(57)【要約】【課題】燃焼振動に対する減衰効果を十分に発揮することができる燃焼器及びガスタービンを提供する。【解決手段】本発明は、内部で燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器の内部に燃料を供給する燃料配管と、燃料配管に設けられた分岐管で分岐すると共に分岐側の始端部と終端部とが閉塞された音響管１４と、音響管１４の始端部から終端部に至る管長の中途部に設けられて伸縮可能な伸縮構造を有する管長変更部２０と、を備えていることにより、燃焼振動に対する減衰効果を十分に発揮することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器本体と、
前記燃焼器本体の内部に燃料を供給する燃料配管と、
前記燃料配管に設けられた分岐部から分岐すると共に分岐側の始端部とこの始端部とは反対側の終端部とが閉塞された音響管と、
前記音響管の前記始端部から前記終端部に至る管長の中途部に設けられて伸縮可能な伸縮構造を有する管長変更部と、
を備えていることを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
前記音響管は、
前記管長変更部で前記始端部側と前記終端部側とを対向させる一つ以上の屈曲部と、
前記始端部と前記終端部とを連結する連結部と、
を備え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】
前記始端部と前記終端部とは前記分岐部付近で前記連結部により連結されていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記管長変更部は、前記始端部と前記終端部とに跨るように両者間を覆う伸縮可能な密閉保護部材を備えていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃焼器。
【請求項５】
前記連結部は、前記始端部と前記終端部とに跨りかつ両端の管内を封止する封止部を備えていることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の燃焼器。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の燃焼器を備えていることを特徴とするガスタービン。
【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】
従来から、ガスタービンの燃焼器は、内部で燃料を燃焼している際に燃焼振動を発生することが知られている。
【０００３】
また、このような燃焼振動は、安定した運転の妨げとなることから、燃焼器に供給される燃料の圧力変動を抑制するための減衰装置として、燃料通路を分岐して燃料通路の壁面から突出する音響管を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３５９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、上述した燃焼器の減衰装置にあっては、予め設計段階で周波数変動を考慮し、減衰要素の選定や減衰比の調整を行うと共に、周波数変動によるロバスト性（発生応力の必要強度を最大にする，環境の変化といった外乱の不確定な変動への対応性）を持たせている。
【０００６】
しかしながら、燃焼振動の発生条件が不安定であり，燃焼振動周波数の変化によりロバスト性が低い領域で使うことになるという問題が生じていた。
【０００７】
そこで、本発明は、燃焼振動に対する減衰効果を十分に発揮するように，周波数調整を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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の燃焼器は、内部で燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器本体と、前記燃焼器本体の内部に燃料を供給する燃料配管と、前記燃料配管に設けられた分岐部から分岐すると共に分岐側の始端部とこの始端部とは反対側の終端部とが閉塞された音響管と、前記音響管の前記始端部から前記終端部に至る管長の中途部に設けられて伸縮可能な伸縮構造を有する管長変更部と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、燃焼振動に対する減衰効果を十分に発揮することができる。
【００１０】
また、本発明の燃焼器は、前記音響管は、前記管長変更部で前記始端部側と前記終端部側とを対向させる一つ以上の屈曲部と、前記始端部と前記終端部とを連結する連結部と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、狭い設置空間の有効利用を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の燃焼器は、前記始端部と前記終端部とは前記分岐部付近で前記連結部により連結されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、分岐部の近傍の始端部から終端部までの管長を最大限に長く確保することができる。
【００１４】
また、本発明の燃焼器は、前記管長変更部は、前記始端部と前記終端部とに跨るように両者間を覆う伸縮可能な密閉保護部材を備えていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、連結部からの漏れを抑制することができ、ロバスト性を確保することができる。
【００１６】
さらに、本発明の燃焼器は、前記連結部は、前記始端部と前記終端部とに跨りかつ両端の管内を封止する封止部を備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の構成によれば、始端部と終端部とを連結させた際の配管内部を一つの管長で完結することができ、変更した管長の信頼性を確保することができる。
【００１８】
また、本発明のガスタービンは、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の燃焼器を備えたガスタービンとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃焼器及びガスタービンは、燃焼振動に対する減衰効果を十分に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、ガスタービンの説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、燃焼器の正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、音響管の要部の正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、音響管の縦断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、音響管の正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、実施の形態１の管長変更部の断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、実施の形態１の変形例１の管長変更部の断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、実施の形態１の変形例２の管長変更部の断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、実施の形態１の変形例３の管長変更部の断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、実施の形態２の管長変更部の断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、実施の形態２の変形例の管長変更部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の一実施形態に係る燃焼器及びガスタービンについて、図面を参照して説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の燃焼器及びガスタービンにおける好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２２】
図１乃至図６は本発明の一実施形態に係るガスタービンを示し、図１はガスタービンの説明図、図２は燃焼器の正面図、図３は音響管の要部の正面図、図４は音響管の縦断面図、図５は音響管の正面図、図６は実施の形態１の管長変更部の断面図、図７は実施の形態１の管長変更部の変形例１の断面図、図８は実施の形態１の管長変更部の変形例２の断面図である。
【００２３】
図１において、ガスタービン１は、圧縮空気Ｃを生成する圧縮機２と、圧縮機２から供給される圧縮空気Ｃに燃料を供給して作動流体である燃焼ガスＧを生成する複数の燃焼器３と、燃焼器３から供給される燃焼ガスＧにより回転動力を発生させるタービン４と、タービン４を通過した燃焼ガスＧを排気する排気室５と、を圧縮空気Ｃ及び燃焼ガスＧの供給・排気方向の上流側から下流側に向けてこの順に備えている。また、ガスタービン１は、軸線Ｏを回転中心としてタービン４の周方向Ｒに回転するロータ６を備え、タービン４を通過する際の燃焼ガスＧの熱エネルギーをロータ６の回転エネルギーに変換して駆動力を発生させる。そして、この駆動力はロータ６に連結された発電機（図示せず）などに伝達する。尚、図中Ｏはロータ６の回転中心、Ｒはロータ６の回転方向を示す。
【００２４】
燃焼器３には燃料が供給される。圧縮機２にて圧縮された圧縮空気Ｃが燃焼器３の内筒３ａおよび尾筒３ｂから燃焼器３の内部に供給される。燃焼器３では、この圧縮空気Ｃと燃料ノズル（図示せず）から噴射された燃料との混合気が燃焼し、高温高圧の燃焼ガスとなる。そして、この燃焼ガスが尾筒３ｂを介してタービン４に供給される。
【００２５】
また、ガスタービン１は、燃焼器３に供給される燃料の圧力変動を抑制するため、図２に示すように、減衰装置１０を有する。この減衰装置１０は、図３〜図５に示すように、燃焼器３の内部に燃料ノズルを経由して燃料を供給する燃料配管３ｃから分岐された分岐管１１と、燃料配管３ｃの内部に配置された抵抗部１３と、分岐管１１の内部に配置された整流部１２と、分岐管１１に接続された音響管１４と、を備えている。
【００２６】
抵抗部１３は、音響管１４よりも上流側の分岐管１１に配置されて燃料の圧力変動を減衰させる部材である。例えば、本実施の形態では、抵抗部１３は発泡金属等によって構成されており、抵抗部１３を燃料を通過させることで、燃料の振動エネルギーを熱エネルギーに変換して燃料の圧力変動を減衰させる。
【００２７】
整流部１２は、分岐管１１の内部に配置され、燃料配管３ｃから分岐管１１に流入した燃料の流れを整える部材である。本実施の形態では、整流部１２は多孔体から構成され、燃料を通過させ得る複数の細孔（又はスリット）が形成されている。
【００２８】
音響管１４は、燃料配管３ｃと分岐管１１を介して連通している。また、音響管１４の音響固有振動数を燃焼器３における燃焼振動の振動周波数に一致させる機能を有する。したがって、音響管１４の容積、形状および寸法は、燃焼器３における燃焼振動の燃焼振動周波数，及び，必要とする減衰量に応じて適宜設計される。例えば、燃料の圧力変動の変動振動数を低周波数側に移行させる場合には、音響管１４の管長が長く設定される（この際、音響管１４の容積は管長によって決定される）。
本実施の形態においては、音響管１４は、分岐管１１からガスタービン１の周方向に沿うように分岐管１１とで略Ｔ字状を呈する合流部１４ａを備える（図３参照）と共に、ロータ６の回転中心Ｏに沿って連続することで、正面視（図５参照）略トラック状（略矩形の環状）となるように屈曲された屈曲部１４ｂを備えている。また、分岐付近の一方の管内に封止体１５を配置し、封止体１５の合流部１４ａに面する方を始端部１４ｃとし、その逆側を終端部１４ｄとしている。
【００２９】
（実施の形態１）
図６は、本発明の一実施形態における燃焼器に採用される管長変更部の実施の形態１を示す要部の断面図である。
【００３０】
上述した音響管１４の始端部１４ｃから終端部１４ｄに至る管長の中途部には、その一箇所以上に伸縮可能な伸縮構造を有する管長変更部２０が介在されている。
【００３１】
管長変更部２０は、音響管１４の中途部を切断し、その切断した各端部１４ｅ，１４ｆの端部間の距離を変更することで長さ(内部容積)を調整変更するもので、各端部１４ｅ，１４ｆの内部に跨る連結管２１と、連結管２１を含む各端部１４ｅ，１４ｆの外部に跨る伸縮可能な密閉保護部材としての耐熱伸縮性金属ベローズ２２と、を備えている。
【００３２】
連結管２１は、各端部１４ｅ，１４ｆを連通状態で両端間距離の変更を可能とするもので、耐熱性並びに耐腐食性を有する金属等から形成されている。また、耐熱伸縮性金属ベローズ２２は、蛇腹状とすることで伸縮性を備えており、各端部１４ｅ，１４ｆの間を封止する。
【００３３】
このような構成において、設計段階で音響管１４の仕様が決定され、この音響管14が設置された際、連結管２１と耐熱伸縮性金属ベローズ２２とは少なくとも一方の端部１４ｅ，１４ｆに対して仮固定状態（仮溶接状態）となっている。
【００３４】
そして、実機レベルでの試験稼動時に燃焼振動周波数が設計時と異なっていた場合、仮固定を解除して各端部１４ｅ，１４ｆの間を調節する。この際、燃焼振動周波数が設計時よりも高い場合、長さ(容積)を短く(縮小)するために各端部１４ｅ，１４ｆの間を短くする。
【００３５】
各端部１４ｅ，１４ｆの長さ調整が終了したならば、各端部１４ｅ，１４ｆを正式に固定（溶接）する。
【００３６】
このように、本発明の燃焼器３にあっては、音響管１４の長さを調節可能としたことにより、容易に長さ調節を行い得て、燃焼振動に対する減衰効果を十分に発揮することができる。
【００３７】
尚、図７に示すように、各端部１４ｅ，１４ｆの内周に雌ネジ溝を形成し、連結管２１に変えて雌ネジ溝に螺合する中空の連結体２３を用いても良い。この際、図８に示すように、各端部１４ｅ，１４ｆの内周に雌ネジ溝を形成し、連結管２１に変えて雌ネジ溝に螺合する中実の連結体２４を用いることにより、図３に示す封止体１５を連結体（封止部）２４で兼用することができる。
【００３８】
また、図９に示すように、連結管２１の両端部をグランドパッキン２５を密閉保護部材として配置すると共に、このグランドパッキン２５をリング２６で抜け止めしても良い。
【００３９】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の一実施形態における燃焼器に採用される管長変更部の実施の形態２を示す要部の断面図である。
【００４０】
この実施の形態２の管長変更部３０は、音響管１４の分岐部付近１箇所に設けられており、分岐部側の端部１４ｅに固定された外筒部材３１と、外筒部材３１の内部で変位可能な内筒部材３２と、内筒部材３２と端部１４ｆとを密閉状態で連結する変形可能な密閉保護部材としてのバネ鋼３３と、を備えている。
【００４１】
外筒部材３１と内筒部材３２の一方には封止体１５が設けられており、外筒部材３１の内部で内筒部材３２を変位させることで管長を変更することができる。
【００４２】
バネ鋼３３は、一端を端部１４ｆに固定し、他端を内筒部材３２に固定し、その中途部を折り返すことで端部１４ｆの位置をそのままとして内筒部材３２の変位を許容する。
【００４３】
このような構成においては、バネ鋼３３の両端を溶接固定すると共に、外筒部材３１と内筒部材３２との間を仮固定状態（仮溶接状態）とし、管長調節後に外筒部材３１と内筒部材３２とを正式に固定（溶接）する。
【００４４】
尚、図１１に示すように、端部１４ｆの外周に雄ネジ溝を形成すると共に内筒部材３２の内周に雌ねじ溝を形成し、端部１４ｆと内筒部材３２との螺合位置で外筒部材３１に内筒部材３２を変位可能としてもよい。
【００４５】
これにより、ネジ溝同士の螺合を密閉保護部材として兼用してバネ鋼３３を廃止することができる。尚、外筒部材３１と内筒部材３２とを溶接すると共に、端部１４ｆと内筒部材３２とを固定することにより、密閉性を一層確保することができる。
【００４６】
このように、本発明にあっては、内部で燃焼して燃焼ガスＧを生成する燃焼器３と、燃焼器３の内部に燃料を供給する燃料配管３ｃと、燃料配管３ｃに設けられた分岐管１１で分岐すると共に分岐管１１との合流部１４で分岐した始端部１４ｃと終端部１４ｄとが閉塞された音響管１４と、音響管１４の始端部１４ｃから終端部１４ｄに至る管長の中途部に設けられて伸縮可能な伸縮構造を有する管長変更部２０，３０と、を備えていることにより、燃焼振動に対する減衰効果を十分に発揮することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…ガスタービン
３…燃焼器
３ｃ…燃料配管
１０…減衰装置
１１…分岐管（分岐部）
１４…音響管
１４ａ…合流部
１４ｂ…屈曲部
１４ｃ…始端部
１４ｄ…終端部
２０…管長変更部
２４…連結体（封止部）
【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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