und eine zweite, durch die erste Einzelkammer hindurch mit der Schallquelle in Verbindung stehende Einzelkammer trennt.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Gasturbinenmotor vorgeschlagen mit einem einen Ringkanal bildenden Düsenrohr, durch das die aus dem Verbrennungsteil des Gasturbinenmotors entweichenden Gase fließen, wobei das Düsenrohr ganz oder teilweise mit einer schallabsorbierenden Struktur verkleidet ist, die ein äußeres Verstärkungsblech und ein inneres Außenblech umfaßt, das eine richtungsweisende Oberfläche für die durch das Rohr fließenden Gase bildet und das durch einen Kern im Abstand von dem äußeren Verstärkungsblech angeordnet ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kern eine Mehrzahl von unperforierten Wänden aufweist, die mit dem Außenblech und dem Verstärkungsblech eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Resonaxhohlräumen bilden, und daß der Kern eine Mehrzahl von perforierten Teilen aufweist, von denen jedes einen zugehörigen Resonanzhohlraum in eine erste Einzelkammer ,

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die·durch das perforierte Außenblech direkt mit dem Düsenrohr in Verbindung steht, und eine zweite, mit dem Düsenrohr durch die erste Kammer in Verbindung stehende Einzelkammer aufteilt.

Im folgenden werden drei Ausführungsformen der Erfindung an Hand von Beispielen näher beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Form einer Schallabsorptionswand nach dem ersten Aspekt der Erfindung,

Fig. 2 schematisch eine zweite Form einer Schallabsorptionswand nach dem ersten Aspekt der Erfindung,

Fig. 3 schematisch eine dritte Form einer Schallabsorptionswand nach dem ersten Aspekt der Erfindung,

Fig. 4 schematisch eine Seitenansicht eines Gasturbinenmotors, teilweise im Schnitt, nach einem zweiten Aspekt der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 4.

Nach Fig. 1 umfaßt die Schallabsorptionswand ein perforiertes Außenblech 12 und ein nicht perforiertes Außenblech 13 mit einem dazwischenliegenden gerippten Kern 11, Der gerippte Kern 11 umfaßt schräg verlaufende Stege l4a, 15a mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt, die durch Rücken 21 miteinander

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verbunden sind. Die oberen Rücken 21 sind mit dem.perforierten Außenblech 12 verbunden, und die unteren Rücken 21 sind mit dem unperforierten Außenblech 13 verbunden.

Die Stege sind abwechselnd perforiert und unperforiert, so daß die Stege l4a unperforiert und die Stege 15a perforiert sind. Die Rücken 21 werden unperforiert gelassen. Somit bilden die unperforierten Wände l4a des gerippten Kerns 11 mit den Außenblechen 12,13 eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Resonanzhohlräumen. Die perforierten Wände 15§_ bilden Trennstücke, die jeden Hohlraum in eine erste Kammer 23 und in eine zweite Kammer 24 aufteilen.

Nach Pig. 2 umfaßt die Schallabsorptionswand einen gerippten Kern 11 zwischen einem perforierten Außenblech 12 und einem unperforierten Außenblech 13. Der gerippte Kern 11 wird durch gebogene Stege I4b, 15b gebildet, die in Rücken 22 zusammentreffen, wobei die Rippen abwechselnd mit dem perforierten Außenblech 12 bzw. dem unperforierten Außenblech 13 verbunden sind. Der Querschnitt des gerippten Kerns 11 ist in einer zur Richtung der Rücken 22 normalen Fläche gekrümmt.

Die Stege sind abwechselnd perforiert und unperforiert, so daß die Stege I4b unperforiert und die Stege 15b_ perforiert sind. Wie oben mit Bezug auf Pig. I beschrieben, bilden die Außenbleche 12,13 und die unperforierten Stege l4b_ eine Anzahl von nebeneinander angeordneten Hohlräumen, von denen

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jeder in erste und zweite Kammern 23,24 durch einen perforierten Steg 15b aufgeteilt ist.

Nach Pig. 3 ist wiederum ein gerippter Kern 11 zwischen den Außenblechen 12,13 vorgesehen. Der gerippte Kern 11 umfaßt eine Anzahl von Stegen l4c_, 15£, die durch Rücken 16,17 miteinander verbunden sind. Die oberen Rücken 16 sind mit dem perforierten Außenblech 12 verbunden und die unteren Rücken sind mit dem unperforierten Außenblech 13 verbunden.

Der gerippte Kern 11 ist V-förmig und die Stege l4c;, 15£ sind durch Kanneliierungen 18 gerippt, die sich in eine Richtung im rechten Winkel zur Länge der Rücken 16,17 erstrecken, und enden mit den Kannellierungen an jedem Ende in einem vorbestimmten Abstand von den. Rücken l6,17. Somit erhält der Kern 11 zusätzliche Festigkeit und Steifheit in einer zu den Außenblechen 12,13 normalen Richtung.

Die Stege sind abwechselnd perforiert und unperforiert, so daß die Stege l4£ unperforiert und die Stege 15c_ perforiert sind. Die Perforationen des Stegs 15£ sind in einigen oder in allen Stegkannellierun'gen 18 vorgesehen.

Wie o.ben mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben, bilden die unperforierten Stege l4c mit den Platten 12,13 eine Anzahl von nebeneinander angeordneten Hohlräumen. Die perforierten Stege 15c teilen jeden Hohlraum in erste und zweite

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Kammern 23,24 ab.

In allen drei Ausfuhrungsformen, die oben mit Bezug auf die Figuren 1,2 und 3 beschrieben sind, sind die Größe und Anzahl der Perforationen in dem Außenblech 12 und dem gerippten Kern 11 so gewählt, daß sie die Bandbreite des durch die Wand absorbierten Schalls vergrößern. Der Bereich der von der Wand absorbierten Wellenlängen wird weiter durch die Wandtiefe und die Form des Kerns bestimmt. Die Wände aller drei Ausführungsformen werden dadurch zusammengesetzt, daß die Außenbleche 12,13 durch Punktschweißen mit dem gerippten Kern 11 verbunden werden. Im Betrieb wird in allen drei oben mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen das perforierte Außenblech 12 so angeordnet, daß der Schall direkt auf seine Oberfläche trifft.

Die erste Kammer 23 wirkt als ein Resonator, der eine erste charakteristische Frequenz absorbiert, und die erste und zweite Kammer 23,24 wirken zusammen als ein Resonator, der den Schall einer zweiten charakteristischen Frequenz absorbiert. Somit absorbieren die Kammern zusammen den Schall über ein breites Frequenzband.

Bezugnehmend auf die Figuren 4 und 5 ist nach einem zweiten Aspekt der Erfindung eine Schallabsorptionswand nach jeder der oben mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Arten in das Düsenrohr 30 eines Gasturbinenmotors 31 eingebaut.

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Der Gasturbinenmotor 31 umfaßt einen Gebläsekanal 32, der zwischen dem Motorgehäuse 34 und einer ringförmigen Verkleidung 33 gebildet ist. Der ßasturbinenmotor 31 treibt ein Vordergebläse 35 an, das in der Verkleidung 33 angeordnet ist und heiße Gase ausbläst. Das Düsenrohr 30 befördert diese heißen Gase von dem Verbrennungsteil zum Turbinenteil des Motors 31. Der Verbrennungsteil, Turbinenteil und das Düsenrohr produzieren Lärm mit charakteristischen Frequenzen, die durch das Düsenrohr fließen.

Wie am besten aus Pig. 5 ersichtlich, wird die Schallabsorptionswand, die jede der oben mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Wände sein kann, angewandt, um die innere Oberfläche 36 des Düsenrohrs ganz oder teilweise zu verkleiden. Die Wand ist so angeordnet, daß sich die Hohlräume in zur Achse des Düsenrohrs 30 normalen Flächen erstrecken, so daß das perforierte Außenblech 12 eine richtungsweisende Oberfläche für die Gase darstellt. Daraus ergibt sich ohne bemerkenswerte Gewichtszunahme eine feste Struktur, die den charakteristischen, durch das Düsenrohr 30 fließenden Lärm ver-

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geändert A

In diesem Fall kann die lärmabschwächende Leistung" der Wand noch durch die Anordnung von einer oder mehreren Wänden 37 verstärkt werden, die achsial entlang des Düsenrohrs liegen und jeden Hohlraum in eine Anzahl von sich in Umfangsriehtung erstreckende Teile aufteilen.

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Claims

Patentansprüche

fl.) Schallabsorptionswand mit zwei Außenblechen, von denen eines perforiert ist, und mit einem die Außenbleche trennenden Kern, der eine Mehrzahl von an die Außenbleche angrenzenden, unperforierten Wänden aufweist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Resonanzhohlräumen, die ebenfalls eine Mehrzahl von perforierten Teilen (15a) aufweist, wobei jedes dieser Teile (15a) einen ihm zugehörigen Resonanzhohlraum in eine erste, im Betrieb durch das perforierte Außenblech (12) hindurch direkt mit der Schallquelle in Verbindung stehende Einzelkammer (23) und eine zweite, durch die erste Einzelkammer hindurch mit der Schallquelle in Verbindung stehende Einzelkammer (24) trennt.
2. Schallabsorptionswand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unperforierte Teil Wände umfaßt, die sich zwischen den Außenblechen erstrecken.
3. Schallabsorptionswand nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierten Teile Wände umfassen, die sich zwischen den Außenblechen erstrecken.
4. Schallabsorptionswand nach einem der Ansprüche 1 bis J> > dadurch gekennzeichnet, daß die unperforierten Teile und die perforierten Teile aus einander abwechselnd angeordneten, unperforierten und perforierten Stegen aus geripptem Blech bestehen,

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wobei das gerippte Blech in Sandwichbauweise zwischen den Außenblechen liegt.
5. Schallabsorptionswand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das gerippte Blech eine Mehrzahl paralleler Rücken auf beiden Fliehen des gerippten Bleches umfaßt, mit Stegen, die sich wischen benachbarten Rücken auf wechselseitig gegenüberliegenden FläGhen des gerippten Bleches erstrecken, und wobei die Rücken auf jeder Fläche mit einem der Außenbleche verbunden sind.
6. Schallabaorptionswand nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verstärkung der Wand auch die Stege gerippt sind, und zwar in einer, zur Richtung der Länge der Rippen quer verlaufenden Richtung.
7. Schallabsorptionswand nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gerippte Blech in zur Richtung der Rücken normalen Flächen im Querschnitt sinusförmig verläuft .
8. Schallabsorptionswand nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gerippte Blech in zur Richtung der Rücken normalen Flächen einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist,

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9. Gasturbinenmotor mit einem einen Ringkanal bildenden Düsenrohr, durch das die aus dem Verbrennungsteil des Gasturbinenmotors entweichenden Gase fließen, wobei das Düsenrohr ganz oder teilweise mit einer schallabsorbierenden Struktur verkleidet ist, die ein äußeres Verstärkungsblech und ein inneres Außenblech umfaßt, das eine richtungsweisende Oberfläche für die durch das Rohr fließenden Gase bildet und das durch einen Kern im Abstand von dem äußeren Verstärkungsblech angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine Mehrzahl von unperforierten Wänden aufweist, die mit dem Außenblech und dem Verstärkungsblech eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Resonanzhohlräumen bilden, und daß der Kern eine Mehrzahl von perforierten Teilen aufweist, von denen jedes einen zugehörigen Resonanzhohlraum in eine erste Einzelkammer die durch das perforierte Außenblech direkt mit dem Düsenrohr in Verbindung steht, und eine zweite, mit dem Düsenrohr durch die erste Kammer in Verbindung stehende Einzelkammer aufteilt.
10. Gasturbinenmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzhohlräume sich mindestens teilweise in Umfangsrichtung rund um das Düsenrohr erstrecken.
11. Gasturbinenmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wand vorgesehen ist, die sich achsial zum Motor erstreckt und jeden Resonanzhohlraum in Umfangsrichtung aufteilt.

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