JP2009144975A - Acoustic damper structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービン燃焼器の燃焼振動低減に用いられる音響ダンパに関するものである。 The present invention relates to an acoustic damper used for reducing combustion vibration of a gas turbine combustor.
従来、ガスタービンの燃焼器には、燃焼振動を低減することができ、かつ、燃焼器本体の振動強度を有利にする音響ダンパが取り付けられている。この音響ダンパは、燃焼器で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動のうち、低周波数帯域(数十〜数百Hzオーダーの周波数領域)の振動を減衰させるものであり、音響管(「共鳴管」ともいう)とダンパ本体とが一体構造となっている。
上述した音響ダンパ及び音響ダンパを備えたガスタービンとしては、たとえば特許文献1及び特許文献2に開示されたものが知られている。
なお、高周波数帯域(数KHzオーダーの周波数領域)の燃焼振動については、燃焼器本体の外周に取り付けられる装置(一般的には「音響ライナ」と呼ばれている)により対処している。
As the above-described acoustic damper and the gas turbine including the acoustic damper, for example, those disclosed in
Note that combustion vibrations in a high frequency band (frequency range on the order of several KHz) are dealt with by a device (generally called “acoustic liner”) attached to the outer periphery of the combustor body.
ところで、上述した音響ダンパは一種の共鳴箱であり、音響ダンパの内部には大きな圧力変動が発生して振動の原因となり、さらに、音響ダンパの外壁面にはガスタービン車室内に流入する圧縮空気の流体力が作用して加振している。このため、音響ダンパは、運転時に内外からの加振による振動で損傷する可能性がある。なお、音響ダンパを振動させる加振力としては、ダンパ内部の圧力変動が大きいものとなる。 By the way, the above-mentioned acoustic damper is a kind of resonance box, and a large pressure fluctuation is generated inside the acoustic damper, causing vibrations. Further, compressed air flowing into the gas turbine casing on the outer wall surface of the acoustic damper. The fluid force is acting to vibrate. For this reason, there is a possibility that the acoustic damper may be damaged by vibration caused by vibration from inside and outside during operation. In addition, as an excitation force which vibrates an acoustic damper, the pressure fluctuation inside a damper will become a big thing.
上述した特許文献に記載されている従来の音響ダンパは、共鳴管が音響ダンパ本体と一体に構成されている。従って、車室内の流体圧力及び共鳴管内の圧力変動を同時に受ける状況は、振動強度的に厳しいものとなる。
また、従来の音響ダンパは、一定径の音響管でダンパ形状を形成するため制約が多く、ダンパ形状は限られたものとなる。さらに、従来の音響ダンパは、非常に狭隘な空間に組み立てるため、形状に制限を受ける。このため、局所応力が発生しやすい角張った形状となり、この点からも振動強度的に厳しいものとなる。
In the conventional acoustic damper described in the above-mentioned patent document, the resonance tube is configured integrally with the acoustic damper main body. Accordingly, the situation in which the fluid pressure in the passenger compartment and the pressure fluctuation in the resonance tube are simultaneously affected is severe in terms of vibration strength.
In addition, the conventional acoustic damper has many restrictions because the damper shape is formed by an acoustic tube having a constant diameter, and the damper shape is limited. Furthermore, since the conventional acoustic damper is assembled in a very narrow space, the shape is limited. For this reason, it becomes an angular shape in which local stress is likely to occur, and from this point, the vibration strength becomes severe.
このような背景から、車室内の流体圧力及び共鳴管内の圧力変動を同時に受ける音響ダンパについて、厳しい状況にある振動強度の問題を緩和できるようにした音響ダンパ構造が求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、振動強度を緩和できる音響ダンパ構造の提供を目的としている。
Against this background, there is a need for an acoustic damper structure that can alleviate the problem of vibration intensity in severe conditions for an acoustic damper that simultaneously receives fluid pressure in the passenger compartment and pressure fluctuation in the resonance tube.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an acoustic damper structure that can reduce vibration intensity.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る音響ダンパ構造は、燃焼器で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動のうち、数十〜数百Hzオーダーの周波数領域の振動を減衰させる音響ダンパ構造であって、音響管とダンパ本体とを別体とし、前記音響管を前記ダンパ本体の内部に収納するとともに、前記音響管の少なくとも一箇所が支持構造を介して前記ダンパ本体に支持されていることを特徴とするものである。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The acoustic damper structure according to the present invention is an acoustic damper structure for attenuating vibrations in a frequency range on the order of several tens to several hundreds Hz among combustion vibrations generated when fuel is burned in a combustor. And the damper body are separated, the acoustic tube is housed in the damper body, and at least one portion of the acoustic tube is supported by the damper body via a support structure It is.
上述した本発明の音響ダンパ構造によれば、音響管とダンパ本体とを別体とし、音響管をダンパ本体の内部に収納するとともに、音響管の少なくとも一箇所が支持構造を介してダンパ本体に支持されているので、車室内の流体力をダンパ本体が受け、音響管は内部で発生する圧力変動のみを受ければよいので、力の分散が可能となる。また、音響管及びダンパ本体が別体であるため、ダンパ本体が音響管内で発生する圧力変動の励振を受けにくくなり、さらに、少なくとも一箇所の支持構造を設けて容易に音響チューニング振動数から構造振動数を離調することができる。 According to the acoustic damper structure of the present invention described above, the acoustic tube and the damper main body are separated from each other, and the acoustic tube is housed inside the damper main body, and at least one portion of the acoustic tube is attached to the damper main body via the support structure. Since it is supported, the damper main body receives the fluid force in the passenger compartment, and the acoustic tube only needs to receive pressure fluctuations generated therein, so that the force can be distributed. In addition, since the acoustic tube and the damper body are separate, the damper body is less susceptible to excitation of pressure fluctuations generated in the acoustic tube, and at least one supporting structure is provided to easily construct the structure from the acoustic tuning frequency. The frequency can be detuned.
上記の発明において、前記音響管は、音響管断面積を等しくして複数に分割されていることが好ましく、これにより、音響管の径が小さくなって曲げ加工を容易に実施することができる。 In the above invention, the acoustic tube is preferably divided into a plurality of sections with the same sectional area of the acoustic tube, whereby the diameter of the acoustic tube can be reduced and bending can be easily performed.
上記の発明において、前記音響管にマスを付与することが好ましく、これにより、音響管の構造振動数について変更可能な幅を広げることができる。 In the above invention, it is preferable to give a mass to the acoustic tube, and thereby, a width that can be changed with respect to the structural frequency of the acoustic tube can be widened.
上記の発明において、前記音響管の途中に連結部を設けておくことが好ましく、これにより、音響管内部の圧力変動により励振されても、連結部における配管の変位差により減衰を付与することができる。 In the above invention, it is preferable to provide a connecting portion in the middle of the acoustic tube, so that even if excited by a pressure fluctuation inside the acoustic tube, attenuation can be imparted by a displacement difference of the piping in the connecting portion. it can.
上記の発明において、前記音響管を複数に分割し、異なる音響管どうしは連結部を介して結合することが好ましく、これにより、分割した音響管の配管ルート及び構造振動数が異なるため、変位差を生じやすくなる。従って、音響管内部の圧力変動により励振されても、連結部における配管の変位差により減衰を付与することができる。 In the above invention, it is preferable to divide the acoustic tube into a plurality of parts, and to connect the different acoustic tubes via a connecting portion, whereby the piping route and the structural frequency of the divided acoustic tube are different, so that the displacement difference Is likely to occur. Therefore, even if excited by pressure fluctuations inside the acoustic tube, attenuation can be imparted due to the displacement difference of the piping at the connecting portion.
上記の発明において、前記音響管と前記ダンパ本体との間に板ばねを介在させることが好ましく、これにより、ダンパ本体と板ばね間の変位差により減衰を付与することができる。 In the above invention, it is preferable to interpose a leaf spring between the acoustic tube and the damper main body, so that attenuation can be imparted by a displacement difference between the damper main body and the leaf spring.
本発明に係るガスタービンは、燃焼器が請求項1から6のいずれかに記載の音響ダンパを備えていることを特徴とするものである。
A gas turbine according to the present invention is characterized in that a combustor includes the acoustic damper according to any one of
上述した本発明のガスタービンによれば、燃焼器が請求項1から6のいずれかに記載の音響ダンパを備えているので、ダンパ本体が車室内の流体力を受け、音響管が内部で発生する圧力変動のみを受けることで力を分散できる。また、音響管及びダンパ本体が別体であるため、ダンパ本体が音響管内で発生する圧力変動の励振を受けにくくなり、さらに、少なくとも一箇所の支持構造を設けて容易に音響チューニング振動数から構造振動数を離調することができる。従って、チューニングが容易で、強度等の信頼性も高い音響ダンパを備えたガスタービンとなる。
According to the gas turbine of the present invention described above, since the combustor includes the acoustic damper according to any one of
本発明によれば、従来の音響ダンパにおいて、車室内の流体圧力及び共鳴管内の圧力変動を同時に受けて厳しい状況にあった振動強度の問題を緩和し、信頼性や耐久性の高い音響ダンパ構造を提供することが可能になる。
また、この音響ダンパ構造を備えたガスタービンについても、信頼性や耐久性を向上させることが可能になる。
According to the present invention, in a conventional acoustic damper, an acoustic damper structure with high reliability and durability is achieved by relieving the problem of vibration strength in a severe situation by simultaneously receiving the fluid pressure in the passenger compartment and the pressure fluctuation in the resonance tube. It becomes possible to provide.
In addition, it is possible to improve the reliability and durability of the gas turbine provided with this acoustic damper structure.
以下、本発明に係る音響ダンパ構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
本発明に係る音響ダンパ構造について、第1の実施形態を図1から図3を参照して説明する。
図1は本発明に係る音響ダンパ構造を示す断面図、図2は本発明に係る音響ダンパ構造を具備したガスタービンの断面図、図3は図2に示すガスタービンの燃焼器部分を拡大した詳細図である。
Hereinafter, an embodiment of an acoustic damper structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
A first embodiment of an acoustic damper structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
1 is a cross-sectional view showing an acoustic damper structure according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a gas turbine equipped with the acoustic damper structure according to the present invention, and FIG. 3 is an enlarged view of a combustor portion of the gas turbine shown in FIG. FIG.
図2に示すように、ガスタービン1には、空気の流れの上流側から下流側に向かって、空気取入口2、圧縮機3、燃焼器10、及びタービン4が設けられている。そして、空気取入口2から取り込まれた空気は、圧縮機3によって圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器10へ送り込まれる。燃焼器10では、この圧縮空気に燃料として天然ガス等のガス燃料、あるいは軽油や軽重油等の液体燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを生成させる。この高温・高圧の燃焼ガスは、後述する尾筒14内を通過した後、タービン4に噴射される。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、燃焼器10は、ハウジング11の内部に形成された車室12内に燃焼器本体13が収納設置されている。燃焼器本体13の下流側には、燃焼器本体13の燃焼室(不図示)に連通する尾筒14が設けられている。この尾筒14は、燃焼室とタービン4との間を接続する筒状部材であり、タービン4に近い下流側へ行くほど断面積が絞られている。
燃焼器本体13は略円筒形とされ、その円筒内部にはパイロットノズル及び複数(たとえば8本)のメインノズルが設置されている。なお、パイロットノズルは燃焼器本体13の軸中心位置に配置され、メインノズルはパイロットノズルの周囲を取り囲むようにして等ピッチに配置されている。
As shown in FIG. 3, the
The combustor
上述した尾筒14には、燃焼振動の減衰装置として、燃焼振動を減衰させる音響ダンパ20及び音響ライナ50が設けられている。
一方の音響ライナ50は、高周波数帯域(数KHzオーダーの周波数帯域)の燃焼振動を減衰させる減衰装置であり、燃焼器本体13に近い尾筒14の周囲に環装されている。この音響ライナ50は、たとえば複数の吸音孔が形成され、円筒形の形状に形成された多孔板と、この多孔板の周囲に形成されたハウジングとによって構成されている。
The above-described
One
図1に示す音響ダンパ20は、燃焼器10で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動のうち、数十〜数百Hzオーダーになる低周波数領域の振動を減衰させるものである。この音響ダンパ20は、音響管21とダンパ本体30とが別体に構成された音響ダンパ構造となる。
音響管21は、後述するダンパ本体30の内部に収納設置されている。図示の音響管21は、ガス入口部22と、テーパ部23と、音響管本体24とが連通して一体に接続されている。
The
The
ガス入口部22は、音響管21の中では最も大きな流路断面積を有している。
テーパ部23は、ガス入口部22と音響管本体24との間を接続する部分である。従って、テーパ部23は、最も流路断面積の大きいガス入口部22から流路断面積の小さい音響配管部24まで、すなわち、ガス入口部22から下流側へ向けて、内部の流路断面積が徐々に絞られる部分となる。
The
The
音響管本体24は、たとえば市販の配管部材等を折曲して構成される。図示の構成例では、ガス入口部22が音響管21の略中心位置となり、ガス入口部22とテーパ部23を介して接続された音響管本体24は、外周側へ向かう略矩形の渦巻き状となるように折曲されている。
上述した音響管本体24を収納する別体構造のダンパ本体30は、内部空間31を形成する箱状の構成部材である。図示のダンパ本体30は、略直方体の形状とされる。なお、ダンパ本体30の内部空間31については、完全密閉の気密構造とする必要はない。
The acoustic tube
The damper
また、上述した音響管21の音響管本体24は、ダンパ本体30の内部に収納した状態で、音響管21の少なくとも一箇所が支持構造40を介してダンパ本体30に支持されている。図示の構成例では、音響管21の音響管本体21が、ガス入口部22の接続部と反対側となる端部付近を支持構造40により支持されている。
支持構造40は、たとえば図1(b)に示すように、ダンパ本体30に支持されたサポート41が、スリーブ42を介して音響管本体24を保持するものである。なお、音響管本体24の支持構造40については、上述したサポート41及びスリーブ42を用いた構造に限定されることはなく、たとえばUボルト・ナットを用いる構造など、音響管本体24を部分的に保持できる構造であればよい。
Further, the acoustic tube
In the
このように構成された音響ダンパ構造によれば、燃焼器10の車室12内に作用する流体力をダンパ本体30が受け、ダンパ本体30内に設置された音響管21は、音響管内部で発生する圧力変動のみを受ければよい。このため、音響ダンパ20においては、流体力と内部圧力の変動とに力を分散させることが可能となる。
また、音響管21及びダンパ本体30が別体であるため、すなわち、音響管21とダンパ本体30との間には内部空間31が存在するので、ダンパ本体30は、音響管21内で発生して比較的大きな力となる圧力変動の励振を受けにくくなる。これにより、音響ダンパ20が車室12内の狭隘部に組まれるため、形状に制限を受けて局所応力を発生しやすいという従来の問題が、別体構造の採用により緩和されることになる。
According to the acoustic damper structure configured as described above, the damper
In addition, since the
さらに、上述した音響管21は、少なくとも一箇所が支持構造40により支持されているので、容易に音響チューニング振動数から構造振動数を離調することができる。これは、上述した別体構造の採用により支持構造40を設ける位置や数の自由度が増すので、音響管21の構造振動数を音響チューニング振動数から離調することが容易になるためである。
従って、上述した音響ダンパ20は、車室12内の流体圧力及び音響管(共鳴管)21内の圧力変動を同時に受けて厳しい状況にあった振動強度の問題が緩和され、信頼性や耐久性の高い音響ダンパ構造となる。
また、このような音響ダンパ20を備えたガスタービン1は、燃焼器10における燃焼振動の問題が解消され、信頼性や耐久性の高い製品となる。
Furthermore, since the
Therefore, the above-described
Moreover, the
<第2の実施形態>
続いて、本発明に係る音響ダンパ構造について、第2の実施形態を図4に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図4に示す音響ダンパ20Aでは、ガス入口22の後流側が二つに分割されている。具体的に説明すると、音響ダンパ20Aは、ガス入口部22を共通とし、下流側が二つのテーパ部23A,23B及び音響管本体24A,24Bに二分割されている。この場合、ガス入口部22の下流側で二分割された音響管本体24A,24Bは、トータル面積が等しくなるように二分割されている。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the acoustic damper structure according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the
また、音響管本体24A,24Bの出口側端部付近は、各々が支持構造40A,40Bにより支持されている。すなわち、図示の音響管ダンパ20Aは、左右対称となるように二分割されている。
このような構成の音響ダンパ20Aを採用すれば、音響管21A,21Bに径の小さい配管部材を使用できるので、曲げ加工を容易に実施することができる。従って、車室12内の流体圧力及び音響管21A,21B内の圧力変動を同時に受けて厳しい状況にあった振動強度の問題が緩和されるとともに、製造コストの削減も可能な音響ダンパ20Aを提供することができる。
なお、上述した実施形態では、ガス入口部22の下流側が二分割された構成例を示したが、これに限定されることはなく、たとえば3または4分割等の複数に分割した構成も可能である。
Further, the vicinity of the outlet side end portions of the acoustic tube
If the
In the above-described embodiment, the configuration example in which the downstream side of the
<第3の実施形態>
続いて、本発明に係る音響ダンパ構造について、第3の実施形態を図5に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図5に示す音響ダンパ20Bでは、音響管21の音響管本体24にマス25が付与されている。すなわち、音響管本体24の適所に適当な重量を有するマス25を取り付けたことにより、音響管21の構造振動数は、変更可能な幅を広げることができる。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the acoustic damper structure according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the
ところで、上述した実施形態では、1個のマス25を付与するとともに、2箇所の支持構造40を設けているが、これらの数や位置を適宜調整することで、音響管21の構造振動数を変える幅が広がるので、高次を含めた音響チューニング振動数から離調することが容易になる。すなわち、燃焼振動に対し、広範囲にわたるチューニングが可能となる音響ダンパ20Bを提供することができる。
By the way, in the above-described embodiment, one
<第4の実施形態>
続いて、本発明に係る音響ダンパ構造について、第4の実施形態を図6及び図7に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図6に示す音響ダンパ20Cでは、音響管21の途中に連結部45が設けられている。この連結部45は、渦巻き状の音響管本体24が隣接する部分を連結するもので、たとえば図7に示すように、音響管本体24にスリーブ46を取り付けてバンド47により連結している。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the acoustic damper structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the
このような構成とすれば、音響管21が内部に発生する圧力変動により励振されても、連結部45における配管の変位差により、すなわち、連結した音響管本体24が異なる変位をすることにより減衰を付与することができる。従って、音響管21の振動を低減することができる。
With such a configuration, even when the
<第5の実施形態>
続いて、本発明に係る音響ダンパ構造について、第5の実施形態を図8に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図8に示す音響ダンパ20Dでは、複数に分割した音響管し、異なる音響管どうしを連結部45を介して結合したものである。図示の例では、二つの音響管21A′,21B′に分割され、異なる二つの音響管21A′,21B′どうしが連結部45を介して結合されている。なお、この実施形態では、二つの音響管21A′,21B′が異なる形状となっているが、同じ形状のものでもよい。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the acoustic damper structure according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the
このような構成とすれば、分割した二つの音響管21A′,21B′は、各々配管ルート及び構造振動数が異なるため、変位差を生じやすくなる。従って、音響管21A′,21B′の内部に発生する圧力変動により励振されても、連結部45における配管の変位差により減衰を付与することができるので、音響管21A′,21B′の振動を低減することができる。
With such a configuration, the two divided
<第6の実施形態>
最後に、本発明に係る音響ダンパ構造について、第6の実施形態を図9に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図9に示す音響ダンパ20Eでは、音響管21とダンパ本体30との間に板ばね35を介在させている。この場合の板ばね35は、たとえば波形形状に折曲成形されたものであり、音響管21の外壁面及びダンパ本体30の内壁面に波形のピークが接するように設置されている。
<Sixth Embodiment>
Finally, a sixth embodiment of the acoustic damper structure according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the
このような構成とすれば、ダンパ本体30と板ばね35との間に生じる変位差により、音響管21に減衰を付与することができる。従って、音響管21の振動を低減することができる。なお、板ばね35が接する音響管21の外面及びダンパ本体30の内面には、必要に応じて耐摩耗性コーティング等を施し、耐久性を向上させることが好ましい。
With such a configuration, the
上述したように、本発明のガスタービン1は、燃焼器10が上述した各実施形態の音響ダンパ20,20A〜20Eを備えているので、ダンパ本体30が車室12内の流体力を受け、音響管21が内部で発生する圧力変動のみを受けることで力の分散が可能となる。また、音響管21及びダンパ本体30が別体であるため、ダンパ本体30が音響管21内で発生する圧力変動の励振を受けにくくなり、さらに、少なくとも一箇所の支持構造40を設けることで容易に音響チューニング振動数から構造振動数を離調することができる。従って、燃焼振動に対するチューニングが容易になり、強度等の信頼性も高い音響ダンパ20,20A〜20Eを備えたガスタービン1を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて適宜各実施液体を組み合わせた変形実施が可能であり、たとえば、図9に示した板ばね35を第2〜第5の実施形態と組み合わせることも可能である。
As described above, the
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified by appropriately combining the implementation liquids as necessary. For example, the
1 ガスタービン
10 燃焼器
11 ハウジング
12 車室
13 燃焼器本体
14 尾筒
20,20A〜20E 音響ダンパ
21 音響管
22 ガス入口部
23 テーパ部
24 音響管本体
25 マス
30 ダンパ本体
35 板ばね
40 支持構造
45 連結部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
音響管とダンパ本体とを別体とし、前記音響管を前記ダンパ本体の内部に収納するとともに、前記音響管の少なくとも一箇所が支持構造を介して前記ダンパ本体に支持されていることを特徴とする音響ダンパ構造。 An acoustic damper structure that attenuates vibrations in the frequency range of the order of several tens to several hundreds of Hz among combustion vibrations generated when fuel is combusted in a combustor,
The acoustic tube and the damper main body are separated, the acoustic tube is housed in the damper main body, and at least one part of the acoustic tube is supported by the damper main body via a support structure. Sound damper structure to play.
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