(57)【要約】【課題】排気装置において、低周波数成分の音を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。【解決手段】排気ガスを水平方向に流す排気ダクト１５と、排気ダクト１５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１６と、煙突１６における内面１６ａに設けられる複数の突起部２１とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記煙突における内面に設けられる複数の突起部と、
を有することを特徴とする排気装置。
【請求項２】
前記複数の突起部は、前記煙突の排出開口端側に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。
【請求項３】
前記複数の突起部は、前記煙突の内面から中心側に突出する複数のピン部材を有す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。
【請求項４】
前記煙突は、外壁部と、内壁部と、前記外壁部と前記内壁部とを連結する連結部材と、前記外壁部と前記内壁部との間に介装される保温材とを有し、前記複数のピン部材は、前記連結部材の端部が延出して構成されることを特徴とする請求項３に記載の排気装置。
【請求項５】
前記複数の突起部は、前記煙突の内面から中心側に突出するリング部材を有す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。
【請求項６】
前記煙突は、リング形状をなす所定長さの煙突本体が複数連結されて構成され、前記リング部材は、前記煙突本体の連結部に設けられることを特徴とする請求項５に記載の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ガスを排出するための排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、下記特許文献の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煙道は、ガスタービン排気煙道の壁の少なくとも一部を数十Ｈｚ以下の低周波音を十分透過する音響透過材料で形成したものである。また、特許文献２に記載されたガスタービンの排気設備は、煙突の周囲に開口部を介して内部と連通する所定空間を有する拡張筒を設けるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３１０９３１号公報
【特許文献２】特開２００９−２８７５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の技術では、低周波数成分の音を低減することができるものの、可聴音以下の低周波数の音場の共鳴振動を小さくするために、サイレンサを大型化させる必要があり、製造コストが増加してしまう。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、低周波数成分の音を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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記煙突における内面に設けられる複数の突起部と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
従って、排気ガスは、排気ダクトを水平方向に流れて煙突に移動し、この煙突を鉛直方向における上方に流れて上端の開口端から大気に放出される。このとき、煙突を通る排気ガスは、内面に設けられる複数の突起部に衝突して煙突内での共鳴振動の反射が抑制される。そのため、煙突の共鳴振動によって増幅される増幅率が低減され、開口端から放射される低周波数成分の音が抑制される。その結果、低周波数成分の音の発生を抑制することができ、また、煙突における内面に複数の突起部を設けるだけでよく、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００１０】
本発明の排気装置では、前記複数の突起部は、前記煙突の排出開口端側に設けられることを特徴としている。
【００１１】
従って、煙突の排出開口端側にて、排気ガスが複数の突起部に衝突して共鳴振動の反射が抑制されることとなり、効果的に開口端から放射される低周波数成分の音を抑制することができる。
【００１２】
本発明の排気装置では、前記複数の突起部は、前記煙突の内面から中心側に突出する複数のピン部材を有することを特徴としている。
【００１３】
従って、複数の突起部を複数のピン部材により構成することで、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００１４】
本発明の排気装置では、前記煙突は、外壁部と、内壁部と、前記外壁部と前記内壁部とを連結する連結部材と、前記外壁部と前記内壁部との間に介装される保温材とを有し、前記複数のピン部材は、前記連結部材の端部が延出して構成されることを特徴としている。
【００１５】
従って、外壁部と内壁部とを連結する連結部材の端部が延出してピン部材を構成することで、別途ピン部材を設けることなく、容易に複数の突起部を設けることができる。
【００１６】
本発明の排気装置では、前記複数の突起部は、前記煙突の内面から中心側に突出するリング部材を有することを特徴としている。
【００１７】
従って、複数の突起部を複数のリング部材により構成することで、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００１８】
本発明の排気装置では、前記煙突は、リング形状をなす所定長さの煙突本体が複数連結されて構成され、前記リング部材は、前記煙突本体の連結部に設けられることを特徴としている。
【００１９】
従って、リング形状をなす煙突本体を複数連結して煙突を構成することで、例えば、工場で煙突本体を製造し、この煙突本体を現地に搬送して連結することで煙突を製造することができ、製造作業の作業性を向上することができる。そして、リング部材を煙突本体の連結部に設けることで、煙突に対して複数の突起部を容易に設けることができ、この点でも、製造作業の作業性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の排気装置によれば、煙突における内面に複数の突起部を設けるので、低周波数成分の音の発生を抑制することができると共に、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る排気装置を表す概略図である。
【図２】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】図３は、煙突における上端部の断面図である。
【図４】図４は、実施例１の排気装置を有するガスタービンの概略図である。
【図５】図５は、排気装置の斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施例２に係る排気装置を表す概略図である。
【図７】図７は、排気ダクトの断面を表す図６のVII−VII断面図である。
【図８】図８は、煙突における上端部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る排気装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１に係る排気装置を表す概略図、図２は、排気ダクトの断面を表す図１のII−II断面図、図３は、煙突における上端部の断面図、図４は、実施例１の排気装置を有するガスタービンの概略図、図５は、排気装置の斜視図である。
【００２４】
実施例１のガスタービンは、図４及び図５に示すように、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の回転軸に発電機１４が連結されている。
【００２５】
また、ガスタービンは、タービン１３にこのタービン１３から排出される排ガスを案内する排気ダクト１５が連結され、この排気ダクト１５に煙突１６が連結されている。この場合、排気ダクト１５は、矩形断面形状をなし、煙突１６は、円形断面形状をなしている。そのため、排気ガスは、排気ダクト１５内を水平方向に流れ、ほぼ直角に曲がって煙突１６に案内され、この煙突１６を上昇し、上部開口端１７から大気に排出される。なお、ガスタービンは、排気ダクト１５から直接煙突１６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１６が連結される構成もある。
【００２６】
ガスタービンの燃焼器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１５と煙突１６を通過するときに、共鳴振動によって増幅され、煙突１６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。
【００２７】
実施例１の排気装置は、排気ダクト１５と煙突１６により構成され、この煙突１６における内面１６ａに複数の突起部２１が設けられている。複数の突起部２１は、煙突１６の上部開口端（排出開口端）１７側にて、所定の長さ領域Ｌにわたって設けられている。そして、この複数の突起部２１は、煙突１６の内面１６ａから中心側に突出する複数のピン部材により構成されている。また、複数の突起部２１は、煙突１６の内面１６ａに千鳥状に配置されている。但し、複数の突起部２１は、この配置に限定されるものではなく、例えば、格子状に配置してもよく、また、ランダムに配置してもよい。
【００２８】
具体的に説明すると、図３に示すように、煙突１６は、円筒形状をなす外壁部３１と、外壁部３１の内側に位置する円筒形状をなす内壁部３２と、外壁部３１と内壁部３２とを連結する複数の連結部材（例えば、スタッドボルトなど）３３と、外壁部３１と内壁部３２との間に介装される保温材３４とから構成されている。
【００２９】
外壁部３１は、所定の内径を有する円筒部材である。内壁部３２は、複数の保温パネル３５が連結されて構成されている。この保温パネル３５は、所定の大きさで外壁部３１の対応した湾曲形状をなし、左右の端部が重なり合って連結されることで円筒形状をなし、上下の端部が重なり合って連結されることで所定長さの円筒形状をなす。連結部材３３は、一端部が外壁部３１の内面３１ａに溶接により固定され、他端部が複数の保温パネル３５の重なり部分を貫通し、ナット３６が螺合している。そのため、複数の保温パネル３５が連結部材３３により連結されることで円筒形状をなす内壁部３２が構成され、この連結部材３３により外壁部３１の内側に内壁部３２が連結される。
【００３０】
前述した突起部２１は、連結部材３３の他端部が延出して形成されるピン部材３７により構成されている。このピン部材３７は、連結部材３３の他端部が延出することで一体に形成されている。但し、連結部材３３とピン部材３７を別部材として形成し、連結部材３３の他端部にピン部材３７を溶接などにより接合したり、連結部材３３の他端部にピン部材３７をねじ係合したりしてもよい。この場合、ピン部材３７は、連結部材３３と同じ円柱形状であるが、この形状に限定されるものではなく、例えば、角柱形状、先細形状などとしてもよい。
【００３１】
また、実施例１の排気装置は、煙突１６における排気ダクト１５との連結部側に吸音装置２２が設けられている。
【００３２】
このように構成された実施例１の排気装置では、ガスタービンから排出された排気ガスは、排気ダクト１５を水平方向に流れて煙突１６に移動し、この煙突１６を鉛直方向における上方に流れ、上部開口端１７から大気に放出される。
【００３３】
排気ガスが煙突１６を上方に流れるとき、内面１６ａに沿って流れる排気ガスは、複数の突起部２１に衝突することで小さな渦が発生することで乱流となり、乱流境界層が発生するために音響インピーダンスが変化する。即ち、低周波数成分の音は、煙突１６の共鳴振動によって増幅されるが、この共鳴振動の反射は上部開口端１７で生じやすい。上部開口端１７の近傍の内面１６ａに設けた複数の突起部２１は、音響抵抗体となり、上部開口端１７での音響インピーダンスが大きくなる。
【００３４】
その結果、排気ガスは、燃焼器１２で発生する圧力脈動または排気ガスの乱流が煙突１６の共鳴振動によって増幅される増幅率が低減され、上部開口端１７から放射される低周波数成分の音が抑制される。
【００３５】
この場合、煙突１６の内面１６ａに設けられた複数の突起部２１（ピン部材３７）は、上部開口端１７から放出される低周波数成分の音圧レベル（ＳＰＬ：Sound  Pressure  Level）［単位：ｄＢ］が目標値以下となるように、煙突１６の内径、軸心方向の領域長さ、内面１６ａからの突出量、互いの間隔などに応じて適宜設けられる。例えば、突起部２１（ピン部材３７）の突出量が大きいと、煙突１６での排気ガスの圧力損失が大きくなってしまう。また、突起部２１（ピン部材３７）の間隔が大きいと、十分に乱流境界層が発生させることができず、音響インピーダンスがほとんど変化しない。
【００３６】
このように実施例１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１５と、排気ダクト１５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１６と、煙突１６における内面１６ａに設けられる複数の突起部２１とを設けている。
【００３７】
従って、排気ガスは、排気ダクト１５を水平方向に流れて煙突１６に移動し、この煙突１６を鉛直方向における上方に流れて上部開口端１７から大気に放出される。このとき、煙突１６を通る排気ガスは、内面１６ａに設けられる複数の突起部２１に衝突して煙突１６の内部での共鳴振動の反射が抑制される。そのため、煙突１６の共鳴振動によって増幅される増幅率が低減され、上部開口端１７から放射される低周波数成分の音が抑制される。その結果、低周波数成分の音の発生を抑制することができる。また、煙突１６における内面１６ａに複数の突起部２１を設けるだけでよく、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００３８】
実施例１の排気装置では、複数の突起部２１を煙突１６の上部開口端１７側に設けられている。従って、排気ガスが煙突１６の上部開口端１７から排出されるとき、排気ガスが複数の突起部２１に衝突して共鳴振動の反射が抑制されることとなり、効果的に上部開口端１７から放射される低周波数成分の音を抑制することができる。
【００３９】
実施例１の排気ダクトでは、複数の突起部２１を煙突１６の内面１６ａから中心側に突出する複数のピン部材３７としている。従って、突起部２１をピン部材３７により構成することで、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００４０】
実施例１の排気装置では、外壁部３１と内壁部３２を連結部材３３により連結し、外壁部３１と内壁部３２との間に保温材３４を介装して煙突１６を構成し、連結部材３３の端部を延出してピン部材３７を構成している。従って、外壁部３１と内壁部３２とを連結する連結部材３３の端部が延出してピン部材３７を構成することで、別途ピン部材を設けることなく、容易に複数の突起部２１を設けることができる。
【実施例２】
【００４１】
図６は、本発明の実施例２に係る排気装置を表す概略図、図７は、排気ダクトの断面を表す図６のVII−VII断面図、図８は、煙突における上端部の断面図である。なお、上述した実施例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。
【００４２】
実施例２の排気装置は、図６及び図７に示すように、排気ダクト１５と煙突１６により構成され、この煙突１６における内面１６ａに複数の突起部４１が設けられている。複数の突起部４１は、煙突１６の上部開口端１７側に設けられている。そして、この複数の突起部４１は、煙突１６の内面１６ａから中心側に突出するリング部材により構成されている。
【００４３】
具体的に説明すると、図８に示すように、煙突１６は、円筒形状をなす外壁部３１と、外壁部３１の内側に位置する円筒形状をなす内壁部３２と、外壁部３１と内壁部３２とを連結する複数の連結部材（例えば、スタッドボルトなど）３３と、外壁部３１と内壁部３２との間に介装される保温材３４とから構成されている。
【００４４】
そして、この煙突１６は、リング形状をなす所定長さの複数の煙突本体５１，５２・・・が連結されて構成されており、突出部４１を構成するリング部材４２は、煙突本体５１，５２・・・の各連結部に設けられている。
【００４５】
即ち、煙突本体５１は、所定長さを有する円筒形状の外壁部３１に対して、複数の保温パネル３５が連結されてなる内壁部３２が連結部材３３により連結されて構成されている。そして、煙突本体５１は、下部にリング部材４２が溶接により連結されている。このリング部材４２は、円板の中心部に円形の開口４２ａが形成されており、外周部が外壁部３１の下端に溶接により固定されている。この場合、リング部材４２と内壁部３２の下端を溶接により固定してもよい。また、煙突本体５２もほぼ同様に構成されている。そして、煙突本体５１と煙突本体５２、つまり、煙突本体５１のリング部材４２と煙突本体５２の外壁部３１の上端部が溶接により固定されている。
【００４６】
この場合、工場にて、煙突本体５１，５２・・・を単体で製造し、製造された煙突本体５１，５２・・・を車両などに搭載してプラント建設現場まで搬送し、現地で煙突本体５１，５２・・・を連結することで煙突１６を建設する。
【００４７】
このように構成された実施例２の排気装置では、ガスタービンから排出された排気ガスは、排気ダクト１５を水平方向に流れて煙突１６に移動し、この煙突１６を鉛直方向における上方に流れ、上部開口端１７から大気に放出される。
【００４８】
排気ガスが煙突１６を上方に流れるとき、内面１６ａに沿って流れる排気ガスは、複数の突起部４１に衝突することで小さな渦が発生することで乱流となり、乱流境界層が発生するために音響インピーダンスが変化する。即ち、低周波数成分の音は、煙突１６の共鳴振動によって増幅されるが、この共鳴振動の反射は上部開口端１７で生じやすい。上部開口端１７の近傍の内面１６ａに設けた複数の突起部４１は、音響抵抗体となり、上部開口端１７での音響インピーダンスが大きくなる。
【００４９】
その結果、排気ガスは、燃焼器１２で発生する圧力脈動または排気ガスの乱流が煙突１６の共鳴振動によって増幅される増幅率が低減され、上部開口端１７から放射される低周波数成分の音が抑制される。
【００５０】
この場合、煙突１６の内面１６ａに設けられた複数の突起部４１（リング部材４２）は、上部開口端１７から放出される低周波数成分の音圧レベルが目標値以下となるように、煙突１６の内径、軸心方向の領域長さ、厚さ、内面１６ａからの突出量（開口４２ａの径）、互いの間隔などに応じて適宜設けられる。
【００５１】
このように実施例２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１５と、排気ダクト１５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１６と、煙突１６における内面１６ａに設けられる複数の突起部４１とを設けている。
【００５２】
従って、煙突１６を通る排気ガスは、内面１６ａに設けられる複数の突起部４１に衝突して煙突１６の内部での共鳴振動の反射が抑制される。そのため、煙突１６の共鳴振動によって増幅される増幅率が低減され、上部開口端１７から放射される低周波数成分の音が抑制される。その結果、低周波数成分の音の発生を抑制することができる。また、煙突１６における内面１６ａに複数の突起部４１を設けるだけでよく、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００５３】
実施例２の排気装置では、複数の突起部４１を煙突１６の内面１６ａから中心側に突出するリング部材４２としている。従って、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００５４】
具体的に、煙突１６をリング形状をなす所定長さの煙突本体５１，５２・・・を複数連結されて構成し、リング部材４２を各煙突本体５１，５２・・・の連結部に設けている。例えば、工場で煙突本体５１，５２・・・を製造し、この煙突本体５１，５２・・・を現地に搬送して連結することで煙突１６を容易に製造することができ、製造作業の作業性を向上することができる。そして、リング部材４２を煙突本体５１，５２・・・の連結部に設けることで、煙突１６に対して複数の突起部４１を容易に設けることができ、この点でも、製造作業の作業性を向上することができる。
【００５５】
なお、上述した実施例では、突起部２１，４１をピン部材３７やリング部材４２としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、煙突１６の内面１６ａに螺旋部材を固定したり、ランダムに凸部を形成したり、煙突１６自体として内壁部３２に一体に突起部を形成したりしてもよい。
【００５６】
また、上述した実施例では、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。
【符号の説明】
【００５７】
１１  圧縮機
１２  燃焼器
１３  タービン
１４  発電機
１５  排気ダクト
１６  煙突
１６ａ  内面
１７  上部開口端（排出開口端）
２１  突起部
３１  外壁部
３２  内壁部
３３  連結部材
３４  保温材
３７  ピン部材
４１  突起部
４２  リング部材
５１，５２  煙突本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014177920.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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