(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側から流入した流体が内部で燃焼された後に他端から流出する筒状をなし、車室内において前記他端側が周方向に隣接するように複数配置された燃焼器本体と、
該燃焼器本体の前記流体の出口近傍に、基端が前記燃焼器本体内に連通するように設けられた音響管と、
を備えることを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
前記音響管に、該音響管の音響インピーダンスを可変とする音響インピーダンス可変機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記音響インピーダンス可変機構は、前記音響管の管長を可変とする管長可変機構であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記管長可変機構が、前記音響管と略等しい断面形状を有しその内部に嵌合して設けられた管長調整手段と、前記管長調整手段を前記音響管の内部で移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃焼器。
【請求項５】
前記移動手段が、複数の前記音響管にそれぞれ設けられた前記管長調整手段を一体的に移動させることを特徴とする請求項４に記載の燃焼器。
【請求項６】
前記音響インピーダンス可変機構は、前記音響管の内部に流体を供給する抽気機構であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを構成する燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンを構成する燃焼器は、圧縮空気を生成する圧縮機の車室内部に設けられ、圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させることにより高温且つ高圧の燃焼ガスを発生させるものである。そしてこの燃焼器は、燃焼ガスが供給されるタービンの周方向に沿って、複数個が互いに隣接するように配置される。
【０００３】
ここで、このように構成される燃焼器には、車室の周方向モードと連成した複数の音響モードが存在し、その何れかの音響モードで燃焼振動が発生すると、燃焼器に破損等が生じる原因となる。そこで、燃焼器と車室との間に音響スリーブを配置することにより、燃焼器と車室との音響的な連成効果を低減することが従来提唱されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９５５６５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、従来の燃焼器によれば、タービンの周方向に複数個の燃焼器が配置され、これら燃焼器はその燃焼ガスの出口近傍が狭い隙間を介して周方向に互いに密接した状態となっている。従って、この出口近傍の密接関係が寄与することにより、複数の燃焼器同士が連成した音響モードが存在する（以下、「連成モード」と呼ぶ）。そして、この連成モードでは、燃焼ガスの渦のような励振力によっても共鳴が発生する。しかし、このような燃焼器同士の連成モードで生じる共鳴音に対しては、適切な対策が従来取られていなかった。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、タービンの周方向に複数個が配置される燃焼器について、燃焼器同士の連成モードで発生する共鳴音を低減させる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る燃焼器は、一端側から流入した流体が内部で燃焼された後に他端から流出する筒状をなし、車室内において前記他端側が周方向に隣接するように複数配置された燃焼器本体と、該燃焼器本体の前記流体の出口近傍に、基端が前記燃焼器本体内に連通するように設けられた音響管と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、燃焼器の連成に寄与する出口近傍に音響管が設けられることにより、連成モードでの燃焼器の共鳴周波数が音響管の無い場合と比較して変化する。これにより、所定の運転条件において、連成モードで発生する燃焼器の共鳴音を低減させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る燃焼器は、前記音響管に、該音響管の音響インピーダンスを可変とする音響インピーダンス可変機構が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、周波数特性を有する音響管の音響インピーダンスを音響インピーダンス可変機構によって所望の大きさに変化させることにより、連成モードでの燃焼器の共鳴周波数を任意に制御することができる。これにより、あらゆる運転条件において、連成モードで発生する燃焼器の共鳴音を低減させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る燃焼器は、前記音響インピーダンス可変機構は、前記音響管の管長を可変とする管長可変機構であることを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、管長可変機構によって音響管の管長を変化させることにより、音響管の音響インピーダンスを所望の大きさに変化させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る燃焼器は、前記管長可変機構が、前記音響管と略等しい断面形状を有しその内部に嵌合して設けられた管長調整手段と、前記管長調整手段を前記音響管の内部で移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、管長調整手段が音響管の内部に嵌合することによってその先端を封止する蓋としての役割を果たす。そして、移動手段が管長調整手段を音響管の内部で移動させることにより、音響管の管長が変化する。
【００１５】
また、本発明に係る燃焼器は、前記移動手段が、複数の前記音響管にそれぞれ設けられた前記管長調整手段を一体的に移動させることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、移動手段が複数の管長調整手段を一体的に移動させるので、複数の音響管の管長を同様に変化させることができる。これにより、複数の燃焼器本体の音響インピーダンスを画一的に変化させることができるので、連成モードでの燃焼器の共鳴周波数をより正確且つ確実に制御することができる。
【００１７】
また、本発明に係る燃焼器は、前記音響インピーダンス可変機構は、前記音響管の内部に流体を供給する抽気機構であることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、抽気機構から流体を供給して音響管の内部の温度を変化させることにより、音響管の音響インピーダンスを所望の大きさに変化させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る燃焼器によれば、タービンの周方向に複数個が配置される燃焼器について、燃焼器同士の連成モードで発生する共鳴音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンを示す全体構成図である。
【図２】第１実施形態の燃焼器それぞれを出口部の側から見た状態を示す模式図である。
【図３】第１実施形態の燃焼器の１つを拡大した部分拡大断面図である。
【図４】第２実施形態の燃焼器の１つを拡大した部分拡大断面図である。
【図５】第２実施形態の燃焼器それぞれを出口部の側から見た状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る燃焼器の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る燃焼器１０を有するガスタービン１を示す全体構成図である。
【００２２】
ガスタービン１は、流体の流通方向Ｆに沿って最も上流側の位置に設けられた圧縮機２と、この圧縮機２の下流側に設けられた複数個の燃焼器１０と、この燃焼器１０の下流側に設けられたタービン３と、を備えるものである。
【００２３】
圧縮機２は、空気取込口４から外部の空気を取り込み、この空気を圧縮することにより、圧縮空気を生成するものである。また燃焼器１０は、圧縮機２が生成した圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させることにより高温及び高圧の燃焼ガスを発生させるものである。またタービン３は、燃焼器１０から供給される燃焼ガスの熱エネルギーをロータ５の回転エネルギーに変換して駆動力を取り出すものである。そして、このタービン３によって取り出された駆動力が、ロータ５に連結された発電機（不図示）等に伝達されるものとなっている。
【００２４】
ここで燃焼器１０は、図１に示すように、ロータ５の周方向に沿って複数個が互いに隣接するようにそれぞれ配置されている。図２は、燃焼器１０それぞれを出口部１０１すなわち燃焼ガスが流出する側から見た状態を示す模式図である。複数の燃焼器１０は、その出口部１０１が狭い隙間Ｃを介して互いに密接した状態となるようにそれぞれ配置されている。そして、このような出口部１０１の密接関係が寄与することにより、燃焼器１０には複数個の燃焼器１０同士が連成した連成モードにて共振が発生するものとなっている。
【００２５】
図３は、第１実施形態の燃焼器１０の１つを拡大した部分拡大断面図である。燃焼器１０は、圧縮機２の車室６の内部に設けられた筒状の燃焼器本体１１と、この燃焼器本体１１の下流側端部であって燃焼ガスが流出する出口部１０１の近傍に設けられた音響管１２と、この音響管１２に設けられた管長可変機構１３（音響インピーダンス可変機構）と、を有している。
【００２６】
燃焼器本体１１は、図２に示すように、筒状部材であってその上流側端部が圧縮機２の車室壁７に固定された内筒１１１と、同じく筒状部材であって内筒１１１の下流側端部をタービン３の燃焼ガス流路８に接続する尾筒１１２と、この尾筒１１２の内部に挿入して設けられた燃料ノズル１１３と、を有するものである。
【００２７】
このように構成される燃焼器本体１１によれば、圧縮機２が生成した圧縮空気が内筒１１１の内部に導入されるとともに、この圧縮空気に燃料ノズル１１３から燃料が噴射されることによって混合気が生成され、この混合気が燃焼されることにより燃焼ガスが生成される。そして、内筒１１１で生成された燃焼ガスが、尾筒１１２を通してタービン３の燃焼ガス流路８に供給される。
【００２８】
音響管１２は、燃焼器本体１１の共鳴周波数を変化させるためのものである。この音響管１２は、図２に示すように、両端が開口した金属製のパイプの基端部に固定用の管側フランジ１２１が設けられるとともに、その先端が略９０°曲折されたものである。このように構成される音響管１２は、燃焼器本体１１の出口部１０１に突出して設けられた筒側フランジ１０２に対し、管側フランジ１２１が当接されてボルト締めにより固定される。これにより、音響管１２の内部と燃焼器本体１１の内部とが互いに連通した状態となっている。尚、燃焼器本体１１に固定された音響管１２は、その先端の曲折部分１２２がタービン３の周方向を向いている。
【００２９】
尚、音響管１２の材質、形状、断面形状、長手形状、及び本数等は、本実施形態に限定されず適宜設計変更が可能である。また、音響管１２の設置位置は、燃焼器本体１１の長手方向に沿って任意の位置とすることができるが、本実施形態のように燃焼器１０の連成に寄与する出口部１０１の近傍に音響部を設置した方が、燃焼器本体１１の共鳴周波数をより正確且つ確実に変化させることができるという利点がある。
【００３０】
管長可変機構１３は、音響管１２の管長すなわち長手に沿った長さを変化させるものである。この管長可変機構１３は、図２に示すように、複数の燃焼器１０を包囲して設けられた移動手段１３１と、この移動手段１３１に固定された支持手段１３２と、音響管１２の内部に設けられるとともに支持手段１３２によって支持された管長調整手段１３３と、を有している。
【００３１】
移動手段１３１は、管長調整手段１３３を移動させるためのものである。この移動手段１３１は、不図示のモータ等によって回転駆動されることにより、燃焼器１０の周囲を時計回りにまたは反時計回りに回転可能となっている。
【００３２】
支持手段１３２は、管長調整手段１３３を支持するためのものである。この支持手段１３２は、一端部が移動手段１３１に固定されてロータ５の径方向に延びる固定部材１３２ａと、この固定部材１３２ａに一端部が固定されてロータ５の周方向に延びる支持部材１３２ｂと、を有している。
【００３３】
管長調整手段１３３は、音響管１２の管長すなわち長手方向への長さを調整するためのものである。この管長調整手段１３３は、図３に示すように音響管１２の先端の曲折部分１２２と略等しい断面形状を有し、この曲折部分１２２の内部に嵌合されることにより、音響管１２の先端を封止する蓋としての役割を果たすものである。そして、この管長調整手段１３３は、支持手段１３２を構成する支持部材１３２ｂの他端部に固定されている。
【００３４】
次に、本発明の第１実施形態に係る燃焼器１０の作用効果について説明する。燃焼器１０は、いわゆるパイロット比率や、空気バイパス弁の開閉タイミング等を変化させることによって、その運転条件を種々に変更することが可能である。ここで、所定の運転条件で燃焼器１０が運転されている時に、複数個の燃焼器１０同士が連成した連成モードにて燃焼器１０に共鳴が発生する場合がある。
【００３５】
この場合、燃焼器１０の使用者は、音響管１２の管長を調整することで連成モードでの燃焼器１０の共鳴周波数を変化させることにより、燃焼器１０で発生する共鳴音を低減させる。より詳細に説明すると、使用者は、不図示のモータを駆動して図３に示す移動手段１３１を回転させる。そうすると、支持手段１３２に支持された管長調整手段１３３が音響管１２の内部を周方向へ移動することにより、音響管１２の管長が変化する。具体的には、図３において移動手段１３１を時計回りに回転させた場合、管長調整手段１３３が音響管１２の内部を先端開口側へ向かって移動することにより、音響管１２の管長が長くなる。一方、図３において移動手段１３１を反時計回りに回転させた場合、管長調整手段１３３が音響管１２の内部を先端開口から離間するように移動することにより、音響管１２の管長が短くなる。このように音響管１２の管長が変化すると、音響管１２の音響インピーダンスが変化することにより、連成モードでの燃焼器１０の共鳴周波数が変化する。
【００３６】
また、移動手段１３１の回転に伴って、複数の音響管１２にそれぞれ設けられた管長調整手段１３３が一体的に移動するので、複数の音響管１２の管長が同様に変化する。これにより、複数の燃焼器本体１１の音響インピーダンスを画一的に変化させることができるので、連成モードでの燃焼器１０の共鳴周波数をより正確且つ確実に制御することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る燃焼器の構成について説明する。尚、本実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの全体構成、及び燃焼器以外の構成については、第１実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００３８】
図４及び図５は、第２実施形態に係る燃焼器２０の構成を示す図であって、図４は燃焼器２０の１つを拡大した部分拡大断面図、図５は燃焼器２０それぞれを出口部２０１すなわち燃焼ガスが流出する側から見た状態を示す模式図である。
【００３９】
第２実施形態の燃焼器２０は、図４及び図５に示すように、圧縮機２の車室６の内部に設けられた筒状の燃焼器本体１１と、この燃焼器本体１１の出口部２０１の近傍に設けられた音響管２１と、この音響管２１に設けられた抽気機構２２（音響インピーダンス可変機構）と、を有している。尚、燃焼器本体１１の構成については第１実施形態と同じであるため、図４では図３と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００４０】
音響管２１は、その基端部が開口しているが先端部が閉塞しており、両端が開口した第１実施形態の音響管１２とは異なっている。それ以外の構成については第１実施形態の音響管１２と同様である。
【００４１】
抽気機構２２は、音響管２１の内部の温度を制御するためのものである。この抽気機構２２は、図４及び図５に示すように、空気を送出可能な空気送出手段２２１と、この空気送出手段２２１に一端が接続されるとともに他端が音響管２１の先端部を挿通して内部へ導入された空気供給配管２２２と、音響管２１に供給する空気の温度を制御する温度制御手段２２３と、を有している。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態に係る燃焼器２０の作用効果について説明する。本実施形態の燃焼器２０も、所定の運転条件で運転されている時に、複数個の燃焼器２０同士が連成した連成モードにて燃焼器２０に共鳴が発生する場合がある。
【００４３】
この場合、燃焼器２０の使用者は、音響管２１の内部の温度を調整することで連成モードでの燃焼器２０の共鳴周波数を変化させることにより、燃焼器２０で発生する共鳴音を低減させる。より詳細に説明すると、使用者は、空気送出手段２２１を作動させることで音響管２１の内部へ空気を供給するとともに、供給する空気の温度を温度制御手段２２３によって所定温度に調整する。そうすると、音響管２１の内部の温度が変化してその音響インピーダンスが変化することにより、連成モードでの燃焼器２０の共鳴周波数が変化する。
【００４４】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ガスタービン
２  圧縮機
３  タービン
４  空気取込口
５  ロータ
６  車室
７  車室壁
８  燃焼ガス流路
１０  燃焼器
１１  燃焼器本体
１２  音響管
１３  管長可変機構
２０  燃焼器
２１  音響管
２２  抽気機構
１０１  出口部
１０２  筒側フランジ
１１１  内筒
１１２  尾筒
１１３  燃料ノズル
１２１  管側フランジ
１２２  曲折部分
１３１  移動手段
１３２  支持手段
１３３  管長調整手段
２０１  出口部
２２１  空気送出手段
２２２  空気供給配管
２２３  温度制御手段
１３２ａ  固定部材
１３２ｂ  支持部材
Ｃ  隙間
Ｆ  流通方向
【図１】
0005693293.tif 000002
【図２】
0005693293.tif 000003
【図３】
0005693293.tif 000004
【図４】
0005693293.tif 000005
【図５】
0005693293.tif 000006