JP2015140786A

JP2015140786A - ダクト及びこれを備えたガスタービン

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Publication number: JP2015140786A
Application number: JP2014015685A
Authority: JP
Inventors: 悠生三井; Yuki Mitsui; 智徳戸田; Tomonori Toda
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2015-08-03
Anticipated expiration: 2034-01-30
Also published as: JP6253199B2

Abstract

【課題】固体伝搬音の少ないダクト及びこれを備えたガスタービンを提供する。
【解決手段】筒状に形成され、内部に気体が流通するダクト本体１５と、該ダクト本体の表面から離間して配置された板部材と、ダクト本体と板部材との間に介在された介在部材と、ダクト本体と板部材とをこれらの離間方向に接続する複数の支持部材１８と、を備え、支持部材は、ダクト本体及び板部材との間の特定箇所に、他の部分と段差状に径が異なる異径部１８ａを有するダクト。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば吸気ダクトや排気ダクトなどのダクト及びこれを備えたガスタービンに関する。

ガスタービンは、外気を取り込んで圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料を圧縮空気に混合して燃焼させ、高温、高圧の燃焼ガスを生成する複数の燃焼器と、各燃焼器で生成した燃焼ガスのエネルギーを回転動力に変換して駆動するタービンとを備えて構成されている。

圧縮機には吸気ダクトが接続され、この吸気ダクトから圧縮機に空気を供給するように構成されている。さらに、吸気ダクトには、内部に吸気フィルタやサイレンサが設けられている。

タービンには排気ダクトが接続され、タービンを駆動させた後の高温の排気を排気ダクトを通じて排熱回収ボイラなどに導出するように構成されている。

このような吸気ダクトや排気ダクトは、筒状をなすダクト本体の表面（内面あるいは外面）に断熱材や吸音材などの介在部材を備えている。この介在部材の取付構造、保持構造は、筒状のダクト本体の表面との間に隙間をあけて配設される板状の押え部材と、一端側をダクト本体に、他端側を押え部材に接続し、ダクト本体の表面との間に隙間をあけた状態で押え部材を支持する支持ピンとを備えている。

そして、ダクト本体と押え部材との間に断熱材や吸音材などの介在部材を介装することにより、ダクト本体の表面を被覆した状態で保持するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５８−１３９０２号公報

しかしながら、上記特許文献１のような吸気ダクトや排気ダクトでは、断熱材や吸音材などの介在部材を保持するための板状の押え部材が、一端側をダクト本体に接続し、他端側を押え部材にそれぞれ接続した取付ボルトを用いてダクト本体の表面を被覆するように設置されている。このため、ダクト本体の内部を吸気や排気が流通するに伴い、振動が取付ボルトを通じてダクト本体、押え部材に伝搬することで、共振などが発生する可能性がある。

本発明のダクトは、筒状に形成され、内部に気体が流通するダクト本体と、該ダクト本体の表面から離間して配置された板部材と、ダクト本体と前記板部材との間に介在された介在部材と、ダクト本体と前記板部材とをこれらの離間方向に接続する複数の支持部材と、を備え、支持部材は、前記ダクト本体及び前記板部材との間の特定箇所に、他の部分と段差状に径が異なる異径部を有する。

上述のような構成では、異径部と他の部分とで振動の伝搬速度が異なるため、異径部の内部で振動の反射が生じることで、振動が抑制される。

また、本発明のダクトでは、異径部は、支持部材における他の部分よりも大きな径を有する構成であってもよい。

上述のような構成であれば、大きな径を有する異径部と、異径部よりも小さな径を有する他の部分とで振動の伝搬速度が異なるため、異径部の内部で振動の反射が生じることで、振動が抑制される。

さらに、本発明のダクトでは、異径部は、支持部材における前記他の部分よりも小さな径を有する構成としてもよい。

上述のような構成であれば、小さな径を有する異径部と、異径部よりも大きな径を有する他の部分とで振動の伝搬速度が異なるため、異径部の内部で振動の反射が生じることで、振動が抑制される。

また、本発明のダクトでは、特定箇所を、前記支持部材の径方向内側の端縁から径方向外側の端縁にわたる領域における中間位置とする構成であってもよい。

上述のような構成によれば、支持部材の径方向内側から伝搬する振動、及び外側から伝搬する振動をともに中間位置に設けられた異径部に均等に反射させることができる。

また、本発明のダクトでは、気体の流通する方向に沿って互いに離間して配列された複数の支持部材を備える構成としてもよい。

上述のような構成によれば、ダクトの延在領域全体にわたって振動を低減することができる。

さらに、本発明のダクトでは、複数の支持部材に設けられた互いに隣り合う特定箇所は、気体が流通する方向から見て互いに径方向にずれて形成されてもよい。

上述のような構成によれば、支持部材の端部から特定箇所までの距離がそれぞれの支持部材間で異なるため、異なる周波数の振動をそれぞれの支持部材の異径部で反射することでこれを低減することができる。

また、本発明のダクトでは、支持部材の前記異径部は振動を内部に吸収する防振ゴムからなる構成であってもよい。

上述のような構成であれば、異径部で振動が反射されるとともに、異径部に設けられた防振ゴムがその内部に振動を吸収するため、振動を低減することができる。

本発明のガスタービンは、上記のいずれかに記載のダクトを吸気ダクト及び／又は排気ダクトとして備えていることを特徴とする。

本発明によれば、固体伝搬音の少ないダクト、及びガスタービンを提供することができる。

本発明の第一実施形態に係るガスタービンの一例を示す図である。本発明の第一実施形態に係るダクトの図１中Ｘ−Ｘ線における断面図を示す図である。本発明の第一実施形態に係るダクトの変形例を示す図である。本発明の第二実施形態に係るダクトの断面図を示す図である。本発明の第二実施形態に係るダクトの変形例を示す図である。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るダクト及びガスタービンについて説明する。

本実施形態のガスタービンＡは、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１と、燃料供給源から供給した燃料を圧縮空気と混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器２と、燃焼器２で生成した高温・高圧の燃焼ガスが送られて駆動するタービン３とを備えている。

タービン３は、金属製のケーシング４と、ケーシング４内で回転するタービンロータ５とを備え、このタービンロータ５は、例えばタービンロータ５の回転で発電する発電機（不図示）に接続されている。本実施形態のタービンロータ５は、例えば、多段動翼型のタービンロータであり、複数のロータディスクを積層してなるロータ本体６と、各ロータディスクから放射方向に延びる複数の動翼７とを備え、さらに、各段の動翼７の各上流側に、ケーシング４の内周面からロータ本体６に近づく方向に延びる複数の静翼８が設けられている。

一方、複数の燃焼器２は、タービン３の金属製のケーシング４内に配設されるとともに、タービンロータ５の回転軸線Ｏ１中心の周方向に互いに等間隔で配設されている。

また、圧縮機１には吸気ダクト（ダクト）１０が接続され、この吸気ダクト１０から圧縮機１に空気を供給するように構成されている。さらに、本実施形態の吸気ダクト１０には、内部に吸気フィルタ１１やサイレンサ１２が設けられている。

また、タービン３には排気ダクト（ダクト）１３が接続され、タービン３（タービンロータ５）を駆動させた後の高温の排気を排気ダクト１３を通じて排熱回収ボイラなどに導出するように構成されている。

このような吸気ダクト１０や排気ダクト１３は、図１及び図２に示すように、筒状のダクト本体１５の表面（内面１５ａ及び／又は外面１５ｂ）に、この表面１５ｂ（１５ａ）を覆うようにして断熱材や吸音材などの介在部材１６が取り付けられている。ここで、吸気ダクト１０では、ダクト本体１５の外面１５ｂ側に介在部材１６が設けられ、排気ダクト１３では、ダクト本体１５の内面１５ａ側に介在部材１６が設けられている。また、断熱材や吸音材などの介在部材１６としては、グラスウールや発泡ウレタンなどの周知の断熱材、吸音材が用いられている。

上述のような介在部材１６は、ダクト本体１５に対して押え部材１７と支持部材１８とによって取り付けられている。押え部材１７はその表面が平板状をなすとともに、ダクト本体１５の表面の形状に沿って形成された筒体状の部材である。支持部材１８は、外形視で円環状の部材であり、径方向における延在中途に位置する特定箇所では回転軸線Ｏ１方向の寸法が他の部位よりも大きい異径部１８ａが形成されている。より詳細には、異径部１８ａは、異径部１８ａを除く他の部分と段差状に径が異なるように形成されている。また、本実施形態では該特定箇所は、支持部材１８における径方向外側の端縁１８ｂから径方向内側の端縁１８ｃにわたる領域における中間位置に設定されている。
なお、ダクト本体１５の径方向から見た異径部１８ａの断面形状は円形が望ましいが、長円形や多角形などであってもよい。

押え部材１７は、上記のような支持部材１８によってダクト本体１５の表面１５ｂ（１５ａ）から離間した位置に保持される。より具体的には、支持部材１８の径方向内側の端縁１８ｃに押え部材１７が固定され、支持部材１８の径方向外側の端縁１８ｂはダクト本体１５の表面１５ｂ（１５ａ）に対して固定される。このとき、押え部材１７とダクト本体１５の表面１５ｂ（１５ａ）との間には筒状の空間が形成される。介在部材１６は該空間を充填するようにして、押え部材１７とダクト本体１５の表面１５ｂ（１５ａ）との間に介在している。

なお、支持部材１８はダクト本体１５に対して不図示の固定手段（例えばボルト等）によって脱落不能に固定されている。同様にして、押え部材１７は支持部材１８に対してボルト等の固定手段によって固定されている。

上述のように構成されたタービン３を運転状態に投入した場合、圧縮機１やタービンロータ５の回転、及び燃焼器２における燃焼等により、タービン３の全体にわたって振動が生じる。この振動はやがてダクト本体１５に伝搬し、吸気や排気に伴って騒音を発生する原因となる。

ここで、仮に支持部材１８に異径部１８ａを設けない場合、すなわち支持部材１８を径方向内側から径方向外側にかけて一様の寸法を有するように形成した場合、振動が伝搬されやすいために、ダクト本体１５の表面１５ｂ（１５ａ）に設けられた押え部材１７で発生する振動は、支持部材１８を通じてダクト本体１５に到達し、いわゆる固体伝搬音の原因となる。

しかしながら、上述のように本実施形態では支持部材１８の径方向中間位置における特定箇所に異径部１８ａが設けられている。異径部１８ａは、前述のように他の部分に比して断面の径（寸法）が小さく設定されている。これによれば、押え部材１７で発生した振動は、該異径部１８ａの内部で反射を繰り返すことで異径部１８ａの内部に概ね捕捉される。したがって、押え部材１７で発生した振動が抑制され、この振動に伴ってダクト本体１５で発生する固体伝搬音を低減することが可能となる。

また、本実施形態にあっては、気体の流通する方向に沿って、複数の支持部材１８が互いに離間して配列されている。

これによれば、気体の流通する方向、すなわちダクト本体１５の延在する領域の全体にわたって支持部材１８が配列されることとなる。したがって、ダクト本体１５の延在する領域全体にわたって固体伝搬音を低減することができる。

さらに、本実施形態では、異径部１８ａが設けられる特定箇所は、支持部材１８の径方向内側の端縁から径方向外側の端縁にわたる領域における中間位置とされている。

このような構成によれば、支持部材１８の径方向内側から伝搬する振動、及び外側から伝搬する振動をともに中間位置に設けられた異径部１８ａに集中させることで、いずれの方向からの振動も異径部１８にて均等に捕捉することができる。したがって、効果的に固体伝搬音を低減することができる。

以上、本発明に係るダクト及びこれを備えたガスタービンの一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態は、ダクト１０（１３）がガスタービンＡに具備される吸気ダクト１０（排気ダクト１３）であるように図示して説明を行ったが、本発明に係るダクトは、ガスタービンＡの排気ダクト１３であってもよく、さらにガスタービンＡに限らず、あらゆる設備に具備されるダクトにも勿論適用可能である。

また、本実施形態では、支持部材１８における異径部１８ａの径が異径部１８ａを除く他の部分よりも大きくなるように設定されている。しかしながら、図３に示すように、異径部１８ａの寸法が、他の部分よりも小さくなるように設定されていてもよい。この場合においても、異径部１８ａは他の部分に比して段差的に径が異なるので、異径部１８ａの内部で振動を繰り返し反射させるとともに、これを捕捉することができる。したがって、効果的に固体伝搬音を低減することができる。

次に、本発明の第二実施形態について、図４と図５を参照して説明する。なお、第一実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、詳細な説明を省略するものである。
本実施形態では、互いに隣り合う複数の支持部材１９，２０，２１に設けられたそれぞれの異径部１９ａ，２０ａ，２１ａは、気体が流通する方向から見て互いにダクト本体１５の径方向にずれて形成される。言い換えると、それぞれの支持部材１９，２０，２１の押え板１７側の端縁から異径部１９ａ，２０ａ，２１ａまでの寸法が異なるように形成される。

上記のような構成によれば、押え板１７から支持部材１８に伝搬された種々の周波数を含む振動は、周波数帯ごとに分散されて異径部１９ａ，２０ａ，２１ａまでの寸法が異なる複数の支持部材１９，２０，２１のいずれかに伝搬される。その後、伝搬された振動は、異径部１９ａ，２０ａ，２１ａの内部で反射を繰り返すことで内部に捕捉される。したがって、支持部材１９，２０，２１の外部に対して伝搬される振動が抑制され、効果的に固体伝搬音を低減することができる。

また、本実施形態では、支持部材１９，２０，２１における異径部１９ａ，２０ａ，２１ａの径が他の部分よりも大きくなるように設定されている。しかしながら、図５に示すように、異径部１９ａ，２０ａ，２１ａの寸法が、他の部分よりも小さくなるように設定されていてもよい。この場合においても、異径部１９ａ，２０ａ，２１ａは他の部分に比して段差的に径が異なるので、異径部１９ａ，２０ａ，２１ａの内部で振動を繰り返し反射させるとともに、これを捕捉することができる。したがって、効果的に固体伝搬音を低減することができる。

１圧縮機
２燃焼器
３タービン
４ケーシング
５タービンロータ
６ロータ本体
７動翼
８静翼
１０吸気ダクト（ダクト）
１１吸気フィルタ
１２サイレンサ
１３排気ダクト（ダクト）
１５ダクト本体
１５ａ内面（表面）
１５ｂ外面（表面）
１６介在部材
１７押え部材
１８支持部材
１８ａ異径部
Ａガスタービン
Ｏ１タービンロータの回転軸線

Claims

筒状に形成され、内部に気体が流通するダクト本体と、
該ダクト本体の表面から離間して配置された板部材と、
前記ダクト本体と前記板部材との間に介在された介在部材と、
前記ダクト本体と前記板部材とをこれらの離間方向に接続する複数の支持部材と、
を備え、
前記支持部材は、前記ダクト本体及び前記板部材との間の特定箇所に、他の部分と段差状に径が異なる異径部を有するダクト。
前記異径部は、前記支持部材における前記他の部分よりも大きな径を有する請求項１に記載のダクト。
前記異径部は、前記支持部材における前記他の部分よりも小さな径を有する請求項１に記載のダクト。
前記特定箇所は、前記支持部材の径方向内側の端縁から径方向外側の端縁にわたる領域における中間位置である請求項１から３のいずれか一項に記載のダクト。
前記気体の流通する方向に沿って互いに離間して配列された複数の前記支持部材を備える請求項１から４のいずれか一項に記載のダクト。
前記複数の支持部材に設けられた互いに隣り合う前記特定箇所は、前記気体が流通する方向から見て互いに径方向にずれて形成される請求項５に記載のダクト。
前記支持部材の前記異径部は振動を内部に吸収する防振ゴムからなる請求項１から６のいずれか一項に記載のダクト。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のダクトを吸気ダクト及び／又は排気ダクトとして備えるガスタービン。