(57)【要約】【課題】小型化と消音性能を両立させたガスタービンの排気消音器を提供する。【解決手段】排気消音器２は、直方体形状で内面に吸音材を備えたパッケージ７と、一側面下部に設けられた排気導入口８と、他側面上部に設けられた排気排出口１０と、排気排出口の直下に設けられた上側内凸部１２と、上側内凸部より下方の一側面に設けられた下側内凸部１３を備える。平行な下向傾斜面１４と上向傾斜面１５の間にある傾斜流路１７は、上方に向けて排気排出口と反対側の側面に接近するよう傾斜する。排気消音器の小型化と消音性能とが両立し、排気消音器の高さが小さくなり、ガスタービン原音による騒音の低減に加えて流体騒音の低減の効果も得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体形状で内面に吸音材を備えた消音器のパッケージと、
前記パッケージの側面の下部に設けられ、外部横方向よりガスタービンの排気を導入する排気導入口と、
前記パッケージの側面の上部に設けられ、外部横方向にガスタービンの排気を排出する排気排出口と、
前記パッケージの内面において前記排気排出口の直下に設けられ、前記内面が山形をなして突出する上側内凸部と、
前記上側内凸部が設けられた前記パッケージの側面と対向する側面において前記上側内凸部より相対的に下方の位置に設けられ、前記内面が山形をなして突出する下側内凸部とを備えるガスタービンの排気消音器。
【請求項２】
前記上側内凸部は、前記パッケージの内側における垂線の向きが水平よりも下方に向く下向傾斜面を有し、
前記下側内凸部は、前記パッケージの内側における垂線の向きが水平よりも上方に向く上向傾斜面を有し、
互いに略平行に配置された前記下向傾斜面と前記上向傾斜面が傾斜流路を形成しており、
前記傾斜流路は、前記パッケージの内側において、上方に向かうにつれて前記排気排出口が設けられた側面と対向する側面に接近するように傾斜している請求項１に記載のガスタービンの排気消音器。
【請求項３】
前記傾斜流路における排気の流路幅Ｄは、ガスタービン原音の波長をλとするとλ／２〜λの範囲とされた請求項２に記載のガスタービンの排気消音器。
【請求項４】
前記排気排出口は、前記排気導入口が設けられた側面と対向する側面に設けられている請求項１〜３のいずれかに記載のガスタービンの排気消音器。
【請求項５】
前記排気排出口は、前記排気導入口が設けられた側面に設けられている請求項１〜３のいずれかに記載のガスタービンの排気消音器。
【請求項６】
前記パッケージの外部において前記排気排出口の開口に排気案内路が接続される請求項１〜５のいずれかに記載のガスタービンの排気消音器。
【請求項７】
互いに直交する３辺のうちの１辺が他の２辺より長い直方体形状であって内面に吸音材を備えた消音器のパッケージと、
前記パッケージの長手方向に平行な側面において前記長手方向の一方の端部付近に設けられ、側面と交差する方向に沿って外部からガスタービンの排気を導入する排気導入口と、
前記パッケージの長手方向に平行な側面において前記長手方向の他方の端部付近に設けられ、側面と交差する方向に沿って外部へガスタービンの排気を排出する排気排出口と、
前記パッケージの内面において前記排気排出口に隣接して前記パッケージの長手方向の中央寄りの位置に設けられ、前記内面における断面が山形をなす排気排出口側内凸部と、
前記排気排出口側内凸部が設けられた前記パッケージの側面と対向する側面において前記排気排出口側内凸部より相対的に前記排気導入口寄りの位置に設けられ、前記内面における断面が山形をなす排気導入口側内凸部とを備えるガスタービンの排気消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンの排気消音器に係り、より具体的に例示すれば、主に非常時の発電用に用いられるパッケージ化されたガスタービン設備に使用され、小型化と消音性能を両立させた排気消音器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ダクトを形成する筒状体の内周面に、相互に突出する断面三角状の仕切部を設けたプレナム形消音器の発明が記載されている。同文献には、発明の作用として、「排気ガス等は筒状体の一端から内部へはいり込み、仕切り部に衝突することによるプレナム効果と通路断面積の大きい部分と小さい部分とを交互に通過することによるチャンバー効果とによって消音される。一方、仕切部の断面形状が略三角形であることにより、排気が流れ易くなるとともに従来のように排気ガス等の通過する通風路の断面積が急激に増減することはなくゆるやかに増減し、そのためにダクト抵抗が従来と比べて著しく減少する」旨が記載されている。
【０００３】
下記特許文献２には、ガスタービンのパッケージの側面の下部にガスタービンからの排気の導入口が設けられ、パッケージの反対側の側面の上部に排気の排出口が設けられたガスタービンの排気消音器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平６−４８０９６号公報
【特許文献２】実公平５−１６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これら従来のガスタービンの消音器は、消音器パッケージの小型化と消音性能との両立について充分に検討されたものとは言えなかった。
近年、非常用発電装置などに用いられるガスタービン設備は、設備の主要部がパッケージ化された形態で構成されているが、建物の屋上や中間階、地下室など狭い場所に設置される傾向があるため、ガスタービン設備全体としてコンパクト化の要請が強くなっている。
【０００６】
ガスタービン設備の一部を構成する消音器は、必要な消音性能を達成するために排気が通過する経路に一定の長さが必要であり、概ね長手形状の形態であることが多く、ガスタービン設備の中でも全体のサイズを左右する重要な要素となっている。そして、上述したような高さ方向の寸法に余裕がないという設置場所の制約下において、これを縦長の態様で設置した場合、消音器の高さ方向の大きさの縮小が求められるケースが多い。
【０００７】
さらに、ガスタービン設備の消音器では、消音後の排気を排出する方向を任意に設定したいという要請も強くなっている。一般に、ガスタービンに接続される排気消音器は、前述のように縦長の態様で設置し、排気の排出方向については、排気を下側の側面から導入して上側の側面から排出するという使用形態が多く見られるという特徴がある。これは、屋内で排気する場合には排気を案内するダクトに接続する必要性があり、屋外で排気する場合には排気を横方向に導いて排出先にフードを設け、雨水が消音器内に入ってロックウール等の吸音材を損傷することを避ける必要性があるためである。
【０００８】
本発明は、上述した従来のガスタービン設備の消音器における設置状態での形態的な制約を考慮するとともに小型化と消音性能を両立させたガスタービンの排気消音器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載されたガスタービンの排気消音器は、
直方体形状で内面に吸音材を備えた消音器のパッケージと、
前記パッケージの側面の下部に設けられ、外部横方向よりガスタービンの排気を導入する排気導入口と、
前記パッケージの側面の上部に設けられ、外部横方向にガスタービンの排気を排出する排気排出口と、
前記パッケージの内面において前記排気排出口の直下に設けられ、前記内面が山形をなして突出する上側内凸部と、
前記上側内凸部が設けられた前記パッケージの側面と対向する側面において前記上側内凸部より相対的に下方の位置に設けられ、前記内面が山形をなして突出する下側内凸部とを備えている。
【００１０】
請求項２に記載されたガスタービンの排気消音器は、請求項１に記載のガスタービンの排気消音器において、
前記上側内凸部は、前記パッケージの内側における垂線の向きが水平よりも下方に向く下向傾斜面を有し、
前記下側内凸部は、前記パッケージの内側における垂線の向きが水平よりも上方に向く上向傾斜面を有し、
互いに略平行に配置された前記下向傾斜面と前記上向傾斜面が傾斜流路を形成しており、
前記傾斜流路が、前記パッケージの内側において、上方に向かうにつれて前記排気排出口が設けられた側面と対向する側面に接近するように傾斜している。
【００１１】
請求項３に記載されたガスタービンの排気消音器は、請求項２に記載のガスタービンの排気消音器において、
前記傾斜流路における排気の流路幅Ｄが、ガスタービン原音の波長をλとするとλ／２〜λの範囲とされている。
【００１２】
請求項４に記載されたガスタービンの排気消音器は、請求項１〜３のいずれかに記載のガスタービンの排気消音器において、
前記排気導入口が設けられた側面と対向する側面に前記排気排出口が設けられている。
【００１３】
請求項５に記載されたガスタービンの排気消音器は、請求項１〜３のいずれかに記載のガスタービンの排気消音器において、
前記排気導入口が設けられた側面に前記排気排出口が設けられている。
【００１４】
請求項６に記載されたガスタービンの排気消音器は、請求項１〜５のいずれかに記載のガスタービンの排気消音器において、
前記パッケージの外部において前記排気排出口の開口に排気案内路が接続されている。
【００１５】
請求項７に記載されたガスタービンの排気消音器は、
互いに直交する３辺のうちの１辺が他の２辺より長い直方体形状であって内面に吸音材を備えた消音器のパッケージと、
前記パッケージの長手方向に平行な側面において前記長手方向の一方の端部付近に設けられ、側面と交差する方向に沿って外部からガスタービンの排気を導入する排気導入口と、
前記パッケージの長手方向に平行な側面において前記長手方向の他方の端部付近に設けられ、側面と交差する方向に沿って外部へガスタービンの排気を排出する排気排出口と、
前記パッケージの内面において前記排気排出口に隣接して前記パッケージの長手方向の中央寄りの位置に設けられ、前記内面における断面が山形をなす排気排出口側内凸部と、
前記排気排出口側内凸部が設けられた前記パッケージの側面と対向する側面において前記排気排出口側内凸部より相対的に前記排気導入口寄りの位置に設けられ、前記内面における断面が山形をなす排気導入口側内凸部とを備えている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、直方体形状のパッケージを有し、その下部（長手方向の一方の端部）において横方向（側面と交差する方向）から排気を導入し、その上部（長手方向の他方の端部）において横方向（側面と交差する方向）に排気を排出するガスタービンの排気消音器において、排気消音器の小型化と消音性能との両立が可能となり、特に、排気消音器の高さ方向（長手方向）のサイズを小さくすることができる。また、ガスタービンを発生源とするガスタービン騒音の低減に加えて排気の流れに起因する流体騒音の低減の効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービンと、同ガスタービンに接続された排気消音器の斜視図である。
【図２】分図（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る排気消音器の一部を破断して内部構造を示した斜視図であり、分図（ｂ）は、排気消音器における伝達損失と周波数の関係を示す図であり、分図（ｃ）は、排気消音器のパッケージ内における空気の振動を模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態に係る排気消音器のバリエーションを示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る排気消音器の作用を示す図であり、排気消音器の内部における排気の流れを、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics）に基づく解析ソフトウエアを利用して可視化した流線図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る排気消音器の作用を示す図であり、排気消音器の内部における排気騒音のエネルギーの大きさを、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics）に基づく解析ソフトウエアを利用して可視化したコンター図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る排気消音器の作用を示す図であり、排気消音器の内部における排気の流れを、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics）に基づく解析ソフトウエアを利用して可視化して示した流線図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る排気消音器の一部を破断して内部構造を示した斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る排気消音器の作用を示す図であり、排気消音器の内部における排気騒音のエネルギーの大きさを、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics）に基づく解析ソフトウエアを利用して可視化したコンター図である。
【図９】各実施形態に対する比較例である排気消音器の一部を破断して内部構造を示した斜視図である。
【図１０】比較例である排気消音器の作用を示す図であり、排気消音器の内部における排気の流れを、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics）に基づく解析ソフトウエアを利用して可視化した流線図である。
【図１１】比較例である排気消音器の作用を示す図であり、排気消音器の内部における排気騒音のエネルギーの大きさを、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics）に基づく解析ソフトウエアを利用して可視化したコンター図である。
【図１２】分図（ａ）は、比較例である排気消音器において騒音源の検討に用いた図であって、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics）に基づく解析ソフトウエアを利用して排気消音器の内部における流速を可視化したコンター図であり、分図（ｂ）は、同じくエネルギーの大小を可視化したコンター図である。
【図１３】第1 実施形態と比較例について、実際に試作した装置によって騒音レベルの評価試験を行った結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図５を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るガスタービン設備の概要を示している。このガスタービン設備は屋外設置タイプであり、ガスタービン１と、ガスタービン１の排気系に接続された排気消音器２を含んでいる。ガスタービン１は、共通台床３の上に防振装置を介して設置されている。ガスタービン１の出力軸には減速機４を介して発電機５が接続されている。これらガスタービン１及び発電機５等は共通のエンクロージャ６に覆われている。図１ではエンクロージャ６の一部を破断して内部の構造を示している。
【００１９】
図１及び図２（ａ）に示すように、第１実施形態における排気消音器２は、上下方向に長い直方体形状のパッケージ７を有している。パッケージ７の断面構造を示す図２（ａ）から理解されるように、このパッケージ７の一側面の下部には、排気導入口８が設けられている。排気導入口８はガスタービン１の排気口に接続されており、外部横方向、すなわち側面に交差する方向から流れてくるガスタービン１の排気をパッケージ７内に導入することができる。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、パッケージ７の内部において、排気導入口８には排気拡散器９が接続されている。排気拡散器９は、排気の流れが直接パッケージ７の内壁面に衝突することによる後述する吸音材等の壁面材料の損傷を防止する。排気拡散器９は、通常の場合、複数のスリット又は孔を設けた円筒部と、円筒部材の端部開口を塞ぐ円盤状の閉塞部とを有する構造を備え、排気を円筒の周方向に拡散する機能を有する。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、パッケージ７の側面の上部には排気排出口１０が設けられている。本実施形態では、排気排出口１０は、前記排気導入口８の設けられた側面と対向する側面に設けられている。排気排出口１０は、外部横方向、すなわちガスタービン１の排気を側面に交差する方向に沿ってパッケージ７の外に排出することができる。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、パッケージ７の外部において、排気排出口１０の開口には、排気案内路としての排気フード１１が接続されている。排気フード１１は、水平方向に排出される排気を上方に向けるような屈曲形状を有しており、詳細は図示しないが、雨水が排気消音器２のパッケージ７内部へ侵入するのを防ぐためにドレンが備えられている。
【００２３】
なお、屋内に設置されるガスタービン設備の場合には、排気排出口１０が開口しているパッケージ７の外面には、建物内の排気案内路である排気ダクトが接続されている。排気消音器２からの排気は、排気排出口１０から排気ダクトを経て屋外に排出される。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、パッケージ７の内面において、排気排出口１０が設けられたパッケージ７の側面の直下の位置には、パッケージ７の内面が山形をなすように内側に向けて突出した上側内凸部１２が設けられている。また、上側内凸部１２が設けられた側面と対向する側面の内面には、上側内凸部１２よりも相対的に下方の位置に、パッケージ７の内面が山形をなすように内側に向けて突出した下側内凸部１３が設けられている。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、上側内凸部１２は、山形の凸部であるから２つの傾斜した面を有しており、相対的に下側の面を下向傾斜面１４と称する。下向傾斜面１４とは、パッケージ７の内側における垂線の向きが水平よりも下方に向く傾斜面であることを意味する。また、下側内凸部１３は、山形の凸部であるから２つの傾斜した面を有しており、相対的に上側の面を上向傾斜面１５と称する。上向傾斜面１５とは、パッケージ７の内側における垂線の向きが水平よりも上方に向く傾斜面であることを意味する。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、上側内凸部１２の相対的に上側の面を上向傾斜面１６と称する。上向傾斜面１６とは、前記上向傾斜面１５と同様、パッケージ７の内側における垂線の向きが水平よりも上方に向く傾斜面であることを意味する。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、上側内凸部１２の下向傾斜面１４と、下側内凸部１３の上向傾斜面１５は、互いに略平行となっており、排気の流路幅が一定の間隔Ｄとなる傾斜流路１７を形成している。この傾斜流路１７は、パッケージ７の内側において、上方に向かうにつれて排気排出口１０が設けられた側面と対向する側面に接近するように傾斜している。
【００２８】
図示はしないが、上側内凸部１２と下側内凸部１３の表面を含むパッケージ７の内面には、ロックウールの表面にパンチングメタルを配した吸音材が貼られている。なお、排気消音器２に要求される騒音のレベルによっては、パッケージ７の内面への吸音材の設置が省略され、パッケージ７の本体を構成する鉄板のままでよい場合もありうる。
【００２９】
本実施形態の排気消音器２は、パッケージ７の内面に吸音材を設けた吸音ダクト形消音器である。この種の消音器の伝達損失は、吸音材の吸音率に比例して大きくなるとともに、図２（ｂ）に示すように、ガスタービン原音の波長（または、高い消音効果を得たい音の波長）をλとした場合、パッケージ７の排気の流路幅がλ／２〜λの範囲となる周波数の範囲（ｃ／２Ｄ〜ｃ／Ｄ、ｃは音速）で最大の伝達損失が得られる。すなわち、この範囲内で最も高い消音効果が得られる。これは、パッケージ７の寸法がλ／２及びλに等しい場合、その中を音波が伝わるときの空気の振動が、図２（ｃ）に示すように、吸音材を張ったところで大きくなるためである。本実施形態のより良好な例としては、傾斜流路１７における下向傾斜面１４と上向傾斜面１５の間隔である排気の流路幅Ｄを、本実施形態のガスタービン１の原音の波長をλとすると、λ／２〜λの範囲に設定した場合であり、このとき最も高い消音効果が得られる。また、ガスタービン１の原音の波長λがパッケージ７の寸法と比較して短い場合には、図３に示す第１実施形態のバリエーションのように、吸音材を配したスプリッタ２０により排気の流路を分割して最適な流路幅Ｄとすることができる。なお、排気消音器はガスタービン騒音と流体騒音のトータルでの消音効果が重要であり、傾斜流路１７の位置での吸音効果の最適化を狙わず、排気の流路幅Ｄを最大４λとした場合であっても、実用上で良好な消音効果が得られている。
【００３０】
図４は、本実施形態の排気消音器２の内部における排気の流れを、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics、略してＣＦＤ）に基づく解析ソフトウエアを利用して可視化した流線図である。本実施形態のようなガスタービン設備の排気消音器２では、効果的な消音のためには次の２点が重要である。
１）ガスタービン１にて発生し排気導入口８を通って排気消音器２に導かれたガスタービン原音を充分に消音すること。
２）排気消音器２の排気導入口８から排気排出口１０（排気フード１１、排気ダクトを含む）までの間で音を発生させないこと。
【００３１】
前述した通り、傾斜流路１７の間隔Ｄは、ガスタービン原音の中で音圧が最も大きい周波数成分（又は消音効果を得たい周波数成分）にあわせて伝達損失が得られるようにされている。ガスタービン１はコンプレッサ及びタービンを備えており、コンプレッサ及びタービンは、それぞれ、その羽根枚数と回転数の積で定まる周波数のガスタービン原音を発生させているが、本実施形態の排気消音器２によれば、その中で最も音圧の高い周波数成分の音を消音することができる。
【００３２】
図４に示すように、排気導入口８から間隔Ｄの傾斜流路１７を通過して排気排出口１０に至るまでに排気の速度は減衰している。さらに、間隔Ｄの傾斜流路１７において、大部分の排気の流れは、傾斜流路１７と同一方向に整えられるとともに、排気排出口１０とは反対側の側面方向に向けられており、上記伝達損失のメカニズムにより、ガスタービン原音中の卓越した周波数成分は効果的に減衰している。
【００３３】
図４に示すように、傾斜流路１７を通過した排気の流れは、上向傾斜面１６の働きにより、後述する流体騒音の原因となる速度差を押さえつつ、排気排出口１０方向に流れを整えている。
【００３４】
図５は、本実施形態の排気消音器２における排気騒音のエネルギーの大きさをＣＦＤの手法により解析して可視化した図である。この解析では、排気消音器２の排気導入口８から排気排出口１０（排気フード１１、排気ダクトを含む）までの間で発生する音（流体騒音）をシミュレーションにより評価しており、この流体騒音にはガスタービン原音の成分は含まれない。この例によれば、排気導入口８から間隔Ｄの傾斜流路１７を通過して排気排出口１０に至るまでに排気のエネルギーが減衰している。排気フード１１の出口付近（図中Ａ）での騒音の大きさは約８５ｄＢとなっており、後に比較する比較例に対し１０ｄＢの騒音低減の効果が得られた。
【００３５】
なお、図４、図６及び図１０に示されたＣＦＤの解析ソフトウエアを利用して排気の流れを可視化した図では、流速を連続的に変化する色で表している。すなわち、値が最も小さい青から最も大きい赤の範囲において、光のスペクトルのように連続的又は複数段で変化する色により、排気消音器２内の各位置における流速を示している。ところが、本願に添付した図面はモノクロであるため、これらの色彩は表現されておらず、各色の明度のみが表示されている。
【００３６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態の排気消音器２ａを、第１実施形態の図４に相当する図６を参照して説明する。
前述した第１実施形態においては、排気消音器２の内面上部であって、排気排出口１０が設けられている側と反対側は、直方体形状のパッケージ７の角部となっている。このような形状は、排気消音器２の内部の流体流路の断面積が変化するため、膨張型消音器の効果を強く得るために有効であり、ガスタービン原音が大きい場合に適している。
【００３７】
図６に、第２実施形態の排気消音器２ａにおける排気の流れを可視化した図を示す。第２実施形態では、排気消音器２ａのパッケージ７ａの内面上部であって、排気排出口１０が設けられている側と反対側は、曲面が曲面形状（Ｒ形状）の案内部１８となっている。第２実施形態は、流体騒音が問題となる場合により有効である。
【００３８】
［第３実施形態］
図７及び図８を参照して第３実施形態の排気消音器２ｂを説明する。
図７に示すように、第３実施形態では、排気消音器２ｂのパッケージ７ｂの側面の下部に、外部横方向よりガスタービン１の排気を導入する排気導入口８が設けられる構造は第１実施形態と同一である。一方、排気排出口１０は、前記排気導入口８が設けられた側面と同一の側面において、側面の上部に設けられている。
【００３９】
図８は、本実施形態の排気消音器２における排気騒音のエネルギーの大きさをＣＦＤの手法により解析して可視化した図である。この解析では、排気消音器２ｂの排気導入口８から排気排出口１０（排気フード１１、排気ダクトを含む）までの間で発生する音（流体騒音）をシミュレーションにより評価しており、この流体騒音にはガスタービン原音の成分は含まれない。この例によれば、排気フード１１の出口付近（図中Ｂ）の騒音の大きさは約８５ｄＢであり、後に比較する比較例に対し１０ｄＢの騒音低減の効果が得られた。
【００４０】
また、本実施形態によれば、排気導入口８と排気排出口１０がパッケージ７ｂの同一側面に設けられているため、排気導入口８と排気排出口１０がパッケージ７ｂから突出している方向に関する長さが、第１実施形態及び第２実施形態の場合よりも小さくなっているため、これらよりも設置スペースが小さくて済む。
【００４１】
［比較例］
以上、第１実施形態から第３実施形態を説明したが、これら各実施形態の特徴を具備しない排気消音器の一例を「比較例」と称して以下に説明する。
図９に、比較例の排気消音器２０の一部破断斜視図を示す。この比較例では、排気消音器２０のパッケージ２７の内面形状は、前記各実施形態のような上側内凸部１２、下側内凸部１３を備えず、パッケージ７，７ａ，７ｂの外面と同様、直方体の内面のような凹凸のない平坦な内面形状とされている。そして、ガスタービン１からの騒音に対し、吸音材による吸音効果をより発揮するために、吸音材を配したスプリッタ２１がパッケージ７の内側の煙道内に取り付けられている。スプリッタ２１は、複数枚の平板から構成されており、各平板は等間隔をおいてパッケージ２７の長手方向（図では縦方向）に平行となるようにパッケージ２７の一対の側面間に取り付けられている。
【００４２】
図１０に、比較例における排気の流れをＣＦＤの手法で可視化した図を示す。
図１０に示すように、比較例の排気消音器２０の煙道７０内では、排気はほとんどが図中右側のみを流れており、この部分の流れは、煙道７０の図中左側の流れと比べると流速、流速差ともに大きく、流体騒音の発生が大きい状態となっている。このような排気の流れにむらがある状態は、図４に示す第１実施形態及び図６に示す第２実施形態のようにむらが少ない状態と比較すれば、これらと明らかな違いがあることが容易に理解できるであろう。
【００４３】
図１０に示すように、煙道７０の上方にある屈曲部８０においても、排気の流れの慣性力により、排気の流れはスムーズに曲がることができずに速度差を生じており、流体騒音の発生が大きい状態となっている。
【００４４】
このように、比較例においては、排気の流れは、全体として均一性、統一性の傾向が低く、多様な方向成分を持ち、速度差が大きいまま排気排出口９０に到達しているため、流体騒音が発生している。これらの流体騒音がパッケージの内部で発生しているものであるのに対し、図９に示すように排気フード１１に入る排気の流れが整流化されていないため、後に詳述するように、この排気フード１１付近においても流体騒音が発生しており、これが騒音原の大きな原因になっていると考えられる。
【００４５】
図１１は、比較例における排気騒音のエネルギーの大きさを、ＣＦＤの手法により解析して可視化した図である。第１実施形態の図５では排気導入口８から排気排出口１０に至る過程でエネルギーが急速に減少しているのに対し、比較例の図１１では、パッケージ内でのエネルギーの分布が不均一であり、排気排出口９０付近に至ってもエネルギーが大きい領域があり騒音源となっている。具体的には、比較例では排気ダクト１１の出口付近（図中Ｃ）の騒音の大きさは約９５ｄＢであり、各実施形態に対して約１０ｄＢも大きいものとなっている。
【００４６】
図１２は、比較例の排気消音器２０において、問題となっている騒音の発生メカニズムや騒音の発生位置等の検討に使用したＣＦＤによる可視化図である。図１２（ａ）は、排気消音器２０のパッケージの上部、排気排出口９０、排気ダクト１１及び排気ダクト１１の上部付近における排気の流速を可視化したものであり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）と対応する部分における排気騒音のエネルギーの大きさを可視化したものである。
【００４７】
両図を対比すると、流速の分布に大きな差（速度勾配）が生じている２つの領域Ｓ１，Ｓ２において、排気騒音のエネルギーが大きくなっているのが観察できる。
すなわち、図１２（ａ）において、図中略円形の破線で示す領域Ｓ１では、特に下方に流速が相対的に大きい濃い部分があるのに対し、これより上方には流速が相対的に小さい薄い部分がある。また、図中縦長長円形の破線で示す領域Ｓ２では、特に右縁に流速が相対的に大きい濃い部分があるのに対し、これより左方には流速が相対的に小さい薄い部分がある。
【００４８】
図１２（ｂ）に示すように、前述のように速度勾配が生じている領域Ｓ１及び領域Ｓ２では、排気騒音のエネルギーが大きくなっている。特に、領域Ｓ２は領域Ｓ１よりも大きく、その右縁にエネルギーが特に大きい部分が縦に長く存在している（図中、周囲よりも黒く表示されている部分）。この結果は、流速が早く、且つ周囲に対して流速差が生じる場合には、流体の流れが原因となって流体騒音が生じていると解釈できる。
【００４９】
先に図１０を参照して説明したように、比較例では、排気の流れが整流化されていないため、流速にも不均一が生じている。図１０に示したように、排気排出口９０の下方において、パッケージの内壁に沿って顕著に流速が速い排気の帯ができており、その速い排気の帯が排気排出口９０、排気ダクト１１を経て排気ダクト１１の上部の外界につながっている。排気ダクト１１の出口付近において発生する流体騒音は、そのまま外界に放出されるため、騒音が増大する要因になっていると考えられる。
【００５０】
［第１実施形態と比較例の比較］
本実施形態の効果を確認するため、第１実施形態による排気消音器２と、比較例による排気消音器２０をそれぞれ実際に試作した。パッケージのサイズは、排気流入方向の奥行きを１２００ｍｍ、奥行きと直交する幅を１５００ｍｍ、高さを４０００ｍｍとした。第１実施形態における排気の流路幅Ｄは７００ｍｍとした。排気フード１１の開口面から水平方向に１ｍ離れた位置に騒音計を設置した。各排気消音器２，２０の排気導入口８にガスタービン１の排気口を接続し、一定の条件で運転し、騒音計で騒音を測定する評価試験を行った。
【００５１】
図１３は、上述した騒音の測定結果を示すグラフである。
一般に騒音の評価を行う場合には騒音分析（周波数分析）が必要とされているが、人の耳に感じる周波数特性は等比的であるため、周波数比が２倍となる音程であるオクターブを基準として音圧レベルを測定すれば、人が感じる騒音の評価に適合する。この比較では、計測対象の騒音に対し、図１３の横軸に示すように可聴周波数の周波数範囲における１／３オクターブバンドごとに、図１３の縦軸に示すように各々の帯域毎の音圧レベルを求めた。なお、オクターブバンドとは、ある周波数を中心にして上限と下限の周波数比が１オクターブとなる周波数の帯域（バンド）のことであり、その中心の周波数をオクターブバンド中心周波数と呼び、オクターブバンドを１／３に分割したものを１／３オクターブバンドとよぶ。
【００５２】
図１３に示すように、第１実施形態の排気消音器２では、ほぼ全域の周波数で騒音レベルの改善が見られた。ガスタービン原音の領域に相当する１０００〜２０００Ｈｚ付近では２〜５ｄＢ程度の騒音低減の効果が得られ、流体騒音の影響が大きい４００Ｈｚ付近では１０ｄＢ程度の騒音低減の効果が得られた。
【００５３】
［本発明の特徴及び各実施形態の効果］
ガスタービンの排気消音器においては、従来より、ガスタービンを発生源とするガスタービン原音を低減するために吸音材や膨張室チャンバーが利用されている。このガスタービン原音以外の騒音源として、本願発明者は、排気の流れに起因する流体騒音が、ガスタービンの消音器の出口付近での騒音のレベルに支配的な影響を与えていることを発見した。また、単純に流体の速度が早いだけではなく、流体の速度差が局所的に生じている場合に、流体騒音が発生することも発見した。
【００５４】
そして、本願発明者は、これらの発見を踏まえて鋭意研究を継続した結果、排気の流れには慣性があるため排気の流れをスムーズに曲げて流速差を少なくすれば流体騒音の低減を図ることができる、との知見に到達するに至った。
【００５５】
また、本願発明者は、ガスタービン原音の伝達については慣性の影響は相対的に少ないため、直角箱形状の内面などによる曲がりの部分を意図的に設ければ、吸音材による吸音効果や、膨張型消音器の原理による消音の効果をより大きくできる、との知見にも到達するに至った。
【００５６】
本発明は上述した本願発明者の発見と、その発見に対する知見に基づいてなされたものであり、これを実現した前記実施形態によれば、横方向に開口する排気排出口１０の直下に上側内凸部１２を設け、排気排出口１０付近で乱流が発生するのを抑制して流体騒音を低減することができる。また、上側内凸部１２と下側内凸部１３によって形成された傾斜流路１７により排気の流れを整流して流体騒音を低減することができる。さらに、傾斜流路１７をパッケージ７において排気排出口１０の設けられた側面と対向する側面に向けて傾斜させることで、ガスタービン１を発生源とするガスタービン１騒音が、排気排出口１０の側に直接向かう割合を減らし、騒音を低減することができる。
【００５７】
さらにまた、前記実施形態によれば、直方体のパッケージ７を有し、横方向から排気を受入れ、横方向に排気を排出する形態のガスタービン１の排気消音器２において、特に消音器の高さの低減の要請が強い場合に排気消音器２の小型化と消音性能との両立が可能となるという実用上重要な効果が得られる。
【００５８】
なお、以上説明した実施形態では、排気消音器２の直方体のパッケージ７を縦長の態様で配置したが、直方体のパッケージ７を横長の態様で配置した場合でも効果は同様である。すなわち、直方体のパッケージ７を、最長辺が水平方向に平行となるように配置し、パッケージ７に対して排気が垂直方向から導入され、垂直方向から排出されるような設置態様の排気消音器２でも、実施形態と同等の消音の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５９】
１…ガスタービン
２，２ａ，２ｂ…排気消音器
７，７ａ，７ｂ…パッケージ
８…排気導入口
１０…排気排出口
１２…上側内凸部
１３…下側内凸部
１４…下向傾斜面
１５…上向傾斜面
１７…傾斜流路
２０…比較例の排気消音器
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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