(57)【要約】      （修正有）【課題】タービン設備において、ダクトの壁部を介して外部に放出される固体伝播音の放出を効率よく抑制する。【解決手段】ガスタービン１の気体流路１３を形成するダクト本体１１と、ダクト本体１１の壁部１２の外面側に突設され、壁部１２と壁部１２から立設された周壁部３１と周壁部３１を閉塞する外装板３２とで区画形成された消音室３０と、消音室３０を用いてダクト本体１１の壁部１２から外部へ放出される音を消音する消音装置４０とを有する。消音装置は、壁部から放出される一次音を検知する一次音検知センサ４１と、外装板を振動させる振動部材４２と、外装板から放出される二次音を検知する二次音検知センサ４３と、一次音を相殺する音が外装板から放出されるように、振動部材４２の作動を制御する制御部４４と、を備える。周壁部３１に、ダクト本体１１の壁部１２の補強リブ３１ａ、３１ｂが用いられる。【選択図】図１
2018005081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの気体流路を形成するダクト本体と、
前記ダクト本体の壁部の外面側に突設され、前記壁部と、前記壁部から立設された周壁部と、前記周壁部の開口頂部を閉塞するように配設された外装板とで区画形成された消音室と、
前記消音室を用いて前記ダクト本体の前記壁部から外部へ放出される音を消音する消音装置と、を有し、
前記消音装置は、
前記消音室内の前記壁部の側に配置され、前記壁部から放出される一次音を検知する一次音検知センサと、
前記外装板を振動させる振動部材と、
前記外装板から放出される二次音を検知する二次音検知センサと、
前記一次音の信号と前記二次音の信号とに基づいて、前記一次音を相殺する音が前記外装板から放出されるように、前記振動部材の作動を制御する制御部とを備え、
前記周壁部に、前記ダクト本体の壁部の外面側に突設された補強リブが用いられている
ことを特徴とする、ダクト。
【請求項２】
前記消音室は、前記ダクト本体の前記気体流路の流れ方向及び幅方向に、それぞれ複数個が並んで形成され、
複数の前記消音室のそれぞれに対して、前記一次音検知センサ，前記振動部材及び前記二次音検知センサが備えられている
ことを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項３】
前記ダクト本体は、気体流路の断面が矩形の角ダクトであって、
前記消音室は、前記角ダクトの四面それぞれの前記壁部に形成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のダクト。
【請求項４】
前記制御部は、
前記一次音に対して逆位相の波形の消音用の音の信号を生成する音信号生成部と、
前記二次音の信号に基づいて前記二次音のレベルが低下するように前記音信号生成部に補正信号を出力する補正信号生成部と、を有している
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のダクト。
【請求項５】
前記振動部材は圧電素子である
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のダクト。
【請求項６】
前記ダクト本体の開口部にサイレンサが装備されている
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のダクト。
【請求項７】
前記タービンはガスタービンであって、前記ガスタービンの圧縮機に空気を供給する吸気ダクトとして構成されている
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のダクト。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のダクトを装備した
ことを特徴とする、タービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの吸気ダクトに用いて好適のダクト及びこのダクトを備えたタービン設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、一般に圧縮機と燃焼器とタービンとから構成される。吸気ダクトから取り込まれた空気が圧縮機に進入して圧縮され、高温・高圧となった圧縮空気が、燃焼器に送り込まれる。燃焼器では、この圧縮空気に燃料を供給して燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。
【０００３】
このようなガスタービンにおいては、ＩＧＶ等において発生したウェークを圧縮機動翼が通過することによって発生するＮＺ音（回転数Ｎ×翼枚数Ｚで発生する純音）が、吸気ダクトから外部に放出され、吸気騒音の原因になる。このＮＺ音の外部への放出を抑制するために、吸気ダクトの入口開口部にサイレンサを設置する技術も開発されている（特許文献１参照）。
【０００４】
ただし、発生したＮＺ音は、吸気ダクトの内部空間を伝播して外部に放出される空気伝播音だけでなく、吸気ダクトの壁部からダクト外部に放射される固体伝播音もあり、後者についても対策が必要である。こうした固体伝播音の放出を抑制するために、従来は吸気ダクトのラギングを強化することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、固体伝播音の放出を抑制する対策として、ラギングを強化する場合、コスト増加を招くだけでなく、施工性の低下やメンテナンス性の低下を招くといったデメリットがある。
なお、ガスタービンの排気側の排気ダクトからも排気ガスの流出騒音が発生し、この箇所でも固体伝播音の放出を抑制することが要求される場合がある。また、ガスタービンだけでなく蒸気タービンにおいても固体伝播音対策が要求される場合がある。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目して創案されたもので、タービン設備において、ダクトの壁部を介して外部に放出される固体伝播音の放出を効率よく抑制することができ、コスト増を抑えながら施工性やメンテナンス性を確保することができるようにした、ダクト及びタービン設備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】
（１）上記の目的を達成するために、本発明のダクトは、タービンの気体流路を形成するダクト本体と、前記ダクト本体の壁部の外面側に突設され、前記壁部と、前記壁部から立設された周壁部と、前記周壁部の開口頂部を閉塞するように配設された外装板とで区画形成された消音室と、前記消音室を用いて前記ダクト本体の前記壁部から外部へ放出される音を消音する消音装置と、を有し、前記消音装置は、前記消音室内の前記壁部の側に配置され、前記壁部から放出される一次音を検知する一次音検知センサと、前記外装板を振動させる振動部材と、前記外装板から放出される二次音を検知する二次音検知センサと、前記一次音の信号と前記二次音の信号とに基づいて、前記一次音を相殺する音が前記外装板から放出されるように、前記振動部材の作動を制御する制御部とを備え、前記周壁部に、前記ダクト本体の壁部の外面側に突設された補強リブが用いられていることを特徴としている。
【０００９】
（２）前記消音室は、前記ダクト本体の前記気体流路の流れ方向及び幅方向に、それぞれ複数個が並んで形成され、複数の前記消音室のそれぞれに対して、前記一次音検知センサ，前記振動部材及び前記二次音検知センサが備えられていることが好ましい。
【００１０】
（３）前記ダクト本体は、気体流路の断面が矩形の角ダクトであって、前記消音室は、前記角ダクトの四面それぞれの前記壁部に形成されていることが好ましい。
【００１１】
（４）前記制御部は、前記一次音に対して逆位相の波形の消音用の音の信号を生成する音信号生成部と、前記二次音の信号に基づいて前記二次音のレベルが低下するように前記音信号生成部に補正信号を出力する補正信号生成部と、を有していることが好ましい。
【００１２】
（５）前記振動部材は圧電素子であることが好ましい。
【００１３】
（６）前記ダクト本体の開口部にサイレンサが装備されていることが好ましい。
【００１４】
（７）前記タービンはガスタービンであって、前記ガスタービンの圧縮機に空気を供給する吸気ダクトとして構成されていることが好ましい。
【００１５】
（８）本発明のタービン設備は、（１）〜（７）の何れか１項に記載のダクトを装備したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、タービンのダクト本体の壁部から騒音の原因となる固体伝播音が放出されると、消音装置が、ダクト本体の壁部の外面側に突設された消音室の外装板を振動させて、ダクト本体の壁部から放出される音を相殺する音を発生させるので、ダクト本体の壁部に固体伝播された音による騒音を効率よく抑制することができる。
【００１７】
また、消音装置を構成する一次音検知センサや振動部材や二次音検知センサや制御部は、何れもコンパクトに構成できるため、ラギングを強化する場合に比べて、施工性やメンテナンス性を良好に確保することができる。また、ラギング材を大量に用いる場合に比べて、コスト増を抑えることができる。さらに、ダクト本体の壁部の外面側に突設された補強リブを用いて消音室を形成しているため、この点でもコスト増を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるガスタービンの吸気ダクトを示す断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）はその消音室を拡大して示す要部断面図〔図１（ａ）のＡ部拡大図〕であって消音装置を共に示している。
【図２】本発明の一実施形態にかかるガスタービンの吸気ダクトにおける消音室の配置状態を示すダクト本体の壁部の一つの面の正面図であり、図１（ａ）のＢ矢視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるガスタービンの吸気ダクトに装備される消音装置のロジック図である。
【図４】本発明の第一変形例にかかるガスタービンの吸気ダクトにおける消音室の配置状態を示すダクト本体の壁部の一つの面の正面図であり、図２と対応する図である。
【図５】本発明の第二変形例にかかるガスタービンの吸気ダクトにおける消音室の配置状態を示すダクト本体の壁部の一つの面の正面図であり、図２と対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。
なお、以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
〔タービン設備〕
本実施形態では、タービン設備としてガスタービンを例示し、ダクトとしてこのガスタービンの吸気ダクトを例示して説明する。ただし、本発明は、ガスタービンや、吸気ダクトに限定されるものではなく、タービン設備としては例えば蒸気タービンにも適用でき、ダクトとしては排気ダクトにも適用できる。
【００２１】
ガスタービンの全体構成は図示しないが、本ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを備え、発電機を駆動する発電用ガスタービンとして構成される。また、圧縮機には吸気ダクト（ダクト）が接続され、タービンには排気ダクト（ダクト）が接続される。
【００２２】
そして、吸気ダクトから取り込まれた空気が圧縮機に進入して圧縮され、高温・高圧となった圧縮空気が、燃焼器に送り込まれる。燃焼器では、この圧縮空気に燃料を供給して燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。タービンを駆動した燃焼ガスは排気ダクトから排出される。
【００２３】
〔ダクト〕
本実施形態に係るダクトは、このようなガスタービンの吸気ダクトであり、図１（ａ）に示すように、ガスタービン１の圧縮機２，燃焼器，タービンは建屋３内に設置され〔図１（ａ）では圧縮機２のみ示す〕、吸気ダクト１０は、建屋３の外部から圧縮機２に空気を導入するように配置されている。なお、ガスタービン１自体は、エンクロージャ４によって覆われており、ガスタービン１自体による騒音の建屋３内への放出が抑制される。
【００２４】
吸気ダクト１０は、上流側から、吸気フィルタ２１が装備された入口部１１ａと、この入口部１１ａと圧縮機２との間を連通する側面視でＬ字型のＬ字ダクト部１１ｂとを有するダクト本体１１を備え、ダクト本体１１の内部には吸気流路（気体流路）１３が形成されている。ダクト本体１１は、吸気流路１３の断面が矩形の角ダクトが採用される。また、入口部１１ａの吸気フィルタ２１よりも直下流には、サイレンサ２２が装備されている。
【００２５】
ガスタービン１の圧縮機２においては、ＩＧＶ（Inlet Guide Vane，入口案内翼）等において発生したウェークを圧縮機動翼が通過することによってＮＺ音（回転数Ｎ×翼枚数Ｚで発生する純音）が発生する。このＮＺ音は、ダクト本体１１内の吸気流路の空気を伝って入口部１１ａの吸気フィルタ２１を有する開口から外部に放射されるが、サイレンサ２２によってこの外部に放射される音のレベルが低減される。
【００２６】
また、入口部１１ａが建屋３の外側に突出して配設されているのに対して、Ｌ字ダクト部１１ｂは建屋３内に配設されている。ＮＺ音は、上記の空気伝播音だけでなく、ダクト本体１１の壁部１２からダクト外部に放射される固体伝播音もある。特に、Ｌ字ダクト部１１ｂは建屋３内に配設されているため、この部分の壁部１２に入力された固体伝播音はダクト外部の建屋３内の空間に放射され、建屋３内の騒音源となる。
【００２７】
〔ダクトの消音系の構成〕
そこで、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ダクト本体１１のＬ字ダクト部１１ｂの壁部１２の外面１２ａ側には、消音室３０が突設され、この消音室３０を用いてダクト本体１１の壁部１２から外部へ放出される音を消音する消音装置４０が設けられている。
【００２８】
消音室３０は、ダクト本体１１の壁部１２と、この壁部１２の外面から立設された周壁部３１と、この周壁部３１の開口頂部を閉塞するように配設された外装板３２とで区画形成された閉空間である。また、周壁部３１には、壁部１２の外面側に突設され壁部１２の強度及び剛性を補強する補強リブ３１ａ，３１ｂが用いられている。
【００２９】
つまり、ダクト本体１１の壁部１２の外面側には、図２に示すように、吸気流路１３の吸気の流れ方向Ｆ、及びこの流れ方向Ｆと直交する幅方向Ｗに、それぞれ複数本の補強リブ３１ａ，３１ｂが延設されている。なお、本実施形態では、各補強リブ３１ａ，３１ｂは、それぞれの延在する方向（流れ方向Ｆ又は幅方向Ｗ）に、複数に分割され断続的に設けられている。
【００３０】
そして、各補強リブ３１ａ，３１ｂはそれぞれの交差部で結合され、上面視で矩形（本実施形態では略正方形）の周壁部３１を構成している。また、このような矩形の周壁部３１は、流れ方向Ｆ及び幅方向Ｗにそれぞれ隣接して複数形成されている。図２には、角ダクトのダクト本体１１の一面〔図１（ａ）のＢ方向正面〕の壁部１２を示すが、角ダクトの四面それぞれの壁部１２に同様に、補強リブ３１ａ，３１ｂを用いた周壁部３１が形成されている。
【００３１】
外装板３２は各周壁部３１の開口頂部を閉塞するように周壁部３１の先端部に溶接等によって固着されている。ここでは、補強リブ３１ａ，３１ｂ及び外装板３２は何れも鋼製とするが、補強リブ３１ａ，３１ｂは壁部１２の強度及び剛性を確保する観点から、その材料および板厚を選定し、外装板３２は後述する消音効果を得やすい材料および板厚を選定することが好ましい。
【００３２】
消音装置４０は、一次音検知センサ（レファレンスセンサ）４１と、振動部材としての圧電素子４２と、二次音検知センサ（誤差センサ）４３と、圧電素子４２の作動を制御するコントローラ（制御部）４４とを備えている。消音装置４０のうち少なくとも一次音検知センサ４１，圧電素子４２，及び二次音検知センサ４３はそれぞれの消音室３０毎に設けられている。
【００３３】
一次音検知センサ４１は、消音室３０内の壁部１２の側に配置され、壁部１２から放出される音を検知する。壁部１２には、ガスタービン１から放出されたＮＺ音が固体伝播し、固体伝播音として放出される。一次音検知センサ４１は、壁部１２の直近でこの放出される固体伝播音を検知する。
【００３４】
圧電素子４２は、外装板３２に接続され外装板３２を振動させる。外装板３２は圧電素子４２によって振動を加えられると、これによって固体伝播音を放出する。
【００３５】
二次音検知センサ４３は、消音室３０の外側に設置され、外装板３２から消音室３０を経て外方へ放出される音を検知する。この消音室３０を経て外方へ放出される音は、壁部１２から固体伝播音として放出された音（一次音）と、圧電素子４２による振動によって外装板３２から放出された固体伝播音とが重畳した音（二次音）である。
【００３６】
コントローラ４４は、一次音検知センサ４１で検知された一次音の信号と二次音検知センサ４３で検知された二次音の信号とに基づいて、一次音を相殺し二次音を抑制する音が外装板３２から発生するように、圧電素子４２の作動を制御する。
【００３７】
このため、コントローラ４４は、一次音に対して逆位相の波形の消音用の音の信号を生成する制御フィルタ（音信号生成部）４４ａと、二次音の信号に基づいて二次音のレベルが低下するように騒音制御フィルタ４４ａにフィルタ係数更新情報（音信号の補正信号）を出力する適応制御フィルタ（補正信号生成部）４４ｂと、を有している。
【００３８】
つまり、本消音装置は、図３に示すように、フィードフォワード制御によるアクティブノイズコントロールの手法を利用しており、固体伝播されたＮＺ音を発する壁部１２を一次音源とし、圧電素子４２で振動される外装板３２を二次音源とする。
【００３９】
また、一次音検知センサ４１を一次音源の音を検知するレファレンスセンサ（或いは、レファレンスマイク）とし、二次音検知センサ４３を一次音源の音と二次音源の音とが重畳した音（二次音）を検知する誤差センサ（エラーセンサ、或いは、エラーマイク）とする。
【００４０】
そして、壁部１２から消音室３０の内部を経て外装板３２の外方の二次音検知センサ４３に至る空間が一次音源の音が伝達される一次経路となり、外装板３２からその外方の二次音検知センサ４３に至る空間が二次経路となる。
【００４１】
一次音検知センサ４１で検知された信号（レファレンス信号）ｘ（ｎ）は二次経路の伝達関数でフィルタ処理されてこのフィルタ処理されたレファレンス信号ｒ（ｎ）は、適応制御フィルタ４４ｂを経て、騒音制御フィルタ４４ａに送られる。
適応制御フィルタ４４ｂでは、二次音検知センサ４３で検知されたエラー信号ｅ（ｎ）に基づいて適応制御フィルタ４４ｂで用いるフィルタ係数の更新を行なって、騒音制御フィルタ４４ａに送る。
【００４２】
これにより、適応制御フィルタ４４ｂでは、一次音に対して逆位相の波形の消音用の音であって、位相誤差が修正された音の信号が生成されて、圧電素子４２の作動を制御する。
したがって、外装板３２は、二次音検知センサ４３で検知されたエラー信号ｅ（ｎ）が最低レベル、即ち、外装板３２の外側に放出される騒音レベルが最も低下するように圧電素子４２によって外装板３２に振動が加えられる。
【００４３】
このような外装板３２の振動による消音は、ダクト本体１１の壁部１２の外面１２ａ側に装備された各消音室３０において行われる。
【００４４】
〔作用及び効果〕
本発明の一実施形態にかかるダクト及びタービン設備は、上述のように構成されるので、以下のような作用及び効果を得ることができる。
【００４５】
ダクト本体１１の壁部１２に固体伝播したタービン１のＮＺ音が、壁部１２から放出されると、消音装置４０が、ダクト本体１１の壁部１２の外面側に突設された消音室３０の外装板３２を振動させて、ダクト本体１１の壁部１２から放出される音を相殺する音を発生させるので、ダクト本体１１の壁部１２に固体伝播された音の放出による騒音を効率よく抑制することができる。
【００４６】
特に、本実施形態では、消音装置４０で振動される外装板３２を有する消音室３０は、ダクト本体１１の建屋３内に位置するＬ字ダクト部１１ｂの壁部１２の外面の略全域にわたって（つまり、角ダクトの四面それぞれの壁部１２の略全域にわたって）形成されているので、ダクト本体１１から建屋３内に放出される騒音を大幅に消音させることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、各消音室３０の周壁部３１は隣接した消音室３０の周壁部３１に対して独立して設けられているので、隣接した消音室３０の影響を受け難く、フィードフォワード制御によるアクティブノイズコントロールの手法を利用した消音を高精度に実施することができ、高い騒音抑制効果を得ることができる。
【００４８】
しかも、周壁部３１には、壁部１２の外面側に突設され壁部１２の強度及び剛性を補強する補強リブが用いられているので、コスト増を抑えることができる。
【００４９】
また、消音装置４０を構成する一次音検知センサ４１や圧電素子４２や二次音検知センサ４３や制御部４４は、何れもコンパクトに構成できるため、ラギングを強化する場合に比べて、施工性やメンテナンス性を良好に確保することができる。また、ラギング材を大量に用いる場合に比べて、コスト増を抑えることができる。
【００５０】
また、吸気ダクト１０の入口部１１ａから外部に空気伝播によって放出されるＮＺ音はサイレンサ２２で消音されるため、ＮＺ音の外部への騒音放出が抑制される。
また、ガスタービン１自体は、エンクロージャ４によって覆われているので、ガスタービン１自体の騒音の建屋３内への放出も抑制される。
【００５１】
〔その他〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態の限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態を適宜変更して実施することができる。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、流れ方向Ｆに延びる補強リブ３１ａと、幅方向Ｗに延びる補強リブ３１ｂとを、何れも延在する方向（流れ方向Ｆ又は幅方向Ｗ）に、複数に分割され断続的に設けており、これにより、各消音室３０の周壁部３１が隣接した消音室３０の周壁部３１に対して独立して設けられているが、これは各消音室３０の消音制御性の向上を優先したもので、補強リブ本来の機能を優先すれば、補強リブは延在する方向に一本に繋がっている方が好ましい。
【００５３】
そこで、図４に示すように、一部の補強リブ３１ｃ，３１ｄを延在方向に一本に繋がったものとしてもよい。或いは、全ての補強リブを延在方向に一本に繋がったものとしてもよい。また、図５に示すように、流れ方向Ｆ及び幅方向Ｗの各補強リブ３１ｂ´〜３１ｄを隣接する消音室３０の周壁部３１に兼用させるように構成してもよい。補強リブ３１ａ〜３１ｄの剛性が高ければ、このように各消音室３０の周壁部３１を独立させなくとも、消音制御性を確保できると考えられる。
【００５４】
上記実施形態では、振動部材として圧電素子４２を用いたが、振動部材は外装板を振動させて音を発生させることができればよく、圧電素子に限定されない。
【００５５】
また、消音室３０の大きさや形状も消音効果を考慮して適宜設定しうるものである。
さらに、消音室３０の配置間隔も消音効果を考慮して適宜設定しうるものである。例えば、ダクト本体１１の壁部１２の一部に部分的に消音室３０を設置しても効果的に消音しうる場合も考えられる。
【００５６】
また、本発明は、タービン設備のダクトの消音に広く適用しうるもので、ガスタービンのみならず例えば蒸気タービンにも適用でき、吸気ダクトのみならず例えば排気ダクトにも適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  ガスタービン
２  圧縮機
３  建屋
１０  吸気ダクト
１１ａ  ダクト本体１１の入口部
１１ｂ  ダクト本体１１のＬ字ダクト部
１１  ダクト本体
１２  ダクト本体１１の壁部
１２ａ  壁部１２の外面
１３  吸気流路（気体流路）
２１  吸気フィルタ
２２  サイレンサ
３０  消音室
３１  周壁部
３１ａ〜３１ｄ，３１ｂ´  補強リブ
３２  外装板
４０  消音装置
４１  一次音検知センサ（レファレンスセンサ）
４２  振動部材としての圧電素子
４３  二次音検知センサ（誤差センサ）
４４  コントローラ（制御部）
４４ａ  制御フィルタ（音信号生成部）
４４ｂ  適応制御フィルタ（補正信号生成部）
Ｆ  ダクト本体１１の吸気の流れ方向
Ｗ  ダクト本体１１の幅方向
【図１】
2018005081.tif 000003
【図２】
2018005081.tif 000004
【図３】
2018005081.tif 000005
【図４】
2018005081.tif 000006
【図５】
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