JP2009235970A

JP2009235970A - ガスタービン

Info

Publication number: JP2009235970A
Application number: JP2008082170A
Authority: JP
Inventors: Takanori Ito; 崇規伊藤; Keisuke Matsuyama; 敬介松山; Satoshi Tanimura; 聡谷村; Shinji Akamatsu; 真児赤松
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP5010517B2

Abstract

【課題】燃焼器に供給される燃料の圧力変動を抑制できるガスタービンを提供すること。
【解決手段】このガスタービンでは、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６が燃焼器の燃料通路５上に配置されている。また、減衰装置６は、燃料通路５から分岐されると共に音響空間６１１を有する音響部６１と、燃料通路５と音響空間６１１との間に配置されて燃料の圧力変動を減衰させる抵抗部６２と、燃料通路５と音響部６１との分岐点に配置されて燃料通路５における燃料流れを整える整流部６３とを有している。
【選択図】図１

Description

この発明は、ガスタービンに関し、さらに詳しくは、燃焼器に供給される燃料の圧力変動を抑制できるガスタービンに関する。

ガスタービンでは、燃焼器にて発生した燃焼振動により、燃焼器に供給される燃料に圧力変動が発生するという課題がある。このため、近年のガスタービンでは、燃料の圧力変動を抑制するための減衰装置が燃焼器の燃料通路に配置されている。かかる構成を採用する従来のガスタービンとして、特許文献１に記載される技術が知られている。

米国特許出願公開第２００６／００００２２０号明細書

この発明は、燃焼器に供給される燃料の圧力変動を抑制できるガスタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるガスタービンは、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を燃焼器の燃料通路上に備えるガスタービンであって、減衰装置が、前記燃料通路から分岐されると共に音響空間を有する音響部と、前記燃料通路と前記音響空間との間に配置されて燃料の圧力変動を減衰させる抵抗部と、前記燃料通路と前記音響部との分岐点に配置されて前記燃料通路における燃料流れを整える整流部とを有することを特徴とする。

このガスタービンでは、音響空間を有する音響部が燃料通路から分岐され、この音響空間と燃料通路との間に抵抗部が配置される。これより、燃焼器の燃焼振動に起因する燃料の圧力変動が低減される利点がある。また、燃料通路と音響部との分岐点に整流部が配置され、この整流部により燃料通路の燃料流れが整えられる。これにより、燃料の圧力損失が低減されて、燃焼器の性能が確保される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記整流部が前記燃料通路の壁面の一部を構成すると共に前記整流部の設置位置を分岐点として前記燃料通路と前記音響部とが連結される。

このガスタービンでは、燃料通路と音響部との分岐点における燃料の流路形状が整流部により確保されるので、燃料の圧力損失が効果的に低減される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、整流部が多孔板から成る。これにより、整流部が簡易に構成されて、燃料の圧力損失が効果的に低減される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記音響部が前記燃料通路の長手方向に沿って延在する。

このガスタービンでは、音響部が燃料通路の長手方向に対して垂直方向に延在する構成と比較して、音響部の設置スペースが縮小される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記音響部が複数の前記音響空間を有する。

このガスタービンでは、各音響空間の容積、形状、寸法などがそれぞれ調整されることにより、広範囲の振動周波数にて燃料の圧力変動が低減される利点がある。

また、この発明にかかるガスタービンは、前記減衰装置が前記燃料通路の外径を拡大する拡径部を有すると共に、前記拡径部を介して前記音響空間と前記燃料通路とが接続される。

このガスタービンでは、拡径部により拡幅された燃料通路に対して音響部の音響空間が接続されるので、音響空間が燃料通路に対して直接的に接続される構成と比較して、音響空間と燃料通路との接続が容易となる利点がある。

この発明にかかるガスタービンでは、音響空間を有する音響部が燃料通路から分岐され、この音響空間と燃料通路との間に抵抗部が配置される。これより、燃焼器の燃焼振動に起因する燃料の圧力変動が低減される利点がある。また、燃料通路と音響部との分岐点に整流部が配置され、この整流部により燃料通路の燃料流れが整えられる。これにより、燃料の圧力損失が低減されて、燃焼器の性能が確保される利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。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、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかるガスタービンの燃焼器の減衰装置を示す構成図である。図２は、図１に記載した減衰装置を示すＡ−Ａ視断面図である。図３は、図１に記載した減衰装置の作用を示す説明図である。図４〜図８は、図１に記載した減衰装置の変形例を示す説明図である。図９は、一般的なガスタービンを示す構成図である。

［ガスタービン］
このガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを有する（図９参照）。圧縮機２は、空気取込口から取り込まれた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器３は、この圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン４は、この燃焼ガスの熱エネルギーをロータ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、この駆動力がロータに連結された発電機（図示省略）などに伝達される。

また、燃焼器３は、圧縮機２の出口部後方であってタービン４の入口部前方に設置される。また、複数の燃焼器３がタービン４の周方向に環状に配置される。各燃焼器３は、内筒３１と、尾筒３２と、燃料ノズル３３とを有する。内筒３１は、燃焼器３の燃焼室を構成する筒状部材であり、圧縮機２の車室２１に固定されて設置される。尾筒３２は、内筒３１とタービン４の入口部４１とを接続する筒状部材である。燃料ノズル３３は、燃焼室に燃料を噴射するためのノズルであり、内筒３１に挿入されて配置される。

また、燃焼器３には、燃料通路（燃料ライン）５を介して燃料が供給される（図９参照）。具体的には、燃料通路５が燃焼器３の燃料導入部３４のフランジに接続されており、燃料通路５からの燃料が燃料導入部３４を経て各燃料ノズル３３に供給される。

このガスタービン１では、圧縮機２にて圧縮された空気（圧縮空気）が燃焼器３の内筒３１および尾筒３２から燃焼器３内部に供給される。燃焼器３の燃焼室では、この圧縮空気と燃料ノズル３３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３２を介してタービン４に供給される。

［減衰装置］
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の減衰装置６を有する（図１および図２参照）。この減衰装置６は、音響部６１と、抵抗部６２と、整流部６３とを有する。

音響部６１は、燃料通路５から分岐され、また、音響空間６１１を有する部材である。例えば、この実施例では、音響部６１が音響管から成り、この音響管が燃料通路５の壁面から突出して配置されることにより燃料通路５が分岐されている。したがって、音響部６１の音響空間６１１と燃料通路５とが連通している。また、音響部６１の音響空間６１１は、燃料通路５における燃料の圧力変動の固有値を燃焼器３における燃焼振動の固有値に対して一致させる機能を有する。したがって、音響空間６１１の容積、形状および寸法は、燃焼器３における燃焼振動の固有値に応じて適宜設計され得る。例えば、燃料の圧力変動の固有値を低周波数側に移行させる場合には、音響空間６１１の容積が大きく設定される。

抵抗部６２は、燃料通路５と音響部６１の音響空間６１１との間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、この実施例では、抵抗部６２が発泡金属により構成されており、音響空間６１１の入口部に配置されている。この抵抗部６２を燃料が通過すると、燃料の振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて燃料の圧力変動が減衰する。

整流部６３は、燃料通路５と音響部６１との分岐点に配置されて燃料通路５における燃料流れを整える部材である。例えば、この実施例では、整流部６３が多孔体（多孔板）から成り、燃料を通過させ得る複数の孔あるいはスリットを有している。また、整流部６３が燃料通路５の壁面形状に沿って（壁面形状を延長するように）配置されており、燃料通路５と音響部６１との分岐点における燃料通路５の壁面形状を平滑化している。言い換えれば、整流部６３が燃料通路５の壁面の一部を構成しており、この整流部６３の設置位置を分岐点として、燃料通路５と音響部６１とが連結されている。

［効果］
このガスタービン１では、音響空間６１１を有する音響部６１が燃料通路５から分岐され、この音響空間６１１と燃料通路５との間に抵抗部６２が配置される（図１および図２参照）。これより、燃焼器３の燃焼振動に起因する燃料の圧力変動が低減される利点がある（図３参照）。また、燃料通路５と音響部６１との分岐点に整流部６３が配置され、この整流部６３により燃料通路の燃料流れが整えられる。これにより、燃料の圧力損失が低減されて、燃焼器３の性能が確保される利点がある。

また、このガスタービン１では、整流部６３が燃料通路５の壁面の一部を構成し、この整流部６３の設置位置を分岐点として燃料通路５と音響部６１とが連結される（図１および図２参照）。かかる構成では、燃料通路５と音響部６１との分岐点における燃料の流路形状が整流部６３により確保されるので、燃料の圧力損失が効果的に低減される利点がある。例えば、燃料通路が拡径されると共にこの拡径部を分岐点として燃料通路と音響部とが接続され、且つ、拡径部に燃料の整流手段を有さない構成（図示省略）では、燃料通路と音響部との分岐点にて燃料の圧力損失が過大となる。

［音響部の変形例］
なお、この実施例では、音響部６１が長尺な円筒部材から成り、燃料通路５の長手方向に対して垂直方向に延在している（図１および図２参照）。しかし、これに限らず、音響部６１が燃料通路５の長手方向に沿って延在しても良い（図４および図５参照）。かかる構成では、音響部が燃料通路の長手方向に対して垂直方向に延在する構成と比較して、音響部６１の設置スペースが縮小される利点がある。

例えば、この実施例では、音響部６１が環状構造を有しており、燃料通路５を軸として燃料通路５の長手方向に延在している（図４および図５参照）。また、音響部６１が燃料通路５との分岐点（整流部６３の設置位置）を起点として燃料の流れ方向に向かって延在している。これにより、燃料が音響部６１と燃料通路５との分岐点にて抵抗部６２および音響空間６１１に向かって速やかに流れるように、構成されている。

また、この実施例では、音響部６１が単一の音響空間６１１のみを有している（図１および図２参照）。しかし、これに限らず、音響部６１が複数の音響空間６１１を有しても良い（図６および図７参照）。かかる構成では、各音響空間６１１の容積、形状、寸法などがそれぞれ調整されることにより、広範囲の振動周波数にて燃料の圧力変動が低減される利点がある（図８参照）。

［音響部の拡径部］
また、上記の構成では、減衰装置６が燃料通路５の外径を拡大する拡径部６１２を有すると共に、この拡径部６１２を介して音響空間６１１と燃料通路５とが接続されることが好ましい（図１および図２参照）。かかる構成では、拡径部６１２により拡幅された燃料通路５に対して音響部６１の音響空間６１１が接続されるので、音響空間が燃料通路に対して直接的に接続される構成（図示省略）と比較して、音響空間６１１と燃料通路５との接続が容易となる利点がある。また、この拡径部６１２にて燃料の圧力変動が低減される利点がある。

例えば、この実施例では、拡径部６１２が音響部６１に対して一体形成されている。また、拡径部６１２が燃料通路５の外周面片側を包み込むように燃料通路５に対して取り付けられており、この拡径部６１２により燃料通路５の外形が略２倍に拡大されている（図１および図２参照）。そして、この拡径部６１２に対して音響部６１の音響空間６１１が接続されている。これにより、音響空間６１１と燃料通路５との接続が容易化されている。なお、拡径部６１２が燃料通路５の全周を囲んで配置されることにより、燃料通路５全体が拡径されても良い（図示省略）。

以上のように、この発明にかかるガスタービンは、燃焼器に供給される燃料の圧力変動を抑制できる点で有用である。

この発明の実施例にかかるガスタービンの燃焼器の減衰装置を示す構成図である。図１に記載した減衰装置を示すＡ−Ａ視断面図である。図１に記載した減衰装置の作用を示す説明図である。図１に記載した減衰装置の変形例を示す説明図である。図１に記載した減衰装置の変形例を示す説明図である。図１に記載した減衰装置の変形例を示す説明図である。図１に記載した減衰装置の変形例を示す説明図である。図１に記載した減衰装置の変形例を示す説明図である。一般的なガスタービンを示す構成図である。

符号の説明

１ガスタービン
２圧縮機
２１車室
３燃焼器
３１内筒
３２尾筒
３３燃料ノズル
３４燃料導入部
４タービン
４１入口部
５燃料通路
６減衰装置
６１音響部
６１１音響空間
６１２拡径部
６２抵抗部
６３整流部
６４拡径部

Claims

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を燃焼器の燃料通路上に備えるガスタービンであって、
前記減衰装置が、前記燃料通路から分岐されると共に音響空間を有する音響部と、前記燃料通路と前記音響空間との間に配置されて燃料の圧力変動を減衰させる抵抗部と、前記燃料通路と前記音響部との分岐点に配置されて前記燃料通路における燃料流れを整える整流部とを有することを特徴とするガスタービン。
前記整流部が前記燃料通路の壁面の一部を構成すると共に前記整流部の設置位置を分岐点として前記燃料通路と前記音響部とが連結される請求項１に記載のガスタービン。
前記整流部が多孔板から成る請求項２に記載のガスタービン。
前記音響部が前記燃料通路の長手方向に沿って延在する請求項１または２に記載のガスタービン。
前記音響部が複数の前記音響空間を有する請求項１〜３のいずれか一つに記載のガスタービン。
前記減衰装置が前記燃料通路の外径を拡大する拡径部を有すると共に、前記拡径部を介して前記音響空間と前記燃料通路とが接続される請求項１〜５のいずれか一つに記載のガスタービン。