JP2020139990A - 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】音響ダンパは、振動発生源としての燃焼器に固定され、燃焼器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部と、前記振動部の端部に取り付けられ、前記通路を閉塞する端部板と、を備える。【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、本発明の第一態様によれば、音響ダンパは、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部と、前記振動部の端部に取り付けられ、前記通路を閉塞する端部板と、を備える。

この構成により、所定のばね定数を有する振動部及び端部板を音響ダンパ本体の外面に取り付けることで、振動部及び端部板によって音響ダンパ本体の振動を吸収し、音響ダンパ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、本発明の第二態様によれば、第一態様に係る音響ダンパの前記振動部は、蛇腹形状をなすことが好ましい。この構成により、振動部のばね定数を容易に調整することができるとともに振動部を簡易な構成とすることができる。

また、本発明の第三態様によれば、第一態様又は第二態様に係る音響ダンパ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、比較的小さな負荷の作用により、振動部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部を変形させて振動を吸収させることができる。

また、本発明の第四態様によれば、音響ダンパは、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、前記音響ダンパ本体の外面に取り付けられ、前記通路を閉塞する端部板と、所定のばね定数を有し、一端が前記端部板の内面に取り付けられる振動部と、前記振動部の他端に接続されるとともに前記音響ダンパの内面と間隔を空けて配置された振動板と、を備える。

この構成により、所定のばね定数を有する振動部と振動板を音響ダンパ本体の内部に設けることで、振動部が燃焼器の内部と外部の差圧の影響を受けることが抑制される。したがって、該差圧の影響を考慮して弾性部を構成する必要がなく、小さな荷重の作用により、振動部を変形させることができる。この時、振動部が変形することで、音響ダンパの振動を吸収し、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。更に、振動部を、音響ダンパ本体の内部に設けることにより、振動部を音響ダンパ本体の外面に設ける場合に比べて小型化することが可能となる。したがって、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ができる。

また、本発明の第五態様によれば、第四態様に係る音響ダンパの前記振動部は、複数の弾性部材から構成されるのが好ましい。この構成により、振動部に作用する荷重の作用方向により減衰性能にばらつきが生じることを抑制することができる。

また、本発明の第六態様によれば、第五態様に係る音響ダンパの前記弾性部材は、多角錐台形を連続して重ねた形状であることが好ましい。この構成により、振動部のばね定数を容易に調整することができ、かつ振動部を簡易な構成とすることができる。

また、本発明の第七態様によれば、第五態様に係る音響ダンパの前記弾性部材は、前記一端と前記他端の間で折れ曲がった曲折部を含むとともに線状に構成されていることが好ましい。この構成により、振動部のばね定数を容易に調整することができ、かつ、振動部を簡易な構成とすることができる。

また、本発明の第八態様によれば、第七態様に係る音響ダンパの前記弾性部材は、前記一端が、前記端部板の面が向く方向に沿って延びるとともに、前記他端が、前記振動板の面が向く方向に沿って延びていることが好ましい。この構成により、弾性部材の一端と他端における応力集中を緩和することができる。

また、本発明の第九態様によれば、第七態様に係る音響ダンパの前記弾性部材は、前記一端、前記他端及び前記曲折部のうち少なくとも一つがＣ字状に形成されていることが好ましい。この構成により、一端、他端及び曲折部における応力集中を緩和することができる。

また、本発明の第十態様によれば、第一態様から第九態様の何れか一態様に係る音響ダンパの前記振動部は、１種以上の材料からなる連続した堆積層を有することが好ましい。この構成により、振動部のばね定数を容易に調整することができ、かつ、振動部を簡易な構成とすることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃焼器は、上記音響ダンパを燃焼筒の外面に取り付け、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、本発明に係るガスタービンは、上記燃焼器を備える。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、第一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、第一実施形態に係る燃焼器の側面図である。 図３は、振動部及び端部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、振動部の荷重変位特性の一例を示す説明図である。 図５は、実施形態に係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、第一実施形態に係る振動部の荷重変位特性を示す説明図である。 図７は、第一実施形態に係る振動部の具体例を示す説明図である。 図８は、第二実施形態に係る振動部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９は、第二実施形態に係る振動部の具体例を示す説明図である。 図１０は、第二実施形態に係る振動部の具体例を示す説明図である。 図１１は、第三実施形態に係る振動部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１２は、第三実施形態に係る振動部の具体例を示す説明図である。 図１３は、第三実施形態に係る振動部の第一の変形例を示す説明図である。 図１４は、第三実施形態に係る振動部の第二の変形例を示す説明図である。 図１５は、第三実施形態に係る振動部の具体例ごとの応力変位特性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。

［第一実施形態］
図１は、第一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、第一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、音響ダンパ本体の通路３は、他端が開口している。

第一実施形態において、音響ダンパ１は、振動部５０と、端部板５２と、を備えている。図３は、振動部及び端部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、振動部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、振動部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。また、振動部５０は、内部に空洞５を有し、ハウジング２の通路３と空洞５とが連通している。これより、通路３内に取り込まれた空気振動は、空洞５に伝搬する。端部板５２は、所定の剛性を有する素材により形成され、振動部５０のハウジング２と接する側の面とは反対側の面に取り付けられる。これより、端部板５２は、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として構成されている。

振動部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、振動部５０は、非線形特性を呈するばね定数を有している。振動部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部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、振動部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における振動部５０のばね定数は、領域Ａにおける振動部５０のばね定数よりも小さい。領域Ｂにおける振動部５０のばね定数は、１０Ｎ／ｍｍ以上１００Ｎ／ｍｍ以下である。なお、振動部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。振動部５０のばね定数の非線形特性は、例えば、振動部５０のヤング率、密度、板厚等によって調整することができる。

以上より、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を構成する通路３内に取り込まれる。そして、通路３を伝搬した空気振動が振動部５０の内部に形成された空洞５を伝搬し、通路３の一端に形成された入口と端部板５２を取り付けることにより形成される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。

このような振動部５０及び端部板５２がハウジング２の外面に取り付けられることにより、図３に示すように、ハウジング２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。これより、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、振動部５０が振動し、端部板５２が音響のインピーダンス境界となることで、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、振動部５０及び端部板５２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、比較例として振動部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、振動部５０及び端部板５２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、振動部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、振動部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部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、振動部５０の具体的な構成について図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、第一実施形態に係る振動部の具体例に係る荷重変位特性を示す説明図であり、図７は、第一実施形態に係る振動部の具体例を示す説明図である。

以下の説明では、振動部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。振動部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。振動部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る開口である。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に示すように、振動部５０は、内部に空洞５が形成され、下面５５から上面５６に向かう方向に沿って蛇腹形状をなす弾性体であり、所定の非線形特性のばね定数を有する。振動部５０は、下面５５が開口しており、下面５５においてハウジング２に固定される。したがって、ハウジング２の内部に形成された通路３と振動部５０の内部に形成された空洞５とは連通している。また、上面５６に端部板５２が取り付けられることにより、空気振動の伝搬の下流側が閉塞される。また、本実施形態に係る振動部５０の形成方法は特に制限されないが、一例には、１種以上の材料からなる連続層を堆積する所謂積層造形によって形成されることが望ましい。この場合、弾性部５０は、１種以上の材料からなる連続した堆積層を有する。

図６に示すように、振動部５０を内部に空洞５を有する蛇腹形状として形成することで、振動部５０のばね定数を小さくすることができる。このとき、振動部５０は、所定の非線形特性のばね定数を有するため、小さい荷重で変形することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る音響ダンパ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、所定の非線形特性のばね定数を有し、ハウジング２の外面に取り付けられた振動部５０と、振動部５０の端部に取り付けられ、通路３を閉塞する端部板５２と、を備える。

この構成により、所定の非線形特性のばね定数を有する振動部５０及び端部板５２をハウジング２の外面に取り付けることで、振動部５０及び端部板５２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、本実施形態によれば、音響ダンパ１をより簡易な構成で小型化することができ、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、振動部５０の非線形特性を有する所定のばね定数は、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、振動部５０は、内部に空洞５を有するとともに蛇腹形状をなす。この構成により、所定の非線形特性のばね定数を有する振動部５０を容易に得ることができる。

また、振動部５０は、１種以上の材料からなる連続した堆積層を有する。この構成が得られるように、振動部５０を積層造形によって形成することで、所定の非線形特性のばね定数を有する振動部５０を容易に得ることができる。

以上、図面を参照しながら、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

［第二実施形態］
以下、本発明の第二実施形態について、図８から図１０を参照して説明する。図８は、第二実施形態に係る振動部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９は、第二実施形態に係る振動部の具体例を示す説明図である。図１０は、第二実施形態に係る振動部の具体例を示す説明図である。なお、第一実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態では、端部板６２がハウジング２の尾筒３３に接する側とは反対側の面に取り付けられることにより、通路３が閉塞される。また、端部板６２の内面には、振動部５１の一端が接続され、振動部５１の他端には、所定の剛性を有する振動板５８が取り付けられている。

図８に示すように、振動部５１は、一端が端部板６２の内面に取り付けられることにより、ハウジング２の内部に設けられている。振動部５１は、振動板５８上に規則的に配置された複数の弾性部材６０を有する。図９に示すように、一例には、複数の弾性部材６０は、振動板５８上に規則的に配置される。個々の弾性部材６０は多角錐台形であり、一例として図１０に示すように、四角錐台形を連続して重ねた形状に形成されている。詳細には、二つの四角錐台形型の弾性部材の小径側の開口が互いに当接するように重ねることにより形成されている。また、大径側の開口がそれぞれ上面５６及び下面５５として形成されており、上面５６においてハウジング２に固定される。また、個々の弾性部材６０の形成方法は特に制限されないが、一例には、１種以上の材料からなる連続層を堆積する所謂積層造形によって形成されることが望ましい。この場合、個々の弾性部材６０は、１種以上の材料からなる連続した堆積層を有する。上述したように弾性部材６０の形状を四角錐台形として説明したが、弾性部材６０は三角錐台形や五角錐台形等の多角錐台形の形状であってもよい。

振動板５８は、所定の剛性を有する板状部材であり、振動部５１の他端に取り付けられる。振動板５８は、振動部５１を構成する個々の弾性部材６０の下面に固定されている。また、振動板５８は、ハウジング２の内面と間隔を空けて配置され、振動板５８とハウジング２の間に隙間が形成されている。

以上より、本実施形態に係る音響ダンパ１では、音響部を構成する通路３内に取り込まれた燃焼振動による空気振動（圧力波）が振動板５８に伝搬する。このとき、振動板５８には、該空気振動に起因した荷重が作用し、振動部に伝達される。そして、振動部５１に荷重が作用することで振動部５１が振動して弾性変形することにより、振動部５１がハウジング２の上下方向に変位する。これに伴い、振動部５１に固定された振動板５８もハウジング２の上下方向に変位する。すなわち、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、振動部５１が振動し、振動板５８が音響のインピーダンス境界となることで、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。このため、振動部５１及び振動板５８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。したがって、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。以上のことから本実施形態によれば、音響ダンパ１をより簡易な構成で小型化することができ、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、本実施形態に係る個々の弾性部材６０は、ハウジング２の内部に配置される。この構成により、振動部５１を、燃焼器１２の内部と外部の差圧の影響を受けず、第一実施形態の振動部５０のように、初期荷重を考慮した荷重変形特性を持つように形成する必要がない。一例には、本実施形態の振動部５１は、第一実施形態の振動部５０のＡ領域に相当する荷重が作用する時でも大きく変形するように構成することができる。

更に、本実施形態の振動部５１は、複数の弾性部材６０を有する。このような構成にすることにより、空気振動（圧力波）に起因する荷重の作用方向が振動減衰性能に及ぼす影響を小さくすることができ、安定した振動減衰性能を維持することができる。

また、個々の弾性部材６０は、四角錐台形を連続して重ねた形状に形成される。この構成により、所定のばね定数を有する振動部５１を容易に得ることができる。

また、本実施形態の振動部５１は、１種以上の材料からなる連続した堆積層を有する。この構成が得られるように、振動部５１を積層造形によって形成することで、所定のばね定数を有する振動部５１を容易に得ることができる。

以上、図面を参照しながら、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

［第三実施形態］
以下、本発明の第三実施形態について、図１１から図１５を参照して説明する。図１１は、第三実施形態に係る振動部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１２は、第三実施形態に係る振動部の具体例を示す説明図である。図１３は、第三実施形態に係る振動部の第一の変形例を示す説明図である。図１４は、第三実施形態に係る振動部の第二の変形例を示す説明図である。図１５は、第三実施形態に係る振動部の具体例ごとの応力変位特性を示す説明図である。なお、上記の各実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態では、振動部５３が複数の線状ばね６４で構成されている点で、第二実施形態と相違する。個々の線状ばね６４は、一端と他端の間で折れ曲がった曲折部６８を含み、一端が端部板６２の内面に取り付けられ、他端が、振動板５８に固定されている。また、振動板５８は、第二実施形態と同様に、ハウジング２の内面と隙間を空けて配置されている。個々の線状ばね６４の形成方法は特に制限されないが、一例には、１種以上の材料からなる連続層を堆積する所謂積層造形によって形成されることが望ましい。この場合、個々の線状ばね６４は、１種以上の材料からなる連続した堆積層を有する。

上記構成の音響ダンパ１では、第二実施形態と同様に、音響部を構成する通路３内に取り込まれた燃焼振動による空気振動（圧力波）が、振動板５８に伝搬する。このとき、振動板５８には、該空気振動に起因した荷重が作用し、振動部５３に伝達される。そして、振動部５３に荷重が作用することで振動部５３を構成する複数の線状ばね６４が弾性変形することにより、振動部５３がハウジング２の上下方向に変位する。これに伴い、振動部５３に固定された振動板５８もハウジング２の上下方向に変位する。これより、第二実施形態と同様の作用により、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。このため、振動部５３及び振動板５８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。したがって、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。以上のことから本実施形態によれば、音響ダンパ１をより簡易な構成で小型化することができ、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、本実施形態における振動部５３は、第二実施形態と同様に、ハウジング２の内部に配置されるため、燃焼器１２の内部と外部の差圧の影響を受けない。これより、第一実施形態の振動部５０のように、初期荷重を考慮した荷重変形特性を持つように形成する必要がない。一例には、本実施形態の振動部５３は、第一実施形態の振動部５０のＡ領域に相当する荷重が作用する時でも大きく変形するように構成することができる。

さらに、本実施形態の振動部５３は、複数の線状ばね６４を有する。このような構成にすることにより、空気振動（圧力波）に起因する荷重の作用方向が振動減衰性能に与える影響を小さくすることができ、安定した振動減衰性能を維持することができる。

また、振動部５３は、複数の線状ばね６４から形成される。この構成により、所定のばね定数を有する振動部５３を容易に得ることができる。

また、本実施形態の振動部５３は、１種以上の材料からなる連続した堆積層を有する。この構成が得られるように、振動部５３を積層造形によって形成することで、所定のばね定数を有する振動部５３を容易に得ることができる。

［変形例］
本実施形態の第一の変形例として、図１３に示すように線状ばね６４Ａの一端と他端が、端部板６２と振動板５８が向く方向に沿って延びるように形成しても良い。ここで、図１５の実線は、第三実施形態の線状ばねの変形量と最大応力の関係を示しており、鎖線は、第三実施形態の第一の変形例の変形量と最大応力の関係を示している。図１５に示すように、振動部５３Ａを第一の変形例のように構成することで、個々の線状ばね６４Ａに加わる応力集中を緩和することができる。

また、本実施形態の第二の変形例として、図１４に示すように、線状ばね６４Ｂの一端、他端及び曲折部６８ＢがＣ字状になるように形成しても良い。図１５の一点鎖線は、第二の変形例の場合の最大応力と変形量の関係を示している。図１５に示すように、弾性部を第二の変形例のように構成した場合、第一の変形例よりも応力集中を更に緩和することができる。

以上、図面を参照しながら、本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、第一実施形態から第三実施形態では、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下が、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良い。

１ 音響ダンパ
２ ハウジング
３ 通路
５ 空洞
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 排気室
１５ 空気取入口
１６ 圧縮機車室
１７，２１ 静翼
１８，２２ 動翼
２０ タービン車室
２３ 排気ディフューザ
２４ ロータ
２５，２６ 軸受部
３０ 車室ハウジング
３１ 外筒
３２ 内筒
３３ 尾筒（燃焼筒）
３５ パイロットノズル
３６ メインノズル
３７ ガセット
３８ 車室
５０，５１，５３，５３Ａ，５３Ｂ 振動部
５２，６２ 端部板
５５ 下面
５６ 上面
５８ 振動板
６０ 弾性部材
６４，６４Ａ，６４Ｂ 線状ばね
６８，６８Ｂ 曲折部
１００ ガスタービン

Claims (12)

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部と、
   前記振動部の端部に取り付けられ、前記通路を閉塞する端部板と、
   を備える、音響ダンパ。
2. 前記振動部は、蛇腹形状をなす、請求項１に記載の音響ダンパ。
3. 前記所定のばね定数は、１０Ｎ／ｍｍ以上１００Ｎ／ｍｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載の音響ダンパ。
4. 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、
   前記音響ダンパ本体の外面に取り付けられ、前記通路を閉塞する端部板と、
   所定のばね定数を有し、一端が前記端部板の内面に取り付けられる振動部と、
   前記振動部の他端に接続されるとともに前記音響ダンパ本体の内面と間隔を空けて配置された振動板と、
   を備える、音響ダンパ。
5. 前記振動部は、複数の弾性部材から構成される、請求項４に記載の音響ダンパ。
6. 前記弾性部材は、多角錐台形を連続して重ねた形状である、請求項５に記載の音響ダンパ。
7. 前記弾性部材は、前記一端と前記他端の間で折れ曲がった曲折部を含むとともに線状に構成されている、請求項５に記載の音響ダンパ。
8. 前記弾性部材は、前記一端が、前記端部板の面が向く方向に沿って延びるとともに、前記他端が、前記振動板の面が向く方向に沿って延びている、請求項７に記載の音響ダンパ。
9. 前記弾性部材は、前記一端、前記他端及び前記曲折部のうち少なくとも一つがＣ字状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の音響ダンパ。
10. 前記振動部は、１種以上の材料からなる連続した堆積層を有する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の音響ダンパ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の音響ダンパを燃焼筒の外面に取り付け、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、燃焼器。
12. 請求項１１に記載の燃焼器を備える、ガスタービン。

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