WO2010097982A1 - 燃焼器およびこれを備えたガスタービン - Google Patents
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- F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
Definitions
- the present invention relates to a combustor and a gas turbine equipped with the combustor.
- the gas turbine has a compressor, a combustor, and a turbine.
- the compressor takes in air, compresses it to a high pressure, and sends the high-pressure air to the combustor.
- the fuel is blown out to the high pressure air to burn the fuel.
- the high-temperature combustion gas generated by the combustion of the fuel is sent to the turbine, and this high-temperature combustion gas drives the turbine. Since the turbine and the compressor rotate around the same rotation axis, the turbine is driven in this manner, so that the compressor is also driven, and the air is taken in and compressed as described above.
- the gas turbine that operates in this way may generate combustion vibration when the fuel burns, and this combustion vibration causes noise and vibration during the operation of the gas turbine.
- NOx nitrogen oxide
- the NOx nitrogen oxide
- the gas turbines may reduce NOx in consideration of the influence on the environment during operation.
- lean combustion of fuel is required. Often used.
- lean combustion tends to cause instability, and combustion vibration is likely to occur.
- the combustor is provided with an acoustic liner that absorbs a relatively high frequency sound constituted by a perforated plate and a cover that covers the outside, An acoustic damper that absorbs relatively low frequency sound having a large resonance space has been provided.
- acoustic dampers for relatively high-frequency sounds have a large volume of resonance space, and thus are limited in space in the vehicle interior.
- the acoustic damper is installed using the periphery of the bypass flow path as shown in Patent Document 1, for example. .
- an acoustic damper is connected to an acoustic liner that is attached to the combustor to form a resonance space of the acoustic damper. It has been proposed to install the portion so as to extend in the axial direction or radial direction of the combustor.
- patent document 1 requires large space outside a combustor in order to install a bypass flow path and an acoustic damper.
- the acoustic damper is bent in radial direction in order to ensure the volume (full length) of resonance space even if it extends in an axial direction not to mention extending in radial direction. Therefore, a large space is required outside the combustor in order to install the bypass flow path and the acoustic damper.
- the housing becomes large, and there is a possibility that, for example, land transportation of the gas turbine may be impossible. Including this transportation cost, the manufacturing cost increases.
- the combustor is regularly maintained, in Patent Document 1, the combustor cannot be pulled out unless the bypass channel is removed and in Patent Document 2, unless the acoustic damper is removed. Become a big deal.
- an object of the present invention is to provide a combustor that can reduce the mounting space of an acoustic damper, reduce the size, and improve maintainability, and a gas turbine using the combustor.
- the present invention provides the following means.
- 1st aspect of this invention is a combustor provided with the cylinder which forms a combustion area inside, and an acoustic damper which has an acoustic part which has an acoustic damper resonance space connected to this combustion area,
- the acoustic part Is a combustor installed so as to extend along the cylinder in a direction intersecting the axial direction of the cylinder.
- the acoustic unit having the acoustic damper resonance space is installed so as to extend in the direction intersecting the axial direction of the cylindrical body along the cylindrical body, in other words, in the circumferential direction.
- the acoustic part is widely arranged in the circumferential direction without concentrating on a certain place in the circumferential direction of the cylindrical body.
- the combustor can be easily pulled out integrally with the acoustic damper, so that the maintainability of the combustor can be improved.
- the perforated plate portion constituting the cylindrical body and provided with a plurality of through holes penetrating in the thickness direction, and a cover member provided so as to cover the perforated plate portion with a space therebetween It is good also as a structure provided with the acoustic liner which has the acoustic liner resonance space formed by these.
- the acoustic liner and the acoustic damper are concentrated and installed in a certain place in the axial direction of the cylinder, so that other places in the axial direction of the cylinder can be used effectively.
- the acoustic damper resonance space may be formed to be folded at least once.
- At least one fluid resistance member may be provided in the acoustic damper resonance space.
- the vibration and sound accompanying combustion vibration can also be attenuated by a fluid resistance member. Further, when adjusting the frequency region of the vibration to be damped, it can be adjusted not only by changing the volume (full length) of the acoustic damper resonance space but also by changing the resistance value by the fluid resistance member. Therefore, the vibration damping performance by the acoustic damper can be improved more reliably.
- a plurality of the acoustic dampers may be provided.
- the volume (full length) of the acoustic damper resonance spaces of the plurality of acoustic dampers provided may be different from each other. If it does in this way, vibration of a different frequency domain can be attenuated with each acoustic damper. Therefore, the vibration damping performance by the acoustic damper can be improved more reliably.
- a second aspect of the present invention is a gas turbine including an air compressor, a combustor according to the first aspect, and a turbine.
- the housing can be downsized, the manufacturing cost can be reduced and the maintainability can be improved, noise due to combustion during operation of the gas turbine is provided. Can be suppressed, and maintainability can be improved. Moreover, this can be manufactured at low cost.
- the acoustic part having the acoustic damper resonance space is installed so as to extend along the cylinder in a direction intersecting the axial direction of the cylinder, in other words, in the circumferential direction.
- the space required outside the combustor can be reduced. Therefore, since the passenger compartment can be made small, the housing forming it can be miniaturized. For this reason, for example, since the ground transportation of the gas turbine is sufficiently possible, the manufacturing cost including the transportation cost can be reduced. Further, when the protrusion of the acoustic part toward the outer peripheral side of the cylindrical body is reduced, the combustor can be easily pulled out integrally with the acoustic damper, so that the maintainability of the combustor can be improved.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG. 2.
- FIG. 4 is a YY sectional view of FIG. 3.
- FIG. 7 is a ZZ sectional view of FIG. 6.
- FIG. 6 It is sectional drawing which shows the part similar to FIG. 4 of the damping device concerning 3rd Embodiment of this invention.
- It is WW sectional drawing of FIG. It is a fragmentary sectional view showing the modification of the damping device concerning a 3rd embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the gas turbine 1 of the present embodiment.
- FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an outline of the configuration of the combustor 5 of FIG.
- the gas turbine 1 includes a compressor 3, a combustor 5, a turbine unit (turbine) 7, a rotating shaft 9, and a housing 11 that holds these at predetermined positions inside. And are provided.
- the compressor 3 sucks and compresses atmospheric air, which is external air, and supplies the compressed air to the combustor 5.
- a well-known structure can be used and the structure in particular is not limited.
- the combustor 5 mixes the air compressed by the compressor 3 and the fuel supplied from the outside, and burns the mixed gas mixture, thereby combusting gas (hot gas). Is generated.
- the combustor 5 is attached to the housing 11 so as to pass through the housing 11 and reach the vehicle compartment 13, and a plurality of (for example, 16) combustors 5 are arranged along the circumferential direction.
- the combustor 5 mainly includes an air supply port 15, a fuel nozzle 17, a combustion cylinder 19 (cylinder), and an attenuation device 21.
- the air supply port 15 guides the air compressed by the compressor 3 to the inside of the combustion cylinder 19 and is annularly arranged around the fuel nozzle 17.
- the air supply port 15 provides a flow velocity component in the swirl direction to the air flowing into the combustion cylinder 19 and forms a circulation flow inside the combustion cylinder 19.
- the air supply port 15 may have a known shape and is not particularly limited.
- the fuel nozzle 17 sprays fuel supplied from the outside toward the inside of the combustion cylinder 19.
- the fuel sprayed from the fuel nozzle 17 is agitated by the flow of air formed by the air supply port 15 or the like, and becomes a mixture of fuel and air.
- the fuel nozzle 17 may have a known shape and is not particularly limited.
- the combustion cylinder 19 is formed in a cylindrical shape, and forms a flow path extending from the air supply port 15 and the fuel nozzle 17 toward the inflow portion of the turbine section 7 as shown in FIG.
- inside the combustion cylinder 19 is a mixture of fuel and air, or combustion gas generated by combustion of the mixture, and forms a combustion region 23.
- the combustion cylinder 19 is made of a heat-resistant metal, for example, a nickel-based alloy.
- a plurality of cooling passages 25 (see FIG. 4) extending in the axial direction L are formed in the wall portion of the combustion cylinder 19 at intervals in the circumferential direction C.
- One end of the cooling passage 25 is connected to a boiler (not shown), for example, so that steam as a cooling medium flows.
- the other end of the cooling passage 25 is connected to the steam discharge passage 27.
- the steam passing through the cooling passage 25 is discharged out of the system through the steam discharge flow path 27 or is returned to the boiler.
- the steam discharge flow path 27 is not necessary.
- a known structure can be used as the air cooling structure, and is not particularly limited.
- the attenuation device 21 includes an acoustic liner 29 and an acoustic damper 31.
- the acoustic liner 23 is provided with a cylindrical plate portion (perforated plate portion) 33 that constitutes a part of the combustion cylinder 19 and a liner cover (cover member) 35.
- a large number (plural) of through holes 37 having a cylindrical shape are formed in the plate portion 33 over substantially the entire circumference.
- a plurality of through holes 37 are formed in rows in the axial direction L and the circumferential direction C at intervals.
- the through holes 37 may all have the same shape, or may be different shapes in a first acoustic damper resonance space 43 and an acoustic liner resonance space 44, which will be described later, and are not particularly limited.
- the liner cover 35 is a ring-shaped member having a U-shaped cross-sectional shape with an inner peripheral side opened.
- the liner cover 35 is provided on the outer peripheral side of the plate portion 33 so as to surround the entire periphery thereof.
- the length L in the axial direction of the open portion of the liner cover 35 is made larger than the range in which the through holes 37 are formed.
- the liner cover 35 has a U-shaped cross-sectional open end portion joined to the plate portion 33 by, for example, brazing.
- the liner cover 35 may be attached by welding.
- the liner cover 35 forms a space between the outer surface of the plate portion 33.
- the circumferential direction C of this space is partitioned by the first partition plate 39 and the second partition plate 41.
- a space covering about one third of the entire circumference of the upper part surrounded by the plate portion 33, the liner cover 35, the first partition plate 39 and the second partition plate 42 becomes the first acoustic damper resonance space 43.
- the range covering about two-thirds of the lower portion is the acoustic liner resonance space 44.
- the acoustic damper 31 is provided with a damper cover (acoustic part) 45 and an opening 47 provided in the liner cover 35.
- the damper cover 45 is a ring-shaped member having a U-shaped cross-section with an inner peripheral side opened.
- the damper cover 45 is provided on the outer peripheral side of the liner cover 35 so as to surround substantially the entire periphery thereof.
- the length L in the axial direction of the opening portion of the damper cover 45 is larger than the range in which the steam discharge passage 27 and the liner cover 35 are formed as shown in FIG.
- the damper cover 45 has a U-shaped cross-sectional open end that is joined to the plate 33 (combustion cylinder 19) by, for example, brazing.
- the damper cover 45 may be attached by welding.
- the damper cover 45 forms a space between the outer surface of the plate portion 33.
- the circumferential direction C of this space is partitioned by the second partition plate 41.
- a space surrounded by the plate portion 33, the damper cover 45, the outer surface of the liner cover 35, the outer surface of the steam discharge passage 27, and the second partition plate 41 is formed as a second acoustic damper resonance space 49. Since the second acoustic damper resonance space 49 is provided over the entire circumference and has a large cross-sectional area, the second acoustic damper resonance space 49 has a much larger volume (full length) than the acoustic liner resonance space 44.
- the second partition plate 41 is a shared member that partitions the first acoustic damper resonance space 43 and the acoustic liner resonance space 44, but the volume (full length) of the resonance space required for each. In order to ensure this, the second partition plate 41 may be a separate member as required.
- the opening 47 is provided in the vicinity of the second partition plate 41 in the liner cover 35.
- the opening 47 has a substantially rectangular shape elongated in the axial direction L, and penetrates the liner cover 35.
- the second acoustic damper resonance space 49 communicates with the first acoustic damper resonance space 43 through the opening 47. Since the first acoustic damper resonance space 43 communicates with the combustion region 23 via the through hole 37, the second acoustic damper resonance space 49 communicates with the combustion region 23, and the integrated acoustic damper 31. Acts as
- the damper cover 45 since the damper cover 45 is installed so as to extend in the circumferential direction C along the combustion cylinder 19, the damper cover 45 does not concentrate on a certain place in the circumferential direction C of the combustion cylinder 19. , It is widely arranged in the circumferential direction C. Thereby, since the damper cover 45 is restrained from projecting to the outer peripheral side of the combustion cylinder 19, the space required outside the combustor 5 can be reduced. Therefore, since the compartment 13 can be made small, the housing 11 forming it can be miniaturized. For this reason, for example, since the gas turbine 1 can be set to a size capable of being transported by land, the manufacturing cost including the transport cost can be reduced.
- the combustor 5 is pulled out as a unit with the acoustic damper 31 by, for example, slightly increasing the mounting portion of the combustor 5 or in the same state. I can. Thereby, since the taking-out operation
- a porous metal (fluid resistance member) 51 is provided in the second acoustic damper resonance space 49.
- the porous metal 51 is a porous metal, that is, a metal in which many small holes are formed.
- the porous metal 51 is provided in the second acoustic damper resonance space 49 in a part of the damper cover 45 so as to have substantially the same shape as the internal space of the damper cover 45.
- the porous metal 51 is used as necessary, and can be omitted.
- the turbine unit 7 receives the supply of the high-temperature gas generated by the combustor 5 to generate a rotational driving force, and transmits the generated rotational driving force to the rotating shaft 9.
- the rotating shaft 9 is a columnar member that is rotatably supported around the rotating axis, and transmits the rotational driving force generated by the turbine unit 7 to the compressor 3.
- a well-known structure can be used and the structure in particular is not limited.
- the gas turbine 1 sucks air (air) when the compressor 3 is rotationally driven.
- the sucked air is compressed by the compressor 3 and sent out toward the combustor 5.
- the compressed air flowing into the combustor 5 is mixed with fuel supplied from the outside in the combustor 5.
- the air / fuel mixture is combusted in the combustor 5, and high-temperature combustion gas is generated by the combustion heat.
- the combustion gas generated in the combustor 5 is supplied from the combustor 5 to the downstream turbine unit 7.
- the turbine unit 7 is rotationally driven by the high-temperature gas, and the rotational driving force is transmitted to the rotary shaft 9.
- the rotating shaft 9 transmits the rotational driving force extracted in the turbine unit 7 to the compressor 3 and the like.
- combustion vibration may occur due to the combustion.
- the combustion tends to become unstable and combustion vibrations are likely to occur.
- air vibration (pressure wave) due to combustion vibration enters the through hole 37 of the plate portion 33.
- the air in the acoustic liner resonance space 44 in the acoustic liner 29 and the air in the through-hole 37 constitute a resonance system by the air in the acoustic liner resonance space 44 functioning as a spring.
- the through hole is used for the sound in the frequency domain corresponding to the volume (full length) of the acoustic liner resonance space 44 and the full length of the through hole 37. Since the air in 37 vibrates vigorously and resonates, the sound of this resonance frequency is absorbed by the friction between the air and the surface of the through hole 37. Thereby, the amplitude of the combustion vibration is attenuated, and the sound due to the combustion vibration is reduced.
- the first acoustic damper resonance space 43 and the second acoustic damper resonance space 49 are connected via an opening 47. For this reason, the combustion vibration generated in the combustion region 23 is transmitted to the second acoustic damper resonance space 49 via the first acoustic damper resonance space 43 and acts as an integrated acoustic damper 31.
- the acoustic damper 31 has a larger volume (full length) than the acoustic liner resonance space 44.
- the vibration having a wavelength longer than the wavelength of the vibration attenuated in the acoustic liner resonance space 44 that is, the acoustic liner. It is possible to attenuate the vibration in the frequency region lower than the frequency region of the vibration that can be attenuated in the resonance space 44.
- both the acoustic liner 29 and the acoustic damper 31 have a function of attenuating vibration.
- the acoustic liner 29 attenuates vibration in a relatively high frequency region, and the acoustic damper 31 has a relatively low frequency region. Damping vibration.
- vibrations in a plurality of frequency regions can be attenuated, or vibrations in a wide frequency region can be attenuated. Therefore, noise generated during combustion in the combustor 5 can be effectively reduced.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part showing an attenuation device 21 according to a first modification of the present embodiment.
- the attenuation device 21 of the present modification is provided with two acoustic dampers 31 ⁇ / b> A and 31 ⁇ / b> B separated in the axial direction L.
- One end of each of the two damper covers 45 ⁇ / b> A and 45 ⁇ / b> B in the axial direction L is joined to the outer surface of the liner cover 35.
- openings 47A and 47B are formed in portions covered by the damper covers 45A and 45B, respectively.
- the damper covers 45A and 45B each change the frequency of vibration that can be absorbed by changing the length in the circumferential direction C (the total length of the resonance space), changing the mounting position of the porous metal 51 in the circumferential direction C, or both. Can do.
- the vibration can be attenuated by the plurality of acoustic dampers 31A and 31B, so that it can be more reliably attenuated.
- the two acoustic dampers 31A and 31B have different attenuation frequency regions, they can attenuate vibrations in a plurality of frequency regions in a relatively low frequency region, or attenuate vibrations in a wide frequency region. Can do. Therefore, the vibration damping performance by the acoustic dampers 31A and 31B can be improved more reliably.
- the second acoustic damper resonance space 49 is formed so as to extend over substantially the entire circumference, but is not limited thereto. Since this should just have the volume (full length) set according to the target frequency area
- FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part for explaining the configuration of the damping device 21 in the combustor 5 of the gas turbine 1 of the present embodiment.
- FIG. 7 is a ZZ cross-sectional view of FIG.
- symbol is attached
- the damper cover (sound part) 53 is a box that has a substantially rectangular cross-sectional shape and is curved so as to form a part of the ring. As shown in FIG. 6, the damper cover 53 is provided on the outer peripheral side of the liner cover 35 so as to cover the periphery thereof. The damper cover 53 is partly cut away in the circumferential direction C, and at least part of the cutout part overlaps with the installation position of the first acoustic damper resonance space 43.
- a damper groove 55 extending in the circumferential direction C is formed on the inner peripheral surface of the damper cover 53. The damper groove 55 is provided over substantially the entire length of the damper cover 53.
- the outer peripheral portion of the damper groove 55 is configured by a wall portion protruding outward.
- the length L in the axial direction of the damper cover 53 is considerably larger than that of the liner cover 35.
- the length L in the axial direction of the damper groove 55 is made smaller than that of the liner cover 35 as shown in FIG.
- the wall portion of the damper groove 55 is joined to the liner cover 35 by, for example, brazing.
- the damper cover 53 may be attached by welding. As shown in FIG. 7, the damper cover 53 is mounted at an interval so as not to contact the plate portion 33 (combustion cylinder 19).
- the damper cover 53 forms a space between the outer surface of the liner cover 35. This space is formed as the second acoustic damper resonance space 57. Since the second acoustic damper resonance space 57 is provided over substantially the entire circumference and has a large cross-sectional area, the second acoustic damper resonance space 57 has a much larger volume (full length) than the acoustic liner resonance space 44.
- the circumferential direction C length of the damper cover 53 is set so as to ensure a volume (full length) set according to a target frequency region.
- the liner cover 35 is provided with an opening 59 in the vicinity of one peripheral end portion of the damper cover 53.
- the opening 59 has a substantially rectangular shape elongated in the axial direction L, and penetrates the liner cover 35.
- the second acoustic damper resonance space 57 communicates with the first acoustic damper resonance space 43 through the opening 59. Since the first acoustic damper resonance space 43 communicates with the combustion region 23 via the through hole 37, the second acoustic damper resonance space 57 communicates with the combustion region 23 and acts as an integral acoustic damper 31. Become.
- the damper cover 53 is installed so as to extend in the circumferential direction C along the liner cover 35, that is, the combustion cylinder 19, the damper cover 53 is constant in the circumferential direction C of the combustion cylinder 19. It will be widely arranged in the circumferential direction C without concentrating on the location. Thereby, since the damper cover 53 is restrained from projecting toward the outer peripheral side of the combustion cylinder 19, the space required outside the combustor 5 can be reduced. Therefore, since the compartment 13 can be made small, the housing 11 forming it can be miniaturized. For this reason, for example, since the gas turbine 1 can be made to have a size that can be sufficiently transported by land, the manufacturing cost including the transportation cost can be reduced.
- the combustor 5 can be pulled out as a unit with the acoustic damper 31 by, for example, slightly increasing the mounting portion of the combustor 5 or in the same state. .
- the damper cover 53 is mounted so as to be spaced from the plate portion 33 (combustion cylinder 19) heated by the operation of the combustor 5, so that it is compared with the damper cover 45 of the first embodiment. Thermal stress can be relaxed. Since the damper cover 53 is attached so as not to cover the entire liner cover 35, the purge air can be easily supplied to the acoustic liner resonance space 44 in the liner cover 35.
- FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part for explaining the configuration of the damping device 21 in the combustor 5 of the gas turbine 1 of the present embodiment.
- 9 is a cross-sectional view taken along the line WW in FIG.
- symbol is attached
- the acoustic damper 31 is provided with a damper cover (sound part) 61 and an opening 63 provided in the liner cover 35.
- the damper cover 61 has a rectangular cross-sectional shape with an inner peripheral side opened, and is curved so as to form a part of the ring (for example, a range of approximately 160 degrees).
- the damper cover 61 includes a small-diameter portion 65 and a large-diameter portion 67 having different heights in the direction along the curve. Both end portions of the large diameter portion 65 are sealed by end plates 69 and 71. The end of the small diameter portion 65 is sealed with an end plate 73.
- the end of the small diameter portion 65 on the large diameter portion 67 side extends into the large diameter portion 67 beyond the end plate 71 and close to the end plate 69.
- a circumferential partition plate 75 that partitions a space outside the small-diameter portion 65 is provided in the large-diameter portion 67.
- One end of the circumferential partition plate 75 is fixed to the end plate 69, and the other end extends to the vicinity of the end plate 71.
- the length L in the axial direction of the opening portion of the damper cover 61 is shorter than that of the liner cover 35 as shown in FIG.
- the damper cover 61 is joined to the liner cover 35 by, for example, brazing, at the open end of the U-shaped cross section.
- the damper cover 61 may be attached by welding.
- the damper cover 61 forms a space between the outer surface of the liner cover 35.
- This space is formed as a second acoustic damper resonance space 77.
- the second acoustic damper resonance space 77 includes a first space formed inside the small-diameter portion 65, a second space formed between the outside of the small-diameter portion 65 and the inside of the circumferential partition plate 75, and a circumferential partition plate. It is formed in a third space formed by the outside of 75 and the inside of the large diameter portion 67.
- the first space and the second space communicate with each other in the vicinity of the end plate 69.
- the second space and the third space communicate with each other in the vicinity of the end plate 69.
- the second acoustic damper resonance space 77 is formed by being folded twice.
- the second acoustic damper resonance space 77 is only provided over a range of approximately 160 degrees in the circumferential direction C. However, since the second acoustic damper resonance space 77 is folded twice, a sufficient volume (as the second acoustic damper resonance space 77 ( (Full length) can be secured. The second acoustic damper resonance space 77 has a much larger volume (full length) than the acoustic liner resonance space 44 due to the large cross-sectional area.
- the opening 63 is provided in the vicinity of the end plate 73 in the liner cover 35. In other words, the opening 63 is located at one end of the second acoustic damper resonance space 77.
- the opening 63 has a substantially rectangular shape elongated in the axial direction L, and penetrates the liner cover 35.
- the second acoustic damper resonance space 77 communicates with the first acoustic damper resonance space 43 through the opening 63. Since the first acoustic damper resonance space 43 communicates with the combustion region 23 through the through hole 37, the second acoustic damper resonance space 77 communicates with the combustion region 23, and the integrated acoustic damper 31. Acts as
- the damper cover 61 is installed so as to extend in the circumferential direction C along the combustion cylinder 19, the damper cover 61 is disposed relatively widely in the circumferential direction C of the combustion cylinder 19. It will be. Thereby, since the damper cover 61 is restrained from projecting to the outer peripheral side of the combustion cylinder 19, the space required outside the combustor 5 can be reduced. Therefore, since the compartment 13 can be made small, the housing 11 forming it can be miniaturized. For this reason, for example, since the gas turbine 1 can be made to have a size that can be sufficiently transported by land, the manufacturing cost including the transportation cost can be reduced.
- the combustor 5 is pulled out integrally with the acoustic damper 31 by, for example, slightly increasing the mounting portion of the combustor 5 or in the state as it is. I can.
- the damper cover 61 only covers approximately half or less of the circumferential direction C, another member can be installed on the remaining half or more.
- two acoustic dampers 31A and 31B can be provided.
- the two acoustic dampers 31A and 31B are installed such that the small diameter portions 65A and 65B of the damper covers 61A and 61B face each other.
- the small diameter portions 65A and 65B are joined to the outer surface of the liner cover 35, respectively.
- openings 63A and 63B are formed in portions covered by the damper covers 61A and 61B, respectively.
- the vibration can be attenuated by the plurality of acoustic dampers 31A and 31B, so that it can be more reliably attenuated. Therefore, the vibration damping performance by the acoustic dampers 31A and 31B can be improved more reliably.
- the volume (the length in the circumferential direction C, that is, the total length of the resonance space) of the two acoustic dampers 77A and 77B may be made different, or the attachment positions of the porous metals 51A and 51B may be changed. .
- two acoustic dampers 31A and 31B having different frequency regions to be attenuated are formed, so that vibrations in a plurality of frequency regions in a relatively low frequency region can be attenuated, or a wide frequency region. Can be damped.
- the acoustic damper 31 is configured integrally with the acoustic liner 29, but it may be independently attached to the combustion cylinder 19. If it does in this way, the protrusion amount to the outer peripheral side of the acoustic damper 31 can be reduced further.
- the acoustic damper resonance spaces 49, 57, and 77 are in direct communication with the combustion region 23, respectively.
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Abstract
Description
燃焼器では、高圧の空気に対して燃料を吹き出して燃料を燃焼させる。燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスは、タービンに送られ、この高温の燃焼ガスがタービンを駆動する。
このタービンと前記圧縮機とは同じ回転軸の回りに回転するため、タービンがこのように駆動することにより、圧縮機も駆動し、上述したように空気を取り入れて圧縮をする。
特に、近年のガスタービンでは、運転時の環境への影響を考慮して排出ガスの低NOx(窒素酸化物)化が図られているが、低NOx化を図るためには燃料の希薄燃焼が多用される。
しかし、希薄燃焼は燃焼が不安定になり易く、このため燃焼振動が発生し易くなっていた。そこで、この燃焼振動に起因する音や振動を抑制するために、燃焼器に、たとえば、多孔板とその外側を覆うカバーとによって構成される比較的高周波の音を吸音する音響ライナを設けたり、大きな共鳴空間を有する比較的低周波の音を吸音する音響ダンパを設けたりしていた。
一方、比較的高周波の音を対象とする音響ダンパは、共鳴空間の容積が大きいので、その設置にあたり車室内のスペース上の制約を受けていた。
従来、燃焼ガスに車室内の空気を導入するバイパス流路を備えている燃焼器では、音響ダンパは、たとえば、特許文献1に示されるように、バイパス流路の周囲を用いて設置されている。
また、バイパス流路を備えていない形式の燃焼器では、たとえば、特許文献2に示されるように、燃焼器に環装する音響ライナに音響ダンパを接続し、音響ダンパの共鳴空間を形成する音響部を燃焼器の軸線方向あるいは半径方向へ延在するように設置するものが提案されている。
このように、大きな車室空間が必要となるので、ハウジングが大型化し、たとえば、ガスタービンの陸上輸送が不可能となる恐れがある。この輸送コストを含め、製造コストが大きくなる。
燃焼器は定期的にメンテナンスされるが、特許文献1では、バイパス流路を取り外さないと、また、特許文献2では、音響ダンパを取り外さないと、燃焼器は引き抜けないので、このメンテナンス作業が大掛かりとなる。
本発明の第1態様は、内部に燃焼領域を形成する筒体と、該燃焼領域に連通する音響ダンパ共鳴空間を有する音響部を有する音響ダンパと、を備える燃焼器であって、前記音響部は、前記筒体に沿って、前記筒体の軸線方向に対して交差する方向に延在するように設置されている燃焼器である。
したがって、車室を小さくできるので、それを形成するハウジングを小型化することができる。このため、たとえば、ガスタービンの陸上輸送が十分可能となるので、輸送コストを含め、製造コストを低減させることができる。
また、音響部の筒体外周側への突起が小さくなると、音響ダンパと一体として燃焼器を引き出すことが容易に行えるので、燃焼器のメンテナンス性を向上させることができる。
また、減衰させる振動の周波数領域を調整する際に、音響ダンパ共鳴空間の容積(全長)の変更のみでなく、流体抵抗部材による抵抗値を変更することによっても調整することができる。したがって、音響ダンパによる振動の減衰性能を、より確実に向上させることができる。
この場合、複数設ける音響ダンパが有する音響ダンパ共鳴空間の容積(全長)が、互いに異なるようにしてもよい。このようにすると、それぞれの音響ダンパで異なる周波数領域の振動を減衰させることができる。
したがって、音響ダンパによる振動の減衰性能を、より確実に向上させることができる。
したがって、車室を小さくできるので、それを形成するハウジングを小型化することができる。このため、たとえば、ガスタービンの陸上輸送が十分可能となるので、輸送コストを含め、製造コストを低減させることができる。
また、音響部の筒体外周側への突起が小さくなると、音響ダンパと一体として燃焼器を引き出すことが容易に行えるようにできるので、燃焼器のメンテナンス性を向上させることができる。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態にかかるガスタービン1について図1~図4を参照して説明する。
図1は、本実施形態のガスタービン1の構成を説明する模式図である。図2は、図1の燃焼器5における構成の概略を説明する模式図である。
圧縮機3は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器5に供給するものである。
なお、圧縮機3としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
燃焼器5は、ハウジング11に、それを貫通して車室13に至るように取り付けられ、周方向に沿って複数個(たとえば、16個)配置されている。
燃焼器5には、図2に示すように、空気供給口15と、燃料ノズル17と、燃焼筒19(筒体)と、減衰装置21と、が主に備えられている。
空気供給口15は、燃焼筒19の内部に流入する空気に、旋回方向の流速成分を与えるとともに、燃焼筒19の内部に循環流れを形成するものである。
なお、空気供給口15としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
なお、燃料ノズル17としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
燃焼筒19は、耐熱性を有する金属、たとえば、ニッケル基合金から構成されている。
冷却通路25の一端は、たとえば、図示しないボイラに接続され、冷却媒体としての蒸気が流れるようにされている。冷却通路25の他端は蒸気排出流路27に接続されている。冷却通路25を通った蒸気は蒸気排出流路27を通って系外に排出されるか、ボイラに還流するようにされている。
なお、本実施形態においては、燃焼筒19の冷却媒体として蒸気を用いる場合を示しているが、設計条件によっては空気を用いてもよい。この場合、蒸気排出流路27は不要となる。空気冷却用の構造としては公知の構造を用いることができ、特に限定されるものではない。
減衰装置21には、音響ライナ29と、音響ダンパ31と、が備えられている。
音響ライナ23には、燃焼筒19の一部を構成する筒状をした板部(多孔板部)33と、ライナカバー(カバー部材)35と、が備えられている。
貫通孔37は、軸線方向Lおよび周方向Cに、互いに間隔を開けて列をなして複数形成されている。
また、貫通孔37は全て同一形状としてもよいし、後述する第1音響ダンパ共鳴空間43と音響ライナ共鳴空間44とで、各々別形状としてもよく、特に限定されるものではない。
ライナカバー35の開放部の軸線方向L長さは、貫通孔37が形成されている範囲よりも大きくされている。
ライナカバー35は、U字状の断面形状の開放側端部が板部33に、たとえば、ロウ付けによって接合されている。なお、ライナカバー35の取り付けは溶接を用いてもよい。
図3において、板部33、ライナカバー35、第1仕切板39および第2仕切板42によって囲まれた上部の全周の約三分の一に亘る空間が第1音響ダンパ共鳴空間43となり、下部の約三分の二に亘る範囲が音響ライナ共鳴空間44となる。
ダンパカバー45は、内周側が開放されたU字状の断面形状をしたリング状部材である。ダンパカバー45は、ライナカバー35の外周側にその略全周囲を囲繞するように設けられている。
ダンパカバー45の開放部の軸線方向L長さは、図4に示されるように蒸気排出流路27およびライナカバー35が形成されている範囲よりも大きくされている。
なお、前述したように、燃焼筒19の冷却媒体として空気を用いる場合は、蒸気排出流路27は不要となり、ダンパカバー45はライナカバー35を囲繞する十分な大きさとすればよい。
ダンパカバー45は、U字状の断面形状の開放側端部が板部33(燃焼筒19)に、たとえば、ロウ付けによって接合されている。なお、ダンパカバー45の取り付けは溶接を用いてもよい。
板部33、ダンパカバー45、ライナカバー35の外側面、蒸気排出流路27の外側面および第2仕切板41によって囲まれた空間は、第2音響ダンパ共鳴空間49として形成される。
第2音響ダンパ共鳴空間49は全周に亘り設けられ、かつ、横断面積も大きいので、音響ライナ共鳴空間44よりも格段に大きな容積(全長)を有している。
なお、本実施形態においては、第2仕切板41は、第1音響ダンパ共鳴空間43と音響ライナ共鳴空間44とを仕切る共用部材となっているが、それぞれに必要な共鳴空間の容積(全長)を確保するために、必要に応じて第2仕切板41を別部材としてもよい。
第2音響ダンパ共鳴空間49は、開口部47を介して第1音響ダンパ共鳴空間43と連通している。第1音響ダンパ共鳴空間43は、貫通孔37を介して燃焼領域23と連通しているので、第2音響ダンパ共鳴空間49は燃焼領域23と連通していることになり、一体の音響ダンパ31として作用する。
これにより、ダンパカバー45は燃焼筒19の外周側への突起が抑制されるので、燃焼器5の外側に必要な空間を削減することができる。
したがって、車室13を小さくできるので、それを形成するハウジング11を小型化することができる。このため、たとえば、ガスタービン1を陸上輸送可能な寸法とすることができるので、輸送コストを含め、製造コストを低減させることができる。
また、音響ライナ29の一部を構成するライナカバー35を音響ダンパ31の構成部材と兼用して一体に形成することにより、音響ダンパ31を燃焼筒19とは別体に形成した場合と比べ、材料が少なくなるので、音響ダンパ31の製造コストを低減させることができる。
なお、多孔質金属51は、必要に応じて用いられるものであり、これを省略することは可能である。
回転軸9は、図1に示すように、回転軸線まわりに回転可能に支持される円柱状の部材であり、タービン部7により発生された回転駆動力を圧縮機3に伝達するものである。
なお、タービン部7および回転軸9としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
ガスタービン1は、図1に示すように、圧縮機3が回転駆動されることにより大気(空気)を吸入する。吸入された大気は、圧縮機3により圧縮されるとともに、燃焼器5に向かって送り出される。
燃焼器5に流入された圧縮された空気は、燃焼器5において外部から供給された燃料と混合される。空気および燃料の混合気は燃焼器5において燃焼され、燃焼熱により高温の燃焼ガスが生成される。
燃焼器5において生成された燃焼ガスは、燃焼器5から下流のタービン部7に供給される。タービン部7は高温ガスにより回転駆動され、その回転駆動力は回転軸9に伝達される。回転軸9は、タービン部7において抽出された回転駆動力を圧縮機3などに伝達する。
特に、排出ガスの低NOx化を図るため燃料を希薄燃焼させると、燃焼が不安定になり易く、燃焼振動が発生し易くなる。
このように燃焼振動が発生すると、燃焼振動による空気振動(圧力波)が板部33の貫通孔37に入る。
音響ライナ29における音響ライナ共鳴空間44内の空気と貫通孔37内の空気とは、音響ライナ共鳴空間44内の空気がバネとして機能することにより共鳴系を構成している。このため、板部33の内側で発生した燃焼振動による空気振動、あるいは音のうち、音響ライナ共鳴空間44の容積(全長)や貫通孔37の全長に応じた周波数領域の音に対して貫通孔37内の空気が激しく振動し、共鳴するので、空気と貫通孔37の表面との摩擦によって、この共鳴周波数の音が吸音される。これにより、燃焼振動の振幅が減衰されて燃焼振動による音が低減する。
この音響ダンパ31は、音響ライナ共鳴空間44よりも大きな容積(全長)を有している。このため、音響ダンパ31の共鳴空間(第1音響ダンパ共鳴空間43および第2音響ダンパ共鳴空間49)では、音響ライナ共鳴空間44で減衰する振動の波長よりも長い波長の振動、すなわち、音響ライナ共鳴空間44で減衰することのできる振動の周波数領域よりも低い周波数領域の振動を減衰することができる。
音響ライナ29と音響ダンパ31とをそれぞれ設置することにより、複数の周波数領域の振動を減衰することができる、あるいは、広い周波数領域の振動を減衰することができる。
したがって、燃焼器5における燃焼時に発生する騒音を効果的に低減することができる。
ガスタービン1運転中、貫通孔37には、燃焼ガスが侵入することがある。貫通孔37に燃焼ガスが侵入すると燃焼ガスによって加熱されるので、周囲との温度差によって熱応力が大きくなる。
板部33は、冷却通路25を通る蒸気によって冷却されているので、貫通孔37の周囲が十分に冷却される。これにより、この熱応力の上昇を抑制することができる。
ダンパカバー45A,45Bはそれぞれ周方向Cの長さ(共鳴空間の全長)を変えるか、多孔質金属51の周方向Cの取付位置を変える、あるいはその両方により、吸収できる振動の周波数を変えることができる。
したがって、音響ダンパ31A,31Bによる振動の減衰性能を、より確実に向上させることができる。
次に、本発明の第2実施形態について図6および図7を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1実施形態と同様であるが、第1実施形態とは、減衰装置21の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、異なる減衰装置21について主として説明し、その他の構成要素等については重複した説明を省略する。
図6は、本実施形態のガスタービン1の燃焼器5における減衰装置21の構成を説明する要部断面図である。図7は、図6のZ-Z断面図である。
なお、第1実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
ダンパカバー53は、周方向Cの一部が切り欠かれているが、この切欠部の少なくとも一部は第1音響ダンパ共鳴空間43の設置位置と重なるようにされている。
ダンパカバー53の内周面には、周方向Cに延在するダンパ溝55が形成されている。ダンパ溝55は、ダンパカバー53の略全長に亘り設けられている。ダンパ溝55の外周部は、外側に突出する壁部で構成されている。
ダンパカバー53は、ダンパ溝55の壁部がライナカバー35に、たとえば、ロウ付けによって接合されている。なお、ダンパカバー53の取り付けは溶接を用いてもよい。
ダンパカバー53は、図7に示されるように板部33(燃焼筒19)と接触しないように間隔が空けられて装着される。
第2音響ダンパ共鳴空間57は略全周に亘り設けられ、かつ、横断面積も大きいので、音響ライナ共鳴空間44よりも格段に大きな容積(全長)を有している。
ダンパカバー53の周方向C長さは、目的とする周波数領域に応じて設定される容積(全長)を確保できるように設定される。
第2音響ダンパ共鳴空間57は、開口部59を介して第1音響ダンパ共鳴空間43と連通している。第1音響ダンパ共鳴空間43は、貫通孔37を介して燃焼領域23と連通しているので、第2音響ダンパ共鳴空間57は燃焼領域23と連通し、一体の音響ダンパ31として作用することになる。
これにより、ダンパカバー53は燃焼筒19の外周側への突起が抑制されるので、燃焼器5の外側に必要な空間を削減することができる。
したがって、車室13を小さくできるので、それを形成するハウジング11を小型化することができる。このため、たとえば、ガスタービン1を陸上輸送が十分可能な寸法とすることができるので、輸送コストを含め、製造コストを低減させることができる。
本実施形態では、ダンパカバー53は、燃焼器5の運転によって加熱される板部33(燃焼筒19)から間隔を空けるように装着されているので、第1実施形態のダンパカバー45に比べて熱応力を緩和することができる。
ダンパカバー53は、ライナカバー35の全てを覆わないように取り付けられているので、パージ空気をライナカバー35内の音響ライナ共鳴空間44に容易に供給することができる。
次に、本発明の第3実施形態について図8および図9を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1実施形態と同様であるが、第1実施形態とは、減衰装置21の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、異なる減衰装置21について主として説明し、その他の構成要素等については重複した説明を省略する。
図8は、本実施形態のガスタービン1の燃焼器5における減衰装置21の構成を説明する要部断面図である。図9は、図8のW-W断面図である。
なお、第1実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
ダンパカバー61は、図9に示されるように内周側が開放された矩形状の断面形状をし、リングの一部(たとえば、略160度の範囲)を形成するように湾曲されている。ダンパカバー61には、図8に示されるように、湾曲に沿った方向で、高さの異なる小径部分65と、大径部分67とが備えられている。大径部分65の両端部は、端板69,71によって封鎖されている。小径部分65の端部は、端板73によって封鎖されている。
大径部分67内には、小径部分65よりも外側の空間を仕切る周方向の仕切板75が設けられている。周方向の仕切板75の一端は、端板69に固定され、他端は端板71の近くまで延びている。
ダンパカバー61の開放部の軸線方向L長さは、図9に示されるようにライナカバー35よりも短くされている。
ダンパカバー61は、U字状の断面形状の開放側端部がライナカバー35に、たとえば、ロウ付けによって接合されている。なお、ダンパカバー61の取り付けは溶接を用いてもよい。
第2音響ダンパ共鳴空間77は、小径部分65の内側で形成される第1空間、小径部分65の外側と周方向の仕切板75の内側とで形成される第2空間および周方向の仕切板75の外側と大径部分67の内側とで形成される第3空間で形成される。
第1空間と第2空間とは、端板69の近傍で連通している。第2空間と第3空間とは、端板69の近傍で連通している。これにより、第2音響ダンパ共鳴空間77は、2回折り返されて形成されていることになる。
第2音響ダンパ共鳴空間77は、横断面積も大きいこともあいまって、音響ライナ共鳴空間44よりも格段に大きな容積(全長)を有している。
開口部63は、軸方向Lに細長い略矩形状をし、ライナカバー35を貫通するようにされている。
第2音響ダンパ共鳴空間77は、開口部63を介して第1音響ダンパ共鳴空間43と連通している。第1音響ダンパ共鳴空間43は、貫通孔37を介して燃焼領域23と連通しているので、第2音響ダンパ共鳴空間77は燃焼領域23と連通していることになり、一体の音響ダンパ31として作用する。
これにより、ダンパカバー61は燃焼筒19の外周側への突起が抑制されるので、燃焼器5の外側に必要な空間を削減することができる。
したがって、車室13を小さくできるので、それを形成するハウジング11を小型化することができる。このため、たとえば、ガスタービン1を陸上輸送が十分可能な寸法とすることができるので、輸送コストを含め、製造コストを低減させることができる。
ダンパカバー61は、周方向Cの略半周以下を覆っているだけであるので、残りの半周以上の部分には、別の部材を設置することができる。
したがって、音響ダンパ31A,31Bによる振動の減衰性能を、より確実に向上させることができる。
また、2個の音響ダンパ77A,77Bの容積(周方向Cの長さ、つまり共鳴空間の全長)を異ならせるようにしてもよいし、多孔質金属51A,51Bの取付位置を変えてもよい。このようにすると、それぞれ減衰する周波数領域の異なる2個の音響ダンパ31A,31Bが形成されるので、比較的低い周波数領域における複数の周波数領域の振動を減衰することができる、あるいは、広い周波数領域の振動を減衰することができる。
この場合、音響ダンパ共鳴空間49,57,77は、それぞれ直接燃焼領域23と連通することになる。
3 圧縮機
7 タービン
19 燃焼筒
23 燃焼領域
29 音響ライナ
31,31A,31B 音響ダンパ
33 板部
35 カバー
37 貫通孔
43 第1音響ダンパ共鳴空間
44 音響ライナ共鳴空間
45,53,61 ダンパカバー
49,57,77 第2音響ダンパ共鳴空間
51,51A,51B 多孔質金属(流体抵抗部材)
53,55 溝部
L 軸線方向
Claims (7)
- 内部に燃焼領域を形成する筒体と、
該燃焼領域に連通する音響ダンパ共鳴空間を有する音響部を有する音響ダンパと、を備える燃焼器であって、
前記音響部は、前記筒体に沿って、前記筒体の軸線方向に対して交差する方向に延在するように設置されている燃焼器。 - 前記筒体を構成し、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が設けられている多孔板部と該多孔板部の周囲に間隔を空けて覆うように設けられたカバー部材とによって形成される音響ライナ共鳴空間を有する音響ライナを備えている請求項1に記載の燃焼器。
- 前記音響部の少なくとも一部は、前記カバー部材の外周側に設置されている請求項2に記載の燃焼器。
- 前記音響ダンパ共鳴空間は、少なくとも1回は折り返されて形成されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の燃焼器。
- 前記音響ダンパ共鳴空間には、少なくとも1つの流体抵抗部材が備えられている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の燃焼器。
- 前記音響ダンパは、複数備えられている請求項1ないし5のいずれか1項に記載の燃焼器。
- 圧縮機と、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の燃焼器と、タービンと、を備えるガスタービン。
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