DE1426209A1 - Auspuffrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Auspuffrohr und bezweckt die Ausgestaltung eines gchallabsorbierenden Auspuffrohres, so daß das durch den Auspuff z.B· einer Grasturbine erzeugte G-eräusoh auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Gemäß der Erfindung ist das Auspuffrohr gekennzeichnet durch mindestens einen gekrümmten Rohrabschnitt, in dem ein odor mehrere Leitplatten od.dgl. derart angeordnet sind, daß sie das Rohr in zwei oder mehr Kanäle aufteilen , wobei jede Leit platte aus einer dünnen Platte: Od,dgl, aus leicht porösem Ma ► terial besteht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des neuen Auspuffrohres weist dieses zwei oder mehrere Leitplatten od.dgl, auf, die derart angeordnet sind, daß die Breitseite einer jeden Leit platte im wesentlichen parallel zur Krümmungsachse des ent sprechenden . Rohrabschnittes verläuft. Beispielsweise bilden durch die einzelnen Leitplatten od.dgl. geführte Schnitte, die in. . durch die Krümmungsachse des Auspuffrohres gehenden Ebenen liegen, gerade, parallel zur Krümmungsachse Verlaufende Linien. In diesem Palle ist die konkav gekrümmte Fläche einer jeden Leitplatte od.dgl. glatter ausgebildet als ihre konvex gekrümm -

te.Seite· . 009808/0243 o^ OWQiNAt

Die Leitplatten sind zweekmässig so geformt, daß jede einen viskosen S-fc^ömungswiderstand "besitzt, der zwischen 15 und 300 Sayl liegt. Ray! ist die akustische Einheit des viskosen St**ö —■ mungswiderständes. Ein Eayl ist der Widerstand, den ein Medium, darbietet, wenn eine Druckdifferenz von einem Dyn je Quadrat — Zentimeter durch das Medium hindurch zur Wirkung gebracht wird und einen rieii.£;endiirchtritt von einem Kubikzentimeter pro Se künde je Quadratzentirüeter Pläche b ewirkt.'Die Leitplatten od. dgl,, können aus einem Metall, beispielsweise axis rost — freiem Stahl, bestehen. Bei einer Ausführungsform ist jede der Leitplcitten fein perforiert; beispielsweise kann die Leit — platte aus einer fein perforierten Platte bzw, Sciiicht' bestehen, die mit einer kräftigeren Schicht verstärkt und fest verbunden ist, welche mit den Löchern der fein perforierten Schicht in gleicher Flucht liegende grossere Durchtrittsöffminien auf weist.. Die Leitschaufel kann auch aus mikroporösem Material "bestehen oder auoii aus einem Baustoff hergestellt sein, der durch Verfilzen, Sintern und Walzen von feinen Metallfasern er — zeiigt ist β

Sei bisher angestellten Versuchen, die von einer Gasturbine erzeugten Geräusche zu verringern, wurde im allgemeinen faser artiges Material in den Auspuffrohren verwendet. Solche Mate ~ rialien beanspruchen aber verhältnisiaassig sehr viel Raum, der nicht ohne weiteres zur Verfugung steht, Ausserdem besteht die Gefahr., daß bei einer Gasturbine, die nicht sofort bei Brann « stoffzufuhr startet, genügend Brennstoff von dem Fasermaterial absorbiert wird, so daß ein Feuer oder eine Explosion ent — stehen 'kann» Die vorliegende Erfindung ist nicht abhängig von der Verwendung eines erheblichen. Volumens des schalltötenden Baustoffes; infolgedessen sind die vorerwähnten Nachteile "bei der Erfindung vermieden. '

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung einiger auf der Zeichnung veranschau« lisrfater Ausführungsbeispiele hervor.

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Fig. 1 zeigt im Grundriß und teilweise echeubildlieh eine nit einem Auspuffrohr nacli der Erfindung a/usgestattete Gasturbine,,

Fig. 2 zeigt schaubildlich eine der in den Auspuffrohr nach Fig. 1 verwendeten Lc it platt en *

3 zeigt in grösogrera Maßstr/be einen Schnitt nach der linie 3-3 der lic 2 und lässt die Art des "bei der Herstellung der Leitplatten verwendeten Materials erkennen.

Fig. 4 zeigt in groöoeren Maßstäbe und in Schnitt ähnlich wie Fig» 3 ein anderes Material und eine andere Bauweise der Leit platten.

Fig. 5 veranschaulicht im. Grundriß und teilveise aufgehrochen sowie im Schnitt eine AbLvtiueriaigsform des Auspuffrohrs nach der Erfindung,,

Die in Fig. 1 veranschaulichte,aus Gasturbine und Verdichter "bestehende Maschine weist eine Einlaßöffnung 11 und eine Aus — puff öffnung 12 auf, an die ein gemäß der Erfindung ausgebilde tes Auspuffrohr 13 angeschlossen ist. Bein Starten und !beim Betrieb einer Gasturbine entwickeln die Gase beim Durchgang durch den Verdichter eine hohe Geschwindigkeit und hohen Druck; nach der Verbrennung in der Turbine treten die -Abgase aus der Aus laßöffnung 12 mit starkem Geräusch aus. Wenn in manchen Fällen das durch den Betrieb der Gasturbine entstehende Geräusch auch keine besonderen Probleme aufwirft, so werden in vielen Fällen diese Geräusche doch sehr beanstandet. Deswegen hat es nicht an

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Versuchen gefehlt, das Geräusch verringern oder vollständig zu unterdrücken; diese Versuche aber haben sehr störende ander — weitige Betriebsprobleme aufgeworfen.

In der üblichen praktischen Akustik wird ein Schall dadurch •beseitigt oder unterdrückt, daß die schwingenden "Schallwellen, in eine Kammer oder durch einen gewundenen Kanal hindurchgeführt werden, in denen diese Schallwellen absorbiert werden· Die üb ~ Methode, den Schall zu absorbieren pestent daran, daß fase

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riges schallabsorbierendes Material an den Wänden des Kanals bzw. der Kammer öder, in unmittelbarer'Nähe dieser Wände angeord net wird.. Je nach den vorliegenden Verhältnissen kann -das faserige Material entweder in verhälimismässig.dicken Schichten auf eine glatte Wandfläche oder auf Prallflächen, aufgebracht werden,, die sich in dem Kanal bzw, iii, der Kammer befinden. Auorh können etwas dünnere Schichten wirksam Verwendung finden,.-wenn hinter diesen Schichten sich ein geschlossener Luftraum befindet. Die Anwendung dieser Grundsätze und Maßnahmen auf die. Auspuffgase einer Gasturbine hat jedoch zu Schwierigkeiten geführt. So steht in vielen Fällen beispielsweise nicht ausreichend Baum zur Unterbringung einer Schallkanimer oder eines gewundenen Kanals zur Verfügung, Überdies besteht der Nachteil,daß eine solche Ichallkammer oder ein anderer geschlossener Raum flüssigen Brennstoff speichern wird, w.enn er nicht einwandfrei drainiert ist, '. .-; ;Steht für die Auspuffleitung eim gewundener oder in sonsti — ger Weise gekrümmter Weg zur Verfugung, so haben die Gase das Bestreben, sich an der konkaven Seite de*r· Kurve zu stauen und schädliche Wirbel und Bückdrücke zu erzeugen. Werden im übrigen die üblichen schalldämpfenden Faserstoffe verwendet, sei es an Ien Wänden des Auspuffrohres oder an Prallflächen, so besteht lie Gefahr, daß . sich die-se Materialien mit überschüssigem Brennstoff vollsaugen, der sich in der Auspuffströmung befindet, wenn lie Zündung anfänglich versagt oder sich der Startvorgang ver — zögerte Springt dann die Maschine an und werden heisse sauer⁸ reiche Abgase unter Druck in das mit Brennstoff gesättigte sermaterial hineingedrückt₅ so kann eine Flamme entstehen, die ieiß 'genug ist, um das ganze Auspuff syst em zu zerstören, ITa tür .ich kann ein solches Feuer auch das Fahrzeug vernichten, in reichem die Gasturbine mit ihrem Auspuff eingebaut ist. Gemäß Ler vorliegenden Erfindung ist das Auspuffrohr mit Krümmungen oder rindungen 14 versehen; in.diesen gekrümmten Bphrabschnitten befinden sich Leitplatten od.dgl, 15, die aus dünnem,leicht porösem ilech od.dgl., beispielsweise aus rostfreiem Stahlblech be tehen. Die Verwendung solcher leitplatten in den gekrümmten Bohrer eichen ist wichtig, um Bückdrücke zu vermeiden und Wirbel ildungen auf ein Mindestmaß herabzusetzen; sie dienen auch dazu,

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die Auspuffgase durch das gekrümmte Auspuffrohr richtig zu ver -* teilen imd hindurchzuführen und ihr Geschwindigkeitsprofil sowie -ihre'Druckverteilung richtig zu. regeln. Wenn die Leitplatten od.dgl. selbst leicht porös ausgebildet sind, entstehen eine Mehrzahl schallabsorbierender Kanäle.

Um die Wirbelbildung auf ein Minimum, herabzudrücken und gleich — zeitig die Geschwindigkeit der Gase richtig zu beherrschen, wenn sich ihre Bewegungsrichtung beim Durchgang durch eine Krüm-

' ■ mung des Rohres ändert, sollten die konkaven Flächen der Leit klappen zweckmässig glatt ausgebildet werden, da bei hoher Strömungsgeschwindigkeit in einen gekrümmten Rohrbereich ein Ge -■ •rausch erzeugt werden kann. Die glatte konkave Fläche der Leit klappe stellt die Zone höchsten Druckes dar, da die Auspuffgase gegen diese Fläche prallen.Die gegenüberliegende konvexe Seite

'"■■ ist hingegen eine Zone niedrigen Druckes. Auf diese Weise ent steht also eine Druckdifferenz, die zur Folge hat, daß ein Teil der Gase durch das leicht poröse Material hindurcliströmt« Die leichte Porosität des dünnen Metallblech^ sollte so gewählt sein,

■ ' daß beim Übergang in den benachbarten Kanal der gewünschte Strö mungswiderstahd und damit eine wirksame Schallabsorption, er reicht wird. Tersuche haben ergeben, daß die Leitplatten ein aku-

: stisches Optimum erzielen,lassen, wenn 50$ des auf eine Leit plattenfläche auf treffenden Schalls absorbiert, 25$ reflektiert und\die■'restlichen 25$ durch die Leitplatte hindurchgelassen werden. Es würde/ weiterhin festgestellt, daß der spezifische Strömungswiderstand des leicht porösen Metallbl-echs über 15 Rayl

. .'; und unter 300 Rayl liegen sollte. (Rayl ist die akustische Sin heit des viskosen Strönmngswiderätandes. Ein Rayl ist der Wider -

■:: ■. - stand, den ein Medium darbietet, wenn eine Druckdifferenz von einem, Dyn je .QuadratZentimeter durch el au K-sdiun hindurch zur Wir-

" ■ kung gebracht vrird und einen Hen·^andurchtritt von einem Kubiksen timeter pro Selcunde je Quadrat 3 ent imet er Fläche bewirkt). Ist. die ·.· · Krümmung des Auspuffrohres und der Leitplatte sehr scharf und/

.: oder ist die Strömungsgeschwindigkeit groß,' so beträgt ein geeigneter Strömungswiderstand des leicht porösen Metallblech^ etwa

:. 200 Rayl. 1st hingegen die Krümmung "des Auspuffrohres weniger

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scharf wie beispielsweise bei der Ausführuiigsf orn na eh. Pig. I, so kann der Strömungswiderstand auch !deiner sein. Ein Widerstand von etwa lüO Rayl "bewirkt die kräftigste Schallminderung · und stellt ein akustisches '.ptiniuni dar. ¥ird ein solcher Strö mungüwiierstcind bei leicht porb'sera Metallblech ersielt, so kann sich nicht in unerwünschter Lind gefährlicher "Jeise flüssiger · Brennstoff bein Fehlstart der Gasturbine ansammeln, wie das weiter oben erläuetei würde.

Es leuchtet ein, daß es auf das Material, das bei der Her stellung der Leitplatten angewendet wird, in hervorragendem. Maße ankommt. Denn es ist. erforderlich, daß das Material eine leichte Porosität aufweist, die einen Strömungswiderstand zwi sehen 15 und '5C¹O Rayl "gewährleistet. Es wurde festgestellt, daß für die Zwecke der Erfindung dünnes,mikroporöses, rostfreies Stahlblech besonders geeignet ist, das gemäß dem Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt und in chemischen Geräten für Filtrierzwecke verwendet wird. Ss kann das leicht poröse, rostfreie Stahlniaterial auch durch Verfilzen, Sintern und ¥al &en feiner Stahlfaaern gewonnen und so hergestellt werden, daß es den gewünschten Strömungswiderstand hat. Derartig ausgebil — dete und hergestellte dünne Metallplatten haben einen Strömüngs -,widerstand,' der ungefähr proportional ist der Dicke der fertigen Platte, dem Quadrat der Dichte und umgekehrt proportional dem Quadrat des'. Durchmessers der Faser bzw. der. Abmessungen der einzelnen Mäterialteilchen« Versuche haben gezeigt, daß es mög — lieh ist, einen Strömungswiderstand über 15 Ravl dadurch zu er — zeugen.,, daß sehr dünne Metaliplatten, mit einer Vielzahl kleiner, dicht nebeneinander liegender Löcher versehen werden.

Wie Fig. 1 zeigt, ist das Auspuffrohr 13 mit dem Turbinenaus — laß 12 verbunden und weist eine Mehrzahl von Krümmungen 14 auf · " seiner ganzen Länge auf.Die Formgebung des Auspuffrohrs 13 und seiner in-Fig. 1 dargestellten Kurven wurde durch den Raum be —. stimmt, der bei einer bestimmten Anwendung der Turbine 10 zur Verfügung stand. Die dargestellten Krümmungen sind Beispiele schwacher,in einem -Auspuffrohr vorgesehener Krümmungen, Für die

Zv/ecke der Erfindung ist es wichtig, wenigstens eine Krütn.iung 14 in dem Auspuffrohr vorzusehen« Im Innern des Sohres 13 sind mehrere Leitplatten od.dgl. 15 vorgesehen, die s-icli über die ganze Länge des gekrümmten Rohrabschnittes erstrecken. Jede der Leitplatten, .ist in Längsrichtung gekrümmt und verläuft parallel zu den Seitenwandungen des Auspuffrohres; jede Platte ist so gestaltet, daß-, sie in !Juten hineinpasst und in ihnen gesichert werden kann.* die an gegenüberliegenden Stellen der Wandung des Auspuffrohr&s- vorgesehen sind. Auf diese Weise entstehen, parallele Kanäle .16, durch die die schwingenden Auspuffgase hindurchtreten· Die Leitplatten bewirken also, daß die Auspuffgase über die ganze Querschnittsbreite des Auspuffrohres verteilt werden, so daß ein geregeltes Geseiiv/indigkeitspfofil entsteht und verhindert wird, daß sich die gesamte Auspuffströmung an der konkaven Wandung des Auspuffrohres staut} dies würde eintreten, wenn keine ^eitplatten vorgesehen wären· Es ist festgestellt worden», daß das dünne,leicht poröse !Metallblech, wem es die Kanäle 16 bildet,-..wirksam den durch den Gasturbinenauspuff erzeugten Schall abtötet und zwar auf Grund der oben dargelegten akustischen Ver hältnisse. . -^

In Pig* 2 ist eine aus leicht porösem Metallblech bestehende Leit· plaste vor ihrem Einbau veranschaulicht, Fig. 3 seigt eine leicht poröse Platte, wie sie durch Verfilzen, Sintern und Wal ten von Stahlfasern gewonnen wird. , · ,

In ]?ig. 4 ist eine. Abänderungsform einer Leitplatte veranschau" * lichtf sie besteht aus einem sehr dünnen Metallblech 17, das eine Vielzahl kleiner öffnungen bzw. Bohrungen 18 hat, die in das Blech eingestanzt oder in anderer geeigneter Weise in dem Blech erzeugt worden sintl· Die Öffnungen sind klein genug, um die ge — wünschte feine Porosität zu erzeugen, der ein Strömungswider — stand grosser als 15 Eayl, entspracht. TJm einer solchen Leit «- platte die erforderliche Festigkeit zu verleihen, wird das dünne Metallblech 17 mit einer kräftigeren Platte 20 hinterlegt und mit ihr durch nieten 21 fest verbunden; diese kräftigere Platte weist¹ grössere Löcher 22 auf, die mit den einzelnen öffnungen 18 ·

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in gleicher Flucht uad im .w e sent lic lien konzentrisch" liegen» Durch das Annieten der kräftigeren Pla'tte hinter dem'dünnen Blech • /ird gleichzeitig erreicht, daß Schwingungen gedämpft werden, die in dem dünneren Blecii entstehen könntm , wenn es -die _ tSchall ~*~ wellen -assortiert, viird diese Bauart für eine gekrümmte .Lei t plat te verwendet, so wird die glatte Oberfläche des-dünnen .Sieches 17 . · auf C,er konkaven Seite der Ilriiianung .angeordnet, _ .

lⁿig. 5 veranschaul-icht .eine e-twr.sabweichende JOrmgeliung des schall dämpf enden Auspuffrohres 2'5"j. dieses. Rahr.hat ,Krüiaiuungen 24 _? die uesentlieh schärfer bzw, abrupter sind als die -flacheiivivriim _—. raunten bei der Ausführungsform nach 5¹Ig, 1. Die ICrümmmgen 24 sind so ausgeführt, daß die Auspuffgase, zunächst, vollständig, um 180 umgelenlct und ansclrliessend erneut zusätzlich um'.90 umge lenkt werden ,bevor sie nach aussen gelangen. In .dem Auspuffrohrsind -^eitplatten 25 vorgesehen, die in Bcitiart und Wirkungsweise . den ""eit platt en 15 entsprechen und Kanäle 26 bilden, durch die die Auspuffgase hindurchtreten. Unter Berücksichtigung des für die Unterbringung des Auspuffrohres aur Verfügung stehenden Rau mes und seiner Form hat sich die in-Fig.,. 5 dargestellte Formge bung des Auspuffrohres .als wirksam und ausreichend erwiesen, um alle störenden Geräusche beim Auspuff einer Gasturbine auf ein liindestnaß herabsusetzen,... - . .-..-'. ■-.-..- - - ^;

Patentansprüche:j ,

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1.) Auspuffrohr, gekennzeichnet durch mindestens einen gekrümm ten Rohrabschnitt, in dem ein oder raehrere Leitplatten ocUdgl,. derart angeordnet sind, daß sie clas Hohr- in zwei oder mehr Ea ~ näle aufteilen, wo "bei jede leitplatte aus einer dünnen Platte od.dgl« aus leicht porösen Iiaterial besteht.

   2,) Auspuffrohr nach Anspruch· 1, gekennzeichnet durch wenigstens zwei -keitplatteriv

   3·) Auspuffrohr nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 'daß die Breitseite einer jeden Leitplatte im wesentlichen parallel zur Krümmüngsachse des augeordneten Abschnittes des Aus puffrphres verläuft. "

   4.) Auspuffrohr nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß durch die- einzelnen L_ejLtplatten od.dgl. geführte Schnitte, die in durch Cio Ivrümmungsachsedes Hohre©· gehenden Ebenen liegen, gerade, ptiral-IeI zur Erümmungsachse verlaufende Linien bilden,

   5.) Auspuffrohr nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet daß die konkav gekrümmte ]?läche einer joden Leitplatte glatter ausgebildet ist als, ihre konvex gekrümmte Seite,

   6_e) Auspuffrohr nach einem der voraufgegangenen·Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß jede Leitplatte od.dgl, einen viskosen Strömungswiderstand zwischen 15 und 300 Rayl besitzt.

   7«) Auspuffrohr nach- einem der voraufgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Äaß jede Leitplatte od.dgl. aus lietall besteht,

   8,) Auspuffrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Leitplatten aus rostfreiem Stahl besteht.

   -BAD OKe'MAt _ ₁₀ _ 909805/0143

   142620^:

   3.) Auspuffrohr nach den. Ansprächen 7 ο (Lev 8> dadurch gekeim — " zeichnet, cla.Q jede Leitplatte- od..dgl. -. eine feine Perforation, auf —

   weist. .-."■-

   10.) Auspuffrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet-, dai3. jede Leitplatte od.dgl. aus einer fein perforierten Schicht "besteht, die mit einer kräftigeren Schicht verstärkt .und fest, verbunden istjWelche mit den !löchern der fein perforierten Schicht in gleicher !Flucht .liegende grö'ssere Durchtrittsöffnung en aiifvreist.

   11.) Auspuffrohr nach den Ansprüchen 7 oder S, dadurch gekenn —. zeichnet, daß 'Jede !»eitplatte aus mikroporösem Material "besteht. -

   12.) Auspuffrohr nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekenn — zeichnet, daß jede üeitplatte od.dgl. aus einem Baustoff besteht, der durch Verfilzen,. Sintern tmd Walzen feiner Metallfasern er zeugt ist.

   13.) Auspuffrohr nach einem der-voraufgegangenen Ansprüche, da — durch gekennzeichnet, daß das Ilohr zunächst in einer und anschliessend in entgegengesetzter Sichtung gekrümmt ist.

   14.) Auspuff rohr .nach einem der voraufgegengenen Ansprüche., da — durch geke/inzelehnet, daß das Rohr um. einen G-esantwinkel von min — desteris 18.0 gekrümmt ist« ·

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