JP2014177931A - 排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気装置において、低周波数成分の音を抑制すると共に構造の簡素化及び低コスト化を可能とする。
【解決手段】排気ガスを水平方向に流す排気ダクト１５と、排気ダクト１５を流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突１７と、排気ダクト１５における排気ガスの流動方向の下流側端部と煙突１７における排気ガスの流動方向の上流側端部とを連結する屈曲連結部１６と、屈曲連結部１６における少なくとも屈曲方向の内側の内面１６ａに設けられる複数の突起部２１とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、このガスタービンで燃焼した排ガスを排出するための排気装置に関するものである。

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機が連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気ガスとなって排気ダクトを通り、煙突から大気に排出される。

このようなガスタービンの排気ガスを排出する排気装置は、排気ダクト及び煙突などから構成されている。この排気装置は、ガスタービンの内部の音場の共鳴により、数Ｈｚ以下の低周波数成分の音が外部に放出される可能性がある。例えば、低周波数成分の音は、人間の可聴音以下の周波数であることが多く、直接異音を感じることが少ないが、間接的にプラント周囲の家屋の窓枠などを振動させる要因となることがある。

このような特定の低周波数成分の音を低減する技術として、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献１に記載されたガスタービン排気煙道は、ガスタービン排気煙道の壁の少なくとも一部を数十Ｈｚ以下の低周波音を十分透過する音響透過材料で形成したものである。また、特許文献２に記載された共鳴型消音器は、ガスタービンの排気ダクトの壁面に開口を設け、枝管と共鳴箱を連通して取付けるものである。

特許第３３１０９３１号公報 特許第３２５４１６８号公報

上述した従来の技術では、低周波数成分の音を低減することができるものの、可聴音以下の低周波数の音場の共鳴振動を小さくするために、サイレンサを大型化させる必要があり、製造コストが増加してしまう。

本発明は上述した課題を解決するものであり、低周波数成分の音を抑制すると共に構造の簡素化及び低コスト化を可能とする排気装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の排気装置は、排気ガスを水平方向に流す排気ダクトと、前記排気ダクトを流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突と、前記排気ダクトにおける排気ガスの流動方向の下流側端部と前記煙突における排気ガスの流動方向の上流側端部とを連結する屈曲連結部と、前記屈曲連結部における少なくとも屈曲方向の内側の内面に設けられる複数の突起部と、を有することを特徴とするものである。

従って、排気ガスは、排気ダクトを水平方向に流れ、屈曲連結部を通って煙突に移動し、この煙突を鉛直方向における上方に流れて上端の開口から大気に放出される。このとき、屈曲連結部を通る排気ガスは、屈曲方向の内側の内面に設けられる複数の突起部に衝突して小さな渦を形成することで、屈曲連結部の内面からの排気ガスの大きな剥離が抑制されることとなる。そのため、排気ガスが屈曲連結部を通過するときの大きな渦の発生が抑制され、低周波数成分の音の発生を抑制することができる。また、屈曲連結部に複数の突起部を設けるだけでよく、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。

本発明の排気装置では、前記複数の突起部は、前記屈曲連結部における屈曲方向の外側の内面に設けられることを特徴としている。

従って、屈曲連結部における屈曲方向の内側の内面だけでなく、屈曲方向の外側の内面にも複数の突起部を設けることで、屈曲連結部を通る排気ガスは、屈曲方向の内側と外側の内面に設けられる複数の突起部に衝突して小さな渦を形成することで、屈曲連結部の内面からの排気ガスの大きな剥離がほとんどの領域で抑制され、排気ガスが屈曲連結部を通過するときの大きな渦の発生を適正に抑制することができる。

本発明の排気装置では、前記複数の突起部は、前記屈曲連結部より排気ガスの流動方向の上流側の前記排気ダクトに設けられることを特徴としている。

従って、排気ガスは、屈曲連結部に至る手前で複数の突起部に衝突して小さな渦を形成するため、屈曲連結部にある複数の突起部により適正に小さな渦を形成することとなり、屈曲連結部の内面からの排気ガスの大きな剥離を確実に抑制することができる。

本発明の排気装置では、前記複数の突起部は、排気ガスの流動方向の下流側に向けて突出量が小さくなることを特徴としている。

従って、突起部の突出量が排気ガスの流動方向の下流側に向けて小さくなることで、排気ガスの流動抵抗が徐々に小さくなっていくため、排気ガスの乱流を防止して良好な流れを確保することができる。

本発明の排気装置では、前記複数の突起部より排気ガスの流動方向の下流側に吸音装置が設けられることを特徴としている。

従って、排気ガスが屈曲連結部を通るときに、複数の突起部により低周波数成分の音の発生を抑制することができ、その後、排気ガスが吸音装置を通るときに、高周波数成分の音の発生を抑制することができる。

本発明の排気装置によれば、排気ダクトと煙突を屈曲連結部で連結し、この屈曲連結部における屈曲方向の内側の内面に複数の突起部を設けるので、低周波数成分の音の発生を抑制することができると共に、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。

図１は、本発明の実施例１に係る排気装置を表す概略図である。 図２は、排気ダクトの断面を表す図１のII−II断面図である。 図３は、実施例１の排気装置を有するガスタービンの概略図である。 図４は、排気装置の斜視図である。 図５は、周波数に対する音圧レベルを表すグラフである。 図６は、本発明の実施例２に係る排気装置を表す概略図である。 図７は、排気ダクトの断面を表す図６のVII−VII断面図である。 図８は、本発明の実施例３に係る排気装置を表す概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る排気装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係る排気装置を表す概略図、図２は、排気ダクトの断面を表す図１のII−II断面図、図３は、実施例１の排気装置を有するガスタービンの概略図、図４は、排気装置の斜視図、図５は、周波数に対する音圧レベルを表すグラフである。

実施例１のガスタービンは、図３及び図４に示すように、空気を圧縮する圧縮機１１と、この圧縮機１１で圧縮された空気を燃焼する燃焼器１２と、この燃焼器１２で燃料と圧縮空気の混合ガスが燃焼することで生じた燃焼ガス（排ガス）により回転可能なタービン１３とを有しており、圧縮機１１の回転軸に発電機１４が連結されている。

また、ガスタービンは、タービン１３にこのタービン１３から排出される排ガスを案内する排気ダクト１５が連結され、この排気ダクト１５は、屈曲連結部１６を介して煙突１７が連結されている。この場合、排気ダクト１５と屈曲連結部１６は、矩形断面形状をなし、煙突１７は、円形断面形状をなしている。そのため、排気ガスは、排気ダクト１５を水平方向に流れ、屈曲連結部１６を直角に曲がって煙突１７に案内され、この煙突１７を上昇し、上端の開口から大気に排出される。なお、ガスタービンは、排気ダクト１５から直接煙突１７に連結されずに、図示しない排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）が連結され、この排熱回収ボイラの排気ダクトに煙突１７が連結される構成もある。

ガスタービンの燃焼器１２で発生する圧力脈動、または、排気ガスの乱流は、排気ダクト１５、屈曲連結部１６、煙突１７を通過するときに、共鳴振動によって増幅され、煙突１７の開口から可聴音以下の低周波数成分の音が放射されることがある。例えば、低周波数成分の音は、数十Ｈｚ以下（例えば、１Ｈｚから２０Ｈｚ程度）である。この低周波数成分の音は、人間の可聴音以下の周波数成分であることが多いことから、人間が直接異音を感じることが少ないが、間接的にプラント周囲の家屋の窓枠などの振動（ガタツキ）を生じさせる要因となることがある。

実施例１の排気装置は、排気ダクト１５と屈曲連結部１６と煙突１７により構成され、屈曲連結部１６における少なくとも屈曲方向の内側の内面１６ａに複数の突起部２１が設けられている。また、実施例１の排気装置は、排気ダクト１５における少なくとも排気ガスの流動方向の下流端部、つまり、屈曲連結部１６と連結部における上部の内面１５ａに複数の突起部２２が設けられている。更に、実施例１の排気装置は、屈曲連結部１６に連結される鉛直部１８における屈曲連結部１６の内面１６ａに連続する平面部の内面１８ａに複数の突起部２３が設けられている。

各突起部２１，２２，２３は、半球形状をなしているが、この形状に限定されるものではなく、楕円の球面形状、三角形状、円錐形状、円錐台形状、矩形形状などとしてもよい。また、各突起部２１，２２，２３は、千鳥状に配置されているが、この配置に限定されるものではなく、直線状に配置してもよく、また、ランダムに配置してもよい。また、各突起部２１，２２，２３の数もこの実施例に限定されるものではない。

また、実施例１の排気装置は、複数の突起部２１，２２，２３より排気ガスの流動方向の下流側に吸音装置２４が設けられている。

このように構成された実施例１の排気装置では、ガスタービンから排出された排気ガスは、排気ダクト１５を水平方向に流れ、屈曲連結部１６を通って煙突１７に移動し、この煙突１７を鉛直方向における上方に流れ、上端の開口から大気に放出される。

排気ガスが排気ダクト１５を水平方向に流れるとき、内面１５ａに沿って流れる排気ガスは、複数の突起部２２に衝突することで小さな渦が多数形成される。また、この排気ガスが屈曲連結部１６を屈曲して流れるとき、内面１６ａ，１８ａに沿って流れる排気ガスは、複数の突起部２１，２３に衝突することで小さな渦が多数形成される。そのため、排気ガスが排気ダクト１５から屈曲連結部１６を屈曲して流れるとき、この排気ガスは、屈曲方向における内側の内面１５ａ，１６ａ，１８ａに対して大きく剥離することはなく、大きな渦の発生が抑制される。

その結果、排気ガスは、屈曲連結部１６にて、低周波数成分の音の発生が抑制される。その後、排気ガスは、屈曲連結部１６から吸音装置２４を通って煙突１７に流れるが、この吸音装置２４により高周波数成分の音の発生が抑制される。即ち、図５に示すように、一点鎖線で表す従来は、低周波数領域及び高周波数領域で音圧レベルが高いが、実線で表す実施例１は、ほとんどの周波数領域において、音圧レベルが低くなっている。

また、排気ガスは、排気ダクト１５と屈曲連結部１６と鉛直部１８における複数の突起部２１，２２，２３に衝突することで、内面１５ａ，１６ａ，１８ａの近傍で極めて乱れ度の高い状態となる。そのため、排気ダクト１５と屈曲連結部１６と鉛直部１８の各内面１５ａ，１６ａ，１８ａが音響抵抗体として作用することとなり、減音効果が期待できる。

このように実施例１の排気装置にあっては、排気ガスを水平方向に流す排気ダクト１５と、排気ダクト１５を流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突１７と、排気ダクト１５における排気ガスの流動方向の下流側端部と煙突１７における排気ガスの流動方向の上流側端部とを連結する屈曲連結部１６と、屈曲連結部１６における少なくとも屈曲方向の内側の内面１６ａに設けられる複数の突起部２１とを設けている。

従って、排気ガスは、排気ダクト１５を水平方向に流れ、屈曲連結部１６を通って煙突１７に移動し、この煙突１７を鉛直方向における上方に流れて上端の開口から大気に放出される。このとき、屈曲連結部１６を通る排気ガスは、屈曲方向の内側の内面１６ａに設けられる複数の突起部２１に衝突して小さな渦を形成することで、屈曲連結部１６の内面１６ａからの排気ガスの大きな剥離が抑制されることとなる。そのため、排気ガスが屈曲連結部１６を通過するときの大きな渦の発生が抑制され、低周波数成分の音の発生を抑制することができる。また、屈曲連結部１６に複数の突起部２１を設けるだけでよく、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。

実施例１の排気装置では、屈曲連結部１６より排気ガスの流動方向の上流側の排気ダクト１５に複数の突起部２２を設けている。従って、排気ガスは、屈曲連結部１６に至る手前で複数の突起部２２に衝突して小さな渦を形成するため、屈曲連結部１６にある複数の突起部２１により適正に小さな渦を形成することとなり、屈曲連結部１６の内面１６ａからの排気ガスの大きな剥離を確実に抑制することができる。

実施例１の排気ダクトでは、屈曲連結部１６における複数の突起部２１より排気ガスの流動方向の下流側に吸音装置２４を設けている。従って、排気ガスが屈曲連結部１６を通るときに、複数の突起部２１により低周波数成分の音の発生を抑制することができ、その後、排気ガスが吸音装置２４を通るときに、高周波数成分の音の発生を抑制することができる。

図６は、本発明の実施例２に係る排気装置を表す概略図、図７は、排気ダクトの断面を表す図６のVII−VII断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２の排気装置は、排気ダクト１５と屈曲連結部１６と煙突１７により構成され、屈曲連結部１６における屈曲方向の内側の内面１６ａに複数の突起部２１が設けられ、屈曲連結部１６における屈曲方向の外側の内面１６ｂに複数の突起部３１が設けられている。また、実施例２の排気装置は、排気ダクト１５における排気ガスの流動方向の下流端部、つまり、屈曲連結部１６と連結部における上部の内面１５ａに複数の突起部２２が設けられ、下部の内面１５ｂに複数の突起部３２が設けられている。更に、実施例１の排気装置は、屈曲連結部１６に連結される鉛直部１８における屈曲連結部１６の内面１６ａに連続する平面部の内面１８ａに複数の突起部２３が設けられ、屈曲連結部１６に連結される鉛直部１８における屈曲連結部１６の内面１６ｂに連続する平面部の内面１８ｂに複数の突起部３３が設けられている。

また、排気装置は、屈曲連結部１６における左右の内面１６ｃに複数の突起部４１が設けられている。なお、排気ダクト１５における排気ガスの流動方向の下流端部、つまり、屈曲連結部１６と連結部における左右の内面に複数の突起部を設けてもよく、屈曲連結部１６に連結される鉛直部１８における左右の内面に複数の突起部を設けてもよい。

このように構成された実施例２の排気装置では、ガスタービンから排出された排気ガスは、排気ダクト１５を水平方向に流れ、屈曲連結部１６を通って煙突１７に移動し、この煙突１７を鉛直方向における上方に流れ、上端の開口から大気に放出される。

排気ガスが排気ダクト１５を水平方向に流れるとき、内面１５ａ及び外面１５ｂに沿って流れる排気ガスは、複数の突起部２２，３２に衝突することで小さな渦が多数形成される。また、この排気ガスが屈曲連結部１６を屈曲して流れるとき、内面１６ａ，１８ａ及び内面１６ｂ，１８ｂに沿って流れる排気ガスは、複数の突起部２１，２３，３１，３３に衝突することで小さな渦が多数形成される。そのため、排気ガスが排気ダクト１５から屈曲連結部１６を屈曲して流れるとき、この排気ガスは、屈曲方向の内側の内面１５ａ，１６ａ，１８ａ及び屈曲方向の外側の内面１５ｂ，１６ｂ，１８ｂに対して大きく剥離することはなく、大きな渦の発生が抑制される。

その結果、排気ガスは、屈曲連結部１６にて、低周波数成分の音の発生が抑制される。その後、排気ガスは、屈曲連結部１６から吸音装置２４を通って煙突１７に流れるが、この吸音装置２４により高周波数成分の音の発生が抑制される。

このように実施例２の排気装置にあっては、排気ダクト１５における排気ガスの流動方向の下流側端部と煙突１７における排気ガスの流動方向の上流側端部とを連結する屈曲連結部１６にて、屈曲方向の内側の内面１６ａと屈曲方向の外側の内面１６ｂに複数の突起部２１，３１を設けている。

従って、屈曲連結部１６を通る排気ガスは、屈曲方向の内側の内面１６ａ及び外側の内面１６ｂに設けられる複数の突起部２１，３１に衝突して小さな渦を形成することで、屈曲連結部１６の内面１６ａ，１６ｂからの排気ガスの大きな剥離が抑制されることとなる。即ち、排ガスが屈曲連結部１６を流れるとき、屈曲方向の内側の内面１６ａから剥離しやすく、また、屈曲方向の外側の内面１６ｂから剥離しやすい。ところが、屈曲方向の内側の内面１６ａに複数の突起部２１が設けられ、屈曲方向の外側の内面１６ｂに複数の突起部３１が設けられていることから、ここに小さな渦が形成されることで、排気ガスの大きな剥離が抑制される。その結果、排気ガスが屈曲連結部１６を通過するときの大きな渦の発生が抑制され、低周波数成分の音の発生を抑制することができる。

図８は、本発明の実施例３に係る排気装置を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例３の排気装置は、排気ダクト１５と屈曲連結部１６と煙突１７により構成され、屈曲連結部１６における屈曲方向の内側の内面１６ａに複数の突起部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられている。そして、この複数の突起部２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、排気ガスの流動方向の下流側に向けてその突出量が小さくなっている。また、実施例３の排気装置は、排気ダクト１５における排気ガスの流動方向の下流端部、つまり、屈曲連結部１６と連結部における上部の内面１５ａに複数の突起部２２ａ，２２ｂが設けられている。そして、この複数の突起部２２ａ，２２ｂは、排気ガスの流動方向の下流側に向けてその突出量が小さくなっている。更に、実施例３の排気装置は、屈曲連結部１６に連結される鉛直部１８における屈曲連結部１６の内面１６ａに連続する平面部の内面１８ａに複数の突起部２３ａ，２３ｂが設けられている。そして、この複数の突起部２３ａ，２３ｂは、排気ガスの流動方向の下流側に向けてその突出量が小さくなっている。

即ち、各突起部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、排気ガスの流動方向の下流側に向けて順にその突出量が小さくなっている。なお、突起部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、突起部２２ａ，２２ｂ、突起部２３ａ，２３ｂ単独で排気ガスの流動方向の下流側に向けてその突出量を小さくしてもよい。

このように構成された実施例３の排気装置では、ガスタービンから排出された排気ガスは、排気ダクト１５を水平方向に流れ、屈曲連結部１６を通って煙突１７に移動し、この煙突１７を鉛直方向における上方に流れ、上端の開口から大気に放出される。

排気ガスが排気ダクト１５を水平方向に流れるとき、内面１５ａに沿って流れる排気ガスは、複数の突起部２２ａ，２２ｂに衝突することで小さな渦が多数形成される。また、この排気ガスが屈曲連結部１６を屈曲して流れるとき、内面１６ａ，１８ａに沿って流れる排気ガスは、複数の突起部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２３ａ，２３ｂに衝突することで小さな渦が多数形成される。そのため、排気ガスが排気ダクト１５から屈曲連結部１６を屈曲して流れるとき、この排気ガスは、屈曲方向における内側の内面１５ａ，１６ａ，１８ａに対して大きく剥離することはなく、大きな渦の発生が抑制される。

その結果、排気ガスは、屈曲連結部１６にて、低周波数成分の音の発生が抑制される。その後、排気ガスは、屈曲連結部１６から吸音装置２４を通って煙突１７に流れるが、この吸音装置により高周波数成分の音の発生が抑制される。

また、各突起部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、その突出量が排気ガスの流動方向の下流側に向けて小さく設定されていることから、排気ガスの流動抵抗が徐々に小さくなっていき、排気ガスの乱流を防止して良好な流れが確保される。

このように実施例３の排気装置にあっては、複数の突起部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、排気ガスの流動方向の下流側に向けて突出量が小さく設定されている。従って、排気ガスの流動抵抗が徐々に小さくなっていくため、排気ガスの乱流を防止して良好な流れを確保することができる。

なお、上述した実施例では、本発明の排気装置をガスタービンの排気系に適用して説明したが、蒸気タービンなど別の排気系にも適用することができる。

１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 発電機
１５ 排気ダクト
１５ａ，１５ｂ 内面
１６ 屈曲連結部
１６ａ，１６ｂ 内面
１７ 煙突
１８ 鉛直部
１８ａ，１８ｂ 内面
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２，２２ａ，２２ｂ，２３，２３ａ，２３ｂ，３１，３２，３３，４１ 突起部

Claims (5)

1. 排気ガスを水平方向に流す排気ダクトと、
   前記排気ダクトを流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突と、
   前記排気ダクトにおける排気ガスの流動方向の下流側端部と前記煙突における排気ガスの流動方向の上流側端部とを連結する屈曲連結部と、
   前記屈曲連結部における少なくとも屈曲方向の内側の内面に設けられる複数の突起部と、
   を有することを特徴とする排気装置。
2. 前記複数の突起部は、前記屈曲連結部における屈曲方向の外側の内面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
3. 前記複数の突起部は、前記屈曲連結部より排気ガスの流動方向の上流側の前記排気ダクトに設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気装置。
4. 前記複数の突起部は、排気ガスの流動方向の下流側に向けて突出量が小さくなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の排気装置。
5. 前記複数の突起部より排気ガスの流動方向の下流側に吸音装置が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の排気装置。

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