KR101707363B1

KR101707363B1 - 배기 연도

Info

Publication number: KR101707363B1
Application number: KR1020157023213A
Authority: KR
Inventors: 데이 야마토; 요시후미 마스다; 도요세이 아오타; 가즈후미 이케다; 다카노리 이토; 도모노리 도다
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2017-02-15
Also published as: JP2013217369A; WO2014141509A1; DE112013006822T5; JP6071664B2; US9970358B2; US20150377139A1; KR20150111997A; CN105008695B; CN105008695A

Abstract

본 발명의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)와 개구단 다공 영역(51)을 포함한다. 배기 연통 본체(43)는 배기 가스를 배출하는 통로이다. 개구단 다공 영역(51)은 배기 연통 본체(43)의 개구단(44)의 모든 주위를 따라 여러 개의 구멍(50)을 뚫은 영역이다. 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)에 구멍(50)을 뚫는 간편한 시공에 의해 저주파 성분의 소리의 외부에의 방출을 억제하는 것이 가능하다.

Description

배기 연도{EXHAUST FLUE}

본 발명은 예를 들어, 가스 터빈의 배기 가스를 배출하는 배기 연도에 관한 것이다.

일반적으로 가스 터빈은 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 그리고 공기 덕트로부터 혼입된 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온 고압의 압축 공기가 되고, 연소기에서 이 압축 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온 고압의 연소 가스(작동 유체)를 얻어, 이 연소 가스에 의해 터빈을 구동하고 이 터빈에 연결된 발전기를 구동한다.

이와 같은 가스 터빈의 배기 가스를 배출하는 배기 연도는 가스 터빈의 내부의 음장의 공명에 의해, 수 ㎐ 이하의 저주파수 성분의 소리가 외부로 방출할 가능성이 있다. 예를 들어 저주파수 성분의 소리는 인간의 가청음 이하의 주파수인 것이 많으므로 직접 이음(異音)을 느끼는 일이 적으나, 간접적으로 플랜트 주위의 가옥의 창틀 등의 흔들림을 발생시키는 요인이 되는 일이 있다.

이와 같은 특정 저주파수 성분의 소리를 외부로 방출할 가능성을 저감하기 위하여, 사이렌서(소음기)의 기술이 있다(특허문헌 1 참조).

일본특허공개 평11-159347호 공보

상술한 특허문헌 1의 배기 연도의 사이렌서는 저주파수 성분의 소리를 저감하는 것이 가능하다. 그러나 특허문헌 1에 기재한 배기 연도에 있어서는, 가청음 이하의 저주파수의 음장의 공명 진동을 작게 하기 위하여, 사이렌서를 대형화시킬 필요가 있고, 사이렌서의 시공에 기간과 비용이 든다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 간편한 시공에 의해 저주파수 성분의 소리의 외부에의 방출을 억제하는 배기 연도를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 배기 연도는 배기 가스를 배출하는 통로인 배기 연통 본체와, 상기 배기 연통 본체의 개구단 측의 모든 주위를 따라 여러 개의 구멍을 뚫은 개구단 다공 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해 배기 연통 본체 안의 공명 진동의 반사가 억제된다. 따라서 배기 연도의 공명 진동에 의하여 증폭되는 증폭률이 저감되고, 개구단으로부터 방사되는 저주파수 성분의 소리가 억제된다. 그 결과 배기 연도는 간접적으로 플랜트 주위의 가옥의 창틀 등의 진동을 발생시킬 가능성을 저감할 수 있다.

상기 구성에 의해 배기 연도는 배기 연통 본체에 개구단의 모든 주위를 따라 여러 개의 구멍을 뚫는 것만으로 해결되므로, 시공 기간은 짧고 시공 비용을 저감 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 배기 연통 본체에는 상기 개구단 다공 영역과 상이한 위치에 여러 개의 구멍을 뚫은 다른 다공 영역을 설치하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 다른 다공 영역이 고차(高次) 성분의 음향 모드의 공명 진동의 반사를 억제하는 것이 가능하다. 따라서 배기 연통 본체 안의 고차 성분의 음향 모드의 공명 진동의 반사가 억제된다. 따라서 배기 연도의 공명 진동에 의하여 증폭되는 증폭률이 저감되고, 개구단으로부터 방사되는 저주파수 성분의 소리가 억제된다.

본 발명에 있어서, 상기 개구단 다공 영역의 외주 측에 공극을 뚫어 덮는 외통부(外筒部)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 공극에는 공기층이 개재하고, 개구단에서의 음향 임피던스가 커진다. 그 결과 배기 연도의 공명 진동에 의하여 증폭되는 증폭률이 저감되고, 개구단으로부터 방사되는 저주파수 성분의 소리가 억제된다.

본 발명에 있어서, 상기 배기 연통 본체는 상기 개구단 다공 영역에 따른 서로 이웃하는 구멍 간 또는 상기 다른 다공 영역에 따른 서로 이웃하는 구멍 간에 보강 리브를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 배기 연도는 배기 연통 본체 안의 공명 진동의 반사를 억제함과 동시에, 배기 연통 본체의 강도를 일정 이상으로 유지하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서 상기 배기 연통 본체는 외벽부와, 내벽부와, 상기 외벽부와 상기 내벽부를 연결하는 연결 부재와, 상기 외벽부와 상기 내벽부 간에 개재되는 보온재를 갖고, 상기 구멍은 상기 외벽부와 상기 보온재와 상기 내벽부를 관통하여 형성되는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 배기 가스의 열이 외벽부에 전해지기 어려워지고, 수명을 연장하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서 상기 구멍은 원통 부재가 상기 외벽부와 상기 보온재와 상기 내벽부를 관통하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따라 원통 부재에 의해 구멍을 형성하게 되고, 구조의 간소화를 가능하게 함과 동시에, 외벽부와 내벽부 사이에의 배기 가스의 침입을 방지하여 내구성을 향상하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서 상기 개구단 다공 영역과 상기 외통부 간에 설치되는 상기 공극은 하단 및 상단이 외부로 개구하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 배기 연통 본체로부터 구멍을 통하여 공극에 배출된 배기 가스는 공극의 하단으로부터 주입된 외기와 혼합하여 냉각된다. 그 후, 냉각 후의 배기 가스는 공극을 상승하여 상단으로부터 배출되게 되고, 외벽부의 온도화를 억제하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서 상기 외통부는 상기 구멍에 대향하는 내면에 보온재가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 배기 연통 본체로부터 구멍을 통하여 공극에 배출된 배기 가스는 보온재에 충돌 후에 상승하게 되고, 외벽부의 고온화를 억제하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서 상기 외통부는 외면에 리브가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 리브의 형상이나 치수를 조정함으로써, 개구단에서의 음향 임피던스의 최적화를 가능하게 할 수 있다.

본 발명에 있어서 소정 길이의 통형상을 이루는 다공 구조 블록이 여러 개 연결되어 구성되는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 예를 들어, 공장에서 여러 개의 다공 구조 블록을 제조하고, 이 여러 개의 다공 구조 블록을 현지까지 운송하고, 여러 개의 다공 구조 블록을 연결하여 배기 연도를 제조하게 되어, 제조 공정의 간소화를 가능하게 하고, 건설비용을 저감하는 것이 가능하다.

또한 배기 연도는 배기 가스를 배출하는 통로인 배기 연통 본체와, 상기 배기 연통 본체의 개구단 측의 모든 주위를 따른 적어도 일부에 여러 개의 구멍을 뚫은 개구단 다공 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 개구단 다공 영역은 상기 배기 연통 본체에 따른 굴절 방향의 내측에 따른 개구단 측에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 개구단 다공 영역으로부터 배출되는 배기 가스를 감소하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면 간편한 시공에 의해 저주파수 성분의 소리의 외부로의 방출을 억제하는 배기 연도를 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 실시 형태 1에 관한 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 구멍의 중심을 통과하는 단면으로 자른 개구단 다공 영역을 모식적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 4는 실시 형태 1의 배기 연도가 방사하는 저주파수 성분의 음압 레벨을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 실시 형태 2의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 실시 형태 2의 다공 영역의 위치를 설명하는 설명도이다.
도 7은 실시 형태 3의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 A-A 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는 실시 형태 4의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 10은 실시 형태 5의 배기 연도의 개구단의 단면도이다.
도 11은 실시 형태 6의 배기 연도의 개구단의 단면도이다.
도 12는 실시 형태 7의 배기 연도의 개구단의 단면도이다.
도 13은 실시 형태 8의 배기 연도의 개구단의 단면도이다.
도 14는 실시 형태 9의 배기 연도의 개구단의 단면도이다.
도 15는 실시 형태 10의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 16은 도 15의 B-B 단면을 나타내는 부분 단면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태(실시 형태)에 관하여 도면을 참조하여 소상하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니며, 또한 실시 형태가 여러 개인 경우에는 각 실시 형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하도록 한다. 또한 이하에 기재된 구성 요소에는 당업자가 용이하게 상정 가능한 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한 이하에 기재된 구성 요소는 적당히 조합하는 것이 가능하다.

(실시 형태 1)

도 1은 실시 형태 1에 관한 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다. 가스 터빈은 도 1에 나타낸 바와 같이 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)을 포함한다. 이 가스 터빈에는 도시하지 않는 발전기가 연결되어 있고, 발전 가능하게 되어 있다.

압축기(11)는 공기를 혼입하는 흡기 덕트(20)를 갖고, 압축기 차실(21) 안에 입구 안내 날개(IGV)(22)가 설치됨과 동시에 여러 개의 고정 날개(23)와 운동 날개(24)가 전후 방향(후술하는 로터(32)의 축 방향)으로 번갈아 설치되어 있고, 그 외측에 추기실(25)이 설치되어 있다. 연소기(12)는 압축기(11)에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고, 점화함으로써 연소 가능하게 되어 있다. 터빈(13)은 터빈 차실(26) 안에 여러 개의 고정 날개(27)와 운동 날개(28)가 전후 방향(후술하는 로터(32)의 축 방향)으로 번갈아 설치되어 있다. 이 터빈 차실(26)의 하류 측에는 배기 차실(29)을 개재하여 배기실(30)이 설치되어 있고, 배기실(30)은 터빈(13)에 연속하는 배기 디퓨저(31)를 갖고 있다.

또한 압축기(11), 연소기(12), 터빈(13), 배기실(30)의 중심부를 관통하도록 로터(주축)(32)가 위치하고 있다. 로터(32)는 압축기(11) 측 단부가 베어링부(33)에 의해 회전 자재로 지지되는 한편, 배기실(30) 측의 단부가 베어링부(34)에 의해 회전 자재로 지지되어 있다. 그리고 이 로터(32)는 압축기(11)에서 각 운동 날개(24)가 장착된 로터 디스크(35)가 여러 개 겹쳐져 고정되어, 터빈(13)에서 각 운동 날개(28)가 장착된 로터 디스크(36)가 여러 개 겹쳐져 고정되어 있고, 배기실(30) 측의 단부에 도시하지 않는 발전기의 구동 축이 연결되어 있다.

그리고 이 가스 터빈은 압축기(11)의 압축기 차실(21)이 다리부(37)에 지지되고, 터빈(13)의 터빈 차실(26)이 다리부(38)에 의해 지지되고, 배기실(30)이 다리부(39)에 의해 지지되어 있다.

따라서 압축기(11)의 흡기 덕트(20)로부터 혼입된 공기가 입구 안내 날개(22), 여러 개의 고정 날개(23)와 운동 날개(24)를 통과하여 압축됨으로써 고온 고압의 압축 공기가 된다. 연소기(12)에서 이 압축 공기에 대하여 소정의 연료가 공급되고 연소된다. 그리고 이 연소기(12)에서 생성한 고온 고압의 연소 가스가 터빈(13)을 구성하는 여러 개의 고정 날개(27)와 운동 날개(28)를 통과함으로써 로터(32)를 구동 회전하고, 이 로터(32)에 연결된 도시하지 않은 발전기를 구동한다. 한편 배기 가스(연소 가스)의 에너지는 배기실(30)의 배기 디퓨저(31)에 의해 압력으로 변환되어 감속되고 나서 후술하는 배기 연도로 보내진다.

도 2는 실시 형태 1의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 구멍의 중심을 통과하는 단면으로 자른 개구단 다공 영역을 모식적으로 나타낸 부분 단면도이다. 도 4는 실시 형태 1의 배기 연도가 방사하는 저주파수 성분의 음압 레벨을 설명하기 위한 설명도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 실시 형태 1에 관한 배기 연도(40)는 배기 덕트 본체(41)와 배기 연통 본체(43)를 포함한다.

배기 덕트 본체(41)는 소정 길이를 갖고, 판금이 소정 형상으로 굴곡된 형상을 이루며, 일단부에 상술한 배기실(30)에 연통하는 접속구(30a)가 형성되는 한편, 타단부가 연통공(42)을 개재하여 배기 연통 본체(43)에 연통되어 있다. 배기 연통 본체(43)는 통상의 압연된 금속으로 형성되어 있다. 배기실(30)의 배기 가스는 접속구(30a)를 개재하여 배기 연도(40)에 혼입되어, 배기 덕트 본체(41), 연통공(42), 배기 연통 본체(43)의 순서로 유통하고, 배기 연통 본체(43)의 개구단(44)으로부터 대기로 방출된다.

상술한 바와 같이 도 1에 나타낸 연소기(12)에서 발생하는 압력 맥동 또는 배기 가스의 난류(亂流)가 배기 연도(40)의 공명 진동에 의하여 증폭되어, 배기 연통 본체(43)의 개구단(44)으로부터 가청음 이하의 저주파수 성분의 소리가 방사되는 일이 있다. 예를 들어 저주파수 성분의 소리는 수십 ㎐ 이하(예를 들어, 1 ㎐ 내지 20 ㎐ 정도)이다. 이 저주파수 성분의 소리는 인간의 가청음 이하의 주파수 성분인 것이 많으므로 직접 이음을 느끼는 일이 적으나, 간접적으로 플랜트 주위의 가옥의 창틀 등의 진동(흔들림)을 발생시키는 요인이 되는 일이 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이 실시 형태 1에 관한 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)가 개구단(44)의 모든 주위를 따라 여러 개의 구멍(50)을 뚫은 개구단 다공 영역(51)을 구비하고 있다. 개구단 다공 영역(51)의 시공은 배기 연통 본체(43)에 개구단(44)의 모든 주위를 따라 여러 개의 구멍(50)을 뚫는 것만으로도 해결되므로, 시공 기간은 짧고 시공 비용을 저감 가능하다.

저주파수 성분의 소리는 배기 연도(40)의 공명 진동에 의하여 증폭되지만, 이 공명 진동의 반사는 개구단(44)에서 발생한다. 개구단(44)에 뚫은 구멍(50)은 음향 저항체가 되고, 개구단(44)에서의 음향 임피던스가 커진다. 그 결과 연소기(12)에서 발생하는 압력 맥동 또는 배기 가스의 난류가 배기 연도(40)의 공명 진동에 의하여 증폭되는 증폭률이 저감되어, 개구단(44)으로부터 방사되는 저주파수 성분의 소리가 억제된다.

도 3에 나타낸 바와 같이 개구단 다공 영역(51)의 구멍(50)은 개구단(44)으로부터 방출되는 저주파수 성분의 음압 레벨(SPL:Sound Pressure Level)[단위: dB]이 목표치 이하가 되도록, 배기 연통 본체(43)의 두께t와 구멍(50)의 직경D와 구멍(50) 간의 간격P와 개구단 다공 영역(51)에 따른 구멍(50)의 개수에 의해 계산하여 적당하게 뚫을 수 있다.

예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이 횡축에 주파수, 종축에 음압 레벨(SPL)을 둘 경우, 개구단 다공 영역(51)의 구멍(50)이 있는 경우의 음압 레벨 곡선(82)을 배기 연통 본체(43)의 두께t와 구멍(50)의 직경D와 구멍(50) 간의 간격P와 개구단 다공 영역(51)에 따른 구멍(50)의 개수에 의해 계산한다. 그리고 도 4에 나타낸 가청음 이하의 주파수 성분fg에 있어서, 개구단 다공 영역(51)의 구멍(50)이 없는 경우의 음압 레벨 곡선(L1)에 대하여, 개구단 다공 영역(51)의 구멍(50)이 있는 경우의 음압 레벨 곡선(L2)의 SPL이 목표치가 되도록, 실시 형태 1에 관한 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)에 도3에 나타낸 구멍(50)의 직경D와 구멍(50) 간의 간격P와 개구단 다공 영역(51)에 따른 구멍(50)의 개수를 설정해 가게 된다.

이상 설명한 바와 같이 실시 형태 1에 관한 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)와 개구단 다공 영역(51)을 포함한다. 배기 연통 본체(43)는 배기 가스를 배출하는 통로이다. 개구단 다공 영역(51)은 배기 연통 본체(43)의 개구단(44)의 모든 주위를 따라 여러 개의 구멍(50)을 뚫은 영역이다. 이 구조에 의해 배기 연통 본체(43) 안의 공명 진동의 반사가 억제된다. 따라서 배기 연도(40)의 공명 진동에 의하여 증폭되는 증폭률이 저감되고, 개구단(44)으로부터 방사되는 저주파수 성분의 소리가 억제된다. 그 결과 배기 연도(40)는 간접적으로 플랜트 주위의 가옥의 창틀 등의 진동(흔들림)을 발생시킬 가능성을 저감할 수 있다. 또한 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)에 구멍(50)을 뚫는 간편한 시공에 의해 저주파음의 외부에의 방출을 억제하는 것이 가능하다.

(실시 형태 2)

도 5는 실시 형태 2의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 도 6은 실시 형태 2의 다공 영역의 위치를 설명하는 설명도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

실시 형태 2의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)가 개구단 다공 영역(51)과 제2의 다공 영역(52)과 제3의 다공 영역(53)을 구비하고 있다. 제2의 다공 영역(52)과 제3의 다공 영역(53)은 개구단 다공 영역(51)과 동일하게 배기 연통 본체(43)의 주위를 따라 여러 개의 구멍(50)이 뚫려져 있다. 그리고 개구단 다공 영역(51)과 제3의 다공 영역(53) 간은 구멍(50)의 뚫려 있지 않은 영역이다. 또한 제2의 다공 영역(52)과 제3의 다공 영역(53) 간은 구멍(50)의 뚫려 있지 않은 영역이다. 이와 같이 배기 연도(40)는 구멍(50)의 뚫려 있지 않은 영역이 있음으로써, 배기 연통 본체(43)의 강도를 확보하는 것이 가능하다.

제2의 다공 영역(52) 및 제3의 다공 영역(53)이 배기 연통 본체(43)에 설치되는 위치는 공명하는 저주파수 성분의 소리의 상이한 음향 모드의 각각의 마디가 되는 위치가 된다. 도 6에 나타낸 바와 같이 배기 연도(40)의 음향 길이를 L로 한다. 음향 길이L은 접속구(30a)로부터 개구단(44)까지의 길이이다. 음향 길이L은 공명하는 공간의 길이이고, 설비에 의하여 적당히 설정된다. 그리고 배기 연도(40)의 공명 주파수f는 하기 식(1)으로 나타낼 수 있다. 또한 n=1은 1차 성분이고, n=2는 2차 성분이며, n=3은 3차 성분이다.

[수학식 1]

예를 들어 상기 식(1)에 있어서, c는 음파의 속도(예를 들어, 340m/s)이다. c는 공명 주파수f와 파장λ의 곱이 되므로, 하기 식(2)로 나타낼 수 있다.

[수학식 2]

상기 식(1)의 공명 주파수f를 상술한 식(2)에 대입하여, 하기 식(3)에 의해 파장λ를 구할 수 있다.

[수학식 3]

그리고 배기 연도(40)는 식(3)을 만족하는 파장λ의 정재파의 마디가 되는 위치에 제2의 다공 영역(52) 및 제3의 다공 영역(53)을 설치한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 1차 성분의 파장λ의 마디가 되는 위치는 개구단(44)과 동등한 위치가 되는 마디(N11)가 된다. 2차 성분의 파장λ의 마디가 되는 위치는 개구단(44)과 동등한 위치가 되는 마디(N21) 및 마디(N22)가 된다. 3차 성분의 파장λ의 마디가 되는 위치는 마디(N31), 마디(N32), 마디(N33)가 된다.

이상 설명한 바와 같이 실시 형태 2에 관한 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)와 개구단 다공 영역(51)을 포함한다. 그리고 배기 연도(40)는 개구단 다공 영역(51)과는 상이한 위치에 여러 개의 구멍(50)을 뚫은 다른 다공 영역인 제2의 다공 영역(52) 및 제3의 다공 영역(53)을 구비하고 있다. 이 구조에 의해 개구단 다공 영역(51)이 배기 연통 본체(43) 안의 공명 진동의 1차 성분의 음향 모드의 반사를 억제한다.

또한 제2의 다공 영역(52)이 배기 연통 본체(43) 안의 공명 진동의 2차 성분의 음향 모드의 반사를 억제한다. 그리고 제3의 다공 영역(53)이 배기 연통 본체(43) 안의 공명 진동의 3차 성분의 음향 모드의 반사를 억제한다. 제2의 다공 영역(52) 및 제3의 다공 영역(53)이 고차 성분의 음향 모드의 공명 진동의 반사를 억제하므로, 실시 형태 1의 배기 연도(40)와 비교하여 배기 연도(40)의 공명 진동에 의하여 증폭되는 증폭률이 저감되고, 개구단(44)으로부터 방사되는 저주파수 성분의 소리가 억제된다. 그 결과 배기 연도(40)는 간접적으로 플랜트 주위의 가옥의 창틀 등의 진동(흔들림)을 발생시킬 가능성을 저감할 수 있다. 또한 배기 연도(40)는 제2의 다공 영역(52) 및 제3의 다공 영역(53)이 배기 연통 본체(43)에 구멍(50)을 뚫는 간편한 시공으로 가능하다.

실시 형태 2의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)가 제2의 다공 영역(52) 및 제3의 다공 영역(53)을 구비하지만, 제2의 다공 영역(52)만을 구비해도 되고, 또는 제3의 다공 영역(53)만을 구비해도 된다. 또한 실시 형태 2의 배기 연도(40)는 상술한 식(1) 내지 식(3)에 있어서, n이 1 내지 3인 경우를 예시하고 있지만, n이 4 이상이어도 된다.

(실시 형태 3)

도 7은 실시 형태 3의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 도 8은 도 7의 A-A 단면을 나타내는 부분 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

실시 형태 3의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)가 개구단 다공 영역(51)과 개구단 다공 영역(51)의 외주 측에 공극(55)을 뚫어 덮는 외통부(54)를 구비하고 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이 개구단 다공 영역(51)과 외통부(54) 간의 공극(55)에 공기층이 원환상으로 형성된다.

저주파수 성분의 소리는 배기 연도(40)의 공명 진동에 의하여 증폭되지만, 이 공명 진동의 반사는 개구단(44)에서 발생한다. 개구단(44)에 뚫은 구멍(50)은 음향 저항체가 되고, 개구단(44)에서의 음향 임피던스가 커진다. 또한 본 실시 형태의 공극(55)은 외통부(54)에서 음향 입자의 움직임을 구속하므로 개구단(44)에서의 음향 임피던스가 커진다. 그 결과 연소기(12)에서 발생하는 압력 맥동 또는 배기 가스의 난류가 배기 연도(40)의 공명 진동에 의하여 증폭되는 증폭률이 저감되어, 개구단(44)으로부터 방사되는 저주파수 성분의 소리가 억제된다.

(실시 형태 4)

도 9는 실시 형태 4의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 9에 나타낸 바와 같이 실시 형태 4의 배기 연도(40)는 개구단 다공 영역(51)에 있어서, 서로 이웃하는 구멍(50)과 구멍(50) 간의 배기 연통 본체(43)의 표면에 보강 리브(56)를 설치하고 있다. 배기 연통 본체(43)의 강도는 구멍(50)을 증가시킬수록 저하하는 경향이 있다. 보강 리브(56)는 구멍(50)이 있어도 배기 연통 본체(43)의 강도를 일정 이상으로 유지하는 것이 가능하다.

실시 형태 4의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)의 상하 방향으로 보강 리브(56)를 연재(延在)시켜, 배기 연통 본체(43)의 원주 방향으로 소정 간격으로 여러 개의 보강 리브(56)를 배기 연통 본체(43)의 표면에 용접 등에 의해 세워서 설치하고 있다. 보강 리브(56)는 실시 형태 2에 있어서 상술한 제2의 다공 영역(52) 또는 제3의 다공 영역(53)에도 동일하게 설치해도 된다.

상술한 바와 같이 실시 형태 4의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)가 개구단 다공 영역(51)에 따른 서로 이웃한 구멍(50) 간에 보강 리브(56)를 구비하고 있다. 또한 실시 형태 4의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)가 상술한 다른 다공 영역인 제2의 다공 영역(52)에 따른 서로 이웃한 구멍(50) 간에 보강 리브(56)를 구비하고 있어도 되고, 다른 다공 영역인 제3의 다공 영역(53)에 따른 서로 이웃한 구멍(50) 간에 보강 리브(56)를 구비하고 있어도 된다. 이 구조에 의해 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43) 안의 공명 진동의 반사를 억제함과 동시에 배기 연통 본체(43)의 강도를 일정 이상으로 유지하는 것이 가능하다.

(실시 형태 5)

도 10은 실시 형태 5의 배기 연도의 개구단의 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 10에 나타낸 바와 같이 실시 형태 5의 배기 연도(40)에 있어서, 배기 연통 본체(43)는 원통 형상을 이루는 외벽부(61)와 여러 개의 보온 패널로 이루어지는 내벽부(62)와 외벽부(61)와 내벽부(62)를 연결하는 여러 개의 연결 부재(63)와 외벽부(61)와 내벽부(62) 간에 개재되는 보온재(64)로 구성되어 있다.

내벽부(62)를 구성하는 보온 패널은 소정의 크기로 외벽부(61)에 대응한 만곡 형상을 이루고, 외주부가 서로 겹쳐져 연결함으로써 원통 형상을 이룬다. 연결 부재(63)는 일단부가 외벽부(61)의 내면에 용접에 의해 고정되어, 타단부가 여러 개 보온 패널의 겹치는 부분을 관통하고, 너트(63a)가 조이고 있다. 따라서 여러 개의 보온 패널이 연결됨으로써 내벽부(62)가 구성되고, 외벽부(61)에 대하여 내벽부(62)가 연결된다.

배기 연통 본체(43)는 개구단(44)측에 개구단 다공 영역(51)이 설치되어 있다. 이 개구단 다공 영역(51)에 있어서 외벽부(61)와 보온재(64)와 내벽부(62)를 관통하는 관통공(65)이 형성되어 있다. 원통 부재(66)는 원통부(66a)의 기단부(基端部)에 플랜지부(66b)가 일체로 형성되어 이루어지고, 배기 연통 본체(43)의 내측으로부터 관통공(65)에 끼워져 있다. 그리고 원통 부재(66)는 플랜지부(66b)가 용접에 의해 내벽부(62)에 고정되어 있고, 선단부를 프리로 함으로써 배기 연통 본체(43)와의 열팽창 차이를 흡수 가능하다. 따라서 개구단 다공 영역(51)에서 원통 부재(66)의 내부가 구멍(50)으로서 기능한다. 또한 원통 부재(66)의 선단과 외벽부(61)를 용접에 의해 고정해도 된다.

상술한 바와 같이 실시 형태 5의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)를 외벽부(61)와 내벽부(62)의 양자를 연결하는 연결 부재(63)와 외벽부와 내벽부 간에 개재되는 보온재(64)에 의해 구성하며, 외벽부(61)와 보온재(64)와 내벽부(62)를 관통하여 구멍(50)을 형성하고 있다. 이 구조에 의해 배기 연도(40)는 보온재(64)에 의해 배기 가스의 열이 외벽부(61)에 전해지기 어렵게 되고, 외벽부(61)의 열화를 방지하여 배기 연통 본체(43)의 수명을 연장하는 것이 가능하다.

또한 실시 형태 5의 배기 연도(40)는 원통 부재(66)가 내벽부(62)와 보온재(64)와 외벽부(61)를 관통함으로써, 구멍(50)을 구성하고 있다. 이 구조에 의해 배기 연도(40)는 원통 부재(66)를 사용하여 용이하게 구멍(50)을 형성하는 것이 가능하고, 구조의 간소화를 가능하게 할 수 있다. 또한 원통 부재(66)에 의해 내벽부(62)와 외벽부(61) 간으로의 배기 가스의 침입을 억제하는 것이 가능하다. 여기서 원통 부재(66)의 플랜지부(66b)를 용접에 의해 내벽부(62)에 고정함으로써, 배기 가스 실(Seal)을 구성하는 것이 되고, 확실하게 내부에의 배기 가스의 침입을 방지하는 것이 가능하다. 그 결과 내구성을 향상하는 것이 가능하다.

(실시 형태 6)

도 11은 실시 형태 6의 배기 연도의 개구단의 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 11에 나타낸 바와 같이 실시 형태 6의 배기 연도(40)는 개구단 다공 영역(51)의 외주 측에 공극(71)을 뚫어 덮는 외통부(72)가 설치되어 있다. 이 공극(71)은 배기 연통 본체(43)의 개구단 다공 영역(51)의 외측과 외통부(72)의 내측 간에 설치되어, 하방 및 상방이 개구한 원환상의 공기층이 되어 있다.

외통부(72)는 배기 연통 본체(43)(개구단 다공 영역(51))보다 대경으로 설정되어, 여러 개의 서포트 부재(73)에 의해 배기 연통 본체(43)에 지지되어 있다. 이 서포트 부재(73)는 일단부가 배기 연통 본체(43)(개구단 다공 영역(51))의 외면에 용접에 의해 고정되고, 타단부의 절곡부(73a)가 외통부(72)의 내면에 접촉하고, 볼트(74) 및 너트(75)에 의해 체결되어 있다.

배기 연통 본체(43)의 개구단 다공 영역(51)을 상승하는 고온의 배기 가스는 그 일부가 각 구멍(50)을 통하여 공극(71)에 배출되어 이 공극(71)을 상승한다. 한편 공극(71)은 하단으로부터 외기가 주입되어 배기 가스와 혼합하여 상승한다. 그리고 외기에 냉각된 배기 가스가 공극(71)의 상단으로부터 배출된다.

상술한 바와 같이 실시 형태 6의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)에 따른 개구단 다공 영역(51)의 외주측에 공극(71)을 뚫어 외통부(72)를 설치하고, 이 공극(71)의 하단 및 상단을 외부에 개구하고 있다. 이 구조에 의해 개구단 다공 영역(51)의 각 구멍(50)을 통하여 공극(71)에 배출된 배기 가스는 이 공극(71)의 하단으로부터 주입된 외기와 혼합하여 냉각된다. 그 후, 냉각 후의 배기 가스는 공극(71)을 상승하여 상단으로부터 배출되게 되고, 외벽부(61)의 온도화를 억제하는 것이 가능하다. 또한 외통부(72)에 의해 개구단 다공 영역(51)(각 구멍(50))을 외부로부터 피복하게 되고, 외관 품질을 향상하는 것이 가능하다.

(실시 형태 7)

도 12는 실시 형태 7의 배기 연도의 개구단의 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 12에 나타낸 바와 같이 실시 형태 7의 배기 연도(40)는 개구단 다공 영역(51)의 외주 측에 공극(71)을 뚫어 덮는 외통부(72)가 설치되어 있다. 이 외통부(72)는 구멍(50)에 대향하는 내면에 보온재(76)가 설치되어 있다. 또한 도시하지 않으나, 외통부(72)를 지지하는 서포트 부재에도 보온재를 설치하는 것이 바람직하다.

배기 연통 본체(43)의 개구단 다공 영역(51)을 상승하는 고온의 배기 가스는 그 일부가 각 구멍(50)을 통하여 공극(71)에 배출되어 이 공극(71)을 상승한다. 이때, 개구단 다공 영역(51)으로부터 각 구멍(50)을 통하여 공극(71)에 들어간 배기 가스는 보온재(76)에 충돌하여 상승한다. 한편 공극(71)은 하단으로부터 외기가 주입되어 배기 가스와 혼합하여 상승한다. 그리고 외기에 냉각된 배기 가스가 공극(71)의 상단으로부터 배출된다.

상술한 바와 같이 실시 형태 7의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)에 따른 개구단 다공 영역(51)의 외주측에 공극(71)을 뚫어 외통부(72)를 설치하고, 구멍(50)에 대향하는 내면에 보온재(76)를 설치하고 있다. 이 구조에 의해 개구단 다공 영역(51)의 각 구멍(50)을 통하여 공극(71)에 배출된 배기 가스는 보온재(76)에 충돌하고 나서 이 공극(71)을 상승하게 되고, 외벽부(61)의 고온화를 억제하는 것이 가능하다.

(실시 형태 8)

도 13은 실시 형태 8의 배기 연도의 개구단의 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 13에 나타낸 바와 같이 실시 형태 8의 배기 연도(40)는 개구단 다공 영역(51)의 외주 측에 공극(71)을 뚫어 덮는 외통부(72)가 설치되어 있다. 그리고 이 외통부(72)는 외면에 리브(77)가 설치되어 있다. 또한 이 리브(77)는 외통부(72)의 외면에 대하여 직교하여 고정되어 있고, 원주 방향으로 균등 간격으로 여러 개 배치되어 있다. 또한 리브(77)는 상하 방향으로 여러 개로 분할되어 설치되어 있으나, 일체로 설치해도 된다. 또한 리브(77)는 외통부(72)의 외면에 상하 방향을 따라 고정되어 있으나, 원주 방향을 따라 고정하고, 또한 상하 방향으로 균등 간격으로 여러 개 배치해도 된다.

상술한 바와 같이 실시 형태 8의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)에 따른 개구단 다공 영역(51)의 외주측에 공극(71)을 뚫어 외통부(72)를 설치하고, 외통부(72)의 외면에 리브(77)를 설치하고 있다. 이 구조에 의해 리브(77)의 치수나 형상을 상이하게 함으로써, 개구단(44)로의 음향 임피던스의 최적화를 가능하게 할 수 있다.

(실시 형태 9)

도 14는 실시 형태 9의 배기 연도의 개구단의 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 14에 나타낸 바와 같이 실시 형태 9의 배기 연도(40)는 소정 길이의 통 형상을 이루는 다공 구조 블록(40A), (40B), (40C)이 여러 개 연결되어 구성되어 있다. 각 다공 구조 블록(40A), (40B), (40C)은 원통 형상을 이루는 외벽부(61)와 여러 개의 보온 패널로 이루어지는 내벽부(62)와 외벽부(61)와 내벽부(62)를 연결하는 여러 개의 연결 부재(63)와 외벽부와 내벽부 간에 개재되는 보온재(64)와 외벽부(61)와 내벽부(62)의 상하 단부에서 보온재(64)의 탈락을 방지하는 뚜껑 부재(67)로 구성되어 있다. 그리고 각 다공 구조 블록(40A), (40B), (40C)은 각 뚜껑 부재(67)가 접촉하고, 내주면 및 외주면이 용접에 의해 연결되어 있다.

또한 각 다공 구조 블록(40A), (40B), (40C)은 외주 측에 공극(71)을 뚫어 덮는 외통부(81), (82), (83)가 설치되어 있다. 그리고 이 외통부(81), (82)는 하단부에 대경부(81a), (82a)가 형성되고, 외통부(82), (83)의 상단부에 서로 겹쳐지도록 형성되어 있다. 또한 이 외통부(81), (82), (83)는 서포트 부재(73)에 의해 지지되어 있다.

상술한 바와 같이 실시 형태 9의 배기 연도(40)는 소정 길이의 통 형상을 이루는 다공 구조 블록(40A), (40B), (40C)이 여러 개 연결되어 구성되어 있다. 이 구조에 의해 예를 들어, 공장에서 여러 개의 다공 구조 블록(40A), (40B), (40C)을 제조하고, 이 여러 개의 다공 구조 블록(40A), (40B), (40C)을 현지까지 운송하고, 여러 개의 다공 구조 블록(40A), (40B), (40C)을 연결하여 배기 연도를 제조하게 되어, 제조 공정의 간소화를 가능하게 하고, 건설 비용을 저감하는 것이 가능하다.

여러 개의 다공 구조 블록(40A), (40B). (40C)에 의해 배기 연도(40)를 구성함으로써, 예를 들어 외통부(81), (82), (83) 사이의 개구부의 위치나 크기를 상이하게 함으로써, 개구단(44)에서의 음향 임피던스의 최적화를 가능하게 할 수 있다.

(실시 형태 10)

도 15는 실시 형태 10의 배기 연도를 모식적으로 나타낸 사시도, 도 16은 도 15의 B-B 단면을 나타낸 부분 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 상술한 실시 형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이 실시 형태 10의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)가 개구단(44)의 모든 주위에 따른 적어도 일부에 여러 개의 구멍(50)을 뚫어 개구단 다공 영역(51)을 구비하고 있다. 구체적으로 개구단 다공 영역(51)은 배기 연통 본체(43)에 따른 굴곡 방향의 내측에 따른 개구단(44) 측에 설치되어 있다.

배기 연도(40)는 배기 덕트 본체(41)로부터 거의 직각으로 굴곡하여 배기 연통 본체(43)가 접속되고, 개구단(44)의 일부에 개구단 다공 영역(51)이 설치되어 있다. 배기 가스는 배기 덕트 본체(41)로부터 거의 직각으로 굴곡하여 배기 연통 본체(43)를 흐르는 것으로, 배기 연통 본체(43)에 따른 굴곡 방향의 내측의 개구단(44a) 측에 구멍(50)을 형성하고, 개구단(44b) 측에 구멍(50)을 형성하지 않는다. 예를 들어 배기 연통 본체(43)에 따른 개구단 다공 영역(51)의 개구단(44a) 측에 θ1의 각도 영역에서 구멍(50)을 형성하고, 개구단(44b) 측에 θ2의 각도 영역에서 구멍(50)을 형성하지 않는다.

상술한 바와 같이 실시 형태 10의 배기 연도(40)는 배기 연통 본체(43)가 개구단(44)의 모든 주위에 따른 적어도 일부, 예를 들어 배기 연통 본체(43)에 따른 굴곡 방향의 내측의 개구단(44) 측에 개구단 다공 영역(51)을 설치하고 있다. 이 구조에 의해 개구단 다공 영역(51)으로부터 배출되는 배기 가스를 감소하는 것이 가능하다.

또한 이 실시 형태 10에서는 배기 연통 본체(43)에 따른 굴곡 방향으로 내측에 개구단 다공 영역(51)을 설치하였으나, 이 위치에 한정되는 것이 아니며, 배기 연도(40)의 형상에 따라 적당하게 설치되면 되는 것이다.

또한 상술한 각 실시 형태에 관한 배기 연도를 가스 터빈에 적용하여 설명하였으나, 가스 터빈에 한정되지 않고 배기 가스를 방출하는 것이면 어느 설비에서도 적용하는 것이 가능하다.

11 : 압축기 12 : 연소기
13 : 터빈 20 : 흡기 덕트
21 : 압축기 차실 30 : 배기실
30a : 접속구 31 : 배기 디퓨저
40 : 배기 연도 41 : 배기 덕트 본체
42 : 연통공 43 : 배기 연통 본체
44 : 개구단 50 : 구멍
51 : 개구단 다공 영역 52 : 제2의 다공 영역
31 : 제3의 다공 영역 54 : 외통부
55 : 공극 56 : 보강 리브
61 : 외벽부 62 : 내벽부
63 : 연결 부재 64 : 보온재
66 : 원통 부재 71 : 공극
72 : 외통부 76 : 보온재
77 : 리브 81, 82, 83 : 외통부
N11, N21, N22, N31, N32, N33 : 마디

Claims

배기 가스를 배출하는 통로인 배기 연통 본체와,
상기 배기 연통 본체의 개구단 측의 모든 주위를 따라 여러 개의 구멍을 뚫은 개구단 다공 영역을 포함하고,
상기 개구단 다공 영역과는 상이한 위치의 상기 배기 연통 본체의 주위를 따라 여러 개의 구멍을 뚫은 다른 다공 영역이 마련되며,
상기 개구단 다공 영역과 상기 다른 다공 영역 사이에는 구멍이 뚫려 있지 않은 영역이 마련되는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 1 항에 있어서,
상기 다른 다공 영역이 배기 연통 본체에 마련되는 위치는, 상기 배기 연통 본체 내에서 공명하는 저주파수 성분의 소리의 상이한 음향 모드의 각각의 마디가 되는 위치인 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 개구단 다공 영역의 외주 측에 공극을 뚫어 덮는 외통부를 구비하는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 배기 연통 본체는 상기 개구단 다공 영역에 따른 서로 이웃하는 구멍 사이 또는 상기 다른 다공 영역에 따른 서로 이웃하는 구멍 사이에 보강 리브를 구비하는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 배기 연통 본체는 외벽부와, 내벽부와, 상기 외벽부와 상기 내벽부를 연결하는 연결 부재와, 상기 외벽부와 상기 내벽부 간에 개재되는 보온재를 갖고, 상기 구멍은 상기 외벽부와 상기 보온재와 상기 내벽부를 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 5 항에 있어서,
상기 구멍은 원통 부재가 상기 외벽부와 상기 보온재와 상기 내벽부를 관통하여 구성되는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 3 항에 있어서,
상기 개구단 다공 영역과 상기 외통부 간에 설치되는 상기 공극은 하단 및 상단이 외부로 개구하는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 3 항에 있어서,
상기 외통부는 상기 구멍에 대향하는 내면에 보온재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 7 항에 있어서,
상기 외통부는 외면에 리브가 설치되는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
소정 길이의 통 형상을 이루는 다공 구조 블록이 여러 개 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는
배기 연도.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 개구단 다공 영역은 상기 배기 연통 본체의 개구단 측의 주위를 따르는 일부에만 마련되고, 또는 상기 배기 연통 본체에 따른 굴절 방향의 내측에 따른 개구단 측에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
배기 연도.