JP2020122472A - 音響ダンパ、燃焼器およびガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易な構成で小型の音響ダンパにより、振動発生源の振動を良好に減衰させる。【解決手段】音響ダンパ１は、振動発生源としての燃焼器１２に固定され、燃焼器１２で発生する空気振動を取り込む通路を形成する音響ダンパ本体としてのハウジング２と、所定のばね定数を有し、ハウジング２の外面に取り付けられた振動板５０と、を備える。所定のばね定数を有する振動板５０をハウジングの外面に取り付けることで、振動板５０によってハウジング２の振動を吸収し、音響ダンパ１の音響の境界条件を変化させることができる。その結果、音響ダンパ１の共鳴周波数の固有値を変化させ、音圧レベルを低減させることができるため、同じ共鳴周波数の振動減衰を狙う音響ダンパ１について小型化を図ることが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、音響ダンパ、燃焼器およびガスタービンに関する。

従来、振動発生源として、例えばガスタービンの燃焼器における燃焼振動を減衰させる装置に関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、燃焼器よりも上流側において空気供給部、燃料供給部および希釈剤供給部に結合された複数の４分の１波長共振器と、共振器を調整する制御装置とを備えたガスタービンシステムが開示されている。このガスタービンシステムでは、４分の１波長共振器が可変形状共振器とされており、燃焼器内の圧力振動を圧力センサによって検出し、検出した圧力に基づいて、可変形状共振器の形状を調整することで、所望の周波数の振動を減衰させている。

特開２０１１−５２９５４号公報

所望の周波数の振動について減衰を狙うためには、音響ダンパの波長管の長さでチューニング周波数が決定されることから、上記特許文献１に記載のガスタービンシステムのように、可変形状型の音響ダンパを採用する等、音響ダンパの構造が複雑になりがちである。さらに、振動を良好に減衰させるためには、音響ダンパの体積が大きくなりやすい。その結果、音響ダンパを取り付けるためのスペースが不足しがちとなる。したがって、より簡易な構成で小型の音響ダンパが求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より簡易な構成で小型の音響ダンパにより、振動発生源の振動を良好に減衰させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、振動発生源に固定され、前記振動発生源で発生する空気振動を取り込む通路を形成する音響ダンパ本体と、所定のばね定数を有し、前記音響ダンパ本体の外面に取り付けられた振動板と、を備えることを特徴とする。

この構成により、所定のばね定数を有する振動板をハウジングの外面に取り付けることで、振動板によってハウジングの振動を吸収し、音響ダンパの音響の境界条件を変化させることができる。その結果、音響ダンパの共鳴周波数の固有値を変化させ、音圧レベルを低減させることができるため、同じ共鳴周波数の振動減衰を狙う音響ダンパについて小型化を図ることが可能となる。したがって、本発明によれば、より簡易な構成で小型の音響ダンパにより、振動発生源の振動を良好に減衰させることができる。

また、前記振動板の前記所定のばね定数は、１０Ｎ／ｍｍ以上１００Ｎ／ｍｍ以下であることが好ましい。この構成により、比較的に小さな負荷の作用により振動板５０を変形させることができる。すなわち、微小な振動に対応して振動板を変形させて振動を吸収させることができる。

また、前記振動板は、内部に複数の空洞を有する空間充填立体であることが好ましい。この構成により、所定のばね定数を有する振動板を容易に得ることができる。

また、前記空間充填立体は、複数の前記空洞を区切る隔壁同士の間にスリットが設けられていることが好ましい。この構成により、振動板のばね定数をより小さくし、微小な振動に対応して振動板を変形させることが容易となる。

また、前記空間充填立体は、前記隔壁が荷重作用方向に沿って湾曲していることが好ましい。この構成により、振動板のばね定数をより小さくし、微小な振動に対応して振動板を容易に変形させることができる。

また、前記振動板は、円錐台形状のばねであることが好ましい。この構成により、振動板のばね定数を容易に調整することができ、かつ、振動板を簡易な構成とすることができる。

また、前記振動板は、四角錐台形状のばねであることが好ましい。この構成により、振動板のばね定数を容易に調整することができ、かつ、振動板を簡易な構成とすることができる。

また、前記振動板は、複数の前記ばねを連続して重ねて配置したものであることが好ましい。この構成により、振動板のばね定数をより小さくし、微小な振動に対応して振動板を容易に変形させることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる燃焼器は、上記音響ダンパを燃焼筒の前記外面に取り付け、前記燃焼筒に流通する燃焼ガスの空気振動を前記音響ダンパに流入させることを特徴とする。

この構成により、より簡易な構成で小型の音響ダンパにより、燃焼器の振動を良好に減衰させることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるガスタービンは、上記燃焼器を備えることを特徴とする。

この構成により、より簡易な構成で小型の音響ダンパにより、燃焼器の振動を良好に減衰させることができる。

図１は、第１実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 図２は、第１実施形態に係る燃焼器の側面図である。 図３は、振動板が取り付けられた音響ダンパを模式的に示す説明図である。 図４は、振動板の荷重変位特性の一例を示す説明図である。 図５は、実施形態にかかる音響ダンパにおける共鳴周波数と音圧レベルとの関係の解析結果の一例を示す説明図である。 図６は、第１実施形態にかかる振動板の具体例ごとの圧力ひずみ特性の解析結果の一例を示す説明図である。 図７は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図８は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図９は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図１０は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図１１は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図１２は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図１３は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図１４は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図１５は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図１６は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図１７は、第１実施形態の振動板の第１の変形例を示す説明図である。 図１８は、第１の変形例の振動板の圧力ひずみ特性を示す説明図である。 図１９は、第１実施形態の振動板の第２の変形例を示す説明図である。 図２０は、第２の変形例の振動板の圧力ひずみ特性を示す説明図である。 図２１は、第２実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図２２は、第２実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図２３は、第２実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図２４は、第２実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。 図２５は、第２実施形態にかかる各振動板の圧力ひずみ特性の解析結果の一例を示す説明図である。

以下に、本発明にかかる音響ダンパ、燃焼器およびガスタービンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。ガスタービン１００は、図１に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３と排気室１４により構成され、圧縮機１１に図示しない発電機が連結されている。圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と動翼１８が交互に配設されている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設されている。排気室１４は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２３を有している。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ２４が位置しており、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されると共に、圧縮機１１側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼１７と動翼１８を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２１と動翼２２を通過することでロータ２４を駆動回転し、このロータ２４に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室１４の排気ディフューザ２３で静圧に変換されてから大気に放出される。

図２は、第１実施形態に係る燃焼器の側面図である。燃焼器１２は、車室ハウジング３０および外筒３１の内部に内筒３２が支持され、内筒３２の先端部に燃焼筒としての尾筒３３が連結されている。

外筒３１は、車室ハウジング３０に締結されている。内筒３２は、外筒３１内で当該外筒３１と間隔をおいて設けられ、その内部の中心部であって燃焼器軸Ｓの延在方向である軸方向に沿ってパイロットノズル３５が配設されている。また、内筒３２は、その内部の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３５を取り囲むように複数のメインノズル３６が燃焼器軸Ｓと平行に配設されている。尾筒３３は、基端が円筒状に形成されて内筒３２の先端に連結され、先端側に向けて断面積が小さくなりつつ湾曲して変形し、先端がほぼ矩形状に形成されてタービン１３の１段目の静翼２１に向けて開口しており、ガセット３７を介して車室ハウジング３０に締結されている。この尾筒３３は、内側が燃焼室として構成されている。なお、車室ハウジング３０は、その内側が車室３８として形成されて、尾筒３３は車室３８に設けられている。

このような燃焼器１２は、圧縮機１１からの高温・高圧の圧縮空気が車室３８を経て内筒３２の基端側から内筒３２の内部に流れこむ。この圧縮空気は、パイロットノズル３５およびメインノズル３６に誘導される。そして、圧縮空気は、メインノズル３６から噴射された燃料と混合され、予混合気となって尾筒３３内に流れ込む。また、圧縮空気は、パイロットノズル３５から噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒３３内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒３３内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各メインノズル３６から尾筒３３内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、パイロットノズル３５から噴射したパイロット燃料による拡散火炎により、メインノズル３６からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。また、メインノズル３６によって燃料を予混合することで燃料濃度を均一化することで低ＮＯｘ化を図ることができる。そして、燃焼ガスは、尾筒３３を通じてタービン１３に供給される。

上述したガスタービン１００の燃焼器１２は、燃料が燃焼する際に振動（燃焼振動）が発生する。この燃焼振動は、ガスタービン１００の運転時の騒音や振動の原因となる。そこで、燃焼ガスが流通する振動発生源としての燃焼器１２（尾筒３３）に対し、サイドブランチ型の音響ダンパ１が設けられる。

音響ダンパ１は、図２に示すように、燃焼器１２における尾筒３３の基端側の外面に設けられている。音響ダンパ１は、振動発生源としての燃焼器１２の尾筒３３の外側において、燃焼器軸Ｓの延在方向である尾筒３３の軸方向に沿って延びる音響ダンパ本体としてのハウジング２を有している。ハウジング２は、直管型に形成されて尾筒３３の外面に接着される。音響ダンパ本体としてのハウジング２は、いわゆる４分の１波長管である。

音響ダンパ１は、ハウジング２の内部に音響部を構成する通路３が形成されている。通路３は、一連に繋がって形成され、一端が振動発生源で発生する空気振動を取り込む入口（図示省略）として構成されている。入口は、尾筒３３の外面に向けて開口して設けられている。そして、尾筒３３は、入口が向く位置において、内側の燃焼振動による空気振動（圧力波）を外側に通過させる複数の小孔からなる貫通孔（図示せず）が形成されており、この貫通孔を介して入口から通路３内に空気振動が取り込まれる。また、通路３は、他端が空気振動の伝搬の下流側を閉塞して空気振動の抵抗となる終端（図示省略）として構成されている。

音響ダンパ１は、尾筒３３において燃料ガスが流通する際、この燃焼ガスの燃焼振動による空気振動（圧力波）が、尾筒３３の貫通孔を通過して音響部の通路３内に取り込まれる。そして、通路３において、その入口と終端との間で伝搬した空気振動が共鳴し、燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。

第１実施形態において、音響ダンパ１は、振動板５０を備えている。図３は、振動板が取り付けられた音響ダンパを模式的に示す説明図であり、図４は、振動板の荷重変位特性の一例を示す説明図である。本実施形態において、振動板５０は、ハウジング２の尾筒３３に接する側とは反対側の面に固定される。なお、振動板５０は、ハウジング２の尾筒３３に接する面以外のいずれの面に設けられてもよい。また、振動板５０は、ハウジング２の振動板５０が固定される面全体を覆うように設けられてもよいし、一部を覆うように設けられてもよい。

振動板５０は、弾性変形可能な素材により形成され、図４に示すように、荷重変位特性が非線形特性を呈する。言い換えると、振動板５０は、非線形特性を呈するばね定数を有している。振動板５０のばね定数は、図４に示すように、初期荷重が作用する領域Ａにおいて比較的に大きく変形する。すなわち、領域Ａにおける振動板５０のばね定数は、比較的に大きな値となる。ここで、初期荷重とは、燃焼器１２の内側と外側との差圧により振動板５０に作用する荷重である。その後、初期荷重よりも大きな所定の荷重が作用する領域Ｂにおいて、振動板５０は、領域Ａよりも荷重に対する変位量が緩やかとなる特性を有する。すなわち、領域Ｂにおける振動板５０のばね定数は、領域Ａにおける振動板５０のばね定数よりも小さい。領域Ｂにおける振動板５０のばね定数は、１０Ｎ／ｍｍ以上１００Ｎ／ｍｍ以下である。なお、振動板５０は、領域Ｂよりもさらに大きな荷重が作用する領域Ｃにおいては、領域Ａと同程度のばね定数を有する。領域Ｃにおけるばね定数は、これに限られるものではなく、領域Ｂと同程度であってもよい。振動板５０のばね定数の非線形特性は、例えば、振動板５０のヤング率、密度、板厚、内部形状（後述する空洞の形状）によって調整することができる。

このような振動板５０が音響ダンパ１の外面に取り付けられることにより、図３に示すように、音響ダンパ１の外側において、ばねとダンパとを有する仮想的な振動吸収構造が形成されることになる。それにより、音響ダンパ１で燃焼器１２からの空気振動が共鳴する際に、振動板５０が音響のインピーダンス境界となり、音響ダンパ１の音響境界条件を変化させることができる。すなわち、振動板５０により振動が吸収されることで、音響ダンパ１の共鳴周波数の固有値を変化させることができ、共鳴周波数における音圧レベルを低減させることができる。

図５は、実施形態にかかる音響ダンパにおける共鳴周波数と音圧レベルとの関係の解析結果の一例を示す説明図である。図５において、実線は、音響ダンパ１の共鳴周波数と音圧レベルとの関係を示し、破線は、比較例として振動板５０を有さない音響ダンパの共鳴周波数と音圧レベルとの関係を示している。図示するように、比較例の音響ダンパでは、共鳴周波数である点Ｐ１において音圧レベルがピークとなる。一方、実施形態の音響ダンパ１では、振動板５０による振動吸収構造により、２つの点Ｐ２、Ｐ３が共鳴周波数となり、この点Ｐ２、Ｐ３では、点Ｐ１に比べて音圧レベルのピークが小さくなる。このように、音響ダンパ１は、比較例の音響ダンパに比べて、共鳴周波数における音響レベルを低下させることができる。言い換えると、同じ周波数帯の振動を減衰させる際に、音響ダンパ１のサイズをより小さく、すなわちハウジング２で形成される４分の１波長管の長さを短くすることができる。本実施形態では、比較例に対して、音響ダンパ１のサイズ（４分の１波長管の長さ）を概ね半分程度とすることが可能である。

また、上述したように、振動板５０は、荷重変位特性、すなわち、ばね定数が非線形特性を有し、初期荷重よりも大きな所定の荷重が作用する領域Ｂにおいて、領域Ｂよりも荷重に対する変位量が緩やかとなる。それにより、振動板５０は、燃焼器１２の内側と外側との差圧による初期荷重を受けた状態で、燃焼器１２の燃焼振動によって音響ダンパ１を介して振動が伝達されると、微小な振動による小さな荷重で変形することになる。その結果、微小振動に対応して振動板５０を変形させ、振動を良好に吸収し、上述のように共鳴周波数における音圧レベルを低減させることが可能となる。

次に、振動板５０の具体的な構成について図６から図１６を参照しながら説明する。図６は、第１実施形態にかかる振動板の具体例ごとの圧力ひずみ特性の解析結果の一例を示す説明図であり、図７から図１６は、第１実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。図６は、図４の領域Ｂにおける圧力ひずみ特性を示している（後述する図１８、図２０、図２５も同様）。図７から図１６に示す各振動板５０は、内部に複数の空洞が形成された空間充填立体（空間充填多面体）である。

以下、図７および図８に示す振動板５０を「振動板５０Ａ」と称し、図９および図１０に示す振動板５０を「振動板５０Ｂ」と称し、図１１および図１２に示す振動板５０を「振動板５０Ｃ」と称し、図１３および図１４に示す振動板５０を「振動板５０Ｄ」と称し、図１５および図１６に示す振動板５０を「振動板５０Ｅ」と称する。また、以下の説明では、各振動板５０について、音響ダンパ１のハウジング２に取り付けられる面を「下面５５」と称し、下面５５と反対側に位置する面を「上面５６」と称する。各振動板５０は、主として、下面５５と上面５６との間を延びる方向に沿って振動、すなわち荷重が加わることになる。各振動板５０は、下面５５および上面５６が荷重作用方向に対して直交する方向に延びている。なお、下面５５および上面５６は、少なくとも、下面５５がハウジング２の外面に沿った形状でさえあればよい。

図７は、振動板５０Ａを示す斜視図であり、図８は、振動板５０Ａの一部を切り取って内部構造を示す斜視図である。図７および図８に示す振動板５０Ａは、複数の立方体５１Ａを組み合わせて外面が立方体とされた空間充填立体である。振動板５０Ａは、図８に示すように、各立方体５１Ａの内部に空洞５２Ａが設けられている。言い換えると、各立方体５１Ａは、空洞５２Ａを仕切る隔壁５３Ａを有する。

図９は、振動板５０Ｂを示す斜視図であり、図１０は、振動板５０Ｂの一部を切り取って内部構造を示す斜視図である。図９および図１０に示す振動板５０Ｂは、複数の三角柱５１Ｂを組み合わせて外面が六角柱型とされた空間充填立体である。振動板５０Ｂは、図９に示すように、各三角柱５１Ｂの内部に空洞５２Ｂが設けられている。言い換えると、各三角柱５１Ｂは、空洞５２Ｂを仕切る隔壁５３Ｂを有する。

図１１は、振動板５０Ｃを示す斜視図であり、図１２は、振動板５０Ｃの一部を切り取って内部構造を示す斜視図である。図１１および図１２に示す振動板５０Ｃは、複数の六角柱５１Ｃを組み合わせた空間充填立体である。振動板５０Ｃは、図１２に示すように、各六角柱５１Ｃの内部に空洞５２Ｃが設けられている。言い換えると、各六角柱５１Ｃは、空洞５２Ｃを仕切る隔壁５３Ｃを有する。

図１３は、振動板５０Ｄを示す斜視図であり、図１４は、振動板５０Ｄの一部を切り取って内部構造を示す斜視図である。図１３および図１４に示す振動板５０Ｄは、複数の菱形十二面体５１Ｄを組み合わせた空間充填立体である。振動板５０Ｄは、図１４に示すように、各菱形十二面体５１Ｄの内部に空洞５２Ｄが設けられている。言い換えると、各菱形十二面体５１Ｄは、空洞５２Ｄを仕切る隔壁５３Ｄを有する。

図１５は、振動板５０Ｅを示す斜視図であり、図１６は、振動板５０Ｅの一部を切り取って内部構造を示す斜視図である。図１５および図１６に示す振動板５０Ｅは、複数の切頂八面体５１Ｅを組み合わせた空間充填立体である。振動板５０Ｅは、図１６に示すように、各切頂八面体５１Ｅの内部に空洞５２Ｅが設けられている。言い換えると、各切頂八面体５１Ｅは、空洞５２Ｅを仕切る隔壁５３Ｅを有する。

図７から図１６に示すように、各振動板５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ）を、内部に空洞を有する空間充填立体とすることで、各振動板５０のばね定数を小さくすることができる。図６に示すように、特に、菱形十二面体５１Ｄを組み合わせた振動板５０Ｄおよび切頂八面体５１Ｅを組み合わせた振動板５０Ｅのばね定数が小さいことがわかる。したがって、各振動板５０に対して荷重が作用する方向に対して、上面５６と下面５５の間を延びる各辺が、斜めに延在する構造が、より小さいばね定数を得ることができ、小さい荷重で変形させることができる。

以上説明したように、実施形態にかかる音響ダンパ１は、振動発生源に固定され、振動発生源で発生する空気振動を取り込む通路３を形成するハウジング２（音響ダンパ本体）と、所定のばね定数を有し、ハウジング２の外面に取り付けられた振動板５０と、を備える。

この構成により、所定のばね定数を有する振動板５０をハウジング２の外面に取り付けることで、振動板５０によってハウジング２の振動を吸収し、音響ダンパ１の音響の境界条件を変化させることができる。その結果、音響ダンパ１の共鳴周波数の固有値を変化させ、音圧レベルを低減させることができるため、同じ共鳴周波数の振動減衰を狙う音響ダンパ１について小型化を図ることが可能となる。したがって、実施形態によれば、より簡易な構成で小型の音響ダンパ１により、振動発生源の振動を良好に減衰させることができる。

また、振動板５０の所定のばね定数は、１０Ｎ／ｍｍ以上１００Ｎ／ｍｍ以下である。

この構成により、比較的に小さな負荷の作用により振動板５０を変形させることができる。すなわち、微小な振動に対応して振動板５０を変形させて振動を吸収させることができる。

また、振動板５０は、内部に複数の空洞を有する空間充填立体である。

この構成により、所定のばね定数を有する振動板５０を容易に得ることができる。

図１７は、第１実施形態の振動板の第１の変形例を示す説明図である。図１７は、図７および図８に示す複数の立方体５１Ａを組み合わせた空間充填立体としての振動板５０Ａの変形例を示している。すなわち、図１７に示す振動板５０Ｆは、複数の立方体５１Ｆを組み合わせた空間充填立体であり、各立方体５１Ｆの内部に空洞５２Ｆが設けられている。言い換えると、各立方体５１Ｆは、空洞５２Ｆを仕切る隔壁５３Ｆを有する。そして、振動板５０Ｆは、図示するように、各立方体５１Ｆの隔壁５３Ｆの間に、スリット５４Ｆが設けられている。すなわち、各立方体５１Ｆの隣り合う隔壁５３Ｆ同士が、互いに離間している。

図１８は、第１の変形例の振動板の圧力ひずみ特性を示す説明図である。図中の実線は、図７および図８に示す振動板５０Ａの圧力ひずみ特性を示し、図中の破線は、振動板５０Ｆの圧力ひずみ特性を示す。図示するように、振動板５０Ｆは、振動板５０Ａよりも、小さなばね定数を有することがわかる。すなわち、振動板５０Ｆは、隔壁５３Ｆ同士の間にスリットが設けられて互いに離間することで、振動板５０Ａに比べて、より小さな荷重で変形しやすくなる。したがって、複数の空洞５２Ｆを区切る隔壁５３Ｆ同士の間にスリットを設けることで、振動板５０Ｆのばね定数をより小さくし、微小な振動に対応して振動板５０Ｆを容易に変形させることができる。なお、図１７では、立方体５１Ａを組み合わせた空間充填立体としての振動板５０を例としたが、図９から図１６に示すいずれの振動板５０においても、同様に隔壁同士の間にスリットを設けてもよい。また、スリットは、一部の隔壁間にのみ設けられてもよい。

図１９は、第１実施形態の振動板の第２の変形例を示す説明図である。図１９は、図７および図８に示す複数の立方体５１Ａを組み合わせた空間充填立体としての振動板５０Ａの変形例を示している。すなわち、図１９に示す振動板５０Ｇは、複数の立方体５１Ｇを組み合わせた空間充填立体であり、各立方体５１Ｇの内部に空洞（図示省略）が設けられている。言い換えると、各立方体５１Ｇは、空洞を仕切る隔壁５３Ｇを有する。振動板５０Ｇは、振動板５０Ｆと同様に、隔壁５３Ｇの間にスリット５４Ｇが設けられている。そして、振動板５０Ｇは、各立方体５１Ｇの隔壁５３Ｇが湾曲した形状を呈している。すなわち、図７および図８に示す振動板５０Ａでは、立方体５１Ａの隔壁５３Ａが荷重作用方向（下面５５と上面５６との間を延びる方向）に沿って真っ直ぐに延在するものであるが、振動板５０Ｇは、隔壁５３Ｇが荷重作用方向に沿って湾曲しながら延在する。

図２０は、第２の変形例の振動板の圧力ひずみ特性を示す説明図である。図中の実線は、図７および図８に示す振動板５０Ａの圧力ひずみ特性を示し、図中の破線は、振動板５０Ｇの圧力ひずみ特性を示す。図１８および図２０を参照すると、振動板５０Ｇは、振動板５０Ａおよび振動板５０Ｆよりも、さらに小さなばね定数を有することがわかる。すなわち、振動板５０Ｇは、隔壁５３Ｇが荷重作用方向に沿って湾曲しながら延在することで、より小さな荷重で変形しやすくなる。したがって、隔壁５３Ｆが荷重作用方向に沿って湾曲することで、振動板５０Ｇのばね定数をより小さくし、微小な振動に対応して振動板５０Ｇを容易に変形させることができる。なお、図１９では、立方体５１Ａを組み合わせた空間充填立体としての振動板５０を例としたが、図９から図１６に示すいずれの振動板５０においても、隔壁を荷重作用方向に沿って湾曲させてもよい。また、隔壁は、一部のみが湾曲するものであってもよい。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる振動板について、図２１から図２４を参照しながら説明する。図２１から図２４は、第２実施形態にかかる振動板の具体例を示す説明図である。以下、図２１に示す振動板５０を「振動板５０Ｈ」と称し、図２２に示す振動板５０を「振動板５０Ｉ」と称し、図２３に示す振動板５０を「振動板５０Ｊ」と称し、図２４に示す振動板５０を「振動板５０Ｋ」と称する。第２実施形態においても、各振動板５０は、主として、下面５５と上面５６との間を延びる方向に沿って振動、すなわち荷重が加わることになる。

図２１に示す振動板５０Ｈは、円錐台形状のばね、すなわち皿ばねである。振動板５０Ｈは、大径側の開口部が下面５５であり、下面５５においてハウジング２に固定される。ただし、振動板５０Ｈは、小径側の開口部がハウジング２に固定される下面５５とされてもよい。図２２に示す振動板５０Ｉは、図２１に示す振動板５０Ｈを互いに反対方向を向いて対向するように２つ組み合わせたものである。すなわち、振動板５０Ｉは、複数の振動板５０Ｈを連続して重ねて配置したものである。図２２に示す例では、２つの振動板５０Ｈが、互いの小径側の開口部において当接するように組み合わされているが、互いの大径側の開口部において当接するように組み合わされてもよい。また、振動板５０Ｉは、振動板５０Ｈを３つ以上組み合わせるものであってもよい。

図２３に示す振動板５０Ｊは、四角錐台形状のばねである。振動板５０Ｊも、振動板５０Ｈと同様に、大径側の開口部が下面５５であり、下面５５においてハウジング２に固定される。ただし、振動板５０Ｊは、小径側の開口部がハウジング２に固定される下面５５とされてもよい。図２４に示す振動板５０Ｋは、図２４に示す振動板５０Ｊを互いに反対方向を向いて対向するように２つ組み合わせたものである。すなわち、振動板５０Ｋは、複数の振動板５０Ｊを連続して重ねて配置したものである。図２４に示す例では、２つの振動板５０Ｊが、互いの小径側の開口部において当接するように組み合わされているが、互いの大径側の開口部において当接するように組み合わされてもよい。また、振動板５０Ｋは、振動板５０Ｊを３つ以上組み合わせるものであってもよい。

このように、振動板５０を、円錐台形状のばね、または、四角錐台形状のばねとすることで、振動板５０のばね定数を容易に調整することができ、かつ、振動板５０を簡易な構成とすることができる。図２５は、第２実施形態にかかる各振動板の荷重変位特性の解析結果の一例を示す説明図である。図中の実線は、振動板５０Ｈの荷重変位特性を示し、図中の破線は、振動板５０Ｉの荷重変位特性を示し、図中の一点鎖線は、振動板５０Ｊの荷重変位特性を示し、図中の二点鎖線は、振動板５０Ｋの荷重変位特性を示す。図示するように、円錐台形状の振動板５０Ｈを複数組み合わせた振動板５０Ｉは、単一の振動板５０Ｈに比べて、ばね定数をより小さくすることができることが分かる。また、四角錐台形状の振動板５０Ｊを複数組み合わせた振動板５０Ｋは、単一の振動板５０Ｊに比べて、ばね定数をより小さくすることができることが分かる。したがって、振動板５０Ｉおよび振動板５０Ｋは、微小な振動に対応して容易に変形することができる。

なお、第１実施形態および第２実施形態では、ガスタービン１００の燃焼器１２を振動発生源とし、燃焼筒としての尾筒３３の外面に音響ダンパ１を取り付けるものとしたが、音響ダンパ１は、他の振動発生源の外面に取り付けられるものであってもよい。

１ 音響ダンパ
２ ハウジング
３ 通路
１２ 燃焼器
３３ 尾筒（燃焼筒）
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ，５０Ｋ 振動板
５１Ａ，５１Ｆ，５１Ｇ 立方体
５１Ｂ 三角柱
５１Ｃ 六角柱
５１Ｄ 菱形十二面体
５１Ｅ 切頂八面体
５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆ 空洞
５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ，５３Ｆ，５３Ｇ 隔壁
５４Ｆ，５４Ｇ スリット
１００ ガスタービン

Claims (10)

1. 振動発生源に固定され、前記振動発生源で発生する空気振動を取り込む通路を形成する音響ダンパ本体と、
   所定のばね定数を有し、前記音響ダンパ本体の外面に取り付けられた振動板と、
   を備えることを特徴とする音響ダンパ。
2. 前記振動板の前記所定のばね定数は、１０Ｎ／ｍｍ以上１００Ｎ／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の音響ダンパ。
3. 前記振動板は、内部に複数の空洞を有する空間充填立体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響ダンパ。
4. 前記空間充填立体は、複数の前記空洞を区切る隔壁同士の間にスリットが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の音響ダンパ。
5. 前記空間充填立体は、前記隔壁が荷重作用方向に沿って湾曲していることを特徴とする請求項４に記載の音響ダンパ。
6. 前記振動板は、円錐台形状のばねであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響ダンパ。
7. 前記振動板は、四角錐台形状のばねであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響ダンパ。
8. 前記振動板は、複数の前記ばねを連続して重ねて配置したものであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の音響ダンパ。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の音響ダンパを燃焼筒の前記外面に取り付け、前記燃焼筒に流通する燃焼ガスの空気振動を前記音響ダンパに流入させることを特徴とする燃焼器。
10. 請求項９に記載の燃焼器を備えることを特徴とするガスタービン。

Images