(57)【要約】【課題】ガスタービンの燃焼器内部のような圧力空間の圧力変動を安定的に、しかも正確に検出することができる圧力検出装置を提供する。【解決手段】圧力空間に一端が連通状態で配置され、圧力空間の気体が導入される検出用管１１と、その検出用管１１の他端に設けられ、その検出用管１１に導入された気体の圧力を検出する検出部１２と、一端が検出用管１１に連通状態で設けられる分岐管１３と、その分岐管１３の他端側に連通状態で設けられ、その分岐管１３よりも大きな断面の空間を有するキャビティ部１４とを備える。【選択図】図２
2013195272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力空間の圧力を測定する圧力検出装置であって、
前記圧力空間に一端が連通状態で配置され、該圧力空間の気体が導入される検出用管と、
前記検出用管の他端に設けられ、該検出用管に導入された気体の圧力を検出する検出部と、
一端が前記検出用管に連通状態で設けられる分岐管と、
前記分岐管の他端側に連通状態で設けられ、該分岐管よりも大きな断面の空間を有するキャビティ部と、を備えることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記キャビティ部は、前記検出部のケーシングの外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記キャビティ部は、前記検出部のケーシングの内側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記キャビティ部は、前記検出部のケーシングの内周面に沿って設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記分岐管の内部には、音響抵抗体が設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力検出装置に係り、特に、ガスタービンの燃焼器内の圧力変動を正確に検出することができるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの燃焼器は、その内部で燃料が燃焼する際、気柱との共鳴振動により燃焼振動が発生する性質を有している。そして、この燃焼振動が所定以上に大きい場合、あるいは、燃焼振動と燃焼器本体とが共振した場合は、燃焼器が極度に振動し、燃焼器の支持部材が過度に摩耗したり、燃焼器本体にクラックが生じたりする等の不都合が発生するおそれがある。このような不都合を防止するためには、燃焼振動時の圧力変動を正確に検出し、その検出結果に基づいて燃料と空気との配分比率等を調整して燃焼振動が小さくなるように運転を行うことが必要となる。
【０００３】
燃焼振動が小さくなるように燃焼器の運転を行うには、燃焼器内の圧力変動を正しく検出することが不可欠となる。この圧力検出に当たっては、燃焼器内に圧力センサを設けて燃焼器内の圧力を直接検出することが望ましいが、圧力センサを燃焼器内に設けた場合は、圧力センサが高温の燃焼ガスに直接接するため、故障や破損のおそれが高まるだけでなく、耐高温性の圧力センサが必要になり装置コストが上昇してしまうという問題がある。このため、特許文献１では、一端側が燃焼器内に開口し、他端側が燃焼器外に位置する検出用管を設けるとともに、その検出用管の他端側に圧力センサを設け、燃焼器外において圧力を検出することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３１１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃焼器に検出用管を接続して燃焼器外において燃焼器内の圧力変動を検出する場合は、検出用管内の気柱共鳴特性で振幅及び減衰が激しく、正確な圧力検出がし難いという問題点を有している。特許文献１の圧力計測装置では、このような問題点を解決するために、検出用管に減衰管を接続して周波数特性が振幅平坦になるようにしている。しかし、この減衰管は長尺のために装置が大型化して使い勝手が悪いという問題があり、また、減衰管内に結露が発生すると圧力が正確に検出することができないという問題を有している。
【０００６】
そこで、本発明は、上記欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型化された装置で、かつ、結露の発生のおそれがなく、燃焼器内部の圧力変動を安定的に、しかも正確に検出することができる、使い勝手に優れた圧力検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る圧力検出装置は、圧力空間の圧力を測定する圧力検出装置であって、前記圧力空間に一端が連通状態で配置され、該圧力空間の気体が導入される検出用管と、その検出用管の他端に設けられ、その検出用管に導入された気体の圧力を検出する検出部と、一端が前記検出用管に連通状態で設けられる分岐管と、その分岐管の他端側に連通状態で設けられ、その分岐管よりも大きな断面の空間を有するキャビティ部とを備えることを特徴としている。
【０００８】
上記構成からなる圧力検出装置は、検出用管に分岐管およびキャビティ部で形成されるヘルムホルツ共鳴管を設けたため、検出用管の共鳴を効果的に抑制して、検出部において圧力を正確に検出することができる。したがって、この圧力検出装置がガスタービンの燃焼器に用いられたときは、その検出結果に基づいて燃焼振動が小さくなるように燃焼器を運転することができる。しかも、この圧力検出装置は、検出用管に分岐管およびキャビティ部を設けるだけの構成であるため、装置を小型化することができる。また、この圧力検出装置は、長尺の減衰管を有していないため、結露の心配がない。したがって、安定的に、かつ、正確に圧力を検出することができる。
【０００９】
また、本発明に係る圧力検出装置は、キャビティ部は検出部のケーシングの外側に設けられていることを特徴としている。
【００１０】
上記構成からなる圧力検出装置は、ケーシングの外側にキャビティ部が設けられるため、装置構成を簡素化することができる。
【００１１】
また、本発明に係る圧力検出装置は、キャビティ部は検出部のケーシングの内側に設けられていることを特徴としている。
【００１２】
上記構成からなる圧力検出装置は、キャビティ部をケーシング内に設けるようにしたため、ケーシング内に検出部およびキャビティ部が設けられ、装置の小型化をより一層図ることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る圧力検出装置は、キャビティ部は検出部のケーシングの内周面に沿って設けられていることを特徴としている。
【００１４】
上記構成からなる圧力検出装置は、ケーシングの内周に沿ってキャビティ部を設けることにより、ケーシング内の空間を有効に利用でき、より一層、装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
そして、本発明に係る圧力検出装置は、分岐管の内部に音響抵抗体が設けられていることを特徴としている。
【００１６】
上記構成からなる圧力検出装置は、分岐管内に多孔質金属などからなる音響抵抗体を設けることにより、検出用管内の共鳴を抑制することができ、検出部では、正確な圧力検出が安定的に行なわれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る圧力検出装置は、装置を小型化して使い勝手に優れたものとすることができ、かつ、結露の発生のおそれがなく、圧力空間の圧力変動を安定的に、しかも正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における圧力検出装置を付設した燃焼器を具備したガスタービンの燃焼器部分の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る圧力検出装置の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る圧力検出装置の断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る圧力検出装置の断面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置１０を付設した燃焼器を具備したガスタービン１の燃焼器部分の概略構成を示す断面図である。なお、この図においては、図面を簡略化するために断面を表わすハッチングは省略されている。
【００２１】
ガスタービン１は、周知のガスタービンと同様に、空気の流れの上流側（図１では左側）からの下流側（図１では右側）にかけて、順に、圧縮機２、燃焼器３およびタービン４を含んで構成されている。圧縮機２は、取り込んだ空気を圧縮し、この圧縮された高温・高圧の圧縮空気を燃焼器３へ送出するように構成されている。燃焼器３は、圧縮機２からの圧縮空気と燃焼器３に供給された燃料とを混合・燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、この生成された高温・高圧の燃焼ガスは、タービン４に向けて噴射されるように構成されている。タービン４は、静翼と動翼とを有していて、燃焼器３から供給されてくる燃焼ガスにより動翼の回転軸を回転させ、この回転軸の回転により、圧縮機２及び発電機等の図示しない負荷を駆動できるように構成されている。
【００２２】
燃焼器３の構成についてさらに説明すると、この燃焼器３は、ノズル部５、内筒（燃焼器ライナ）６および尾筒７を含んで構成されていて、タービン４を囲むように設けられている車室ハウジング８内に設けられている。
【００２３】
ノズル部５は、車室ハウジング８の圧縮機２側の端部に設けられている外筒９内に設けられていて、メインノズル５ａおよびパイロットノズル５ｂを有している。そして、これら複数のノズル部５には、天然ガス、あるいは軽油や重油などの燃料が供給できるように構成されている。
【００２４】
内筒６は、ノズル部５の燃料噴射側に設けられるとともに、そのノズル部５から噴出される燃料と圧縮機２から供給される圧縮空気とを内筒６に取り込めるように構成されている。したがって、内筒６では、ノズル部５から供給された燃料と圧縮機２から供給された圧縮空気とが混合して燃焼し、高温・高圧の燃焼ガスを生成することができる。
【００２５】
この内筒６内には、後に詳述する圧力検出装置１０の検出用管１１の一端側が内筒６内に位置するように設けられる。したがって、圧力検出装置１０の検出用管１１の一端側は、本発明の「圧力空間」に相当する内筒６内の空間、すなわち燃焼器３の内部と連通状態に保たれる。なお、検出用管１１の一端側は、内筒６に孔を設けて取り付けてもよく、あるいは、内筒６に設けられている空気取込口の一部を利用して取り付けることもできる。
【００２６】
尾筒７は筒状に形成されていて、その尾筒７の一端側は、内筒６のノズル部５の設けられている側と反対側の端部に接続され、また、この尾筒７の他端側は、徐々に断面積が小さくなるように形成されているとともに、その他端側の先端部は、タービン４に対向するように構成されている。したがって、尾筒７は、内筒６で生成された高温・高圧の燃焼ガスをタービン４に供給することができる。
【００２７】
以下、図２を用いて第１実施形態に係る圧力検出装置１０について説明する。図２は、第１実施形態に係る圧力検出装置１０の断面図であって、この圧力検出装置１０は、検出用管１１と、検出部１２と、分岐管１３と、キャビティ部１４と、ケーシング１５とを含んで構成されている。
【００２８】
検出用管１１は、例えば、内径数ｍｍの金属製管で構成されており、その一端側（図２おいて下端側）は、上述したように、燃焼器３の内筒６内に位置していて、検出用管１１の内部と燃焼器３の内部とは、連通状態に保たれている。なお、この検出用管１１は、他端側（図２おいて上端側）において、後述する検出部１２側に屈曲しているが、検出用管１１は検出部１２に向けた直線状としてもよい。
【００２９】
検出部１２は、周知の圧力センサで構成されていて、検出用管１１の他端側に連設されている。そして、この検出部１２は、検出用管１１の内部の圧力を検出できるように構成されている。
【００３０】
分岐管１３は、例えば、検出用管１１よりも断面積の小さい金属製の細管からなり、その分岐管１３の一端側（図２において下端側）は、検出部１２近傍において検出用管１１から分岐するように設けられている。すなわち、この分岐管１３は、検出部１２とは連通状態を保つように設けられている。また、分岐管１３は、検出用管１１の全長よりも短い長さの管体で構成されている。
【００３１】
キャビティ部１４は、分岐管１３の他端側（図２において上端側）に設けられていて、その内部には所定の容積を有する空間が形成されている。キャビティ部１４は、分岐管１３よりも大きな断面の空間を有している。そして、分岐管１３とキャビティ部１４の空間とは連通状態を保って設けられていて、分岐管１３のスロート寸法とキャビティ部１４のボリューム（容積）とで一種のヘルムホルツ共鳴管を形成している。この形成されるヘルムホルツ共鳴管は、検出用管１１内の気柱共鳴特性が既知であるため、検出部１２で正確な圧力検出が安定的にできるように、分岐管１３のスロート寸法およびキャビティ部１４のボリュームの値が決められている。すなわち、分岐管１３およびキャビティ部１４で形成されるヘルムホルツ共鳴管は、特定の共鳴周波数をピンポイント的に低減させて検出用管１１の共鳴を抑制できるように構成されている。
【００３２】
ケーシング１５は、検出部１２を内部に支持して保護できるように構成されている。そして、このケーシング１５は、燃焼器３の外側、すなわちタービン４を囲むように設けられている車室ハウジング８の外側に設けられる。したがって、ケーシング１５内の検出部１２は、高温にさらされることなく圧力を検出することができる。なお、このケーシング１５内には、検出部１２の圧力センサの検出信号を処理するアンプやフィルタなどの検出回路が内蔵されているが、ここでは省略されている。
【００３３】
上記構成からなる圧力検出装置１０は、検出用管１１の検出部１２近傍に分岐管１３およびキャビティ部１４で形成されるヘルムホルツ共鳴管を設けるようにしているため、検出用管１１の共鳴を効果的に抑制して、検出部１２において圧力を正確に検出することができる。したがって、この検出結果に基づいて燃焼振動が小さくなるように燃焼器３を運転することができる。しかも、この圧力検出装置１０は、検出用管１１に分岐管１３およびキャビティ部１４を設けるだけでよいため、装置を小型化することができ、また、長尺の減衰管を有しないため結露の心配がなく安定的に、かつ、正確に圧力を検出することができるという特長を有することができる。
【００３４】
続いて、図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力検出装置２０を示している。この圧力検出装置２０は、上述の圧力検出装置１０と異なる点は分岐管１３内に多孔質金属からなる音響抵抗体１６を設けたことにある。
【００３５】
分岐管１３内に多孔質金属からなる音響抵抗体１６を設けた圧力検出装置２０は、検出用管１１の共鳴を抑制することができ、検出部１２において正確な圧力検出を安定的に行うことができる。なお、音響抵抗体１６は、金属製の多孔板などを用いてもよい。
【００３６】
続いて、図４は、本発明の第３実施形態に係る圧力検出装置３０を示している。この圧力検出装置３０は、上述の圧力検出装置１０と異なる点はキャビティ部１４をケーシング１５内に設けたことにある。
【００３７】
キャビティ部１４をケーシング１５内に設けた圧力検出装置３０は、ケーシング１５内に検出部１２およびキャビティ部１４が設けられるため、装置の小型化をより一層図ることができる
【００３８】
続いて、図５（ａ）および（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る圧力検出装置４０を示している。この圧力検出装置４０は、上述の圧力検出装置３０と異なる点はキャビティ部１４ａをケーシング１５ａの内周面に沿って設けたことにある。
【００３９】
ケーシング１５ａの内周に沿ってキャビティ部１４ａを設けた圧力検出装置４０は、上述した圧力検出装置１０〜３０のケーシング１５よりも小さい容積のケーシング１５ａとしても、圧力検出装置１０〜３０のキャビティ部１４と同じ容積のキャビティ部１４ａをケーシング１５ａ内に形成することができ、より一層、装置の小型化を図ることができる。
【００４０】
上述の圧力検出装置３０，４０においても、上述した圧力検出装置２０と同様に、分岐管１３内に多孔質金属などからなる音響抵抗体１６を設けてもよい。この場合も上述と同様に、検出部１２において正確な圧力検出を安定的に行うことができる。
【００４１】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ガスタービン  ２…圧縮機  ３…燃焼器  ４…タービン  ５…ノズル部  ６…内筒  ７…尾筒  ８…車室ハウジング  ９…外筒  １０，２０，３０，４０…圧力検出装置  １１…検出用管  １２…検出部  １３…分岐管  １４，１４ａ…キャビティ部  １５，１５ａ…ケーシング  １６…音響抵抗体
【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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