JP6302238B2 - 排気装置及びガスタービン - Google Patents

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、このガスタービンで燃焼した排気ガスを排出するための排気装置に関するものである。

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が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、排気ガスとなって排気ダクトを通り、煙突から大気に排出される。

このようなガスタービンの排気ガスを排出する排気装置は、排気ダクト及び煙突などから構成されている。この排気装置は、ガスタービンの内部の音場の共鳴により、数Ｈｚ以下の低周波数成分の音が外部に放出される可能性がある。例えば、低周波数成分の音は、人間の可聴音以下の周波数であることが多く、直接異音を感じることが少ないが、間接的にプラント周囲の家屋の窓枠などを振動させる要因となることがある。

このような特定の低周波数成分の音を低減する技術として、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献１に記載されたガスタービン排気設備は、煙突の周囲の軸方向に沿って設けられて煙突内部と連通する開口部を有し、少なくとも数十Ｈｚ以下の低周波音を低減する所定空間を有する拡張筒を設けたものである。また、特許文献２に記載されたガスタービン排気煙道構造は、排気ダクトの排気ガス流路を曲げ部入口の流路断面積に比べて曲げ部出口の流路断面積を小さくし、サイレンサを排気ガス入口が曲げ部出口に開口すると共に、排気ガス入口の流路断面積に比べて排気ガス出口の流路断面積を大きくしたものである。

特許第５２１５７３５号公報 特開２０１２−１４５０６９号公報

上述した従来の排気装置では、低周波数成分の音を低減することができるものの、煙突や排気ダクトの下流側に装着するため、装置が大型化して構造が複雑になると共に、装置を支持するための構造も大型化して製造コストが増加してしまう。

本発明は上述した課題を解決するものであり、騒音の発生を効率良く抑制すると共に構造の簡素化及び低コスト化を可能とする排気装置及びガスタービンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の排気装置は、排気ガスを水平方向に流す排気ダクトと、前記排気ダクトを流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突と、前記排気ダクトの外側に空隙をあけて被覆することで密閉空間部を形成する外筒部と、前記排気ダクトの内部と前記密閉空間部を連通する連通孔と、を有することを特徴とするものである。

従って、排気ガスは、排気ダクトを水平方向に流れ、煙突を鉛直方向における上方に流れて大気に放出される。このとき、排気ダクトの外側に外筒部が配置され、排気ダクトの内部と密閉空間部が連通孔により連通されることで、排気ダクト内での騒音が連通孔を通って密閉空間部に入り込んで閉じ込められることとなり、排気ダクト内の共鳴振動の反射が抑制され、騒音の発生を効率良く抑制することができる。また、外筒部を排気ダクトに設けたことで、この外筒部の設置が容易となり、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。

本発明の排気装置では、前記外筒部は、前記排気ダクトの入口部に設けられることを特徴としている。

従って、排気ガスが入口部から排気ダクトに入り込むとき、ここで発生する騒音が連通孔を通って密閉空間部に入り込んで排気ダクト内の共鳴振動の反射が抑制されることとなり、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

本発明の排気装置では、前記連通孔は、前記排気ダクトの周方向に所定間隔で複数設けられることを特徴としている。

従って、排気ダクトで発生する騒音が複数の連通孔を通って密閉空間部に入り込むこととなり、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

本発明の排気装置では、前記連通孔は、前記排気ダクトの軸方向に所定間隔で複数設けられることを特徴としている。

従って、排気ダクトで発生する騒音が複数の連通孔を通って密閉空間部に入り込むこととなり、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

本発明の排気装置では、前記外筒部は、前記排気ダクトに対して径方向に偏心した位置に配置されることを特徴としている。

従って、外筒部が排気ダクトに対して径方向に偏心していることから、排気ダクトの連通孔から外筒部の内面までの距離が各連通孔に対して相違することから、異なる周波数の騒音に対して対応することが可能となる。

本発明の排気装置では、前記外筒部の内面と前記排気ダクトの外面との前記空隙の径方向における距離を変更可能な距離変更装置が設けられることを特徴としている。

従って、発生する騒音の周波数に応じて、距離変更装置により空隙の距離を変更することで、容易に異なる周波数の騒音に対して対応することが可能となる。

本発明の排気装置では、前記連通孔に多孔質部材が設けられることを特徴としている。

従って、排気ダクトの騒音が連通孔を通って密閉空間部に入り込むとき、多孔質部材により減衰されると共に、整流されることとなり、騒音を低減することができる。

また、本発明のガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンと吸気設備と排気設備とを有するガスタービンにおいて、前記タービンの出口部に前記排気装置が適用されることを特徴とするものである。

従って、タービンから排出された排気ガスが排気ダクトに流れこんだとき、ここで発生する騒音が連通孔を通って密閉空間部に入り込んで閉じ込められることとなり、排気ダクト内の共鳴振動の反射が抑制され、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

本発明のガスタービンでは、前記連通孔は、前記タービンまたは前記排気設備に開口することを特徴としている。

従って、騒音の発生源に連通孔を配置することで、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

本発明のガスタービンでは、前記圧縮機と前記燃焼器と前記タービンと前記外筒部は、それぞれが独立して脚部により地面に支持され、前記圧縮機と前記燃焼器と前記タービンにエンクロージャーが装着されることを特徴としている。

従って、外筒部を独立して脚部により地面に支持することで、外筒部の設置が容易となり、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。

本発明の排気装置及びガスタービンによれば、排気ダクトの外側に空隙をあけて被覆することで密閉空間部を形成する外筒部と、排気ダクトの内部と密閉空間部を連通する連通孔を設けるので、排気ダクト内での騒音の発生を効率良く抑制することができ、また、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。

図１は、第１実施形態の排気装置を表す概略構成図である。 図２は、排気ダクトの断面を表す図１のII−II断面図である。 図３は、第１実施形態の排気装置の変形例を表す断面図である。 図４は、第１実施形態の排気装置の変形例を表す断面図である。 図５は、第２実施形態の排気装置を表す要部断面図である。 図６は、排気ダクトの断面を表す図５のVI−VI断面図である。 図７は、第３実施形態の排気装置を表す要部断面図である。 図８は、第４実施形態の排気装置を表す要部断面図である。 図９は、排気ダクトの連通孔を表す断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る排気装置及びガスタービンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の排気装置を表す概略構成図、図２は、排気ダクトの断面を表す図１のII−II断面図である。

第１実施形態において、図１及び図２に示すように、ガスタービン１０は、空気を圧縮する圧縮機１１と、この圧縮機１１で圧縮された空気を燃焼する燃焼器１２と、この燃焼器１２で燃料と圧縮空気の混合ガスが燃焼することで生じた燃焼ガス（排気ガス）により回転可能なタービン１３とを有しており、圧縮機１１の回転軸に図示しない発電機が連結されている。また、ガスタービン１０は、圧縮機１１に吸気する吸気ダクト（吸気設備）と、タービン１３から排出される排気ガスを処理する排気ダクト（排気設備）が設けられている。

また、ガスタービン１０は、タービン１３の下流側にこのタービン１３から排出される排気ガスを案内する排気ダクト１４が連結され、この排気ダクト１４は、下流側に煙突１５が連結されている。この排気ダクト１４は矩形断面形状をなし、煙突１５は円形断面形状をなし、排気ダクト１４と煙突１５は、矩形断面形状から徐々に円形断面形状に移行するように連結されている。そのため、排気ガスは、排気ダクト１４を水平方向に流れ、ほぼ直角に曲がって煙突１５に案内され、この煙突１５を上昇し、上端の開口から大気に排出される。なお、ガスタービン１０は、排気ダクト１４から直接煙突１５に連結されずに、図示しない排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）が連結され、この排熱回収ボイラの排気ダクトに煙突が連結される構成もある。

ガスタービン１０の燃焼器１２で発生する圧力脈動、または、排気ガスの乱流は、排気ダクト１４や煙突１５を通過するとき、共鳴振動によって増幅され、煙突１５の開口から可聴音以下の低周波数成分の音が放射されることがある。例えば、低周波数成分の音は、数十Ｈｚ以下（例えば、１Ｈｚから２０Ｈｚ程度）である。この低周波数成分の音は、人間の可聴音以下の周波数成分であることが多いことから、人間が直接異音を感じることが少ないが、間接的にプラント周囲の家屋の窓枠などの振動（ガタツキ）を生じさせる要因となることがある。

第１実施形態の排気装置は、排気ガスを水平方向に流す排気ダクト１４と、排気ダクト１４を流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突１５と、排気ダクト１４の外側に空隙Ｓをあけて被覆することで密閉空間部Ｒを形成する外筒部２１と、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２とを有している。

排気ダクト１４は、タービン１３から煙突１５に向けて内径が大きくなる円筒形状をなしている。外筒部２１は、所定の内径を有する円筒部２１ａと、円形のリング形状をなす蓋部２１ｂ，２１ｃとを有し、円筒部２１ａにおける軸心方向の各開口端の内周部に各蓋部２１ｂ，２１ｃの外周部が固定されて構成されている。この円筒部２１ａは、内径が排気ダクト１４の外径より大きく設定され、蓋部２１ｂ，２１ｃは、内径が排気ダクト１４の外径とほぼ同じに設定されている。

外筒部２１は、排気ダクト１４の入口部、つまり、排気ダクト１４におけるタービン１３との連結部の外側に設けられている。即ち、外筒部２１は、円筒部２１ａが排気ダクト１４の外側を被覆するように配置され、各蓋部２１ｂ，２１ｃの内周部が排気ダクト１４の外周面に密着し、溶接により固定されている。そして、排気ダクト１４は、外筒部２１に被覆された位置に複数の連通孔２２が周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で形成されている。この各連通孔２２は、タービン１３のシュラウド１３ａの後部に開口している。

この場合、排気ダクト１４に対して外筒部２１が同心状に配置され、排気ダクト１４の外周面と外筒部２１の内面により密閉空間部Ｒが形成されており、排気ダクト１４の外周面と外筒部２１の内周面との間に所定距離の空隙Ｓが確保されている。

また、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３と排気ダクト１４と煙突１５は、複数の脚部３１，３２，３３，３４，３５によりそれぞれが独立して地面Ｇに支持されている。また、外筒部２１は、脚部３６により独立して地面Ｇに支持されている。そして、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３は、エンクロージャー３７が装着されている。

このように構成された第１実施形態の排気装置にて、タービン１３から排出された排気ガスは、排気ダクト１４を通って煙突１５に流れ、上方に流動してから大気に開放される。このとき、排気ダクト１４で排気ガスの流動により騒音が発生しやすい。上述したように、燃焼器１２で発生する圧力脈動または排気ガスの乱流が排気ダクト１４の共鳴振動によって増幅され、煙突１５の開口端から可聴音以下の低周波数成分の音が放射されることがある。

第１実施形態では、排気ダクト１４の外側に外筒部２１を配置し、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒとを複数の連通孔２２により連通している。そのため、低周波数成分の音は、排気ダクト１４の共鳴振動により増幅されるが、複数の連通孔２２が音響抵抗体となり、音響インピーダンスが大きくなる。また、密閉空間部Ｒに移行した騒音は、空隙Ｓを介して外筒部２１により音響粒子の動きが拘束されるため音響インピーダンスが大きくなる。その結果、燃焼器１２で発生する圧力脈動または排気ガスの乱流が排気ダクト１４の共鳴振動により増幅される増幅率が低減され、発生する低周波数成分の音が抑制される。

なお、排気ダクト１４における連通孔２２の位置や数は、上述したものに限定されるものではない。図３及び図４は、第１実施形態の排気装置の変形例を表す断面図である。

図３に示すように、排気ダクト１４は、内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２が排気ダクト１４の軸方向に沿って所定間隔で複数（本実施形態では、３個）設けられている。そのため、排気ダクト１４は円錐筒断面であり、外筒部２１は円筒断面であることから、密閉空間部Ｒにおける空隙Ｓの径方向の距離が各連通孔２２の位置で相違する。その結果、排気ダクト１４内で発生する異なる複数の周波数の騒音に対して対応し、発生する低周波数成分の音が効果的に抑制される。

図４に示すように、排気ダクト１４は、内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２が排気ダクト１４の周方向で１個だけ設けられている。そのため、排気ダクト１４は円錐筒断面であり、外筒部２１は円筒断面であることから、密閉空間部Ｒにおける空隙Ｓの径方向の距離が各連通孔２２の位置で相違する。その結果、排気ダクト１４内で発生する異なる複数の周波数の騒音に対して対応し、発生する低周波数成分の音が効果的に抑制される。

このように第１実施形態の排気装置にあっては、排気ガスを水平方向に流す排気ダクト１４と、排気ダクト１４を流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突１５と、排気ダクト１４の外側に空隙Ｓをあけて被覆することで密閉空間部Ｒを形成する外筒部２１と、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２とを設けている。

従って、排気ガスは、排気ダクト１４を水平方向に流れ、煙突１５を鉛直方向における上方に流れて大気に放出される。このとき、排気ダクト１４の外側に外筒部２１が配置され、排気ダクト１４の密閉空間部Ｒと連通孔２２により連通されることで、排気ダクト１４内での騒音が連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込んで閉じ込められることとなり、排気ダクト１４内の共鳴振動の反射が抑制され、騒音の発生を効率良く抑制することができる。また、外筒部２１を排気ダクト１４に設けたことで、この外筒部２１の設置が容易となり、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。

第１実施形態の排気装置では、外筒部２１は、排気ダクト１４の入口部に設けられている。排気ガスが排気ダクト１４に入り込むとき、ここで発生する騒音が連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込んで排気ダクト１４内の共鳴振動の反射が抑制されることとなり、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

第１実施形態の排気ダクトでは、連通孔２２は、排気ダクト１４の周方向に所定間隔で複数設けられている。従って、排気ダクト１４で発生する騒音が複数の連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込むこととなり、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

第１実施形態の排気ダクトでは、連通孔２２は、排気ダクト１４の軸方向に所定間隔で複数設けられている。従って、排気ダクト１４で発生する騒音が複数の連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込むこととなり、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

また、第１実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３とを有し、タービン１３の入口部に排気装置が適用されている。従って、タービン１３から排出された排気ガスが排気ダクト１４に流れ込んだとき、ここで発生する騒音が連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込んで閉じ込められることとなり、排気ダクト１４内の共鳴振動の反射が抑制され、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

第１実施形態のガスタービンでは、タービン１３のシュラウド１３ａの後部に開口している。従って、騒音の発生源に連通孔２２を配置することで、騒音の発生を効率良く抑制することができる。

第１実施形態のガスタービンでは、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３と排気ダクト１４と煙突１５と外筒部２１をそれぞれが独立して脚部３１，３２，３３，３４，３５，３６により地面Ｇに支持し、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３にエンクロージャー３７を装着している。従って、外筒部２１を独立して脚部３６により地面Ｇに支持することで、外筒部２１の設置が容易となり、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。

なお、この第１実施形態にて、外筒部２１を軸心方向に同径の円筒形状としたが、排気ダクト１４と同様に、タービン１３から煙突１５に向けて内径が大きくなる円筒形状としてもよく、この形状に限定されるものではない。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の排気装置を表す要部断面図、図６は、排気ダクトの断面を表す図５のVI−VI断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態の排気装置は、図５及び図６に示すように、排気ガスを水平方向に流す排気ダクト１４と、排気ダクト１４を流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突１５（図１参照）と、排気ダクト１４の外側に空隙Ｓをあけて被覆することで密閉空間部Ｒを形成する外筒部４１と、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２とを有している。

排気ダクト１４は、タービン１３（図１参照）から煙突１５に向けて内径が大きくなる円筒形状をなしている。外筒部４１は、所定の内径を有する円筒部４１ａと、円形のリング形状をなす蓋部４１ｂ，４１ｃとを有し、円筒部４１ａにおける軸心方向の各開口端の内周部に各蓋部４１ｂ，４１ｃの外周部が固定されて構成されている。この円筒部４１ａは、内径が排気ダクト１４の外径より大きく設定され、蓋部４１ｂ，４１ｃは、内径が排気ダクト１４の外径とほぼ同じに設定されている。

外筒部４１は、円筒部４１ａが排気ダクト１４の外側を被覆するように配置され、各蓋部４１ｂ，４１ｃの内周部が排気ダクト１４の外周面に密着し、溶接により固定されている。そして、排気ダクト１４は、外筒部４１に被覆された位置に複数の連通孔２２が周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で形成されている。

本実施形態にて、外筒部４１は、排気ダクト１４に対して径方向、つまり、上方側に偏心した位置に配置されており、排気ダクト１４の外周面と外筒部４１の内面により密閉空間部Ｒが形成されている。即ち、排気ダクト１４の中心Ｏ１と外筒部４１の中心Ｏ２は、径方向に距離Ｄだけずれている。そのため、排気ダクト１４の外周面と外筒部４１の内周面との間に所定距離の空隙が確保されているが、上方側の空隙Ｓ１の距離が最大で、下方の空隙Ｓ３の距離が最小で、側方の空隙Ｓ２の距離がその中間に設定されている。

このように構成された第２実施形態の排気装置にて、タービンから排出された排気ガスは、排気ダクト１４を通って煙突に流れ、上方に流動してから大気に開放される。このとき、低周波数成分の音は、排気ダクト１４の共鳴振動により増幅されるが、複数の連通孔２２が音響抵抗体となり、音響インピーダンスが大きくなる。また、外筒部４１の密閉空間部Ｒに移行した騒音は、空隙Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を介して外筒部４１により音響粒子の動きが拘束されるため音響インピーダンスが大きくなる。その結果、圧力脈動または排気ガスの乱流が排気ダクト１４の共鳴振動により増幅される増幅率が低減され、発生する低周波数成分の音が抑制される。このとき、外筒部４１の密閉空間部Ｒでは、空隙Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の距離が相違することから、発生する複数の異なる低周波数成分の音が抑制される。

このように第２実施形態の排気装置にあっては、排気ダクト１４の外側に空隙Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をあけて被覆することで密閉空間部Ｒを形成する外筒部４１を設けると共に、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２を設け、外筒部４１を排気ダクト１４に対して径方向に偏心した位置に配置している。

従って、排気ガスが排気ダクト１４を水平方向に流れるとき、排気ダクト１４内での騒音が連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込んで閉じ込められることとなり、排気ダクト１４内の共鳴振動の反射が抑制され、騒音の発生を効率良く抑制することができる。また、外筒部４１を排気ダクト１４に設けたことで、この外筒部４１の設置が容易となり、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。また、外筒部４１が排気ダクト１４に対して径方向に偏心していることから、排気ダクト１４の連通孔２２から外筒部４１の内面までの距離（空隙Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）が各連通孔２２に対して相違することから、異なる周波数の騒音に対して対応することが可能となる。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態の排気装置を表す要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態の排気装置は、図７に示すように、排気ガスを水平方向に流す排気ダクト１４と、排気ダクト１４を流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突１５（図１参照）と、排気ダクト１４の外側に空隙Ｓをあけて被覆することで密閉空間部Ｒを形成する外筒部５１と、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２とを有している。

排気ダクト１４は、タービン１３（図１参照）から煙突１５に向けて内径が大きくなる円筒形状をなしている。外筒部５１は、所定の内径を有する四角筒部５１ａと、外形が四角で内径が円形のリング形状をなす蓋部５１ｂ，５１ｃとを有し、四角筒部５１ａにおける軸心方向の各開口端の内周部に各蓋部５１ｂ，５１ｃの外周部が固定されて構成されている。この四角筒部５１ａは、内側の寸法が排気ダクト１４の外径より大きく設定され、蓋部５１ｂ，５１ｃは、内径が排気ダクト１４の外径とほぼ同じに設定されている。

外筒部５１は、四角筒部５１ａが排気ダクト１４の外側を被覆するように配置され、各蓋部５１ｂ，５１ｃの内周部が排気ダクト１４の外周面に密着し、溶接により固定されている。そして、排気ダクト１４は、外筒部５１に被覆された位置に複数の連通孔２２が周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で形成されている。

本実施形態にて、外筒部５１は、排気ダクト１４と同心状に配置され、排気ダクト１４の外周面と外筒部５１の内面により密閉空間部Ｒが形成されており、排気ダクト１４の外周面と外筒部５１の内面との間に所定距離の空隙Ｓ１１が確保されている。この場合、各空隙Ｓ１１は同距離となっている。そして、外筒部５１の内面と排気ダクト１４の外周面との空隙Ｓ１１の径方向における距離を変更可能な距離変更装置としての調整ブロック５２が設けられている。この調整ブロック５２は、正方形をなして所定の長さを有する箱型形状をなし、外筒部５１の底部上に積層可能となっている。即ち、外筒部５１は、下部に複数の調整ブロック５２が配置されることで、排気ダクト１４における下部の連通孔２２の外周面と外筒部５１の内面との空隙Ｓ１２が小さく調整されている。この場合、連通孔２２が形成されていない排気ダクト１４の外周面と外筒部５１の内面との空隙の距離も小さく調整されている。

このように構成された第３実施形態の排気装置にて、タービンから排出された排気ガスは、排気ダクト１４を通って煙突に流れ、上方に流動してから大気に開放される。このとき、低周波数成分の音は、排気ダクト１４の共鳴振動により増幅されるが、複数の連通孔２２が音響抵抗体となり、音響インピーダンスが大きくなる。また、外筒部５１の密閉空間部Ｒに移行した騒音は、空隙Ｓ１１，Ｓ１２を介して外筒部５１により音響粒子の動きが拘束されるため音響インピーダンスが大きくなる。その結果、圧力脈動または排気ガスの乱流が排気ダクト１４の共鳴振動により増幅される増幅率が低減され、発生する低周波数成分の音が抑制される。このとき、外筒部５１の密閉空間部Ｒでは、空隙Ｓ１１，Ｓ１２の距離が相違することから、発生する複数の異なる低周波数成分の音が抑制される。

なお、上述の説明では、調整ブロック５２を正方形で所定の長さを有する箱型形状としたが、この形状に限定されるものではない。また、距離変更装置は、調整ブロック５２に限らず、プレートであってもよく、外筒部５１内の所定の位置に固定するようにしてもよい。更に、外筒部５１の形状も四角筒形状に限らず、円筒形状であってもよい。

このように第３実施形態の排気装置にあっては、排気ダクト１４の外側に空隙Ｓ１１をあけて被覆することで密閉空間部Ｒを形成する外筒部５１を設けると共に、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２を設け、外筒部５１の内面と排気ダクト１４の外周面との空隙Ｓ１２の径方向における距離を変更可能な距離変更装置としての複数の調整ブロック５２を設けている。

従って、排気ガスが排気ダクト１４を水平方向に流れるとき、排気ダクト１４内での騒音が連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込んで閉じ込められることとなり、排気ダクト１４内の共鳴振動の反射が抑制され、騒音の発生を効率良く抑制することができる。また、外筒部５１を排気ダクト１４に設けたことで、この外筒部５１の設置が容易となり、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。また、外筒部５１と排気ダクト１４との空隙Ｓ１２の距離を変更可能な複数の調整ブロック５２を設けたことから、異なる周波数の騒音に対して対応することが可能となる。また、排気ダクト１４内で発生する騒音の周波数が事前に把握できているとき、その周波数に合わせて調整ブロック５２の個数、配置位置、形状を適宜設定することで、異なる複数の周波数の振動を効果的に抑制することができる。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態の排気装置を表す要部断面図、図９は、排気ダクトの連通孔を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態の排気装置は、図８に示すように、排気ガスを水平方向に流す排気ダクト１４と、排気ダクト１４を流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突１５（図１参照）と、排気ダクト１４の外側に空隙Ｓをあけて被覆することで密閉空間部Ｒを形成する外筒部２１と、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２とを有している。

排気ダクト１４は、タービンから煙突に向けて内径が大きくなる円筒形状をなしている。外筒部２１は、排気ダクト１４の外側を被覆するように配置され、排気ダクト１４の外周面に密着し、溶接により固定されている。そして、排気ダクト１４は、外筒部２１に被覆された位置に複数の連通孔２２が周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で形成されている。

本実施形態にて、排気ダクト１４は、連通孔２２に多孔板（多孔質部材）６１が設けられている。この多孔板６１は、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒとを連通する多数の貫通孔６２が形成されている。なお、この多孔板６１は、パンチングメタル、焼結金属、セラミックなどの多孔質部材により構成することが好ましい。

このように構成された第４実施形態の排気装置にて、タービンから排出された排気ガスは、排気ダクト１４を通って煙突に流れ、上方に流動してから大気に開放される。このとき、低周波数成分の音は、排気ダクト１４の共鳴振動により増幅されるが、複数の連通孔２２が音響抵抗体となり、音響インピーダンスが大きくなる。また、外筒部２１の密閉空間部Ｒに移行した騒音は、空隙Ｓを介して外筒部２１により音響粒子の動きが拘束されるため音響インピーダンスが大きくなる。その結果、圧力脈動または排気ガスの乱流が排気ダクト１４の共鳴振動により増幅される増幅率が低減され、発生する低周波数成分の音が抑制される。このとき、連通孔２２に多孔板６１が設けられていることから、発生する騒音が整流されて減衰される。

このように第４実施形態の排気装置にあっては、排気ダクト１４の外側に空隙Ｓをあけて被覆することで密閉空間部Ｒを形成する外筒部２１を設けると共に、排気ダクト１４の内部と密閉空間部Ｒを連通する連通孔２２を設け、この連通孔２２に多孔板６１を設けている。

従って、排気ガスが排気ダクト１４を水平方向に流れるとき、排気ダクト１４内での騒音が連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込んで閉じ込められることとなり、排気ダクト１４内の共鳴振動の反射が抑制され、騒音の発生を効率良く抑制することができる。また、連通孔２２に多孔板６１を設けていることから、排気ダクト１４の騒音が連通孔２２を通って密閉空間部Ｒに入り込むとき、多孔板７７により減衰されると共に、整流されることとなり、騒音を低減することができる。

なお、上述した実施形態では、外筒の形状を円筒形状や角筒形状としたが、この形状に限定されるものではなく、適宜設定すればよいものである。

また、上述した実施形態では、本発明の排気装置をガスタービンの排気系に適用して説明したが、蒸気タービンなど別の排気系にも適用することができる。

１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 排気ダクト
１５ 煙突
２１，４１，５１ 外筒部
２２ 連通孔
３１，３２，３３，３４，３５，３６ 脚部
３７ エンクロージャー
５２ 調整ブロック（距離変更装置）
６１ 多孔板（多孔質部材）
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１１，Ｓ１２ 間隙
Ｒ 密閉空間部

Claims (8)

1. 燃料と空気の混合ガスが燃焼することで生じた排気ガスを水平方向に流して下流側に向けて内径が大きくなる排気ダクトと、
   前記排気ダクトを流れる排気ガスを鉛直方向における上方に流動して大気に放出可能な煙突と、
   前記排気ダクトにおける入口部の外側に空隙をあけて被覆することで密閉空間部を形成する外筒部と、
   前記排気ダクトが連結される排気設備のシュラウドにおける径方向の外側に対向して前記排気ダクトの内部と前記密閉空間部を連通する連通孔と、
   を有することを特徴とする排気装置。
2. 前記連通孔は、前記排気ダクトの周方向に所定間隔で複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
3. 前記連通孔は、前記排気ダクトの軸方向に所定間隔で複数設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気装置。
4. 前記外筒部は、前記排気ダクトに対して径方向に偏心した位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気装置。
5. 前記外筒部の内面と前記排気ダクトの外面との前記空隙の径方向における距離を変更可能な距離変更装置が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気装置。
6. 前記連通孔に多孔質部材が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の排気装置。
7. 圧縮機と燃焼器とタービンと吸気設備と排気設備とを有するガスタービンにおいて、
   前記タービンの出口部に請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の排気装置が適用されることを特徴とするガスタービン。
8. 前記圧縮機と前記燃焼器と前記タービンと前記外筒部は、それぞれが独立して脚部により地面に支持され、前記圧縮機と前記燃焼器と前記タービンにエンクロージャーが装着されることを特徴とする請求項７に記載のガスタービン。

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