JP2006132505A - 音響装置、燃焼器及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】吸音率が高い周波数領域を広げること。
【解決手段】ガスタービン１の燃焼器１０に音響ライナ２０を環装し、音響ライナ２０をハウジング２１と多孔板２５とにより構成する。このハウジング２１と多孔板２５とによって共鳴空間２３が形成される。また、多孔板２５には凹部３０と貫通孔２６とが形成されており、凹部３０は多孔板２５の音響面２７に開口しており、貫通孔２６は多孔板２５の音源面２８と凹部３０とを連通している。これにより、燃焼器１０で燃料を燃焼させた際に発生する燃焼振動による音を音響ライナ２０で吸音する際に、多孔板２５に凹部３０が形成されているので、貫通孔２６の全長を短くすることができ、吸音できる共鳴周波数の範囲が広くなる。この結果、吸音率が高い周波数領域を広げることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、音響装置、燃焼器及びガスタービンに関するものである。特に、この発明は、音響特性を向上させることのできる音響装置、燃焼器及びガスタービンに関するものである。

ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを有しており、圧縮機では空気を取り込んで圧縮して高圧にし、高圧になった空気を燃焼器に送り込む。燃焼器では、高圧の空気に対して燃料を吹き出して燃料を燃焼させる。燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスは、前記タービンに送られ、この高温の燃焼ガスがタービンを駆動する。このタービンの回転軸と前記圧縮機の回転軸とは一体となって回転するため、タービンがこのように駆動することにより、圧縮機も駆動し、上述したように空気を取り入れて圧縮をする。

このように作動するガスタービンは、上記のように燃料が燃焼する際に燃焼振動が発生する場合があり、この燃焼振動は、ガスタービン運転時の騒音や振動の原因となっていた。特に、近年のガスタービンでは、運転時の環境への影響を考慮して排出ガスの低ＮＯｘ（窒素酸化物）化が図られているが、低ＮＯｘ化を図るためには燃料の希薄燃焼が多用される。しかし、希薄燃焼は燃焼が不安定になり易く、このため燃焼振動が発生し易くなっていた。そこで、従来のガスタービンでは、音響装置として、音響ライナを燃焼器に設けて燃焼振動による振動や騒音を抑制していた。例えば、特許文献１では、音響ライナを多孔板とハウジングとによって構成し、燃焼振動により発生する音を多孔板に形成された吸音孔で吸音し、この音をハウジング内の共鳴空間で共鳴させて燃焼振動に起因する音や振動を抑制していた。さらに、この特許文献１では、燃焼器の燃焼状態に応じて共鳴空間の容積、即ちハウジングの大きさを定め、燃焼振動に起因する騒音や振動を効果的に抑制していた。

特開２００２−１７４４２７号公報

しかしながら、上記のガスタービンに設けられる音響ライナでは、ハウジングの大きさなどの形状によって共鳴する特性、即ち、音響特性を任意の特性としているが、このようにハウジングの形状によって音響特性を変化させる際には、音響特性の向上は困難なものとなっていた。例えば、周波数の高い音を吸音したい場合には、ハウジングの高さを低くすることにより、高い周波数で共鳴するので高い周波数の音を吸音することができるが、この場合、低い周波数の音の吸音率が低下してしまう。このように、ハウジングの大きさで音響特性を変える場合には、吸音する周波数全体が高い周波数、或いは低い周波数に移動するため、周波数領域を広げる事は困難なものとなり、音響特性のさらなる向上は困難なものとなっていた。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸音率が高い周波数領域を広げることのできる音響装置、燃焼器及びガスタービンを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る音響装置は、複数の貫通孔が設けられた多孔板と、前記多孔板との間に共鳴空間を有するハウジングと、を備える音響装置において、前記貫通孔は、当該貫通孔よりも開口面積が大きい開口部を有する凹部に連通しており、前記凹部は、前記ハウジング側の面である音響面、または前記音響面の反対側の面である音源面の少なくともいずれか一方に前記開口部によって開口していることを特徴とする。

この発明では、貫通孔は凹部と連通して形成されているので、貫通孔の全長は当該貫通孔が形成されている多孔板の板厚よりも短くなっている。多孔板とハウジングからなる音響装置の場合、音響特性を変える際に、ハウジングの大きさを変更して多孔板とハウジングとによって形成される共鳴空間の大きさを変える方法や、多孔板の板厚を変える方法などがあるが、多孔板の板厚を変えると音響特性を変化させることができ、特に、板厚を薄くすると、吸音率が高い周波数領域を広げることができる。この場合、板厚を変えることにより音響特性が変化するのは、貫通孔の開口面積が同一の場合には、主に板厚が変わることにより貫通孔の全長が変わることによるところが大きい。しかし、吸音率が高い周波数領域を広げるために多孔板の板厚を薄くすると、強度不足になる虞がある。そこで、本発明では、多孔板に貫通孔よりも開口面積が大きい凹部を形成し、貫通孔を凹部に接続することにより、貫通孔の全長を短くしている。これにより、多孔板の板厚よりも貫通孔の全長の方が短い範囲であれば、貫通孔の全長を板厚に限定されることなく自由に設定でき、板厚に限定されることなく音響特性を変えることができる。つまり、多孔板の板厚に限定されることなく、貫通孔の全長を短くすることができ、板厚を薄くした場合と同様の効果を得ることができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を広げることができる。

また、この発明に係る音響装置は、前記凹部は、前記貫通孔よりも前記音響面側に位置しており、前記開口部は、前記音響面に開口していることを特徴とする。

この発明では、凹部が音響面側に位置しているので、これに対して貫通孔は音源面側に位置している。当該音響装置で音響特性を向上させる際の音源として、例えば、ガスタービンの燃焼器の燃焼振動によって発生する音などがあるが、この場合、多孔板の音源面側には、燃焼振動による振動が伝達される。このため、音源の方向、即ち燃焼器の内側に位置する音源面側は、振動による負荷が音響面側よりも大きい。特に、音源がこのような燃焼振動の場合には、高温高圧の燃焼ガスが発生するため、音源面に対して熱や圧力の高負荷が作用する。このため、多孔板の音源面側は強度が必要であるが、貫通孔を音源面側に配置することにより、音源面の開口面積を小さくすることができるので、音源面の強度を確保することができる。これにより、音源面側の負荷が大きい場合でも多孔板の破損を抑制することができ、より確実に任意の音響特性を得ることができる。この結果、音源面側の振動が多い場合でも、吸音率が高い周波数領域を、より確実に広げることができる。

また、この発明に係る音響装置は、前記凹部は、前記貫通孔よりも前記音源面側に位置しており、前記開口部は、前記音源面に開口していることを特徴とする。

この発明では、音源面に凹部の開口部が開口しているので、音源からの音をより多く凹部に取り入れ、貫通孔や共鳴空間で吸音することができる。これにより、吸音率を向上させることができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を、さらに広げることができる。

また、この発明に係る音響装置は、前記凹部は、前記貫通孔よりも前記音響面側及び前記音源面側の双方に形成されており、前記開口部は、前記音響面側及び前記音源面側の双方に開口されていることを特徴とする。

この発明では、凹部は貫通孔と比べて音源面側と音響面側との双方の面側に配置されており、凹部の開口部は、音源面と音響面との双方の面に開口している。このため、音源の音をより多く凹部に取り入れることができ、また、貫通孔を通過した音を段階的に共鳴空間に送ることができる。これにより、吸音率をさらに向上させることができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を、さらに広げることができる。

また、この発明に係る音響装置は、前記凹部は、前記貫通孔が連通している部分である接続部から前記開口部に向かうに従って開口面積が大きくなっていることを特徴とする。

この発明では、凹部が接続部から開口部に従って開口面積が大きくなっている、即ち、凹部がテーパ状に形成されているため、凹部をザグリ状の形状で形成する場合に比べて角部を減らすことができる。これにより、凹部周辺への応力集中を低減することができる。この結果、多孔板に凹部を設けた場合の強度の低下を抑制することができる。

また、この発明に係る音響装置は、前記多孔板には冷却溝が形成されており、前記冷却溝は、前記貫通孔または前記凹部の少なくともいずれか一方に連通していることを特徴とする。

この発明では、冷却溝を貫通孔または凹部の少なくともいずれか一方に連通させることにより、冷却溝内を流れる流体を貫通孔や凹部から音源面やハウジングの方向に流すことができる。この冷却溝内を流れる流体は音源面と音響面との間にあるため、音源面側の温度と音響面側の温度との中間の温度になり易い。このため、この流体を音源面側に流すと音源面を冷却することができる。また、冷却溝内を流れる流体を音響面側、つまり、ハウジング側に流すとハウジングを温めることができる。これにより、ハウジングと多孔板との温度差を低減することができ、温度差による応力の発生を抑制できる。これらの結果、多孔板周辺の熱による不具合を抑制することができる。

また、この発明に係る音響装置は、前記凹部は、複数の前記凹部が連通して溝部を形成していることを特徴とする。

この発明では、複数の凹部を連通し、溝部として形成しているので、凹部を形成する際の加工が容易になる。つまり、凹部を溝部として形成することにより、１つの貫通孔に対して１つの凹部を形成するのではなく、１つの溝部に対して複数の貫通孔が連通するように溝部を形成することにより、容易に貫通孔に連通する凹部を形成することができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を、容易に広げることができる。

また、この発明に係る燃焼器は、上述した音響装置を備えることを特徴とする。

この発明では、燃焼器に上述した音響装置を備えることにより、燃焼時の音を吸音できる。即ち、音響装置の前記多孔板が燃焼器の外板を兼ねるようにし、多孔板の音源面が燃焼器の燃焼室側に面するように音響装置を設ける。これにより、燃焼器で燃料を燃焼することにより燃焼振動が生じた場合でも、音響装置で燃焼振動が発生する際に発生する音を吸音し、任意の音響特性にすることができる。さらに、音響装置を上述した形状にすることにより、貫通孔の全長を短くすることができ、板厚を薄くした場合と同様の効果を得ることができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を広げることができる。また、このように吸音率が高い周波数領域を広げることができるので、燃焼器での燃焼時の騒音を抑制することができる。

また、この発明に係るガスタービンは、前記燃焼器を備えることを特徴とする。

この発明では、ガスタービンに上述した燃焼器を備えることにより、ガスタービンの運転時の燃焼による音に対する、音響装置での吸音率を向上させることができる。また、吸音率を向上させる際にハウジングの形状以外の要素、つまり、多孔板の貫通孔の全長によって向上させることができるので、ハウジングの小型化を図ることができる。この結果、メンテナンス性を向上させることができる。また、このように上述した音響装置を備えた燃焼器を設けることにより、音響特性に優れ、メンテナンス性が良好な高品質のガスタービンを得ることができる。

以上説明したように、この発明に係る音響装置、燃焼器及びガスタービンは、吸音率が高い周波数領域を広げることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる音響装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係る音響装置を備えるガスタービンの断面図である。同図に示すガスタービン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。前記空気取入口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、この圧縮空気に天然ガス等のガス燃料、或いは軽油や軽重油等の液体燃料を供給して燃料を燃焼させ、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１１内を通過した後、タービン４に噴射される。

図２は、図１に示す燃焼器の詳細図である。前記燃焼器１０は、尾筒１１を備えており、この尾筒１１の内部は燃焼領域１２となっている。この尾筒１１は、筒状の先端部１５に向かうに従って断面積が小さくなりつつ湾曲しており、筒状の断面積が大きい方が、上述したように圧縮機３から送られてきた空気の流れの上流側、断面積が小さくなりつつ湾曲している方が下流側となっている。前記燃焼領域１２の上流側には、予混合ノズル１３と、パイロットノズル１４とが設けられている。また、この尾筒１１には、前記先端部１５と前記予混合ノズル１３との間付近に、燃焼領域１２内に空気導入するためのバイパス流路１６が設けられている。このバイパス流路１６は、尾筒１１に対して交差する方向に形成された円筒が尾筒１１に接続されることにより設けられている。

また、この燃焼器１０の尾筒１１の筒壁１７のうち、前記予混合ノズル１３の近傍から先端部１５の方向に向かった所定の範囲は多孔板２５により形成されている。この多孔板２５には、板厚方向に複数の貫通孔２６が形成されている。また、多孔板２５の周囲にはハウジング２１が設けられている。このハウジング２１は、燃焼領域１２を流れる空気の流れの方向において、前記複数の貫通孔２６が形成されている範囲よりも広い幅で、コの字状の断面形状で多孔板２５の外側に形成されている。当該ハウジング２１は、コの字状の断面形状の、それぞれ対向する２つの側壁２２の多孔板２５側の端部が前記多孔板２５に接続されており、ハウジング２１はこの形状で尾筒１１の筒壁１７の１周にかけて形成されている。これにより、ハウジング２１は多孔板２５の外側の面との間に共鳴空間２３を有しており、共鳴空間２３は尾筒１１の１周渡って形成されている。このように形成されるハウジング２１と多孔板２５は、音響ライナ２０として形成されており、この音響ライナ２０は、当該燃焼器１０の音響装置として設けられ、尾筒１１に環装されている。

図３は、図２のＡ部詳細図である。図４は、図３のＢ部詳細図である。前記多孔板２５は、前記ハウジング２１側の面は音響面２７として形成されており、燃焼器１０の燃焼領域１２側の面は音源面２８として形成されている。前記音響面２７には凹部３０が形成されており、この凹部３０は当該多孔板２５に複数形成されている貫通孔２６と同数形成されている。この凹部３０は、略円柱形の形状、或いはザグリ状の形状で形成されており、円柱形の底面３１が音響面２７と並行になる向きで形成されている。また、前記貫通孔２６は、多孔板２５の音源面２８から凹部３０の底面３１まで貫通した孔で形成されている。つまり、凹部３０は貫通孔２６よりも音響面２７側に位置しており、貫通孔２６はこの凹部３０に連通している。凹部３０の、多孔板２５の板厚方向における一方の端は、このように貫通孔２６が接続された底面３１として形成されており、他方の端は、音響面２７に開口した開口部３２として形成されている。この開口部３２は、貫通孔２６の開口面積よりも大きい開口面積を有しており、即ち開口部３２は、貫通孔２６の径よりも大きい径で形成されている。

図５は、図４のＣ−Ｃ断面図である。また、多孔板２５の、前記ハウジング２１が１周に渡って形成されている方向と直交する方向、つまり、燃焼領域１２を流れる空気に沿った方向には、冷却溝３５が孔の形態で形成されている。前記凹部３０及び貫通孔２６は、互いに間隔を開けて列をなして複数形成されており、前記冷却溝３５は、この凹部３０及び貫通孔２６に接触しないように互いに間隔を開けて列をなして複数形成されている。つまり冷却溝３５は、隣接する貫通孔２６の間を通るように形成されている。また、この冷却溝３５はボイラー（図示省略）に接続されている。

この実施例１に係る音響装置は以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。前記ガスタービン１を作動させると、圧縮機３が作動することによって圧縮された高温・高圧の空気が前記燃焼器１０に送り込まれ、この圧縮空気に対して予混合ノズル１３やパイロットノズル１４から燃料を噴射することにより、燃焼領域１２で燃料が燃焼する。燃焼領域１２で燃料が燃焼すると、その燃焼により燃焼振動が発生する場合がある。特に、排出ガスの低ＮＯｘ化を図るため燃料を希薄燃焼させると、燃焼が不安定になり易く、燃焼振動が発生し易くなる。このように燃焼振動が発生すると、燃焼振動による空気振動（圧力波）が多孔板２５の音源面２８側から貫通孔２６に入る。前記音響ライナ２０は共鳴空間２３を有し、共鳴空間２３と燃焼領域１２との間に貫通孔２６が形成された多孔板２５が設けられているが、共鳴空間２３内の空気と貫通孔２６内の空気とは、共鳴空間２３内の空気がバネとして機能することにより共鳴系を構成している。このため、多孔板２５の音源面２８側で発生した燃焼振動による空気振動、或いは音のうち、共鳴空間２３の容積や貫通孔２６の全長に応じた周波数の音に対して貫通孔２６内の空気が激しく振動し、共鳴するので、その際の摩擦によって、この共鳴周波数の音を吸音する。これにより、燃焼振動の振幅が減衰されて燃焼振動による音が低減する。

前記冷却溝３５内には、前記ボイラーから蒸気が供給される。多孔板２５は、音源面２８が燃焼領域１２に面しているため、ガスタービンの運転時には高温になるが、蒸気が冷却溝３５を流れる際に多孔板２５と熱交換を行うことにより、多孔板２５は冷却される。これにより、ガスタービン１運転中の尾筒１１は冷却される。

図６は、貫通孔の全長ごとの吸音特性を示す図である。この図６は、縦軸を垂直入射吸音率、横軸を吸音する音の周波数とした場合の音響ライナの吸音特性を示している。上述した音響ライナ２０による音響特性、即ち吸音特性は、特定周波数の吸音率が最も高く、この周波数から離れるに従って吸音率が低下する。つまり、吸音する音が、低い周波数から特定の周波数になるまでは周波数が高くなるに従って吸音率は向上し、最も吸音率が高い周波数から、さらに周波数が高くなるに従って吸音率はなだらかに低減する。このような吸音特性を有する音響ライナ２０は、前記貫通孔２６の全長を変化させることにより吸音できる周波数が変化するので吸音率が変化し、特に、全長が短くなるに従って吸音率が高い周波数領域を広げることができる。

具体的には、図６に示すように、凹部３０が設けられることにより貫通孔２６の全長Ｌが多孔板２５の板厚Ｔよりも短くなっている場合の吸音特性を示す線である吸音特性線Ｌ１は、多孔板２５に凹部３０が形成されておらず、貫通孔２６が音響面２７から音源面２８にかけて連通している場合、つまり、貫通孔２６の全長Ｌが、多孔板２５の板厚Ｔと等しい場合の吸音特性を示す線である吸音特性線Ｌ０よりも、高い周波数側の傾斜がなだらかになっている。つまり、吸音率が最も高い周波数よりも高い周波数側の音の吸音率が全体的に向上している。

また、凹部３０の深さが深く形成されることにより、貫通孔２６の全長Ｌが吸音特性線Ｌ１の貫通孔２６の全長Ｌよりも短い場合の吸音特性を示す線である吸音特性線Ｌ２は、吸音特性線Ｌ１よりも、高い周波数側の傾斜が、さらになだらかになっている。つまり、吸音特性線Ｌ２の吸音特性を有する音響ライナ２０は、吸音特性線Ｌ１の吸音特性を有する音響ライナ２０に対して、貫通孔２６の全長Ｌがさらに短く形成されることにより、吸音率が最も高い周波数よりも高い周波数側の音の吸音率が、全体的にさらに向上している。一方、吸音率が最も高い周波数や、その周波数での吸音率、また、この周波数よりも低い周波数の音の吸音率は、吸音特性線Ｌ０、吸音特性線Ｌ１、吸音特性線Ｌ２がほぼ重なった状態で示されるので、これらの周波数の吸音率は、あまり相違はない。これらにより、凹部３０が設けられて貫通孔２６の全長Ｌが短くなることにより高い周波数領域の吸音率が向上し、凹部３０を深くして貫通孔２６の全長Ｌが短くなるに従って、高い周波数領域の吸音率がさらに向上する。

以上の音響装置は、音響装置となる音響ライナ２０の多孔板２５に凹部３０を形成し、貫通孔２６をこの凹部３０に連通させることにより、貫通孔２６の全長Ｌを多孔板２５の板厚Ｔよりも短くすることができる。貫通孔２６の全長Ｌが変わると貫通孔２６の容積が変化することにより音響ライナ２０で共鳴する音の共鳴周波数が変化し、貫通孔２６の全長Ｌが短くなるに従って共鳴し易くなり、吸音率が高い周波数領域が広くなる。これらの結果、多孔板２５に凹部３０を設け、貫通孔２６を凹部３０に連通させて貫通孔２６の全長Ｌを短くすることにより、吸音率が高い周波数領域を広げることができる。

また、貫通孔２６の全長Ｌを短くする際に、多孔板２５に設けた凹部３０に連通させることにより、全長Ｌを短くしている。これにより、貫通孔２６の全長Ｌは多孔板２５の板厚Ｔよりも短くすることができ、貫通孔２６の全長Ｌが多孔板２５の板厚Ｔよりも短い範囲内であれば多孔板２５の厚さに関係なく貫通孔２６の全長Ｌを短くすることができる。このため、多孔板２５は所定の板厚を確保することができるので、強度を確保できる。この結果、多孔板２５の強度を確保しつつ、吸音率が高い周波数領域を広げることができる。

また、多孔板２５の音源面２８は燃焼領域１２に面しており、ガスタービン１の運転中の音源面２８は、燃料が燃焼することにより発生する高温・高圧の燃焼ガスに接したり、燃焼振動による振動が伝達されたりするため、音源面２８への負荷は音響面２７の負荷よりも大きい。このため、多孔板２５の音源面２８側は強度が必要であるが、凹部３０を音響面２７側に位置させ、貫通孔２６を音源面２８側に位置させることにより、音源面２８側の開口面積を小さくすることができる。これにより、音源面２８側の強度を確保することができる。このため、音源面２８側への負荷が大きい場合でも多孔板２５の破損を抑制することができ、より確実に任意の吸音特性を得ることができる。この結果、音源面２８側への負荷が大きい場合でも、吸音率が高い周波数領域を、より確実に広げることができる。

また、多孔板２５で燃焼器１０が有する尾筒１１の筒壁１７における所定の範囲を形成して燃焼器１０に上述した音響ライナ２０を備え、さらに、音源面２８が燃焼器１０の燃焼領域１２に面し、ハウジング２１が燃焼器１０の外側に位置するように音響ライナ２０を設けることにより、燃焼領域１２で生じる燃焼振動による音を音響ライナ２０で共鳴させて吸音することができる。この結果、燃焼器１０での燃焼時の騒音を抑制することができ、また、燃焼振動による振動を抑制することができる。

また、ガスタービン１に前記燃焼器１０を備えることにより、ガスタービン１の運転時の燃焼による音に対する、音響ライナ２０での吸音率を向上させることができる。また、音響ライナ２０で吸音率を向上させる際に、多孔板２５に凹部３０を設け、この凹部３０に貫通孔２６を連通させることにより貫通孔２６の全長を短くして吸音特性を向上させているので、共鳴空間の小型化を図ることができ、これによりハウジング２１の小型化を図ることができる。この結果、燃焼器１０周辺のメンテナンス性を向上させることができる。また、ガスタービン１に前記音響ライナ２０を備えた燃焼器１０を設けることにより、吸音特性に優れ、メンテナンス性が良好な高品質のガスタービン１を得ることができる。

この音響装置は、実施例１に係る音響装置と略同様の構成であるが、凹部が貫通孔との接続部から開口部に向かうに従って開口面積が大きくなっている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図７は、本発明の実施例２に係る音響装置の多孔板の要部断面図である。同図に示す音響ライナ５０の多孔板２５に形成されている凹部５１は、貫通孔２６が当該凹部５１に対して連通している部分、即ち、貫通孔２６との接続部５３から音響面２７に開口している部分である開口部５２に向かうに従って、開口面積が大きくなっている。つまり、凹部５１の接続部５３の形状は、貫通孔２６の形状と同一形状であるが、接続部５３から音響面２７に向かうに従って開口面積が大きくなり、開口部３２で開口面積が最も大きくなっている。このため、凹部５１の形状は、テーパ状の形状で形成されている。

図８は、図７のＤ−Ｄ断面図である。前記多孔板２５には、上述した形状で凹部５１や貫通孔２６が複数形成されており、隣接する凹部５１や貫通孔２６同士の間に、冷却溝５５は形成されている。その際に、実施例１に係る音響装置の多孔板２５に形成される凹部３０と異なり、本実施例２の音響装置の多孔板２５に形成する凹部５１は、テーパ状の形状で形成されている。このため、隣接する凹部５１同士の間隔は、開口部５２から接続部５３に向かうに従って広くなっており、接続部５３では隣接する貫通孔２６同士の間隔と同一の間隔になっている。これにより、多孔板２５の断面において冷却溝５５を形成することのできる部分の面積が大きいため、冷却溝５５も大きくすることができる。この冷却溝５５の断面形状は、音源面２８寄りの形状は音源面２８と並行に形成され、音響面２７寄りの形状は前記ハウジング２１方向に凸となる半円形状で形成されている。また、この冷却溝５５は、多孔板２５の板厚方向において、凹部５１の接続部５３よりも音源面２８側の位置から音響面２７側の位置にかけて形成されている。このため、本実施例２の音響装置の多孔板２５に形成される冷却溝５５は、実施例１の音響装置の多孔板２５に形成される冷却溝３５よりも、断面積が大きくなっている。

この実施例２に係る音響装置は以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。前記多孔板２５の音源面２８は燃焼器１０の燃焼領域１２に面しているため、前記ガスタービン１を作動させると、音源面２８は高温・高圧の燃焼ガスにさらされ、高温になり、大きな負荷が加えられる。一方、音響面２７には温度を上昇させる要素がないため、温度が上昇したり負荷が加えられたりするのは音源面２８のみであり、このため多孔板２５には大きな応力が作用する。このように、多孔板２５には大きな応力が作用するが、前記凹部３０は、上述したようなテーパ状の形状で形成されているため角部が少なく、また、角部の角度が大きいため、凹部３０の角部への応力集中は抑制される。また、前記冷却溝５５は断面積が大きいので、冷却溝５５内を通る蒸気の量を実施例１と比較して増加させることができる。

以上の音響装置は、凹部５１がテーパ状で形成されているので、凹部５１の角部が少なく、また、角部は大きい角度で形成される。これにより、ガスタービン１運転時の温度上昇や高圧の燃焼ガスによる圧力、さらに、燃料燃焼時の燃焼振動に起因する応力による応力集中を低減することができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を広げるために多孔板２５に凹部５１を設けた場合でも、多孔板２５の強度の低下を抑制することができる。

また、凹部５１をテーパ状にすることにより、隣接する凹部５１同士の、接続部５３付近の間隔が大きくなるので、冷却溝５５の断面積を大きくすることができる。このため、冷却溝５５内に多くの蒸気を流すことができ、燃焼領域１２での燃料の燃焼により高温になった多孔板２５の冷却性能が向上する。この結果、多孔板２５の温度上昇に起因する破損や劣化を抑制することができ、凹部５１を設けた際の耐久性を向上させることができる。

この音響装置は、実施例２に係る音響装置と略同様の構成であるが、冷却溝が貫通孔に連通している点に特徴がある。他の構成は実施例２と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図９は、本発明の実施例３に係る音響装置の多孔板の要部断面図である。同図に示す音響ライナ６０の多孔板２５に形成されている冷却溝６１の一部は、多孔板２５に複数形成されている貫通孔２６のうち、ハウジング２１近傍の貫通孔２６に連通している。冷却溝６１は複数形成されているが、このように貫通孔２６に連通している冷却溝６１以外の冷却溝６１は、実施例１及び実施例２の音響装置の多孔板２５に形成される冷却溝３５、５５と同様に、凹部５１及び貫通孔２６に接触しないように互いに間隔を開けて列をなして形成されている。なお、貫通孔２６に連通している冷却溝６１は、貫通孔２６のみでなく貫通孔２６と凹部５１とに連通してもよい。または、貫通孔２６には連通せずに、凹部５１にのみ連通しても構わない。また、凹部５１の形状は、実施例１の音響装置の多孔板２５に形成される凹部３０のように、ザグリ状の形状で形成されていてもよい。

この実施例３に係る音響装置は以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。多孔板２５に形成される複数の貫通孔２６のうち、ハウジング２１の近傍に位置する貫通孔２６には一部の冷却溝６１が連通している。このため、ガスタービン１を作動させると、冷却溝６１内を流れる蒸気が、貫通孔２６の中に吹き出される。貫通孔２６は直接、または凹部５１を介して間接的に音響面２７と音源面２８との双方に開口しているので、貫通孔２６の中に吹き出された蒸気は、音響面２７と音源面２８との両方向に吹き出される。この蒸気は、前記ボイラーから冷却溝６１内に入ったばかりの時点では温度が低めだが、冷却溝６１内を流通し、燃焼領域１２で燃料が燃焼することにより高温になった多孔板２５と熱交換をすることにより、次第に温度が高くなっていく。しかし、燃焼領域１２内の燃焼ガスが熱源となっているため、燃焼領域１２内の温度よりは低い温度になる。一方、多孔板２５の音響面２７側には熱源が無いため、音響面２７側から高温になることはない。このため、燃焼領域１２内を流れる蒸気の温度は、多孔板２５の音源面２８よりは低く、音響面２７よりは高くなる。

また、ガスタービン１の運転時は、多孔板２５の音源面２８は燃焼領域１２に面しており、音響面２７側には熱源が無いので、音源面２８から温度が上昇し、音源面２８側と音響面２７側とで温度差が生じる。特に、音響面２７側に設けられているハウジング２１は、多孔板２５との間に共鳴空間２３を有しているため多孔板２５からの熱が伝わり難い。このため、ガスタービン１の運転中でも、ハウジング２１は温度が上昇し難い。前記貫通孔２６に連通した冷却溝６１から当該貫通孔２６の中に吹き出される蒸気は、貫通孔２６を通ってハウジング２１方向と音源面２８方向とに流れるが、この蒸気はハウジング２１の温度よりも高いため、このようにハウジング２１方向に流れた蒸気により、ハウジング２１の温度は上昇する。また、前記貫通孔２６から音源面２８の方向に流れる蒸気は、音源面２８に沿って流れるが、この蒸気は燃焼領域１２に面しているこの音源面２８の温度よりも低い。このため、音源面２８は、この蒸気によって冷却される。

以上の音響装置は、複数形成される冷却溝６１の一部をハウジング２１近傍の貫通孔２６に連通させることにより、燃焼領域１２で燃料が燃焼中に前記冷却溝６１内を流通して音響面２７側と音源面２８側との間に温度になった蒸気を、ハウジング２１と音源面２８とに対して流している。これによりハウジング２１は暖められ、温度が上昇するので、高温となる多孔板２５との温度差が緩和される。これにより、ハウジング２１と多孔板２５との温度差に起因する応力を抑制することができる。この結果、ハウジング２１と多孔板２５との接続部分付近の破損を抑制でき、耐久性の向上を図ることができる。また、前記貫通孔２６を介して冷却溝６１内を流通する蒸気を音源面２８に流すことにより、燃焼領域１２に面している音源面２８を直接冷却することができる。これにより、冷却効率が向上し、多孔板２５が高温になり過ぎることによって生じる燃焼器１０の破損や劣化を抑制することができる。この結果、耐久性の向上を図ることができる。また、これらの結果、多孔板２５周辺の熱に起因する不具合を抑制することができる。

図１０は、実施例１の変形例に係る多孔板の要部断面図である。図１１は、実施例２の変形例に係る多孔板の要部断面図である。図１２は、図１１のＥ−Ｅ断面図である。図１３は、実施例３の変形例に係る多孔板の要部断面図である。なお、実施例１〜３に係る音響装置の多孔板２５に形成される凹部３０、５１は、いずれも貫通孔２６よりも音響面２７側に位置しているが、凹部は貫通孔２６よりも音源面２８側に位置し、凹部の開口部は音源面２８に開口してもよい。例えば、実施例１に係る音響装置の多孔板２５に形成される凹部３０と同様なザグリ状の形状の凹部７１を貫通孔２６よりも音源面２８側に設け、開口部７２を音源面２８に開口させる（図１０）、または、実施例２に係る音響装置の多孔板２５に形成される凹部５１と同様なテーパ状の形状の凹部７５を貫通孔２６よりも音源面２８側に設け、開口部７６を音源面２８に開口させてもよい（図１１）。この場合でも冷却溝５５は、隣接する貫通孔２６同士の間に設け、冷却溝５５の断面形状は、多孔板２５の板厚方向において、凹部７５の接続部７７よりも音源面２８側の位置から音響面２７側の位置にかけて形成される形状にする（図１２）。

また、凹部８１を貫通孔２６よりも音源面２８側に設けて開口部８２を音源面２８に開口し、この状態の凹部８１または貫通孔２６のいずれか一方に、実施例３に係る音響装置と同様に冷却溝６１を連通させてもよい（図１３）。これらのように凹部７１、７５、８１を貫通孔２６よりも音源面２８側に位置させ、凹部７１、７５、８１の開口部７２、７６、８２を音源面２８に開口させることにより、音源面２８側で発生する振動や音を、より吸音することができる。つまり、音源面２８は燃焼器１０の燃焼領域１２に面しているため、燃料の燃焼時の燃焼振動による音は、多孔板２５に対して音源面２８より伝達されるが、この音源面２８に、貫通孔２６の開口面積よりも大きな開口面積で凹部７１、７５、８１の開口部７２、７６、８２を開口させることにより、より多くの音を貫通孔２６に伝達することができる。これにより、より多くの音の共鳴周波数の音を吸音することができ、吸音率を向上させることができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を、さらに広げることができる。

図１４は、実施例２の変形例に係る多孔板の要部断面図である。また、実施例１〜３に係る音響装置の多孔板２５に形成される凹部３０、５１は、いずれも貫通孔２６よりも音響面２７側に位置して音響面２７に開口部３２、５２が開口され、上述した変形例では、凹部７１、７５、８１はいずれも貫通孔２６よりも音源面２８側に位置して音源面２８に開口部７２、７６、８２が開口されているが、凹部８５は貫通孔２６よりも音響面２７側及び音源面２８側の双方に形成されてもよい。この場合、凹部８５の開口部８６は音響面２７側及び音源面２８側の双方に開口される。このため、音源面２８側での音、つまり、燃焼振動による音をより多く音源面２８側の凹部８５で取り入れて貫通孔２６に伝達し、より多くの音の共鳴周波数の音を吸音して吸音率を向上させることができる。また、貫通孔２６よりも音響面２７側に凹部８５を設けることにより、貫通孔２６で共鳴した音を段階的に共鳴空間に送ることができる。これにより、吸音率をさらに向上させることができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を、さらに広げることができる。

図１５は、実施例１の変形例に係る多孔板の要部断面図である。図１６は、図１５のＦ−Ｆ矢視図である。図１７は、実施例２の変形例に係る多孔板の要部断面図である。図１８は、図１７のＧ−Ｇ矢視図である。また、実施例１〜３に係る音響装置の多孔板２５に形成された凹部３０、５１は、いずれも他の凹部と離間しているが、凹部は複数の凹部が連通して溝部９１として形成されていてもよい。例えば、実施例１の音響装置の多孔板２５に形成される凹部３０のようなザグリ状の形状の凹部を連通させて、多孔板２５の板厚方向において一定の溝幅の溝部９１にしてもよく（図１５、図１６）、また、実施例２の音響装置の多孔板２５に形成される凹部５１のようなテーパ状の形状の凹部を連通させて、多孔板２５の板厚方向において溝幅が変化する溝部９２にしてもよい（図１７、図１８）。このように、凹部を溝部９１、９２として形成し、この溝部９１、９２に複数の貫通孔２６を連通させることにより、貫通孔２６と同数の凹部を形成する必要が無くなるので、容易に凹部を形成することができる。この結果、吸音率が高い周波数領域を、容易に広げることができる。なお、この溝部９１、９２は、凹部を貫通孔２６の音響面２７側と音源面２８側との双方に設ける場合、音響面２７側と音源面２８側との双方の凹部を溝部９１、９２で形成してもよく、どちらか一方の凹部を溝部９１、９２として形成してもよい。

また、実施例１の音響ライナ２０は尾筒１１に環装されているが、音響ライナ２０は尾筒１１の１周に渡って形成されていてもよく、また、部分的に形成されていてもよい。実施例２の音響ライナ５０、実施例３の音響ライナ６０、また、変形例の音響ライナについても同様に、尾筒１１の１周に渡って形成されていても部分的に形成されていてもよい。

以上のように、本発明にかかる音響装置、燃焼器及びガスタービンは、燃焼器を有するガスタービンに有用であり、特に、燃焼器での燃料の燃焼時の吸音特性を向上させる場合に適している。

本発明の実施例１に係る音響装置を備えるガスタービンの断面図である。 図１に示す燃焼器の詳細図である。 図２のＡ部詳細図である。 図３のＢ部詳細図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 貫通孔の全長ごとの吸音特性を示す図である。 本発明の実施例２に係る音響装置の多孔板の要部断面図である。 図７のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の実施例３に係る音響装置の多孔板の要部断面図である。 実施例１の変形例に係る多孔板の要部断面図である。 実施例２の変形例に係る多孔板の要部断面図である。 図１１のＥ−Ｅ断面図である。 実施例３の変形例に係る多孔板の要部断面図である。 実施例２の変形例に係る多孔板の要部断面図である。 実施例１の変形例に係る多孔板の要部断面図である。 図１５のＦ−Ｆ矢視図である。 実施例２の変形例に係る多孔板の要部断面図である。 図１７のＧ−Ｇ矢視図である。

符号の説明

１ ガスタービン
２ 空気取入口
３ 圧縮機
４ タービン
１０ 燃焼器
１１ 尾筒
１２ 燃焼領域
１３ 予混合ノズル
１４ パイロットノズル
１５ 先端部
１６ バイパス流路
１７ 筒壁
２０ 音響ライナ
２１ ハウジング
２２ 側壁
２３ 共鳴空間
２５ 多孔板
２６ 貫通孔
２７ 音響面
２８ 音源面
３０ 凹部
３１ 底面
３２ 開口部
３５ 冷却溝
５０ 音響ライナ
５１ 凹部
５２ 開口部
５３ 接続部
５５ 冷却溝
６０ 音響ライナ
６１ 冷却溝
７１ 凹部
７２ 開口部
７５ 凹部
７６ 開口部
７７ 接続部
８１ 凹部
８２ 開口部
８５ 凹部
８６ 開口部
９１ 溝部
９２ 溝部

Claims (9)

1. 複数の貫通孔が設けられた多孔板と、前記多孔板との間に共鳴空間を有するハウジングと、を備える音響装置において、
   前記貫通孔は、当該貫通孔よりも開口面積が大きい開口部を有する凹部に連通しており、
   前記凹部は、前記ハウジング側の面である音響面、または前記音響面の反対側の面である音源面の少なくともいずれか一方に前記開口部によって開口していることを特徴とする音響装置。
2. 前記凹部は、前記貫通孔よりも前記音響面側に位置しており、
   前記開口部は、前記音響面に開口していることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
3. 前記凹部は、前記貫通孔よりも前記音源面側に位置しており、
   前記開口部は、前記音源面に開口していることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
4. 前記凹部は、前記貫通孔よりも前記音響面側及び前記音源面側の双方に形成されており、
   前記開口部は、前記音響面側及び前記音源面側の双方に開口されていることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
5. 前記凹部は、前記貫通孔が連通している部分である接続部から前記開口部に向かうに従って開口面積が大きくなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の音響装置。
6. 前記多孔板には冷却溝が形成されており、
   前記冷却溝は、前記貫通孔または前記凹部の少なくともいずれか一方に連通していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の音響装置。
7. 前記凹部は、複数の前記凹部が連通して溝部を形成していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の音響装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の音響装置を備えることを特徴とする燃焼器。
9. 請求項８に記載の燃焼器を備えることを特徴とするガスタービン。

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