JP4929357B2 - 減衰装置及びガスタービン燃焼器 - Google Patents

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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、燃焼器で発生する燃焼振動を抑制可能な減衰装置、並びに、この減衰装置を有するガスタービン燃焼器に関する。
例えば、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の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、排気車室のディフューザにより静圧に変換されてから大気に放出される。
このように構成されるガスタービンの燃焼器にて、燃焼器外筒の内側に燃焼器内筒が支持され、この燃焼器内筒の先端部に燃焼器尾筒が連結されてケーシングが構成され、燃焼器外筒と燃焼器内筒との間に、この燃焼器内筒に高圧空気を供給する空気通路が形成されている。燃焼器内筒内にて、その中心部にパイロットノズルが配設されると共に、燃焼器内筒の内周面に複数のメイン燃料ノズルが配設され、パイロットノズルの周囲にパイロットバーナが配設されている。
また、燃焼器尾筒にはバイパス管が連結され、このバイパス管により燃焼器尾筒に高圧空気を供給するバイパス通路が形成されている。そして、このバイパス管に、高圧流量調整弁が設けられている。
従って、圧縮機によって圧縮された高温・高圧の圧縮空気の空気流がガスタービン燃焼器の空気通路に流れ込み、燃焼器内筒に導入される。燃焼器内筒では、この圧縮空気と燃料ノズルから噴射された燃料が混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器尾筒内に流れ込む。このとき、燃料混合気は、パイロットバーナにより点火されて燃焼し、燃焼ガスが発生する。このとき、燃焼ガスの一部が燃焼尾筒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、各メイン燃料ノズルから噴射される予混合気に着火されて燃焼する。また、圧縮機からの圧縮空気は、流量調整弁の開閉操作により、空気通路を通って燃焼器内筒に導かれる燃焼用空気と、バイパス管を通って燃焼器尾筒に導かれるバイパス空気とに分けられる。これにより燃焼器内筒内における空燃比が調整されることとなり、流量調整弁を開けると空燃比が減少し、流量調整弁を閉じると空燃比が増加する。
ところで、上述したように作動するガスタービン燃焼器では、空気と燃料との混合気が燃焼する際に燃焼振動が発生する場合があり、この燃焼振動は、ガスタービン運転時の騒音や振動の原因となっている。特に、近年のガスタービンでは、運転時の環境への影響を考慮して排出ガスの低NOx(窒素酸化物)化が図られているが、低NOx化を図るためには燃料の希薄燃焼が多用される。しかし、希薄燃焼は燃焼が不安定になり易く、このため燃焼振動が発生し易くなっていた。そこで、従来のガスタービン燃焼器では、振動を減衰する減衰装置が装備されている。
この減衰装置が装備されたガスタービン燃焼器としては、例えば、特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載されたガスタービン燃焼器は、バイパスエルボに音響ダンパを設けている。この音響ダンパは、バイパスエルボを抱え込むように取付けられるホルダと、バイパスエルボとの間に間隔をあけて固定される一対の音響箱と、バイパスエルボと一対の音響箱との間に配置されてホルダにより固定される一対のカセットとを有し、カセットに多孔質金属が設けられている。従って、迷路状の共鳴管を有する音響箱により低い周波数の振動が共鳴し、2箇所以上に取付けられた多孔質金属により広い範囲の周波数帯の振動を減衰することができる。
特開2006−022966号公報
上述した従来のガスタービン燃焼器では、音響箱が仕切りにより渦巻状の管路となっている。そのため、この音響箱を形成するためには、多数の板材を曲げ加工し、且つ、溶接により接合しなければならず、製造が複雑になると共に、製造コストが増加してしまうという問題がある。
本発明は上述した課題を解決するものであり、振動を効果的に減衰可能とする一方で、構造の簡素化及び低コスト化を図った減衰装置及びガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するための本発明の減衰装置では、以下の1)〜9)の構成とした。
1) 内部に流体が流れる流通路を有する配管の外周部に設けられ、前記配管内の流体を導入することで音響振動を減衰する減衰装置において、前記配管の外周部の少なくとも一部を被覆するようにリング形状をなすことで、前記流通路の流体を導入可能な流体導入空間が形成される流体導入部と、基端部が前記流体導入部に連結される一方、先端部が前記配管の外周部に周方向に沿って延設され、内部に前記流体導入空間に連通する共鳴空間を有するL字形状に屈曲した中空箱型形状をなした複数の音響箱と、前記共鳴空間を仕切ることで燃焼振動の周波数特性に応じて予め設定された長さの共鳴管路を形成する仕切板と、を備え、前記流体導入部は、分岐管を介して前記複数の音響箱が連結され、前記流体導入空間は、前記分岐管内の縮径した連通路を介して前記複数の共鳴空間に連通することを特徴とする。
) 前記流体導入部は、流体導入空間と共鳴空間とが連通することを特徴とする。
) 前記流体導入空間は、前記配管に形成された複数の貫通孔を介して前記流通路に連通すると共に、前記流体導入空間から分岐するように前記複数の共鳴空間が連通されることを特徴とする。
) 前記音響箱内における対向する壁面に前記仕切板が交互に複数固定されることで、前記共鳴空間が仕切られて燃焼振動の周波数特性に応じて予め設定された長さを有するジグザグ形状をなす前記共鳴管路が形成されることを特徴とする。
) 前記複数の共鳴管路は、異なる長さに設定されることを特徴とする。
) 前記音響箱内に前記仕切板を固定することで燃焼振動の周波数特性に応じて予め設定された長さを有する前記共鳴管路を形成すると共に、前記音響箱の先端部を連結管を介して前記流体導入部に連結することで前記共鳴管路の先端部を前記流体導入空間に連通し、前記共鳴管路における長手方向の中途部に閉塞板を固定することで、異なる長さの2つの共鳴管路を形成することを特徴とする。
) 前記共鳴管路は、前記配管の軸方向に仕切る仕切壁により複数に分割された独立した共鳴管路を形成すると共に、それらの共鳴管路同士を連通する開口部又は該開口部を閉塞する閉塞板を有し、燃焼振動の周波数に応じて前記閉塞板を閉塞又は開放することで、共鳴管路の長さを調整することを特徴とする。
) 前記共鳴管路に、流体に対して抵抗を付与する抵抗部材が設けられることを特徴とする。
) また、本発明のガスタービン燃焼器は、高圧空気と燃料とが内部で燃焼して燃焼ガスを発生させる燃焼筒と、該燃焼筒に連結されて燃焼ガスをタービンに導く尾筒と、前記燃焼筒に燃焼のために使用する高圧空気を供給する燃焼用高圧空気供給通路と、前記燃焼筒の高温空気に対して燃料を噴射する燃料ノズルと、前記尾筒に高圧空気量を供給するバイパス管と、を備えるガスタービン燃焼器において、前記バイパス管に1)から)のいずれか一つの減衰装置が設けられることを特徴とする。
本発明の減衰装置によれば、前記配管の外周部の少なくとも一部を被覆するようにリング形状をなすことで、前記流通路の流体を導入可能な流体導入空間が形成される流体導入部と、基端部が前記流体導入部に連結される一方、先端部が前記配管の外周部に周方向に沿って延設され内部に前記流体導入空間に連通する共鳴空間を有するL字形状に屈曲した中空箱型形状をなした複数の音響箱と、前記共鳴空間を仕切ることで燃焼振動の周波数特性に応じて予め設定された長さの共鳴管路を形成する仕切板と、を備え、前記流体導入部は、分岐管を介して前記複数の音響箱が連結され、前記流体導入空間は、前記分岐管内の縮径した連通路を介して前記複数の共鳴空間に連通している。従って、配管の流通路で音響振動が発生し、この音響振動による音響エネルギが流体導入空間を通して共鳴管路に導入されると、音響振動がこの共鳴管路で共鳴することで抑制され、この音響振動を効果的に減衰することができる一方で、音響箱の共鳴空間を仕切板により仕切ることで所定長さの共鳴管路を容易に形成することで、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
図1は、本発明の実施例1に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図(図4のI−I断面図)である。 図2は、実施例1の減衰装置における概略図である。 図3は、実施例1のガスタービンの概略構成図である。 図4は、実施例1のガスタービン燃焼器の概略構成図である。 図5は、実施例1のガスタービン燃焼器における要部断面図である。 図6は、本発明の実施例2に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図である。 図7は、本発明の実施例3に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図である。 図8は、本発明の実施例4に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の概略図である。 図9は、本発明の実施例5に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図である。 図10−1は、本発明の実施例1に係る減衰装置の取付け状態を示す側面概略図である。 図10−2は、本発明の実施例5に係る減衰装置の取付け状態を示す側面概略図である。 図11は、本発明の実施例6に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図である。 図12は、本発明の実施例6に係るガスタービン燃焼器に適用された他の減衰装置の断面図である。 図13−1は、本発明の実施例6に係る減衰装置の減衰比と周波数の試験部位を示す概略図である。 図13−2は、本発明の実施例6に係る減衰装置の減衰比と周波数の試験結果を示す図である。 図14−1は、本発明の実施例7に係るガスタービン燃焼器に適用された他の減衰装置の断面図である。 図14−2は、本発明の実施例7に係るガスタービン燃焼器に適用された他の減衰装置のX−X線断面図である。 図14−3は、本発明の実施例7に係るガスタービン燃焼器に適用された他の減衰装置のX−X線断面図である。
符号の説明
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
14 排気室
31 燃焼器外筒(燃焼筒)
32 燃焼器内筒(燃焼筒)
33 燃焼器尾筒
34 パイロットノズル(燃焼ノズル)
35 メイン燃料ノズル(燃焼ノズル)
44 空気通路
61 バイパス管(配管)
63,81,91,101、111、121A、121B、131 減衰装置
71 流体導入部
72 分岐管
73a,73b,73c,73d 音響箱
74a,74b 仕切板
A 流通路
B 流体導入空間
C 連通路
Da,Db 共鳴空間
Ea,Eb,Ec 共鳴管路
82 閉塞板
83 連結管
92,93 抵抗部材
以下に添付図面を参照して、本発明に係る減衰装置及びガスタービン燃焼器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い。
図1は、本発明の実施例1に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図(図4のI−I断面図)、図2は、実施例1の減衰装置における概略図、図3は、実施例1のガスタービンの概略構成図、図4は、実施例1のガスタービン燃焼器の概略構成図、図5は、実施例1のガスタービン燃焼器における要部断面図である。
実施例1のガスタービンは、図3に示すように、圧縮機11と燃焼器(ガスタービン燃焼器)12とタービン13と排気室14により構成され、このタービン13に図示しない発電機が連結されている。この圧縮機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なり、その外側に抽気マニホールド19が設けられている。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(タービン軸)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、排気室14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21と動翼22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。
上述した燃焼器12において、図4に示すように、燃焼器外筒31の内部に所定間隔をあけて燃焼器内筒32が支持され、この燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33が連結されて燃焼器ケーシングが構成されている。この場合、燃焼器外筒31と燃焼器内筒32により本発明の燃焼筒が構成される。燃焼器内筒32内には、その中心部にパイロットノズル34が配設されると共に、燃焼器内筒32の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数のメイン燃料ノズル(予混合ノズル)35が配設されており、パイロットノズル34の先端部にはパイロットコーン36が装着されている。また、燃焼器外筒31の内周面に周方向に沿って複数のトップハットノズル37が配設されている。この場合、パイロットノズル34とメイン燃料ノズル(予混合ノズル)35により本発明の燃料ノズルが構成されている。
詳細に説明すると、図5に示すように、燃焼器外筒31は、外筒本体41の基端部に外筒蓋部42が密着し、複数の締結ボルト43により締結されて構成されており、この外筒蓋部42に燃焼器内筒32の基端部が嵌着され、外筒蓋部42と燃焼器内筒32との間に空気通路(燃焼用高圧空気供給通路)44が形成されている。そして、燃焼器内筒32内にて、その中心部にパイロットノズル34が配設されると共に、このパイロットノズル34を取り囲むように複数のメイン燃料ノズル35が配設され、各メイン燃料ノズル35の先端部がメインバーナ45に連通している。
また、外筒蓋部42には、トップハット部47が嵌合し、複数の締結ボルト48により締結されており、上述したトップハットノズル37は、このトップハット部47に設けられている。即ち、トップハット部47の基端部に周方向に沿って燃料キャビティ49が形成され、この燃料キャビティ49から先端側に向けて複数の燃料通路50が形成され、この各燃料通路50の先端部にペグ52が連結されている。
そして、図示しないパイロット燃料ラインがパイロットノズル34の燃料ポート53に連結され、メイン燃料ラインがメイン燃料ノズル35の燃料ポート54連結され、トップハット燃料ラインがトップハットノズル37の燃料ポート55に連結されている。
また、図4に示すように、尾筒33にはバイパス管61が連結されており、このバイパス管61にはバイパス弁(流量調整弁)62が設けられている。この場合、バイパス管61により本発明の配管が構成され、バイパス管61の内部に高圧空気(流体)が流れる流通路Aが形成されている。そして、このバイパス管61に、音響振動を減衰する減衰装置63が装着されている。
この減衰装置63において、図1及び図2に示すように、バイパス管61の外周部には、その周方向における少なくとも一部を被覆する流体導入部71が配置されており、バイパス管61とこの流体導入部71との間に流体導入空間Bが形成されている。そして、流体導入部71により被覆されたバイパス管61には、複数の貫通孔61aが形成されており、流体導入空間Bは、この複数の貫通孔61aを通してバイパス管61の流通路Aに連通している。
流体導入部71は、バイパス管61の外周部における一部を被覆するようにリング形状をなし、このバイパス管61に溶接等により固定されている。そして、この流体導入部71には、分岐管72を介して複数(本実施例では2個)の音響箱73a,73bが連結されている。この各音響箱73a,73bは、それぞれ基端部が分岐管72を介して流体導入部71に連結される一方、先端部がバイパス管61及び流体導入部71の外周部に周方向に沿って延設されている。そして、各音響箱73a,73bは、先端部が閉塞されることで、内部に共鳴空間Da,Dbが形成され、この共鳴空間Da,Dbは、分岐管72内の縮径した連通路Cを介して流体導入部71の流体導入空間Bに連通している。
各音響箱73a,73bは、分岐管72から分岐してL字形状に屈曲した中空箱型形状をなし、先端部側の内部に複数の仕切板74a,74bを固定することで、各共鳴空間Da,Dbが仕切られて所定長さの共鳴管路Ea,Ebが形成されている。即ち、各音響箱73a,73bの先端部側は、互いに対向する壁面に複数の仕切板74a,74bの端部のみが交互に固定されることで、各共鳴空間Da,Dbが仕切られて所定長さを有するジグザグ形状をなす共鳴管路Ea,Ebが形成されることとなる。この場合、各音響箱73a,73bの対向する壁面に対して、複数の仕切板74a,74bの端部が傾斜して固定されることで、ジグザグ形状をなす共鳴管路Ea,Ebの長さを確保するようにしている。
本実施例では、流体導入部71と分岐管72と各音響箱73a,73bを一体に形成することで、減衰装置のハウジングが形成され、このハウジング(音響箱73a,73b)の内部に仕切板74a,74bを固定することで、減衰装置63が製造される。この場合、流体導入部71、分岐管72、各音響箱73a,73bを板金で形成し、各部材を溶接により接合すればよい。そして、バイパス管61に対して、減衰装置63を溶接により固定している。
従って、バイパス管61の流通路Aは、複数の貫通孔61aを通して流体導入部71の流体導入空間Bに連通し、この流体導入空間Bは、分岐管72の連通路Cを通して各音響箱73a,73bの共鳴空間Da,Dbに連通し、この各共鳴空間Da,Dbは、先端部側に形成された共鳴管路Ea,Ebに連通することとなる。
このように構成された実施例1のガスタービン燃焼器12において、図4及び図5に示すように、圧縮機11で圧縮された高温・高圧の圧縮空気の空気流が燃焼器12の車室に流れ込むと、この圧縮空気は、空気通路44を通り、トップハットノズル37から噴射された燃料と混合され、この燃料混合気が燃焼器内筒32内に流れ込む。燃焼器内筒32内では、この燃料混合気がメイン燃料ノズル35から噴射された燃料とメインバーナ45により混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器尾筒33内に流れ込む。また、燃料混合気は、パイロットノズル34から噴射された燃料と混合され、メインバーナ45の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、各メイン燃料ノズル35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。即ち、パイロットノズル34から噴射したパイロット燃料による拡散火炎により、メイン燃料ノズル35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、燃焼器尾筒33に連結されたバイパス管61にて、バイパス弁62の開度を調整することで、車室の圧縮空気がバイパス管61の流通路Aを通って尾筒33に供給される。即ち、このバイパス弁62の開閉操作により、空気通路44を通って燃焼器内筒32に導かれる燃焼用空気と、バイパス管61を通って燃焼器尾筒33に導かれるバイパス空気とに分けられることで、燃焼器内筒32における空燃比を調整することができる。
そして、このように作動するガスタービン燃焼器12では、圧縮空気と燃料との混合気が燃焼器内筒32で燃焼する際に燃焼振動が発生することがある。この場合、本実施例では、バイパス管61に減衰装置63が設けられており、燃焼器内筒32で発生した燃焼振動をバイパス管61を通して減衰装置63で減衰するようにしている。
即ち、燃焼器内筒32で高圧空気と燃料とが燃焼して燃焼ガスが発生するとき、この燃焼ガスと共にその燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが減衰装置63に導入される。すると、図1に示すように、バイパス管61の流通路Aから複数の貫通孔61aを通して流体導入部71の流体導入空間Bに導入された燃焼振動による音響エネルギは、この流体導入空間Bから分岐管72の連通路Cを通して各音響箱73a,73bの共鳴空間Da,Dbに導入され、この共鳴空間Da,Dbから共鳴管路Ea,Ebに導入される。すると、燃焼振動(音響エネルギ)が、この共鳴管路Ea,Ebで共鳴することにより減衰される。この場合、共鳴管路Ea,Ebの長さは、燃焼器内筒32で発生する燃焼振動の周波数特性に応じて予め設定されている。
このように実施例1の減衰装置63及びガスタービン燃焼器12にあっては、燃焼器外筒31の内側に燃焼器内筒32を配置し、この燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33を連結すると共に、内部にパイロットノズル34及びメイン燃料ノズル35を配置して構成し、燃焼器内筒32に燃焼のために使用する高圧空気を供給する空気通路44を設けると共に、燃焼器尾筒33に高圧空気量を供給するバイパス管61とを設け、このバイパス管61に減衰装置63を設け、この減衰装置63を、バイパス管61の外周部を被覆して流体導入空間Bを形成する流体導入部71と、基端部が流体導入部71に連結されて先端部がバイパス管61の外周部に周方向に沿って延設されて共鳴空間Da,Dbを形成する複数の音響箱73a,73bと、共鳴空間Da,Dbを仕切ることで所定長さの共鳴管路Ea,Ebを形成する仕切板74a,74bとにより構成している。
従って、燃焼器内筒32で高圧空気と燃料とが燃焼して燃焼ガスが発生するとき、それに伴って発生する燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが流通路Aから流体導入空間Bに導入され、この流体導入空間Bから連通路Cを通して共鳴空間Da,Dbに導入され、この共鳴空間Da,Dbが仕切板74a,74bにより仕切られた共鳴管路Ea,Ebで共鳴することとなり、燃焼振動を適正に減衰することができる。
この場合、流体導入部71と分岐管72と各音響箱73a,73bを一体に形成し、音響箱73a,73の内部に仕切板74a,74bを固定することで、減衰装置63を製造している。そのため、流体導入部71、分岐管72、音響箱73a,73b、仕切板74a,74bを溶接により接合することで、減衰装置63を容易に製造することができ、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
また、実施例1の減衰装置63では、流体導入部71に分岐管72を介して複数の音響箱73a,73bを連結し、流体導入空間Bを分岐管72内の縮径した連通路Cを介して複数の共鳴空間Da,Dbに連通している。従って、バイパス管61の流通路Aで発生した音響振動による音響エネルギが1つの連通路Cを介して複数の共鳴空間Da,Dbに導入されて減衰されることとなり、音響振動を複数の共鳴空間Da,Dbを用いて効果的に減衰することができると共に、限られたスペースで共鳴管路Ea,Ebを効率的に確保することができる。
また、実施例1の減衰装置63では、流体導入空間Bをバイパス管61に形成された複数の貫通孔61aを介して流通路Aに連通すると共に、流体導入空間Bから分岐するように複数の共鳴空間Da,Dbを連通している。従って、バイパス管61の流通路Aで発生した音響振動による音響エネルギが複数の貫通孔61aを通して流体導入空間Bに導入され、連通路Cを介して複数の共鳴空間Da,Dbに導入されて減衰されることとなり、音響振動を複数の共鳴空間Da,Dbを用いて効果的に減衰することができると共に、限られたスペースで共鳴管路Ea,Ebを効率的に確保することができる。
また、実施例1の減衰装置63では、音響箱73a,73b内における対向する壁面に仕切板74a,74bを交互に複数固定することで共鳴空間を仕切って所定長さを有するジグザグ形状をなす共鳴管路Ea,Ebを形成している。従って、限られた広さの共鳴空間Da,Dbに複数の仕切板74a,74bにより所定長さの共鳴管路Ea,Ebを形成することで、音響振動を効果的に減衰することができる。
図6は、本発明の実施例2に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例2では、図6に示すように、バイパス管61に音響振動を減衰する減衰装置81が装着され、この減衰装置81は、複数の共鳴管路が異なる長さに設定されている。
即ち、この減衰装置81にて、バイパス管61の外周部に流体導入部71が固定されて流体導入空間Bが形成され、流体導入空間Bは複数の貫通孔61aを通してバイパス管61の流通路Aに連通している。この流体導入部71には、分岐管72を介して2個の音響箱73a,73bが連結され、各音響箱73a,73bは、基端部が分岐管72を介して流体導入部71に連結される一方、先端部がバイパス管61及び流体導入部71の外周部に周方向に沿って延設されている。そして、各音響箱73a,73bは、基端部が分岐管72の連通路Cを介して流体導入空間Bに連通し、先端部が閉塞されて共鳴空間Da,Dbが形成され、この共鳴空間Da,Dbは、先端部に複数の仕切板74a,74bを固定することで所定長さの共鳴管路Ea,Ebが形成されている。
そして、本実施例では、他方の音響箱73bの共鳴空間Dbにて、2つの仕切板74bの間に閉塞板82が溶接により固定されている。そのため、バイパス管61の流通路Aは、複数の貫通孔61aを通して流体導入部71の流体導入空間Bに連通し、分岐管72の連通路Cを通して一方の音響箱73aの共鳴空間Daに連通し、共鳴管路Eaを連通する一方、分岐管72の連通路Cを通して他方の音響箱73bの共鳴空間Dbに連通し、共鳴管路Ebに連通している。この場合、他方の音響箱73bの仕切板74bに閉塞板82が固定されることで、流通路Aから、流体導入空間B、連通路C、共鳴空間Da、共鳴管路Eaの先端部までの長さと、流通路Aから、流体導入空間B、連通路C、共鳴空間Db、共鳴管路Ebの閉塞端(閉塞板82)までの長さが異なる長さとなっている。
このように構成された減衰装置81では、燃焼ガスと共にその燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが減衰装置81に導入される。すると、バイパス管61の流通路Aから複数の貫通孔61aを通して流体導入部71の流体導入空間Bに導入された燃焼振動による音響エネルギは、この流体導入空間Bから分岐管72の連通路Cを通して各音響箱73a,73bの共鳴空間Da,Dbに導入され、この共鳴空間Da,Dbから共鳴管路Ea,Ebに導入される。すると、燃焼振動(音響エネルギ)が、この共鳴管路Ea,Ebで共鳴することにより減衰される。この場合、共鳴管路Ea,Ebの長さが異なる長さに設定されていることから、燃焼に伴って発生する異なる周波数の燃焼振動が適正に減衰される。
なお、本実施例の減衰装置81にて、音響箱73bにおける2個の仕切板74bの間に閉塞板82を固定することで、一方の共鳴管路Eaに対して、他方の共鳴管路Ebの長さを異なるようにしている。この場合、音響箱73bの共鳴空間Dbが閉塞板82により2つの共鳴管路Eb,Ecに分割されていることから、流体導入部71と音響箱73bの先端部とを連結管83により連結し、流体導入空間Bと共鳴管路Ecを連通することで、3つの異なる長さの共鳴管路Ea,Eb,Ecを形成することができ、燃焼に伴って発生する3種類の周波数の燃焼振動が適正に減衰される。
このように実施例2の減衰装置81にあっては、バイパス管61の外周部を流体導入部71により被覆して流体導入空間Bを形成し、内部に共鳴空間Da,Dbを有する複数の音響箱73a,73bの基端部を流体導入部71に連結し、先端部をバイパス管61の外周部に周方向に沿って延設し、共鳴空間Da,Dbを仕切板74a,74bにより仕切ることで共鳴管路Ea,Ebを形成し、他方の音響箱73bにおける2個の仕切板74bの間に閉塞板82を固定し、一方の共鳴管路Eaに対して他方の共鳴管路Ebの長さを短くしている。
従って、燃焼に伴って発生する燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが流通路Aから流体導入空間Bに導入され、この流体導入空間Bから連通路Cを通して共鳴空間Da,Dbに導入され、この共鳴空間Da,Dbが仕切板74a,74bにより仕切られた共鳴管路Ea,Ebで共鳴することとなり、燃焼振動を適正に減衰することができる。このとき、共鳴管路Ea,Ebの長さが相違することで、発生した異なる周波数の複数の音響振動を各共鳴管路Ea,Ebにより適正に減衰することができる。
また、流体導入部71と音響箱73bの先端部とを連結管83により連結し、流体導入空間Bと共鳴管路Ecを連通することで、3つの異なる長さの共鳴管路Ea,Eb,Ecを形成することができ、燃焼に伴って発生する3種類の周波数の燃焼振動を適正に減衰することができ、異なる長さの複数の共鳴管路Ea,Eb,Ecを限られたスペース内で効率的に形成することができる。
図7は、本発明の実施例3に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例3では、図7に示すように、バイパス管61に音響振動を減衰する減衰装置91が装着され、この減衰装置91は、共鳴管路に、流体に対して抵抗を付与する抵抗部材が設けられている。
即ち、この減衰装置91にて、バイパス管61の外周部に流体導入部71が固定されて流体導入空間Bが形成され、流体導入空間Bは複数の貫通孔61aを通してバイパス管61の流通路Aに連通している。この流体導入部71には、分岐管72を介して2個の音響箱73a,73bが連結され、各音響箱73a,73bは、基端部が分岐管72を介して流体導入部71に連結される一方、先端部がバイパス管61及び流体導入部71の外周部に周方向に沿って延設されている。そして、各音響箱73a,73bは、基端部が分岐管72の連通路Cを介して流体導入空間Bに連通し、先端部が閉塞されて共鳴空間Da,Dbが形成され、この共鳴空間Da,Dbは、先端部に複数の仕切板74a,74bを固定することで所定長さの共鳴管路Ea,Ebが形成されている。
そして、本実施例では、他方の音響箱73bの共鳴空間Dbにて、共鳴管路Ebより上流側に2つの抵抗部材92,93が設けられている。この場合、抵抗部材92,93は、多孔質金属、多孔板、などにより構成されている。なお、上述した実施例では、抵抗部材92,93を一方の共鳴空間Dbに設け、その数は2つとしたが、その装着位置及び数は実施例に限定させるものではなく、燃焼器の構造や燃焼形態などに応じて適宜設定すればよいものである。
このように構成された減衰装置91では、燃焼ガスと共にその燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが減衰装置91に導入される。すると、バイパス管61の流通路Aから複数の貫通孔61aを通して流体導入部71の流体導入空間Bに導入された燃焼振動による音響エネルギは、この流体導入空間Bから分岐管72の連通路Cを通して各音響箱73a,73bの共鳴空間Da,Dbに導入され、この共鳴空間Da,Dbから共鳴管路Ea,Ebに導入される。このとき、燃焼振動(音響エネルギ)は、抵抗部材92,93を通過することで、振動のエネルギが低減され、その後、燃焼振動(音響エネルギ)が、共鳴管路Ea,Ebで共鳴することにより減衰される。
このように実施例3の減衰装置91にあっては、バイパス管61の外周部を流体導入部71により被覆して流体導入空間Bを形成し、内部に共鳴空間Da,Dbを有する複数の音響箱73a,73bの基端部を流体導入部71に連結し、先端部をバイパス管61の外周部に周方向に沿って延設し、共鳴空間Da,Dbを仕切板74a,74bにより仕切ることで共鳴管路Ea,Ebを形成し、他方の音響箱73bの共鳴空間Dbに抵抗部材92,93を設けている。
従って、燃焼に伴って発生する燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが流通路Aから流体導入空間Bに導入され、この流体導入空間Bから連通路Cを通して共鳴空間Da,Dbに導入され、この共鳴空間Da,Dbが仕切板74a,74bにより仕切られた共鳴管路Ea,Ebで共鳴することとなり、燃焼振動を適正に減衰することができる。このとき、燃焼振動(音響エネルギ)が抵抗部材92,93を通過するときに振動のエネルギが低減されることとなり、音響振動を効果的に減衰することができる。
図8は、本発明の実施例4に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例4では、図8に示すように、バイパス管61に音響振動を減衰する減衰装置101が装着され、この減衰装置101は、4つの共鳴管路を有している。
即ち、この減衰装置101にて、バイパス管61の外周部に流体導入部71が固定されて流体導入空間が形成され、流体導入部71に分岐管72を介して4個の音響箱73a,73b,73c,73dが連結され、各音響箱73a,73b,73c,73dの内部の各共鳴空間は図示しない複数の仕切板により所定長さの共鳴管路が形成されている。
このように構成された減衰装置101では、燃焼ガスと共にその燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが減衰装置101に導入される。すると、バイパス管61の流通路から流体導入部71の流体導入空間に導入された燃焼振動による音響エネルギは、この流体導入空間から分岐管72の連通路を通して各音響箱73a,73b,73c,73dの共鳴空間に導入され、この共鳴空間から共鳴管路に導入される。すると、燃焼振動(音響エネルギ)が、共鳴管路で共鳴することにより減衰される。
このように実施例4の減衰装置101にあっては、バイパス管61の外周部を流体導入部71により被覆して流体導入空間を形成し、内部に共鳴空間を有する複数の音響箱73a,73b,73c,73dの基端部を流体導入部71に連結し、先端部をバイパス管61の外周部に周方向に沿って延設し、共鳴空間を仕切板により仕切ることで共鳴管路を形成している。
従って、燃焼に伴って発生する燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが流通路から流体導入空間に導入され、この流体導入空間から連通路を通して4つの共鳴空間に導入され、この共鳴空間が共鳴管路で共鳴することとなり、燃焼振動を適正に減衰することができる。このとき、4つの共鳴管路の長さを相違させることで、4つの周波数の燃焼振動を効果的に減衰することができる。
なお、上述した各実施例では、音響箱を2つまたは4つ設け、共鳴空間及び共鳴管路を同数形成したが、その数は実施例に限定されるものではなく、燃焼器の構造や燃焼形態などに応じて適宜設定すればよいものである。
また、上述した各実施例では、減衰装置をバイパス管に設けたが、ここに限らず、燃焼器内筒や燃焼器尾筒に設けてもよい。
図9は、本発明の実施例5に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例5では、図9に示すように、バイパス管61に音響振動を減衰する減衰装置111が装着され、この減衰装置111は、図1のような連通路Cを構成する分岐管72を設けることなく、流体導入空間Bと共鳴空間Da、Dbとを直接連通するようにしている。
本実施例では、共鳴管路Ea,Ebを構成するための仕切部材は、4枚の仕切板74a−1〜74a−4、74b−1〜74b−4としている。
また、流体導入部71も図1に示す減衰装置63のようにバイパス管61の約3/4を覆うものではなく、1/4程度とコンパクト化を図っている。
これによって、図10−1の実施例1のような減衰装置63のような共鳴空間部分がバイパス管61の上方に大幅に突出するものと異なり、図10−2に示すように、実施例5の減衰装置111では、バイパス管61からの突出量は最小となってコンパクト化を図ることができる。
このように本実施例では、コンパクト化を図ることができると共に、減衰装置111を車室開放なしに取り外せることが可能となる。
また、図10−2に示すように、減衰装置111の本体の一部をテーパ状として断面積を拡大することができ、低周波の減衰が可能となる。
このように、本実施例によれば、燃焼振動低減効果を犠牲にせず、低周波の減衰を行うことが可能となる。
図12−1,12−2は、本発明の実施例6に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例6では、図9に示す減衰装置111において、複数の仕切板74a−1〜74a−4、74b−1〜74b−4を一部削除することで、低周波の減衰を図るようにしたものである。
すなわち、図11の減衰装置121Aにおいては、図9の減衰装置111から仕切板74a−4、74b−4を削除して、ヘルムホルツ共鳴器として、低周波の減衰を図ったものである。
一方、図12の減衰装置121Bにおいては、図9の減衰装置111から仕切板74a−3、74b−3を削除して、共鳴管路Ea,Ebの中段の断面積を拡大し、低周波チューニングを図ったものである。
これは、図13−1に示す減衰装置111の各部位において、図13−2に示すような減衰比と周波数の関係があることによる。
この試験は、各部位の断面積の標準を「1」として、その基準よりも小さく(小)とした場合と、その基準よりも大きく(大)とした場合における減衰比と周波数の関係を計測したものである。
これにより、A5(図11の減衰装置121Aに対応)とA4(図12の減衰装置121Bに対応)の場合には、減衰比はそのままであるが、周波数は断面積が増大するほど低周波数となることが確認された。
よって、共鳴管路Ea、Ebの中段部分と奥側の部分の空間を拡大することで、低周波の減衰が可能となることが判明し、低周波数の振動を効果的に減衰可能とすることが実現できる。
図14−1及び14−2は、本発明の実施例7に係るガスタービン燃焼器に適用された減衰装置の断面図であり、図14−2は、図14−1のX−X線断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例7では、図14−1、14−2に示すように、バイパス管61に音響振動を減衰する減衰装置131が装着され、この減衰装置131は、バイパス管61の軸方向Yに複数に分割する仕切壁132により分割された独立した共鳴管路室(本実施例では前側共鳴管路Ea−fと後側共鳴管路Ea−r)を形成すると共に、それらの前側共鳴管路Ea−fと後側共鳴管路Ea−rを連通する開口部133又は該開口部133を閉塞する閉塞板134を有してなるものである。そして、周波数に応じて閉塞板134を閉塞又は開放することで、共鳴管路の長さを調整することができる。
ここで、図14−2、14−3中、符号74a−1f〜4fは前側仕切板、74b−1f〜4fは後側仕切板、92は抵抗部材である。
なお、本実施例での説明では、図14−1の減衰装置121の左側の共鳴管路について説明するが、右側の共鳴管路についても同様である。
即ち、この減衰装置131にて、図14−2に示すように、Y方向の前後(本実施例では外筒本体41を後側としている。)に分割する共鳴管路(前側共鳴管路Ea−fと後側共鳴管路Ea−r)を形成し、開口部133を開放する場合には、共鳴空間Da−r側を封鎖板135で閉塞することで、実施例6の減衰装置111に対して、断面積が1/2で、長さが2倍となる前側共鳴管路Ea−f,後側共鳴管路Ea−rが形成されることとなる。
一方、図14−3に示すように、Y方向の前後に分割する共鳴管路室(前側Ea−fと後側Ea−r)を連通する開口部133を閉塞板134で閉塞する場合には、前側共鳴管路Da−fと後ろ側共鳴管路Da−rとを各々独立した空間となり、実施例6と同様な長さの共鳴管路Ea−f,Ea−rが形成されることとなる。
このように、本実施例によれば、共鳴管路の長さを所望の周波数に応じて異なる長さに設定されることができるので、燃焼に伴って発生する異なる周波数の燃焼振動が適正に減衰される。
従って、燃焼に伴って発生する燃焼振動がバイパス管61に導入され、この燃焼振動による音響エネルギが流通路Aから連通路Cを通して共鳴空間Da−f、Da−r、Db−f、Db−rに導入され、この共鳴空間Da−f、Da−r、Db−f、Db−rで共鳴することとなり、燃焼振動を適正に減衰することができる。このとき、開口部133を開放することで、Da−f、Da−r、Db−f、Db−rの長さが2倍となることで、管長さが長くなり、低周波数側のチューニングが適正に行うことができる。
なお、本実施例では、前室と後室と配管の軸方向に2つに分割しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、それ以上に分割して共鳴空間の長さを更に長くするようにしてもよい。
本発明に係る減衰装置及びガスタービン燃焼器は、振動を効果的に減衰可能とする一方で、構造の簡素化及び低コスト化を図るものであり、いずれの種類の減衰装置やガスタービン燃焼器にも適用することができる。

Claims (9)

  1. 内部に流体が流れる流通路を有する配管の外周部に設けられ、前記配管内の流体を導入することで音響振動を減衰する減衰装置において、
    前記配管の外周部の少なくとも一部を被覆するようにリング形状をなすことで、前記流通路の流体を導入可能な流体導入空間が形成される流体導入部と、
    基端部が前記流体導入部に連結される一方、先端部が前記配管の外周部に周方向に沿って延設され、内部に前記流体導入空間に連通する共鳴空間を有するL字形状に屈曲した中空箱型形状をなした複数の音響箱と、
    前記共鳴空間を仕切ることで燃焼振動の周波数特性に応じて予め設定された長さの共鳴管路を形成する仕切板と、
    を備え
    前記流体導入部は、分岐管を介して前記複数の音響箱が連結され、前記流体導入空間は、前記分岐管内の縮径した連通路を介して前記複数の共鳴空間に連通することを特徴とする減衰装置。
  2. 前記流体導入部は、流体導入空間と共鳴空間とが連通することを特徴とする請求項1に記載の減衰装置。
  3. 前記流体導入空間は、前記配管に形成された複数の貫通孔を介して前記流通路に連通すると共に、前記流体導入空間から分岐するように前記複数の共鳴空間が連通されることを特徴とする請求項1または2に記載の減衰装置。
  4. 前記音響箱内における対向する壁面に前記仕切板が交互に複数固定されることで、前記共鳴空間が仕切られて燃焼振動の周波数特性に応じて予め設定された長さを有するジグザグ形状をなす前記共鳴管路が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の減衰装置。
  5. 前記複数の共鳴管路は、異なる長さに設定されることを特徴とする請求項1からのいずれか一つに記載の減衰装置。
  6. 前記音響箱内に前記仕切板を固定することで燃焼振動の周波数特性に応じて予め設定された長さを有する前記共鳴管路を形成すると共に、前記音響箱の先端部を連結管を介して前記流体導入部に連結することで前記共鳴管路の先端部を前記流体導入空間に連通し、前記共鳴管路における長手方向の中途部に閉塞板を固定することで、異なる長さの2つの共鳴管路を形成することを特徴とする請求項に記載の減衰装置。
  7. 前記共鳴管路は、前記配管の軸方向に仕切る仕切壁により複数に分割された独立した共鳴管路を形成すると共に、それらの共鳴管路同士を連通する開口部又は該開口部を閉塞する閉塞板を有し、燃焼振動の周波数に応じて前記閉塞板を閉塞又は開放することで、共鳴管路の長さを調整することを特徴とする請求項1からのいずれか一つに記載の減衰装置。
  8. 前記共鳴管路に、流体に対して抵抗を付与する抵抗部材が設けられることを特徴とする請求項1からのいずれか一つに記載の減衰装置。
  9. 高圧空気と燃料とが内部で燃焼して燃焼ガスを発生させる燃焼筒と、
    該燃焼筒に連結されて燃焼ガスをタービンに導く尾筒と、
    前記燃焼筒に燃焼のために使用する高圧空気を供給する燃焼用高圧空気供給通路と、
    前記燃焼筒の高温空気に対して燃料を噴射する燃料ノズルと、
    前記尾筒に高圧空気量を供給するバイパス管と、
    を備えるガスタービン燃焼器において、
    前記バイパス管に請求項1からのいずれか一つの減衰装置が設けられることを特徴とするガスタービン燃焼器。
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