JP5623627B2

JP5623627B2 - 燃焼器およびガスタービン

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Publication number: JP5623627B2
Application number: JP2013505850A
Authority: JP
Inventors: 正樹小野; 哲小西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: EP2930429B1; KR20130101041A; EP2690365A1; US8733496B2; CN103140716A; JP2014130009A; EP2690365A4; US20130206500A1; KR101498400B1; WO2012127959A1; CN103140716B; EP2930429A1; JPWO2012127959A1; EP2690365B1; JP2014238099A; JP5995932B2; JP5813169B2

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ものである。

従来、例えば、特許文献１では、広い範囲の周波数帯で振動を低減するため、開口を有する管路を有し、当該管路を流れる流体に抵抗を与える抵抗体を備える音響ダンパが開示されている。この音響ダンパは、屈折されて小型化が図られた管路および抵抗体が、燃焼器の燃焼筒に取り付けられたバイパス管に取り付けられたもので、バイパス管の内部と管路とが管路の開口を介して連通されている。

また、従来、例えば、特許文献２では、減衰性能とメンテナンス性とを向上するため、多孔板とハウジングとからなる音響ライナ共鳴空間を有する音響ライナと、前記ハウジングに接続され、かつ内側に音響ライナ共鳴空間と連通する音響ダンパ共鳴空間を有する音響ダンパとを備える減衰装置が開示されている。この減衰装置は、音響ライナが燃焼器の尾筒の周りに取り付けられ、音響ダンパが尾筒の延在方向に沿って設けられている。

特開２００６−２２９６６号公報特開２００６−２６６６７１号公報

ところで、音響ダンパは、一種の共鳴箱であるため、音響ダンパ内部には大きな圧力変動が発生する。そして、この圧力変動によって燃焼器に大きい応力が発生した場合、燃焼器が損傷するおそれがある。そのため、大きい応力が燃焼器に伝わらないように、音響ダンパと燃焼器とを相互に固定しないように構成する工夫が必要となる。このため、音響ダンパを燃焼器から離隔させることから、燃焼器に対する音響ダンパの設置スペースが嵩み、極小型の燃焼器においては、音響ダンパを設置するスペースが確保できない場合もある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、振動を減衰する際の圧力変動による応力の発生を防ぐとともに、比較的小型に構成することのできる音響ダンパ、燃焼器およびガスタービンを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の音響ダンパは、振動発生源に固定され、当該振動発生源の外面に沿って設けられているとともに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し、かつ前記通路における前記空気振動の伝搬の下流側を閉塞して当該空気振動の抵抗となる仕切部材を有する音響部を備え、前記音響部は、前記空気振動を逆方向に伝搬させるとともに、各方向の前記空気振動の抵抗となる態様で前記仕切部材を配置することを特徴とする。

この音響ダンパによれば、音響部によって振動発生源内の圧力変動を減衰させる。また、圧力変動を減衰させた際に空気振動が仕切部材に衝突して生じる励振力は、逆方向の空気振動の抵抗となる各仕切部材によって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による応力の発生を防ぐことができる。しかも、音響部が振動発生源の外面に沿って設けられているため、比較的小型に構成することができる。

また、本発明の音響ダンパでは、前記音響部は、通路を逆方向に折り返して設けられ、当該折返し部分と終端に仕切部材が設けられていることを特徴とする。

この音響ダンパによれば、音響部によって振動発生源内の圧力変動を減衰させる。また、圧力変動を減衰させた際に空気振動が仕切部材に衝突して生じる励振力は、逆方向の空気振動の抵抗となる各仕切部材によって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による応力の発生を防ぐことができる。しかも、音響部が振動発生源の外面に沿って設けられ、かつ通路が折り返して設けられているため、比較的小型に構成することができる。

また、本発明の音響ダンパは、通路を折り返して構成された前記音響部を、複数配置することを特徴とする。

この音響ダンパによれば、音響部によって振動発生源内の圧力変動を減衰させる。また、圧力変動を減衰させた際に空気振動が仕切部材に衝突して生じる励振力は、逆方向の空気振動の抵抗となる各仕切部材によって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による応力の発生を防ぐことができる。しかも、音響部が振動発生源の外面に沿って設けられ、かつ通路が折り返して設けられているため、比較的小型に構成することができる。しかも、音響部が複数あることから、複数の空気振動の周波数に応じてこれを減衰することができる。

また、本発明の音響ダンパは、前記通路の折返しを複数とし、当該各折返し部分に仕切部材を設けることを特徴とする。

上述の目的を達成するために、本発明の燃焼器は、上述したいずれか１つの音響ダンパを、燃焼筒に設け、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。

この燃焼器によれば、音響部によって燃焼振動による燃焼器内の圧力変動が減衰される。また、圧力変動を減衰させた際に空気振動が仕切部材に衝突して生じる励振力は、逆方向の空気振動の抵抗となる各仕切部材によって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による燃焼器への応力の発生を防ぐことができる。しかも、音響部が燃焼筒の外面に沿って設けられているため、燃焼器自体を比較的小型に構成することができる。

また、本発明の燃焼器は、前記通路を前記燃焼筒の周方向に沿って配置することを特徴とする。

この燃焼器によれば、燃焼筒の周方向に変位する振動の発生を防ぐことができる。

また、本発明の燃焼器は、前記通路を前記燃焼筒の軸方向に沿って配置することを特徴とする。

この燃焼器によれば、燃焼筒の軸方向に変位する振動の発生を防ぐことができる。

上述の目的を達成するために、本発明のガスタービンは、上述したいずれか１つの燃焼器を備えることを特徴とする。

このガスタービンによれば、音響部によって燃焼器に生じる燃焼振動が減衰される。このため、ガスタービン運転時の騒音や振動を低減することができる。また、燃焼振動を減衰させた際に空気振動が仕切部材に衝突して生じる励振力は、逆方向の空気振動の抵抗となる各仕切部材によって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による燃焼器への応力の発生が防止され、ガスタービンへの応力の発生を防ぐことができる。しかも、音響部が燃焼筒の外面に沿って設けられているため、燃焼器とともにガスタービン自体を比較的小型に構成することができる。

本発明によれば、振動を減衰する際の圧力変動による応力の発生を防ぐとともに、比較的小型に構成することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るガスタービンの概略構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係る燃焼器の側面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る音響ダンパであって図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図５は、音響ダンパを周方向で展開した概略図である。図６は、本発明の実施の形態に係る音響ダンパと対比する音響ダンパを周方向で展開した概略図である。図７は、図６の音響ダンパによる影響を示す説明図である。図８は、図６の音響ダンパによる影響を示す説明図である。図９は、本発明の実施の形態の他の音響ダンパを周方向で展開した概略図である。図１０は、本発明の実施の形態の他の音響ダンパを周方向で展開した概略図である。図１１は、本発明の実施の形態の他の音響ダンパであって図２のＡ−Ａ断面図である。図１２は、本発明の実施の形態の他の音響ダンパを示す燃焼器の側面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施の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、本実施の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。

図３は、本実施の形態に係る音響ダンパであって図２のＡ−Ａ断面図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ断面図であり、図５は、音響ダンパを周方向で展開した概略図である。

上述したガスタービンの燃焼器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、音響ダンパ１Ａが設けられる。

図２において、音響ダンパ１Ａは、燃焼器１２における尾筒３３の基端側の外面に周方向に沿って設けられている。この音響ダンパ１Ａは、図３および図４に示すように、振動発生源としての尾筒３３の外側を囲むハウジング２を有している。ハウジング２は、尾筒３３の外側を周方向で囲む筒状の外壁部２ａと、外壁部２ａの両開口を閉塞しつつ尾筒３３に固定される側壁部２ｂとで構成され、尾筒３３の外側に環状の空間を形成している。そして、尾筒３３において、ハウジング２が設けられた部分には、尾筒３３内の燃焼振動による空気振動（圧力波）Ｖを尾筒３３の外側に通過させる貫通孔３３ａが尾筒３３の周方向で複数形成されている。

また、音響ダンパ１Ａは、ハウジング２の内部において、外壁部２ａに沿ってハウジング２の空間を軸方向で区画する仕切壁３を有している。また、音響ダンパ１Ａは、ハウジング２の内部において、当該ハウジング２の空間であって、仕切壁３で区画された空間を、内側と外側とに区画する隔壁４を有している。すなわち、隔壁４は、ハウジング２の外壁部２ａと尾筒３３の外面との間に設けられている。また、隔壁４は、図３に示すように、内側と外側とに区画したハウジング２の空間を周方向の一部で連通する切欠４ａが形成されている。そして、切欠４ａで切り欠かれた隔壁４の周方向の一端は、ハウジング２の外側の空間を閉塞する仕切部材５ａが設けられている。このため、ハウジング２の内側の空間は、尾筒３３の貫通孔３３ａを介して尾筒３３の内部に連通され、ハウジング２の外側の空間は、切欠４ａによってハウジング２の内側の空間に連通される入口が形成されるとともに、周方向に沿う終端が仕切部材５ａで塞がれた通路Ｒをなす。また、仕切壁３によって軸方向で区画されたハウジング２の空間は、それぞれ通路Ｒが形成されているが、図５に示すように切欠４ａによる入口と、仕切部材５ａで塞がれた終端とが反転した構成とされている。

なお、上述した音響ダンパ１Ａは、１つのハウジング２を仕切壁３で軸方向に区画することで２つの通路Ｒを構成しているが、仕切壁３を設けず２つのハウジング２によって２つの通路Ｒを構成してもよい。

また、各通路Ｒの入口と終端との途中には、仕切部材５ｂが設けられている。仕切部材５ｂは、通路Ｒの途中を塞ぐものである。そして、通路Ｒにおいて、その入口と仕切部材５ｂとの間は、通路Ｒにおいて燃焼器１２内の圧力変動を減衰させる音響部Ｎとして構成される。そして、２つの通路Ｒにおいては、入口と仕切部材５ｂとの周方向の位置が反転した音響部Ｎが構成されている。

このように構成された音響ダンパ１Ａにおいては、図３に示すように、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）Ｖが、尾筒３３の貫通孔３３ａを通過してハウジング２内に取り込まれる。そして、通路Ｒにおいて、その入口と仕切部材５ｂとの間の音響部Ｎでは、入口から伝搬した空気振動Ｖが共鳴し、燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。また、図５に示すように、２つの通路Ｒにおいて、それぞれの音響部Ｎは、その入口と仕切部材５ｂとの周方向の位置が反転しているため、空気振動Ｖの伝搬方向が逆方向となる。

ここで、図６は、本実施の形態に係る音響ダンパと対比する音響ダンパを周方向で展開した概略図であり、図７および図８は、図６の音響ダンパによる影響を示す説明図である。

図６に示す音響ダンパ１００は、上述した音響ダンパ１Ａの音響部Ｎを１つとしたものである。このような構成の音響ダンパ１００において、音響部Ｎの内部での圧力変動は、入口部分の音圧が低く、仕切部材５ｂで最大となる。一方、仕切部材５ｂと仕切部材５ａとの間では、空気振動Ｖの伝搬がなく、この間に音圧は発生しない。また、仕切部材５ａは、入口部分にあるため、そこには大きな圧力変動はない。このため、仕切部材５ｂは、その一方の面で非常に大きな圧力変動を受け、他方の面では圧力変動を受けないことになる。この結果、音響ダンパ１００は、仕切部材５ｂの入口側の面で大きな圧力変動を受けることから、図６において仕切部材５ｂの他方の面側に向く励振力Ｆが生じることになる。すなわち、周方向の励振力Ｆが生じることになる。

一般的に、ある振動モードに対する励振力Ｆの大きさは、下式（１）によって表される。
Ｆ＝∫（ｆｒ×ｄｒ＋ｆθ×ｄθ＋ｆｚ×ｄｚ）…（１）
この式（１）において、ｆｒは半径方向成分の力、ｆθは周方向成分の力、ｆｚは軸方向成分の力であり、ｄｒは半径方向の振動変位、ｄθは周方向の振動変位、ｄｚは軸方向の振動変位である。

そして、例えば、上述したガスタービンの燃焼器１２においては、尾筒３３の先端がガセット３７を介して車室ハウジング３０に締結されている。このガセット３７は、尾筒３３先端のほぼ矩形状に合わせた形状の枠部３７ａの上側に支持片３７ｂが延出されており、この支持片３７ｂが車室ハウジング３０に締結されている。このような尾筒３３において、上述した周方向の励振力Ｆが生じると、当該励振力Ｆが支持片３７ｂの締結部分を基点として周方向に回転する振動が発生することになる。この結果、図７に示すように、支持片３７ｂの締結部分を０°とし、枠部３７ａの底辺側を１８０°とすると、尾筒３３の周方向変位は、図８に示すように、ガセット３７で支持されている０°位置が比較的小さく変位し、１８０°位置が大きく変位する。

一方、本実施の形態の音響ダンパ１Ａは、各音響部Ｎが、その入口と仕切部材５ｂとの周方向の位置が反転し、空気振動Ｖの伝搬方向が逆方向とされている。このため、図５に示すように、各仕切部材５ｂの位置で生じる励振力Ｆが相互に逆方向に作用する。この結果、燃焼器１２の尾筒３３においては、周方向に生じる変位が抑制されることになる。

仕切部材５ｂの周方向の位置は、仕切部材５ｂと入口との間隔であって、音響部Ｎの長さを決定する。そして、音響部Ｎの長さは、伝搬する空気振動Ｖを共鳴させるための距離であり、この距離は伝搬する空気振動Ｖの周波数に応じて決められる。すなわち、仕切部材５ｂの周方向の位置は、減衰する対象となる空気振動Ｖの周波数に応じて決定される。また、音響部Ｎの軸方向の位置によって仕切部材５ｂに掛かる音圧が異なるため、音響部Ｎの軸方向の位置も考慮して仕切部材５ｂの周方向の位置が決定される。また、各音響部Ｎによって減衰する各空気振動Ｖが共振する可能性がある場合、これも考慮して仕切部材５ｂの位置が決定される。そして、空気振動Ｖや、音響部Ｎにおける空気振動Ｖの伝達は、有限要素法（ＦＥＭ）などの解析によって求めることができるため、上述した式（１）の励振力Ｆが０となるように、仕切部材５ｂの周方向の位置を決定すればよい。仕切部材５ｂと仕切部材５ａとの間は、仕切部材５ｂと通路Ｒの入口との間隔である音響部Ｎの長さの調整しろとなる。なお、仕切部材５ｂと仕切部材５ａとの間においては、音響部Ｎが形成されることを条件とし、ハウジング２の側壁部２ｂや仕切壁３を設けなくてもよい。

なお、図５に示す音響ダンパ１Ａは、音響部Ｎを２つ設けた形態として説明したが、音響部Ｎは２つ以上あってもよく、これら複数の音響部Ｎによって励振力Ｆを抑制するように、各音響部Ｎの仕切部材５ｂの位置を設定すればよい。

図９および図１０は、本実施の形態の他の音響ダンパを周方向で展開した概略図である。図５に示す音響ダンパ１Ａは、音響部Ｎを複数設けたものであるが、図９に示す音響ダンパ１Ｂは、図５に示す各音響部Ｎを、通路Ｒを逆方向に折り返して設け、当該折返し部分に新たな仕切部材５ｃが設けられて１つの通路として構成されている。したがって、以下の音響ダンパ１Ｂの説明において、音響ダンパ１Ａと同様の構成について省略する。

具体的に、図９に示すように、音響ダンパ１Ｂは、通路Ｒの途中に、仕切部材５ｃが形成されている。仕切部材５ｃは、仕切壁３で区画された隣接する空間にも連なって設けられている。通路Ｒは、仕切部材５ｃの部分で仕切壁３が開放されることで、仕切部材５ｃで折り返して構成されている。そして、この折り返された通路Ｒの終端として仕切部材５ｂが設けられている。その結果、音響部Ｎは、通路Ｒの入口（切欠４ａ）から仕切部材５ｃで折り返されて仕切部材５ｂに至る１つの通路として構成される。

この音響ダンパ１Ｂ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）Ｖが、尾筒３３の貫通孔３３ａ（図３参照）を通過してハウジング２内に取り込まれる。そして、通路Ｒにおいて、その入口と仕切部材５ｃとの間の部分の音響部Ｎでは、入口から伝搬した空気振動Ｖが共鳴し、燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。さらに、仕切部材５ｃと仕切部材５ｂとの間の部分の音響部Ｎでは、仕切部材５ｃで折り返して伝搬した空気振動Ｖが共鳴し、燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。

そして、音響ダンパ１Ｂは、音響部Ｎが、その入口と仕切部材５ｃとの間と、仕切部材５ｃと仕切部材５ｂとの間とで、空気振動Ｖの伝搬方向が逆方向とされている。このため、図９に示すように、仕切部材５ｃの位置で生じる励振力Ｆと、仕切部材５ｂの位置で生じる励振力Ｆとが相互に逆方向に作用する。この結果、燃焼器１２の尾筒３３においては、周方向に生じる変位が抑制されることになる。

仕切部材５ｃおよび仕切部材５ｂの周方向の位置は、仕切部材５ｂと入口との間隔であって、音響部Ｎの長さを決定する。そして、音響部Ｎの長さは、伝搬する空気振動Ｖを減衰させるための距離であり、この距離は伝搬する空気振動Ｖの周波数に応じて決められる。すなわち、仕切部材５ｃおよび仕切部材５ｂの周方向の位置は、減衰する対象となる空気振動Ｖの周波数に応じて決定される。そして、空気振動Ｖや、音響部Ｎにおける空気振動Ｖの伝達は、有限要素法（ＦＥＭ）などの解析によって求めることができるため、上述した式（１）の励振力Ｆが０となるように、仕切部材５ｃおよび仕切部材５ｂの周方向の位置を決定すればよい。仕切部材５ｃと仕切部材５ａとの間（仕切部材５ｃと仕切部材５ｂとの間）は、仕切部材５ｂと通路Ｒの入口との間隔である音響部Ｎの長さの調整しろとなる。なお、仕切部材５ｃと仕切部材５ａとの間や、仕切部材５ｃと仕切部材５ｂとの間においては、音響部Ｎが形成されることを条件とし、ハウジング２の側壁部２ｂや仕切壁３を設けなくてもよい。

図１０に示す音響ダンパ１Ｃは、図９に示す音響ダンパ１Ｂのように１つの通路として構成された音響部Ｎを、複数配置したものである。

具体的に、図１０に示すように、音響ダンパ１Ｃは、音響ダンパ１Ｂの仕切部材５ａを有していない。このため、通路Ｒは２つとなる。そして、各通路Ｒの途中に、仕切部材５ｃがそれぞれ形成されている。仕切部材５ｃは、仕切壁３で区画された隣接する空間にも連なって設けられている。各通路Ｒは、仕切部材５ｃの部分で仕切壁３が開放されることで、仕切部材５ｃで折り返して構成されている。そして、この折り返された通路Ｒの終端として仕切部材５ｂがそれぞれ設けられている。その結果、音響部Ｎは、通路Ｒの入口（切欠４ａ）から仕切部材５ｃで折り返されて仕切部材５ｂに至る１つの通路として構成され、かつ２つ構成される。

各音響ダンパ１Ｃ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）Ｖが、尾筒３３の貫通孔３３ａ（図３参照）を通過してハウジング２内に取り込まれる。そして、各通路Ｒにおいて、その入口と仕切部材５ｃとの間の部分の音響部Ｎでは、入口から伝搬した空気振動Ｖが共鳴し、燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。さらに、仕切部材５ｃと仕切部材５ｂとの間の部分の音響部Ｎでは、仕切部材５ｃで折り返して伝搬した空気振動Ｖが共鳴し、燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。

そして、音響ダンパ１Ｃは、それぞれの音響部Ｎが、その入口と仕切部材５ｃとの間と、仕切部材５ｃと仕切部材５ｂとの間とで、空気振動Ｖの伝搬方向が逆方向とされている。このため、図１０に示すように、各音響部Ｎで、仕切部材５ｃの位置で生じる励振力Ｆと、仕切部材５ｂの位置で生じる励振力Ｆとが相互に逆方向に作用する。この結果、燃焼器１２の尾筒３３においては、周方向に生じる変位が抑制されることになる。

仕切部材５ｃおよび仕切部材５ｂの周方向の位置は、仕切部材５ｂと入口との間隔であって、音響部Ｎの長さを決定する。そして、音響部Ｎの長さは、伝搬する空気振動Ｖを減衰させるための距離であり、この距離は伝搬する空気振動Ｖの周波数に応じて決められる。すなわち、仕切部材５ｃおよび仕切部材５ｂの周方向の位置は、減衰する対象となる空気振動Ｖの周波数に応じて決定される。そして、音響ダンパ１Ｃは、２つの音響部Ｎを有することから、それぞれの長さを変えることで複数の空気振動Ｖの周波数に応じてこれを減衰することが可能である。また、各音響部Ｎによって減衰する各空気振動Ｖが共振する可能性がある場合、これも考慮して仕切部材５ｂの位置が決定される。そして、空気振動Ｖや、音響部Ｎにおける空気振動Ｖの伝達は、有限要素法（ＦＥＭ）などの解析によって求めることができるため、上述した式（１）の励振力Ｆが０となるように、仕切部材５ｃおよび仕切部材５ｂの周方向の位置を決定すればよい。各仕切部材５ｃの間および各仕切部材５ｂの間は、仕切部材５ｂと通路Ｒの入口との間隔である各音響部Ｎの長さの調整しろとなる。なお、各仕切部材５ｃの間や各仕切部材５ｂの間においては、音響部Ｎが形成されることを条件とし、ハウジング２の側壁部２ｂや仕切壁３を設けなくてもよい。

なお、図１０において音響ダンパ１Ｃは、音響部Ｎの折返しを１つとして示されているが、折返しは１つに限らない。図には明示しないが、各音響部Ｎにおいて、折返しを複数とし、各折返し部分に仕切部材５ｃを設けてもよい。

図１１は、本発明の実施の形態の他の音響ダンパであって図２のＡ−Ａ断面図である。上述した音響ダンパ１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、燃焼器軸Ｓの延在方向である尾筒３３の軸方向に音響部Ｎを折返したものであるが、図１１に示す音響ダンパ１Ｄのように、尾筒３３の外面において、燃焼器軸Ｓの径方向に音響部Ｎを折返して設けてもよい。

図１１に示す音響ダンパ１Ｄは、ハウジング２が、音響ダンパ１Ａ，１Ｂ，１Ｃと同様に尾筒３３の外側を周方向で囲む筒状の外壁部２ａ（図示せず）を有し、各外壁部２ａの間で隔壁４の径方向外側に隔壁６を複数設け、隔壁４と隔壁６の間および隔壁６同士の間の周方向を仕切部材５ｄにより閉塞して径方向に重なる複数の空間を形成し、かつ各空間が仕切部材５ｄにより径方向で折り返して繋がる１つの通路Ｒをなすように構成されている。そして、通路Ｒの入口としての切欠４ａが、前記通路Ｒの最も径方向内側の仕切部材５ｄの位置に設けられることで、音響部Ｎが構成されている。

このように構成された音響ダンパ１Ｄは、図１１に示すように、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）Ｖが、尾筒３３の貫通孔３３ａを通過してハウジング２内に取り込まれる。そして、通路Ｒにおいて、その入口と通路Ｒの終端の仕切部材５ｄとの間の音響部Ｎでは、入口から伝搬した空気振動Ｖが共鳴し、燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。さらに、仕切部材５ｄで折り返して伝搬した空気振動Ｖが共鳴し、燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。

そして、音響ダンパ１Ｄは、音響部Ｎが、各仕切部材５ｄの間で、空気振動Ｖの伝搬方向が逆方向とされている。このため、図１１に示すように、周方向の一方向側の仕切部材５ｄの位置で生じる励振力Ｆと、周方向の他方向側の仕切部材５ｂの位置で生じる励振力Ｆとが相互に逆方向に作用する。この結果、燃焼器１２の尾筒３３においては、周方向に生じる変位が抑制されることになる。

仕切部材５ｄの周方向の位置は、終端の仕切部材５ｄと入口との間隔であって、音響部Ｎの長さを決定する。そして、音響部Ｎの長さは、伝搬する空気振動Ｖを減衰させるための距離であり、この距離は伝搬する空気振動Ｖの周波数に応じて決められる。すなわち、隔壁４と隔壁６の間および隔壁６同士の間の周方向を閉塞する仕切部材５ｄの周方向の位置は、減衰する対象となる空気振動Ｖの周波数に応じて決定される。そして、空気振動Ｖや、音響部Ｎにおける空気振動Ｖの伝達は、有限要素法（ＦＥＭ）などの解析によって求めることができるため、上述した式（１）の励振力Ｆが０となるように、仕切部材５ｄの周方向の位置を決定すればよい。

また、音響ダンパ１Ｄは、図１１に示すように、同様に構成された音響部Ｎが周方向に複数（本実施の形態では３つ）配置されている。すなわち、音響ダンパ１Ｄは、複数の音響部Ｎを有することから、それぞれの長さを変えることで複数の空気振動Ｖの周波数に応じてこれを減衰することが可能である。また、各音響部Ｎによって減衰する各空気振動Ｖが共振する可能性がある場合、これも考慮して仕切部材５ｄの位置が決定される。

また、音響ダンパ１Ｄは、図１１に示すように、図１１の下方に配置された２つの音響部Ｎにおいて、各通路Ｒの各折返し部分に仕切部材５ｃを設けて構成されている。

図１２は、本実施の形態の他の音響ダンパを示す燃焼器の側面図である。上述した音響ダンパ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、尾筒３３の周方向に沿って設けたものであるが、図１２に示すように、尾筒３３の外面において、燃焼器軸Ｓの延在方向である尾筒３３の軸方向に沿って同構成の音響ダンパ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを設けてもよい。この図１２に示す同構成の音響ダンパ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄによれば、空気振動Ｖを減衰させるとともに、当該減衰に伴う軸方向での応力の発生を防ぐことが可能である。また、尾筒３３の周方向と、軸方向とに音響ダンパ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを設けてもよい。

このように、本実施の形態の音響ダンパ（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、振動発生源（燃焼器１２）に固定され、当該振動発生源の外面に沿って設けられているとともに、振動発生源内で発生する空気振動Ｖを取り込む通路Ｒを形成し、かつ通路Ｒにおける空気振動Ｖの伝搬の下流側を閉塞して当該空気振動Ｖの抵抗となる仕切部材５ｂ，５ｄを有する音響部Ｎを備え、音響部Ｎは、空気振動Ｖを逆方向に伝搬させるとともに、各方向の空気振動Ｖの抵抗となるように仕切部材（５ｂ，５ｃ，５ｄ）を配置する。

この音響ダンパ（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、音響部Ｎによって振動発生源（燃焼器１２）内の圧力変動を減衰させる。また、圧力変動を減衰させた際に空気振動Ｖが仕切部材５ｂ，５ｄに衝突して生じる励振力Ｆは、逆方向の空気振動Ｖの抵抗となる各仕切部材５ｂ（５ｃ），５ｄによって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による応力の発生を防ぐことが可能になる。しかも、この音響ダンパ（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、音響部Ｎが振動発生源の外面に沿って設けられているため、音響ダンパ（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）自体を比較的小型に構成することが可能になる。

また、本実施の形態の音響ダンパ（１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）では、音響部Ｎは、通路Ｒを逆方向に折り返して設けられ、当該折返し部分と終端に仕切部材５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられている。

この音響ダンパ（１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、音響部Ｎによって振動発生源（燃焼器１２）内の圧力変動を減衰させる。また、圧力変動を減衰させた際に空気振動Ｖが仕切部材５ｂ，５ｄに衝突して生じる励振力Ｆは、逆方向の空気振動Ｖの抵抗となる各仕切部材５ｂ，５ｃ，５ｄによって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による応力の発生を防ぐことが可能になる。しかも、この音響ダンパ（１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、音響部Ｎが振動発生源の外面に沿って設けられ、かつ通路Ｒが折り返して設けられているため、音響ダンパ（１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）自体を比較的小型に構成することが可能になる。

また、本実施の形態の音響ダンパ（１Ｃ，１Ｄ）は、通路Ｒを折り返して構成された音響部Ｎを、複数配置する。

この音響ダンパ（１Ｃ，１Ｄ）は、音響部Ｎによって振動発生源（燃焼器１２）内の圧力変動を減衰させる。また、圧力変動を減衰させた際に空気振動Ｖが仕切部材５ｂ，５ｄに衝突して生じる励振力Ｆは、逆方向の空気振動Ｖの抵抗となる各仕切部材５ｂ，５ｃ，５ｄによって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による応力の発生を防ぐことが可能になる。しかも、この音響ダンパ（１Ｃ，１Ｄ）は、音響部Ｎが振動発生源の外面に沿って設けられ、かつ通路Ｒが折り返して設けられているため、音響ダンパ（１Ｃ，１Ｄ）自体を比較的小型に構成することが可能になる。しかも、この音響ダンパ（１Ｃ，１Ｄ）は、音響部Ｎが複数あることから、複数の空気振動Ｖの周波数に応じてこれを減衰することが可能である。

また、本実施の形態の音響ダンパ（１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、通路Ｒの折返しを複数とし、各折返し部分に仕切部材５ｃを設ける。

また、本実施の形態の燃焼器１２は、上述のいずれか１つの音響ダンパ（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）を、燃焼筒（尾筒３３）に設け、前記燃焼筒に流通する燃焼ガスの空気振動Ｖを音響ダンパに流入させる。

この燃焼器１２によれば、音響部Ｎによって燃焼振動による燃焼器１２内の圧力変動が減衰される。また、圧力変動を減衰させた際に空気振動Ｖが仕切部材５ｂ，５ｄに衝突して生じる励振力Ｆは、逆方向の空気振動Ｖの抵抗となる各仕切部材５ｂ（５ｃ），５ｄによって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による燃焼器１２への応力の発生を防ぐことが可能になる。しかも、この燃焼器１２は、音響部Ｎが燃焼筒の外面に沿って設けられているため、燃焼器１２自体を比較的小型に構成することが可能になる。

また、本実施の形態の燃焼器１２は、通路Ｒを燃焼筒（尾筒３３）の周方向に沿って配置する。

この燃焼器１２によれば、燃焼筒（尾筒３３）の周方向に変位する振動の発生を防ぐことが可能になる。

また、本実施の形態の燃焼器１２は、通路Ｒを燃焼筒（尾筒３３）の軸方向に沿って配置する。

この燃焼器１２によれば、燃焼筒（尾筒３３）の軸方向に変位する振動の発生を防ぐことが可能になる。

また、本実施の形態のガスタービンは、上述のいずれか１つの燃焼器１２を備える。

このガスタービンによれば、音響部Ｎによって燃焼器１２に生じる燃焼振動が減衰される。このため、ガスタービン運転時の騒音や振動を低減することが可能になる。また、燃焼振動を減衰させた際に空気振動Ｖが仕切部材５ｂ，５ｄに衝突して生じる励振力Ｆは、逆方向の空気振動Ｖの抵抗となる各仕切部材５ｂ（５ｃ），５ｄによって相互に抑制されることから、振動を減衰する際の圧力変動による燃焼器１２への応力の発生が防止され、ガスタービンへの応力の発生を防ぐことが可能になる。しかも、このガスタービンは、音響部Ｎが燃焼筒（尾筒３３）の外面に沿って設けられているため、燃焼器１２とともにガスタービン自体を比較的小型に構成することが可能になる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ音響ダンパ
２ハウジング
２ａ外壁部
２ｂ側壁部
３仕切壁
４，６隔壁
４ａ切欠
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ仕切部材
１２燃焼器
３３尾筒（燃焼筒）
３３ａ貫通孔
３７ガセット
３７ａ枠部
３７ｂ支持片
Ｆ励振力
Ｎ音響部
Ｒ通路
Ｓ燃焼器軸
Ｖ空気振動

Claims

燃焼筒の外面に沿って音響ダンパを設け、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であって、
前記音響ダンパは、
前記空気振動を取り込むように形成された通路と、
前記通路における前記空気振動の伝搬の下流側を閉塞して当該空気振動の抵抗となる仕切部材とを含み、
前記通路の入口と前記仕切部材との間の音響部は、前記通路を前記燃焼筒の周方向に沿って配置するとともに前記燃焼筒の軸方向に複数配置することで前記空気振動を逆方向に伝搬させるとともに、各方向において前記空気振動の抵抗となる態様で前記仕切部材を配置することを特徴とする燃焼器。
前記音響ダンパは、前記音響部が前記通路を前記燃焼筒の軸方向で逆方向に折り返して設けられ、当該折返し部分と終端に仕切部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
前記音響ダンパは、前記燃焼筒の軸方向で前記通路を折り返して構成された前記音響部を、複数配置することを特徴とする請求項２に記載の燃焼器。
前記音響ダンパは、前記通路の折返しを複数とし、当該各折返し部分に前記仕切部材を設けることを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼器。
請求項１〜４のいずれか１つ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。