本文公開(kāi)的主題涉及渦輪系統(tǒng)，且更具體而言涉及用于衰減渦輪系統(tǒng)中的聲音的聲處理組件。

渦輪系統(tǒng)通常在操作期間產(chǎn)生很大噪聲。噪聲水平在某些環(huán)境中可調(diào)節(jié)，且依從此調(diào)節(jié)通常需要昂貴且通常低效率的解決方案。例如，消音器面板可在渦輪系統(tǒng)的各種位置(諸如在入口管道內(nèi))處使用。消音器面板的材料和幾何形狀駕馭與衰減聲音相關(guān)聯(lián)的吸收特性。通常，與渦輪系統(tǒng)的操作相關(guān)聯(lián)的頻率需要較厚或較長(zhǎng)的消音器面板來(lái)充分地衰減聲音。將消音器面板加長(zhǎng)由于額外需要的材料而造成較昂貴的面板。此外，較長(zhǎng)的面板不期望地增加渦輪系統(tǒng)的整體長(zhǎng)度(即，足跡)。

本發(fā)明的簡(jiǎn)要描述

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于渦輪系統(tǒng)的聲處理組件包括具有構(gòu)造成允許穿過(guò)其的流體流的流路的渦輪系統(tǒng)的區(qū)域。還包括的是布置在流路中的至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)。該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)包括大致剛性的框架。該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)還包括由大致剛性的框架保持的柔性隔膜。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的入口區(qū)域包括入口流路。還包括的是布置在入口區(qū)域的流路中的至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)。該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)包括分成至少一個(gè)單元的大致剛性的框架。該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)還包括由大致剛性的框架保持的至少一個(gè)柔性隔膜。該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)還包括可操作地聯(lián)接至該至少一個(gè)柔性隔膜的質(zhì)量塊，其中該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)的吸收特性可基于質(zhì)量塊的重量、該至少一個(gè)柔性隔膜的柔性以及大致剛性的框架的幾何形狀調(diào)整。

根據(jù)本發(fā)明的還有另一個(gè)方面，一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的擴(kuò)散器包括排氣流路。還包括的是布置在排氣流路中的至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)。該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)包括分成至少一個(gè)單元的大致剛性的框架。該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)還包括由大致剛性的框架保持的至少一個(gè)柔性隔膜。該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)還包括可操作地聯(lián)接至該至少一個(gè)柔性隔膜的質(zhì)量塊，其中該至少一個(gè)聲音衰減結(jié)構(gòu)的吸收特性可基于質(zhì)量塊的重量、該至少一個(gè)柔性隔膜的柔性以及大致剛性的框架的幾何形狀調(diào)整。

這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征從結(jié)合附圖的以下描述將變得更加顯而易見(jiàn)。

附圖的簡(jiǎn)要描述

被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在說(shuō)明書(shū)的結(jié)論處的權(quán)利要求中具體地指出且明確地請(qǐng)求保護(hù)。本發(fā)明的前述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述將顯而易見(jiàn)，在附圖中：

圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；

圖2是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的入口區(qū)域的側(cè)立視圖；

圖3是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的聲音衰減結(jié)構(gòu)的側(cè)截面視圖；

圖4是根據(jù)圖3的線(xiàn)4-4的在其上具有聲音衰減結(jié)構(gòu)的支柱的截面視圖；且

圖5是聲音衰減結(jié)構(gòu)的視圖。

詳細(xì)描述參照附圖通過(guò)示例連同優(yōu)點(diǎn)和特征解釋了本發(fā)明的實(shí)施例。

本發(fā)明的詳細(xì)描述

此申請(qǐng)中所使用的用語(yǔ)"軸向"和"軸向地"表示大致平行于渦輪系統(tǒng)的中心縱向軸線(xiàn)延伸的方向和定向。此申請(qǐng)中所使用的用語(yǔ)"徑向"和"徑向地"表示大致正交于渦輪系統(tǒng)的中心縱向軸線(xiàn)延伸的方向和定向。此申請(qǐng)中所使用的用語(yǔ)"上游"和"下游"表示相對(duì)于關(guān)于渦輪系統(tǒng)的中心縱向軸線(xiàn)的軸流方向的方向和定向。

參照?qǐng)D1，例如，諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪系統(tǒng)被示意性地示出且大體上以參考標(biāo)號(hào)10表示。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10包括壓縮機(jī)區(qū)段12、燃燒器區(qū)域14、渦輪區(qū)段16、軸18和燃料噴嘴20。將了解的是，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)實(shí)施例可包括多個(gè)壓縮機(jī)12、燃燒器14、渦輪16、軸18和燃料噴嘴20。壓縮機(jī)區(qū)段12和渦輪區(qū)段16由軸18聯(lián)接。軸18可為單個(gè)軸或聯(lián)接在一起以形成軸18的多個(gè)軸段。

燃燒器區(qū)段14使用可燃液體和/或氣體燃料(諸如天然氣或富氫合成氣)以運(yùn)行燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10。例如，燃料噴嘴20與空氣供應(yīng)和燃料供應(yīng)22成流體連通。燃料噴嘴20產(chǎn)生空氣-燃料混合物，且將空氣-燃料混合物排放到燃燒器區(qū)段14中，從而導(dǎo)致燃燒，燃燒形成熱加壓排氣。燃燒器區(qū)段14將熱加壓氣體引導(dǎo)穿過(guò)過(guò)渡件到渦輪噴嘴(或"一級(jí)噴嘴")中，且其它級(jí)的動(dòng)葉和噴嘴導(dǎo)致渦輪區(qū)段16的外殼24內(nèi)的渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)。隨后，熱加壓氣體從渦輪區(qū)段16傳送至排氣擴(kuò)散器26，排氣擴(kuò)散器26可操作地聯(lián)接至渦輪區(qū)段的一部分，例如，諸如外殼24。

參照?qǐng)D2，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的入口區(qū)域30包括構(gòu)造成接收主要在第一方向上行進(jìn)的空氣流34的主入口部分32?？諝饬?4從主入口部分32行進(jìn)穿過(guò)在下游方向上變窄的過(guò)渡管道36且到入口區(qū)域30的各種其它部分中。消音器組件38布置在入口區(qū)域30內(nèi)且作用為衰減與傳播聲波40相關(guān)聯(lián)的聲音，聲波40由壓縮機(jī)區(qū)段12和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10自身在空氣流34通過(guò)它們時(shí)產(chǎn)生。聲波40大致在與空氣流34相對(duì)的方向上行進(jìn)，且因此與布置在入口區(qū)域30內(nèi)的消音器組件38相互作用。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2-圖4，噪聲在至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的壓縮機(jī)區(qū)段12的入口附近產(chǎn)生。壓縮機(jī)鐘形口42位于至壓縮機(jī)區(qū)段12的入口附近。為了衰減在此區(qū)域中產(chǎn)生的噪聲，聲處理組件50布置在壓縮機(jī)鐘形口42內(nèi)。更特別地，聲處理組件50布置在壓縮機(jī)鐘形口42的空氣流路中。雖然描述為位于壓縮機(jī)鐘形口42內(nèi)，但將了解的是，聲處理組件50可位于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的多個(gè)其它位置中，諸如入口區(qū)域30的任何部分，或位于渦輪區(qū)段16下游的排氣擴(kuò)散器26附近。如圖所示，聲處理組件50可布置在壓縮機(jī)鐘形口42的多個(gè)位置上，諸如壓縮機(jī)鐘形口42的支柱44和內(nèi)壁區(qū)域46上。

參照?qǐng)D5，聲處理組件50形成為構(gòu)造成衰減經(jīng)過(guò)的聲波的聲音衰減結(jié)構(gòu)52，其具有可調(diào)整的諧振頻率?？烧{(diào)整的諧振頻率可由操作者基于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的葉片通過(guò)頻率調(diào)節(jié)。聲音衰減結(jié)構(gòu)52包括由多種合適的材料形成的大致剛性的框架54。通常，使用適合于維持燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作條件的金屬。大致剛性的框架54可以多種網(wǎng)格狀幾何形狀形成。在示出的實(shí)施例中，大致剛性的框架54包括網(wǎng)格，網(wǎng)格包括具有在某些幾何形狀(諸如半圓形、卵形或其它形狀)中成對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)配置的質(zhì)量塊58的若干區(qū)域。

大致剛性的框架54包括將柔性隔膜56夾在中間且保持在其之間的兩個(gè)或更多面板。柔性隔膜56可由任何柔性且耐久的材料(例如，諸如鋼)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，包括多個(gè)柔性隔膜。還包括的是可操作地聯(lián)接至柔性隔膜56的質(zhì)量塊58。

描述的結(jié)構(gòu)可認(rèn)為由兩個(gè)構(gòu)件組成：振蕩器的質(zhì)量塊m和振蕩器的彈簧K。為了將振蕩調(diào)節(jié)至用于處理的某些目標(biāo)頻率，可選擇質(zhì)量塊m和彈簧K中的兩者或任一者。然而，當(dāng)匹配質(zhì)量塊m和彈簧K時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮面板的結(jié)構(gòu)完整性?？紤]通常的質(zhì)量塊-彈簧幾何形狀，其中質(zhì)量塊位移x等于彈簧位移，使得恢復(fù)力由K*x給出?？紤]其中質(zhì)量塊位移橫向于彈簧的情況。在此情況下，質(zhì)量塊位移x將導(dǎo)致彈簧伸長(zhǎng)量(1/2)*l*(x/l)²=x²/2l，其中l(wèi)是彈簧的長(zhǎng)度。因此，恢復(fù)力由Kx*(x/2l)給出。因?yàn)閤大體上非常小，有效彈簧常數(shù)K'=K*(x/2l)因此顯著降低。由于局部振蕩器的諧振頻率如下給出：

調(diào)整K'和m可有效地改變諧振頻率。弱有效K'將產(chǎn)生非常低的諧振頻率，且反之亦然。因此，本文描述的實(shí)施例中的相對(duì)較輕的質(zhì)量塊m同時(shí)仍達(dá)到相同的效果。

上述論述用于極端情況，其中彈簧的直徑(或者說(shuō)是彈性棒的直徑)遠(yuǎn)小于其長(zhǎng)度l。當(dāng)直徑可與l相比時(shí)，恢復(fù)力與側(cè)向位移x成比例，且力常數(shù)K'將因此獨(dú)立于x。對(duì)于中等范圍直徑，K'從獨(dú)立于x逐漸變成與x線(xiàn)性相關(guān)，即位移的x獨(dú)立區(qū)域逐漸縮小至零。在兩維度的構(gòu)造中，這對(duì)應(yīng)于彈性隔膜上帶有范圍從遠(yuǎn)小于側(cè)向尺寸至可與之相比的厚度的質(zhì)量塊。有效力常數(shù)K'與隔膜的實(shí)際尺寸以及彈性隔膜上的張力相關(guān)。所有這些參數(shù)可調(diào)整以獲得期望的K'來(lái)匹配給出的質(zhì)量塊，以便達(dá)到需要的諧振頻率。例如，為了達(dá)到較高的諧振頻率，可使用較低重量，或通過(guò)將兩個(gè)或更多隔膜疊置在一起(其效果與使用單個(gè)但較厚隔膜相同)來(lái)增加隔膜的K'。諧振頻率也可在其固定至剛性網(wǎng)格時(shí)通過(guò)改變隔膜中的張力來(lái)調(diào)整。例如，如果隔膜的張力增加，則諧振頻率也將增加。

聲音衰減結(jié)構(gòu)52的三個(gè)主構(gòu)件(即，大致剛性的框架54，柔性隔膜56和質(zhì)量塊58)可特征在于依照上文描述的振蕩器。柔性隔膜56提供了質(zhì)量塊58可固定在其上的結(jié)構(gòu)。質(zhì)量塊58和柔性隔膜作用為局部諧振器。大致剛性的框架54本身對(duì)聲波幾乎完全透通。固定至大致剛性的框架54的柔性隔膜56作用為彈簧-質(zhì)量塊局部諧振器系統(tǒng)中的彈簧。

柔性隔膜56可為覆蓋大致剛性的框架54的多個(gè)單元的單個(gè)片，或每個(gè)單元可利用附接至框架的獨(dú)立柔性隔膜形成。多個(gè)柔性隔膜還可提供成疊加在彼此上，例如兩個(gè)較薄的片可用于取代一個(gè)較厚的片。還可改變?nèi)嵝愿裟?6中的張力以影響系統(tǒng)的諧振頻率。

系統(tǒng)的諧振頻率(固有頻率)由柔性隔膜56的有效力常數(shù)K和質(zhì)量塊m決定，有效力常數(shù)K以簡(jiǎn)單關(guān)系等于隔膜彈性乘以由隔膜片的厚度和單元的大小指出的幾何形狀因子。以此方式，聲音衰減結(jié)構(gòu)52的吸收特性可基于柔性隔膜56的柔性、質(zhì)量塊58的重量以及大致剛性的框架54的幾何形狀而調(diào)整。

有利地，聲處理組件50選擇性地吸收各種頻率范圍的聲能，從而允許簡(jiǎn)化消音器組件38的消音器面板。簡(jiǎn)化可包括基于面板的聲能吸收需要的降低而縮短面板。此配置減小渦輪系統(tǒng)的總體長(zhǎng)度且增加聲音衰減的效率。

雖然已經(jīng)結(jié)合僅有限數(shù)目的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)容易理解的是，本發(fā)明不限于此公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可修改本發(fā)明以結(jié)合此前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱(chēng)的任何數(shù)目的變化、改變、替代或等同配置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明的方面可包括描述的實(shí)施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不視為由前述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。