JP2004028107A

JP2004028107A - ガスタービン用サイレンサ

Info

Publication number: JP2004028107A
Application number: JP2003193160A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamakawa; 山川　彰
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP3711125B2

Abstract

【課題】ガスタービン用サイレンサにおける、ガス流のサイレンサパネル間での渦を抑止し、渦流に伴う圧力損失の軽減を図る。
【解決手段】ガスタービンの吸気ダクト７ａまたは排気ダクト内にガス流れ方向に沿って直列に複数のサイレンサパネル８ａ，８ｂを配置したスプリッタ形のサイレンサにおいて、上流側サイレンサパネル８ａと下流側サイレンサパネル８ｂとの間隙に運転時の熱膨張でその間隙がゼロとなる値に設定して、上流側サイレンサパネル８ａの後縁に間隙調整用のカバー２０を取付ける。
【選択図】　図１

Description

【産業上の利用分野】
本発明はガスタービンの吸排気部に設けられるガスタービン用サイレンサに関する。
【従来の技術】
近年、ガスタービンは高効率のコンバインドサイクル発電プラントの進展とともに大型化し、その吸排気風量が増大している。また、高効率化を図るためにガスタービンの入口温度を高温化することに伴い、排気温度の上昇も進み、ガスタービン出口のガス温度は６００℃以上にもなる。
ガスタービンの大容量化とともにガスタービン出口の騒音やエネルギレベルが大きな問題となり（ガスタービン出口で１３０ｄＢに達する）、ガスタービンの出口には大きい減音量の排気サイレンサが取り付けられるようになってきた。しかし、温度上昇および大形化に対する信頼性の低下が指摘され、さらに耐久性の向上が要求されてきている。
また、従来のガスタービンは非常電源設備としての役割の比重が高かったが、蒸気タービンとガスタービンとを組合せた高効率のコンバインドサイクル発電プラントは、従来の火力発電プラントや原子力発電プラントに比べて高効率で、しかも起動特性に優れている関係から、負荷追従形のＤＳＳ（毎日の起動停止）運用に供される傾向にある。
図９はコンバインドサイクル発電プラントの構成を例示したものである。ガスタービン１の排ガスはサイレンサ２を通って排熱回収ボイラ３に導入され、この排熱回収ボイラ３で発生した蒸気により蒸気タービン４が駆動される。ガスタービン１および蒸気タービン４には発電機５，６がそれぞれ連結されており、各タービン１，４の出力により発電が行なわれる。３ａは廃ガス放出用の煙突である。このようなガスタービン１の排気サイレンサ２については、毎日の起動停止に伴う熱伸縮や、大きな流速分布を持つ排気ガス流等に絶え得る構造が求められている。
従来のサイレンサの構成を図１０〜図１８に例示している。このサイレンサ２はスプリッタ形サイレンサで、図１０および図１１に概略的に示すように、排気ダクトの一部を構成するサイレンサダクト７に複数の平板状のサイレンサパネル８をガス流と直交する方向に並設して構成されている。
サイレンサパネル８は図１２に示すように、平板状本体部８Ａの前端に流線形のブルノーズ８Ｂを設けた構成とされている。このサイレンサパネル８は図１３〜図１５に示すように、耐熱性の鋼板に多数の透孔９を穿設した多孔板１０を格子状のフレーム１１にタイル状に取付けた組立て構造を有し、フレーム１１内には吸音材ブロック１２が充填されている。
吸音材ブロック１２は図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、吸音材１３をクロス１４およびマット１５で保護したブロック構造とし、これを飛散防止用の金網１６で被包しステンレスワイヤ１６ａで縫着して構成されている。
なお、従来技術に関する文献としては、「新訂・公害防止対策要説［騒音・振動編］社団法人　産業公害防止協会　発行」あるいは「騒音対策ハンドブック日本音響材料協会編　技報堂　発行」等がある。
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガスタービンの大型化や環境問題上での騒音低減の目的のため、近年ではサイレンサパネル８のガス流方向の長さを拡大する要請が強くなる一方、製作上や輸送上の大きさの制約によりサイレンサパネル８およびサイレンサダクト７をガス流方向に複数個に分割する必要が生じている。
図１７および図１８は、このような要請に対応するためのスプリッタ型のサイレンサ構造を示している。ガス流方向に分割された上流側サイレンサパネル８ａと下流側サイレンサパネル８ｂとが、上流側サイレンサダクト７ａと下流側サイレンサダクト７ｂとに、それぞれずれ止め用の止め金具１７を介して止着されている。
ところが、この場合、上流側サイレンサパネル８ａと下流側サイレンサパネル８ｂとの間に隙間Ｚが生じる。
この隙間Ｚによって図１９に示すように、サイレンサ内のガス流れに渦が生じ、圧力損失を上昇させる要因となっている。
また、従来の技術によるスプリッタ形サイレンサにガスタービンの排ガスが流入したときの各部の温度変化を図２０に示す。図２０において、ａはガスタービン出口のガス温度、即ち、サイレンサパネル８に流入して来る排ガス温度の変化を示す。ｂはサイレンサパネル８の表面に溶接固定されている多孔板１０の温度の変化を示す。ｃはサイレンサパネル８を構成しているフレーム１１の温度の変化を示す。ｄは多孔板１０とフレーム１１との温度差を示す。
ガスタービンが起動されると、ガスタービン出口の排ガス温度は急速に上昇し、短時間で６５０℃まで上昇する。多孔板１０の温度は、ガス通路部の中に設置されている各種部材や多孔板自体の熱容量があるため、ガスタービン出口の排ガス温度より若干遅れて温度が上昇していく。
また、サイレンサパネル８のフレーム１１は吸音材ブロック１２の充填、およびガスとの接触面積が小さいことなどにより、多孔板１０よりさらに遅れて温度が上昇していく。このことにより、多孔板１０とフレーム１１との間には温度上昇速度の差により温度差が生じる。そして、多孔板１０とフレーム１１とは溶接固定されているため、この温度差による熱伸び差を逃がすことができず、多孔板１０の表面に亀裂が入ったり、多孔板１０が変形して皺が生じる等の問題があった。
そこで、上述した温度差に基因する熱伸び差を軽減する目的と、サイレンサの減音特性を向上する目的から、最近ではサイレンサパネル８の厚みが従来に比べて小さくなる傾向にある。
一方、サイレンサパネル間のガス通路部はサイレンサパネルの厚みの半分程度と狭く、例えば１１０ｍｍ以下となる設計もあるために、サイレンサパネル間のガス通路部にメンテナンスのための点検修理を目的とした作業員が入って行くことができない問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなさたれたもので、流動ガスの圧力損失の低減が図れるスプリッタ形のガスタービン用サイレンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、ガスタービンの吸気ダクトまたは排気ダクト内にガス流れ方向に沿って直列に複数のサイレンサパネルを配置したスプリッタ形のサイレンサにおいて、上流側サイレンサパネルと下流側サイレンサパネルとの間隙に運転時の熱膨張でその間隙がゼロとなる値に設定して前記上流側サイレンサパネルの後縁に間隙調整用のカバーを取付けたことを特徴とする。
請求項２は、請求項１のカバーに代え、下流側サイレンサパネルの前縁に間隙調整用のカバーを取付け、このカバーと上流側サイレンサパネルとの間隙を運転時の熱膨張でゼロとなる値に設定したことを特徴とする。
請求項３は、上流側サイレンサパネルの後縁部を凹状に形成するとともに、下流側サイレンサパネルの前縁部を凸状に形成し、これら両サイレンサパネルを互いに嵌合することにより、パネル間の流路としての間隙をゼロに設定したことを特徴とする。
【作用】
請求項１〜３の発明によると、複数枚にガス流れ方向に直列状に分割されたサイレンサパネルの間の間隙が運転時にゼロになるように間隙調整手段を施したので、ガス流のサイレンサパネル間での渦が抑止され、渦流に伴う圧力損失の軽減が図られる。
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１〜図８を参照して説明する。なお、従来の構成と同一の部分には図９〜図２０と同一の符号を用いて説明する。
実施例１（図１〜図５）
本実施例のサイレンサ２は図１〜図４に示すように、ガスタービンの排気ダクトとなる上流側サイレンサタクト７ａおよび下流側サイレンサダクト７ｂと、その内部にガス流れ方向に沿って直列に配置される上流側サイレンサパネル８ａおよび下流側サイレンサパネル８ｂを有している。各サイレンサパネル８ａ，８ｂはサイレンサパネル止め金具１７を介して各サイレンサダクト７ａ，７ｂに固定され、これら両サイレンサパネル８ａ，８ｂ間に間隙調整用カバー２０が配置されている。
この間隙調整用カバー２０は断面コ字状をなし、その開口端側が上流側サイレンサパネル８ａの後縁に溶接等によって固着されている。そして、このカバー２０と下流側サイレンサパネル８ｂの前縁との間に一定の初期間隙ｘが設定されている。この間隙ｘは、ガスタービン運転時の材料の熱膨張によりほぼゼロとなる値に設定されている。
このような構成によると、ガスタービン運転時においては、間隙調整用カバー２０によって上流側サイレンサパネル８ａと下流側サイレンサパネル８ｂとの間の間隙ｘが略ゼロとなるため、図５に示すように、従来生じていた上下流サイレンサパネル８ａ，８ｂ間の間隙によるガスの渦流れを減少または除去することが可能となる。
したがって、本実施例によれば、上下流側に分割されたサイレンサパネル８ａ，８ｂ間の間隙による渦流れに起因した圧力損失を軽減することができる。
実施例２（図６および図７）
本実施例が前記実施例１と異なる点は、間隙調整用カバー２０を下流側サイレンサパネル８ｂの前縁部に取付け、このカバー２０と上流側サイレンサパネル８ａとの間の間隙ｙを運転時にゼロとなるように設定した点にある。他の構成は実施例１と略同一である。
このような構成によっても、前記同様に、運転時における各サイレンサパネル８ａ，８ｂ間のガスの渦流の発生を防止することができ、渦流れに起因する圧力損失の軽減が図れるようになる。
実施例３（図８）
本実施例では上流側サイレンサパネル８ａに後方に向って開口する断面凹形の後縁カバー２１を一体的に設けるとともに、下流側サイレンサパネル８ｂの幅狭な、つまり後縁カバー２１に対して断面凸状となる前縁を嵌合する構成としたものである。これにより、両サイレンサパネル８ａ，８ｂのガス流方向の間隙をなくし、ガスの渦流発生の防止が図られている。
このような構成によっても、前記各実施例と同様に、前後のサイレンサパネル８ａ，８ｂ間の間隙による渦流れに起因する圧力損失を軽減することができる。
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜３の発明によれば、ガス流れ方向に直列状に分割された複数のサイレンサパネルの間の間隙が運転時にゼロになるように間隙調整手段を施したので、ガス流のサイレンサパネル間での渦が抑止され、渦流に伴う圧力損失の軽減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す斜視図。
【図２】図１のＡ部を拡大して示す側面図。
【図３】同実施例のパネル設置状態を示す平面図。
【図４】図３の側面図。
【図５】同実施例の作用説明図（平面図）。
【図６】本発明の実施例２を示す斜視図。
【図７】図６のＢ部を拡大して示す側面図。
【図８】同実施例の作用説明図（平面図）。
【図９】コンバインドサイクルにおけるサイレンサ付きのガスタービンの構成を示す図。
【図１０】サイレンサの従来例を図９のＦ−Ｆ線断面で示す図。
【図１１】図１０のＧ−Ｇ線断面図。
【図１２】従来のサイレンサパネルを示す斜視図。
【図１３】従来のサイレンサパネルを示す分解斜視図。
【図１４】従来のサイレンサパネルを示す拡大側面図。
【図１５】図１４のＨ−Ｈ線断面図。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）は従来例における吸音材ブロックを示す斜視図。
【図１７】従来例におけるサイレンサパネルの配置構成を示す平面図。
【図１８】図１７の側面図。
【図１９】従来例の作用説明図（平面図）。
【図２０】従来例の特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１　ガスタービン
２　サイレンサ
３　排熱回収ボイラ
３ａ　煙突
４　蒸気タービン
５，６　発電機
７　サイレンサダクト
７ａ　上流側サイレンサダクト
７ｂ　下流側サイレンサダクト
８　サイレンサパネル
８Ａ　平板状本体部
８Ｂ　ブルノーズ
９　透孔
１０　多孔板
１１　フレーム
１２　吸音材ブロック
１３　吸音材
１４　クロス
１５　マット
１６　金網
１６ａ　ステンレスワイヤ
１７　止め金具
２０　カバー
２１　後縁カバー

Claims

ガスタービンの吸気ダクトまたは排気ダクト内にガス流れ方向に沿って直列に複数のサイレンサパネルを配置したスプリッタ形のサイレンサにおいて、上流側サイレンサパネルと下流側サイレンサパネルとの間隙に運転時の熱膨張でその間隙がゼロとなる値に設定して前記上流側サイレンサパネルの後縁に間隙調整用のカバーを取付けたことを特徴とするガスタービン用サイレンサ。
請求項１のカバーに代え、下流側サイレンサパネルの前縁に間隙調整用のカバーを取付け、このカバーと上流側サイレンサパネルとの間隙を運転時の熱膨張でゼロとなる値に設定したことを特徴とするガスタービン用サイレンサ。
上流側サイレンサパネルの後縁部を凹状に形成するとともに、下流側サイレンサパネルの前縁部を凸状に形成し、これら両サイレンサパネルを互いに嵌合することにより、パネル間の流路としての間隙をゼロに設定したことを特徴とするガスタービン用サイレンサ。