(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒壁の一部に、該筒壁の板厚方向に貫通する複数の孔部を有する尾筒と、
該尾筒の外周側に設けられて、該尾筒の筒壁における前記複数の孔部が形成されている領域との間に共鳴空間を区画するハウジングとを備え、
前記孔部の内周面に、該孔部の周方向にわたって凹む溝部が形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記溝部は、前記孔部の前記板厚方向の略中央部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記溝部は、前記板厚方向に一定の間隔をあけて該板厚方向に直交する方向に平行に複数が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記溝部は、前記板厚方向の一方側から他方側に向かうに従って、前記周方向に捩れる螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼振動による騒音を抑制するガスタービン燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮空気を生成する圧縮機と、この圧縮空気から燃焼ガスを生成する燃焼器と、この燃焼ガスによって回転駆動するタービンとを備えている。このようなガスタービンの燃焼器においては、圧縮機で生成された圧縮空気と、燃料とを混合して燃焼させる際に、燃焼振動が発生する場合がある。そこで、燃焼器の燃焼筒の外周面に音響装置を設けて、音響減衰によって燃焼振動を減衰し、また、騒音の抑制を図っていた。
【０００３】
このような音響装置の一例として、特許文献１に音響ライナが開示されている。具体的には、特許文献１の音響ライナは、尾筒の筒壁の一部に形成された多孔板と、この多孔板の外周側に設けられたハウジングとによって共鳴空間が形成され、ヘルムホルツ共鳴器の原理を用いて燃焼振動に起因する騒音を抑制している。さらに特許文献１の音響ライナでは、多孔板における貫通孔の開口面積を増大させる凹部を形成することで、多孔板の板厚である筒壁の板厚に関わらず、貫通孔の全長を変えることが可能となり、吸音率を向上し、音響減衰効果を向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３２５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にあるように、音響減衰効果の向上を図った音響装置が発明されているものの、音響装置の性能向上のために、さらなる音響減衰効果の向上が望まれていた。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、音響減衰効果を向上し、性能向上を図ったガスタービン燃焼器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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係るガスタービン燃焼器は、筒壁の一部に、該筒壁の板厚方向に貫通する複数の孔部を有する尾筒と、該尾筒の外周側に設けられて、該尾筒の筒壁における前記複数の孔部が形成されている領域との間に共鳴空間を区画するハウジングとを備え、前記孔部の内周面に、該孔部の周方向にわたって凹む溝部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このようなガスタービン燃焼器によると、音源、振動源で発生した振動、音が流体振動となって孔部へ伝達され、共鳴空間の容積や孔部の全長に応じた特定の周波数に対して、孔部内の流体が激しく振動して共鳴する。そしてこの共鳴の際、孔部を通過する流体が孔部を形成する壁面と摩擦し、孔部内での音響エネルギーが消費されて燃焼振動を減衰し、騒音の抑制が可能となる。さらに、各孔部の内周面に周方向に形成された溝部によって、孔部を通過する流体が孔部内で剥離して渦が発生し、この渦の消散によって音響エネルギーの消費量を増大し、さらなる燃焼振動の減衰、騒音の抑制効果を向上できる。
【０００９】
また、前記溝部は、前記孔部の前記板厚方向の略中央部に形成されていてもよい。
【００１０】
このような溝部によって、孔部内で確実に流体が剥離し、渦発生を促し、渦の消散によって音響エネルギーの消費量の増大を図ることができる。
【００１１】
さらに、前記溝部は、前記板厚方向に一定の間隔をあけて該板厚方向に直交する方向に平行に複数が形成されていてもよい。
【００１２】
このような溝部によって、孔部内で確実に流体が剥離し、さらなる渦の発生を促進し、渦の消散による音響エネルギーの消費量のさらなる増大が可能となる。
【００１３】
また、前記溝部は、前記板厚方向の一方側から他方側に向かうに従って、前記周方向に捩れる螺旋状に形成されていてもよい。
【００１４】
このような溝部によって、孔部内で流体剥離による渦の発生を促すとともに、螺旋流れを生み出して、流体の乱れを助長し、音響エネルギーを流体の乱れの運動エネルギーに変換することが可能となる。従って、音響エネルギーの消費量をさらに増大することができる。
【００１６】
このようなガスタービン燃焼器によると、孔部内の流体の共鳴で音響エネルギーが消費されるとともに、孔部内での流体剥離によって発生する渦の消散によって、音響エネルギーの消費量をさらに増大でき、燃焼振動の減衰及び騒音の抑制効果、即ち、音響減衰効果を向上できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の音響装置、ガスタービン燃焼器によると、音響エネルギーの消費量を増大し、音響減衰効果を向上し、性能向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガスタービン燃焼器を備えたガスタービンの全体概略断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るガスタービン燃焼器の概略断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るガスタービン燃焼器における音響装置の斜視図であって、図２のＡ部詳細図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るガスタービン燃焼器における音響装置の側断面図であって、図３のＢ部詳細図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係るガスタービン燃焼器における音響装置の側断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係るガスタービン燃焼器における音響装置の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１から図４を参照して、本発明の実施形態に係るガスタービン５０におけるガスタービン燃焼器１Ａについて説明する。
図１に示すように、ガスタービン５０は、軸線Ｐ中心に配置され、空気の流れの上流側から下流側に向かって、空気を取り込む空気取入口２と、空気取入口２からの空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機３と、圧縮機３からの圧縮空気と燃料を混合して燃焼し、燃焼ガスＧを生成するガスタービン燃焼器１Ａと、燃焼ガスＧによって回転動力を得るタービン４とを備えている。
【００２０】
次に、ガスタービン燃焼器１Ａについて説明する。
図２に示すように、ガスタービン燃焼器１Ａ（以下、単に燃焼器１Ａと称する）は、圧縮機３で生成された圧縮空気に天然ガス等のガス燃料、或いは軽油や軽重油等の液体燃料を供給してこれらを混合させて燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスＧを生成し、タービン４へ噴射するものである。
【００２１】
また、燃焼器１Ａは、燃料及び圧縮空気を供給する燃料供給部と、これらを燃焼して高温・高圧の燃焼ガスＧを生成し、燃焼ガスＧをタービン４へ流入させる尾筒１１と、尾筒１１の外周側に設けられる音響装置１２とを備えている。
【００２２】
尾筒１１は、筒状をなし、燃料供給部側（図２の紙面左側）からタービン４側（図２の紙面右側）、即ち、上流側から下流側に向かうに従って、断面積が小さくなるとともに、軸線Ｐの径方向外側から内側に向かって湾曲して形成されている。また、上流側には燃料供給部が設けられており、下流側にはタービン４が接続され、内部には燃焼領域Ｓ１が形成されている。
【００２３】
燃料供給部１０は、尾筒１１の上流側に設けられ、燃料と圧縮空気とを混合し、尾筒１１内へ供給して、これらを尾筒１１の燃焼領域Ｓ１内で燃焼させるものである。そして、燃料供給部１０は、パイロット燃料及び圧縮空気を尾筒１１内に供給して、尾筒１１内に拡散火炎を形成するパイロットノズルと、メイン燃料及び圧縮空気を予混合して、予混合気体として尾筒１１内に供給し、尾筒１１内に予混合火炎を形成する複数の予混合ノズルとを有している。
【００２４】
図２及び図３に示すように、音響装置１２は、燃料供給部１０の近傍から下流側へ向かって、尾筒１１の筒壁１１ａの所定の範囲に複数の孔部１５が形成された多孔板１４と、多孔板１４を外周側から覆うハウジング１３を備えている。
【００２５】
ハウジング１３は、尾筒１１の筒壁１１ａの多孔板１４が設けられた範囲において、筒壁１１ａの外周側を一周して設けられ、多孔板１４を外周側から覆うリング状の部材である。そして、ハウジング１３と多孔板１４との間には間隙が形成され、この間隙が共鳴空間Ｓ２となっている。
【００２６】
多孔板１４は、尾筒１１の筒壁１１ａの一部であって、尾筒１１の上流側及び下流側に向かう方向に直交する筒壁１１ａの板厚方向に、筒壁１１ａを貫通して形成された複数の孔部１５と、尾筒１１の上流側及び下流側に向かう方向に筒壁１１ａ内部に形成された冷却溝１７とを有している。
【００２７】
冷却溝１７は、孔部１５に干渉しないように、複数の孔部１５同士の間を尾筒１１の上流及び下流に向かう方向に複数が形成された孔状の溝であり、これら複数の冷却溝１７は尾筒１１の周方向に互いに間隔をあけて配列され、尾筒１１の筒壁１１ａを冷却可能に、不図示の冷却媒体供給源からの冷却媒体が流通する。
【００２８】
孔部１５は、筒壁１１ａを貫通することで、尾筒１１内部の燃焼領域Ｓ１と尾筒１１外部の共鳴空間Ｓ２とを連通する貫通孔であって、互いに間隔をあけて形成されている。また、各孔部１５は内周面１５ｃに形成された溝部１６を有している。
【００２９】
図４に示すように、溝部１６は、各孔部１５の貫通方向の中途位置となる共鳴空間Ｓ２側に位置する開口部１５ａと、燃焼領域Ｓ１側に位置する開口部１５ｂとの間の略中央部において、孔部１５の内周面１５ｃから孔部１５の径方向外側に向かって凹んで、孔部１５の内周面１５ｃを一周して孔部１５の周方向に沿って環状に形成されている。即ち、溝部１６によって、開口部１５ａ側に位置する外側内周面１５ｃＡと、開口部１５ｂ側に位置する内側内周面１５ｃＢとに、孔部１５の内周面１５ｃが貫通方向に二つに分断されて、内周面１５ｃの連続性が途切れている。また、外側内周面１５ｃＡ、内側内周面１５ｃＢは、全て同一の外径を有しており、溝部１６の外径は、これら外側内周面１５ｃＡ、内側内周面１５ｃＢの外径よりも大きくなっている。
【００３０】
そして、溝部１６の内面のうち、上記貫通方向を向く上側面１６ａ、下側面１６ｂは貫通方向に直交する孔部１５の径方向に平行な面となっており、また溝部１６の底面となる孔部１５の径方向を向く側底面１６ｃは、貫通方向に平行な面となっている。即ち、孔部１５の径方向から見た溝部１６は、断面長方形状をなしている。
【００３１】
このような燃焼器１Ａにおいては、圧縮機３からの圧縮空気が、燃料供給部１０によって燃料と混合されて燃焼され、尾筒１１における燃焼領域Ｓ１で高温・高圧の燃焼ガスＧが生成され、燃焼振動及び騒音が発生する。そして、これらの燃焼振動及び騒音が空気振動（圧力波）となって多孔板１４の各孔部１５へ伝達される。ここで、多孔板１４とハウジング１３との間には共鳴空間Ｓ２が形成されており、共鳴空間Ｓ２内の空気がバネとして機能することにより、共鳴空間Ｓ２の容積や孔部１５の全長に応じた特定の周波数に対して、孔部１５内の流体が激しく振動して共鳴することとなる。
【００３２】
このように共鳴した際には、各孔部１５を通過する空気が孔部１５を形成する壁面と摩擦することによって、孔部１５内での音響エネルギーが消費される。この結果、音源、振動源となる燃焼領域Ｓ１から発生する燃焼振動を減衰するとともに騒音を抑制することができる。
【００３３】
さらに、各孔部１５の内周面に周方向に環状に形成された溝部１６によって、孔部１５を通過する空気が孔部１５内で剥離して渦が発生し、この渦が消散することによって、空気の運動エネルギーである音響エネルギーの一部が渦のエネルギーに変換される。即ち、音響エネルギーの消費量を増大して、さらなる燃焼振動の減衰効果、騒音の抑制効果の向上を図ることができる。
【００３４】
本実施形態の燃焼器１Ａによると、多孔板１４の孔部１５それぞれに溝部１６が形成されていることで、音響エネルギーの消費量を増大し、燃焼振動の減衰効果及び騒音の抑制効果、即ち音響減衰効果を向上でき、性能向上を図ることが可能となる。
【００３５】
次に、本発明の第二実施形態に係る燃焼器１Ｂについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、音響装置２２の多孔板２４の孔部２５における溝部２６の形状が第一実施形態のものとは異なっている。
【００３６】
図５に示すように、溝部２６は、共鳴空間Ｓ２に位置する開口部２５ａと燃焼領域Ｓ１に位置する開口部２５ｂとの間で、複数が各孔部２５の貫通方向に一定の間隔をあけて形成されている。また各々の溝部２６は、第一実施形態と同様に、孔部２５の内周面２５ｃから孔部２５の径方向外側に向かって凹んで、孔部２５の内周面を一周して孔部２５の周方向に沿って環状に形成され、孔部２５の径方向から見た溝部２６は、各々が断面長方形状をなしている。
【００３７】
即ち、複数の溝部２６によって、開口部２５ａに連続する外側内周面２５ｃＡと、開口部２５ｂに連続する内側内周面２５ｃＢと、貫通方向に隣接する溝部２６同士の間に位置する中間内周面２５ｃＣとに、孔部２５の内周面２５ｃが貫通方向に複数に分断され、内周面２５ｃの連続性が途切れている。また、外側内周面２５ｃＡ、内側内周面２５ｃＢ、中間内周面２５ｃＣは、全て同一の外径を有しており、溝部２６の外径は、これら外側内周面２５ｃＡ、内側内周面２５ｃＢ、中間内周面２５ｃＣの外径よりも大きくなっている。
【００３８】
このような燃焼器１Ｂにおいては、多孔板２４の孔部２５それぞれに複数の溝部２６が形成されていることで、孔部２５を通過する空気が孔部２５内で確実に剥離し、渦の発生量が増大する。このため、渦の消散量も増大して、音響エネルギーから渦のエネルギーへの変換量を増大できるため、音響エネルギーの消費量をさらに増大して、さらなる燃焼振動の減衰効果、騒音の抑制効果の向上を図ることができる。
【００３９】
本実施形態の燃焼器１Ｂによると、複数の溝部２６によって、音響エネルギーの消費量を増大し、燃焼振動の減衰効果及び騒音の抑制効果、即ち音響減衰効果をさらに向上でき、性能向上を図ることが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第三実施形態に係る燃焼器１Ｃについて説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、多孔板３４の孔部３５における溝部３６の形状が第一実施形態及び第二実施形態のものとは異なっている。
【００４１】
図６に示すように、溝部３６は、孔部３５の内周面３５ｃから孔部３５の径方向外側に向かって凹むとともに、各孔部３５の貫通方向の一方側から他方側、即ち、共鳴空間Ｓ２側に位置する孔部３５の開口部３５ａから、燃焼領域Ｓ１側に位置する孔部３５の開口部３５ｂに向かうに従って、孔部３５の周方向に捩れる螺旋状に形成されている。
【００４２】
このような燃焼器１Ｃにおいては、多孔板３４の孔部３５それぞれの溝が、螺旋状となっていることで、孔部３５内での空気の剥離による渦の発生を促すとともに、空気の流れに螺旋流を生み出して、流れの乱れを助長し、音響エネルギーを空気の乱れの運動エネルギーに変換することが可能となる。従って、音響エネルギーの消費量をさらなる増大が可能となる。
【００４３】
本実施形態の燃焼器１Ｃによると、螺旋状の溝部３６によって空気の乱れを助長し、音響エネルギーの消費量を増大し、音響減衰効果をさらに向上でき、性能向上を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、溝部３６は、共鳴空間Ｓ２側に位置する孔部３５の開口部３５ａから燃焼領域Ｓ１側に位置する孔部３５の開口部３５ｂに向かって螺旋状に形成されていたが、これとは逆に、燃焼領域Ｓ１側に位置する開口部３５ｂから共鳴空間Ｓ２側に位置する開口部３５ａに向かって螺旋状に形成されていてもよい。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、上述の本実施形態では、溝部１６、２６、３６は、断面長方形状となっているが、例えば、断面が半球状となっていてもよく、少なくとも各孔部１５、２５、３５の内周面を一周して形成されていればよい。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ…燃焼器（ガスタービン燃焼器）  ２…空気取入口  ３…圧縮機  ４…タービン  １０…燃料供給部  １１…尾筒  １１ａ…筒壁  １２…音響装置  １３…ハウジング  １４…多孔板  １５…孔部  １５ａ…開口部  １５ｂ…開口部  １５ｃ…内周面  １５ｃＡ…外側内周面  １５ｃＢ…内側内周面  １６…溝部  １６ａ…上側面  １６ｂ…下側面  １６ｃ…側底面  １７…冷却溝  Ｐ…軸線  Ｇ…燃焼ガス  Ｓ１…燃焼領域  Ｓ２…共鳴空間  １Ｂ…燃焼器（ガスタービン燃焼器）  ２２…音響装置  ２４…多孔板  ２５…孔部  ２５ａ…開口部  ２５ｂ…開口部  ２５ｃ…内周面  ２５ｃＡ…外側内周面  ２５ｃＢ…内側内周面  ２５ｃＣ…中間内周面  ２６…溝部  １Ｃ…燃焼器（ガスタービン燃焼器）  ３２…音響装置  ３４…多孔板  ３５…孔部  ３５ａ…開口部  ３５ｂ…開口部  ３５ｃ…内周面  ３６…溝部  ５０…ガスタービン
【図１】
0005863460.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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