[发明专利]涡轮机谐波的优化

说明书

本发明一般涉及涡轮机领域。更具体地讲，该发明涉及一种对噪声衰弱能加以改进的装置，这种噪音是由于工业涡轮机中转轮叶片和静止的导流叶片间的相互作用产生的。

转轮叶片和静止的导流叶片尾迹间的气动力学相互作用对涡轮机产生的噪声起很大作用。转轮叶片的旋转引起涡轮机产生的这种噪声是周期性的。因此，该噪声听起来像音频噪声或谐波噪声。这类转轮/导叶音频噪声，目前称为自旋模式音，它在飞机工业中已加以广泛研究，并已导出了减少噪声的对策。具体讲，Tyler/Sofrin的自旋模式理论已应用多年，以说明自旋模式音是如何从管道中排出，并如噪声一样传播。飞机发动机设计者们已利用这一理论，通过对转轮叶片和导流叶片组合的选择，使得自旋模式音沿发动机轴线的传播达到最小。

与工业涡轮机不同，常规飞机发动机具有与自由空间连接的短进气和排气管道，而在工业涡轮机中，则进气和排气系统通常与一个广泛的管道系统相连接。由于一旦噪声被排入自由空间，就难于对其进行控制，因此，飞机发动机的设计者们都企图将自旋模式音包含在发动机内，阻止它们传播进入进气口或排气口。这种减少噪声的设计是通过建立所谓的“截断”现象、或通过将自旋模式音引向冲击在发动机内侧壁上获得的，而在发动机内侧壁上则排列有一种吸音材料。这一技术使自旋模式音在离开发动机之前得到衰减。因此，现有的技术状态提出的不同于有目的地将自旋模式音引出涡轮机的进气口或排气口。

其它与飞机发动机设计无关，但与当前发明有关的背景材料涉及管道系统。诸如那些在工业机械中的管道系统通常见有弯头以便对气流进行导向。当加压气体流过这样弯头时，发生压力降。为缓和这一问题，某些设计在管道弯头内放置了转向叶片。一些这样的转向叶片使通过弯头的压力降达到最小，并提供了光滑的气流，从而提高了上游或下游机械的气动力学性能。但是，在弯头内安放转向叶片还未曾用于提高管道衰减声音的性能。

此外，虽然转向叶片和管道弯头的组合还未被用于衰减噪声，但已应用了其它装置以衰减管道内的噪声。例如，曾应用管道分支以衰减某些噪声。这样一种设计将某些噪音引向通过一个分支，它加长了声音通过分支进行传播的路径。通过适当选择分支长度，分支噪声与主管道噪声重新汇合时，它们的相位就相差180度。因此，部分噪声抵销。但是，添加附加的管道以使声音分流很麻烦，并且没有利用弯头的好处，因为弯头是控制气流流动必不可少的。

在通常的涡轮机中，有B片周向间隔分布的转轮叶片、V片周向间隔分布的导流叶片，它们与转轮叶片轴向相邻、一个包围转轮叶片的环形腔、以及一个进气口和排气口，以接受和排放通过环形腔的气体。当涡轮机运行时，转轮与导流叶片的相互作用产生自旋模式音。本发明提出，可通过相对转轮叶片数B选择导流叶片数V，使自旋模式音的基本所有谐波的传播路径都基本轴向朝向于环形腔的进气口和排气口，从而使这些自旋模式音降至最小。在与自旋模式音传播路径的垂直方向放置一种吸音材料，使自旋模式音冲击于其上，从而被衰减。在一个最佳实施例中，吸音材料被放置在涡轮机的进气口。

这样的涡轮机通常与气体通过其流动的管道相连接。除气流之外，由涡轮机产生的自旋模式音也趋于通过这些管道而传播。本发明提出，在自旋模式音的路径中放置一条调谐管道。该调谐管道或与环形腔的进气口、或与环形腔的排气口，或与两者连接，并具有一个径向弯头，该径向弯头形成部分圆周，其弧度为中弪。若干转向叶片在弯头内同心地间隔分布，且每一转向叶片与每一相邻转向叶片间隔距离D。距离D与径向弯头的弧度φ及自旋模式音的频率有关。这样放置的转向叶片能有效地抵销若干通过管道传播的自旋模式音的谐波。在最佳实施例中，所选的距离D与弧度φ之间的关系仅能抵销自旋模式音的奇次谐波。

附于文中，并构成其一部分的权利要求具体地指出了表征本发明新颖之处的这些和其余的各种优点和特性。但是，为了更好地了解发明、了解其优点、及通过其使用达到的目的，还应参考构成其另一部分的附图，及相关的说明，在附图和说明中展示和说明了发明的一个最佳实施例。

结合附图进行阅读，可更好地了解前述发明内容、以及下述最佳实施例的详细说明。为展示发明起见，附图中表示了一个目前认为是最佳的实施例，但应理解到，本发明并不受限于公开的特定方法和手段。

在图中：

图1简单地展示了一台涡轮机及相伴随的管道系统的横截面，用以描述本发明提出的自旋模式音的声音衰减系统。

图2是一台涡轮机的局部视图，表示其转轮叶片及导流叶片。