JP2017155705A - 音響装置、ガスタービン - Google Patents

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Abstract

【課題】騒音低減効果を向上させる音響装置、及びガスタービンを提供する。【解決手段】音響装置４は、板厚方向の一方側に主流が流通し、板厚方向に貫通する複数の孔部３４を有する多孔板３２と、多孔板３２の板厚方向他方側に設けられて、多孔板３２との間に空間を区画するハウジング３３とを備え、孔部３４における少なくとも板厚方向一方側の部分が、主流の流通方向の一方側及び他方側の少なくともいずれかに傾斜している。【選択図】図４

Description

本発明は、音響装置、ガスタービンに関する。
例えばガスタービンに用いられる燃焼器では、燃料の燃焼時に生じる燃焼音や、流体と他の部材との間で生じる擦過音等を含む騒音が発生することが知られている。このような騒音（音響振動）は、特定の周波数帯で他の部材との共振を起こす原因の一つとなる。共振が発達した場合、装置全体に自励振動を生じる可能性もある。さらに、ガスタービンの場合、設置される環境等によっては、許容される騒音レベルが極めて低い場合があるため、上記のような騒音の低減策に対する要請が高まっている。
燃焼器の音響振動を低減するための技術として、下記特許文献１に記載された音響ダンパと呼ばれる装置が知られている。この音響ダンパは、ヘルムホルツ共鳴器を形成する空洞部と、一端が当該空洞部に連通するとともに、他端がガスタービンのチャンバ内に連通する頸部と、を備えている。特に、頸部はチャンバ内を流れる擦過流の流れに対して直交する方向に延びるとされている。
特開２０１５−８６８７７号公報
ここで、音波を粒子（音響粒子）として考えた場合、頸部内を流通する当該音響粒子の運動エネルギーは、頸部の上流側と下流側との間における差圧によって決定される。しかしながら、上述のように擦過流の流れ方向と、頸部内における音波の進行方向とが直交している場合、音響粒子に上記の運動エネルギーを十分に与えることができないために、空洞部に向かって音波を十分に導くことができない。したがって、音響（騒音）の低減効果が限定的となってしまう虞がある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、騒音低減効果を向上させた音響装置を提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、音響装置は、板厚方向の一方側に主流が流通し、該板厚方向に貫通する複数の孔部を有する多孔板と、該多孔板の板厚方向他方側に設けられて、該多孔板との間に空間を区画するハウジングとを備え、前記孔部における少なくとも前記板厚方向一方側の部分が、前記主流の流通方向の一方側及び他方側の少なくともいずれかに傾斜している。
この構成によれば、主流の流通方向と、孔部の延びる方向（すなわち、音波の粒子が進む方向）とを互いに直交させることなく交差させることができる。
ここで、孔部内を流通する音波の粒子に与えられる運動エネルギーの大きさは、多孔板の両側における差圧に依存する。この差圧の大きさは、主流を形成する音響粒子の動圧によって主に決定される。さらに、動圧の大きさは、主流の速度ベクトルと、孔部内における音響粒子の速度ベクトルとの内積の大きさに支配される。そこで、上述のように主流の流通方向と、孔部の延びる方向とを互いに直交させることなく交差させることによって、主流の速度ベクトルと、孔部内における音響粒子の速度ベクトルとの内積をゼロよりも大きくすることができる。これにより、孔部内を流通する音波の運動エネルギーを大きくすることができる。すなわち、ハウジング内部の空間に向かって音波を十分に取り込むことができる。
本発明の第二の態様によれば、上記の音響装置では、前記多孔板は、前記板厚方向の一方側を臨む内側板と、該内側板の前記板厚方向他方側に重なった状態で設けられた外側板と、を有し、前記孔部は、前記内側板を前記板厚方向に貫通するとともに、前記主流の流通方向の一方側及び他方側の少なくともいずれかに傾斜している内側孔部と、該内側孔部に連通し、前記外側板を前記板厚方向に貫通するとともに前記板厚方向に延びている外側孔部と、を有してもよい。
この構成では、多孔板が外側板と内側板とによって形成されるとともに、内側板に形成される内側孔部のみが傾斜している。これにより、ハウジング内部の空間に向かって音波を十分に取り込むことができる。加えて、内側孔部のみが傾斜していることから、内側孔部と外側孔部とをともに傾斜させた場合に比べて、多孔板の加工に要する難易度、コストを軽減することができる。
本発明の第三の態様によれば、上記の音響装置では、前記内側孔部の開孔寸法は、前記外側孔部の開孔寸法よりも大きく設定されていてもよい。
この構成によれば、内側孔部の開孔寸法が外側孔部の開孔寸法よりも大きいことから、外側孔部の外周端縁が外側孔部内に露出する。つまり、外側孔部の外周端縁によって孔部内に段差が形成される。この段差が孔部内に到達した音波に対する抵抗となることから、音波をさらに十分に減衰させることができる。また、内側孔部の開孔寸法と外側孔部の開孔寸法とを互いに一致させる必要がないことから、多孔板をより容易かつ低コストで製造することができる。
本発明の第四の態様によれば、上記の音響装置では、前記内側孔部の開孔寸法は、前記外側孔部の開孔寸法よりも小さく設定されていてもよい。
この構成によれば、内側孔部の開孔寸法が外側孔部の開孔寸法よりも小さいことから、内側孔部の外周端縁が外側孔部内に露出する。つまり、内側孔部の外周端縁によって孔部内に段差が形成される。この段差が孔部内に到達した音波に対する抵抗となることから、音波をさらに十分に減衰させることができる。また、内側孔部の開孔寸法と外側孔部の開孔寸法とを互いに一致させる必要がないことから、多孔板をより容易かつ低コストで製造することができる。
本発明の第五の態様によれば、上記の音響装置では、前記多孔板の前記主流に接する面における各前記孔部の上流側に、凹凸形状が形成されていてもよい。
この構成によれば、孔部の上流側から流通してきた主流の流れる方向が、当該孔部の上流側に形成された凹凸形状によって変更される。これにより、孔部の延びる方向と、主流の流れる方向とを互いに直交させることなく交差させることができる。したがって、ハウジング内部の空間に向かって音波を十分に取り込むことができる。
本発明の第六の態様によれば、上記の音響装置では、板厚方向の一方側に主流が流通し、該板厚方向に貫通する複数の孔部を有する多孔板と、該多孔板の板厚方向他方側に設けられて、該多孔板との間に空間を区画するハウジングとを備え、前記多孔板の前記主流に接する面における各前記孔部の上流側に、凹凸形状が形成されていてもよい。
この構成によれば、孔部の上流側から流通してきた主流の流れる方向が、当該孔部の上流側に形成された凹凸形状によって変更される。これにより、孔部の延びる方向と、主流の流れる方向とを互いに直交させることなく交差させることができる。したがって、ハウジング内部の空間に向かって音波を十分に取り込むことができる。
本発明の第七の態様によれば、ガスタービンは、高圧空気を生成する圧縮機と、前記高圧空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器に取り付けられた請求項１から６のいずれか一項に記載の音響装置と、前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、を備える。
この構成によれば、騒音が十分に低減されたガスタービンを得ることができる。
本発明によれば、騒音低減効果を向上させる音響装置、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構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る燃焼器の構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る音響装置の構成を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る音響装置の構成を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る音響装置の要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係る音響装置の第一変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係る音響装置の第二変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る音響装置の要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る音響装置の第一変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る音響装置の第二変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る音響装置の第三変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第三実施形態に係る音響装置の要部拡大断面図である。 本発明の第三実施形態に係る音響装置の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第四実施形態に係る音響装置の要部拡大断面図である。 本発明の第四実施形態に係る音響装置の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第五実施形態に係る音響装置の要部拡大断面図である。
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る音響装置４は、ガスタービン１における燃焼器３に取り付けられている。ガスタービン１は、圧縮機２と、上記燃焼器３と、タービン５と、を備えている。
圧縮機２は、軸線Ａｓに沿って延びる圧縮機ロータ６と、この圧縮機ロータ６を外周側から覆う圧縮機ケーシング７と、を有している。圧縮機ロータ６は軸線Ａｓを中心とする柱状をなしており、その外周面には圧縮機動翼８が取り付けられている。圧縮機動翼８は、軸線Ａｓに対する周方向に間隔をあけて複数配列されることで１つの圧縮機動翼段９を形成する。圧縮機ロータ６上には、このような圧縮機動翼段９が、軸線Ａｓ方向に間隔をあけて複数列設けられている。
圧縮機ケーシング７の内周側には、上記の圧縮機動翼８に対して軸線Ａｓ方向に互い違いになるように配列された複数列の圧縮機静翼段１１が設けられている。この圧縮機静翼段１１は、上記圧縮機動翼段９と同様に、軸線Ａｓの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼１０を有している。
燃焼器３は、圧縮機２によって生成された高圧空気に対して、燃料を混合して燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスは、後述するタービン５に送られて、当該タービン５を駆動する。
タービン５は、軸線Ａｓに沿って延びるタービンロータ１２と、このタービンロータ１２を外周側から覆うタービンケーシング１３と、を有している。タービンロータ１２は、軸線Ａｓを中心とする柱状をなしており、その外周面にはタービン動翼１４が取り付けられている。タービン動翼１４は、軸線Ａｓに対する周方向に間隔をあけて複数配列されることで１つのタービン動翼段１５を形成する。タービンロータ１２上には、このようなタービン動翼段１５が、軸線Ａｓ方向に間隔をあけて複数列設けられている。
タービンケーシング１３の内周側には、上記のタービン動翼１４に対して軸線Ａｓ方向に互い違いになるように配列された複数列のタービン静翼段１７が設けられている。このタービン静翼段１７は、軸線Ａｓの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼１６を有している。
圧縮機ロータ６とタービンロータ１２とは、同軸（軸線Ａｓ）上に位置して互いに連結されてガスタービンロータ１８を形成する。このガスタービンロータ１８の軸端には、例えば発電機２０が接続されている。また、圧縮機ケーシング７とタービンケーシング１３とは、互いに連結されてガスタービンケーシング１９をなす。
以上のように構成されたガスタービン１では、圧縮機ロータ６が回転することで、圧縮機２が高圧空気を生成する。さらに、この高圧空気が燃焼器３に導かれて燃料とともに燃焼することで、高温高圧の燃焼ガスが生成される。続いて、燃焼ガスがタービン５に導かれて、上記タービン動翼１４、及びタービン静翼１６に順次衝突することで、タービンロータ１２（ガスタービンロータ１８）に対して、運動エネルギーが与えられる。この運動エネルギーによって、ガスタービンロータ１８は軸線Ａｓ回りに回転する。ガスタービンロータ１８の回転は、軸端に連結された発電機２０によって取り出されて、発電等に用いられる。
続いて、図２と図３とを参照して、燃焼器３の構成について説明する。燃焼器３は、外筒２１に支持され、燃料を供給するノズル２２と、ノズル２２から供給される燃料と圧縮機２から供給された圧縮空気とが内側に供給される内筒２３と、内筒２３の下流側に接続される尾筒２４と、を有している。
ノズル２２は、燃料及び圧縮空気を混合した予混合ガスを内筒２３の内側に供給する。内筒２３は、燃焼器軸線Ａｃを中心とする円筒状をなしている。燃焼器軸線Ａｃは、上記の軸線Ａｓに対して交差する方向に延びている。内筒２３の下流側の端部には尾筒２４が接続されている。ノズル２２から供給された燃料は、内筒２３内側で圧縮空気と混合されたのち燃焼して、燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは尾筒２４を介してタービン５に供給される。
なお、本実施形態で用いる上流、下流、上流側、下流側等の表現は、内筒２３の内側と尾筒２４の内側とを流れる燃焼ガスの流れを示している。つまり、上記の尾筒２４を基準としてノズル２２が設けられる側を上流側と呼び、ノズル２２を基準として尾筒２４が設けられる側を下流側と呼ぶ。また、燃焼ガスの流れ方向とは、燃焼器軸線Ａｃ方向に沿う方向を指す。さらに、内筒２３内と尾筒２４内とを流れる燃焼ガスの流れを「主流」と呼ぶことがある。
尾筒２４は、入口環２５と、中央環２６と、出口環２７と、を備えている。入口環２５は、上記の内筒２３の下流側端部に接続される略円筒状の部材である。入口環２５の内径と外径は、燃焼器軸線Ａｃに沿っておおむね一定とされている。入口環２５の下流側の端部は、尾筒段差部２８を経て、後述の中央環２６と一体に接続されている。なお、尾筒段差部２８は、入口環２５の径方向における寸法を急激に縮小させることで形成される。内筒２３の下流側の端部は、入口環２５の内側に、燃焼器軸線Ａｃ方向で、この尾筒段差部２８よりも上流側の位置まで挿入されている。
中央環２６は、上記の尾筒段差部２８の下流側に接続されるとともに、燃焼器軸線Ａｃを中心とした略円筒状の部材である。中央環２６の径方向における寸法は、上記の入口環２５の径方向における寸法よりも小さく設定されている。中央環２６も入口環２５と同様に、径方向における寸法がおおむね一定とされている。
さらに、図４に示すように、尾筒２４（入口環２５、中央環２６、出口環２７）は、燃焼器軸線Ａｃの径方向に積層された２つの板によって形成されている。より具体的には、尾筒２４は、板厚方向の一方側（径方向内側）を臨む内側板２９と、板厚方向の他方側（径方向外側）を臨む外側板３０と、を有している。内側板２９と外側板３０とは、板厚方向に互いに重なった状態とされている。
外側板３０の径方向内側には、一例としてＭＴフィンと呼ばれる冷却流路が形成されている。この冷却流路は、外側板３０の径方向内側の面から径方向外側に凹没するように形成された複数の凹溝３１によって形成されている。凹溝３１は、燃焼器軸線Ａｃの周方向に間隔をあけて複数列形成されている。この冷却流路には、ガスタービンケーシング１９内を流通する圧縮空気が流通する。これにより、尾筒２４自体を燃焼ガスの輻射熱等から保護することができる。
さらに、尾筒２４の各部（入口環２５、中央環２６、出口環２７）のうち、中央環２６には、燃焼器３で生じる燃焼音や、燃焼ガスと尾筒２４との間で生じる擦過音等を軽減するための音響装置４が取り付けられている。音響装置４は、上記した中央環２６の一部に形成された多孔領域３２と、この多孔領域３２を覆うことで空間を区画するハウジング３３と、を備えている。
多孔領域３２は、中央環２６の燃焼器軸線Ａｃ方向における一部分をなす領域である。この多孔領域３２には、中央環２６の板厚方向に貫通する複数の孔部３４が形成されている。より具体的には、これらの孔部３４は、中央環２６の外周面に沿って周方向に等間隔をあけて環状に配列されている。中央環２６におけるこれら孔部３４が形成された領域が、上記の多孔領域３２（多孔板）とされている。この多孔領域３２の径方向内側の領域には、燃焼ガスとしての主流が流通している。この主流は、多孔領域３２の面に沿って流れている。言い換えると、主流の流通方向は、多孔領域３２の径方向内側の面と平行をなしている。
さらに、多孔領域３２は、外周側からハウジング３３によって覆われている。より詳細には図４に示すように、このハウジング３３は、中央環２６の外周面に対して燃焼器軸線Ａｃの径方向に間隔をあけて延びる主板３５と、この主板３５と中央環２６の外周面との間を径方向に接続する一対の側板３６と、を有している。また、ハウジング３３は、中央環２６の外周面に沿って、燃焼器軸線Ａｃの周方向に延びている。すなわち、このハウジング３３は多孔領域３２との間に環状の空間を区画する。
図４及び図５に示すように、上記の孔部３４の延びる方向は、主流の流通方向に対して傾斜している。より具体的には、孔部３４は、多孔領域３２の径方向外側から内側に向かうにしたがって、主流の流通方向における一方側（上流側）から他方側（下流側）に向かうように延びている。また、それぞれの孔部３４は、板厚方向から見て円形の断面を有している。
さらに、図５に示すように、それぞれの孔部３４は、外側板３０に形成された外側孔部３７と、内側板２９に形成された内側孔部３８とを互いに連通させることで形成される。本実施形態では、これら外側孔部３７の開孔寸法と内側孔部３８の開孔寸法とは互いに等しく設定されている。言い換えると、外側孔部３７と内側孔部３８との間には、段差等が形成されていない。なお、上記の開孔寸法とは、円形断面を有する孔部３４の直径、又は半径を指す。
続いて、本実施形態に係るガスタービン１、及び音響装置４の動作について説明する。上述したように、ガスタービン１を運転するに当たっては、まず外部の駆動源によってガスタービンロータ１８を回転駆動することで、圧縮機２の内部に外部空気が取り込まれる。圧縮機２に取り込まれた空気は、圧縮機２の駆動に伴って上記の圧縮機動翼８、及び圧縮機静翼１０との間を流通する間に順次圧縮されて高圧空気となる。
この高圧空気は、ガスタービンケーシング１９を通じて燃焼器３内に導入される。燃焼器３内では、この高圧空気と燃料とが混合されることで、予混合ガスが生成される。この予混合ガスに着火することで、高温高圧の燃焼ガスが生成される。続いて、燃焼ガスはタービン５内に導かれることで、当該タービン５を回転駆動する。このようなサイクルが連続して繰り返されることで、ガスタービン１が運転される。
ここで、上記の燃焼器３では、予混合ガスの燃焼に伴う燃焼音や、燃焼ガス（主流）の流通に伴う擦過音等が発生する。このような騒音（音響振動）は、特定の周波数帯で他の部材との共振を起こす原因の一つとなる。共振が発達した場合、装置全体に自励振動を生じる可能性もある。さらに、ガスタービン１が設置される環境等によっては、許容される騒音レベルが極めて低い場合がある。
そこで、本実施形態に係るガスタービン１には、騒音の低減を目的として上述の音響装置４が取り付けられている。音響装置４は、尾筒２４（中央環２６）の多孔領域３２に取り付けられたハウジング３３内の空間に騒音（音波）を取り込むことで、これを減衰させるものである。すなわち、音響装置４の効果を十分に発揮するためには、孔部３４を通じてより多くの音波が捕捉されることが望ましい。
本実施形態に係る音響装置４では、上述したように孔部３４の延びる方向が、尾筒２４内を流通する主流の方向に対して傾斜していることから、孔部３４内に十分な音波を導くことができる。以下では、その理由について音波を音響粒子として扱った場合に基づいて説明する。
まず、主流の速度ベクトルをｕとした時、主流の挙動については下記の（１）式で示される運動方程式（オイラーの式）が成立する。
Figure 2017155705
 なお、ρは、主流を形成する流体の密度であり、Ｐは主流領域における圧力である。
続いて、上記の（１）式に対して、ベクトルの三重積の公式を適用することで、下記の（２）式が導かれる。
Figure 2017155705
 ここで、ωは渦度である。
さらに、（２）式に対して空間積分を施すことで、下記（３）式が導かれる。
Figure 2017155705
 なお、Ｖは孔部３４の容積であり、Ｓは孔部３４の断面積である。また、ｕＡはハウジング３３内における音響粒子の速度ベクトルであり、ｕＢは主流側における粒子の速度ベクトルである。同様に、ＰＡはハウジング３３内における圧力であり、ＰＢは主流側における圧力である。
ここで、孔部３４の主流側では淀みが生じるため、（３）式では音響粒子の速度のみを主に考えればよい。また、ハウジング３３内の空間における粒子速度は無視できる。これにより、上記（３）式に基づいて下記（４）式が導かれる。
Figure 2017155705
ここで、（４）式の左辺は、主流側とハウジング３３側との間における差圧を表す項である。この差圧は、孔部３４内を通過する音響粒子に対して与えられる力となる。右辺第一項は、時間平均で見た場合、ゼロになる。したがって、（４）式によれば、孔部３４内の音響粒子に与えられる力（すなわち、主流側の音響エネルギー）は、右辺第二項によって示される渦度と、同第三項によって示される粒子速度に基づく動圧とによって表現されることが分かる。すなわち、これらの値を大きくすることができれば、より多くの音響エネルギーを音響装置４によって吸収することができる。
ここで、本実施形態に係る音響装置４では、渦の生成による騒音低減を志向していないことから、動圧の効果のみに着目する。このとき、主流側における音響粒子の速度ベクトルｕＢは、下記（５）式のように記述することができる。
Figure 2017155705
 この（５）式により、上述した（４）式の右辺第三項（動圧による効果を表す項）は、下記（６）式のように記述することができる。
Figure 2017155705
ここで、右辺第一項は主流の流速成分であることから、孔部３４内における音響粒子の速度変動には影響を及ぼさない。また、右辺第二項は、微小量の二乗項であることから無視することができる。したがって、（６）式によれば、孔部３４内の音響粒子に与えられる力は、右辺第三項に示す２つのベクトルの内積の値の大小によって支配されることが分かる。より詳細には、動圧の大きさは、主流の速度ベクトルと、孔部３４内における音波の粒子の速度ベクトルとの内積の大きさに支配される。
ここで、本実施形態のような構成によれば、主流の流通方向と、孔部３４の延びる方向とを互いに直交させることなく交差させることによって、主流の速度ベクトルと、孔部３４内における音波の粒子の速度ベクトルとの内積をゼロよりも大きくすることができる。すなわち、孔部３４内を流通する音波の運動エネルギーを大きくすることができる。これにより、ハウジング３３内部の空間に向かって音波を十分に取り込むことができる。したがって、燃焼器３で生じる騒音（音響振動）を十分に低減することができる。また、このような燃焼器３をガスタービン１に適用することにより、上記音響振動に基づくガスタービン１に共振が生じる可能性を低減することができる。
［第一実施形態の第一変形例］
なお、上記の第一実施形態では、孔部３４が多孔領域３２の径方向外側から内側に向かうにしたがって、主流の流通方向における上流側から下流側に向かうように延びている例について説明した。しかしながら、上述のように主流の速度ベクトルと、孔部３４の延びる方向とが直交することなく交差してさえいれば、これら２つのベクトルの内積の値はゼロよりも大きくなるため、孔部３４の延びる方向は第一実施形態によっては限定されない。他の例として図６に示すように、孔部３４が多孔領域３２の径方向内側から外側に向かうにしたがって、主流の流通方向における上流側から下流側に向かうように延びていてもよい。
［第一実施形態の第二変形例］
さらに、図７に示すように、孔部３４は、径方向外側から内側に向かうにしたがって次第に拡径することで、漏斗状をなしていてもよい。このような構成によっても、孔部３４内における音響粒子の速度ベクトルを、主流の速度ベクトルに対して直交させることなく傾斜させることができる。これらの構成によっても、上記第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図８を参照して説明する。本実施形態に係る音響装置３９では、孔部４０の形状のみが上記第一実施形態に係る音響装置４と異なっている。より具体的には、孔部４０は、外側板３０に形成された外側孔部４１と、内側板２９に形成された内側孔部４２とによって形成されている。外側孔部３７は燃焼器軸線Ａｃに対する径方向に延びている。一方で、内側孔部４２は径方向に対して傾斜している。より詳細には、内側孔部４２は、径方向外側から内側に向かうにしたがって、主流の流通方向一方側（上流側）から他方側（下流側）に向かうように延びている。また、内側孔部４２の開孔寸法と外側孔部４１の開孔寸法は互いに等しい。
この構成では、多孔板が外側板３０と内側板２９とによって形成されるとともに、内側板２９に形成される内側孔部４２のみが傾斜している。これにより、上述の第一実施形態と同様の作用に基づいて、ハウジング３３内部の空間に向かって音波（音響粒子）を十分に取り込むことができる。
加えて、内側孔部４２のみが傾斜していることから、内側孔部４２と外側孔部４１とをともに傾斜させた場合に比べて、多孔板の加工に要する難易度、コストを軽減することができる。一方で、内側孔部４２と外側孔部４１の双方が傾斜している場合、内側板２９と外側板３０とに傾斜して延びる開孔を形成しなければならない。このように斜めに延びる開孔を板材に形成することは、一般的に高コスト化につながる虞がある。しかしながら、本実施形態では、一方の板材（内側板２９）のみに傾斜した開孔を形成するのみであることから、上記のような高コスト化を避けることができる。
［第二実施形態の第一変形例］
なお、上記の第二実施形態では、内側孔部４２の開孔寸法と外側孔部４１の開孔寸法とを互いに等しく設定した例について説明した。この点で、上記第二実施形態に係る構成は、依然として高い加工精度を要求するものである。しかしながら、このように高い加工精度を要求することは、装置の量産化を果たす上での妨げとなる虞もある。そこで、例えば図９と図１０とに示すように、内側孔部４２の開孔寸法と、外側孔部４１の開孔寸法とを互いに違える構成を採ることも可能である。
図９の例では、より具体的には、内側孔部４２の開孔寸法が、外側孔部４１の開孔寸法よりもわずかに大きく設定されている。すなわち、孔部４０の径方向内側（主流側）から見た場合、この孔部４０内には外側孔部４１の外周端縁を含む一部の領域が露出する。つまり、この外周端縁によって、孔部４０の内部には段差部４３が形成される。
このような段差部４３は、孔部４０内に到達した音響粒子に対する抵抗となることから、孔部４０によって捕捉された音波をさらに十分に減衰させることができる。また、内側孔部４２の開孔寸法と外側孔部４１の開孔寸法とを互いに一致させる必要がないことから、多孔板をより容易かつ低コストで製造することができる。
［第二実施形態の第二変形例］
さらに、図１０に示すように、内側孔部４２の開孔寸法を、外側孔部４１の開孔寸法よりもわずかに大きく設定することも可能である。このような構成によれば、外側孔部４１の外周端縁によって孔部３４内に段差部４４が形成される。この段差部４４が孔部４０内に到達した音響粒子に対する抵抗となることから、音波をさらに十分に減衰させることができる。また、内側孔部４２の開孔寸法と外側孔部４１の開孔寸法とを互いに一致させる必要がないことから、多孔板をより容易かつ低コストで製造することができる。
［第二実施形態の第三変形例］
また、さらなる加工の容易性を志向する場合、図１１に示すような構成を採ることも可能である。同図に示す構成では、内側孔部４２における下流側端面４２Ｂのみが、主流の流通方向に対して傾斜している。より詳細には、この下流側端面４２Ｂは、径方向外側から内側に向かうにしたがって、次第に上流側から下流側に向かって傾斜するように延びている。
このような孔部４０を形成するに当たっては、はじめに均一の開孔寸法を有する孔を多孔領域３２（多孔板）に形成した後、この孔を、下流側のみに向かってリーマー等の工具を用いて拡径する工程を経ることが現実的である。すなわち、このような構成によれば、孔部４０の壁面全体が傾斜している構成に比べて、加工に要求される精度の許容範囲が広いため、より容易に孔部４０を構成することができる。
［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について、図１２を参照して説明する。同図に示すように、本実施形態では、孔部４５は、燃焼器軸線Ａｃに対する径方向に延びている。言い換えると、孔部４５は多孔領域３２（多孔板）の板厚方向に平行に延びている。さらに、この孔部４５における径方向内側であって、主流の上流側の領域には、凸部４６（凹凸形状）が設けられている。この凸部４６は、多孔板の径方向内側の面から、さらに径方向内側に向かって突出している。また、凸部４６は、燃焼器軸線Ａｃに対する周方向から見て断面半円形をなしている。
このような構成によれば、同図中の矢印に示すように、主流の流れに対して擾乱を起こすことができる。より詳細には、上流側から流れてきた主流は、凸部４６に衝突することで、多孔板の表面から局所的に剥離する。剥離した流れ成分は、再び凸部４６の表面に沿って、径方向外側かつ下流側に向かって流れる。すなわち、凸部４６を通過した主流には、孔部４５に向かう方向の成分が付加されている。
すなわち、上記の構成によれば、孔部４５の上流側から流通してきた主流の流れる方向が、当該孔部４５の上流側に形成された凸部４６によって変更される。これにより、孔部４５の延びる方向と、主流の流れる方向とを互いに直交させることなく交差させることができる。したがって、上述の各実施形態と同様に、ハウジング３３内部の空間に向かって音響粒子を十分に取り込むことができる。
［第三実施形態の変形例］
なお、上記第三実施形態では、孔部４５が燃焼器軸線Ａｃの径方向に延びている例について説明した。しかしながら、孔部４５の形状は上記に限定されず、例えば図１３に示すように、主流の流通する方向に対して傾斜していてもよい。言い換えると、上記の第一実施形態に係る孔部３４の上流側の領域に、第三実施形態において説明した凸部４６を設けることも可能である。
このような構成によれば、上記第一実施形態及び第三実施形態において説明した作用に基づいて、孔部４５内に、さらに十分に音響粒子を導くことができる。これにより、騒音をさらに十分に低減することができる。
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について図１４を参照して説明する。同図に示すように、本実施気体における孔部４７は、燃焼器軸線Ａｃに対する径方向に延びている。さらに、この孔部４７における径方向内側であって、主流の上流側の領域には、凹部４８（凹凸形状）が設けられている。この凹部４８は、多孔板の径方向内側の面から、さらに径方向外側に向かって凹没している。また、凹部４８は、燃焼器軸線Ａｃに対する周方向から見て断面三角形状をなしている。
このような構成によれば、上記第三実施形態と同様に、主流の流れに対して擾乱を起こすことができる（図１４中の矢印）。より詳細には、上流側から流れてきた主流は、凹部４８内に向かって流れ方向が変更される。凹部４８を脱した流れ成分は、径方向内側かつ下流側に向かって流れる。すなわち、凹部４８を通過した主流には、孔部４７から遠ざかる方向の成分が付加されている。
すなわち、上記の構成によれば、孔部４７の上流側から流通してきた主流の流れる方向が、当該孔部４７の上流側に形成された凹部４８によって変更される。これにより、孔部４７の延びる方向と、主流の流れる方向とを互いに直交させることなく交差させることができる。したがって、上述の各実施形態と同様に、ハウジング３３内部の空間に向かって音響粒子を十分に取り込むことができる。
［第四実施形態の変形例］
なお、上記第四実施形態では、孔部４７が燃焼器軸線Ａｃの径方向に延びている例について説明した。しかしながら、孔部４７の形状は上記に限定されず、例えば図１５に示すように、主流の流通する方向に対して傾斜していてもよい。言い換えると、上記の第一実施形態に係る孔部３４の上流側の領域に、第四実施形態において説明した凹部４８を設けることも可能である。
このような構成によれば、上記第一実施形態及び第四実施形態において説明した作用に基づいて、孔部４７内に、さらに十分に音響粒子を導くことができる。これにより、騒音をさらに十分に低減することができる。
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態について図１６を参照して説明する。上記の各実施形態では、尾筒２４を形成する内側板２９及び外側板３０の少なくともいずれか一方における開孔が、主流の流通方向に対して傾斜している例について説明した。しかしながら、孔部３４の構成は上記に限定されず、例えば図１６に示すような構成を採ることも可能である。図１６に示す例では、内側板２９の径方向内側の面に、図５から図１５において図示を省略したＴＢＣ層４９（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ層）が設けられている。
このＴＢＣ層４９は、燃焼ガス（主流）の輻射熱等から、尾筒２４（内側板２９）の内周面を保護することを目的として施されている。ＴＢＣ層４９は、内側板２９よりも小さな厚さ寸法（径方向寸法）を有している。また、ＴＢＣ層４９は、当初ゲル状の薬剤を塗布した後、硬化させることで形成される。すなわち、このＴＢＣ層４９には切削加工等を施すことが可能である。したがって、図１６の例では、孔部５０は外側板３０、内側板２９、及びＴＢＣ層４９を貫通するように形成されるとともに、ＴＢＣ層４９に形成された開孔５０Ｂのみが、主流の流通方向に対して傾斜している。このような構成によっても、上述した各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、上述の各実施形態では、音響装置４がガスタービン１の燃焼器３に設けられた例について説明した。しかしながら、音響装置４の適用対象はガスタービン１に限定されず、流体の流通に伴って騒音を生じる虞のある装置であればいかなるものにも好適に適用することができる。ガスタービン１以外の適用例としては、工場の排煙設備に用いられる煙突や、自動車の排気筒などが考えられる。このような装置においても、上述した実施形態に係る音響装置４を用いることで、騒音を十分に軽減することができるとともに、音響振動に起因する共振の発生を抑制することができる。
１…ガスタービン
２…圧縮機
３…燃焼器
４…音響装置
５…タービン
６…圧縮機ロータ
７…圧縮機ケーシング
８…圧縮機動翼
９…圧縮機動翼段
１０…圧縮機静翼
１１…圧縮機静翼段
１２…タービンロータ
１３…タービンケーシング
１４…タービン動翼
１５…タービン動翼段
１６…タービン静翼
１７…タービン静翼段
１８…ガスタービンロータ
１９…ガスタービンケーシング
２０…発電機
２１…外筒
２２…ノズル
２３…内筒
２４…尾筒
２５…入口環
２６…中央環
２７…出口環
２８…尾筒段差部
２９…内側板
３０…外側板
３１…凹溝
３２…多孔領域
３３…ハウジング
３４…孔部
３５…主板
３６…側板
３７…外側孔部
３８…内側孔部
３９…音響装置
４０…孔部
４１…外側孔部
４２…内側孔部
４３…段差部
４４…段差部
４５…孔部
４６…凸部
４７…孔部
４８…凹部
４９…ＴＢＣ層
５０…孔部
Ａｃ…燃焼器軸線
Ａｓ…軸線

Claims (7)

  1. 板厚方向の一方側に主流が流通し、該板厚方向に貫通する複数の孔部を有する多孔板と、
    該多孔板の板厚方向他方側に設けられて、該多孔板との間に空間を区画するハウジングとを備え、
    前記孔部における少なくとも前記板厚方向一方側の部分が、前記主流の流通方向の一方側及び他方側の少なくともいずれかに傾斜している音響装置。
  2. 前記多孔板は、前記板厚方向の一方側を臨む内側板と、該内側板の前記板厚方向他方側に重なった状態で設けられた外側板と、を有し、
    前記孔部は、前記内側板を前記板厚方向に貫通するとともに、前記主流の流通方向の一方側及び他方側の少なくともいずれかに傾斜している内側孔部と、
    該内側孔部に連通し、前記外側板を前記板厚方向に貫通するとともに前記板厚方向に延びている外側孔部と、を有する請求項１に記載の音響装置。
  3. 前記内側孔部の開孔寸法は、前記外側孔部の開孔寸法よりも大きく設定されている請求項２に記載の音響装置。
  4. 前記内側孔部の開孔寸法は、前記外側孔部の開孔寸法よりも小さく設定されている請求項２に記載の音響装置。
  5. 前記多孔板の前記主流に接する面における各前記孔部の上流側に、凹凸形状が形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の音響装置。
  6. 板厚方向の一方側に主流が流通し、該板厚方向に貫通する複数の孔部を有する多孔板と、
    該多孔板の板厚方向他方側に設けられて、該多孔板との間に空間を区画するハウジングとを備え、
    前記多孔板の前記主流に接する面における各前記孔部の上流側に、凹凸形状が形成されている音響装置。
  7. 高圧空気を生成する圧縮機と、
    前記高圧空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器と、
    前記燃焼器に取り付けられた請求項１から６のいずれか一項に記載の音響装置と、
    前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
    を備えるガスタービン。
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