JP2009097841A

JP2009097841A - ガスタービン

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Publication number: JP2009097841A
Application number: JP2007272592A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Matsuyama; 敬介松山; Kotaro Miyauchi; 宏太郎宮内
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: JP4981615B2; KR101183702B1; KR20100034760A; US20100186411A1; EP2980484B1; CN101765744A; EP2187129A1; EP2187129A4; EP2980484A1; WO2009051236A1; US8904794B2; CN101765744B

Abstract

【課題】燃焼器の尾筒に配置される燃焼振動低減装置の外観性を向上できるガスタービンを提供すること。
【解決手段】燃焼振動低減装置３４は、燃焼器の尾筒３２に配置されてガス空間Ｓを形成すると共にガス空間Ｌと尾筒３２の内部とを複数の通気孔３４３を介して連通させる。また、燃焼振動低減装置３４は、プレス加工されて成る略Ｕ字型断面形状を有すると共に略Ｕ字型断面形状の開口部を尾筒３２側に向けつつ尾筒３２の外周に配置される第一部材３４１と、第一部材３４１の略Ｕ字型断面形状の開口部を塞いで第一部材３４１との間にガス空間Ｓを形成すると共に複数の通気孔３４３を有する第二部材３４２とを有する。そして、尾筒３２の径方向断面視にて、尾筒３２の外径が尾筒３２の軸方向に向かうに連れて変化するときに、尾筒３２の軸Ｌから第一部材３４１の略Ｕ字型断面形状の各屈曲部までの距離ｄ１、ｄ２が略一定に設定される。
【選択図】図３

Description

この発明は、ガスタービンに関し、さらに詳しくは、燃焼器の尾筒に配置される燃焼振動低減装置の外観性を向上できるガスタービンに関する。

近年のガスタービンでは、燃焼器にて発生した燃焼振動を低減するために、燃焼器の尾筒に燃焼振動低減装置（音響ライナ）が設置されている。このような構成を採用する従来のガスタービンとして、特許文献１に記載される技術が知られている。従来のガスタービンの燃焼振動低減装置（モジュラー形共鳴器）は、圧縮機、燃焼器組立体、移行部及びタービン組立体が流路を画定する燃焼タービン発電所のモジュラー形共鳴器であって、流路の直径よりも実質的に小さいサイズを有し、複数の開口が形成された第１の部材と、第１の部材と離隔関係に維持され、第１の部材との間にガス空間を形成する第２の部材とにより成り、第１の部材の開口は流路と流体連通関係にある。

特表２００４−５０９３１３号公報

しかしながら、従来のガスタービンの燃焼振動装置では、ガス空間を形成する第一部材が尾筒（ハウジング）の壁面に対して平行に設置される。このため、尾筒がテーパ形状を有するときに、プレス加工された第一部材の屈曲部にシワが発生し易い。すると、製品の音響面及び構造面の性能が低下するおそれがある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、燃焼器の尾筒に配置される燃焼振動低減装置の外観性を向上できるガスタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるガスタービンは、燃焼器の尾筒に配置されてガス空間を形成すると共に前記ガス空間と前記尾筒の内部とを複数の通気孔を介して連通させることにより、前記燃焼器にて発生した燃焼振動を低減する燃焼振動低減装置を備えるガスタービンであって、前記燃焼振動低減装置が、プレス加工されて成る略Ｕ字型断面形状を有すると共に略Ｕ字型断面形状の開口部を前記尾筒側に向けつつ前記尾筒の外周に配置される第一部材と、前記第一部材の略Ｕ字型断面形状の開口部を塞いで前記第一部材との間に前記ガス空間を形成すると共に複数の前記通気孔を有する第二部材とを有し、且つ、前記尾筒の径方向断面視にて、前記尾筒の外径が前記尾筒の軸方向に向かうに連れて変化するときに、前記尾筒の軸Ｌから前記第一部材の略Ｕ字型断面形状の各屈曲部までの距離ｄ１、ｄ２が略一定に設定されることを特徴とする。

このガスタービンでは、尾筒の軸Ｌから第一部材の略Ｕ字型断面形状の各屈曲部までの距離ｄ１、ｄ２が略一定に設定される。したがって、第一部材の略Ｕ字型断面形状の底面が尾筒の軸Ｌに対して略平行に配置される。かかる構成では、第一部材を略Ｕ字型断面形状に成型するときに、そのプレス加工が容易となる利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、燃焼器の尾筒に配置されてガス空間を形成すると共に前記ガス空間と前記尾筒の内部とを複数の通気孔を介して連通させることにより、前記燃焼器にて発生した燃焼振動を低減する燃焼振動低減装置を備えるガスタービンであって、前記燃焼振動低減装置が前記ガス空間を形成する第一部材および第二部材から成ると共に、前記第二部材が複数の前記通気孔を有し、且つ、前記尾筒の径方向断面視にて、前記尾筒の径方向にかかる前記第二部材から前記第一部材までの距離を前記ガス空間の高さｈと呼ぶと共に前記ガス空間の高さｈが前記尾筒の軸方向に向かうに連れて変化するときに、前記通気孔の開口率σｐが前記ガス空間の高さｈに応じて調整されることを特徴とする。

このガスタービンでは、ガス空間の高さｈに応じて通気孔の開口率σｐを調整することにより、装置の吸音特性を変化させ得る。これにより、装置の吸音特性を適正化できる利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記ガス空間の高さｈが前記尾筒の軸方向に向かうに連れて減少するときに、前記通気孔の開口率σｐが減少する。

このガスタービンでは、ガス空間の高さｈが尾筒の軸方向に向かうに連れて減少することにより、吸音率がピーク値をとる周波数が高域側にシフトする。一方、通気孔の開口率σｐが減少することにより、吸音率がピーク値をとる周波数が低域側にシフトする。これらの相乗効果により、ガス空間の高さｈが一様でない場合にも、燃焼振動低減装置の吸音特性が尾筒の軸方向に対して均一化される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記ガス空間の高さｈが前記尾筒の軸方向に向かうに連れて減少するときに、前記通気孔の開口率σｐが増加する。

このガスタービンでは、ガス空間の高さｈが尾筒の軸方向に向かうに連れて減少することにより、吸音率がピーク値をとる周波数が高域側にシフトする。また、通気孔の開口率σｐが増加することにより、吸音率がピーク値をとる周波数が低域側にシフトする。これらの相乗効果を効果的に用いることで、必要な吸音特性を適正化できる利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、複数の前記通気孔の径が前記尾筒の軸方向に向かうに連れて変化することにより、前記通気孔の開口率σｐが調整される。

このガスタービンでは、例えば、通気孔の配置間隔を一定に維持しつつ通気孔の開口率σｐを調整できるので、通気孔の配置間隔が不均一な構成と比較して、第二部材の強度が適性に維持される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、複数の前記通気孔の配置間隔が前記尾筒の軸方向に向かうに連れて変化することにより、前記通気孔の開口率σｐが調整される。

このガスタービンでは、例えば、通気孔の径φを一定に維持しつつ通気孔の開口率σｐを調整できるので、通気孔の径が不均一な構成と比較して、通気孔の加工が容易となる利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、特定周波数帯にかかる吸音特性を調整する音響管が前記第一部材に配置される。

このガスタービンでは、音響管により特定周波数帯の吸音特性が調整されるので、装置の吸音特性をより効率的に適正化できる利点がある。例えば、この音響管の配置により、周波数特性のブロード化が可能となる。

この発明にかかるガスタービンでは、尾筒の軸Ｌから第一部材の略Ｕ字型断面形状の各屈曲部までの距離ｄ１、ｄ２が略一定に設定される。したがって、第一部材の略Ｕ字型断面形状の底面が尾筒の軸Ｌに対して略平行に配置される。かかる構成では、第一部材を略Ｕ字型断面形状に成型するときに、そのプレス加工が容易となる利点がある。

また、このガスタービンでは、ガス空間の高さｈに応じて通気孔の開口率σｐを調整することにより、装置の吸音特性を変化させ得る。これにより、装置の吸音特性を適正化できる利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかるガスタービンを示す全体構成図である。図２は、図１に記載したガスタービンの燃焼器を示す断面図である。図３は、図２に記載した燃焼器の燃焼振動低減装置を示す構成図である。図４および図５は、図３に記載した振動低減装置を示すＡ−Ａ視図（図４）およびＢ−Ｂ視断面図（図５）である。図６〜図１１は、図３に記載した燃焼振動低減装置の変形例を示す説明図である。

［ガスタービン］
このガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを有する（図１参照）。圧縮機２は、空気取込口から取り込まれた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器３は、この圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン４は、この燃焼ガスの熱エネルギーをロータ５の回転エネルギーに変換して駆動力を発生させる。そして、この駆動力がロータ５に連結された発電機（図示省略）などに伝達される。

また、燃焼器３は、圧縮機２の出口部後方であってタービン４の入口部前方に設置される。また、複数の燃焼器３がタービン４の周方向に環状に配置される。各燃焼器３は、内筒３１と、尾筒（燃焼筒）３２と、燃料ノズル３３とを有する。内筒３１は、燃焼器３の燃焼室を構成する筒状部材であり、圧縮機２の車室２１に固定されて設置される。尾筒３２は、内筒３１とタービン４の入口部４１とを接続する筒状部材である。燃料ノズル３３は、燃焼室に燃料を噴射するためのノズルであり、内筒３１に挿入されて配置される。

このガスタービン１では、圧縮機２にて圧縮された空気（圧縮空気）が燃焼器３の内筒３１および尾筒３２から燃焼器３内部に供給される。燃焼器３の燃焼室では、この圧縮空気と燃料ノズル３３から噴射された燃料との混合気が燃焼し、高温高圧の燃焼ガスとなる。そして、この燃焼ガスが尾筒３２を介してタービン４に供給される。

［燃焼振動低減装置］
また、このガスタービン１では、燃焼器３が燃焼振動低減装置（音響ライナ）３４を有する（図２参照）。この燃焼振動低減装置３４は、燃焼器３の尾筒３２に配置されてガス空間Ｓを形成し、また、このガス空間Ｓと尾筒３２の内部とを連通させる複数の通気孔３４３を有する。そして、燃焼振動低減装置３４は、ガス空間Ｓと尾筒３２の内部との間でガスを流通させることにより、燃焼器３にて発生した燃焼振動を低減する。ここで、燃焼振動とは、例えば、燃焼速度の変化に起因して発生する音響エネルギーをいい、燃焼器３の尾筒３２にて発生あるいは増幅される。なお、この実施例では、燃焼振動低減装置３４が尾筒３２の外周に配置されている。また、複数の燃焼振動低減装置３４が所定間隔を隔てつつ尾筒３２の全周に渡って配置されている。

また、燃焼振動低減装置３４は、第一部材３４１および第二部材３４２から成り、燃焼器３の尾筒３２に配置される（図３〜図５参照）。第一部材３４１は、尾筒３２の外周にガス空間（背後層）Ｓを形成する部材（ライナ箱）である。この第一部材３４１は、板状部材をプレス加工して成る略Ｕ字型断面形状を有し、略Ｕ字型断面形状の開口部を尾筒３２側に向けつつ尾筒３２の外周に配置される。第二部材３４２は、第一部材３４１の略Ｕ字型断面形状の開口部を塞いで第一部材３４１との間にガス空間Ｓを形成する。また、第二部材３４２は、ガス空間Ｓと尾筒３２の内部（燃焼ガスの通路）とを連通させる複数の通気孔３４３を有する。

例えば、この実施例では、第一部材３４１が金属製の板状部材をプレス加工して成る箱型形状を有している（図３〜図５参照）。具体的には、第一部材３４１が、平面視にて略四角形を有する箱型形状を有しており、また、略Ｕ字型断面形状を有している。また、第一部材３４１の屈曲部がＲ断面形状にプレス加工されている。また、第一部材３４１は、略Ｕ字型断面形状の開口部を尾筒３２（第二部材３４２）側に向けつつ尾筒３２の外周に配置されている。また、第二部材３４２と尾筒３２とが一体形成されている。そして、第一部材３４１が第二部材３４２（尾筒３２の壁面）に対して溶接されて固定されている。また、第二部材（尾筒３２の壁面）３４２に複数の通気孔３４３が明けられており、これらの通気孔３４３を介して、ガス空間Ｓと尾筒３２の内部とが連通している。

ここで、この燃焼振動低減装置３４では、尾筒３２の径方向断面視にて、尾筒３２の外径が尾筒３２の軸方向（軸Ｌの方向。燃焼ガスの流れ方向。）に向かうに連れて変化する（図３参照）。例えば、この実施例では、尾筒３２の外径が尾筒３２の軸方向に向かうに連れて徐々に拡張されている（テーパ形状）。このとき、尾筒３２の軸Ｌから第一部材３４１の内壁面（ガス空間Ｓを仕切る壁面）までの距離ｄが略一定（ｄ１＝ｄ２）に設定される。すなわち、第一部材３４１の内壁面が尾筒３２の軸Ｌに対して略平行に配置される。一方、ガス空間Ｓの高さ（第二部材３４２の壁面から第一部材３４１の壁面までの尾筒３２の径方向の距離）ｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて変化する。例えば、この実施例では、ガス空間Ｓの高さｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて徐々に狭くなっている（ｈ１＞ｈ２）。

［効果］
このガスタービン１では、尾筒３２の軸Ｌから第一部材３４１の略Ｕ字型断面形状の各屈曲部までの距離ｄ１、ｄ２が略一定に設定される。したがって、第一部材３４１の略Ｕ字型断面形状の底面が尾筒３２の軸Ｌに対して略平行に配置される（図３参照）。かかる構成では、第一部材３４１を略Ｕ字型断面形状に成型するときに、そのプレス加工が容易となる利点がある。また、第一部材３４１のプレス加工が容易となる結果、製品コストを低減できる利点がある。例えば、尾筒がテーパ形状を有するときに、この尾筒の外壁面に対して第一部材の内壁面が平行に配置される構成（図示省略）では、第一部材のプレス加工時にて、第一部材の一方（尾筒の外径が小さい側）の屈曲部にシワが発生し易くなる。すると、製品の外観性が低下するおそれがある。

［燃焼振動低減装置の吸音特性］
一般に、ガス空間Ｓの高さｈや通気孔の開口率σｐが変化すると、燃焼振動低減装置３４の吸音特性（燃焼振動の周波数と吸音率との関係）が変化する。例えば、通気孔の開口率σｐあるいはガス空間Ｓの高さｈが変化すると、吸音率がピーク値をとる周波数帯が変化する。

そこで、このガスタービン１では、尾筒３２の径方向断面視にて、ガス空間Ｓの高さｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて変化するときに、通気孔３４３の開口率σｐがガス空間Ｓの高さｈに応じて調整されることが好ましい（図６参照）。かかる構成では、ガス空間Ｓの高さｈに応じて通気孔３４３の開口率σｐを調整することにより、装置の吸音特性を変化させ得る（図７参照）。例えば、通気孔３４３の開口率σｐの調整により、吸音率がピーク値をとる周波数帯をシフトあるいは分散させ得る。これにより、装置の吸音特性を適正化できる利点がある。なお、通気孔３４３の開口率σｐとは、第二部材３４２の単位面積あたりの通気孔３４３の面積をいう。

例えば、上記の構成では、ガス空間Ｓの高さｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて減少するときに、通気孔３４３の開口率σｐが減少することが好ましい（図６参照）。かかる構成では、ガス空間Ｓの高さｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて減少することにより、吸音率がピーク値をとる周波数が高域側にシフトする。一方、通気孔３４３の開口率σｐが減少することにより、吸音率がピーク値をとる周波数が低域側にシフトする（図７参照）。これらの相乗効果を効果的に用いることで、必要な吸音特性を適正化できる利点がある。例えば、ガス空間Ｓの高さｈが一様でない場合にも、燃焼振動低減装置３４の吸音特性が尾筒３２の軸方向に対して均一化される利点がある。

また、例えば、上記の構成では、ガス空間Ｓの高さｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて減少するときに、通気孔３４３の開口率σｐが増加しても良い（図８参照）。かかる構成では、ガス空間Ｓの高さｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて減少することにより、吸音率がピーク値をとる周波数が高域側にシフトする。また、通気孔３４３の開口率σｐが増加することにより、吸音率がピーク値をとる周波数が高域側にシフトする。これらの相乗効果を効果的に用いることで、必要な吸音特性を適正化できる利点がある。

また、上記の構成では、複数の通気孔３４３の径φが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて変化することにより、通気孔３４３の開口率σｐが調整されることが好ましい（図６参照）。かかる構成では、例えば、通気孔３４３の配置間隔を一定に維持しつつ通気孔３４３の開口率σｐを調整できるので、通気孔の配置間隔が不均一な構成と比較して、第二部材３４２の強度が適性に維持される利点がある。

例えば、図６に示す実施例では、ガス空間Ｓの高さｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて減少しており、且つ、複数の通気孔３４３の径φ１、φ２、…、φｎが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて減少している（φ１＞φ２＞…＞φｎ）。これにより、ガス空間Ｓの高さｈが小さくなるほど、通気孔３４３の開口率σｐが小さくなるように調整されている。

また、上記の構成では、複数の通気孔３４３の配置間隔Ｐが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて変化することにより、通気孔３４３の開口率σｐが調整されることが好ましい（図８参照）。かかる構成では、例えば、通気孔３４３の径φを一定に維持しつつ通気孔３４３の開口率σｐを調整できるので、通気孔の径が不均一な構成と比較して、通気孔３４３の加工が容易となる利点がある。

例えば、図９に示す実施例では、ガス空間Ｓの高さｈが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて減少しており、且つ、複数の通気孔３４３の配置間隔Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｎが尾筒３２の軸方向に向かうに連れて狭くなっている（Ｐ１＞Ｐ２＞…＞Ｐｎ）。これにより、ガス空間Ｓの高さｈが小さくなるほど、通気孔３４３の開口率σｐが大きくなるように調整されている。

［音響管］
また、このガスタービン１では、特定周波数帯にかかる吸音特性を調整する音響管３４４が第一部材３４１に配置されることが好ましい（図９参照）。かかる構成では、音響管３４４により特定周波数帯の吸音特性が調整されるので、装置の吸音特性をより効率的に適正化できる利点がある。例えば、この音響管３４４の配置により、周波数特性のブロード化が可能となる（図１０参照）。

例えば、この実施例では、金属製かつ単一の音響管３４４が第一部材３４１に配置されている（図９参照）。この音響管３４４は、多孔質金属等から成る調整部材（抵抗）３４５を内部に有している。そして、この調整部材３４５の位置が変化することにより、調整すべき周波数帯が変更可能となっている（図１０参照）。また、音響管３４４の全長によっても、調整すべき周波数帯が変更可能となっている。なお、音響管３４４は、第一部材３４１のいずれの位置（例えば、図９中の破線の位置）に配置されても良い。

［第一部材の肉厚］
なお、第一部材３４１の肉厚ｔによっても、装置の音響特性が調整され得る（図３および図１１参照）。例えば、第一部材３４１の肉厚ｔが薄くなるほど、装置の音響特性がブロード化される。

以上のように、本発明にかかるガスタービンは、燃焼器の尾筒に配置される燃焼振動低減装置の外観性を向上できる点で有用である。

この発明の実施例にかかるガスタービンを示す全体構成図である。図１に記載したガスタービンの燃焼器を示す断面図である。図２に記載した燃焼器の燃焼振動低減装置を示す構成図である。図３に記載した振動低減装置を示すＡ−Ａ視図である。図３に記載した振動低減装置を示すＢ−Ｂ視断面図である。図３に記載した燃焼振動低減装置の変形例を示す説明図である。図３に記載した燃焼振動低減装置の変形例を示す説明図である。図３に記載した燃焼振動低減装置の変形例を示す説明図である。図３に記載した燃焼振動低減装置の変形例を示す説明図である。図３に記載した燃焼振動低減装置の変形例を示す説明図である。図３に記載した燃焼振動低減装置の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ガスタービン
２圧縮機
３燃焼器
４タービン
５ロータ
２１車室
３１内筒
３２尾筒
３３燃料ノズル
３４燃焼振動低減装置
３４１第一部材
３４２第二部材
３４３通気孔
３４４音響管
３４５調整部材

Claims

燃焼器の尾筒に配置されてガス空間を形成すると共に前記ガス空間と前記尾筒の内部とを複数の通気孔を介して連通させることにより、前記燃焼器にて発生した燃焼振動を低減する燃焼振動低減装置を備えるガスタービンであって、
前記燃焼振動低減装置が、プレス加工されて成る略Ｕ字型断面形状を有すると共に略Ｕ字型断面形状の開口部を前記尾筒側に向けつつ前記尾筒の外周に配置される第一部材と、前記第一部材の略Ｕ字型断面形状の開口部を塞いで前記第一部材との間に前記ガス空間を形成すると共に複数の前記通気孔を有する第二部材とを有し、且つ、
前記尾筒の径方向断面視にて、前記尾筒の外径が前記尾筒の軸方向に向かうに連れて変化するときに、前記尾筒の軸Ｌから前記第一部材の略Ｕ字型断面形状の各屈曲部までの距離ｄ１、ｄ２が略一定に設定されることを特徴とするガスタービン。
燃焼器の尾筒に配置されてガス空間を形成すると共に前記ガス空間と前記尾筒の内部とを複数の通気孔を介して連通させることにより、前記燃焼器にて発生した燃焼振動を低減する燃焼振動低減装置を備えるガスタービンであって、
前記燃焼振動低減装置が前記ガス空間を形成する第一部材および第二部材から成ると共に、前記第二部材が複数の前記通気孔を有し、且つ、
前記尾筒の径方向断面視にて、前記尾筒の径方向にかかる前記第二部材から前記第一部材までの距離を前記ガス空間の高さｈと呼ぶと共に前記ガス空間の高さｈが前記尾筒の軸方向に向かうに連れて変化するときに、前記通気孔の開口率σｐが前記ガス空間の高さｈに応じて調整されることを特徴とするガスタービン。
前記ガス空間の高さｈが前記尾筒の軸方向に向かうに連れて減少するときに、前記通気孔の開口率σｐが減少する請求項２に記載のガスタービン。
前記ガス空間の高さｈが前記尾筒の軸方向に向かうに連れて減少するときに、前記通気孔の開口率σｐが増加する請求項２に記載のガスタービン。
複数の前記通気孔の径が前記尾筒の軸方向に向かうに連れて変化することにより、前記通気孔の開口率σｐが調整される請求項３または４に記載のガスタービン。
複数の前記通気孔の配置間隔が前記尾筒の軸方向に向かうに連れて変化することにより、前記通気孔の開口率σｐが調整される請求項３または４に記載のガスタービン。
特定周波数帯にかかる吸音特性を調整する音響管が前記第一部材に配置される請求項２〜６のいずれか一つに記載のガスタービン。