(57)【要約】【課題】簡素な構成で、導圧管内に生じる気柱共鳴を低減させることができる導圧管の共鳴低減装置を提供する。【解決手段】燃焼室１１ａ内に挿入される導圧管１２と、燃焼室１１ａ内の圧力を導圧管１２を介して計測する圧力センサ１３とを有し、導圧管１２の音響固有値に基づいて当該導圧管１２内に生じる気柱共鳴を低減する導圧管の共鳴低減装置であって、導圧管１２内における気柱の一部をその内部空間に引き込むことにより、導圧管１２内における気柱の圧力を減衰させる音響キャビティ２１と、この音響キャビティ２１内に引き込まれた気柱の圧力を減衰させる薄膜２１ａとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が燃焼室内に挿入される導圧管と、
前記導圧管の基端に設けられ、前記燃焼室内の圧力を前記導圧管を介して計測する圧力センサとを有し、
前記導圧管の音響固有値に基づいて当該導圧管内に生じる気柱共鳴を低減する導圧管の共鳴低減装置であって、
前記導圧管の導圧管軸方向中間部に接続され、前記導圧管内における気柱の一部を、その内部空間に引き込むことにより、前記導圧管内における気柱の圧力を減衰させる音響キャビティを備える
ことを特徴とする導圧管の共鳴低減装置。
【請求項２】
請求項１に記載の導圧管の共鳴低減装置において、
前記音響キャビティに設けられ、弾性材から形成されており、前記音響キャビティ内に引き込まれた気柱の圧力を減衰させる薄膜を備える
ことを特徴とする導圧管の共鳴低減装置。
【請求項３】
請求項２に記載の導圧管の共鳴低減装置において、
前記音響キャビティの導圧管軸方向接続位置、前記音響キャビティの容量、及び、前記薄膜の柔らかさを調整することにより、前記導圧管の気柱共鳴周波数を低減する
ことを特徴とする導圧管の共鳴低減装置。
【請求項４】
先端が燃焼室内に挿入される導圧管と、
前記導圧管の基端に設けられ、前記燃焼室内の圧力を前記導圧管を介して計測する圧力センサとを有し、
前記導圧管の音響固有値に基づいて当該導圧管内に生じる気柱共鳴を低減する導圧管の共鳴低減装置であって、
前記導圧管の導圧管軸方向中間部に形成され、前記導圧管の内径よりも小径となる内径を有し、前記導圧管内における気柱がその内部を通過することにより、前記導圧管内における気柱の圧力を減衰させる絞り部を備える
ことを特徴とする導圧管の共鳴低減装置。
【請求項５】
請求項４に記載の導圧管の共鳴低減装置において、
前記導圧管を複数設け、
前記導圧管の端部間に介在される環状のリング部材を、前記絞り部とする
ことを特徴とする導圧管の共鳴低減装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の導圧管の共鳴低減装置において、
前記絞り部の導圧管軸方向設置位置、及び、前記絞り部の内径を調整することにより、前記導圧管の気柱共鳴周波数を低減する
ことを特徴とする導圧管の共鳴低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内の圧力変動を計測する際に用いられる導圧管の気柱共鳴を、低減するようにした導圧管の共鳴低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンの燃焼器においては、その内部で燃料が燃焼する際に、気柱との共鳴によって、燃焼振動が発生する。そして、この燃焼振動が大きくなる場合や、燃焼振動と燃焼器とが共振した場合には、燃焼器が極度に振動するため、当該燃焼器やその周辺部材に対して、過度な摩耗や疲労が発生することになる。このため、従来のガスタービンにおいては、上述した燃焼振動に伴う圧力変動を、圧力センサによって計測し、燃焼時の圧力変動が小さくなるような運転を行っている。
【０００３】
また、燃焼器内の圧力変動を計測する際には、圧力センサを導圧管の基端に取り付け、この導圧管の先端を燃焼器内に挿入するようにしたセンサ取付構造が、一般的に採用されている。そして、このようなセンサ取付構造を採用することによって、圧力センサを燃焼ガスから一定の距離に保持することができるため、圧力センサが高温に晒されることがなくなり、当該圧力センサの故障や破損を防止することができる。
【０００４】
しかしながら、上記センサ取付構造のように、導圧管を燃焼器内に挿入すると、その導圧管に上記燃焼振動が伝達されるため、導圧管の音響固有値に基づく気柱共鳴が、当該導圧管内に生じることがある。これにより、導圧管内においては、燃焼器内では生じていない音が、応答倍率で発生することになり、圧力センサは、燃焼器内における実際の圧力とは異なった圧力を計測してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、従来から、導圧管内に生じる気柱共鳴を低減させるようにした共鳴低減装置が、種々提供されている。そして、このような、導圧管の共鳴低減装置は、例えば、特許文献１，２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７６４７０６号公報
【特許文献２】特許第４９１８３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の共鳴低減装置においては、導圧管の内部に、ダンピングチューブや多孔質金属板等を設けることによって、当該導圧管内に生じる気柱共鳴を低減するようにしている。しかしながら、導圧管は、長尺で、且つ、小径となる管材であるため、その内部にダンピングチューブや多孔質金属板を高精度に位置決めすることは、非常に困難である。このため、ダンピングチューブや多孔質金属板の位置決め精度によっては、導圧管内に生じる気柱共鳴を十分に低減させることができないおそれがある。
【０００８】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、簡素な構成で、導圧管内に生じる気柱共鳴を低減させることができる導圧管の共鳴低減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】
【０００９】
上記課題を解決する第１の発明に係る導圧管の共鳴低減装置は、
先端が燃焼室内に挿入される導圧管と、
前記導圧管の基端に設けられ、前記燃焼室内の圧力を前記導圧管を介して計測する圧力センサとを有し、
前記導圧管の音響固有値に基づいて当該導圧管内に生じる気柱共鳴を低減する導圧管の共鳴低減装置であって、
前記導圧管の導圧管軸方向中間部に接続され、前記導圧管内における気柱の一部を、その内部空間に引き込むことにより、前記導圧管内における気柱の圧力を減衰させる音響キャビティを備える
ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第２の発明に係る導圧管の共鳴低減装置は、
前記音響キャビティに設けられ、弾性材から形成されており、前記音響キャビティ内に引き込まれた気柱の圧力を減衰させる薄膜を備える
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第３の発明に係る導圧管の共鳴低減装置は、
前記音響キャビティの導圧管軸方向接続位置、前記音響キャビティの容量、及び、前記薄膜の柔らかさを調整することにより、前記導圧管の気柱共鳴周波数を低減する
ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第４の発明に係る導圧管の共鳴低減装置は、
先端が燃焼室内に挿入される導圧管と、
前記導圧管の基端に設けられ、前記燃焼室内の圧力を前記導圧管を介して計測する圧力センサとを有し、
前記導圧管の音響固有値に基づいて当該導圧管内に生じる気柱共鳴を低減する導圧管の共鳴低減装置であって、
前記導圧管の導圧管軸方向中間部に形成され、前記導圧管の内径よりも小径となる内径を有し、前記導圧管内における気柱がその内部を通過することにより、前記導圧管内における気柱の圧力を減衰させる絞り部を備える
ことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第５の発明に係る導圧管の共鳴低減装置は、
前記導圧管を複数設け、
前記導圧管の端部間に介在される環状のリング部材を、前記絞り部とする
ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第６の発明に係る導圧管の共鳴低減装置は、
前記絞り部の導圧管軸方向設置位置、及び、前記絞り部の内径を調整することにより、前記導圧管の気柱共鳴周波数を低減する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
従って、本発明に係る導圧管の共鳴低減装置によれば、音響キャビティまたは絞り部を、導圧管に設けることにより、当該導圧管内における気柱の圧力を容易に減衰させることができるので、簡素な構成で、導圧管内に生じる気柱共鳴を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る導圧管の共鳴低減装置を示した図である。
【図２】実施例１に係る導圧管の共鳴低減装置において計測した圧力を周波数解析した結果を示した図である。
【図３】本発明の実施例２に係る導圧管の共鳴低減装置を示した図である。
【図４】本発明の実施例３に係る導圧管の共鳴低減装置を示した図である。
【図５】実施例３に係る導圧管の共鳴低減装置において計測した圧力を周波数解析した結果を示した図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施例４に係る導圧管の共鳴低減装置を示した図、（ｂ）は同図（ａ）の要部拡大図である。
【図７】実施例４に係る導圧管の共鳴低減装置において計測した圧力を周波数解析した結果を示した図である。
【図８】（ａ）は本発明の実施例５に係る導圧管の共鳴低減装置を示した図、（ｂ）は同図（ａ）の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る導圧管の共鳴低減装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、下記に示した実施例１〜５では、同一の構成及び機能を有する部材については、同一の符号を付して、重複する説明を省略している。
【実施例】
【００１８】
先ず、本発明の実施例１に係る導圧管の共鳴低減装置について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、円筒状をなす燃焼器１１の内部には、内圧計測対象となる燃焼室１１ａが形成されている。ここで、燃焼器１１は、例えば、ガスタービンにおける燃焼器の内筒、ボイラ、及び、エンジンのシリンダ等であって、その燃焼室１１ａ内においては、燃料が燃焼可能となっている。そして、このように、燃焼室１１ａ内において燃焼が行われると、燃焼振動が燃焼室１１ａ内（燃焼器１１）に発生すると共に、その燃焼振動に伴って、燃焼室１１ａ内の圧力が変動することになる。
【００２０】
また、燃焼器１１には、圧力センサ１３が導圧管１２を介して接続されている。導圧管１２の先端１２ａは、燃焼器１１内に挿入されており、その先端１２ａの開口部は、燃焼室１１ａ内と連通している。一方、導圧管１２の基端１２ｂには、圧力センサ１３が設けられている。この圧力センサ１３は、燃焼室１１ａ内の圧力（圧力変動）を、導圧管１２を介して計測可能となっており、計測した圧力を周波数解析して、出力するようになっている。
【００２１】
更に、導圧管１２の導圧管軸方向中間部には、音響キャビティ２１が接続されており、この音響キャビティ２１には、薄膜２１ａが張られている。音響キャビティ２１は、圧力センサ１３側に導かれる気柱（圧力）の一部を、その内部空間に引き込むことにより、導圧管１２内における気柱の圧力を減衰（減圧）させるようになっている。一方、薄膜２１ａは、例えば、ゴムや樹脂等の弾性材から形成されるものであって、音響キャビティ２１内に引き込まれた気柱の圧力を減衰（減圧）させるようになっている。なお、薄膜２１ａの厚さは、音響キャビティ２１の厚さよりも、十分に薄い厚さとなっている。
【００２２】
そして、薄膜２１ａを有する音響キャビティ２１を導圧管１２に接続する場合には、音響キャビティ２１の導圧管軸方向接続位置、音響キャビティ２１の容量、及び、薄膜２１ａの柔らかさ（弾性係数）を調整することによって、導圧管１２の音響固有値（管の長さ）に基づいて当該導圧管１２内に生じる気柱共鳴を、低減することが可能となっている。
【００２３】
これにより、燃焼室１１ａ内に発生する燃焼振動を監視することを目的として、その燃焼室１１ａ内の圧力変動を、導圧管１２を介して、圧力センサ１３によって計測する場合には、その導圧管１２に燃焼振動が伝達されることになり、導圧管１２の音響固有値に基づく気柱共鳴が、当該導圧管１２内に生じることがある。
【００２４】
しかしながら、薄膜２１ａを有する音響キャビティ２１を、導圧管１２の導圧管軸方向中間部に接続させているので、圧力センサ１３側に導かれた気柱の一部は、音響キャビティ２１内に引き込まれ、その圧力が減衰される。更に、このように、導圧管１２内における気柱の一部が音響キャビティ２１内に引き込まれると、引き込まれた気柱の圧力は、薄膜２１ａの圧力減衰作用によって減衰される。この結果、導圧管１２内に生じる気柱共鳴は低減されることになる。
【００２５】
即ち、図２に示すように、圧力センサ１３によって、その計測した圧力が周波数解析されることになり、導圧管１２の音響固有値に基づく、一次の気柱共鳴周波数ｆ１、二次の気柱共鳴周波数ｆ２、三次の気柱共鳴周波数ｆ３、四次の気柱共鳴振動数ｆ４…が、導圧管１２内の気柱振動周波数ｆ内において発生する。
【００２６】
このとき、上述したように、音響キャビティ２１の導圧管軸方向接続位置、音響キャビティ２１の容量、及び、薄膜２１ａの柔らかを調整することによって、気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４…のうち、少なくとも１つの気柱共鳴周波数のピークを低減させるようにしている。なお、図２では、気柱共鳴周波数ｆ１を代表して低減させるようにしている。
【００２７】
従って、薄膜２１ａを有する音響キャビティ２１を導圧管１２に接続することにより、導圧管１２内における気柱の圧力を、容易に減衰させることができるので、簡素な構成で、導圧管１２内に生じる気柱共鳴を低減させることができる。これにより、燃焼室１１ａ内の圧力を計測する際に、圧力センサ１３によって、燃焼振動に起因した圧力のみを正確に計測することができる。
【００２８】
なお、上述した実施例１に係る導圧管の共鳴低減装置においては、薄膜２１ａを有する音響キャビティ２１を設けるようにしているが、必ずしも、音響キャビティが薄膜を有していなくてもよく、薄膜を有していない音響キャビティを設けるようにしても構わない。また、薄膜を有していない音響キャビティを設ける場合には、当該音響キャビティを複数設けるようにしても構わない。
【００２９】
そこで、薄膜を有していない音響キャビティを設けるようにした構成を、実施例２に係る導圧管の共鳴低減装置として、図３を用いて具体的に説明し、また、その音響キャビティを複数設けるようにした構成を、実施例３に係る導圧管の共鳴低減装置として、図４及び図５を用いて具体的に説明する。
【００３０】
図３に示すように、実施例２に係る導圧管の共鳴低減装置においては、薄膜を有していない音響キャビティ２２を設けるようにしている。この音響キャビティ２２は、圧力センサ１３側に導かれる気柱（圧力）の一部を、その内部空間に引き込むことにより、導圧管１２内における気柱の圧力を減衰（減圧）させるようになっている。
【００３１】
そして、音響キャビティ２２を導圧管１２に接続する場合には、音響キャビティ２２の導圧管軸方向接続位置、及び、音響キャビティ２２の容量を調整することによって、導圧管１２の音響固有値（管の長さ）に基づいて当該導圧管１２内に生じる気柱共鳴を、低減することが可能となっている。
【００３２】
従って、音響キャビティ２２を導圧管１２に接続することにより、導圧管１２内における気柱の圧力を、容易に減衰させることができるので、簡素な構成で、導圧管１２内に生じる気柱共鳴を低減させることができる。
【００３３】
また、図４に示すように、実施例３に係る導圧管の共鳴低減装置においては、上述した音響キャビティ２２を複数設けるようにしている。このとき、図５に示すように、気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４…は、気柱振動周波数ｆ内において、無数に存在することになるが、気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４…のうち、そのピークを低減させたい所定の気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４に対応して、音響キャビティ２２を複数設けるようにしている。これにより、気柱振動周波数ｆ内の広範囲に亘って、所定の気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４のピークを低減させることができる。
【００３４】
次に、本発明の実施例４に係る導圧管の共鳴低減装置について、図６及び図７を用いて詳細に説明する。
【００３５】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、導圧管１２の導圧管軸方向中間部には、絞り部１２ｃが形成されている。このように、絞り部１２ｃを導圧管１２の導圧管軸方向中間部に形成させることで、導圧管１２は、その絞り部１２ｃを境目として、先端側の導圧管部１２Ａ、基端側の導圧管部１２Ｂから構成されるものとなる。
【００３６】
つまり、導圧管１２は、導圧管部１２Ａ，１２Ｂを絞り部１２ｃによって繋ぎ合わせた構成となるため、この導圧管１２の音響固有値は、導圧管部１２Ａの音響固有値と、導圧管部１２Ｂの音響固有値とに分解されることになる。
【００３７】
そして、絞り部１２ｃを導圧管１２に形成する場合には、絞り部１２ｃの導圧管軸方向設置位置（導圧管部１２Ａ，１２Ｂの長さ）、及び、絞り部１２ｃの内径を調整することによって、導圧管１２の音響固有値（管の長さ）に基づいて当該導圧管１２内に生じる気柱共鳴を、低減することが可能となっている。
【００３８】
これにより、絞り部１２ｃを導圧管１２の導圧管軸方向中間部に形成させているので、圧力センサ１３側に導かれた気柱は、絞り部１２ｃの傾斜面に衝突して、渦流となって減速し、この減速したままの状態で、絞り部１２ｃ内を通過する。このように、導圧管１２内における気柱が、その絞り部１２ｃを通過すると、この通過した気柱の圧力は、絞り部１２ｃの圧力減衰作用によって減衰される。この結果、導圧管１２内に生じる気柱共鳴は低減されることになる。
【００３９】
即ち、図７に示すように、絞り部１２ｃを導圧管１２に形成することにより、その絞り部１２ｃの圧力減衰作用によって、気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４…のピークを低減させることができる。更に、導圧管１２の音響固有値から導圧管部１２Ａ，１２Ｂの音響固有値への変更によって、気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４…のピークを低周波数側に変位させることができる。
【００４０】
従って、絞り部１２ｃを導圧管１２に形成することにより、導圧管１２内における気柱の圧力を、容易に減衰させることができるので、簡素な構成で、導圧管１２内に生じる気柱共鳴を低減させることができる。
【００４１】
なお、上述した実施例４に係る導圧管の共鳴低減装置においては、１つの導圧管１２に１つの絞り部１２ｃを形成するようにしているが、１つの導圧管に複数の絞り部を形成するようにしても構わない。また、絞り部を設ける場合には、複数の導圧管を繋ぎ合わせ、各繋ぎ合わせ部に、導圧管とは別体の絞り部材を介在させるようにしても構わない。
【００４２】
そこで、複数の導圧管を絞り部材によって繋ぎ合わせるようにした構成を、実施例５に係る導圧管の共鳴低減装置として、図７及び図８を用いて具体的に説明する。
【００４３】
図８（ａ），（ｂ）に示すように、実施例５に係る導圧管の共鳴低減装置においては、導圧管１２を、先端側の導圧管１２Ｃと、基端側の導圧管１２Ｄと、これら導圧管１２Ｃ，１２Ｄとの間に介在されるリング部材（絞り部材）３１とから構成し、導圧管１２Ｃ，１２Ｄをリング部材３１によって繋ぎ合わせるようにしている。そして、リング部材３１の中心部には、中心孔３１ａが形成されている。
【００４４】
即ち、導圧管１２Ｃの基端１２ｂと、導圧管１２Ｄの先端１２ａとを、リング部材３１によって繋ぎ合わせることにより、その繋ぎ合わせ部となるリング部材３１は、絞り部を構成することになる。また、導圧管１２Ｃの先端１２ａは、燃焼器１１内に挿入されており、その先端１２ａの開口部は、燃焼室１１ａ内と連通している。一方、導圧管１２Ｄの基端１２ｂには、圧力センサ１３が設けられている。
【００４５】
つまり、導圧管１２は、導圧管１２Ｃ，１２Ｄをリング部材３１によって繋ぎ合わせた構成となるため、この導圧管１２の音響固有値は、導圧管１２Ｃの音響固有値と、導圧管１２Ｄの音響固有値とに分解されることになる。
【００４６】
そして、リング部材３１を導圧管１２Ｃ，１２Ｄの間に介在させる場合には、リング部材３１の導圧管軸方向設置位置（導圧管１２Ｃ，１２Ｄの長さ）、及び、リング部材３１における中心孔３１ａの内径を調整することによって、導圧管１２の音響固有値（管の長さ）に基づいて当該導圧管１２内に生じる気柱共鳴を、低減することが可能となっている。
【００４７】
これにより、リング部材３１を導圧管１２Ｃ，１２Ｄの間に介在させているので、圧力センサ１３側に導かれた気柱は、リング部材３１の端面に衝突して、渦流となって減速し、この減速したままの状態で、その中心孔３１ａ内を通過する。このように、導圧管１２内における気柱が、リング部材３１の中心孔３１ａ内を通過すると、この通過した気柱の圧力は、中心孔３１ａの圧力減衰作用によって減衰される。この結果、導圧管１２内に生じる気柱共鳴は低減されることになる。
【００４８】
即ち、図７に示しように、リング部材３１を導圧管１２Ｃ，１２Ｄの間に介在させることにより、そのリング部材３１の圧力減衰作用によって、気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４…のピークを低減させることができる。更に、導圧管１２の音響固有値から導圧管１２Ｃ，１２Ｄの音響固有値への変更によって、気柱共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４…のピークを低周波数側に変位させることができる。
【００４９】
従って、リング部材３１を導圧管１２Ｃ，１２Ｄの間に介在させることにより、導圧管１２内における気柱の圧力を、容易に減衰させることができるので、簡素な構成で、導圧管１２内に生じる気柱共鳴を低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、内圧変動の真値を容易に計測することを目的とした圧力計測装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１１      燃焼器
１１ａ    燃焼室
１２      導圧管
１２ａ    先端
１２ｂ    基端
１２ｃ    絞り部
１２Ａ，１２Ｂ    導圧管部
１２Ｃ，１２Ｄ    導圧管
１３      圧力センサ
２１，２２    音響キャビティ
２１ａ    薄膜
３１      リング部材
３１ａ    中心孔
【図１】
2014173962.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014173962.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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