TWI557375B - Vibration dampers, burners and gas turbines - Google Patents

Description

減振裝置、燃燒器及燃氣渦輪機

本發明，是關於用於對燃燒時所發生的燃燒振動予以減振的減振裝置、燃燒器及燃氣渦輪機者。

以往，周知的燃燒器，設有具備消音襯及消音阻尼的減振裝置(例如，請參照專利文獻1)。於該減振裝置中，消音襯，係具有：筒狀的板部、以及設在板部外周側的襯罩；消音阻尼，係具有：設在襯罩外周側的阻尼罩、以及形成於襯罩的開口部。於板部與襯罩之間所形成的空間，是藉由第1區隔板及第2區隔板所區隔，其中及於上部之全周的三分之一的空間為第1消音阻尼共鳴空間，而及於下部之全周的三分之二的空間為消音襯共鳴空間。又，於襯罩與阻尼罩之間所形成的空間，為第2消音阻尼共鳴空間。並且，第2消音阻尼共鳴空間，是經由開口部而與第1消音阻尼共鳴空間連通，藉此成為一體的消音阻尼並發揮其作用。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

[專利文獻1]國際專利公開第2010/097982號

然而，於專利文獻1的燃燒器，其開口部，是用來連通第1消音阻尼共鳴空間與第2消音阻尼共鳴空間，而成為一體的消音阻尼。消音襯共鳴空間，是在周方向上，由第1消音阻尼共鳴空間所中斷。當消音襯共鳴空間在周方向上被中斷時，則在被中斷的部位，要謀求藉由消音襯來抑制燃燒振動是有困難的。因此，就消音阻尼而言，雖能夠謀得抑制振動，但另一方面，就消音襯而言，依被中斷之部位的大小，就會造成其所降低抑制振動的性能。

在此，本發明，是在於提供一種可以一面維持由消音阻尼所產生之抑制振動的性能，同時可以謀求藉由消音襯所產生之抑制振動的性能提升的減振裝置、燃燒器及燃氣渦輪機。

本發明之減振裝置，減振裝置，其特徵為具備有：消音襯，其係在沿著流體所流通之內部流路的外周形成消音襯共鳴空間、以及消音阻尼，其係設在上述消音襯 的外周側，並形成與上述消音襯共鳴空間連通的消音阻尼共鳴空間；上述消音襯，係形成有：用以使上述消音襯共鳴空間與上述消音阻尼共鳴空間連通而與上述消音阻尼連接的阻尼開口，並具有：中斷部位，其係在沿著上述內部流路之外周的方向上成為由該阻尼開口所中斷的部位、以及連續部位，其係在及於沿著上述內部流路之外周的方向上呈連續的部位。

根據此構成，可以一面將連續部位設置於消音襯，同時形成阻尼開口。因此，於消音襯的中斷部位，由於藉由阻尼開口可以使消音襯共鳴空間與消音阻尼共鳴空間連通，所以可以藉由消音阻尼使由流通在內部流路的流體所產生的燃燒振動衰減而減振。又，藉由消音襯的連續部位，由於在沿著內部流路之外周的方向上，消音襯並沒有被中斷，所以在消音襯的連續部位，可在及於沿著內部流路之外周的方向上形成消音襯共鳴空間。因此，藉由消音襯沒有被中斷的部分，可以使由流通在內部流路的流體所產生的燃燒振動藉由消音襯而適切地衰減而減振。由於以上特徵，可以一面維持由消音阻尼所產生之抑制振動的性能，同時可以謀求藉由消音襯所產生之抑制振動的性能提升。又，阻尼開口，為矩形、圓形、橢圓形等之任一形狀皆可，並沒有特別地限定。

又，上述消音襯，是形成沿著上述內部流路之外周的方向為周方向的圓筒形狀，而與上述周方向垂直 相交的軸向為寬度方向，且上述阻尼開口，是靠在上述寬度方向的一方側所形成為佳。

根據此構成，可以將阻尼開口靠在消音襯之寬度方向的一方側而形成。因此，可以在消音襯之寬度方向的一方側設置中斷部位，並在消音襯之寬度方向的另一方側設置連續部位。

又，上述消音襯，是形成沿著上述內部流路之外周的方向為周方向的圓筒形狀，而與上述周方向垂直相交的軸向為寬度方向，上述阻尼開口，是形成在上述寬度方向的中央為佳。

根據此構成，可以將阻尼開口形成在消音襯之寬度方向的中央。因此，可以在消音襯之寬度方向的中央設置中斷部位，並在消音襯之寬度方向的兩側設置連續部位。

又，上述阻尼開口，是以形成矩形形狀的開口為佳。

根據此構成，藉由將阻尼開口設為矩形形狀，可以容易地形成阻尼開口。

本發明的燃燒器，為具備：上述的減振裝置、以及於內部形成上述內部流路的尾筒，來作為其特徵。

根據此構成，可以藉由減振裝置，適切地將由作為流通在燃燒器之尾筒內部之流體的燃燒氣體所產生的燃燒振動予以減振(衰減)。亦即，藉由將連接有消音 阻尼的消音襯沿著燃燒器之尾筒的外周來設置，可以將燃燒器之火焰附近的燃燒振動以消音襯及消音阻尼來減振，而可以更有效地將燃燒振動予以減振(衰減)。

本發明的燃氣渦輪機，係具備：上述的燃燒器、以及藉由在上述燃燒器所產生的燃燒氣體進行旋轉的渦輪機，來作為其特徵。

根據此構成，藉由使用謀求抑制燃燒振動的燃燒器，由於可以抑制由燃燒振動所造成的負荷，所以可以謀求耐用性的提升。

1‧‧‧燃氣渦輪機

11‧‧‧壓縮機

12‧‧‧燃燒器

13‧‧‧渦輪機

24‧‧‧轉子

30‧‧‧燃燒器外殼

31‧‧‧外筒

32‧‧‧內筒

33‧‧‧尾筒

34‧‧‧輪機缸室

35‧‧‧燃燒室

60‧‧‧減振裝置

61‧‧‧消音襯

62‧‧‧消音阻尼

71‧‧‧多孔板

72‧‧‧襯罩

72a‧‧‧圓筒部

72b‧‧‧側板部

73‧‧‧吸音孔

75‧‧‧消音襯共鳴空間

81‧‧‧阻尼罩

81a‧‧‧圓筒部

81b‧‧‧側板部

82‧‧‧阻尼開口

85‧‧‧消音阻尼共鳴空間

87‧‧‧中斷部位

88‧‧‧連續部位

S‧‧‧燃燒器的中心軸

A-A‧‧‧剖斷線

B-B‧‧‧剖斷線

第1圖，是實施例1中之燃氣渦輪機的概略構成圖。

第2圖，是在第1圖之燃氣渦輪機中的燃燒器的放大圖。

第3圖，是沿著軸向切剖實施例1之減振裝置後的斷面圖。

第4圖，是第3圖的A-A斷面圖。

第5圖，是第3圖的B-B斷面圖。

第6圖，是將實施例1的消音襯於周方向展開的展開圖。

第7圖，是關於實施例1之消音襯的吸音能力之性能的曲線圖。

第8圖，是將實施例2的消音襯於周方向展開的展開 圖。

以下於，依圖面詳細地說明本發明的實施例。又，本發明並非是藉由該等實施例所限定者。又，對於在後述實施例中的構成要素，是包含本業者可以代換且可容易代換者、或是實質上為等效者。再者，以下所記載的構成要素是能夠適當地加以組合，並且，實施例為複數之情形時，亦能夠將各實施例予以組合。

〔實施例1〕

第1圖，是實施例1中之燃氣渦輪機的概略構成圖。第2圖，是在第1圖之燃氣渦輪機中的燃燒器的放大圖。第3圖，是沿著軸向切剖實施例1之減振裝置後的斷面圖。第4圖，是第3圖的A-A斷面圖。第5圖，是第3圖的B-B斷面圖。第6圖，是將實施例1的消音襯於周方向展開的展開圖。第7圖，是關於實施例1之消音襯的吸音能力之性能的曲線圖。

如第1圖所示，燃氣渦輪機1，係具備：壓縮機11、燃燒器12、渦輪機13、以及排氣室14，並於壓縮機11側連結有沒有圖示出的發電機。

壓縮機11，係具有用以取入空氣的空氣取入口15，於壓縮機輪機缸室16內交互地配設有複數的靜翼17與複數的動翼18。燃燒器12，是對由壓縮機11所壓 縮的壓縮空氣供給燃料，並由燃燒器進行點火藉此而能夠燃燒。渦輪機13，於渦輪機輪機缸室20內交互地配設有複數的靜翼21與複數的動翼22。排氣室14，係具有連續於渦輪機13的排氣擴散管23。又，轉子24是位在貫通於壓縮機11、燃燒器12、渦輪機13、及排氣室14的中心部，其壓縮機11側的端部是可旋轉自如地由軸承部25所支撐，另一方之排氣室14側的端部是可旋轉自如地由軸承部26所支撐。而且，於該轉子24上固定有複數的旋轉板，連結有各動翼18、22，並且於壓縮機11側的端部連結有沒有圖示出之發電機的驅動軸。

因而，從壓縮機11的空氣取入口15所取入的空氣，通過複數的靜翼21與複數的動翼22而被壓縮，藉此成為高溫高壓的壓縮空氣，並在燃燒器12，藉由對該壓縮空氣供給既定的燃料來進行燃燒。然後，在該燃燒器12中所產生之作為動作流體之高溫高壓的燃燒氣體，藉由通過構成渦輪機13之複數的靜翼21與複數的動翼22來驅動轉子24使之旋轉，並驅動連結於該轉子24的發電機。另一方面，在驅動轉子24旋轉後之作為燃燒氣體的排氣氣體，藉由排氣室14的排氣擴散管23經轉換成靜壓之後釋放於大氣。

第2圖，是第1圖之燃燒器的放大圖。燃燒器12，係具有燃燒器外殼30。燃燒器外殼30，係具備有：配置於外筒31內部的內筒32、以及連結於內筒32前端部的尾筒33，並沿著相對於轉子24之旋轉軸I呈傾 斜的中心軸S而延伸。

外筒31，是被鎖固於輪機缸室外殼27，該輪機缸室外殼27形成有供來自壓縮機11的壓縮空氣流入的輪機缸室34。內筒32，其基端部是由外筒31所支撐，且與外筒31之間隔開預定間隔地配置在外筒31的內側。於內筒32的中心部，沿著中心軸S配設有引火燃燒器40。於引火燃燒器40的周圍，以圍著引火燃燒器40之方式等間隔地且與引火燃燒器40平行地配設有複數個主燃燒器50。尾筒33，其基端是連結於：形成圓筒狀之內筒32的前端。尾筒33，是愈朝前端側其斷面積愈縮小且彎曲地形成，且朝向渦輪機13之第1段的靜翼21呈開口。尾筒33，於內部形成有燃燒室35。於該尾筒33，設有用以衰減在尾筒33所產生之燃燒振動的減振裝置60。

如第3圖至第5圖所示，減振裝置60，係具有於內周側所設置的消音襯61、以及於外周側所設置的消音阻尼62。消音襯61，是設置用來吸收由燃燒振動所產生之較高頻率的振動；消音阻尼62，是設置用來吸收由燃燒振動所產生之較低頻率的振動。

消音襯61，是沿著圓筒形狀之尾筒33的外周，環及於周方向的全周所設置。消音襯61，是包含：形成有複數個吸音孔73的多孔板71、以及設置於該多孔板71周圍的襯罩72所構成。多孔板71，是兼作尾筒33的一部分，形成為圓筒狀，其內部為上述的燃燒室(內部流路)35。襯罩72，係具有：設置於多孔板71外周側之 圓筒形狀的圓筒部72a、以及在圓筒部72a之中心軸S的軸向兩側所設置的一對側板部72b，並以覆蓋多孔板71的方式所設置。藉此，消音襯共鳴空間75為及於全周地形成在多孔板71與襯罩72之間，且消音襯共鳴空間75，是藉由襯罩72而與外部空間阻隔。

消音阻尼62，是沿著消音襯61的外周，環及於周方向之全周所設置。消音阻尼62，是包含：設置於消音襯61周圍的阻尼罩81、以及於襯罩72的圓筒部72a所形成的阻尼開口82所構成。

阻尼罩81，係具有：於消音襯61的外周側所設置之圓筒形狀的圓筒部81a、以及在圓筒部81a之中心軸S的軸向兩側所設置的一對側板部81b，並以覆蓋消音襯61之圓筒部72a的方式所設置。藉此，消音阻尼共鳴空間85為及於全周地形成在消音襯61的圓筒部72a與阻尼罩81之間，且消音阻尼共鳴空間85，是藉由阻尼罩81而與外部空間阻隔。

阻尼開口82，成為將消音襯61的消音襯共鳴空間75，與消音阻尼62的消音阻尼共鳴空間85予以連通的開口。如第6圖所示，阻尼開口82，相對於朝向周方向展開之襯罩72的圓筒部72a，以中心軸S的軸向作為寬度方向時，是緊臨在寬度方向的一方側而形成，並呈矩形狀的開口。

於形成有上述之阻尼開口82的消音襯61中，於襯罩72的圓筒部72a，形成有：藉由開設阻尼開 口82而於周方向上被中斷的中斷部位87、以及及於周方向而連續的連續部位88。因此，消音襯共鳴空間75，如第4圖所示，於連續部位88中，是及於全周地形成，而另一方面，如第5圖所示，於中斷部位87中，是於周方向上被中斷地形成。而且，連續部位88，是設置在襯罩72之寬度方向的一方側；中斷部位87，是設置在襯罩72之寬度方向的另一方側。

如上述般所形成的減振裝置60，當在燃燒室35中由於燃料被燃燒而產生燃燒振動時，燃燒振動，會經由多孔板71的吸音孔73而從燃燒室35傳遞至消音襯共鳴空間75。傳遞至消音襯共鳴空間75內的燃燒振動之中，成為較高頻率的燃燒振動，會在消音襯共鳴空間75內減振(衰減)。

又，消音襯共鳴空間75，是經由阻尼開口82而連通於消音阻尼共鳴空間85。因此，在燃燒室35所產生的燃燒振動，會經由消音襯共鳴空間75而傳遞至消音阻尼共鳴空間85。傳遞至消音阻尼共鳴空間85內的燃燒振動之中，成為較低頻率的燃燒振動，會在消音阻尼共鳴空間85內減振(衰減)。

其次，請參照第7圖，對於由實施例1的消音襯61所具備的減振性能(吸音能力)進行說明。第7圖的曲線圖，其縱軸，是消音襯61之吸音能力的以往比(舊有比)，其橫軸，為阻尼開口82的展弦比(L/θ)。消音襯61的吸音能力，是藉由使用既定的計算手 法解析而導出。在此，以往(舊有)的消音襯，其阻尼開口82，是及於襯罩72之圓筒部72a的全寬度所形成。且此時，實施例1的阻尼開口82與以往之阻尼開口的開口面積，為相同面積。又，阻尼開口82的展弦比，當以位在阻尼開口82之寬度方向的長度為L，以位在阻尼開口82之周方向的長度為θ時，是以L/θ來表示。

在此，消音襯61的吸音能力，是經由複數個音響模式所解析。音響模式，是以節直徑數(Nodal Diameter,ND)表示，節直徑數，是表示在燃燒室35的周方向所產生之正弦波的數目。亦即，1ND，是在燃燒室35的周方向上，正弦波產生1個時的音響模式，同樣地，2~8ND，是在燃燒室35的周方向上，正弦波產生2~8個時的音響模式。又，消音襯61的吸音能力，是對沿著燃燒室35的周方向所產生的正弦波，一面使相位差異一既定的相位量，並一面以跨及360°地進行解析。

如第7圖所示，上述的解析結果，可以確認到消音襯61的吸音能力，相較於以往，是位在正向側。也就是說，阻尼開口82的開口面積，由於是與以往之阻尼開口的開口面積相同，所以可以確認到藉由消音阻尼62所形成的振動減振性能是一面地被維持，同時又可提升由消音襯61所形成的振動減振性能。

如以上所述，根據實施例1，可以一面將連續部位88設置於消音襯61，同時形成阻尼開口82。因此，於消音襯61的中斷部位87，由於藉由阻尼開口82可以 使消音襯共鳴空間75與消音阻尼共鳴空間85連通，所以可以藉由消音阻尼62使燃燒室35所產生的燃燒振動衰減而減振。又，藉由消音襯61的連續部位88，由於於周方向上，消音襯61的消音襯共鳴空間75並沒有被中斷，所以在消音襯61的連續部位88，可環及於周方向地形成消音襯共鳴空間75。因此，藉由消音襯61的消音襯共鳴空間75沒有被中斷的部分，可以使燃燒室35內的燃燒振動藉由消音襯61而適切地衰減而減振。由以上所說明，是可以謀得一面維持由消音阻尼62所形成之抑制振動的性能，並同時提升由消音襯61所形成之抑制振動的性能。

又，根據實施例1，可以將阻尼開口82靠在消音襯61之寬度方向的一方側而形成。因此，可以在消音襯61之寬度方向的一方側設置中斷部位87，並在消音襯61之寬度方向的另一方側設置連續部位88。

又，根據實施例1，藉由將阻尼開口82設為矩形形狀，便可以藉由機械加工容易地形成阻尼開口82。

又，根據實施例1，可以藉由減振裝置60適切地衰減：由流通在燃燒器12之尾筒33內部的燃燒氣體(流體)所產生的燃燒振動。亦即，藉由將消音阻尼62所接連的消音襯61沿著燃燒器12之尾筒33的外周來設置，可以將燃燒器12之火焰附近的燃燒振動以消音襯61及消音阻尼62來減振，而可以更有效地將燃燒振動減振(衰減)。

又，根據實施例1，藉由使用謀求抑制燃燒振動的燃燒器12，由於可以抑制由燃燒振動所造成的負荷，所以可以謀求燃氣渦輪機1之耐用性的提升。

又，於實施例1中，雖是將阻尼開口82設為矩形形狀，但對於該形狀並無限定，例如，亦可以設為圓形、橢圓形等之任一形狀。

〔實施例2〕

其次，參照第8圖，對於實施例2之該減振裝置100進行說明。第8圖，是將實施例2的消音襯於周方向展開的展開圖。又，在實施例2中，為避免重複的記載，僅對於與實施例1相異之部分進行說明，且對於與實施例1具有相同構成的部分，以標示相同符號來說明。在實施例1之該減振裝置60中，相對於襯罩72的圓筒部72a，是將阻尼開口82靠在其寬度方向之一方側來形成，而在實施例2之該減振裝置100，相對於襯罩72的圓筒部72a，是將阻尼開口82形成在其寬度方向的中央。

如第8圖所示，於實施例2之該減振裝置100中，由於阻尼開口82是形成在襯罩72之圓筒部72a之寬度方向的中央，所以中斷部位87，是形成在寬度方向的中央。又，連續部位88，是夾隔中斷部位87而在寬度方向的兩側設置一對。

如以上所述，根據實施例2，可以將阻尼開口82形成在消音襯61之寬度方向的中央。因此，可以在消 音襯61之寬度方向的中央設置中斷部位87，並在消音襯61之寬度方向的兩側設置一對連續部位88。

35‧‧‧燃燒室

60‧‧‧減振裝置

61‧‧‧消音襯

62‧‧‧消音阻尼

71‧‧‧多孔板

72‧‧‧襯罩

72a‧‧‧圓筒部

72b‧‧‧側板部

73‧‧‧吸音孔

75‧‧‧消音襯共鳴空間

81‧‧‧阻尼罩

81a‧‧‧圓筒部

81b‧‧‧側板部

82‧‧‧阻尼開口

85‧‧‧消音阻尼共鳴空間

87‧‧‧中斷部位

88‧‧‧連續部位

S‧‧‧燃燒器的中心軸

A-A‧‧‧剖斷線

B-B‧‧‧剖斷線

Claims (6)

1. 一種減振裝置，其特徵為，具備有：消音襯，其係在沿著流體所流通之內部流路的外周環及於周方向的全周所設置，環及全周僅形成消音襯共鳴空間、以及消音阻尼，其係設在上述消音襯的外周側，並環及全周僅形成與上述消音襯共鳴空間連通的消音阻尼共鳴空間；上述消音襯，係具有：中斷部位，其係藉由：用以使上述消音襯共鳴空間與上述消音阻尼共鳴空間連通而與上述消音阻尼連接的阻尼開口，而在沿著上述內部流路之外周的方向上成為被該阻尼開口所中斷的部位、以及連續部位，其係在及於沿著上述內部流路之外周的方向上呈連續的部位。
2. 如申請專利範圍第1項所述的減振裝置，其中，上述消音襯，是形成沿著上述內部流路之外周的方向為周方向的圓筒形狀，而與上述周方向垂直相交的軸向為寬度方向，上述阻尼開口，是靠在上述寬度方向的一方側而形成。
3. 如申請專利範圍第1項所述的減振裝置，其中，上述消音襯，是形成沿著上述內部流路之外周的方向為周方向的圓筒形狀，而與上述周方向垂直相交的軸向為 寬度方向，上述阻尼開口，是形成在上述寬度方向的中央。
4. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所述的減振裝置，其中，上述阻尼開口，是形成為矩形形狀的開口。
5. 一種燃燒器，其特徵為，具備：申請專利範圍第1至4項中之任一項所述的減振裝置、以及於內部形成上述內部流路的尾筒。
6. 一種燃氣渦輪機，其特徵為，具備：申請專利範圍第5項所述的燃燒器、以及藉由在上述燃燒器所產生的燃燒氣體進行旋轉的渦輪機。