(57)【要約】【課題】振動強度を緩和できる音響ダンパ構造の提供を目的とする。【解決手段】燃焼器で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動のうち、数十〜数百Ｈｚオーダーの周波数領域の振動を減衰させる音響ダンパ構造であって、音響管２１とダンパ本体３０とを別体とし、音響管２１をダンパ本体３０の内部に収納するとともに、音響管２１の少なくとも一箇所が支持構造４０を介してダンパ本体３０に支持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動のうち、数十〜数百Ｈｚオーダーの周波数領域の振動を減衰させる音響ダンパ構造であって、
音響管とダンパ本体とを別体とし、前記音響管を前記ダンパ本体の内部に収納するとともに、前記音響管の少なくとも一箇所が支持構造を介して前記ダンパ本体に支持されていることを特徴とする音響ダンパ構造。
【請求項２】
前記音響管が、音響管断面積を等しくして複数に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の音響ダンパ構造。
【請求項３】
前記音響管にマスが付与されていることを特徴とする請求項１または２に記載の音響ダンパ構造。
【請求項４】
前記音響管の途中に連結部が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の音響ダンパ構造。
【請求項５】
前記音響管が複数に分割され、異なる音響管どうしが連結部を介して結合されていることを特徴とする請求項２または３に記載の音響ダンパ構造。
【請求項６】
前記音響管と前記ダンパ本体との間に板ばねを介在させたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の音響ダンパ構造。
【請求項７】
燃焼器が請求項１から６のいずれかに記載の音響ダンパ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、ガスタービン燃焼器の燃焼振動低減に用いられる音響ダンパに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンの燃焼器には、燃焼振動を低減することができ、かつ、燃焼器本体の振動強度を有利にする音響ダンパが取り付けられている。この音響ダンパは、燃焼器で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動のうち、低周波数帯域（数十〜数百Ｈｚオーダーの周波数領域）の振動を減衰させるものであり、音響管（「共鳴管」ともいう）とダンパ本体とが一体構造となっている。
上述した音響ダンパ及び音響ダンパを備えたガスタービンとしては、たとえば特許文献１及び特許文献２に開示されたものが知られている。
なお、高周波数帯域（数ＫＨｚオーダーの周波数領域）の燃焼振動については、燃焼器本体の外周に取り付けられる装置（一般的には「音響ライナ」と呼ばれている）により対処している。
【特許文献１】特開２００６−２６６６７１号公報
【特許文献２】特開２００６−２２９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した音響ダンパは一種の共鳴箱であり、音響ダンパの内部には大きな圧力変動が発生して振動の原因となり、さらに、音響ダンパの外壁面にはガスタービン車室内に流入する圧縮空気の流体力が作用して加振している。このため、音響ダンパは、運転時に内外からの加振による振動で損傷する可能性がある。なお、音響ダンパを振動させる加振力としては、ダンパ内部の圧力変動が大きいものとなる。
【０００４】
上述した特許文献に記載されている従来の音響ダンパは、共鳴管が音響ダンパ本体と一体に構成されている。従って、車室内の流体圧力及び共鳴管内の圧力変動を同時に受ける状況は、振動強度的に厳しいものとなる。
また、従来の音響ダンパは、一定径の音響管でダンパ形状を形成するため制約が多く、ダンパ形状は限られたものとなる。さらに、従来の音響ダンパは、非常に狭隘な空間に組み立てるため、形状に制限を受ける。このため、局所応力が発生しやすい角張った形状となり、この点からも振動強度的に厳しいものとなる。
【０００５】
このような背景から、車室内の流体圧力及び共鳴管内の圧力変動を同時に受ける音響ダンパについて、厳しい状況にある振動強度の問題を緩和できるようにした音響ダンパ構造が求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、振動強度を緩和できる音響ダンパ構造の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る音響ダンパ構造は、燃焼器で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動のうち、数十〜数百Ｈｚオーダーの周波数領域の振動を減衰させる音響ダンパ構造であって、音響管とダンパ本体とを別体とし、前記音響管を前記ダンパ本体の内部に収納するとともに、前記音響管の少なくとも一箇所が支持構造を介して前記ダンパ本体に支持されていることを特徴とするものである。
【０００７】
上述した本発明の音響ダンパ構造によれば、音響管とダンパ本体とを別体とし、音響管をダンパ本体の内部に収納するとともに、音響管の少なくとも一箇所が支持構造を介してダンパ本体に支持されているので、車室内の流体力をダンパ本体が受け、音響管は内部で発生する圧力変動のみを受ければよいので、力の分散が可能となる。また、音響管及びダンパ本体が別体であるため、ダンパ本体が音響管内で発生する圧力変動の励振を受けにくくなり、さらに、少なくとも一箇所の支持構造を設けて容易に音響チューニング振動数から構造振動数を離調することができる。
【０００８】
上記の発明において、前記音響管は、音響管断面積を等しくして複数に分割されていることが好ましく、これにより、音響管の径が小さくなって曲げ加工を容易に実施することができる。
【０００９】
上記の発明において、前記音響管にマスを付与することが好ましく、これにより、音響管の構造振動数について変更可能な幅を広げることができる。
【００１０】
上記の発明において、前記音響管の途中に連結部を設けておくことが好ましく、これにより、音響管内部の圧力変動により励振されても、連結部における配管の変位差により減衰を付与することができる。
【００１１】
上記の発明において、前記音響管を複数に分割し、異なる音響管どうしは連結部を介して結合することが好ましく、これにより、分割した音響管の配管ルート及び構造振動数が異なるため、変位差を生じやすくなる。従って、音響管内部の圧力変動により励振されても、連結部における配管の変位差により減衰を付与することができる。
【００１２】
上記の発明において、前記音響管と前記ダンパ本体との間に板ばねを介在させることが好ましく、これにより、ダンパ本体と板ばね間の変位差により減衰を付与することができる。
【００１３】
本発明に係るガスタービンは、燃焼器が請求項１から６のいずれかに記載の音響ダンパを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
上述した本発明のガスタービンによれば、燃焼器が請求項１から６のいずれかに記載の音響ダンパを備えているので、ダンパ本体が車室内の流体力を受け、音響管が内部で発生する圧力変動のみを受けることで力を分散できる。また、音響管及びダンパ本体が別体であるため、ダンパ本体が音響管内で発生する圧力変動の励振を受けにくくなり、さらに、少なくとも一箇所の支持構造を設けて容易に音響チューニング振動数から構造振動数を離調することができる。従って、チューニングが容易で、強度等の信頼性も高い音響ダンパを備えたガスタービンとなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来の音響ダンパにおいて、車室内の流体圧力及び共鳴管内の圧力変動を同時に受けて厳しい状況にあった振動強度の問題を緩和し、信頼性や耐久性の高い音響ダンパ構造を提供することが可能になる。
また、この音響ダンパ構造を備えたガスタービンについても、信頼性や耐久性を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る音響ダンパ構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
本発明に係る音響ダンパ構造について、第１の実施形態を図１から図３を参照して説明する。
図１は本発明に係る音響ダンパ構造を示す断面図、図２は本発明に係る音響ダンパ構造を具備したガスタービンの断面図、図３は図２に示すガスタービンの燃焼器部分を拡大した詳細図である。
【００１７】
図２に示すように、ガスタービン１には、空気の流れの上流側から下流側に向かって、空気取入口２、圧縮機３、燃焼器１０、及びタービン４が設けられている。そして、空気取入口２から取り込まれた空気は、圧縮機３によって圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器１０へ送り込まれる。燃焼器１０では、この圧縮空気に燃料として天然ガス等のガス燃料、あるいは軽油や軽重油等の液体燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを生成させる。この高温・高圧の燃焼ガスは、後述する尾筒１４内を通過した後、タービン４に噴射される。
【００１８】
図３に示すように、燃焼器１０は、ハウジング１１の内部に形成された車室１２内に燃焼器本体１３が収納設置されている。燃焼器本体１３の下流側には、燃焼器本体１３の燃焼室（不図示）に連通する尾筒１４が設けられている。この尾筒１４は、燃焼室とタービン４との間を接続する筒状部材であり、タービン４に近い下流側へ行くほど断面積が絞られている。
燃焼器本体１３は略円筒形とされ、その円筒内部にはパイロットノズル及び複数（たとえば８本）のメインノズルが設置されている。なお、パイロットノズルは燃焼器本体１３の軸中心位置に配置され、メインノズルはパイロットノズルの周囲を取り囲むようにして等ピッチに配置されている。
【００１９】
上述した尾筒１４には、燃焼振動の減衰装置として、燃焼振動を減衰させる音響ダンパ２０及び音響ライナ５０が設けられている。
一方の音響ライナ５０は、高周波数帯域（数ＫＨｚオーダーの周波数帯域）の燃焼振動を減衰させる減衰装置であり、燃焼器本体１３に近い尾筒１４の周囲に環装されている。この音響ライナ５０は、たとえば複数の吸音孔が形成され、円筒形の形状に形成された多孔板と、この多孔板の周囲に形成されたハウジングとによって構成されている。
【００２０】
図１に示す音響ダンパ２０は、燃焼器１０で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動のうち、数十〜数百Ｈｚオーダーになる低周波数領域の振動を減衰させるものである。この音響ダンパ２０は、音響管２１とダンパ本体３０とが別体に構成された音響ダンパ構造となる。
音響管２１は、後述するダンパ本体３０の内部に収納設置されている。図示の音響管２１は、ガス入口部２２と、テーパ部２３と、音響管本体２４とが連通して一体に接続されている。
【００２１】
ガス入口部２２は、音響管２１の中では最も大きな流路断面積を有している。
テーパ部２３は、ガス入口部２２と音響管本体２４との間を接続する部分である。従って、テーパ部２３は、最も流路断面積の大きいガス入口部２２から流路断面積の小さい音響配管部２４まで、すなわち、ガス入口部２２から下流側へ向けて、内部の流路断面積が徐々に絞られる部分となる。
【００２２】
音響管本体２４は、たとえば市販の配管部材等を折曲して構成される。図示の構成例では、ガス入口部２２が音響管２１の略中心位置となり、ガス入口部２２とテーパ部２３を介して接続された音響管本体２４は、外周側へ向かう略矩形の渦巻き状となるように折曲されている。
上述した音響管本体２４を収納する別体構造のダンパ本体３０は、内部空間３１を形成する箱状の構成部材である。図示のダンパ本体３０は、略直方体の形状とされる。なお、ダンパ本体３０の内部空間３１については、完全密閉の気密構造とする必要はない。
【００２３】
また、上述した音響管２１の音響管本体２４は、ダンパ本体３０の内部に収納した状態で、音響管２１の少なくとも一箇所が支持構造４０を介してダンパ本体３０に支持されている。図示の構成例では、音響管２１の音響管本体２１が、ガス入口部２２の接続部と反対側となる端部付近を支持構造４０により支持されている。
支持構造４０は、たとえば図１（ｂ）に示すように、ダンパ本体３０に支持されたサポート４１が、スリーブ４２を介して音響管本体２４を保持するものである。なお、音響管本体２４の支持構造４０については、上述したサポート４１及びスリーブ４２を用いた構造に限定されることはなく、たとえばＵボルト・ナットを用いる構造など、音響管本体２４を部分的に保持できる構造であればよい。
【００２４】
このように構成された音響ダンパ構造によれば、燃焼器１０の車室１２内に作用する流体力をダンパ本体３０が受け、ダンパ本体３０内に設置された音響管２１は、音響管内部で発生する圧力変動のみを受ければよい。このため、音響ダンパ２０においては、流体力と内部圧力の変動とに力を分散させることが可能となる。
また、音響管２１及びダンパ本体３０が別体であるため、すなわち、音響管２１とダンパ本体３０との間には内部空間３１が存在するので、ダンパ本体３０は、音響管２１内で発生して比較的大きな力となる圧力変動の励振を受けにくくなる。これにより、音響ダンパ２０が車室１２内の狭隘部に組まれるため、形状に制限を受けて局所応力を発生しやすいという従来の問題が、別体構造の採用により緩和されることになる。
【００２５】
さらに、上述した音響管２１は、少なくとも一箇所が支持構造４０により支持されているので、容易に音響チューニング振動数から構造振動数を離調することができる。これは、上述した別体構造の採用により支持構造４０を設ける位置や数の自由度が増すので、音響管２１の構造振動数を音響チューニング振動数から離調することが容易になるためである。
従って、上述した音響ダンパ２０は、車室１２内の流体圧力及び音響管（共鳴管）２１内の圧力変動を同時に受けて厳しい状況にあった振動強度の問題が緩和され、信頼性や耐久性の高い音響ダンパ構造となる。
また、このような音響ダンパ２０を備えたガスタービン１は、燃焼器１０における燃焼振動の問題が解消され、信頼性や耐久性の高い製品となる。
【００２６】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明に係る音響ダンパ構造について、第２の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４に示す音響ダンパ２０Ａでは、ガス入口２２の後流側が二つに分割されている。具体的に説明すると、音響ダンパ２０Ａは、ガス入口部２２を共通とし、下流側が二つのテーパ部２３Ａ，２３Ｂ及び音響管本体２４Ａ，２４Ｂに二分割されている。この場合、ガス入口部２２の下流側で二分割された音響管本体２４Ａ，２４Ｂは、トータル面積が等しくなるように二分割されている。
【００２７】
また、音響管本体２４Ａ，２４Ｂの出口側端部付近は、各々が支持構造４０Ａ，４０Ｂにより支持されている。すなわち、図示の音響管ダンパ２０Ａは、左右対称となるように二分割されている。
このような構成の音響ダンパ２０Ａを採用すれば、音響管２１Ａ，２１Ｂに径の小さい配管部材を使用できるので、曲げ加工を容易に実施することができる。従って、車室１２内の流体圧力及び音響管２１Ａ，２１Ｂ内の圧力変動を同時に受けて厳しい状況にあった振動強度の問題が緩和されるとともに、製造コストの削減も可能な音響ダンパ２０Ａを提供することができる。
なお、上述した実施形態では、ガス入口部２２の下流側が二分割された構成例を示したが、これに限定されることはなく、たとえば３または４分割等の複数に分割した構成も可能である。
【００２８】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明に係る音響ダンパ構造について、第３の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５に示す音響ダンパ２０Ｂでは、音響管２１の音響管本体２４にマス２５が付与されている。すなわち、音響管本体２４の適所に適当な重量を有するマス２５を取り付けたことにより、音響管２１の構造振動数は、変更可能な幅を広げることができる。
【００２９】
ところで、上述した実施形態では、１個のマス２５を付与するとともに、２箇所の支持構造４０を設けているが、これらの数や位置を適宜調整することで、音響管２１の構造振動数を変える幅が広がるので、高次を含めた音響チューニング振動数から離調することが容易になる。すなわち、燃焼振動に対し、広範囲にわたるチューニングが可能となる音響ダンパ２０Ｂを提供することができる。
【００３０】
＜第４の実施形態＞
続いて、本発明に係る音響ダンパ構造について、第４の実施形態を図６及び図７に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示す音響ダンパ２０Ｃでは、音響管２１の途中に連結部４５が設けられている。この連結部４５は、渦巻き状の音響管本体２４が隣接する部分を連結するもので、たとえば図７に示すように、音響管本体２４にスリーブ４６を取り付けてバンド４７により連結している。
【００３１】
このような構成とすれば、音響管２１が内部に発生する圧力変動により励振されても、連結部４５における配管の変位差により、すなわち、連結した音響管本体２４が異なる変位をすることにより減衰を付与することができる。従って、音響管２１の振動を低減することができる。
【００３２】
＜第５の実施形態＞
続いて、本発明に係る音響ダンパ構造について、第５の実施形態を図８に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８に示す音響ダンパ２０Ｄでは、複数に分割した音響管し、異なる音響管どうしを連結部４５を介して結合したものである。図示の例では、二つの音響管２１Ａ′，２１Ｂ′に分割され、異なる二つの音響管２１Ａ′，２１Ｂ′どうしが連結部４５を介して結合されている。なお、この実施形態では、二つの音響管２１Ａ′，２１Ｂ′が異なる形状となっているが、同じ形状のものでもよい。
【００３３】
このような構成とすれば、分割した二つの音響管２１Ａ′，２１Ｂ′は、各々配管ルート及び構造振動数が異なるため、変位差を生じやすくなる。従って、音響管２１Ａ′，２１Ｂ′の内部に発生する圧力変動により励振されても、連結部４５における配管の変位差により減衰を付与することができるので、音響管２１Ａ′，２１Ｂ′の振動を低減することができる。
【００３４】
＜第６の実施形態＞
最後に、本発明に係る音響ダンパ構造について、第６の実施形態を図９に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図９に示す音響ダンパ２０Ｅでは、音響管２１とダンパ本体３０との間に板ばね３５を介在させている。この場合の板ばね３５は、たとえば波形形状に折曲成形されたものであり、音響管２１の外壁面及びダンパ本体３０の内壁面に波形のピークが接するように設置されている。
【００３５】
このような構成とすれば、ダンパ本体３０と板ばね３５との間に生じる変位差により、音響管２１に減衰を付与することができる。従って、音響管２１の振動を低減することができる。なお、板ばね３５が接する音響管２１の外面及びダンパ本体３０の内面には、必要に応じて耐摩耗性コーティング等を施し、耐久性を向上させることが好ましい。
【００３６】
上述したように、本発明のガスタービン１は、燃焼器１０が上述した各実施形態の音響ダンパ２０，２０Ａ〜２０Ｅを備えているので、ダンパ本体３０が車室１２内の流体力を受け、音響管２１が内部で発生する圧力変動のみを受けることで力の分散が可能となる。また、音響管２１及びダンパ本体３０が別体であるため、ダンパ本体３０が音響管２１内で発生する圧力変動の励振を受けにくくなり、さらに、少なくとも一箇所の支持構造４０を設けることで容易に音響チューニング振動数から構造振動数を離調することができる。従って、燃焼振動に対するチューニングが容易になり、強度等の信頼性も高い音響ダンパ２０，２０Ａ〜２０Ｅを備えたガスタービン１を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて適宜各実施液体を組み合わせた変形実施が可能であり、たとえば、図９に示した板ばね３５を第２〜第５の実施形態と組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る音響ダンパ構造の第１の実施形態を示す図で、（ａ）は音響ダンパ構造の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の音響ダンパ構造を備えたガスタービンの概略構成例を示す断面図である。
【図３】図２に示す燃焼器の詳細図である。
【図４】本発明に係る音響ダンパ構造の第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る音響ダンパ構造の第３の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る音響ダンパ構造の第４の実施形態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は図６のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】本発明に係る音響ダンパ構造の第５の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明に係る音響ダンパ構造の第６の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    ガスタービン
１０    燃焼器
１１    ハウジング
１２    車室
１３    燃焼器本体
１４    尾筒
２０，２０Ａ〜２０Ｅ    音響ダンパ
２１    音響管
２２    ガス入口部
２３    テーパ部
２４    音響管本体
２５    マス
３０    ダンパ本体
３５    板ばね
４０    支持構造
４５    連結部
【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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