(57)【要約】【課題】ガスタービンにおいて運転中に効果的に減衰することができ、ひいては、ガスタービンの運転に基づき所定の周波数で生じた騒音を効果的に低減する音響ダンパを提供する。【解決手段】音響ダンパ１１のネック１３の開口１７と室５の壁７の内面９との間に凹部２３が位置している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響ダンパ（１１）であって、該音響ダンパ（１１）が、ネック（１３）と減衰容積（１５）とを有しており、前記ネック（１３）が、開口（１７）を有しており、該開口（１７）が、室（５）に流体接続されており、該室（５）が、少なくとも１つの壁（７）の内面（９）によって画定されている音響ダンパにおいて、前記ネック（１３）の前記開口（１７）と前記壁（７）の前記内面（９）との間に凹部（２３）が位置していることを特徴とする、音響ダンパ。
【請求項２】
前記ネック（１３）の前記開口（１７）が、前記凹部（２３）に開口している、請求項１記載の音響ダンパ。
【請求項３】
前記凹部（２３）が、有孔板（２７）によって覆われている、請求項１または２記載の音響ダンパ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの壁（７）の前記内面（９）で前記凹部（２３）に隣り合って前記室（５）内に少なくとも１つのシールド（２９）が突出している、請求項１から３までのいずれか１項記載の音響ダンパ。
【請求項５】
音響ダンパ（１１）であって、該音響ダンパ（１１）が、ネック（１３）と減衰容積（１５）とを有しており、前記ネック（１３）が、開口（１７）を有しており、該開口（１７）が、室（５）に流体接続されており、該室（５）が、少なくとも１つの壁（７）の内面（９）によって画定されている音響ダンパにおいて、前記少なくとも１つの壁（７）の前記内面（９）で前記開口（１７）に隣り合って前記室（５）内に少なくとも１つのシールド（２９）が突出していることを特徴とする、音響ダンパ。
【請求項６】
前記少なくとも１つのシールド（２９）が、環状に形成されていて、前記ネック（１３）の前記開口（１７）を取り囲んでいる、請求項３から５までのいずれか１項記載の音響ダンパ。
【請求項７】
前記音響ダンパ（１１）が、２つのシールド（２９）を有しており、両シールド（２９）の間に前記ネック（１３，１８）の前記開口（１７）が位置している、請求項３から５までのいずれか１項記載の音響ダンパ。
【請求項８】
前記室（５）の内側でガスが流れるようになっており、該ガスの流れを前記少なくとも１つのシールド（２９）が、前記ネック（１３）の前記開口（１７）から離れる方向に逸らすようになっている、請求項３から７までのいずれか１項記載の音響ダンパ。
【請求項９】
前記少なくとも１つのシールド（２９）と前記少なくとも１つの壁（７）との間の角度（β）が、９０°以下、好ましくは６０°未満、４５°未満、３０°未満または２０°未満に設定されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の音響ダンパ。
【請求項１０】
前記音響ダンパ（１１）が、１つ以上の減衰容積（１５，３３）を備えたヘルムホルツ共鳴器、１／２波長管、１／４波長管、マルチ容積ダンパ、ライナまたはあらゆる種類の音響通流ダンパである、請求項１から９までのいずれか１項記載の音響ダンパ。
【請求項１１】
前記室（５）が、ガスタービンの燃焼器室、混合室、プレナムおよび／または空気通路である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の音響ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼動特性の音響減衰に係り、音響減衰装置に関する。本願の意味での燃焼動特性には、脈動、音響振動、圧力変動、速度変動および日常語における、いわゆる騒音が含まれている。ときに、術語「燃焼動特性」と「騒音」とは同義で使用される。
【背景技術】
【０００２】
燃焼動特性は、たとえばガスタービンにおいて、燃焼動特性が生じる種々異なる箇所または室で生じる。このような箇所または室に対する例は、燃焼器室、混合室、プレナムおよび空気通路である。簡略化の理由から、以下では、術語「室」を使用し、この室には、燃焼動特性が生じる全ての場所が含まれている。これらの室内では、ガス（たとえば燃料と空気との混合気または排気ガス）が、燃焼動特性を引き起こす高い速度で流れる。空気と燃料とを燃焼器室内で燃焼すると、更なる燃焼動特性が生じる。
【０００３】
これらの燃焼動特性を低減するために、当業者には、音響減衰装置、たとえばヘルムホルツ共鳴器、１／２波長管、１／４波長管またはガスの通流を伴うかもしくは伴わない別のタイプの減衰装置を組み付けることが十分に公知である。
【０００４】
これらの音響減衰装置は、一種類以上の共鳴周波数を有している。ガスタービンの運転中、燃焼動特性が音響減衰装置の共鳴周波数を刺激すると、燃焼動特性が低減されるかまたは減衰される。
【０００５】
図１には、反射係数（Ｙ軸）ならびに反射係数と周波数との関係が示してある。
【０００６】
線１は、約３００ヘルツの共鳴周波数を有する音響減衰装置を使用した場合の理論上の反射係数を示している。認めることができるように、３００ヘルツの周波数では、反射係数が約０．５の相対最小値を有している。約２２５ヘルツおよび３７５ヘルツの周波数では、反射係数が約０．７５の局所最大値を有している。
【０００７】
１つの例として、たとえば、ガスタービンの燃焼室が、３００ヘルツの共鳴周波数を有する減衰吸音器を備えていると仮定する。さらに、運転中、この燃焼室内に、３００ヘルツの周波数を有する騒音が生じると仮定すると、３００ヘルツでの反射係数の局所最小値のため、３００ヘルツの周波数を有する騒音が効果的に減衰され、したがって、燃焼器からの騒音放出が低減されることが見込まれる。
【０００８】
取り付けられたガスタービンに対して、出願人は複数回の測定を行い、理論上の反射係数（線１参照）と、同じ５０ヘルツ〜４００ヘルツの周波数範囲で行われた測定とを比較した。
【０００９】
測定値は、図１に点３によって示してある。この測定値３を理論上の反射係数と比較することによって、２５０ヘルツ〜３５０ヘルツの範囲内では、測定値３が、見込まれるべき局所最小値を示していないことを認めることができる。
【００１０】
言い換えると、音響減衰装置が十分に働かない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、ガスタービンにおいて運転中に効果的に減衰することができ、ひいては、ガスタービンの運転に基づき所定の周波数で生じた騒音を効果的に低減する音響ダンパを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、本発明の音響ダンパでは、該音響ダンパが、ネックと減衰容積とを有しており、前記ネックが、開口を有しており、該開口が、室に流体接続されており、該室が、少なくとも１つの壁の内面によって画定されている音響ダンパにおいて、前記ネックの前記開口と前記壁の前記内面との間に凹部が位置している。
【００１３】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記ネックの前記開口が、前記凹部に開口している。
【００１４】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記凹部が、有孔板によって覆われている。
【００１５】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記少なくとも１つの壁の前記内面で前記凹部に隣り合って前記室内に少なくとも１つのシールドが突出している。
【００１６】
さらに、前述した課題を解決するために、本発明の別の音響ダンパでは、該音響ダンパが、ネックと減衰容積とを有しており、前記ネックが、開口を有しており、該開口が、室に流体接続されており、該室が、少なくとも１つの壁の内面によって画定されている音響ダンパにおいて、前記少なくとも１つの壁の前記内面で前記開口に隣り合って前記室内に少なくとも１つのシールドが突出している。
【００１７】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記少なくとも１つのシールドが、環状に形成されていて、前記ネックの前記開口を取り囲んでいる。
【００１８】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記音響ダンパが、２つのシールドを有しており、両シールドの間に前記ネックの前記開口が位置している。
【００１９】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記室の内側でガスが流れるようになっており、該ガスの流れを前記少なくとも１つのシールドが、前記ネックの前記開口から離れる方向に逸らすようになっている。
【００２０】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記少なくとも１つのシールドと前記少なくとも１つの壁との間の角度が、９０°以下、好ましくは６０°未満、４５°未満、３０°未満または２０°未満に設定されている。
【００２１】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記音響ダンパが、１つ以上の減衰容積を備えたヘルムホルツ共鳴器、１／２波長管、１／４波長管、マルチ容積ダンパ、ライナまたはあらゆる種類の音響通流ダンパである。
【００２２】
本発明に係る音響ダンパの好ましい態様では、前記室が、ガスタービンの燃焼器室、混合室、プレナムおよび／または空気通路である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、音響ダンパが、ネックと減衰容積とを有しており、ネックが、開口を有しており、この開口が、室に流体接続されており、この室が、少なくとも１つの壁の内面によって画定されており、ネックの開口が、このネックの開口と壁の内面との間に位置する凹部に開口している。
【００２４】
この凹部によって、ネックの開口が室に直接開口せず、グレージング流を全く含まないかまたはほんの僅かしか含まない凹部に開口する。本発明の意味での「グレージング流」とは、凹部が位置する壁の内面に対して多少なりとも平行に流れるかまたはダンパのネックを通るガスのバイアス流に対して垂直に流れる、室の内部のガスの流れである。
【００２５】
燃焼器室内では、ガスが高い速度で流れる。このガスの流れは、空気であろうと、燃料が燃焼された後の未燃焼の燃料または排気ガスであろうと、１秒あたりの体積が大きいグレージング流であり、その結果、グレージング流の速度が高くなる。同じ効果は低い速度のグレージング流で生じることもある。
【００２６】
グレージング流がネックの内部のバイアス流を乱すことに気づいたのは、本発明の発明者であった。したがって、ネックと減衰容積とを有する音響ダンパの有効性が、図１の例と共に説明したように著しく低下させられる。言い換えると、図１に示した測定値３は、音響ダンパの減衰効果がグレージング流の影響によって制限されていることを表している。当然ながら、この影響は、別の周波数におけるグレージング流を伴う別の室にも生じる。
【００２７】
本発明における凹部は、グレージング流を全く伴わないかまたはほんの僅かしか伴わない領域を成しているので、ネックの開口を凹部に開口させることが可能となり、ひいては、ダンパに与えられるグレージング流のマイナスの影響が排除されるかまたは少なくとも著しく低減される。したがって、音響ダンパがより有効となる。
【００２８】
ネックの開口が、凹部に開口していると有利であると判った。なぜならば、この凹部内では、グレージング流の影響が最小限に抑えられるからである。
【００２９】
凹部の内部へのグレージング流の影響をさらに低減するためには、少なくとも１つの壁の、凹部に隣り合った内面に、１つのシールドを取り付けることが提案されている。このシールドは室内に突出していて、凹部の内部へのグレージング流をさらに減少させ、ひいては、音響ダンパがより一層効率よく運転されることを可能にする。
【００３０】
さらに、本発明によれば、ネックの開口に隣り合って少なくとも１つのシールドが取り付けられており、このシールドが、室内に突出している。前述したように、室内に突出した１つ以上のシールドは、グレージング流をネックの開口から離れる方向に逸らし、音響ダンパの効率に与えられるグレージング流のマイナスの影響を低減する。
【００３１】
ネックの開口を取り囲む環状のシールドを提供することが可能であると共に有利である。この環状のシールドは、グレージング流の方向に関係なく、このグレージング流を逸らし、結果として、ネックの開口が、グレージング流を全く伴わないかまたはほんの僅かしか伴わない室の容積に開口する。
【００３２】
択一的な態様として、複数のシールドを取り付けて、これらのシールドを、ネックの開口がシールドの間に位置するように配置することが可能である。１つの可能性は、２つのシールドを多少なりとも互いに平行に配置することである。
【００３３】
さらに、グレージング流をネックの開口から逸らし続けるために、少なくとも１つのシールドをネックの開口の上流または下流に取り付けることが可能である。
【００３４】
複数の装置では、少なくとも１つのシールドと少なくとも１つの壁の内面との間の角度βが、９０°以下、好ましくは６０°、４５°、３０°または２０°に設定されていると有利である。
【００３５】
こうすると、特により小さな角度βでシールドの有効性が高められ、グレージング流に対して少なくとも１つのシールドにより生じる流れ抵抗が減少させられる。言い換えると、シールドがより有効になり、グレージング流における圧力損失をほとんど引き起こさない。
【００３６】
本発明は、１つ以上の減衰容積を備えたヘルムホルツ共鳴器、１／２波長管、１／４波長管、マルチ容積ダンパ、ライナまたは技術的に公知であるあらゆる種類の音響ダンパと共に使用されてよい。室は、ガスタービンの燃焼器室または混合室またはこれに類する室であってよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】３００ヘルツにおける共鳴周波数を有する例示的な音響ダンパの反射係数を示す図である。
【図２】先行技術に基づき公知であるような音響ダンパを備えた燃焼器室を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態を示す図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。
【００３９】
図２（先行技術）には、室５の概略的な横断面図が示してある。この室５は、内面９を有する少なくとも１つの壁７によって画定されている。図２から認めることができるように、室５は、ネック１３と減衰容積１５とを有する音響ダンパ１１を備えている。ネック１３は減衰容積１５を室５に接続している。室５に対するネック１３の出入口は、ネック１３の「開口」１７と呼ばれる。
【００４０】
この例示的な実施の形態における減衰装置１１はヘルムホルツ共鳴器であってよいものの、本発明はこのタイプの音響減衰装置に限定されるものではない。本発明は、あらゆるタイプの音響減衰装置、たとえば１／２波長管、１／４波長管およびこれに類する装置と共に使用されてよい。
【００４１】
図２から認めることができるように、ネック１３の開口１７と壁７の内面９とは同じレベルを有している。室５内には、（矢印１９により図示した）グレージング流が存在するので、減衰容積１５と燃焼器室５との間でネック１３を通るバイアス流２１が乱される。このバイアス流２１に与えられる、ダンパ１１の性能を低下させるグレージング流１９のマイナスの影響は、図１と共に上述してある。
【００４２】
ダンパ１１に与えられるグレージング流１９のマイナスの影響を回避するかまたは少なくとも著しく減少させる本発明の１つの実施の形態が図３に示してある。この図３から認めることができるように、開口１７と壁７の内面９との間に凹部２３が設けられている。ネック１３の開口１７は、少なくとも１つの壁７に設けられた凹部２３に開口している。本実施の形態では、開口１７が凹部２３の底部２５に開口している。開口１７は、凹部２３の周囲の壁２４に開口していてもよい。凹部２３内には、グレージング流が全く存在しないかまたはほんの僅かしか存在せず、したがって、ダンパ１１は、グレージング流１９によって影響が与えられることなしに働く。その結果、音響減衰装置の反射係数が、図１に線１によって示したようになる。
【００４３】
このような凹部２３を付加することは実現しやすく、高いコストを招かない。
【００４４】
図４には、本発明の第２の実施の形態が示してある。図３に示した実施の形態に加えて、凹部２３が有孔板２７によって覆われている。凹部２３を有孔板２７によって覆うことにより、ネック１３を通るバイアス流２１に与えられるグレージング流１９の影響が一層減少させられる。
【００４５】
図５には、本発明の別の実施の形態が示してある。この実施の形態は、グレージング流をダンパ１１の開口１７および／または凹部２３から離れる方向に逸らす１つのシールド２９を有している。
【００４６】
このシールド２９と壁７の内面９との間の角度βは、試験によって選択かつ最適化されてよい。大部分の装置では、幾つかの形態において、角度βが約２０°または３０°であれば十分である。別の形態では、９０°の角度βが有利である。
【００４７】
凹部２３なしのシールド２９は壁として働く。この形態では、ネック１３の開口１７が、図２に示したような状況に類似して、燃焼器室５に直接開口している。
【００４８】
幾つかの装置では、シールド２９を９０°未満の角度βで使用することが有利である。この形態では、シールド２９が、グレージング流１９に関して凹部２３および開口１７の上流に取り付けられている。
【００４９】
図６には、本発明の別の実施の形態が示してある。この実施の形態は、約９０°の角度βを成して室５内に突出しかつグレージング流１９に関して開口１７の下流に位置する１つのシールド２９を使用している。この実施の形態でも、シールド２９はグレージング流１９をネック１３の開口１７から離れる方向に逸らし、したがって、ダンパ１１の反射係数が、燃焼器室５の内部のグレージング流１９によって乱されない。シールド２９が開口１７の上流に位置している形態では、異なる角度βが最適であってよい。
【００５０】
図７には、本発明の別の実施の形態が示してある。この実施の形態は、多少なりとも互いに平行であると同時にグレージング流１９に対して垂直である２つのシールド２９を備えている。両シールド２９はグレージング流１９をネック１３の開口１７から離れる方向にさらに逸らす。
【００５１】
点線３１によって図示した択一的な実施の形態として、シールド２９は、ネック１３の開口１７をグレージング流１９に対して全方向から防護する有孔板を有していてよい。上述した全ての実施の形態は、凹部２３を備えているかまたは異なる角度βを有する少なくとも１つのシールド２９を備えているので、凹部２３とシールド２９とが組み合わされてよいことは明らかである。
【００５２】
図８には、本発明の別の実施の形態が示してある。この実施の形態は、第１の減衰容積１５と第２の減衰容積３３とを備えた音響ダンパ１１を使用している。ネック１３の開口１７は第２の減衰容積３３に開口していて、したがって、室５内のグレージング流１９によって乱されない。グレージング流なしでは、両ダンパが減衰作用を提供している。グレージング流の存在下では、このグレージング流が第２のダンパ（容積３３およびネック１８）にのみ影響を与え得るのに対して、第１のダンパ（容積１５およびネック１３）はまだ減衰作用を提供している。
【００５３】
この実施の形態を１つの凹部２３および／または少なくとも１つのシールド２９と組み合わせることが可能である。これらの択一的な実施の形態は、図９に示してある。
【符号の説明】
【００５４】
５  室
７  壁
９  内面
１１  音響ダンパ
１３  ネック
１５  減衰容積
１７  開口
１８  ネック
１９  グレージング流
２１  バイアス流
２３  凹部
２４  壁
２５  底部
２７  有孔板
２９  シールド
３１  点線
３３  減衰容積
β  位置２９と位置７との間の角度
【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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【外国語明細書】
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2015075116.tif 000014
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