DE2801071A1

DE2801071A1 - Kammer zur daempfung von in einem von einem gasstrom durchflossenen kanal sich fortpflanzender schallenergie

Info

Publication number: DE2801071A1
Application number: DE19782801071
Authority: DE
Inventors: Rene Gerard Hoch; Bernard Jean Lucien Jubelin; Pierre Marie Andre Lyce Sarlat; Pierre Thomas
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1977-01-11
Filing date: 1978-01-11
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2801071C2; US4150732A; GB1594382A; FR2376994B1; FR2376994A1

Description

SOCIETE NATIONALE D¹ETUDE ET DE

CONSTRUCTION DE MOTEURS D¹AVIATION

S.N.E.C.M.A.

Route Nationale 7

91003 Evry Cedex / Frankreich

Kammer zur Dämpfung von in einem von einem Gasstrom durchflossenen Kanal sich fortpflanzender Schallenergie.

Die Erfindung bezieht sich auf ringförmige Kammern mit zwei koaxial verlaufenden Ringen, von denen der innere einen von einem Gasstrom durchflossenen Kanal begrenzt und bei denen der Zwischenraum zwischen den beiden Ringen durch Trennwände in voneinander getrennte Hohlräume unterteilt wird, die mit dem Strömungskanal durch öffnungen verbunden sind, so daß jedes Hohlraumvolumen als Helmholtz-Resonator wirkt, der in einem vorbestimmten Frequenzband einen Teil der Schallenergie absorbiert. Derartige Kammern werden insbesondere als Gehäusewandungen bei Strahltriebwerken, etwa Strahlturbinen, verwendet, in denen es zahlreiche Schallquellen gibt, etwa die Brennkammer und die Schaufeln der Kompressor- und Turbinenstufen .

Kammern dieser Art sind an sich bekannt; man unterscheidet zwei Arten derartiger Kammern. Bei der einen Art von Kammern stehen die Hohlräume mit dem Kanal unmittelbar durch in den Innenring geschnittene öffnungen oder Schlitze in Verbindung. Mit anderen Worten: die öffnung jedes Resonators ist eine

809829/0799

einfache Drossel und der wichtigste frequenzbestimmende
Parameter, den man beeinflussen kann, ist das Volumen
jedes Hohlraums. Bei der anderen Art von Kammern ist
die öffnung als Röhre ausgebildet. Deren Länge und Querschnitt ist feinstufiger veränderbar, um die Absorptionsfrequenz und die Bandbreite zu beeinflussen. Auch bei den Kammern der zweiten Art besteht aber die Gefahr, bei dem Versuch der Beeinflussung tiefer Frequenzen sehr große
Breitenabmessungen in Kauf nehmen zu müssen; ausserdem ist der Aufbau kompliziert.

Gegenstand der Erfindung ist eine zu der genannten zweiten Art von Kammern gehörige ringförmige Kammer, die aber gegenüber den bekannten Kammern folgende Vorteile miteinander verbindet:

- einfachen Aufbau,

- geringe Querabmessungen,

- große Vielfalt der möglichen Formen der Resonanzhohlräume und der öffnungen und dadurch leichte Anpaßbarkeit an zahlreiche Anwendungsfälle ohne wesentliche
Änderungen.

Die erfindungsgemäße Kammer ist ganz allgemein dadurch gekennzeichnet, daß jede Resonatoröffnung in den zugehörigen Hohlraum mittels einer an den Innenring angesetzten
Leitung mündet, die in das Innere des genannten Hohlraumes vorspringt und sich mit der Innenwand des genannten Ringes fluchtend zu dem Kanal hin öffnet.

Das Volumen der genannten Leitung liegt somit vollständig in dem Volumen des zugehörigen Hohlraumes und ermöglicht für die Länge der genannten Leitung eine wirtschaftliche Quererstreckung;

909829/0799

wegen des Volumenverhältnisses von Leitung und Hohlraum ist die Anhebung der Resonanzfrequenz, die sich aus dieser Bauweise durch Verkleinerung des Hohlraumvolumens ergibt, sehr gering und kann nötigenfalls kompensiert werden, indem einer der zahlreichen sonstigen Parameter des so aufgebauten akustischen Systems beeinflußt wird.

Bei einer hinsichtlich des einfachen Aufbaus besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform ergeben sich die Hohlräume durch Unterteilung des zwischen den Ringen eingeschlossenen Volumens mit Hilfe von Trennwänden, die quer, d.h. senkrecht oder schräg zu der Fließrichtung des Stroms verlaufen; die öffnungen, mit denen die Leitungen in den Kanal austreten _r sind als Schlitze ausgebildet, die in den Innenring geschnitten und praktisch parallel zu den Trennwänden geführt sind; die Leitungen sind in den Hohlräumen durch jeweils zwei Schürzen begrenzt, die parallel oder schräg zueinander verlaufen. Es zeigt sich, daß diese Anordnungen auf sehr einfache Weise zu sehr vielfältigen Formen führen, denn zumindest ein Abschnitt einer Schürze eines Paares von Schürzen kann durch einen Trennwandabschnitt oder Innen- oder Aussenringabschnitt gebildet werden. Ausserdem kana der akustische Widerstand der Leitungen leicht durch Änderung des Abstands zwischen den Schürzen eines Schürzenpaares oder durch Neigen einer Schürze gegenüber der anderen verändert werden.

Der Begriff "Ring" kann in der vorliegenden Beschreibung eine Folge von Ringabschnitten bezeichnen. Die Schlitze können zusammenhängend ausgebildet oder mit Unterbrechungen versehen sein.

Weitere Merkmale und die damit verbundenen Besonderheiten ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Aus-

809829/0799

führungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 einen perspektivischen axialen Teilschnitt durch ein Maschinengehäuse, dessen Wand mit einer erfindungsgemäßen Kammer versehen ist, und die Figur zeigt drei Ausführungsmöglichkeiten für Hohlräume und Öffnungen der genannten Kammer;

Fig. 2 bzw. 3 bzw. 4 perspektivische axiale Teilschnitte durch erfindungsgemäße Kammern in jeweils spezieller Ausbildung.

Die in den Figuren dargestellten Elemente oder Bauteile tragen die gleiche Bezugszahl, wenn sie dem gleichen Zweck dienen, aber die Bezugszahlen haben Buchstabenzusätze erhalten, wenn die Elemente sich in ihrer Form oder Anordnung unterscheiden.

Nach Fig. 1 ist der Aussenring 1 der erfindungsgemäßen Kammer an der Innenwand O des Gehäuses der Anlage (Düse, Turbinen- oder Kompressorstufe, Brennkammer) befestigt, die schallisoliert werden soll und durch die ein Gasstrom F fließt. Diese Innenwand O könnte im übrigen aber auch mit dem Aussenring 1 der erfindungsgemäßen Kammer übereinstimmen. Der Innenring besteht aus einer Folge von Abschnitten 2a, 2b usw.. Querverlaufende Trennwände 3a, 3b, 3c, 3d usw. in Kreisringform sind mit ihrem Aussenrand an der Innenwand des Aussenringes 1 und mit ihrem Innenrand an einem Abschnitt der Abschnitte 2 befestigt, die sie abstützen. Zwischen dem Aussenring 1 und den Abschnitten 2a, 2b, usw. des Innenringes werden dadurch Hohlräume 4a, 4b, 4c usw. abgeteilt.

809829/0799

Fig. 1 zeigt drei mögliche Ausfuhrungsformen von öffnungen von Resonanzräumen, die durch die Hohlräume 4 gebildet werden. Der Hohlraum 4a steht mit dem zentralen Strömungskanal durch Rohre 5a in Verbindung, die bündig mit der Innenwand des Abschnitts 2a des Innenringes abschließen und in den genannten Hohlraum hineinragen. Die Resonanzfrequenz des Hohlraumes 4a hängt somit in erster Näherung von dem Volumen des Hohlraumes und von der Zahl, dem Innendurchmesser und der Länge der Rohre 5a ab.

Die öffnung des Hohlraumes 4b wird durch den Schlitz 5b gebildet, der die Abschnitte 2a und 2b voneinander trennt und der nach innen in den Hohlraum 4b durch Lippen oder Schürzen 6b verlängert ist, die eine Ringöffnung bilden, deren Breite und Tiefe zusammen mit dem Innenraum des Hohlraumes 4b die Resonanzfrequenz des Hohlraumes bestimmen. Ebenso wie bei den übrigen Beispielen für Schlitzresonatoren, die weiter unten gegeben werden, ist zu erkennen, daß die Teilung des Hohlraumes 4b durch Trennwände nach Art der Trennwand 7, deren Anschluß an die Abschnitte 2a und 2b gestrichelt angedeutet ist und die in einer Axialebene oder schräg dazu angeordnet sein können, die Resonanzfrequenz in erster Näherung nicht ändert, so lange der Öffnungsquerschnitt nicht zu groß ist.

Die Resonanzfrequenz eines Helmhotz-Resonators ist durch die Beziehung

W₀ = C (S/l¹V)¹^² / 21Γ

bestimmt, worin W die Frequenz der ersten Teilschwingung (oder Grundfrequenz) ist, C die Schallgeschwindigkeit in

809829/0799

dem fließfähigen Medium, S der Öffnungsquerschnitt, I¹ dessen korrigierte Länge und V das Hohlraumvolumen. Die Unterteilung durch Trennwände nach Art der Trennwand 7 teilt die Größen S und V im gleichen Verhältnis.

Die öffnung des Hohlraumes 4c wird durch den Schlitz 5c bestimmt. Dieser wird begrenzt durch die Trennwand 3d und durch eine ringförmige Schürze 6c, die am Ende des Abschnitts 2c neben der Trennwand 3d befestigt ist.

Es ist ausserdem möglich, zur Bildung von akustischen Widerständen, die auf Kosten einer Herabsetzung der Resonanz beste Maximaldämpfung liefern oder den Durchlaßbereich der Schlitzhohlräume verbreitern, die Schlitze 5b und 5c (ebenso wie die Schlitze der anderen Ausführungsformen, die weiter unten beschrieben werden) teilweise durch gelochte Streifen abzudecken, die als Teilstück eingezeichnet sind. Es kann auch von Nutzen sein, Schlitze mit nicht parallellaufenden Schürzen zu verwenden, die derart gegeneinander geneigt sind, daß der Querschnitt dieses Schlitzes im Bereich des Innenringes größer ist als am übergang in den Hohlraum (wie für den Schlitz 5c im rechten Teil der Fig. 1 gezeichnet.

In Fig. 2 ist ebenso wie in den folgenden Figuren die Wand O der Schallisolierung nach Fig. 1 nicht eingezeichnet. Jeder Hohlraum 4e wird von dem Aussenring 1, Abschnitten 2e des Innenringes und Trennwänden 3e begrenzt. Jede schlitzförmige öffnung 5e zwischen dem Ende eines Abschnitts 2e und einer Trennwand 3e wird durch einen Teil des genannten Abschnitts 2e und eine Schürze 6e begrenzt, die an die genannte Trennwand 3e angesetzt ist und parallel oder nicht parallel zu dem genannten Abschnitt 2e verläuft. Dank dieser Anordnung kann jede Öffnung nötigenfalls

809829/0799

eine Maximallänge erhalten, die sehr nahe gleich der Teilung der Trennwände ist.

Mit der in Fig. 3 gezeichneten Anordnung kann die Länge jeder öffnung, die wie in Fig. 4 die Form eines Schlitzes 5f hat, der zwischen einem ersten Innenringabschnitt 2f und einer Trennwand 3f angeordnet ist, die das Ende eines zweiten benachbarten Abschnitts 2f trägt, noch vergrössert werden. Jede öffnung ist zunächst durch die genannte Trennwand 3f und durch eine Schürze 6f begrenzt, die parallel oder nicht parallel zu der genannten Trennwand verläuft und die an den ersten Abschnitt 2f angesetzt ist. Sie wird fortgesetzt durch einen Durchlaß, der durch den Aussenring 1 und durch einen Streifen 9f begrenzt ist, der an die Schürze 6f anschließt und parallel oder nicht parallel zu dem genannten Ring 1 verläuft.

Die Bauweise nach Fig.4 bietet die gleiche Möglichkeit, aber jede Trennwand 3g unterstützt hier den Abschnitt 2g in dessen Mittelbereich. Ein Doppelschlitz 5g-5h ergibt sich durch Einschaltung einer Trennwand 10 zwischen die Enden der jeweils aufeinanderfolgenden beiden Abschnitte 2g. Die Trennwände 10 sind übrigens nicht in jedem Falle erforderlich. Jede öffnung besteht nämlich aus zwei Leitungen, von denen die eine zwischen einer Trennwand 10 und einer Schürz 6g oder 6h liegt, die parallel oder nicht parallel zu der genannten Trennwand verläuft und die mit dem einen Ende eines Abschnitts 2g verbunden ist, während die andere zwischen dem Ring 1 und einer Schürze 9g oder 9h liegt, die parallel oder nicht parallel zu dem genannten Ring verläuft und die an die Schürze 6g oder 6h angesetzt ist.

Fig. 5 schließlich zeigt ein letztes Anordnungsbeispiel,

809829/0799

bei dem die Anordnung der Abschnitte 2j, der Trennwände 3 j und der Schürzen bzw. Streifen 6j bzw. 9j genau, allerdings in spiegelbildlicher Lage, mit der Anordnung der die gleichen Bezugszahlen tragenden Elemente in Fig. übereinstimmt. Ausserdem verbinden aber zusätzliche Trennwände 11, die parallel zu der Schürze 6 j verlaufen, jeden Streifen 9j mit dem entsprechenden Abschnitt 2j und grenzen in jedem Resonanzhohlraum 4j einen Sekundärresonanzhohlraum 12 ab. Die öffnungen jedes Hohlraumes 12 werden beispielsweise durch Löcher 14 gebildet, die in die entsprechenden Schürzen 6j geschnitten sind, oder durch Löcher 13 in dem entsprechenden Abschnitt 2j.

Die obenbeschriebenen Beispiele stellen nur einige der durch die Erfindung gebotenen Möglichkeiten dar. An ihnen läßt aber schon zeigen, daß es eine große Auswahl für die Bestimmung der Parameter Form, Abmessungen und Zahl der Resonanzhohlräume, Form und Abmessungen der öffnungen, Einfügung von akustischen Widerständen u. dgl. gibt, und daß die Erfindung somit für die Lösung einer sehr großen Zahl von Schallisolierungsaufgaben an um laufenden Maschinen geeignet ist.

Ein bislang nicht erwähnter Vorteil der Erfindung ist die sehr einfache Herstellbarkeit der Anordnung.

Die Kammer läßt sich beispielsweise aus Sektoren nach Art des in Fig. 1 gezeichneten Sektors herstellen. Das Ringelement 1 ist zunächst eine ebene Platte, auf die Flächen hartgelötet werden, die die Trennwände 3 bilden sollen. Die RingabschnittsSektoren 2 sind ebenfalls ebene Platten, deren entgegengesetzte Enden umgebogen werden, so daß die Schürzen 6 entstehen. Die Platten 2 werden dann auf

809829/0799

die Trennwände 3 hartgelötet, und dann wird die ganze Anordnung gebogen, um die richtige Krümmung zu erzielen.

Diese Fabrikationsmethode, die nur als Beispiel für eine Herstellungsmöglichkeit angeführt ist, kann zahlreiche Abwandlungen erfahren und läßt sich bei allen in der vorliegenden Beschreibung erläuterten Ausführungsformen der Erfindung anwenden.

Dpr Patentanwalt

809829/0799

Claims

Ansprüche

1.) Kammer zur Dämpfung von in einem von einem Gasstrom durchflossenen Kanal sich fortpflanzender Schallenergie, bestehend aus zwei praktisch koaxial verlaufenden Ringen, wobei die Innenwand der Innenringe den Stromflußkanal begrenzt, der Zwischenraum zwischen den beiden Ringen durch Trennwände unterteilt ist, die bestimmte ringförmige Hohlräume gegeneinander abgrenzen, die jeweils durch mindestens eine in dem Innenring vorgesehene öffnung mit dem Kanal verbunden sind, und wobei die genannten Hohlräume somit ringförmige Schallresonatoren bilden, die die in dem Kanal sich fortpflanzende Schallenergie in einem bestimmten Frequenzbereich dämpfen,

dadurch gekennzeichnet, daß jede öffnung in den zugehörigen Hohlraum (4) mittels einer gekrümmten Leitung (5) mündet, die in das Innere des genannten Hohlraums (4) vorspringt und an den Innenring (2) angeschlossen ist und sich mit der genannten Innenwand bündig abschliessend zu dem Kanal hin öffnet, und daß einer der Arme praktisch parallel zu der Achse des Kanals verläuft.

«09829/0799

2. Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (3) der Hohlräume (4) quer zu der Strömungsrichtung (F) verlaufen, daß die Öffnungen als

Schlitze (5b 5j) in dem Innenring (2) ausgeführt

sind und praktisch parallel zu den genannten Trennwänden (3) verlaufen, und daß die Leitungen in den Hohl, räumen durch Paare von Schürzen (6) begrenzt sind.

3. Kammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Leitung begrenzenden Schürzen (6b) parallel zueinander verlaufen.

4. Kammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden eine Leitung (5c) begrenzenden Schürzen (6c) gegeneinander in der Weise geneigt sind, daß der Querschnitt der Leitung im Bereich des Innenringes (2b) größer ist als am Austritt in den Hohlraum (4c)

5. Kammer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil von zumindest einem von zwei Schürzen aus einem Trennwandabschnitt besteht.

6. Kammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Oberflächenabschnitt von mindestens einer der bestimmten Schürzen (6j) der Trennwände mit einer Vielzahl von Öffnungen (14) versehen ist.

7. Kammer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

9829/0799

daß die beiden Schürzen mindestens eines Schürzenpaares von den Trennwänden unterschieden sind.

8. Kammer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil von mindestens einer der beiden Schürzen von einem Abschnitt des Innenringes gebildet wird.

9. Kammer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der einen Schürze von mindestens einem Schürzenpaar durch einen Abschnitt des Aussenringes gebildet wird.

10. Kammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zusätzliche Trennwand (11), die mindestens eine bestimmte Schürze (9j) des Aussenringes mit dem Innenring verbindet, in dem zugehörigen Hohlraum einen zusätzlichen Hohlraum (12) abteilt.

11. Kammer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Hohlraum (12) mit dem von der Strömung durchflossenen Kanal durch öffnungen (13) in Verbindung steht, die in dem Innenring (2j),der ihn begrenzt, vorgesehen sind.

12. Kammer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Hohlraum (12) mit der benachbarten Leitung (5j) durch öffnungen (14) verbunden ist, die in dem Schürzenabschnitt (6j), der ihn begrenzt, vorgesehen sind.

13. Kammer nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schlitz teilweise durch einen gelochten Streifen (8) abgedeckt ist.

14. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein ringförmiger Hohlraum in mindestens zwei sektorartig angeordnete Hohlräume durch mindestens zwei Trennwände unterteilt ist, die quer zu seinen Wänden ausgerichtet sind.

809829/0799