(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で燃焼をおこなう燃焼器内筒を吸気車室空間を介してケーシングで被覆して成るガスタービンの燃焼器構造であって、
吸気車室空間内の空気振動に共振して空気振動のエネルギを吸収する面状制振材を、取り付け部材でケーシングの内壁に隙間を介して取り付けて成り、
取り付け部材がスタッドであって、スタッドはケーシングの内壁に溶接されたボルトと、薄板を間に挟みながらボルトに螺合後、ボルトに溶接される２つのナットから成る、
ことを特徴とする燃焼器構造。
【請求項２】
面状制振材が単層の薄厚平板であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器構造。
【請求項３】
面状制振材が複数積層された薄厚平板であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器構造。
【請求項４】
異なる大きさの薄厚平板を用いることを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼器構造。
【請求項５】
面状制振材に面状制振材の両側の空間を連通する穴が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器構造。
【請求項６】
内部で燃焼をおこなう燃焼器内筒を吸気車室空間を介してケーシングで被覆して成るガスタービンの燃焼器構造であって、
吸気車室空間内の空気振動に共振して空気振動のエネルギを吸収する面状制振材を、取り付け部材でケーシングの内壁に隙間を介して取り付けて成り、
面状制振材が、取り付け部材を含んで閉空間を形成するボックス状の立体成形部材である、
ことを特徴とする燃焼器構造。
【請求項７】
立体成形部材が独立した空間層を１つ内包する単一立体成形部材であって、複数の単一立体成形部材がケーシング内壁に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の燃焼器構造。
【請求項８】
立体成形部材が、独立した空間層が予め複数形成されている連続立体成形部材であることを特徴とする請求項６に記載の燃焼器構造。
【請求項９】
ケーシングの内壁に固定される立体成形部材の内包する空間の容積が不均等であることを特徴とする請求項６に記載の燃焼器構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼器構造に関し、特にガスタービンの燃焼器構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
さまざまな分野で燃焼器が使用されているが、排気ガス規制の強化、特にＮＯx の規制の強化にともない、燃料に対する空気の混合比が大きな燃焼、すなわち希薄燃焼をおこなわねばならなくなっている。このように希薄燃焼をおこなうと燃焼変動が発生しやすく、燃焼変動が発生すると燃焼ガスの圧力変動が発生する。
ところで、例えば、ガスタービンは、図１０に示されるように、その内部で燃焼がおこなわれる複数の燃焼器内筒（単に燃焼器とも言われる）２００の外側をケーシング１００が離間被覆し、燃焼器内筒２００とケーシングの間には、燃焼器吸気車室３００と言われる空間が形成されており、圧縮機から吐出された空気はこの燃焼器吸気車室３００に入り、そこから、燃焼器内筒２００の内部に入って燃料ノズル４００から供給される燃料と混合されて燃焼し、燃焼ガスがタービン部に向かう構造となっている。
【０００３】
燃焼器吸気車室３００は概ね環状であるが軸方向長さで２ｍを超え、環の径方向の幅も１ｍを超えるのも珍しくない程大きなものである。
したがって、この大きな吸気車室が、音場を形成し、燃焼変動が発生して燃焼器内筒２００内の圧力変動が発生すると、その圧力変動が燃焼器吸気車室３００に伝わりその音場の固有周波数に対応する周波数成分が増幅されて燃焼器内筒２００に再伝達され、燃焼器内筒２００内の圧力変動がさらに大きくなる。その結果、燃焼器内へ流入する燃料や空気量も変動し、益々大きな燃焼変動に成長していく、いわゆる燃焼振動現象が発生する。
特開平１１−６２５４９号公報は、この吸気車室空間３００の空気振動増幅作用を抑えるべく、ケーシング１００の内面に吸音材を取り付けることを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、燃焼器吸気車室３００は、温度が５００℃、圧力が２５ａｔａ、というような過酷な条件になるところであり、また高速回転するタービン室の上流に位置しており、吸音材には、前記の過酷な条件でも破損、飛散しないことが要求される。実際上、この要求を満たす吸音材を適切なコストで得ることは非常に難しい。
本発明は上記問題に鑑み、燃焼器吸気車室の空気の振動を、耐久性高く、低コストで抑制したガスタービンの燃焼器構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、内部で燃焼をおこなう燃焼器内筒を吸気車室空間を介してケーシングで被覆して成るガスタービンの燃焼器構造であって、吸気車室空間内の空気振動に共振して空気振動エネルギを吸収する面状制振材を、取り付け部材でケーシングの内壁に隙間を介して取り付けて成り、
取り付け部材がスタッドであって、スタッドはケーシングの内壁に溶接されたボルトと、薄板を間に挟みながらボルトに螺合後、ボルトに溶接される２つのナットから成る、燃焼器構造が提供される。
このように構成された燃焼器構造では吸気車室空間内の空気振動のエネルギは空間内の空気振動に共振する面状制振材に吸収されるが、面状制振材はケーシングの内壁に溶接されたボルトと、薄板を間に挟みながらボルトに螺合後、ボルトに溶接される２つのナットから成るスタッドでケーシングの内壁に隙間を介して取り付けられている。
【０００６】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、面状制振材が単層の薄厚平板とした燃焼器構造が提供される。このように構成された燃焼器構造では薄厚平板が共振して空間内空気振動のエネルギを吸収する。
請求項３の発明では、請求項１の発明において、面状制振材が複数積層された薄厚平板とした燃焼器構造が提供される。このように構成された燃焼器構造では吸気車室空間内の空気振動のエネルギは複数積層された薄厚平板の間の摩擦でも吸収される。
請求項４の発明では、請求項２または３の発明において、異なる大きさの薄厚平板を用いた燃焼器構造が提供される。このように構成された燃焼器構造では大きさの異なる薄板平板がそれぞれ異なる周波数の空気振動のエネルギを吸収、減衰する。
【０００７】
請求項５の発明では、請求項１の発明において、面状制振材に面状制振材の両側の空間を連通する穴が形成された燃焼器構造が提供される。このように構成された燃焼器構造では空気が面状制振材の両側の空間を行き来し、面状制振材の振動を容易ならしめる。
【０００８】
請求項６の発明では、内部で燃焼をおこなう燃焼器内筒を吸気車室空間を介してケーシングで被覆して成るガスタービンの燃焼器構造であって、吸気車室空間内の空気振動に共振して空気振動エネルギを吸収する面状制振材を、取り付け部材でケーシングの内壁に隙間を介して取り付けて成り、
面状制振材が、取り付け部材を含んで閉空間を形成するボックス状の立体成形部材とされた燃焼器構造が提供される。このように構成された燃焼器構造では立体成形部材が共振して吸気車室空間内の空気振動のエネルギを吸収する。
請求項７の発明では、請求項６の発明において、立体成形部材が独立した空間層を１つ内包する単一立体成形部材であって、複数の単一立体成形部材がケーシング内壁に取り付けられている燃焼器構造が提供される。  
【０００９】
請求項８の発明では、請求項６の発明において、立体成形部材が、独立した空間層が予め複数形成されている連続立体成形部材とされた燃焼器構造が提供される。
請求項９の発明では、請求項６の発明において、ケーシングの内壁に固定される立体成形部材の内包する空間の容積が不均等とされている燃焼器構造が提供される。このように構成された燃焼器構造では大きさの異なる立体成形部材がそれぞれ異なる周波数の振動のエネルギを吸収、減衰する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の燃焼器構造の各実施の形態における面状制振材およびその取り付け方ついて、図１から図９を参照して説明する。各図とも、図１０においてＡで示されている部分に適用した例を示しているが、この部分のみならず、可能な限り、図１０において太い実線で描かれた全ての部分に適用されている。
【００１２】
図１は第１の実施の形態の面状制振材およびその取り付け方を示す図であって、図１を参照すると、ケーシング１００の内側にスタッド１を介して、面状制振材としての１枚の薄厚平板１０が取り付けられている。なお、ケーシング１００は実際には１０数ｃｍの厚さを有するのに対し、薄厚平板１０は１ｍｍ弱の厚さであるので、図１（および、図２〜９）は説明のために、薄厚平板１０、スタッド１は誇張して、描かれている。
【００１３】
ここで、薄厚平板１０のスタッド１による取り付け方法について説明する、まず、ボルト２をケーシング１００に溶接し、ボルト２にナット３を螺合して所定位置に位置決めし、外側ナット３をボルト２に溶接する。この状態で、薄厚平板１０に予め形成された取り付け穴（図示せず）をボルト２が貫通するようにして薄厚平板１０をボルト２に係合し、その後、内側ナット４をボルト２に螺合して締め上げる。そして、内側ナット４をボルト２に溶接する。この様にすることによりナット、ボルト類が脱落し、それが、下流のタービン室に達し、タービン翼等を破壊することが防止される。なお、スタッド１は、ボルト２、外側ナット３、内側ナット４から成る取り付け要素全体を示す。
【００１４】
第１の実施の形態は上記のように構成されており、ケーシング１００の内側に薄厚平板１０が分離空間１１０を介して配設される。したがって、燃焼器内筒２００内で発生した圧力変動を起因とした吸気車室３００内の空気の振動は薄厚平板１０により吸収され、減衰される。したがって、燃焼器内筒２００内の圧力変動が増大することが防止され、燃焼不安定の増大という悪循環を断ち切ることができ、より希薄な燃焼を可能にし、ＮＯx の削減に寄与できる。
なお、一枚の薄厚平板１０でケーシング１００の内側を全て被うことはできないので、何枚かの薄厚平板１０が使用されるが、その際に、すべて同じ大きさの薄厚平板１０を使用するのではなくて、異なる大きさの薄厚平板を使用する。大きさが異なれば、吸収、減衰する周波数が異なるので、色々な周波数の振動を吸収、減衰することができる。なお、対象とする振動の周波数は数十乃至百Ｈｚの低周波の振動である。
【００１５】
次に、図２に示される第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態では、薄厚平板１０は穴１１を有する多孔板とされている。この第２の実施の形態も第１の実施の形態で述べたのと同じような効果が得られるが、このように穴があると、分離空間１１０とその内側の空間の間の空気の流通が可能になることで、薄厚平板１０が振れやすくなり減衰性能を向上すること、あるいは、特性を変更すること、ができる。
【００１６】
次に、図３に示される第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態では、薄厚平板１０が、複数枚積層されて使用されている。この第２の実施の形態も第１の実施の形態で述べたのと同じような効果が得られるが、複数の薄厚平板が振動する際に互いに摩擦するので、摩擦により減衰効果が増すという利点がある。
【００１７】
次に、図４に示される第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態は、薄厚平板１０が、複数枚積層されて使用されている。この第４の実施の形態は、第３の実施の形態と同様に薄厚平板１０を複数枚積層して使用するものであるが、その大きさ、あるいは積層数を色々に変えたものである。このようにすることにより、第３の実施の形態が得られる効果に加えて、色々な周波数の振動を吸収、減衰できるという利点が加わる。
なお、第３、第４の実施の形態においても、第２の実施の形態のように、多孔板を用いることもできるが、替わりに、適切に、薄厚平板１０を取り付けない部分を設けるようにしても良い。
【００１８】
次に、図５に示される第５の実施の形態について説明する。この第５の実施の形態は、第１〜４の実施の形態の様な薄厚平板をケーシング１００に取り付けるのではなくて予め薄板で立体成形された立体成形部材２０を取り付ける。立体成形部材２０は平面部２１と側面部２２を有しており、側面部２２の端部を直接ケーシングに溶接で取り付けることができるので第１〜４の実施の形態で使用していたスタッド１は不要である。
第５の実施の形態はこのように構成され、立体成形部材２０、特に平面部２１、が吸気車室３００内の空気の振動を吸収するので、第１の実施の形態で説明したのと同様な基本的な効果を得ることができる。
【００１９】
図６に示される第６の実施の形態は、色々な大きさの立体成形部材２０をケーシング１００に取り付けたものであって、第５の実施の形態の効果の他に色々な周波数の振動に対応できるという利点を有する。
【００２０】
図７に示すのは第７の実施の形態の立体成形部材２４であって、第６の実施の形態の立体成形部材２０がそれぞれ１個の空間を内包する独立成形部材であるのに対して、この第７の実施の形態の立体成形部材２４は複数個の空間を内包するように成形された連続立体成形部材である。したがって、取り付け作業が容易である。
【００２１】
図８に示すのは第８の実施の形態であって、この第８の実施の形態の立体成形部材２５はボックス状の閉空間立体成形部材であって、第５、６の実施の形態の立体成形部材２０に比べると丈夫であるという利点がある。
第９の実施の形態は、色々な大きさのボックス状の立体成形部材２５をケーシング１００に取り付けたものであって、第８の実施の形態の効果の他に色々な周波数の振動に対応できるという利点を有する。
なお、第５〜８の実施の形態の、各立体成形部材に、第２の実施の形態のように穴を設ける、あるいは、多孔板で立体成形部材を形成することも可能である。
【００２２】
本発明はガスタービンの燃焼器構造に関するもので、実施の形態もガスタービンで説明してきたが、本発明はガスタービンと同様な燃焼器構造にも応用できるし、面状制振材の形状、取り付け方も本発明の精神を逸脱しない範囲において、変形することも可能であり、本発明はそれらの変形例も含むものである。
【００２３】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、内部で燃焼をおこなう燃焼器内筒を大きな空間を介してケーシングで被覆して成るガスタービンの燃焼器構造でおいて、空間内空気振動を自己の面状振動に変えて吸収する面状制振材が、ケーシングの内壁から離間して配置され、空間内の空気の振動は面状制振材により吸収され、減衰される。したがって、燃焼器内筒の振動が増大し、燃焼不安定が増大するという悪循環を断ち切ることができ、より希薄な燃焼を可能にし、ＮＯx の削減に寄与することができるが、構造が簡単であり、その結果、耐久性も高く、コストもかからない。
特に、請求項２のように面状制振材を多孔板で形成すれば、面状制振材の両側の気体の流通が可能になり、制振効果が増大する。
特に、請求項３のように面状制振材を、複数の薄厚平板を積層して形成すれば、複数の薄厚平板が互いに摩擦することで制振効果が増大する。
特に、請求項６から９のように、閉空間を形成するボックス状の立体成形部材とした面状制振材を使用すれば取り付け部材が不要であるので、部品点数が少なく、加工工数、取り付け工数も少なくすることができる。特に、請求項７のような連続立体成形部材を用いれば、特に作業がやりやすい。
また、請求項４のように、異なる大きさの面状制振材を用い、或いは、請求項９のように、立体成形部材の内包する空間の容積が不均等であれば、異なる周波数の振動を吸収、減衰することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のガスタービン燃焼器構造の特徴部分を示す図である。
【図２】第２の実施の形態のガスタービン燃焼器構造の特徴部分を示す図である。
【図３】第３の実施の形態のガスタービン燃焼器構造の特徴部分を示す図である。
【図４】第４の実施の形態のガスタービン燃焼器構造の特徴部分を示す図である。
【図５】第５の実施の形態のガスタービン燃焼器構造の特徴部分を示す図である。
【図６】第６の実施の形態のガスタービン燃焼器構造の特徴部分を示す図である。
【図７】第７の実施の形態に使用する連続立体成形部材を示す図である。
【図８】第８の実施の形態のガスタービン燃焼器構造の特徴部分を示す図である。
【図９】第９の実施の形態のガスタービン燃焼器構造の特徴部分を示す図である。
【図１０】ガスタービンの燃焼器構造を示す図である。
【符号の説明】
１…スタッド
１０…薄厚平板
１１…穴
２０…（独立）立体成形部材
２４…（連続）立体成形部材
２５…（ボックス状）立体成形部材
１００…ケーシング
２００…燃焼器内筒
３００…吸気車室
４００…燃料ノズル
【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】
0003814111.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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