JP2011137453A - 騒音低減用エジェクター／ミキサーノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンの騒音低減。
【解決手段】ガスタービンの入口抽気加熱システムは、圧縮機吐出空気を抽出する圧縮機吐出側抽出マニホルド１２と、圧縮機吐出空気を受け入れる入口抽気加熱マニホルド１８と、入口抽気加熱マニホルドの出口端部に配置されて、入口抽気加熱マニホルド内の圧縮機吐出空気の速度を低下させる複数の音響分散ノズル２６とを含む。騒音は、周囲大気とオリフィスからの空気噴流の間の剪断作用によって生じる。例えば、多段エジェクター／ミキサーを用いて、空気噴射速度を遅らせると、騒音を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンの騒音低減に関し、より詳細には、騒音を低減するためのガスタービン入口抽気熱の応用における多段エジェクター／ミキサーノズルの使用に関する。

ガスタービンの燃焼システムは、タービンを駆動するための高温ガスを発生する。タービンは、同様に、燃焼システム内で燃焼させるための圧縮空気を供給する圧縮機を駆動する。タービンは、使用可能な出力を発生する。

一部のガスタービン応用例において、ガスタービン圧力比が圧縮機の操作圧力比限界に達して圧縮機サージが起こる、ガスタービンプラント操作の事例がある。これらの事例は、低ＢＴＵ（英国熱量単位）燃料又は大量の希釈剤を注入されたその他の燃料が用いられる場合及び／又は低い周囲温度条件下での応用例で起こる可能性がある。圧縮機圧力比は、タービンがタービン燃焼器内で圧力損失を受けるという点で、タービン圧力比よりも一般的に大きい。

圧縮機圧力比保護を提供するために用いられてきた一般的な解決方法の１つは、ガスタービン圧縮機吐出空気を抽気して、抽気空気を再循環させて圧縮機入口に戻すことである。このガスタービン運転方法は、入口抽気加熱（インレット・ブリード・ヒート：ＩＢＨ）制御として知られており、低温の周囲空気を高温の圧縮機吐出空気の抽気部分と混合することで、圧縮機入口空気の入口温度を上昇させ、空気密度とガスタービンへの質量流を低下させる。

ガスタービンが圧縮機空気を入口ダクト内に抽気する時に、騒音が生じ、これが騒音制限を超える可能性がある。既存の設計では、入口消音パネルの下流に抽気マニホルドが設置されている。この構成は圧縮機案内翼（ＩＧＶ）の氷結問題に対処することはできるが、入口フィルタハウジングの氷結問題を十分に解決してはいない。氷結問題に対処するために入口ダクト内の消音器の前に抽気マニホルドを設置した場合、騒音問題が生じる。

消音ノズルは、ＩＢＨシステムのために提案された。しかし、消音ノズルは高価である。関連問題は、航空機エンジン騒音を低減するためのエジェクター／ミキサーノズルを用いた航空機エンジン技術において対処されている。騒音は、周囲大気とオリフィスからの空気噴流の間の剪断作用によって生じる。多段エジェクター／ミキサーを経て、噴射速度を大幅に遅らせ、それによって騒音を低減する。現在、ガスタービンの騒音を低減する同様の技術は存在しない。

米国特許第５７６１９００号

従って、ＩＢＨシステムが、高価な構成部品を用いずにタービン内の高温空気の混合を向上させるためのエジェクター／ミキサー騒音低減ノズルを含むことが望ましいであろう。

例示的実施形態において、ガスタービンの入口抽気加熱システムは、圧縮機吐出空気を抽出する圧縮機吐出側抽出マニホルドと、圧縮機吐出空気を受け入れる入口抽気加熱マニホルドと、入口抽気加熱マニホルドの上流に配置された入口フィルタハウジングと、入口抽気加熱マニホルドの下流に配置された入口消音器とを含む。入口抽気加熱マニホルドの出口端部且つ入口フィルタハウジングと入口消音器の間に、複数の音響分散ノズルが配置される。音響分散ノズルは、圧縮機吐出空気を入口フィルタハウジングからの外気と混合することによって、入口抽気加熱マニホルド内の圧縮機吐出空気の速度を低下させる働きをする。

別の例示的実施形態において、ガスタービンの入口抽気加熱システムは、圧縮機吐出空気を抽出する圧縮機吐出側抽出マニホルドと、圧縮機吐出空気を受け入れる入口抽気加熱マニホルドと、入口抽気加熱マニホルドの出口端部に配置されて、入口抽気加熱マニホルド内の圧縮機吐出空気の速度を低下させる複数の音響分散ノズルとを含む。

更に別の例示的実施において、ガスタービンの入口抽気加熱システムにおける騒音低減方法は、圧縮機吐出空気を抽出するステップと、圧縮機吐出空気を入口抽気加熱マニホルドに案内するステップと、圧縮機吐出空気を入口フィルタハウジングを介して外気と混合することによって、入口抽気加熱マニホルド内の圧縮機吐出空気の速度を低下させるステップとを含む。

入口抽気加熱システムを含むガスタービンの概略図である。 入口フィルタと入口消音器の間のエジェクター／ミキサーノズルの位置を示す斜視図である。 図２に示す入口抽気加熱マニホルドの拡大図である。 例示的なノズルを含む入口抽気加熱マニホルドからの１つの分岐管の詳細図である。

図１を参照すると、入口抽気加熱システム１０が概略的に示されている。入口抽気加熱（ＩＢＨ）は、一般的に、小さなＩＧＶ角度で動作している時に氷結からガスタービン圧縮機を保護するために用いられる。更に、ＩＢＨシステムは、更なる圧縮機の動作マージンが要求される特定の動作条件で圧縮機圧力比を低下させるために用いられる。図示のように、圧縮機吐出側抽出マニホルド１２は圧縮機吐出空気を抽出するために設けられており、圧縮機吐出空気は、手動遮断弁１４及び制御弁１６を通って、入口空気フィルタハウジング２０及び入口消音器２２の下流に配置された入口抽気加熱マニホルド１８に流れる。図示のシステムでは、凝縮水を分岐させるためにドレン弁２４が設けられる。

入口抽気加熱マニホルド１８の出口端部は、複数の音響分散ノズル２６を含む。ノズル２６は、圧縮機吐出空気を入口フィルタハウジング２０からの外気と混合することによって、入口抽気加熱マニホルド１８内の圧縮機吐出空気の速度を低下させる働きをする。図２は、入口フィルタハウジング２０と入口消音器２２の間に配置された入口抽気加熱マニホルド１８の出口端部を示す。図２及び３に関して、入口抽気加熱マニホルド１８は、主マニホルド２８と、主マニホルド２８に接続された複数の分岐マニホルド３０とを含む。音響分散ノズル２６は、分岐マニホルド３０上に配置される。図４は、分岐マニホルド３０及び例示的なノズル２６の拡大図である。当業者にはノズル２６の代替的な適切な設計が理解されるであろうし、本発明は、図４に示す例示的なノズルに限定されることを意図するものではない。

上記のシステムは、高価な構成部品を用いずにタービン内の高温空気の混合を向上させるためのエジェクター／ミキサー騒音低減ノズルを組み込む。エジェクター／ミキサーノズル内で圧縮機吐出空気を入口フィルタハウジングからの外気と混合することによって、入口抽気加熱マニホルド内の圧縮機吐出空気の速度を低下させることで、騒音を低減することができる。

現時点で最も実用的且つ好適な実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されてはならず、むしろ添付の特許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲内に含まれる種々の変形及び等価の構成を含むことが意図されると理解すべきである。

１０ 入口抽気加熱システム
１２ 圧縮機吐出側抽出マニホルド
１４ 手動遮断弁
１６ 制御弁
１８ 入口抽気加熱マニホルド
２０ 入口空気フィルタハウジング
２２ 入口消音器
２４ ドレン弁
２６ 音響分散ノズル
２８ 主マニホルド
３０ 分岐マニホルド

Claims (9)

1. 圧縮機吐出空気を抽出する圧縮機吐出側抽出マニホルド（１２）と、
   圧縮機吐出空気を受け入れる入口抽気加熱マニホルド（１８）と、
   前記入口抽気加熱マニホルドの上流に配置された入口フィルタハウジング（２０）と、
   前記入口抽気加熱マニホルドの下流に配置された入口消音器（２２）と、
   前記入口抽気加熱マニホルドの出口端部且つ前記入口フィルタハウジングと前記入口消音器の間に配置されて、圧縮機吐出空気を前記入口フィルタハウジングからの外気と混合することによって、前記入口抽気加熱マニホルド内の圧縮機吐出空気の速度を低下させる複数の音響分散ノズル（２６）とからなる、ガスタービンの入口抽気加熱システム。
2. 前記複数の音響分散ノズル（２６）はエジェクター／ミキサー騒音低減ノズルである、請求項１に記載の入口抽気加熱システム。
3. 前記入口抽気加熱マニホルド（１８）は、主マニホルド（２８）と、前記主マニホルドに接続された複数の分岐マニホルド（３０）とからなり、前記複数の音響分散ノズル（２６）は、前記分岐マニホルド上に配置される、請求項１に記載の入口抽気加熱システム。
4. 圧縮機吐出空気を抽出する圧縮機吐出側抽出マニホルド（１２）と、
   圧縮機吐出空気を受け入れる入口抽気加熱マニホルド（１８）と、
   前記入口抽気加熱マニホルドの出口端部に配置されて、前記入口抽気加熱マニホルド内の圧縮機吐出空気の速度を低下させる複数の音響分散ノズル（２６）とからなる、ガスタービンの入口抽気加熱システム。
5. 前記複数の音響分散ノズル（２６）はエジェクター／ミキサー騒音低減ノズルである、請求項４に記載の入口抽気加熱システム。
6. 前記入口抽気加熱マニホルド（１８）は、主マニホルド（２８）と、前記主マニホルドに接続された複数の分岐マニホルド（３０）とからなり、前記複数の音響分散ノズル（２６）は、前記分岐マニホルド上に配置される、請求項４に記載の入口抽気加熱システム。
7. 圧縮機吐出空気を抽出するステップと、
   圧縮機吐出空気を入口抽気加熱マニホルド（１８）に案内するステップと、
   圧縮機吐出空気を入口フィルタハウジング（２０）を介して外気と混合することによって、前記入口抽気加熱マニホルド内の圧縮機吐出空気の速度を低下させるステップとからなる、ガスタービンの入口抽気加熱システムにおける騒音低減方法。
8. 速度を低下させるステップは、前記入口抽気加熱マニホルド（１８）の出口端部且つ前記入口フィルタハウジング（２０）と入口消音器（２２）の間に配置された複数の音響分散ノズル（２６）を介して前記入口抽気加熱マニホルドを排気することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記入口抽気加熱マニホルド（１８）は、主マニホルド（２８）と、前記主マニホルドに接続された複数の分岐マニホルド（３０）とからなり、前記分岐マニホルド上に前記音響分散ノズル（２６）を配置することを含む、請求項７に記載の方法。