(57)【要約】【課題】柱共鳴に基づく燃焼振動を効果的に抑制することができる燃焼器を提供する。【解決手段】燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスＧが流通するとともに下流側の端部である出口４５がタービンの入口に接続される燃焼筒４４を有する燃焼器本体４１と、前記燃焼筒４４の前記出口４５に該燃焼器４０の外周側から一端が接続された導入管５１、及び、該導入管５１の他端に接続されて該導入管５１内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバ５２を有する音響デバイス５０と、を備える。【選択図】図２
2019120443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスが流通するとともに下流側の端部である出口がタービンの入口に接続される燃焼筒を有する燃焼器本体と、
前記燃焼筒の前記出口に該燃焼器の外周側から一端が接続された導入管、及び、該導入管の他端に接続されて該導入管内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバを有する音響デバイスと、
を備える燃焼器。
【請求項２】
燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスが流通するとともに下流側の端部である出口がタービンの入口に接続される燃焼筒を有する燃焼器本体と、
前記燃焼筒における前記出口から上流側に向かって燃焼振動の波長の１／４波長の領域に、該燃焼器の外周側から一端が接続された導入管、及び、該導入管の他端に接続されて該導入管内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバを有する音響デバイスと、
を備える燃焼器。
【請求項３】
燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスが流通するとともに下流側の端部である出口がタービンの入口に接続される燃焼筒を有する燃焼器本体と、
前記燃焼筒内における前記燃料の燃焼反応が起こる燃焼領域よりも下流側の非燃焼領域に、該燃焼器の外周側から一端が接続された導入管、及び、該導入管の他端に接続されて該導入管内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバを有する音響デバイスと、
を備える燃焼器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼器と、
前記燃焼器が生成する燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
を備えるガスタービン。
【請求項５】
軸線を中心とした環状の流路を有し、該流路内に配置された第一段目の静翼段、及び、該第一段目の静翼段の下流側に配置されるとともに前記軸線回りに回転する第一段目の動翼段を有するタービンと、
前記軸線の周方向に間隔をあけて複数が設けられた燃焼器であって、燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスが流通するとともに下流側の端部である出口が前記タービンの前記流路の入口に接続される燃焼筒を有する燃焼器と、
前記タービンの前記流路における前記第一段目の静翼段と前記第一段目の動翼段の間に一端が接続された導入管、及び、該導入管の他端に接続されて該導入管内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバを有する音響デバイスと、
を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器及びガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンを構成する燃焼器は、圧縮機によって生成された圧縮空気が導入される車室内部に設けられている。燃焼器は、筒状をなす燃焼筒の内部で高温かつ高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼器は、燃焼ガスが供給されるタービンの周方向に複数個が互いに隣接するように配置されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、燃焼器に音響管を取り付けることによって、燃焼器の運転時に発生する燃焼振動を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７７５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、燃焼器では、燃焼ガスが流通する流路内での音波の反射に起因する気柱共鳴が発生する場合がある。この気柱共鳴は、流路内に反射境界が存在することで生成される後退波と進行波とが互いに干渉することで発生する。気柱共鳴が発生すると、複数の燃焼器が連成した音響モードでの燃焼振動が発生する場合がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、気柱共鳴に基づく燃焼振動を効果的に抑制することができる燃焼器及びガスタービン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】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の一態様に係る燃焼器は燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスが流通するとともに下流側の端部である出口がタービンの入口に接続される燃焼筒を有する燃焼器本体と、前記燃焼筒の前記出口に該燃焼器の外周側から一端が接続された導入管、及び、該導入管の他端に接続されて該導入管内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバを有する音響デバイスと、を備える。
【０００８】
一般に、相対的に流路断面積の小さい燃焼筒内の空間と相対的に流路断面積の大きいタービン内の空間とでは、音響インピーダンスが大きく異なる。このように音響インピーダンスが異なる空間の間の音響的な境界は、進行波が反射されることで生成される後退波のエネルギーが大きい反射境界とされる。即ち、燃焼器本体の末端である燃焼筒の出口は、反射境界とされる。
本態様では、燃焼筒の出口に音響デバイスの導入管の一端が接続されている。そのため、上記境界の音響インピーダンスを直接的に調整することができる。特に、音響デバイスによって上記境界の音響インピーダンスをρｃ（ρは燃焼ガスの密度、ｃは燃焼ガスの速度）に近づけることによって、上記境界を無反射境界とすることができる。これによって、後退波の生成を抑えることができる。
また、導入管の他端には該導入管の流路よりも広がる音響空間を有するチャンバが接続されている。そのため、音響デバイスに導入される音圧による該音響デバイス内の流体の変位は、チャンバを有していない場に比べて小さくなる。その結果、音響デバイスでの音響抵抗を小さくすることができるため、該音響デバイスによる上記境界での音響インピーダンスの調整幅を大きくすることができる。
【０００９】
本発明の一態様に係る燃焼器は、燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスが流通するとともに下流側の端部である出口がタービンの入口に接続される燃焼筒を有する燃焼器本体と、前記燃焼筒における前記出口から上流側に向かって燃焼振動の波長の１／４波長の領域に、該燃焼器の外周側から一端が接続された導入管、及び、該導入管の他端に接続されて該導入管内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバを有する音響デバイスと、を備えていてもよい。
【００１０】
燃焼筒内における上記の領域は、比較的音圧が高く、かつ、燃焼振動の波長が同位相の範囲となる。このような領域に音響デバイスの導入管を接続する場合には、当該接続箇所での音響インピーダンスの調整が設計上容易である。これによって、燃焼筒内の上記領域に反射境界が存在する場合であっても、当該反射境界を無反射境界に容易に近づけることができる。
【００１１】
本発明の一態様に係る燃焼器は、燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスが流通するとともに下流側の端部である出口がタービンの入口に接続される燃焼筒を有する燃焼器本体と、前記燃焼筒内における前記燃料の燃焼反応が起こる燃焼領域よりも下流側の非燃焼領域に、該燃焼器の外周側から一端が接続された導入管、及び、該導入管の他端に接続されて該導入管内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバを有する音響デバイスと、を備えていてもよい。
【００１２】
燃焼筒内の燃焼領域では燃焼反応が行われているため上記ρ及びｃは安定しない。一方、燃焼領域の下流側、即ち、火炎面よりも下流側の非燃焼領域では、燃焼反応がないため、ρ及びｃが安定する。このような領域に音響デバイスの導入管を接続する場合には、当該接続箇所での音響インピーダンスの調整が設計上容易である。即ち、音響デバイスを接続した箇所における音響インピーダンスを容易にρｃに近づけることができる。これによって、燃料領域の下流側に反射境界が存在する場合には、当該反射境界を無反射境界に容易に近づけることができる。
【００１３】
本発明の一態様に係るガスタービンは、上記いずれかの燃焼器と、前記燃焼器が生成する燃焼ガスによって駆動されるタービンと、を備える。
【００１４】
本発明の一態様に係るガスタービンは、軸線を中心とした環状の流路を有し、該流路内に配置された第一段目の静翼段、及び、該第一段目の静翼段の下流側に配置されるとともに前記軸線回りに回転する第一段目の動翼段を有するタービンと、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数が設けられた燃焼器であって、燃料を噴射する燃料ノズル、及び、前記燃料が燃焼することで生成される燃焼ガスが流通するとともに下流側の端部である出口が前記タービンの前記流路の入口に接続される燃焼筒を有する燃焼器と、前記タービンの前記流路における前記第一段目の静翼段と前記第一段目の動翼段の間に一端が接続された導入管、及び、該導入管の他端に接続されて該導入管内の流路から広がる音響空間を内側に形成するチャンバを有する音響デバイスと、を備えていてもよい。
【００１５】
タービンの流路内における第一段目の静翼段と第一段目の動翼段の間の領域では、第一段目の動翼段により燃焼ガスの流速が急激に上昇するため、音響インピーダンスが大きく変化する。したがって、このような領域には音響的な境界として反射境界が生成される場合がある。
本態様では、このような第一段目の静翼段と第一段目の動翼段の間の領域に音響デバイスの導入管の一端が接続されている。そのため、上記境界の音響インピーダンスを直接的に調整することができる。これによって、後退波の生成を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、気柱共鳴に基づく燃焼振動を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの部分的な縦断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの音響インピーダンス調整の理論を説明するための第一の模式図である。
【図４】比較例の音響管における共鳴周波数と音響インピーダンスとの関係を示す図である。
【図５】第一実施形態の音響デバイスにおける共鳴周波数と音響インピーダンスとの関係を示す図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの部分的な縦断面図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの部分的な縦断面図である。
【図８】本発明の第四実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの部分的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る第一実施形態について図１から図４を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、高圧空気を生成する圧縮機１０と、燃焼ガスによって駆動されるタービン３０と、高圧空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器４０とを備えている。
【００１９】
圧縮機１０は、軸線Ｏ回りに回転する圧縮機ロータ１１と、圧縮機ロータ１１を外周側から覆う圧縮機ケーシング１２と、を有している。圧縮機ロータ１１は、軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。圧縮機ロータ１１の外周面上には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼段１３が設けられている。各圧縮機動翼段１３は、圧縮機ロータ１１の外周面上で軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼１４を有している。
【００２０】
圧縮機ケーシング１２は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。圧縮機ケーシング１２の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼段１５が設けられている。これらの圧縮機静翼段１５は、上記の圧縮機動翼段１３に対して、軸線Ｏ方向から見て交互に配列されている。各圧縮機静翼段１５は、圧縮機ケーシング１２の内周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼１６を有している。
【００２１】
タービン３０は、軸線Ｏ回りに回転するタービンロータ３１と、タービンロータ３１を外周側から覆うタービンケーシング３２と、を有している。タービンロータ３１は、軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。タービンロータ３１の外周面上には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段３３が設けられている。各タービン動翼段３３は、タービンロータ３１の外周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼を有している。このタービンロータ３１は、上記の圧縮機ロータ１１に対して軸線Ｏ方向に一体に連結されることで、ガスタービンロータ２を形成する。
【００２２】
タービンケーシング３２は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。タービンケーシング３２の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼段３５が設けられている。これらのタービン静翼段３５は、各タービン動翼段３３の上流側にこれら各タービン動翼段３３に一対一で対応するように設けられている。これにより、タービン静翼段３５とタービン動翼段３３は軸線Ｏ方向に交互に配置されている。各タービン静翼段３５は、タービンケーシング３２の内周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼を有している。タービンケーシング３２は、上記の圧縮機ケーシング１２に対して軸線Ｏ方向に連結されることで、ガスタービンケーシング３を形成する。すなわち、上記のガスタービンロータ２は、このガスタービンケーシング３内で、軸線Ｏ回りに一体に回転可能とされている。
【００２３】
次に燃焼器４０について図２を参照して説明する。燃焼器４０は、ガスタービンケーシング３における圧縮機ケーシング１２とタービンケーシング３２との連結部分の内側に形成された車室内空間Ｒ内に設けられている。燃焼器４０は、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて複数が設けられている。本実施形態の燃焼器４０は、燃焼器本体４１と該燃焼器本体４１に接続された音響デバイス５０とから構成されている。
【００２４】
燃焼器本体４１は、ノズル支持筒４２、燃料ノズル４３及び燃焼筒４４を有している。
ノズル支持筒４２は、円筒状の部材であって該筒状の一端が圧縮機ケーシング１２に固定されている。ノズル支持筒４２は、圧縮機ケーシング１２との固定箇所から、車室内空間Ｒの内側に向かって延びている。ノズル支持筒４２は、軸線Ｏ方向一方側（図２における右側）に向かうに従って径方向内側に向かって延びるように傾斜した姿勢で配置されている。ノズル支持筒４２における圧縮機ケーシング１２との固定箇所側の部分には、車室内空間Ｒからノズル支持筒４２内に高圧空気を導入可能な連通部が形成されている。
【００２５】
燃料ノズル４３は、ノズル支持筒４２内で該ノズル支持筒４２に支持されるように設けられている。燃料ノズル４３は、ノズル支持筒４２の延在方向に平行な棒状をなしている。燃料ノズル４３は、ノズル支持筒４２内で互いに間隔をあけて複数が設けられている。燃料ノズル４３は、外部から導入される燃料をノズル支持筒４２内で噴出する。本実施形態では燃料ノズル４３として、ノズル支持筒４２の中心に配置されたパイロットノズル４３ａ、及び、該パイロットノズル４３ａの外周側でノズル支持筒４２の周方向に間隔をあけて複数が配置された複数のメインノズル４３ｂが設けられている。
【００２６】
燃焼筒４４は、筒状をなす部材であって、ノズル支持筒４２の下流側の端部（圧縮機ケーシング１２との固定箇所とは反対側の端部）に該ノズル支持筒４２内に連通するように設けられている。燃焼筒４４は、ノズル支持筒４２と同様に、軸線Ｏ方向一方側に向かうに従って径方向内側に向かって延びている。燃焼筒４４の上流側の端部は、ノズル支持筒４２に接続されており、燃焼筒４４の下流側の端部は、タービン３０の入口に接続されている。燃料筒の下流側の端部を含む部分は、軸線Ｏ方向に沿うように屈曲している。
【００２７】
燃焼筒４４の上流側の端部は、ノズル支持筒４２と同様に断面形状が円形をなしている。燃焼筒４４の下流側の端部の断面形状は、軸線Ｏの周方向及び径方向にそれぞれ辺が延びる矩形状をなしている。燃焼筒４４の断面形状は、上流側から下流側に向かうにしたがって、円形状から矩形状に徐々に遷移している。
【００２８】
圧縮機１０で生成された高圧空気は、ノズル支持筒４２の連通部を介して該ノズル支持筒４２内に導入される。そして、当該高圧空気と燃料ノズル４３から噴出された燃料とがノズル支持筒４２内で混合されることで予混合ガスとなる。そして、燃焼筒４４内で予混合ガスが燃焼することで高温高圧の燃焼ガスＧが生成される。燃焼ガスＧは、燃焼筒４４内を下流側に向かって流通する。そして、燃焼ガスＧは、燃焼筒４４の下流側の端部を出口４５として、タービン３０に導入される。燃焼筒４４の出口４５はタービン３０の入口でもある。
【００２９】
次に音響デバイス５０について説明する。音響デバイス５０は、燃焼器本体４１における燃焼筒４４に接続されるように設けられている。音響デバイス５０はいわゆるρｃチャンバであって、導入管５１及びチャンバ５２を有している。
【００３０】
導入管５１は、管状をなす部材である。導入管５１の一端は、燃焼筒４４の外周側から燃焼筒４４に接続されている。導入管５１の内側の流路と燃焼筒４４の内側の空間とは互いに連通状態とされている。即ち、燃焼筒４４には内外を連通する開口が形成されており、当該開口に導入管５１の一端が接続されている。導入管５１の流路断面積は、延在方向の全域にわたって一定とされている。
【００３１】
本実施形態では、導入管５１の一端は、燃焼筒４４の出口４５に該燃焼筒４４の外周側から接続されている。導入管５１の一端は、燃焼筒４４の下流側の端部に接するように該燃焼筒４４に接続されている。導入管５１の内部の空間は、軸線Ｏの径方向から見て燃焼筒４４の出口４５と重なる位置に配置されている。
【００３２】
導入管５１の一端は燃焼筒４４の外周面における軸線Ｏの径方向内側の部分に接続されている。導入管５１は、一端から燃焼筒４４の上流側に屈曲するように延びている。導入管５１の他端は、燃焼筒４４の上流側に開口している。
【００３３】
チャンバ５２は、内側の空間が音響空間とされた箱状の部材である。チャンバ５２は、導入管５１の他端に接続されている。チャンバ５２の音響空間と導入管５１内の流路とは導入管５１の他端を介して連通状態とされている。
【００３４】
チャンバ５２における音響空間は、導入管５１内の流路から広がるように形成されている。導入管５１の流路断面積を基準とすると、導入管５１内から音響空間内に移行した際に流路断面積は急激に大きくなる。即ち、チャンバ５２の流路断面積（導入管５１の他端の開口の延長方向を流路方向とした場合に当該流路方向に直交する断面積）は、導入管５１よりも十分に大きい。チャンバ５２の容積は、導入管５１の容積よりも十分に大きい。
【００３５】
本実施形態のチャンバ５２は、燃焼筒４４の外周面における軸線Ｏの径方向内側を向く部分に一体に固定されている。チャンバ５２は、導入管５１よりも燃焼筒４４の上流側の部分に固定されている。チャンバ５２の音響空間と燃焼筒４４内の空間とは直接的に連通していない。チャンバ５２の音響空間は、導入管５１を介してのみ、燃焼筒４４内の空間と連通されている。
【００３６】
次に上記構成のガスタービン及び燃焼器４０の作用効果について説明する。
ガスタービン１を運転するに当たっては、まず外部の駆動源によって圧縮機ロータ１１（ガスタービンロータ２）を回転駆動する。圧縮機ロータ１１の回転に伴って外部の空気が順次圧縮され、高圧空気が生成される。この高圧空気は、圧縮機ケーシング１２内部の空間を通じて燃焼器４００内に供給される。
【００３７】
燃焼器本体４１の燃焼筒４４内では、燃料ノズル４３４３から供給された燃料が高圧空気に混合されて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスＧが生成される。燃焼ガスＧは、燃焼筒４４内を下流側に進行し燃焼筒４４の出口４５を介してタービン３０内に導入される。タービン３０内では、タービン静翼段３４及びタービン動翼段３３に燃焼ガスＧが順次衝突することで、タービンロータ３１（ガスタービンロータ２）に対して回転駆動力が与えられる。この回転エネルギーは、軸端に連結された発電機Ｐ等の駆動に利用される。そして、燃焼ガスＧは、最終段のタービン動翼段３３を経て、排気ディフューザを介して外部に排出される。
【００３８】
ここで一般に、相対的に流路断面積の小さい燃焼筒４４内の空間と相対的に流路断面積の大きいタービン３０内の空間とでは、音響インピーダンスが大きく異なる。このように音響インピーダンスが異なる空間の間の音響的な境界は、進行波が反射されることで生成される後退波のエネルギーが大きい反射境界とされる。図３（ａ）に示すように、仮に音響デバイス５０を備えていない構成とした場合、燃焼器本体４１の末端である燃焼筒４４の出口４５は、反射境界とされる。このような反射境界が存在すると、燃焼筒４４内の下流側に向かって進む進行波が反射境界で反射することで進行波とは逆向きに進む後退波が発生する。そして、進行波と後退波とが互いに干渉することで気柱共鳴が発生する結果、複数の燃焼器４０が連成した音響モードでの燃焼振動が発生する場合がある。
【００３９】
これに対して、本実施形態では音響デバイス５０が設けられているため、反射境界を無反射境界に近づけることができ、これによって後退波の発生を抑制できる。
即ち、図３（ｂ）に示すように、燃焼筒４４固有の出口４５における流路断面積をＡ０、音響インピーダンスをＺ０とする。音響デバイス５０の断面積をＡ１、音響インピーダンスをＺ１とする。そして、音響デバイス５０が設けられたことによって変化した燃焼筒４４の出口４５における音響インピーダンスをＺ０１とすると、以下（１）式が成立する。
【００４０】
【数１】
2019120443.tif 000003
【００４１】
ここで、Ｚ０１の値がρｃとなれば、燃焼筒４４の出口４５は無反射境界となる。ここで、ρは燃焼ガスＧの密度、ｃは燃焼ガスＧの速度である。したがって、燃焼デバイスの設計を、Ｚ０１がρｃに近づくように設計を行うことで、燃焼筒４４の出口４５を無反射境界に近づけることができる。その結果、後退波の生成を抑え、気柱共鳴及び燃焼振動の発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、音響インピーダンスは一般的に実数と虚数との和をして表すことができる。燃焼筒４４の出口４５は、タービン側の広い空間に対して開とされているため、音圧はゼロに近く、虚数部もゼロに近くなる。したがって、上記Ｚ０を実数として見なすことができる。したがって、音響インピーダンスＺ０１をρｃに近づける設計をする際に、Ｚ０の虚数の影響を考慮する必要がない。そのため、設計をより容易に行うことができる。
【００４３】
ここで仮に、例えば図４（ａ）に示すように、本実施形態の音響デバイス５０に変えて一様な断面形状（延在方向に直交する断面形状）の音響管１００を用いた場合、音響デバイス１００に導入される音圧による該音響管内の流体の体積変位ΔＶは、比較的大きなものとなる。このように音響管内の体積変位ΔＶが大きいと、音圧の周波数によっては音響管に導入される音圧の音響抵抗が大きくなる。即ち、図４（ｂ）に示すように、音圧が共鳴周波数（音響管の長さに対応する値）付近の場合には、燃焼筒４４の出口４５での音響インピーダンスＺ１を小さくできるものの、共鳴周波数から少しでも外れれば、音響インピーダンスＺ１を小さくすることはできない。即ち、適用範囲が非常に狭いものとなる。
【００４４】
これに対して本実施形態では、図５（ａ）に示すように、導入管５１の他端には該導入管５１の流路よりも広がる音響空間を有するチャンバ５２が接続されている。そのため、音響デバイス５０に導入される音圧による該チャンバ５２内の流体の体積変位ΔＶは、比較的小さなものとなり、音響デバイス５０での音響抵抗を小さくすることができる。即ち、図５（ｂ）に示すように、音圧が共鳴周波数付近のみではなく、幅広い周波数の範囲において燃焼器４０で出口４５での音響インピーダンスＺ１を小さくすることができる。これによって、音響インピーダンスの調整幅を大きくすることができ、よりブロードな設計を行うことが可能となる。
【００４５】
次に本発明の第二実施形態に係る燃焼器４０を備えたガスタービンについて図６を用いて説明する。第二実施形態では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な説明を省略する。
第二実施形態の音響デバイス６０は、第一実施形態の導入管５１及びチャンバ５２と同様の導入管６１及びチャンバ６２を備えているが、導入管６１の一端の接続箇所が第一実施形態とは相違する。
【００４６】
即ち、第二実施形態の音響デバイス６０における導入管６１の一端は、燃焼筒４４の延在方向の範囲うち燃焼筒４４の出口４５から上流側に向かって燃焼振動の波長の１／４波長の領域Ａに接続されている。
【００４７】
燃焼筒４４内における上記領域Ａは、比較的音圧が高く、かつ、燃焼振動の波長が同位相の範囲となる。このような領域Ａに音響デバイス６０の導入管６１を接続することにより、当該接続箇所での音響インピーダンスの調整が設計上容易である。即ち、領域Ａにおいては、音響デバイス６０を設けない場合の燃焼筒４４固有の音響インピーダンスの虚数の影響が小さい。そのため、音響インピーダンスＺ０１をρｃに近づける設計をする際に、Ｚ０の虚数の影響を考慮する必要がない。したがって、設計をより容易に行うことができる。
【００４８】
次に本発明の第三実施形態に係る燃焼器４０を備えたガスタービンについて図７を用いて説明する。第三実施形態では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な説明を省略する。
第三実施形態の音響デバイス７０は、第一実施形態の導入管５１及びチャンバ５２と同様の導入管７１及びチャンバ７２を備えているが、導入管７１の一端の接続箇所が第一実施形態とは相違する。
【００４９】
即ち、第三実施形態の音響デバイス７０の導入管７１の一端は、燃焼筒４４の延在方向の範囲のうち、該燃焼筒４４の内側の燃焼領域Ｃよりも下流側の非燃焼領域Ｎに外周側から接続されている。燃焼筒４４の内側の空間における燃焼領域Ｃよりも下流側の部分は、燃焼反応がない非燃焼領域Ｎとなる。また、燃焼領域Ｃと非燃焼領域Ｎとの境界は、燃焼反応の末端の火炎面Ｆとなる。
【００５０】
燃焼筒４４内の燃焼領域Ｃでは燃焼反応が行われているため上記ρ及びｃは随時変動している。ρ及びｃの値は安定しない。一方、燃焼領域Ｃの下流側、即ち、火炎面Ｆよりも下流側の非燃焼領域Ｎでは、燃焼反応がないため、ρ及びｃが安定している。このような領域に音響デバイス７０の導入管７１を接続することにより、当該接続箇所での音響インピーダンスの調整を容易に行うことができる。即ち、燃焼筒４４における音響デバイス７０を接続した箇所の音響インピーダンスを容易にρｃに近づけることができる。これによって、燃料領域の下流側に反射境界が存在する場合には、当該反射境界を無反射境界に容易に近づけることができる。
【００５１】
次に本発明の第四実施形態に係る燃焼器４０を備えたガスタービン１について図８を用いて説明する。第三実施形態では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な説明を省略する。
第四実施形態の音響デバイス８０は、、第一実施形態の導入管５１及びチャンバ５２と同様の導入管８１及びチャンバ８２を備えているが、導入管８１の一端の接続箇所が第一実施形態とは相違する。
【００５２】
第四実施形態の音響デバイス８０の導入管８１の一端は、タービン３０の流路内に直接的に接続されている。燃焼筒４４の出口４５が接続されるタービン３０の流路は、軸線Ｏを中心とした環状をなしている。燃焼筒４４の出口４５が、上記タービン３０の流路の入口となる。
本実施形態では、当該流路に設けられた第一段目のタービン静翼段３４（第一段静翼）と該第一断面のタービン静翼段３４のすぐ下流側の第一段目のタービン動翼段３３（第一段動翼）との間の領域に、導入管８１の一端が接続されている。本実施形態では、タービン３０の環状の流路における径方向内側から導入管８１の一端が接続されている。
なお、図８に示すように、第四実施形態の音響デバイス８０のチャンバ８２は、燃焼筒４４に固定されることなく、一部が車室内空間Ｒに設けられている。当該チャンバ８２が第一〜第三実施形態同様、燃焼筒４４に固定されていてもよい。
【００５３】
タービン３０の流路内における第一段目のタービン静翼段３４と第一段目のタービン動翼段３３の間の領域では、第一段目のタービン動翼段３３により燃焼ガスＧの流速が急激に上昇する。そのため、当該領域では、音響インピーダンスが大きく変化する。したがって、このような領域には音響的な境界として反射境界が生成される場合がある。
本実施形態では、このような第一段目のタービン静翼段３４と第一段目のタービン動翼段３３との間の領域に音響デバイス８０の導入管８１の一端が接続されているため、上記境界の音響インピーダンスを直接的に調整することができる。これによって、後退波の生成を抑えることができる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、音響デバイス５０，６０，７０，８０における導入管５１及びチャンバ５２の形状は第一〜第四実施形態で示した構成に限定されることはない。これらの形状は適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１    ガスタービン
２    ガスタービンロータ
３    ガスタービンケーシング
１０  圧縮機
１１  圧縮機ロータ
１２  圧縮機ケーシング
１３  圧縮機動翼段
１４  圧縮機動翼
１５  圧縮機静翼段
１６  圧縮機静翼
３０  タービン
３１  タービンロータ
３２  タービンケーシング
３３  タービン動翼段
３４  タービン静翼段
４０  燃焼器
４１  燃焼器本体
４２  ノズル支持筒
４３  燃料ノズル
４３ａ       パイロットノズル
４３ｂ       メインノズル
４４  燃焼筒
４５  出口
５０  音響デバイス
５１  導入管
５２  チャンバ
６０  音響デバイス
６１  導入管
６２  チャンバ
７０  音響デバイス
７１  導入管
７２  チャンバ
８０  音響デバイス
８１  導入管
８２  チャンバ
Ｏ    軸線
Ｒ    車室内空間
Ｇ    燃焼ガス
Ａ    領域
Ｃ    燃焼領域
Ｎ    非燃焼領域
Ｆ    火炎面
Ｐ    発電機
【図１】
2019120443.tif 000004
【図２】
2019120443.tif 000005
【図３】
2019120443.tif 000006
【図４】
2019120443.tif 000007
【図５】
2019120443.tif 000008
【図６】
2019120443.tif 000009
【図７】
2019120443.tif 000010
【図８】
2019120443.tif 000011