JP5693293B2 - Combustor - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンを構成する燃焼器に関するものである。 The present invention relates to a combustor constituting a gas turbine.
ガスタービンを構成する燃焼器は、圧縮空気を生成する圧縮機の車室内部に設けられ、圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させることにより高温且つ高圧の燃焼ガスを発生させるものである。そしてこの燃焼器は、燃焼ガスが供給されるタービンの周方向に沿って、複数個が互いに隣接するように配置される。 A combustor constituting a gas turbine is provided in a passenger compartment of a compressor that generates compressed air, and generates high-temperature and high-pressure combustion gas by injecting fuel into the compressed air and burning it. And this combustor is arrange | positioned so that several may adjoin each other along the circumferential direction of the turbine to which combustion gas is supplied.
ここで、このように構成される燃焼器には、車室の周方向モードと連成した複数の音響モードが存在し、その何れかの音響モードで燃焼振動が発生すると、燃焼器に破損等が生じる原因となる。そこで、燃焼器と車室との間に音響スリーブを配置することにより、燃焼器と車室との音響的な連成効果を低減することが従来提唱されている(例えば、特許文献1を参照)。 Here, the combustor configured as described above has a plurality of acoustic modes coupled with the circumferential mode of the vehicle compartment, and if combustion vibration occurs in any of the acoustic modes, the combustor may be damaged. Cause. In view of this, it has been proposed in the past to reduce the acoustic coupling effect between the combustor and the passenger compartment by disposing an acoustic sleeve between the combustor and the passenger compartment (see, for example, Patent Document 1). ).
しかし、従来の燃焼器によれば、タービンの周方向に複数個の燃焼器が配置され、これら燃焼器はその燃焼ガスの出口近傍が狭い隙間を介して周方向に互いに密接した状態となっている。従って、この出口近傍の密接関係が寄与することにより、複数の燃焼器同士が連成した音響モードが存在する(以下、「連成モード」と呼ぶ)。そして、この連成モードでは、燃焼ガスの渦のような励振力によっても共鳴が発生する。しかし、このような燃焼器同士の連成モードで生じる共鳴音に対しては、適切な対策が従来取られていなかった。 However, according to the conventional combustor, a plurality of combustors are arranged in the circumferential direction of the turbine, and these combustors are in close contact with each other in the circumferential direction through a narrow gap near the outlet of the combustion gas. Yes. Therefore, an acoustic mode in which a plurality of combustors are coupled exists due to the close relationship in the vicinity of the outlet (hereinafter referred to as “coupled mode”). In this coupled mode, resonance is also generated by an excitation force such as a vortex of combustion gas. However, no appropriate measures have been taken in the past for the resonance generated in the coupled mode between the combustors.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、タービンの周方向に複数個が配置される燃焼器について、燃焼器同士の連成モードで発生する共鳴音を低減させる手段を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the purpose of the present invention is to generate resonance sound generated in a coupled mode between combustors for a plurality of combustors arranged in the circumferential direction of the turbine. It is to provide means for reducing.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る燃焼器は、一端側から流入した流体が内部で燃焼された後に他端から流出する筒状をなし、車室内において前記他端側が周方向に隣接するように複数配置された燃焼器本体と、該燃焼器本体の前記流体の出口近傍に、基端が前記燃焼器本体内に連通するように設けられた音響管と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following means. That is, the combustor according to the present invention has a cylindrical shape in which the fluid flowing in from one end side is combusted inside and flows out from the other end, and a plurality of the combustors are arranged in the vehicle interior so that the other end side is adjacent in the circumferential direction. A combustor body, and an acoustic tube provided in the vicinity of the fluid outlet of the combustor body so that a base end communicates with the combustor body.
このような構成によれば、燃焼器の連成に寄与する出口近傍に音響管が設けられることにより、連成モードでの燃焼器の共鳴周波数が音響管の無い場合と比較して変化する。これにより、所定の運転条件において、連成モードで発生する燃焼器の共鳴音を低減させることができる。 According to such a configuration, the acoustic tube is provided in the vicinity of the outlet that contributes to the combustor coupling, thereby changing the resonance frequency of the combustor in the coupled mode as compared with the case without the acoustic tube. Thereby, the resonance noise of the combustor generated in the coupled mode can be reduced under predetermined operating conditions.
また、本発明に係る燃焼器は、前記音響管に、該音響管の音響インピーダンスを可変とする音響インピーダンス可変機構が設けられていることを特徴とする。 The combustor according to the present invention is characterized in that the acoustic tube is provided with an acoustic impedance variable mechanism that varies an acoustic impedance of the acoustic tube.
このような構成によれば、周波数特性を有する音響管の音響インピーダンスを音響インピーダンス可変機構によって所望の大きさに変化させることにより、連成モードでの燃焼器の共鳴周波数を任意に制御することができる。これにより、あらゆる運転条件において、連成モードで発生する燃焼器の共鳴音を低減させることができる。 According to such a configuration, the resonance frequency of the combustor in the coupled mode can be arbitrarily controlled by changing the acoustic impedance of the acoustic tube having frequency characteristics to a desired magnitude by the acoustic impedance variable mechanism. it can. Thereby, the resonance noise of the combustor generated in the coupled mode can be reduced under all operating conditions.
また、本発明に係る燃焼器は、前記音響インピーダンス可変機構は、前記音響管の管長を可変とする管長可変機構であることを特徴とする。 Further, the combustor according to the present invention is characterized in that the acoustic impedance varying mechanism is a variable tube length mechanism that varies a tube length of the acoustic tube.
このような構成によれば、管長可変機構によって音響管の管長を変化させることにより、音響管の音響インピーダンスを所望の大きさに変化させることができる。 According to such a configuration, the acoustic impedance of the acoustic tube can be changed to a desired magnitude by changing the tube length of the acoustic tube by the tube length variable mechanism.
また、本発明に係る燃焼器は、前記管長可変機構が、前記音響管と略等しい断面形状を有しその内部に嵌合して設けられた管長調整手段と、前記管長調整手段を前記音響管の内部で移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。 The combustor according to the present invention includes a tube length adjusting means in which the tube length varying mechanism has a cross-sectional shape substantially equal to that of the acoustic tube and is fitted therein, and the tube length adjusting means is connected to the acoustic tube. And moving means for moving the inside.
このような構成によれば、管長調整手段が音響管の内部に嵌合することによってその先端を封止する蓋としての役割を果たす。そして、移動手段が管長調整手段を音響管の内部で移動させることにより、音響管の管長が変化する。 According to such a configuration, the tube length adjusting means serves as a lid that seals the tip of the tube by fitting into the inside of the acoustic tube. The moving means moves the tube length adjusting means inside the acoustic tube, so that the tube length of the acoustic tube changes.
また、本発明に係る燃焼器は、前記移動手段が、複数の前記音響管にそれぞれ設けられた前記管長調整手段を一体的に移動させることを特徴とする。 Further, the combustor according to the present invention is characterized in that the moving means integrally moves the tube length adjusting means provided respectively in the plurality of acoustic tubes.
このような構成によれば、移動手段が複数の管長調整手段を一体的に移動させるので、複数の音響管の管長を同様に変化させることができる。これにより、複数の燃焼器本体の音響インピーダンスを画一的に変化させることができるので、連成モードでの燃焼器の共鳴周波数をより正確且つ確実に制御することができる。 According to such a configuration, since the moving means integrally moves the plurality of tube length adjusting means, the tube lengths of the plurality of acoustic tubes can be similarly changed. Thereby, since the acoustic impedance of a plurality of combustor bodies can be changed uniformly, the resonance frequency of the combustor in the coupled mode can be controlled more accurately and reliably.
また、本発明に係る燃焼器は、前記音響インピーダンス可変機構は、前記音響管の内部に流体を供給する抽気機構であることを特徴とする。 The combustor according to the present invention is characterized in that the acoustic impedance variable mechanism is a bleed mechanism for supplying a fluid into the acoustic tube.
このような構成によれば、抽気機構から流体を供給して音響管の内部の温度を変化させることにより、音響管の音響インピーダンスを所望の大きさに変化させることができる。 According to such a configuration, the acoustic impedance of the acoustic tube can be changed to a desired magnitude by supplying a fluid from the extraction mechanism and changing the temperature inside the acoustic tube.
本発明に係る燃焼器によれば、タービンの周方向に複数個が配置される燃焼器について、燃焼器同士の連成モードで発生する共鳴音を低減させることができる。 According to the combustor which concerns on this invention, the resonance sound which generate | occur | produces in the coupled mode of combustors can be reduced about the combustor arrange | positioned in the circumferential direction of a turbine.
(第1実施形態)
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第1実施形態に係る燃焼器の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る燃焼器10を有するガスタービン1を示す全体構成図である。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the combustor according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a
ガスタービン1は、流体の流通方向Fに沿って最も上流側の位置に設けられた圧縮機2と、この圧縮機2の下流側に設けられた複数個の燃焼器10と、この燃焼器10の下流側に設けられたタービン3と、を備えるものである。
The
圧縮機2は、空気取込口4から外部の空気を取り込み、この空気を圧縮することにより、圧縮空気を生成するものである。また燃焼器10は、圧縮機2が生成した圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させることにより高温及び高圧の燃焼ガスを発生させるものである。またタービン3は、燃焼器10から供給される燃焼ガスの熱エネルギーをロータ5の回転エネルギーに変換して駆動力を取り出すものである。そして、このタービン3によって取り出された駆動力が、ロータ5に連結された発電機(不図示)等に伝達されるものとなっている。
The
ここで燃焼器10は、図1に示すように、ロータ5の周方向に沿って複数個が互いに隣接するようにそれぞれ配置されている。図2は、燃焼器10それぞれを出口部101すなわち燃焼ガスが流出する側から見た状態を示す模式図である。複数の燃焼器10は、その出口部101が狭い隙間Cを介して互いに密接した状態となるようにそれぞれ配置されている。そして、このような出口部101の密接関係が寄与することにより、燃焼器10には複数個の燃焼器10同士が連成した連成モードにて共振が発生するものとなっている。
Here, as shown in FIG. 1, the
図3は、第1実施形態の燃焼器10の1つを拡大した部分拡大断面図である。燃焼器10は、圧縮機2の車室6の内部に設けられた筒状の燃焼器本体11と、この燃焼器本体11の下流側端部であって燃焼ガスが流出する出口部101の近傍に設けられた音響管12と、この音響管12に設けられた管長可変機構13(音響インピーダンス可変機構)と、を有している。
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view in which one of the
燃焼器本体11は、図2に示すように、筒状部材であってその上流側端部が圧縮機2の車室壁7に固定された内筒111と、同じく筒状部材であって内筒111の下流側端部をタービン3の燃焼ガス流路8に接続する尾筒112と、この尾筒112の内部に挿入して設けられた燃料ノズル113と、を有するものである。
As shown in FIG. 2, the combustor
このように構成される燃焼器本体11によれば、圧縮機2が生成した圧縮空気が内筒111の内部に導入されるとともに、この圧縮空気に燃料ノズル113から燃料が噴射されることによって混合気が生成され、この混合気が燃焼されることにより燃焼ガスが生成される。そして、内筒111で生成された燃焼ガスが、尾筒112を通してタービン3の燃焼ガス流路8に供給される。
According to the
音響管12は、燃焼器本体11の共鳴周波数を変化させるためのものである。この音響管12は、図2に示すように、両端が開口した金属製のパイプの基端部に固定用の管側フランジ121が設けられるとともに、その先端が略90°曲折されたものである。このように構成される音響管12は、燃焼器本体11の出口部101に突出して設けられた筒側フランジ102に対し、管側フランジ121が当接されてボルト締めにより固定される。これにより、音響管12の内部と燃焼器本体11の内部とが互いに連通した状態となっている。尚、燃焼器本体11に固定された音響管12は、その先端の曲折部分122がタービン3の周方向を向いている。
The
尚、音響管12の材質、形状、断面形状、長手形状、及び本数等は、本実施形態に限定されず適宜設計変更が可能である。また、音響管12の設置位置は、燃焼器本体11の長手方向に沿って任意の位置とすることができるが、本実施形態のように燃焼器10の連成に寄与する出口部101の近傍に音響部を設置した方が、燃焼器本体11の共鳴周波数をより正確且つ確実に変化させることができるという利点がある。
Note that the material, shape, cross-sectional shape, longitudinal shape, number, and the like of the
管長可変機構13は、音響管12の管長すなわち長手に沿った長さを変化させるものである。この管長可変機構13は、図2に示すように、複数の燃焼器10を包囲して設けられた移動手段131と、この移動手段131に固定された支持手段132と、音響管12の内部に設けられるとともに支持手段132によって支持された管長調整手段133と、を有している。
The tube
移動手段131は、管長調整手段133を移動させるためのものである。この移動手段131は、不図示のモータ等によって回転駆動されることにより、燃焼器10の周囲を時計回りにまたは反時計回りに回転可能となっている。
The moving means 131 is for moving the tube length adjusting means 133. The moving means 131 can be rotated clockwise or counterclockwise around the
支持手段132は、管長調整手段133を支持するためのものである。この支持手段132は、一端部が移動手段131に固定されてロータ5の径方向に延びる固定部材132aと、この固定部材132aに一端部が固定されてロータ5の周方向に延びる支持部材132bと、を有している。
The support means 132 is for supporting the tube length adjusting means 133. The support means 132 includes a fixing
管長調整手段133は、音響管12の管長すなわち長手方向への長さを調整するためのものである。この管長調整手段133は、図3に示すように音響管12の先端の曲折部分122と略等しい断面形状を有し、この曲折部分122の内部に嵌合されることにより、音響管12の先端を封止する蓋としての役割を果たすものである。そして、この管長調整手段133は、支持手段132を構成する支持部材132bの他端部に固定されている。
The tube length adjusting means 133 is for adjusting the tube length of the
次に、本発明の第1実施形態に係る燃焼器10の作用効果について説明する。燃焼器10は、いわゆるパイロット比率や、空気バイパス弁の開閉タイミング等を変化させることによって、その運転条件を種々に変更することが可能である。ここで、所定の運転条件で燃焼器10が運転されている時に、複数個の燃焼器10同士が連成した連成モードにて燃焼器10に共鳴が発生する場合がある。
Next, the effect of the
この場合、燃焼器10の使用者は、音響管12の管長を調整することで連成モードでの燃焼器10の共鳴周波数を変化させることにより、燃焼器10で発生する共鳴音を低減させる。より詳細に説明すると、使用者は、不図示のモータを駆動して図3に示す移動手段131を回転させる。そうすると、支持手段132に支持された管長調整手段133が音響管12の内部を周方向へ移動することにより、音響管12の管長が変化する。具体的には、図3において移動手段131を時計回りに回転させた場合、管長調整手段133が音響管12の内部を先端開口側へ向かって移動することにより、音響管12の管長が長くなる。一方、図3において移動手段131を反時計回りに回転させた場合、管長調整手段133が音響管12の内部を先端開口から離間するように移動することにより、音響管12の管長が短くなる。このように音響管12の管長が変化すると、音響管12の音響インピーダンスが変化することにより、連成モードでの燃焼器10の共鳴周波数が変化する。
In this case, the user of the
また、移動手段131の回転に伴って、複数の音響管12にそれぞれ設けられた管長調整手段133が一体的に移動するので、複数の音響管12の管長が同様に変化する。これにより、複数の燃焼器本体11の音響インピーダンスを画一的に変化させることができるので、連成モードでの燃焼器10の共鳴周波数をより正確且つ確実に制御することができる。
Further, as the moving means 131 rotates, the tube length adjusting means 133 provided in each of the plurality of
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る燃焼器の構成について説明する。尚、本実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの全体構成、及び燃焼器以外の構成については、第1実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the combustor according to the second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the whole structure of the gas turbine which has a combustor which concerns on this embodiment, and structures other than a combustor, since it is the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted here.
図4及び図5は、第2実施形態に係る燃焼器20の構成を示す図であって、図4は燃焼器20の1つを拡大した部分拡大断面図、図5は燃焼器20それぞれを出口部201すなわち燃焼ガスが流出する側から見た状態を示す模式図である。
4 and 5 are views showing the configuration of the
第2実施形態の燃焼器20は、図4及び図5に示すように、圧縮機2の車室6の内部に設けられた筒状の燃焼器本体11と、この燃焼器本体11の出口部201の近傍に設けられた音響管21と、この音響管21に設けられた抽気機構22(音響インピーダンス可変機構)と、を有している。尚、燃焼器本体11の構成については第1実施形態と同じであるため、図4では図3と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
音響管21は、その基端部が開口しているが先端部が閉塞しており、両端が開口した第1実施形態の音響管12とは異なっている。それ以外の構成については第1実施形態の音響管12と同様である。
The
抽気機構22は、音響管21の内部の温度を制御するためのものである。この抽気機構22は、図4及び図5に示すように、空気を送出可能な空気送出手段221と、この空気送出手段221に一端が接続されるとともに他端が音響管21の先端部を挿通して内部へ導入された空気供給配管222と、音響管21に供給する空気の温度を制御する温度制御手段223と、を有している。
The
次に、本発明の第2実施形態に係る燃焼器20の作用効果について説明する。本実施形態の燃焼器20も、所定の運転条件で運転されている時に、複数個の燃焼器20同士が連成した連成モードにて燃焼器20に共鳴が発生する場合がある。
Next, the effect of the
この場合、燃焼器20の使用者は、音響管21の内部の温度を調整することで連成モードでの燃焼器20の共鳴周波数を変化させることにより、燃焼器20で発生する共鳴音を低減させる。より詳細に説明すると、使用者は、空気送出手段221を作動させることで音響管21の内部へ空気を供給するとともに、供給する空気の温度を温度制御手段223によって所定温度に調整する。そうすると、音響管21の内部の温度が変化してその音響インピーダンスが変化することにより、連成モードでの燃焼器20の共鳴周波数が変化する。
In this case, the user of the
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The various shapes, combinations, operation procedures, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various changes can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
1 ガスタービン
2 圧縮機
3 タービン
4 空気取込口
5 ロータ
6 車室
7 車室壁
8 燃焼ガス流路
10 燃焼器
11 燃焼器本体
12 音響管
13 管長可変機構
20 燃焼器
21 音響管
22 抽気機構
101 出口部
102 筒側フランジ
111 内筒
112 尾筒
113 燃料ノズル
121 管側フランジ
122 曲折部分
131 移動手段
132 支持手段
133 管長調整手段
201 出口部
221 空気送出手段
222 空気供給配管
223 温度制御手段
132a 固定部材
132b 支持部材
C 隙間
F 流通方向
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該燃焼器本体の前記流体の出口近傍に、基端が前記燃焼器本体内に連通するように設けられた音響管と、
を備えることを特徴とする燃焼器。 A combustor main body that has a cylindrical shape that flows out from the other end after the fluid flowing in from the one end side is combusted inside, and is disposed in a plurality so that the other end side is adjacent in the circumferential direction in the vehicle interior;
An acoustic tube provided in the vicinity of the fluid outlet of the combustor body so that a base end communicates with the combustor body;
A combustor comprising:
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