KR101285930B1 - 연소기 및 이것을 구비한 가스 터빈 - Google Patents

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마사키 오노
게이스케 마츠야마
겐타 다니구치
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

음향 댐퍼의 설치 공간을 작게 하여, 소형화가 가능하고, 또한 메인터넌스성을 향상시킬 수 있는 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 관한 연소기(5)는 내부에 연소 영역(23)을 형성하는 연소통(19)과, 연소 영역(23)에 연통하는 음향 댐퍼 공명 공간을 갖는 댐퍼 커버를 구비하는 음향 댐퍼(31)를 구비하는 연소기(5)에 있어서, 댐퍼 커버는, 연소통(19)에 따라, 연소통(19)의 축선 방향(L)에 대하여 교차하는 방향으로 연장하도록 마련되어 있다.

Description

연소기 및 이것을 구비한 가스 터빈{COMBUSTOR AND GAS TURBINE WITH SAME}
본 발명은 연소기 및 이것을 구비한 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈은 압축기와, 연소기와, 터빈을 갖고 있고, 압축기에서는 공기를 받아 들여 압축해서 고압으로 하고, 고압으로 된 공기를 연소기에 보낸다.
연소기에서는, 고압의 공기에 대하여 연료를 불어넣어 연료를 연소시킨다. 연료가 연소하는 것에 의해 발생하는 고온의 연소 가스는 터빈으로 보내지고, 이 고온의 연소 가스가 터빈을 구동한다.
이 터빈과 상기 압축기는 동일한 회전축 주위를 회전하기 때문에, 터빈이 이와 같이 구동하는 것에 의해, 압축기도 구동하고, 상술한 바와 같이 공기를 받아 들여서 압축을 한다.
이와 같이 작동하는 가스 터빈은, 연료가 연소할 때에 연소 진동이 발생할 경우가 있고, 이 연소 진동은 가스 터빈 운전시의 소음이나 진동의 원인이 되고 있었다.
특히, 최근의 가스 터빈에서는, 운전시의 환경에의 영향을 고려하여 배출 가스의 저 NOx(질소 산화물)화가 의도되어 있지만, 저 NOx화를 도모하기 위해서는 연료의 희박 연소가 다용된다.
그러나, 희박 연소는 연소가 불안정해지기 쉽고, 이 때문에 연소 진동이 발생하기 쉽게 되어 있었다. 그래서, 이 연소 진동에 기인하는 소리나 진동을 억제하기 위하여, 연소기에, 예를 들면 다공판과 그 외측을 덮는 커버에 의해 구성되는 비교적 고주파의 음을 흡음하는 음향 라이너를 마련하거나, 큰 공명 공간을 갖는 비교적 저주파의 소리를 흡음하는 음향 댐퍼를 마련하기도 했었다.
비교적 고주파의 소리를 대상으로 하는 음향 라이너에서는, 공명 공간의 용적이 작으므로, 그 설치가 이뤄지는 차실내의 스페이스상의 제약은 적었다.
한편, 비교적 저주파의 소리를 대상으로 하는 음향 댐퍼는 공명 공간의 용적이 크므로, 그 설치가 이뤄지는 차실내의 스페이스상의 제약을 받고 있었다.
종래에, 연소 가스에 차실내의 공기를 도입하는 바이패스 유로를 구비하고 있는 연소기에서, 음향 댐퍼는, 예를 들면 특허문헌 1에 도시하는 바와 같이, 바이패스 유로의 주위를 이용하여 설치되고 있다.
또한, 바이패스 유로를 구비하지 않고 있는 형식의 연소기에서는, 예를 들면 특허문헌 2에 도시하는 바와 같이, 연소기에 환형장착하는 음향 라이너에 음향 댐퍼를 접속하고, 음향 댐퍼의 공명 공간을 형성하는 음향부를 연소기의 축선 방향 또는 반경 방향으로 연장하도록 설치하는 것이 제안되고 있다.
일본 공개 특허 제 2006-22966 호 공보 일본 공개 특허 제 2006-266671 호 공보
그런데, 특허문헌 1에 도시되는 것은, 바이패스 유로 및 음향 댐퍼를 설치하기 위하여 연소기의 외측에 큰 공간이 필요하다. 또한, 특허문헌 2에 도시되는 것에서는, 음향 댐퍼는 반경 방향으로 연장하는 것이 당연하며, 축선 방향으로 연장하는 것이라도 공명 공간의 용적(전장)을 확보하기 위하여 반경 방향으로 절곡하여 있으므로, 바이패스 유로 및 음향 댐퍼를 설치하기 위하여 연소기의 외측에 큰 공간이 필요하다.
이와 같이, 큰 차실내 공간이 필요하게 되므로, 하우징이 대형화하고, 예를 들면 가스 터빈의 육상 수송이 불가능하게 될 우려가 있다. 이 수송 가격을 포함해서 제조 가격이 비싸지게 된다.
연소기는 정기적으로 메인터넌스되지만, 특허문헌 1에서는, 바이패스 유로를 분리하지 않으면, 또한 특허문헌 2에서는, 음향 댐퍼를 분리하지 않으면, 연소기는 빠지지 않으므로, 이 메인터넌스 작업이 대규모가 된다.
본 발명은, 상기 과제를 감안해서, 음향 댐퍼의 설치 공간을 작게 하여, 소형화할 수 있고, 또한 메인터넌스성을 향상할 수 있는 연소기 및 이것을 이용한 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
본 발명의 제 1 형태는, 내부에 연소 영역을 형성하는 통체와, 상기 연소 영역에 연통하는 음향 댐퍼 공명 공간을 갖는 음향부를 갖는 음향 댐퍼를 구비하는 연소기에 있어서, 상기 음향부는, 상기 통체를 따라, 상기 통체의 축선 방향에 대하여 교차하는 방향으로 연장하도록 설치되어 있는 연소기이다.
본 형태에 따르면, 음향 댐퍼 공명 공간을 갖는 음향부는, 통체를 따라, 통체의 축선 방향에 대하여 교차하는 방향, 바꿔 말하면 둘레 방향으로 연장하도록 설치되어 있으므로, 음향부는 통체의 둘레 방향의 일정 개소에 집중하는 일없이, 둘레 방향으로 넓게 배치되게 된다. 이것에 의해, 음향부는 통체의 외주측으로의 돌기가 억제되므로, 연소기의 외측에 필요한 공간을 삭감할 수 있다.
따라서, 차실을 작게 할 수 있으므로, 그것을 형성하는 하우징을 소형화할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 가스 터빈의 육상 수송이 충분히 가능해지므로, 수송 가격을 포함해서 제조 가격을 저감시킬 수 있다.
또한, 음향부의 통체 외주측으로의 돌기가 작아지면, 음향 댐퍼와 일체로서 연소기를 인출하는 것을 용이하게 시행할 수 있으므로, 연소기의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
상기 형태에서는, 상기 통체를 구성하고, 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 마련되어 있는 다공판부와, 상기 다공판부 주위에 간격을 두고서 덮도록 마련된 커버 부재에 의해 형성되는 음향 라이너 공명 공간을 갖는 음향 라이너를 구비하고 있는 구성으로 해도 좋다.
이와 같이 하면, 음향 라이너로 감쇠할 수 있는 주파수 영역의 진동과, 음향 댐퍼로 감쇠할 수 있는 주파수 영역의 진동을 감쇠할 수 있다. 따라서, 넓은 범위의 주파수 영역의 연소 진동을 감쇠시킬 수 있다.
상기 구성에서는, 상기 음향부의 적어도 일부는 상기 음향 라이너의 외주측에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 음향 라이너 및 음향 댐퍼는 통체의 축선 방향에 대하여 일정 개소에 집중하여 설치되므로, 통체의 축선 방향에 대한 다른 장소를 유효하게 활용할 수 있다.
상기 형태에서는, 상기 음향 댐퍼 공명 공간은 적어도 1회는 반복되어 형성되어 있도록 해도 좋다.
이와 같이 하면, 예를 들면 통체의 전체 둘레 길이를 이용해도 음향 댐퍼 공명 공간의 용적(전장)을 확보할 수 없을 경우, 또는 음향 댐퍼가 설치되는 통체의 축선 방향 위치에 다른 부재를 설치할 필요가 있을 경우라도, 충분한 음향 댐퍼 공명 공간의 용적(전장)을 확보할 수 있다.
상기 형태에서는, 상기 음향 댐퍼 공명 공간에는 적어도 1개의 유체 저항 부재가 구비되어 있도록 해도 좋다.
이와 같이 하면, 연소 진동에 따르는 진동이나 소리는 유체 저항 부재에 의해서도 감쇠할 수 있다.
또한, 감쇠시키는 진동의 주파수 영역을 조정할 때에, 음향 댐퍼 공명 공간의 용적(전장)의 변경 뿐만 아니라, 유체 저항 부재에 의한 저항값을 변경하는 것에 의해서도 조정할 수 있다. 따라서, 음향 댐퍼에 의한 진동의 감쇠 성능을 보다 확실하게 향상시킬 수 있다.
상기 형태에서는, 상기 음향 댐퍼는 복수 구비되어 있도록 해도 좋다.
이와 같이 하면, 복수의 음향 댐퍼에 의해 진동을 감쇠할 수 있으므로, 보다 확실하게 감쇠시킬 수 있다.
이 경우, 복수 마련하는 음향 댐퍼가 갖는 음향 댐퍼 공명 공간의 용적(전장)이 서로 다르도록 해도 좋다. 이렇게 하면, 각각의 음향 댐퍼로 상이한 주파수 영역의 진동을 감쇠시킬 수 있다.
따라서, 음향 댐퍼에 의한 진동의 감쇠 성능을 보다 확실히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 형태는 공기 압축기와, 제 1 형태의 연소기와, 터빈을 구비하는 가스 터빈이다.
본 형태에 관련되는 가스 터빈에 의하면, 하우징을 소형화할 수 있고, 제조 가격을 저감할 수 있는 동시에 메인터넌스성을 향상시킬 수 있는 연소기를 구비하고 있으므로, 가스 터빈의 운전시의 연소에 의한 소음을 억제할 수 있으며, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이것을 염가로 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 음향 댐퍼 공명 공간을 갖는 음향부는, 통체를 따라, 통체의 축선 방향에 대하여 교차하는 방향, 바꿔 말하면 둘레 방향으로 연장하도록 설치되어 있으므로, 연소기 외측에 필요한 공간을 삭감할 수 있다.
따라서, 차실을 작게 할 수 있으므로, 그것을 형성하는 하우징을 소형화할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 가스 터빈의 육상 수송이 충분히 가능해지므로, 수송 가격을 포함해서 제조 가격을 저감시킬 수 있다.
또한, 음향부의 통체 외주측으로의 돌기가 작아지면, 음향 댐퍼와 일체로서 연소기를 인출하는 것을 용이하게 실행할 수 있게 되므로, 연소기의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련되는 가스 터빈의 전체 구성을 도시하는 모식도,
도 2는 도 1의 연소기에 대한 구성의 개략을 설명하는 모식도,
도 3은 도 2의 X-X 단면도,
도 4는 도 3의 Y-Y 단면도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련되는 감쇠 장치의 제 1 변형예를 도시하는 단면도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련되는 감쇠 장치의 도 4와 동일 부분을 도시하는 단면도,
도 7은 도 6의 Z-Z 단면도,
도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련되는 감쇠 장치의 도 4와 동일 부분을 도시하는 단면도,
도 9는 도 8의 W-W 단면도,
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련되는 감쇠 장치의 변형예를 도시하는 부분 단면도.
이하, 본 발명에 관련되는 가스 터빈의 실시형태에 대하여 도면에 근거해서 설명한다.
[제 1 실시형태]
본 발명의 제 1 실시형태에 관련되는 가스 터빈(1)에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태의 가스 터빈(1)의 구성을 설명하는 모식도이다. 도 2는 도 1의 연소기(5)에 있어서 구성의 개략을 설명하는 모식도이다.
가스 터빈(1)에는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 압축기(3)와, 연소기(5)와, 터빈부(터빈)(7)와, 회전축(9)과, 이것들을 내부 고정 위치에 보지하는 하우징(11)이 구비되어 있다.
압축기(3)는 외부의 공기인 대기를 흡입해서 압축하고, 압축된 공기를 연소기(5)에 공급하는 것이다.
또한, 압축기(3)로서는, 공지의 구성을 사용할 수 있고, 특별히 그 구성을 한정하는 것이 아니다.
연소기(5)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기(3)에 의해 압축된 공기 및 외부에서 공급된 연료를 혼합시켜, 혼합된 혼합기를 연소시키는 것에 의해, 연소 가스(고온 가스)를 생성하는 것이다.
연소기(5)는, 하우징(11)에, 그것을 관통하여 차실(13)에 이르도록 부착되고, 둘레 방향을 따라 복수개(예를 들면, 16개)가 배치되어 있다.
연소기(5)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 공기 공급구(15)와, 연료 노즐(17)과, 연소통(19)(통체)과, 감쇠 장치(21)가 주로 구비되어 있다.
공기 공급구(15)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 압축기(3)에 의해 압축된 공기를 연소통(19)의 내부로 인도하는 것이며, 연료 노즐(17)의 주위에 환상으로 배치된 것이다.
공기 공급구(15)는, 연소통(19)의 내부에 유입하는 공기에, 선회 방향의 유속 성분을 부여하는 동시에, 연소통(19)의 내부에 순환 흐름을 형성하는 것이다.
또한, 공기 공급구(15)로서는, 공지의 형상을 사용할 수 있고, 특별히 한정하는 것이 아니다.
연료 노즐(17)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 외부에서 공급된 연료를 연소통(19)의 내부를 향하여 분무하는 것이다. 연료 노즐(17)로부터 분무된 연료는, 공기 공급구(15)에 의해 형성된 공기의 흐름 등에 의해 교반되어, 연료와 공기의 혼합기가 된다.
또한, 연료 노즐(17)로서는, 공지의 형상을 사용할 수 있고, 특별히 한정하는 것이 아니다.
연소통(19)은, 통형상의 형상으로 형성되어, 도 2에 도시하는 바와 같이, 공기 공급구(15) 및 연료 노즐(17)로부터 터빈부(7)의 유입부를 향하여 연장되는 유로를 형성하는 것이다. 바꿔 말하면, 연소통(19)의 내부는 연료와 공기의 혼합기(混合氣)나, 상기 혼합기의 연소에 의해 생성되는 연소 가스가 흐르는 것이며, 연소 영역(23)을 형성하고 있다.
연소통(19)은 내열성을 갖는 금속, 예를 들면 니켈기 합금으로 구성되어 있다.
연소통(19)의 벽부에는, 축선 방향(L)으로 연장하는 복수의 냉각 통로(25)(도 4 참조)가 둘레 방향(C)으로 간격을 두고 형성되어 있다.
냉각 통로(25)의 일단은, 예를 들면 도시하지 않은 보일러에 접속되고, 냉각 매체로서의 증기가 흐르도록 되어 있다. 냉각 통로(25)의 타단은 증기 배출 유로(27)에 접속되어 있다. 냉각 통로(25)를 통과한 증기는 증기 배출 유로(27)를 통과하여 시스템 외로 배출되거나, 보일러에 환류하도록 되어 있다.
또한, 본 실시형태에 대하여, 연소통(19)의 냉각 매체로서 증기를 이용하는 경우를 도시하고 있지만, 설계 조건에 따라서 공기를 채용해도 좋다. 이 경우, 증기 배출 유로(27)는 불필요해진다. 공기 냉각용의 구조로서는 공지의 구조를 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것이 아니다.
도 3은 도 2의 X-X 단면도이다. 도 4는 도 3의 Y-Y 단면도이다.
감쇠 장치(21)에는, 음향 라이너(29)와, 음향 댐퍼(31)가 구비되어 있다.
음향 라이너(29)에는, 연소통(19)의 일부를 구성하는 통형상을 한 판부(다공판부)(33)와, 라이너 커버(커버 부재)(35)가 구비되어 있다.
판부(33)에는, 원통형상을 한 다수(복수)의 관통 구멍(37)이 대략 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다.
관통 구멍(37)은, 축선 방향(L) 및 둘레 방향(C)에, 서로 간격을 두고 열을 이뤄서 복수 형성되어 있다.
또한, 관통 구멍(37)은, 모두 동일 형상으로 해도 좋고, 후술하는 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)과 음향 라이너 공명 공간(44)에서, 각각 다른 형상으로 해도 좋으며, 특별히 한정되는 것이 아니다.
라이너 커버(35)는 내주측이 개방된 U자형의 단면 형상을 한 링형 부재이다. 라이너 커버(35)는 판부(33)의 외주측에 그 모든 주위를 둘러싸도록 마련되어 있다.
라이너 커버(35)의 개방부의 축선 방향(L) 길이는 관통 구멍(37)이 형성되어 있는 범위보다도 크게 되어 있다.
라이너 커버(35)는, U자형의 단면 형상의 개방측 단부가 판부(33)에, 예를 들면, 땜납 접착에 의해 접합되어 있다. 또한, 라이너 커버(35)의 설치는 용접을 이용해도 좋다.
이것에 의해, 라이너 커버(35)는 판부(33)의 외측면과의 사이에 공간을 형성하고 있다. 이 공간의 둘레 방향(C)은, 제 1 칸막이판(39)과 제 2 칸막이판(41)에 의해 분할되어 있다.
도 3에 있어서, 판부(33), 라이너 커버(35), 제 1 칸막이판(39) 및 제 2 칸막이판(41)에 의해 둘러싸여진 상부의 전체 둘레의 약 3분의 1에 걸치는 공간이 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)이 되고, 하부의 약 3분의 2에 걸치는 범위가 음향 라이너 공명 공간(44)이 된다.
음향 댐퍼(31)에는, 댐퍼 커버(음향부)(45)와 라이너 커버(35)에 마련된 개구부(47)가 구비되어 있다.
댐퍼 커버(45)는 내주측이 개방된 U자형의 단면 형상을 한 링형 부재이다. 댐퍼 커버(45)는 라이너 커버(35)의 외주측에 그 대략 전체 주위를 둘러싸도록 마련되어 있다.
댐퍼 커버(45)의 개방부의 축선 방향(L) 길이는, 도 4에 도시하는 바와 같이 증기 배출 유로(27) 및 라이너 커버(35)가 형성되어 있는 범위보다 크게 되어 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 연소통(19)의 냉각 매체로서 공기를 사용할 경우는, 증기 배출 유로(27)는 불필요해지고, 댐퍼 커버(45)는 라이너 커버(35)를 둘러싸는 충분한 크기로 하면 좋다.
댐퍼 커버(45)는, U자형의 단면 형상의 개방측 단부가 판부(33)[연소통(19)]에, 예를 들면 땜납 부착에 의해 접합되어 있다. 또한, 댐퍼 커버(45)의 설치는 용접을 이용해도 좋다.
이것에 의해, 댐퍼 커버(45)는 판부(33)의 외측의 면과의 사이에 공간을 형성하고 있다. 이 공간의 둘레 방향(C)은 제 2 칸막이판(41)에 의해 분할되어 있다.
판부(33), 댐퍼 커버(45), 라이너 커버(35)의 외측면, 증기 배출 유로(27)의 외측면 및 제 2 칸막이판(41)에 의해 둘러싸여진 공간은 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)으로서 형성된다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)은 전체 둘레에 걸쳐 마련되고, 또한 횡단 면적도 크므로, 음향 라이너 공명 공간(44)보다도 현격하게 큰 용적(전장)을 갖고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 2 칸막이판(41)은 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)과 음향 라이너 공명 공간(44)을 분할하는 공용 부재였지만, 각각 필요한 공명 공간의 용적(전장)을 확보하기 위하여, 필요에 따라서 제 2 칸막이판(41)을 별도 부재로 해도 좋다.
개구부(47)는 라이너 커버(35)에 있어서의 제 2 칸막이판(41)의 근방 위치에 마련되어 있다. 개구부(47)는 축방향(L)으로 가늘고 긴 대략 직사각형 형상을 하고, 라이너 커버(35)를 관통하도록 되어 있다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)은 개구부(47)를 통하여 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)과 연통하고 있다. 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)은 관통 구멍(37)을 통하여 연소 영역(23)과 연통하고 있으므로, 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)은 연소 영역(23)과 연통하게 되고, 일체의 음향 댐퍼(31)로서 작용한다.
이와 같이, 댐퍼 커버(45)는, 연소통(19)을 따라, 둘레 방향(C)으로 연장하도록 설치되어 있으므로, 댐퍼 커버(45)는 연소통(19)의 둘레 방향(C)의 일정 개소에 집중하는 일없이, 둘레 방향(C)으로 넓게 배치되게 된다.
이것에 의해, 댐퍼 커버(45)는 연소통(19)의 외주측으로의 돌기가 억제되므로, 연소기(5)의 외측에 필요한 공간을 삭감할 수 있다.
따라서, 차실(13)을 작게 할 수 있으므로, 그것을 형성하는 하우징(11)을 소형화할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 가스 터빈(1)을 육상 수송가능한 치수로 할 수 있으므로, 수송 가격을 포함해서 제조 가격을 저감시킬 수 있다.
또한, 음향 라이너(29)의 일부를 구성하는 라이너 커버(35)를 음향 댐퍼(31)의 구성 부재와 겸용해서 일체로 형성하는 것에 의해, 음향 댐퍼(31)를 연소통(19)과는 별체로 형성했을 경우와 비교해, 재료가 적어지므로, 음향 댐퍼(31)의 제조 가격을 저감시킬 수 있다.
또한, 댐퍼 커버(45)의 연소통(19) 외주측으로의 돌기가 작아지면, 예를 들면 연소기(5)의 설치 부분을 약간 크게 하는 등에 의해, 또는 그대로의 상태라도 음향 댐퍼(31)와 일체로 연소기(5)를 인출할 수 있다. 이것에 의해, 연소기(5)의 추출 작업이 간소화되므로, 연소기(5)의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)에는, 다공질 금속(유체 저항 부재)(51)이 마련되어 있다. 이 다공질 금속(51)은 다공성 형상의 금속, 즉 작은 구멍이 다수 형성되어 있는 금속이다. 다공질 금속(51)은, 댐퍼 커버(45)의 일부에, 댐퍼 커버(45)의 내부 공간의 형상과 거의 동일한 형상으로 되어 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)에 마련되어 있다.
또한, 다공질 금속(51)은 필요에 따라서 쓸 수 있는 것이며, 이것을 생략하는 것은 가능하다.
터빈부(7)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 연소기(5)에 의해 생성된 고온 가스의 공급을 받아서 회전 구동력을 발생시켜, 발생한 회전 구동력을 회전축(9)에 전달하는 것이다.
회전축(9)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 회전 축선 주위에 회전 가능하게 지지되는 원기둥형의 부재이며, 터빈부(7)에 의해 발생된 회전 구동력을 압축기(3)에 전달하는 것이다.
또한, 터빈부(7) 및 회전축(9)으로서는, 공지의 구성을 사용할 수 있고, 특별히 그 구성을 한정하는 것이 아니다.
다음에, 상기와 같이 구성된 가스 터빈(1)의 작용/효과에 대하여 설명한다.
가스 터빈(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기(3)가 회전 구동되는 것에 의해 대기(공기)를 흡입한다. 흡입된 대기는 압축기(3)에 의해 압축되는 동시에, 연소기(5)를 향해서 송출된다.
연소기(5)에 유입된 압축된 공기는 연소기(5)에 대하여 외부로부터 공급된 연료와 혼합된다. 공기 및 연료의 혼합기는 연소기(5)에 대하여 연소되고, 연소 열에 의해 고온의 연소 가스가 생성된다.
연소기(5)에 있어서 생성된 연소 가스는, 연소기(5)로부터 하류의 터빈부(7)에 공급된다. 터빈부(7)는 고온 가스에 의해 회전 구동되고, 그 회전 구동력은 회전축(9)으로 전달된다. 회전축(9)은, 터빈부(7)에 있어서 추출된 회전 구동력을 압축기(3) 등에 전달한다.
연소기(5)에서 연료가 연소되면, 그 연소에 의해 연소 진동이 발생할 경우가 있다.
특히, 배출 가스의 저 NOx화를 도모하기 위하여 연료를 희박 연소시키면, 연소가 불안정해지기 쉽고, 연소 진동이 발생되기 쉬워진다.
이와 같이 연소 진동이 발생하면, 연소 진동에 의한 공기 진동(압력파)이 판부(33)의 관통 구멍(37)으로 들어간다.
음향 라이너(29)에 있어서의 음향 라이너 공명 공간(44) 내의 공기와 관통 구멍(37) 내의 공기는 음향 라이너 공명 공간(44) 내의 공기가 스프링으로서 기능하는 것에 의해 공명계를 구성하고 있다. 이 때문에, 판부(33)의 내측에서 발생한 연소 진동에 의한 공기 진동, 또는 소리중 음향 라이너 공명 공간(44)의 용적(전장)이나 관통 구멍(37)의 전장에 따른 주파수 영역의 소리에 대하여 관통 구멍(37) 내의 공기가 격렬하게 진동하고, 공명하므로, 공기와 관통 구멍(37)의 표면과의 마찰에 의해, 이 공명 주파수의 소리가 흡음된다. 이것에 의해, 연소 진동의 진폭이 감쇠되어서 연소 진동에 의한 소리가 저감한다.
제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)과 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)은 개구부(47)를 통하여 접속되어 있다. 이 때문에, 연소 영역(23)에서 발생한 연소 진동은 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)을 통하여 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)에 전달되고, 일체의 음향 댐퍼(31)로서 작용한다.
이 음향 댐퍼(31)는 음향 라이너 공명 공간(44)보다도 큰 용적(전장)을 갖고 있다. 이 때문에, 음향 댐퍼(31)의 공명 공간[제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43) 및 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)]에서는, 음향 라이너 공명 공간(44)에서 감쇠하는 진동의 파장보다도 긴 파장의 진동, 즉 음향 라이너 공명 공간(44)에서 감쇠하는 것이 가능한 진동의 주파수 영역보다도 낮은 주파수 영역의 진동을 감쇠할 수 있다.
이와 같이, 음향 라이너(29)와 음향 댐퍼(31)는, 양쪽 모두 진동을 감쇠하는 작용을 갖지만, 음향 라이너(29)는 비교적 높은 주파수 영역의 진동을 감쇠하고, 음향 댐퍼(31)는 비교적 낮은 주파수 영역의 진동을 감쇠한다.
음향 라이너(29)와 음향 댐퍼(31)를 각각 설치하는 것에 의해, 복수의 주파수 영역의 진동을 감쇠할 수 있거나, 또는 넓은 주파수 영역의 진동을 감쇠할 수 있다.
따라서, 연소기(5)에 있어서 연소시에 발생하는 소음을 효과적으로 저감할 수 있다.
냉각 통로(25) 내에는, 보일러로부터 증기가 공급되고, 증기 배출 유로(27)로부터 시스템 외로 배출된다. 증기가 냉각 통로(25)를 흐를 때에 연소통(19)[판부(33)]과 열교환이 이뤄지고, 연소통(19)은 냉각된다. 이것에 의해, 가스 터빈(1) 운전중의 연소통(19)은 냉각된다.
가스 터빈(1) 운전중, 관통 구멍(37)에는 연소 가스가 침입하는 경우가 있다. 관통 구멍(37)에 연소 가스가 침입하면 연소 가스에 의해 가열되므로, 주위와의 온도차에 의해 열응력이 커진다.
판부(33)는 냉각 통로(25)를 통하는 증기에 의해 냉각되어 있으므로, 관통 구멍(37)의 주위가 충분히 냉각된다. 이것에 의해, 이 열응력의 상승을 억제할 수 있다.
도 5는 본 실시형태의 제 1 변형예에 해당하는 감쇠 장치(21)를 도시하는 주요부 단면도이다. 본 변형예의 감쇠 장치(21)에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 축선 방향(L)에서 분리한 2개의 음향 댐퍼(31A, 31B)가 마련되어 있다. 2개의 댐퍼 커버(45A, 45B)의 축선 방향(L)의 각 일단부는 각각 라이너 커버(35)의 외표면에 접합되어 있다. 라이너 커버(35)에는, 댐퍼 커버(45A, 45B)에 덮어진 부분에 각각 개구부(47A, 47B)가 형성되어 있다.
댐퍼 커버(45A, 45B)는 각각 둘레 방향(C)의 길이(공명 공간의 전장)를 바꾸거나, 다공질 금속(51)의 둘레 방향(C)의 설치 위치를 바꾸거나, 또는 그 양쪽에 의해 흡수할 수 있는 진동의 주파수를 변하게 할 수 있다.
이와 같이 하면, 복수의 음향 댐퍼(31A, 31B)에 의해 진동을 감쇠시킬수 있으므로, 보다 확실하게 감쇠시킬 수 있다. 또한, 2개의 음향 댐퍼(31A, 31B)는 각각 감쇠하는 주파수 영역이 상이하므로, 비교적 낮은 주파수 영역에서의 복수의 주파수 영역의 진동을 감쇠할 수 있거나, 또는 넓은 주파수 영역의 진동을 감쇠할 수 있다.
따라서, 음향 댐퍼(31A, 31B)에 의한 진동의 감쇠 성능을 보다 확실하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(49)은 거의 전체 둘레에 걸치도록 형성되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 이것은, 목적으로 하는 주파수 영역에 따라서 설정되는 용적(전장)을 갖도록 하면 좋으므로, 전체 둘레가 아닌, 도중까지라도 좋다.
[제 2 실시형태]
다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 도 6 및 도 7을 참조해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈의 기본 구성은 제 1 실시형태와 동일하지만, 제 1 실시형태와는 감쇠 장치(21)의 구성이 상이하다. 따라서, 본 실시형태에 있어서, 상이한 감쇠 장치(21)에 대하여 주로 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등에 대하여는 중복한 설명을 생략한다.
도 6은 본 실시형태의 가스 터빈(1)의 연소기(5)에서의 감쇠 장치(21)의 구성을 설명하는 주요부 단면도이다. 도 7은 도 6의 Z-Z 단면도이다.
또한, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 댐퍼 커버(음향부)(53)는 대략 직사각형 형상의 단면 형상을 하고, 링의 일부를 형성하도록 만곡된 상자체이다. 댐퍼 커버(53)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 라이너 커버(35)의 외주측에 그 주위를 덮도록 마련되어 있다.
댐퍼 커버(53)는 둘레 방향(C)의 일부가 절결되어 있지만, 이 절결부의 적어도 일부는 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)의 설치 위치와 중복되도록 되어 있다.
댐퍼 커버(53)의 내주면에는 둘레 방향(C)으로 연장하는 댐퍼 홈(55)이 형성되어 있다. 댐퍼 홈(55)은 댐퍼 커버(53)의 대략 전체 길이에 걸쳐 마련되어 있다. 댐퍼 홈(55)의 외주부는 외측으로 돌출하는 벽부로 구성되어 있다.
댐퍼 커버(53)의 축선 방향(L) 길이, 다시 말해 폭은 라이너 커버(35)보다도 상당히 크게 되어 있다. 댐퍼 홈(55)의 축선 방향(L) 길이는, 도 7에 도시하는 바와 같이 라이너 커버(35)보다도 작게 되어 있다.
댐퍼 커버(53)는 댐퍼 홈(55)의 벽부가 라이너 커버(35)에, 예를 들면 땜납 부착에 의해 접합되어 있다. 또한, 댐퍼 커버(53)의 설치는 용접을 이용해도 좋다.
댐퍼 커버(53)는 도 7에 도시하는 바와 같이 판부(33)[연소통(19)]와 접촉하지 않도록 간격을 두고 장착된다.
이것에 의해, 댐퍼 커버(53)는 라이너 커버(35)의 외측의 면과의 사이에 공간을 형성하고 있다. 이 공간은 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(57)으로서 형성된다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(57)은 거의 전체 둘레에 걸쳐 마련되고, 또한 횡단 면적도 크므로, 음향 라이너 공명 공간(44)보다도 특히 큰 용적(전장)을 갖고 있다.
댐퍼 커버(53)의 둘레 방향(C) 길이는 목적으로 하는 주파수 영역에 따라 설정되는 용적(전장)을 확보할 수 있게 설정된다.
라이너 커버(35)에는, 댐퍼 커버(53)의 한쪽의 둘레 단부의 근방 위치에 개구부(59)가 마련되어 있다. 개구부(59)는 축방향(L)으로 가늘고 긴 대략 직사각형 형상을 하고, 라이너 커버(35)를 관통하도록 되어 있다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(57)은 개구부(59)를 통하여 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)과 연통하고 있다. 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)은 관통 구멍(37)을 통하여 연소 영역(23)과 연통하고 있으므로, 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(57)은 연소 영역(23)과 연통하고, 일체의 음향 댐퍼(31)로서 작용하게 된다.
이와 같이, 댐퍼 커버(53)는 라이너 커버(35), 즉 연소통(19)을 따라, 둘레 방향(C)으로 연장하도록 설치되어 있으므로, 댐퍼 커버(53)는 연소통(19)의 둘레 방향(C)의 일정 개소에 집중하는 일없이, 둘레 방향(C)으로 넓게 배치되게 된다.
이것에 의해, 댐퍼 커버(53)는 연소통(19)의 외주측으로의 돌기가 억제되므로, 연소기(5)의 외측에 필요한 공간을 삭감할 수 있다.
따라서, 차실(13)을 작게 할 수 있으므로, 그것을 형성하는 하우징(11)을 소형화할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 가스 터빈(1)을 육상 수송이 충분히 가능한 치수로 할 수 있으므로, 수송 가격을 포함해서 제조 가격을 저감시킬 수 있다.
댐퍼 커버(53)의 연소통(19) 외주측으로의 돌기가 작아지면, 예를 들면 연소기(5)의 설치 부분을 약간 크게 하는 등에 의해, 또는 그대로의 상태라도 음향 댐퍼(31)와 일체로 해서 연소기(5)를 인출하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 연소기(5)의 취출(取出) 작업이 간소화되므로, 연소기(5)의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 댐퍼 커버(53)는 연소기(5)의 운전에 의해 가열되는 판부(33)[연소통(19)]로부터 간격을 두도록 장착되어 있으므로, 제 1 실시형태의 댐퍼 커버(45)와 비교하여 열응력을 완화할 수 있다.
댐퍼 커버(53)는 라이너 커버(35)를 전부 덮지 않도록 설치되어 있으므로, 퍼지 공기를 라이너 커버(35) 내의 음향 라이너 공명 공간(44)에 용이하게 공급할 수 있다.
[제 3 실시형태]
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 도 8 및 도 9를 참조해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈의 기본 구성은 제 1 실시형태와 동일하지만, 제 1 실시형태와는 감쇠 장치(21)의 구성이 상이하게 되어 있다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 다른 감쇠 장치(21)에 대하여 주로 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등에 대해서는 중복한 설명을 생략한다.
도 8은 본 실시형태의 가스 터빈(1)의 연소기(5)에 있어서의 감쇠 장치(21)의 구성을 설명하는 주요부 단면도이다. 도 9는 도 8의 W-W 단면도이다.
또한, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
음향 댐퍼(31)에는, 댐퍼 커버(음향부)(61)와 라이너 커버(35)에 마련된 개구부(63)가 구비되어 있다.
댐퍼 커버(61)는 도 9에 도시하는 바와 같이 내주측이 개방된 직사각형 형상의 단면 형상을 하고, 링의 일부(예를 들면, 약 160도의 범위)를 형성하도록 만곡되어 있다. 댐퍼 커버(61)에는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 만곡에 따른 방향에서, 높이가 상이한 소직경 부분(65)과 대직경 부분(67)이 구비되어 있다. 대직경 부분(67)의 양단부는 단판(69, 71)에 의해 봉쇄되어 있다. 소직경 부분(65)의 단부는 판부(73)에 의해 봉쇄되어 있다.
소직경 부분(65)의 대직경 부분(67)측 단부는 단판(71)을 넘어서 단판(69)의 부근까지 대직경 부분(67)으로 인입되어 있다.
대직경 부분(67) 내에는, 소직경 부분(65)보다도 외측의 공간을 분할하는 둘레 방향의 칸막이판(75)이 마련되어 있다. 둘레 방향의 칸막이판(75)의 일단은 칸막이판(69)에 고정되고, 다른 쪽은 단판(71)의 부근까지 길어지고 있다.
댐퍼 커버(61)의 개방부의 축선 방향(L) 길이는 도 9에 도시하는 바와 같이 라이너 커버(35)보다도 짧게 되어 있다.
댐퍼 커버(61)는 U자형의 단면 형상의 개방측 단부가 라이너 커버(35)에, 예를 들면 땜납 부착에 의해 접합되어 있다. 또한, 댐퍼 커버(61)의 설치는 용접을 이용해도 좋다.
이것에 의해, 댐퍼 커버(61)는 라이너 커버(35)의 외측의 면과의 사이에 공간을 형성하고 있다. 이 공간은 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)으로서 형성된다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)은 소직경 부분(65)의 내측에서 형성되는 제 1 공간, 소직경 부분(65)의 외측과 둘레 방향의 칸막이판(75)의 내측과 형성되는 제 2 공간 및 둘레 방향의 칸막이판(75)의 외측과 대직경 부분(67)의 내측과 형성되는 제 3 공간으로 형성된다.
제 1 공간과 제 2 공간은 단판(69)의 근방에서 연통하고 있다. 제 2 공간과 제 3 공간은 단판(71)의 근방에서 연통하고 있다. 이것에 의해, 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)은 2회 반복되어 형성되어 진다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)은 둘레 방향(C)에서 약 160도의 범위에 걸쳐서 마련되어 있는 것 뿐이지만, 2회 반복되어 있으므로, 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)으로서 충분한 용적(전장)을 확보할 수 있다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)은 횡단 면적도 큰 것과 더불어, 음향 라이너 공명 공간(44)보다도 특히 큰 용적(전장)을 갖고 있다.
개구부(63)는 라이너 커버(35)에서의 단판(73)의 근방 위치에 마련되어 있다. 바꿔 말하면, 개구부(63)는 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)의 일단부에 위치하고 있다.
개구부(63)는 축방향(L)으로 가늘고 긴 대략 직사각형 형상을 하고, 라이너 커버(35)를 관통하도록 되어 있다.
제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)은 개구부(63)를 통하여 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)과 연통하고 있다. 제 1 음향 댐퍼 공명 공간(43)은 관통 구멍(37)을 통하여 연소 영역(23)과 연통하고 있으므로, 제 2 음향 댐퍼 공명 공간(77)은 연소 영역(23)과 연통하고 있게 되고, 일체의 음향 댐퍼(31)로서 작용한다.
이와 같이, 댐퍼 커버(61)는, 연소통(19)을 따라, 둘레 방향(C)으로 연장하도록 설치되어 있으므로, 댐퍼 커버(61)는 연소통(19)의 둘레 방향(C)으로 비교적 넓게 배치되게 된다.
이것에 의해, 댐퍼 커버(61)는 연소통(19)의 외주측으로의 돌기가 억제되므로, 연소기(5)의 외측에 필요한 공간을 삭감할 수 있다.
따라서, 차실(13)을 작게 할 수 있으므로, 그것을 형성하는 하우징(11)을 소형화할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 가스 터빈(1)을 육상 수송이 충분히 가능한 치수로 할 수 있으므로, 수송 가격을 포함해서 제조 가격을 저감시킬 수 있다.
또한, 댐퍼 커버(61)의 연소통(19) 외주측으로의 돌기가 작아지면, 예를 들면 연소기(5)의 설치 부분을 약간 크게 하는 등에 의해, 또는 그대로의 상태라도 음향 댐퍼(31)와 일체로서 연소기(5)를 인출하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 연소기(5)의 취출 작업이 간소화되므로, 연소기(5)의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
댐퍼 커버(61)는 둘레 방향(C)의 약 반 둘레 이하를 덮고 있는 것 뿐이므로, 나머지의 반 둘레 이상의 부분에는 별도의 부재를 설치할 수 있다.
이 경우, 도 10에 도시하는 바와 같이, 2개의 음향 댐퍼(31A, 31B)를 설치하도록 할 수 있다. 2개의 음향 댐퍼(31A, 31B)는 각각의 댐퍼 커버(61A, 61B)의 소직경 부분(65A, 65B)이 대향하도록 설치된다. 소직경 부분(65A, 65B)은 각각 라이너 커버(35)의 외표면에 접합되어 있다. 라이너 커버(35)에는 댐퍼 커버(61A, 61B)에 덮어진 부분에 각각 개구부(63A, 63B)가 형성되어 있다.
이와 같이 하면, 복수의 음향 댐퍼(31A, 31B)에 의해 진동을 감쇠할 수 있으므로, 보다 확실하게 감쇠시킬 수 있다.
따라서, 음향 댐퍼(31A, 31B)에 의한 진동의 감쇠 성능을 보다 확실히 향상시킬 수 있다.
또한, 2개의 음향 댐퍼(77A, 77B)의 용적(둘레 방향(C)의 길이, 즉 공명 공간의 전장)을 상이하게 해도 좋고, 다공질 금속(51A, 51B)의 설치 위치를 바꾸어도 좋다. 이렇게 하면, 각각 감쇠하는 주파수 영역의 다른 2개의 음향 댐퍼(31A, 31B)가 형성되므로, 비교적 낮은 주파수 영역에 있어서 복수의 주파수 영역의 진동을 감쇠할 수 있거나, 또는 넓은 주파수 영역의 진동을 감쇠할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 각 실시형태에 한정될 일은 없고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위내에 있어서 적절히 변경할 수 있다.
예를 들면, 상술한 각 실시형태에서는, 음향 댐퍼(31)는 음향 라이너(29)와 일체적으로 구성되어 있지만, 이것은 독립시켜서, 각각 연소통(19)에 부착해도 좋다. 이렇게 하면, 음향 댐퍼(31)의 외주측으로의 돌출량을 한층 저감할 수 있다.
이 경우, 음향 댐퍼 공명 공간(49, 57, 77)은 각각 직접 연소 영역(23)과 연통하게 된다.
1 : 가스 터빈 3 : 압축기
7 : 터빈 19 : 연소통
23 : 연소 영역 29 : 음향 라이너
31, 31A, 31B : 음향 댐퍼 33 : 판부
35 : 커버 37 : 관통 구멍
43 : 제 1 음향 댐퍼 공명 공간 44 : 음향 라이너 공명 공간
45, 53, 61 : 댐퍼 커버 49, 57, 77 : 제 2 음향 댐퍼 공명 공간
51, 51A, 51B : 다공질 금속(유체 저항 부재)
53, 55 : 홈부
L : 축선 방향

Claims (7)

  1. 내부에 연소 영역을 형성하는 통체와,
    상기 연소 영역에 연통하는 음향 댐퍼 공명 공간을 갖는 음향부를 갖는 음향 댐퍼를 구비하는 연소기에 있어서,
    상기 음향부는, 상기 통체를 따라, 상기 통체의 축선 방향에 대하여 교차하는 방향으로 연장하도록 마련되어 있는
    연소기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통체를 구성하고, 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 마련되어 있는 다공판부와, 상기 다공판부의 주위에 간격을 두고서 덮도록 마련되어 있는 커버 부재에 의해 형성되는 음향 라이너 공명 공간을 갖는 음향 라이너를 구비하고 있는
    연소기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 음향부의 적어도 일부는 상기 커버 부재의 외주측에 마련되어 있는
    연소기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음향 댐퍼 공명 공간은 적어도 1회는 반복되어 형성되어 있는
    연소기.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음향 댐퍼 공명 공간에는 적어도 1개의 유체 저항 부재가 구비되어 있는
    연소기.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음향 댐퍼는 복수 구비되어 있는
    연소기.
  7. 압축기와,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 연소기와,
    터빈을 구비하는
    가스 터빈.
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