JP5959870B2 - 音響ダンパ、燃焼器、ガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、特定の振動数で気体振動する振動気体を導入して減衰させる音響ダンパ、特定の振動数で気体振動する振動気体を発生する燃焼器、特定の振動数で気体振動する振動気体を発生する燃焼器を有しているガスタービン、に関する。

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、圧縮機で空気を取り込んで圧縮し、高圧になった空気を燃焼器に送り込む。燃焼器では、高圧の空気に燃料を噴出させて燃焼させる。

このように燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスはタービンに導入され、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圧縮機の回転軸とは一体となって回転するため、このようにタービンが駆動されることにより圧縮機も駆動され、ガスタービンが連続的に作動することになる。

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、ガスタービンの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化す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やすく、このため燃焼振動が発生しやすくなっていた。

そこで、従来のガスタービン等では、燃焼器で問題となる燃焼振動を低減する手法として、音響ダンパが利用されている。例えば、広い範囲の周波数領域で燃焼振動を減衰させるため、開口を有している管路を有し、この管路を流動する流体に抵抗を与える抵抗体を備える音響ダンパがある。

この音響ダンパは、屈折されて小型化が図られた管路および抵抗体が、燃焼器の燃焼筒に取り付けられたバイパス管に取り付けられたもので、バイパス管の内部と管路とが管路の開口を介して達通されている(特許文献１)。

また、減衰性能とメンテナンス性とを向上するため、多孔板とハウジングからなるライナ共鳴空間を有している音響ライナと、上記のハウジングに接続され、かつ内側にライナ共鳴空間と達通する音響ダンパ共鳴空間を有している音響ダンパとを備える減衰装置もある。この減衰装置は、音響ライナが燃焼器の尾筒の周りに取り付けられ、音響ダンパが尾筒の延在方向に沿って設けられている(例えば、特許文献２参照)。

また、音響ダンパではないが、ヘルムホルツ共振器や四分の一波長管の体積や長さを制御装置により調整して、ターゲット周波数を燃焼振動の周波数に整合させる技術もある(例えば、特許文献３参照)。

特開２００６−０２２９６６号公報 特開２００６−２６６６７１号公報 特開２０１１−０５２９５４号公報

上述のような音響ダンパでは、発生する燃焼振動の周波数をターゲットとして、音響管の管長を決定する。一般的に振動数∽Ｃ／Ｌ（Ｃ：音速、Ｌ：音響管の管長）となる。

燃焼振動は全負荷条件で厳しくなる場合が多いため、全負荷時の車室温度から決まる音速（Ｃ∽√Ｔ。但しＴ：温度）に対してターゲット周波数となるように音響管の管長Ｌを検討する。一般的な音響ダンパの吸音特性は図１６のようになる。

なお、燃焼振動の発生周波数が、ターゲット周波数から変位した場合でも、音響ダンパによる燃焼振動の低減効果を得るために、音響管内に多孔質金属を抵抗として設置し、振動数の変位に対してロバストにする構造が多く適用されている。

しかし、上述のように多孔質金属などの設置により振動数の変位に対してロバストな構造としても、周波数が大きく変位すると、ほとんど吸音効果は得られず燃焼振動の低減が困難になっている。

特に、実績が十分にないガスタービンでは、燃焼振動の発生周波数の予測が困難であり、ターゲット周波数から変位した周波数の燃焼振動が発生することがある。このような場合、従来は発生した燃焼振動の周波数をターゲットとし、音響管の管長を再検討し、新たな音響ダンパを製作する必要が生じた。

また、特許文献３の技術は音響ダンパではないが、前述のようにヘルムホルツ共振器や四分の一波長管の体積や管長を制御装置により調整して、ターゲット周波数を燃焼振動の周波数にあわす。しかしながら、このような可変機構を実機に適用するためには、シールを含めた構造面で多くの課題があり、現実には適用が困難である。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、燃焼振動などの発生周波数がターゲット周波数から変位した場合でも、音響管の管長を変化させる複雑な可変機構などを必要とすることなく、振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる音響ダンパ、このような音響ダンパを有している燃焼器、このような燃焼器を有しているガスタービン、を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明の音響ダンパは、特定の振動数で気体振動する振動気体を導入して減衰させる音響ダンパであって、振動気体が導入される所定の管長の音響管と、前記音響管の内側に設けられた多孔質金属からなる流体抵抗部材と、前記音響管の内部の前記振動気体の温度を測定する温度測定手段と、測定された前記振動気体の温度に対応して音響管の内部の振動気体の音速を変化させる音速可変手段と、を有し、前記音速可変手段は、前記音響管の内部の前記振動気体とは温度が相違する外挿気体を前記音響管の内部に導入して前記音響管の内部の前記振動気体の温度を変化させる温度可変手段を有し、前記音速可変手段は、前記音響管の内部に導入される前記外挿気体の流量を変化させている。

従って、請求項１に記載した音響ダンパによれば、所定の管長の音響管の内部に導入された振動気体の音速が音速可変手段で変化される。このため、振動気体の発生周波数が音響管のターゲット周波数から変位した場合でも、音響管の管長を変化させる複雑な可変機構などを必要とすることなく、音響管のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、音速可変手段は、音響管の内部の振動気体の温度を変化させる温度可変手段を有する。請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の温度を変化させることにより、音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、温度可変手段は、音響管の内部の振動気体とは温度が相違する外挿気体を音響管の内部に導入する。請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体に温度が相違する外挿気体を混入させることにより、音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、音速可変手段は、音響管の内部に導入される外挿気体の流量を変化させる。請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部に導入される外挿気体の流量を変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパは、音響管の内部の振動気体の温度を測定する温度測定手段を、さらに有し、音速可変手段は、測定された振動気体の温度に対応して音響管の内部の振動気体の音速を変化させる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体の音速を測定された温度に対応して変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

請求項２に記載した発明の音響ダンパでは、音速可変手段は、振動気体の振動数と音響管の管長とに対応させて振動気体の音速を変化させる。請求項２に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の音速が振動気体の振動数と音響管の管長とに対応させて変化するので、より的確に音響管のターゲット周波数を振動気体の発生周波数に対応させることができる。

請求項３に記載した発明の音響ダンパでは、温度可変手段は、音響管の内部に導入される外挿気体の温度を変化させる。請求項３に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部に導入される外挿気体の温度が変化するので、より的確に音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。

請求項４に記載した音響ダンパによれば、所定の管長の音響管の内部に導入された振動気体の音速が音速可変手段で変化される。このため、振動気体の発生周波数が音響管のターゲット周波数から変位した場合でも、音響管の管長を変化させる複雑な可変機構などを必要とすることなく、音響管のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、音速可変手段は、音響管の内部の振動気体の少なくとも一部の種類を変化させる気体可変手段を有する。請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の少なくとも一部の種類を変化させることにより、音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、気体可変手段は、音響管の内部の振動気体とは種類が相違する外挿気体を音響管の内部に導入する。請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体に種類が相違する外挿気体を混入させることにより、音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、音速可変手段は、音響管の内部に導入される外挿気体の流量を変化させる。請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部に導入される外挿気体の流量を変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパは、音響管の内部の振動気体の温度を測定する温度測定手段を、さらに有し、音速可変手段は、測定された振動気体の温度に対応して音響管の内部の振動気体の音速を変化させる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体の音速を測定された温度に対応して変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

請求項５に記載した発明の音響ダンパでは、音速可変手段は、振動気体の振動数と音響管の管長とに対応させて振動気体の音速を変化させる。請求項５に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の音速が振動気体の振動数と音響管の管長とに対応させて変化するので、より的確に音響管のターゲット周波数を振動気体の発生周波数に対応させることができる。
請求項６に記載した発明の音響ダンパでは、気体可変手段は、音響管の内部の振動気体より高粘度の外挿気体を音響管の内部に導入する。請求項６に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体に高粘度の外挿気体を混入させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

請求項７に記載した発明の音響ダンパは、音響管の内部の振動気体の振動速度を測定する振動測定手段を、さらに有し、音速可変手段は、測定された振動気体の振動速度に対応して音響管の内部の振動気体の音速を変化させる。

請求項７に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体の音速を測定された振動速度に対応して変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

請求項８に記載した発明の音響ダンパは、音響管が複数であり、音速可変手段は、複数の音響管ごとに音速を変化させる。請求項８に記載した発明の音響ダンパでは、複数の音響管ごとに音速を変化させることができるので、例えば、複数の音響管ごとに減衰される複数のターゲット周波数を一つにするようなことができる。

請求項９に記載した発明の燃焼器は、特定の振動数で気体振動する振動気体を発生する燃焼器であって、請求項１ないし８の何れか一項に記載した発明の音響ダンパを有している。請求項９に記載した発明の燃焼器では、特定の振動数で発生する振動気体の気体振動の発生周波数が、音響ダンパの音響管のターゲット周波数から変位した場合でも、請求項１ないし８の何れか一項に記載した発明の音響ダンパにより音響管の内部に導入された振動気体の音速が変化するので、音響管のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができる。

請求項１０に記載した発明のガスタービンは、特定の振動数で気体振動する振動気体を発生する燃焼器を有しているガスタービンであって、請求項９に記載した発明の燃焼器を有している。

従って、請求項１０に記載した発明のガスタービンでは、燃焼器が特定の振動数で発生する振動気体の気体振動の発生周波数が、音響ダンパの音響管のターゲット周波数から変位した場合でも、請求項１ないし８の何れか一項に記載した発明の音響ダンパにより音響管の内部に導入された振動気体の音速が変化するので、音響管のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができる。

なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。

請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の発生周波数が音響管のターゲット周波数から変位した場合でも、音響管の管長を変化させる複雑な可変機構などを必要とすることなく、音響管のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができるので、音響管の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の温度を変化させることにより、音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体に温度が相違する外挿気体を混入させることにより、音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部に導入される外挿気体の流量を変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。
請求項１に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体の音速を測定された温度に対応して変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

請求項２に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の音速が振動気体の振動数と音響管の管長とに対応させて変化するので、より的確に音響管のターゲット周波数を振動気体の発生周波数に対応させることができる。

請求項３に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部に導入される外挿気体の温度が変化するので、より的確に音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。

請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の発生周波数が音響管のターゲット周波数から変位した場合でも、音響管の管長を変化させる複雑な可変機構などを必要とすることなく、音響管のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができるので、音響管の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の少なくとも一部の種類を変化させることにより、音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体に種類が相違する外挿気体を混入させることにより、音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部に導入される外挿気体の流量を変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させることができる。
請求項４に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体の音速を測定された温度に対応して変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

請求項５に記載した発明の音響ダンパでは、振動気体の音速が振動気体の振動数と音響管の管長とに対応させて変化するので、より的確に音響管のターゲット周波数を振動気体の発生周波数に対応させることができる。
請求項６に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体に高粘度の外挿気体を混入させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

請求項７に記載した発明の音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体の音速を測定された振動速度に対応して変化させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

請求項８に記載した発明の音響ダンパでは、複数の音響管ごとに音速を変化させることができるので、例えば、複数の音響管ごとに減衰される複数のターゲット周波数を一つにするようなことができる。

請求項９に記載した発明の燃焼器では、特定の振動数で発生する振動気体の気体振動の発生周波数が、音響ダンパの音響管のターゲット周波数から変位した場合でも、請求項１ないし８の何れか一項に記載した発明の音響ダンパにより音響管の内部に導入された振動気体の音速が変化する。このため、音響管のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができるので、音響管の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。

請求項１０に記載した発明のガスタービンでは、燃焼器が特定の振動数で発生する振動気体の気体振動の発生周波数が、音響ダンパの音響管のターゲット周波数から変位した場合でも、請求項１ないし８の何れか一項に記載した発明の音響ダンパにより音響管の内部に導入された振動気体の音速が変化する。このため、音響管のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができるので、音響管の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。

本発明の実施の第一の形態のガスタービンの燃焼器および音響ダンパの構造を示す模式的な縦断面図である。 ガスタービンの全体構造を示す半断面図である。 音響ダンパの要部構造を示す図１のＡ−Ａ矢視図である。 音響ダンパの要部構造を示す図３のＢ部の模式的な縦断面図である。 音響ダンパによる周波数と吸音率との関係を示す特性図である。 本発明の実施の第二の形態のガスタービンの燃焼器および音響ダンパの構造を示す模式的な縦断面図である。 音響ダンパの要部構造を示す模式的な縦断面図である。 本発明の実施の第三の形態のガスタービンの燃焼器および音響ダンパの構造を示す模式的な縦断面図である。 音響ダンパの要部構造を示す図８のＣ−Ｃ矢視図である。 一の変形例のガスタービンの燃焼器および音響ダンパの構造を示す模式的な縦断面図である。 他の変形例のガスタービンの音響ダンパの要部構造を示す模式的な縦断面図である。 さらに他の変形例のガスタービンの燃焼器および音響ダンパの構造を示す模式的な縦断面図である。 さらに他の変形例のガスタービンの燃焼器および音響ダンパの構造を示す模式的な縦断面図である。 さらに他の変形例のガスタービンの燃焼器および音響ダンパの構造を示す模式的な縦断面図である。 さらに他の変形例のガスタービンの音響ダンパの要部構造を示す模式的な展開断面図である。 従来の音響ダンパによる周波数と吸音率との関係を示す特性図である。

本発明の実施の第一の形態を図１ないし図４を参照して以下に説明する。まず、本実施の形態のガスタービン１０００は、図１および図２に示すように、特定の振動数で気体振動する振動気体を発生する燃焼器１３００を有しており、この燃焼器１３００は、特定の振動数で気体振動する振動気体を導入して減衰させる音響ダンパ１５２０を有している。

この音響ダンパ１５２０は、振動気体が導入される所定の管長の音響管１５２１と、音響管１５２１の内部の振動気体の音速を変化させる音速可変機構１６００と、を有している。

より詳細には、音響ダンパ１５２０は、前述のように振動気体が導入される所定の管長の音響管１５２１に、その内部の振動気体の温度を物性として変化させる温度可変手段である音速可変機構１６００が連結されている。

この音速可変機構１６００は、図１および図４に示すように、空気を圧送する気体圧送部１６１０、圧送される空気を加熱する温度可変部１６２０、圧送される空気の流量を調整するバルブ機構１６３０、を有している。

例えば、気体圧送部１６１０は、空気を吸入して圧送する圧縮機や、封入されている圧搾空気を排出する空気ボンベなどからなる。温度可変部１６２０は、電力で空気を加熱するヒータなどからなる。

本実施の形態のガスタービン１０００は、図２に示すように、気体である空気の流動の上流側から下流側に向かって、空気取入部１１００、圧縮機１２００、燃焼器１３００、タービン部１４００、等が順番に設けられている。

上記の空気取入部１１００から取り込まれた空気は圧縮機１２００によって圧縮され、高温高圧の圧縮空気となって燃焼器１３００へ導入される。この燃焼器１３００では、導入された圧縮空気に、天然ガス等のガス燃料、軽油や軽重油等の液体燃料、等の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、燃焼器１３００からタービン部１４００に噴射される。

上記の燃焼器１３００は、図１に示すように、外筒１３１０や車室ハウジング１３２０の内側に、内筒１３３０や尾筒１３４０などが設けられている。外筒１３１０の内側には略円筒形の内筒１３３０が設けられており、この内筒１３３０には、その軸方向の端部の一方からパイロットノズル１３３１やメインノズル１３３２が配設されている。

内筒１３３０の軸方向の端部のうち、メインノズル１３３２等とは反対側の端部に尾筒１３４０が接続されている。この尾筒１３４０は筒状に形成されており、その内側には燃焼室(図示せず)が形成されている。

また尾筒１３４０は、内筒１３３０とは反対側の端部に向かって断面積が小さくなりつつ湾曲している。尾筒１３４０は、この断面積が大きい方、つまり、内筒１３３０側が、上述したように圧縮機１２００から導入されてきた空気の流動の上流側となっており、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。また、車室ハウジング１３２０の内側は車室１３２１として形成されており、尾筒１３４０は、この車室１３２１に設けられている。

上記の尾筒１３４０には、減衰装置１５００が設けられている。この減衰装置１５００は音響ライナ１５１０と音響ダンパ１５２０からなり、音響ライナ１５１０が、上記の尾筒１３４０の内筒１３３０の近傍外周に環装されている。

この音響ライナ１５１０は、従来と同様に、円筒形に形成されて複数の吸音孔が形成された多孔板(図示せず)と、この多孔板の周囲に形成されたハウジング１５１１とによって構成されている。

なお、多孔板の内側または音響ライナ１５１０の内側は、尾筒１３４０の内部の空間の一部となっており、この尾筒１３４０の内部の空間は燃焼室として形成されている。また、多孔板はハウジング１５１１によって外部から遮断されており、多孔板とハウジング１５１１との間の空間は、ライナ共鳴空間１５１２として形成されている。

上記の音響ダンパ１５２０は、音響ライナ１５１０のハウジング１５１１に接続されている。音響ダンパ１５２０が接続されている方向は、音響ライナ１５１０に対して音響ダンパ１５２０が、尾筒１３４０の下流側に位置する方向に接続されている。

また、図１のＡ−Ａ矢視図である図３に示すように、音響ダンパ１５２０は内部に空間を有している音響部１５２２を有しており、音響部１５２２の内部の空間はダンパ共鳴空間１５２３として形成されている。

また、このダンパ共鳴空間１５２３は、音響ダンパ１５２０が上記のように音響ライナ１５１０のハウジング１５１１に接続されることにより、ライナ共鳴空間１５１２と連通している。

上記の音響ダンパ１５２０の音響部１５２２は、それぞれ内側にダンパ共鳴空間１５２３を有している、円形配管部１５２４とテーパ部１５２５とによって形成されている。

円形配管部１５２４は円筒形に形成されており、テーパ部１５２５は円形配管部１５２４と上記のハウジング１５１１との間に位置している。音響ダンパ１５２０は、テーパ部１５２５がハウジング１５１１に接続されることによって、ハウジング１５１１に接続されている。

このテーパ部１５２５は、ダンパ共鳴空間１５２３を流動する空気の流通方向における両端部が接続部となっており、その一方は上記のハウジング１５１１に接続され、他方は円形配管部１５２４に接続されている。

これらの接続部のうち、ハウジング１５１１に接続されている接続部はライナ接続部１５２６として形成されており、このライナ接続部１５２６がハウジング１５１１に接続されることにより、音響ダンパ１５２０は音響ライナ１５１０に接続されている。テーパ部１５２５が接続される位置は、上記のハウジング１５１１における、尾筒１３４０の下流側に対向している面に接続されている。

また、円形配管部１５２４に接続されている接続部は配管接続部１５２７として形成されており、この配管接続部１５２７は円形配管部１５２４の断面形状と同形状である円形に形成されている。この配管接続部１５２７は、上記のライナ接続部１５２６よりも尾筒１３４０の下流方向に位置している。

これらの状態で音響ライナ１５１０と円形配管部１５２４との双方に接続されているテーパ部１５２５の形状は、ダンパ共鳴空間１５２３を流動する空気の流通方向と直交するテーパ部１５２５の横幅は、ライナ接続部１５２６から配管接続部１５２７に向かうに従って狭くなっている。

このため、テーパ部１５２５の内側のダンパ共鳴空間１５２３の断面積、すなわち、流路面積は漸次変化しており、流路面積はライナ接続部１５２６から配管接続部１５２７に向かうに従って小さくなっている。これにより、音響ダンパ１５２０は、円形配管部１５２４の流路面積よりも大きい流路面積で音響ライナ１５１０に対して開口している。

上記の円形配管部１５２４は、上述したように円筒形に形成されており、例えば、市販の配管部材などが使用されている。上記のテーパ部１５２５は、配管接続部１５２７がライナ接続部１５２６よりも尾筒１３４０の下流側に位置しているため、配管接続部１５２７に接続されている円形配管部１５２４は、尾筒１３４０の下流方向に向かって形成されている。

さらに、円形配管部１５２４は途中で湾曲して向きが変わっている。この湾曲している部分は配管湾曲部１５２８となっており、配管湾曲部１５２８は、尾筒１３４０の方向に凸となるように円形配管部１５２４が曲げられることにより形成されている。

この配管湾曲部１５２８により、尾筒１３４０に沿って形成されている円形配管部１５２４は、尾筒１３４０から離れる方向に曲げられている。また、このように形成されている円形配管部１５２４の配管先端部１５２９は半球状に形成されて閉塞されている。

図３のＣ部詳細図である図４に示すように、円形配管部１５２４は複数に分割可能に形成されており、分割された各円形配管部１５２４の接続部分には、着脱部の一部となる着脱フランジ１５３０が形成されている。

この着脱フランジ１５３０は、各円形配管部１５２４の端部においてフランジ状に形成されている。分割された各円形配管部１５２４は、着脱フランジ１５３０同士を合わせ、双方の着脱フランジ１５３０を一体で挟み込むと共に着脱部の一部である着脱カップリング１５３１によって着脱フランジ１５３０同士を挟み込むことにより、着脱可能に固定されている。

この着脱フランジ１５３０および着脱カップリング１５３１により、複数に分割された円形配管部１５２４は着脱可能となり、円形配管部１５２４は複数に分割可能な分割構造で形成されている。

また、図１に示すように、円形配管部１５２４は、支持部３８によって車室１３２１内に固定されており、減衰装置１５００は、尾筒１３４０に環装されている音響ライナ１５１０と、支持部３８で車室１３２１内に固定されている音響ダンパ１５２０とによって固定され、車室１３２１内に設けられている。

また、図４に示すように、減衰装置１５００の円形配管部１５２４の内側、つまり、ダンパ共鳴空間１５２３には、流体抵抗部材となる多孔質金属１５３２が設けられている。

この多孔質金属１５３２は、ポーラス状の金属、すなわち、多数の小孔が形成されている金属からなり、この多孔質金属１５３２が、円形配管部１５２４の一部に、この円形配管部１５２４の内部空間の形状と略同形状となってダンパ共鳴空間１５２３に設けられている。

また、多孔質金属１５３２が形成されている部分の円形配管部１５２４は、円形配管部１５２４の中心軸の形成方向におけるこの多孔質金属１５３２両端部の近傍に、着脱フランジ１５３０が形成されている。

これにより、多孔質金属１５３２が形成されている部分の円形配管部１５２４は、両端に着脱フランジ１５３０が形成された短配管部１５３３として形成されている。

また、このように短配管部１５３３には着脱フランジ１５３０が形成されているため、短配管部１５３３は、着脱カップリング１５３１によってこの短配管部１５３３の両端に位置する円形配管部１５２４に着脱可能に固定されている。

図１に示すように、本形態の音速可変機構１６００は、前述のように、気体である空気を圧送する気体圧送部１６１０、圧送される空気を加熱する温度可変部１６２０、加熱されて圧送される空気の流量を調整するバルブ機構１６３０、を有しており、例えば、図４に示すように、そのバルブ機構１６３０より下流の気体圧送管１６４０が、多孔質金属１５３２より下流で音響管１５２１に配管されている。

上述のような音速可変機構１６００は、上述のように音響管１５２１の内部の振動気体とは温度が相違する加熱空気である外挿気体を音響管１５２１の内部に導入することで、音響管１５２１の内部の振動気体の物性である温度を変化させる。

この音速可変機構１６００は、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の温度を温度可変部１６２０で変化させ、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の流量をバルブ機構１６３０により変化させ、振動気体の振動数と音響管１５２１の管長とに対応させて振動気体の音速を変化させる。

上述のような構成において、本実施の形態のガスタービン１０００を作動させると、従来と同様に圧縮機１２００が作動することによって圧縮された高温高圧の空気が上記の燃焼器１３００に導入され、この圧縮空気に対してパイロットノズル１３３１やメインノズル１３３２から燃料を噴射することにより、燃焼器１３００の燃焼室で燃料が燃焼する。

ただし、このように燃焼室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化するため、燃料を希薄燃焼させると燃焼が不安定になりやすく、燃焼振動が発生しやすくなる。

このように燃焼振動が発生すると、燃焼振動により発生する気体振動である空気振動（圧力波）は、音響ライナ１５１０が有している多孔板の吸音孔に入る。上記の音響ライナ１５１０はライナ共鳴空間１５１２を有し、ライナ共鳴空間１５１２と燃焼室との間に、複数の吸音孔が形成された多孔板が設けられているが、ライナ共鳴空間１５１２内の空気と吸音孔内の空気とは、ライナ共鳴空間１５１２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、多孔板の内側で発生した燃焼振動による空気振動または騒音のうち、ライナ共鳴空間１５１２の容積や吸音孔の全長に応じた周波数領域の騒音に対して吸音孔内の空気が激しく振動して共鳴するので、その際の摩擦によって、この共鳴周波数の騒音が吸音される。これにより、燃焼振動が減衰されて燃焼振動による騒音が低減される。

さらに、本実施の形態のガスタービン１０００では、前述のように燃焼振動による気体振動である空気振動（圧力波）は、音響ライナ１５１０から音響ダンパ１５２０に導入される。このため、燃焼室で発生した燃焼振動は、ライナ共鳴空間１５１２を介してダンパ共鳴空間１５２３に伝達される。

この音響ダンパ１５２０は、尾筒１３４０の下流方向に伸びているため、そのダンパ共鳴空間１５２３は、ライナ共鳴空間１５１２よりも大きな容積を有している。このため、ダンパ共鳴空間１５２３では、ライナ共鳴空間１５１２で減衰する振動の波長よりも長い波長の振動、すなわち、ライナ共鳴空間１５１２で減衰することのできる振動の周波数領域よりも低い周波数領域の振動を減衰することができる。

また、音響ライナ１５１０には上記の音響ダンパ１５２０が接続されており、ライナ共鳴空間１５１２とダンパ共鳴空間１５２３とは接続されている。このため、燃焼室で発生した燃焼振動は、ライナ共鳴空間１５１２を介してダンパ共鳴空間１５２３に伝達される。

この音響ダンパ１５２０は、尾筒１３４０の下流方向に伸びているため、ダンパ共鳴空間１５２３はライナ共鳴空間１５１２よりも大きな容積を有している。このため、ダンパ共鳴空間１５２３では、ライナ共鳴空間１５１２で減衰する振動の波長よりも長い波長の振動、すなわち、ライナ共鳴空間１５１２で減衰することのできる振動の周波数領域よりも低い周波数領域の振動を減衰することができる。

ただし、上述のように多孔質金属１５３２の設置により振動数の変位に対してロバストな構造としても、燃焼振動の周波数が大きく変位すると、ほとんど吸音効果は得られず燃焼振動の低減が困難である。特に、ガスタービン１０００の実績が十分にない場合、燃焼振動の発生周波数の予測が困難であり、ターゲット周波数から変位した周波数の燃焼振動が発生することがある。

しかし、本実施の形態のガスタービン１０００の音響ダンパ１５２０は、前述のように所定の管長の音響管１５２１の内部の振動気体の音速を音速可変機構１６００で変化させる。

より具体的には、特定の振動数ｆで気体振動する振動気体が導入される所定の管長Ｌの音響管１５２１と、音響管１５２１の内部の振動気体の音速Ｃとが、
ｆ∽Ｃ／Ｌ
を満足するように音速Ｃを可変する。

このため、振動気体の発生周波数が音響管１５２１のターゲット周波数から多分に変位した場合でも、図５に示すように、音響管１５２１のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができ、音響管１５２１の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。

従って、本実施の形態の燃焼器１３００およびガスタービン１０００では、特定の振動数で発生する振動気体の気体振動の発生周波数が、音響ダンパ１５２０の音響管１５２１のターゲット周波数から多分に変位した場合でも、音響ダンパ１５２０が音響管１５２１のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができるので、音響管１５２１の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。

特に、音響管１５２１のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させるために、音響管１５２１の管長を変化させる複雑な可変機構などを必要とすることもなく、音響管１５２１の内部に導入された振動気体の気体振動を簡単な構造で良好に減衰させることができる。

なお、外挿気体を音響管１５２１に導入する場合、図５に示すように、設計時のターゲット周波数ｆ_０、温度Ｔ_０(Ｋ)、に対して、ターゲット周波数ｆ１を実現するためには、
Ｔ_１(Ｋ)＝Ｔ_０(ｆ_１／ｆ_０)^２
を満足するように、音響管１５２１の内部の振動気体を温度Ｔ_１(Ｋ)とする。

なお、多孔質金属１５３２は音響だけでなく外挿気体に対しても抵抗となるため、導入された外挿気体は、わずかに多孔質金属１５３２や音響管１５２１に設置された油抜き孔などから流出する。

しかし、基本的に音響管１５２１の内部の空気である振動気体は、外部から導入された空気である外挿気体が支配的となる。よって、温度可変部１６２０で外挿気体の温度を調整し、バルブ機構１６３０で導入流量を調整することにより、音響管１５２１の内部の振動気体の温度を調整することができる。

また、本形態の音速可変機構１６００は、上述のように音響管１５２１の内部の振動気体の物性である温度を変化させるため、音響管１５２１の内部の振動気体とは温度が相違する外挿気体を音響管１５２１の内部に導入する。このため、音響管１５２１の内部の振動気体の音速を、簡単な構造で的確に変化させることができる。

特に、本形態の音速可変機構１６００は、音響管１５２１の音響管１５２１の内部に導入する外挿気体を温度可変部１６２０で加熱するので、音響管１５２１の内部の振動気体とは相違する所望の温度の外挿気体を音響管１５２１の内部に導入することができる。

しかも、本形態の音速可変機構１６００は、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の流量をバルブ機構１６３０により変化させるので、音響管１５２１の内部の振動気体の温度を簡単な構造で的確に変化させることができる。

さらに、本形態の音速可変機構１６００では、圧縮機や空気ボンベなどなる気体圧送部１６１０で空気を圧送して外挿気体とするので、外挿気体として特別な種類の気体などを用意する必要がない。このような気体圧送部１６１０で導入する空気の圧力は車室圧力より若干高く設定する。

なお、本実施の形態のガスタービン１０００では、音響ライナ１５１０に音響ダンパ１５２０を接続し、ライナ共鳴空間１５１２にダンパ共鳴空間１５２３を連通させている。

音響ライナ１５１０と音響ダンパ１５２０とは、双方とも振動を減衰する作用を有しているが、音響ライナ１５１０は比較的高い周波数領域の振動を減衰し、音響ダンパ１５２０は比較的低い周波数領域の振動を減衰する。このため、ライナ共鳴空間１５１２とダンパ共鳴空間１５２３とを連通させることにより、相互に相違する周波数領域の振動を減衰することができる。

つまり、音響ライナ１５１０と音響ダンパ１５２０とを接続することにより、複数の周波数領域の振動を減衰することができ、広い周波数領域の振動を減衰することができる。

また、音響ダンパ１５２０を音響ライナ１５１０に接続することにより、音響ダンパ１５２０と音響ライナ１５１０とをそれぞれ別個で設けた場合と比較して、減衰装置１５００の占有スペースを減少させることができる。

これにより、減衰装置１５００の周辺の空間が増加し、整備などの作業性を向上させることができる。これらの結果、減衰性能の向上とメンテナンス性の向上とを両立させることができる。

また、音響ダンパ１５２０の音響部１５２２は、円筒形に形成された円形配管部１５２４を有している。これにより、音響ダンパ１５２０を製造する際に、市販の配管部材を使用することができ、容易に音響ダンパ１５２０の音響部１５２２を製造することができる。この結果、減衰装置１５００製造時の製造コストを低減することができる。

さらに、円形配管部１５２４、すなわち音響部１５２２を分割構造とし、接合部分に着脱フランジ１５３０を設け、着脱カップリング１５３１を使用することにより、円形配管部１５２４の分解、組立てを容易に行うことができる。

これにより、減衰装置１５００を点検したり部品の交換をしたりする際に、着脱フランジ１５３０の部分で分解することにより、部分ごとに点検などを行うことができる。この結果、メンテナンス性を、さらに向上させることができる。

また、音響部１５２２を分割構造とすることにより、ダンパ共鳴空間１５２３で共鳴させる振動の周波数領域を調整する際に、音響部１５２２の部材を追加したり交換したりしてダンパ共鳴空間１５２３の容積を容易に変更することができる。この結果、減衰性能を、より確実に向上させることができる。

さらに、音響ライナ１５１０のハウジング１５１１と上記の円形配管部１５２４との間に、テーパ部１５２５を設けている。このテーパ部１５２５は、ライナ接続部１５２６から配管接続部１５２７に向かうに従って流路面積が狭くなっており、このため、音響ライナ１５１０に対しては、円形配管部１５２４の流路面積よりも大きい流路面積で開口している。

これにより、より多くの振動を音響ダンパ１５２０で減衰することができる。また、円形配管部１５２４は径が大きい方が振動を減衰させ易いが、減衰装置１５００のコンパクト化するため円形配管部１５２４の径を小さくした場合でも、テーパ部１５２５のライナ接続部１５２６が音響ライナ１５１０に対して大きい流路面積で開口しているため、多くの振動を音響ダンパ１５２０で減衰することができる。これらの結果、減衰性能を、より確実に向上させることができる。

また、円形配管部１５２４に配管湾曲部１５２８を形成することにより、音響ダンパ１５２０に可撓性を持たせることができる。このため、減衰装置１５００を燃焼器１３００に設け、燃焼器１３００が運転時の熱により伸縮した場合でも、音響ダンパ１５２０は配管湾曲部１５２８で撓むことができるので、燃焼器１３００の伸縮に起因する音響部１５２２への応力を緩和することができる。この結果、減衰装置１５００の破損を抑制し、耐久性を向上させることができる。

さらに、音響ダンパ１５２０を音響ライナ１５１０に接続することによって減衰装置１５００を構成し、この減衰装置１５００の音響ライナ１５１０を燃焼器１３００が有している尾筒１３４０に環装することにより、減衰装置１５００を燃焼器１３００に設けている。これにより、燃焼器１３００での燃料の燃焼時に生じる燃焼振動のうち、複数の周波数領域の振動を減衰装置１５００で減衰することができる。

また、音響ライナ１５１０を尾筒１３４０に環装する際に、尾筒１３４０の上記の内筒１３３０近傍に環装している。これにより、燃料の燃焼時の火炎付近の燃焼振動が音響ライナ１５１０に伝わり、さらに音響ダンパ１５２０に伝わることにより、この火炎付近の燃焼振動を減衰することができる。これにより、より効果的に燃焼振動を減衰することができる。

さらに、ガスタービン１０００に上記の減衰装置１５００を備えることにより、ガスタービン１０００の運転時の燃焼振動のうち、複数の周波数領域の振動を減衰できる。

また、減衰装置１５００の占有スペースを減少させることができるため、車室１３２１の作業スペースが増加し、点検などの作業性を向上させることができる。これらの結果、ガスタービン１０００運転時の減衰性能の向上と、燃焼器１３００近傍のメンテナンス性の向上とを両立させることができる。

さらに、ガスタービン１０００に上記の減衰装置１５００を備えた燃焼器１３００を設けることにより、減衰性能に優れ、メンテナンス性が良好な高品質のガスタービン１０００を得ることができる。

つぎに、本実施の形態の実施の第二の形態を図６および図７を参照して以下に説明する。ただし、この第二の形態のガスタービン２０００では、上述した第一の形態のガスタービン１０００と同一の部分は、同一の名称および符号を使用して詳細な説明は省略する。

本実施の形態のガスタービン２０００では、燃焼器２３００がバイパス空気を取り込むためのバイパス管２３１０を備えている。バイパス管２３１０は屈曲したバイパスエルボ２３１１を有しており、バイパスエルボ２３１１はバイパス弁２３１２に接続されている。

このバイパス弁２３１２は、バイパス管２３１０により燃焼器２３００に取り込まれる空気の流量を制御する。バイパスエルボ２３１１に、本実施の形態の音響ダンパ２５００が取り付けられている。燃焼器２３００には、周方向に長い音響ライナ２３２０が取り付けられている。

音響ダンパ２５００は、図７に示すように、内部に迷路構造の音響管２５１０を有している。音響管２５１０が「迷路構造」であるとは、音響管２５１０が折り畳まれるなど直線状でない形状であることにより、音響管２５１０の長さ（この音響管２５１０により共鳴する音響振動の波長）に対する占有容積が直線状である場合に比較して縮小されていることを示す。

本実施の形態の音響ダンパ２５００では、音響管２５１０は矩形状の螺旋形に形成されている。車室温度Ｔ（単位：ケルビン）のガスタービン２０００で、周波数がｆ１からｆ２（単位：ヘルツ）の燃焼振動を対策するために適した音響管２５１０の長さは、α×４０×Ｔ＾０．５／（ｆ１＋ｆ２）、（単位：メートル）、である。

αは音響管２５１０の曲がり方による影響を修正するための係数で、０．７から１．２の間の数値である。音響管２５１０の長さは、音響管２５１０の中心の長さで定義される。

螺旋形の音響管２５１０を有している音響ダンパ２５００は、内部に仕切りを有しない共鳴箱を用いた場合に比べて、体積が約７０％小さい。そのため、燃焼器２３００に取り付ける部位の自由度が大きくなる。更に慣性モーメントが小さいため、燃焼振動に伴う管振り運動が抑制される。

そして、上述のような構造の音響ダンパ２５００の音響管２５１０に、音響管２５１０の内部の振動気体の温度を変化させて音速を変化させる温度可変手段である音速可変機構１６００が連結されている。

この音速可変機構１６００も、図６および図７に示すように、圧縮機や空気ボンベなどなり気体である空気を圧送する気体圧送部１６１０、ヒータなどからなり圧送される空気を加熱する温度可変部１６２０、加熱されて圧送される空気の流量を調整するバルブ機構１６３０、を有している。

上述のような構成において、本実施の形態のガスタービン２０００でも、前述したガスタービン１０００と同様に、音響ダンパ２５００により燃焼振動を減衰するが、やはり燃焼振動の周波数が大きく変位すると、ほとんど吸音効果は得られず燃焼振動の低減が困難である。

しかし、本実施の形態のガスタービン２０００の音響ダンパ２５００も、前述のように所定の管長の音響管２５１０の内部の振動気体の音速を音速可変機構１６００で変化させる。

このため、振動気体の発生周波数が音響管２５１０のターゲット周波数から多分に変位した場合でも、音響管２５１０の管長を変化させる複雑な可変機構などを必要とすることなく、音響管２５１０のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができ、音響管２５１０の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。

従って、本実施の形態の燃焼器１３００およびガスタービン１０００では、特定の振動数で発生する振動気体の気体振動の発生周波数が、音響ダンパ２５００の音響管２５１０のターゲット周波数から多分に変位した場合でも、音響ダンパ２５００が音響管２５１０のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができるので、音響管２５１０の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。

つぎに、本発明の実施の第三の形態を図８および図９を参照して以下に説明する。当然ながら、この第三の形態のガスタービン３０００でも、上述した第一および第二の形態のガスタービン１０００，２０００と同一の部分は、同一の名称および符号を使用して詳細な説明は省略する。

本実施の形態のガスタービン３０００では、図８に示すように、円筒状の燃焼器３３００の外周面上に円環状の音響ダンパ３５００が装着されており、この音響ダンパ３５００の内部空間からなる音響管３５０１に音速可変機構１６００が配管されている。

音響ダンパ３５００は、図８のＣ−Ｃ断面図である図９に示すように、燃焼器３３００の振動発生源である燃焼尾筒３３１０の基端側の外面に周方向に沿っているダンパハウジング３５１０を有している。

このダンパハウジング３５１０は、燃焼尾筒３３１０の外側を周方向で囲む筒状のハウジング外壁３５１１と、ハウジング外壁３５１１の両開口を閉塞しつつ燃焼尾筒３３１０に固定されているハウジング側壁(図示せず)と、で構成されており、燃焼尾筒３３１０の外側に環状の空間として音響管３５０１を形成している。

そして、燃焼尾筒３３１０において、ダンパハウジング３５１０が設けられた部分には、燃焼尾筒３３１０の内部の燃焼振動による空気振動（圧力波）Ｖを外部に通過させる貫通孔３３１１が放射状に複数形成されている。

また、音響ダンパ３５００は、ダンパハウジング３５１０の内部において、ハウジング外壁３５１１に沿ってダンパハウジング３５１０の空間を軸方向で区画するハウジング区壁(図示せず)を有している。

さらに、音響ダンパ３５００は、ダンパハウジング３５１０の内部空間であって、上述のハウジング区壁で区画された空間を、内側と外側とに区画するダンパ隔壁３５１２を有している。

すなわち、ダンパ隔壁３５１２は、ダンパハウジング３５１０のハウジング外壁３５１１と燃焼尾筒３３１０の外面との間に設けられている。また、ダンパ隔壁３５１２は、図３に示すように、内側と外側とに区画したダンパハウジング３５１０の空間を周方向の一部で連通させる切欠部３５１３が形成されている。

そして、この切欠部３５１３で切り欠かれたダンパ隔壁３５１２の周方向の一端には、ダンパハウジング３５１０の外側の空間を閉塞する仕切部材３５１４が設けられている。

このため、ダンパハウジング３５１０の内側の空間は、燃焼尾筒３３１０の貫通孔３３１１を介して燃焼尾筒３３１０の内部に遮通されている。ダンパハウジング３５１０の外側の空間は、切欠部３５１３によってダンパハウジング３５１０の内側の空間に連通される入口が形成されているとともに、周方向に沿う終端が仕切部材３５１４で塞がれた通路Ｒを形成している。

また、ハウジング区壁によって軸方向で区画されたダンパハウジング３５１０の空間は、それぞれ通路Ｒが形成されているが、切欠部３５１３による入口と、仕切部材３５１４で塞がれた許端とが反転した構成とされている。

さらに、各通路Ｒの入口と終端との途中には、仕切部材３５１４が設けられている。この仕切部材３５１４は、通路Ｒを途中で遮断するものである。そして、通路Ｒにおいて、その入口と仕切部材３５１４との間は、燃焼器３３００内の圧力変動を減衰させる音響部Ｎとして構成されている。そして、二つの通路Ｒにおいては、入口と仕切部材３５１４との周方向の位置が反転した音響部Ｎが形成されている。

このように形成された音響ダンパ３５００においては、燃焼尾筒３３１０において燃料ガスが流通する際、この燃焼ガスの燃焼振動による空気振動（圧力波）Ｖが、燃焼尾筒３３１０の貫通孔３３１１を通過してダンパハウジング３５１０内に取り込まれる。

そして、通路Ｒにおいて、その入口と仕切部材３５１４との間の音響部Ｎでは、入口から伝搬した空気振動Ｖが共鳴し、燃焼器３３００内の圧力変動が減衰される。

また、二つの通路Ｒにおいて、それぞれの音響部Ｎは、その入口と仕切部材３５１４との周方向の位置が反転しているため、空気振動Ｖの伝搬方向が逆方向となる。

なお、本実施の形態の構成の音響ダンパ３５００では、音響部Ｎの内部での圧力変動は、入口部分の音圧が低く、仕切部材３５１４で最大となる。一方、仕切部材３５１４と仕切部材３５１４との間では、空気振動Ｖの伝搬がなく、この間に音圧は発生しない。

また、仕切部材３５１４は、入口部分にあるため、そこには大きな圧力変動はない。このため、仕切部材３５１４は、その一方の面で非常に大きな圧力変動を受け、他方の面では圧力変動を受けないことになる。

この結果、音響ダンパ３５００は、仕切部材３５１４の入ロ側の面で大きな圧力変動を受けることから、仕切部材３５１４の他方の面側に向く励振力Ｆが生じることになる。すなわち、周方向の励振力Ｆが生じることになる。

一般的に、ある振動モードに対する励振力Ｆの大きさは、下式によって、
Ｆ＝∫（ｆｒ×ｄｒ十ｆｅ×ｄｅ十ｆｚ×ｄｚ）
と表される。この式において、ｆｒは半径方向成分の力、ｆｚは軸方向成分の力であり、ｄｒは半径方向の振動変位、ｄｚは軸方向の振動変位である。

本実施の形態の音響ダンパ３５００は、各音響部Ｎが、その入口と仕切部材３５１４との周方向の位置が反転し、空気振動Ｖの伝搬方向が逆方向とされている。このため、各仕切部材３５１４の位置で生じる励振力Ｆが相互に逆方向に作用する。この結果、燃焼器３３００の燃焼尾筒３３１０においては、周方向に生じる変位が抑制されることになる。

仕切部材３５１４の周方向の位置は、仕切部材３５１４と入口との間隔であって、音響部Ｎの長さを決定する。そして、音響部Ｎの長さは、伝搬する空気振動Ｖを共鳴させるための距離であり、この距離は伝搬する空気振動Ｖの周波数に応じて決められる。

すなわち、仕切部材３５１４の周方向の位置は、減衰する対象となる空気振動Ｖの周波数に応じて決定される。また、音響部Ｎの軸方向の位置によって仕切部材３５１４に掛かる音圧が異なるため、音響部Ｎの軸方向の位置も考慮して仕切部材３５１４の列方向の位置が決定される。

また、各音響部Ｎによって減衰する各空気振動Ｖが共振する可能性がある場合、これも考慮して仕切部材３５１４の位置が決定される。そして、空気振動Ｖや、音響部Ｎにおける空気振動Ｖの伝達は、有限要素法（ＦＥＭ）などの解析によって求めることができるため、上述した式（１）の励振力ＦがＯとなるように、仕切部材３５１４の周方向の位置を決定すればよい。

仕切部材３５１４と仕切部材３５１４との間は、仕切部材３５１４と通路Ｒの入口との間隔である音響部Ｎの長さの調整しろとなる。なお、仕切部材３５１４と仕切部材３５１４との間においては、音響部Ｎが形成されていることを条件とし、ダンパハウジング３５１０のハウジング側壁やハウジング区壁を設けなくてもよい。

そして、本実施の形態のガスタービン３０００でも、図８および図９に示すように、上述のような構造の音響ダンパ３５００の内部空間からなる音響管３５０１に音速可変機構１６００が配管されている。

この音速可変機構１６００も、圧縮機や空気ボンベなどなり気体である空気を圧送する気体圧送部１６１０、ヒータなどからなり圧送される空気を加熱する温度可変部１６２０、加熱されて圧送される空気の流量を調整するバルブ機構１６３０、を有している。

上述のような構成において、本実施の形態のガスタービン３０００でも、前述したガスタービン１０００，２０００と同様に、音響ダンパ３５００により燃焼振動を減衰するが、やはり燃焼振動の周波数が大きく変位すると、ほとんど吸音効果は得られず燃焼振動の低減が困難である。

しかし、本実施の形態のガスタービン３０００の音響ダンパ３５００も、前述のように所定の管長の音響管３５０１の内部の振動気体の音速を音速可変機構１６００で変化させる。

このため、振動気体の発生周波数が音響管３５０１のターゲット周波数から多分に変位した場合でも、音響管３５０１の管長を変化させる複雑な可変機構などを必要とすることなく、音響管３５０１のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができ、音響管３５０１の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。

従って、本実施の形態の燃焼器１３００およびガスタービン１０００では、特定の振動数で発生する振動気体の気体振動の発生周波数が、音響ダンパ２５００の音響管３５０１のターゲット周波数から多分に変位した場合でも、音響ダンパ２５００が音響管３５０１のターゲット周波数を音速の変化により振動気体の発生周波数に対応させることができるので、音響管３５０１の内部に導入された振動気体の気体振動を良好に減衰させることができる。

なお、本発明は上記の各種形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、前述の形態では音響ダンパ１５２０のダンパ共鳴空間１５２３に流体抵抗部材となる多孔質金属１５３２が設けられていることを例示した。

しかし、前述した形態の音響ダンパ１５２０では、前述のように振動気体の発生周波数が音響管１５２１のターゲット周波数から多分に変位した場合でも、音響管１５２１の気体振動を音速の変化により良好に減衰させることができるので、多孔質金属１５３２を省略することもできる。

また、前述した形態の音響ダンパ１５２０では、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の温度を温度可変部１６２０で変化させることにより、音響管１５２１の内部の振動気体とは相違する所望の温度の外挿気体を音響管１５２１の内部に導入できることを例示した。

しかし、図１０に示すように、このような温度可変部１６２０を省略して気体圧送部１６１０から圧送される外挿気体を直接に音響管１５２１の内部に導入してもよい。この場合、音響管１５２１の内部の振動気体の温度は、外挿気体の流量をバルブ機構１６３０により変化させることで制御すればよい。

さらに、前述した形態の音響ダンパ１５２０では、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の流量をバルブ機構１６３０により変化させることにより、音響管１５２１の内部の振動気体の温度を簡単な構造で的確に変化させることを例示した。

しかし、このようなバルブ機構１６３０を省略して気体圧送部１６１０から圧送される外挿気体を音響管１５２１の内部に導入してもよい。この場合、音響管１５２１の内部の振動気体の温度は、外挿気体の温度を温度可変部１６２０で変化させることで制御すればよい。

また、図１１に示すように、音響管１５２１の内部の振動気体の温度を測定する温度測定手段として熱電対１６５０などを増設し、音速可変機構１６００が測定された振動気体の温度に対応して音響管１５２１の内部の振動気体の音速を変化させてもよい。

より具体的には、測定された振動気体の温度に対応して、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の温度を温度可変部１６２０で変化させてもよく、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の流量をバルブ機構１６３０で変化させてもよい。

このような音響ダンパ１５２０では、音響管１５２１の内部の振動気体の音速を測定された温度に対応して変化させることにより、音響管１５２１の内部の振動気体の音速を、より的確に自動的に柔軟に変化させることができる。

さらに、図１２および図１３に示すように、音響管１５２１の内部の振動気体の振動速度を測定する振動測定手段として圧力センサ１６６０などを増設し、音速可変機構１６００が測定された振動気体の振動速度に対応して音響管１５２１の内部の振動気体の音速を変化させてもよい。

より具体的には、圧力センサ１６６０で測定された振動気体の振動速度に対応して、図１２に示すように、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の温度を制御装置１６６１により温度可変部１６２０で変化させてもよく、図１３に示すように、音響管１５２１の内部に導入される外挿気体の流量を制御装置１６６１によりバルブ機構１６３０で変化させてもよい。

このような音響ダンパ１５２０では、音響管１５２１の内部の振動気体の音速を測定された振動速度に対応して変化させることにより、音響管１５２１の内部の振動気体の音速を、より的確に自動的に柔軟に変化させることができる。

また、前述した形態のガスタービン２０００では、音響ダンパ２５００がバイパス管２３１０のバイパスエルボ２３１１に連結されていることを例示した。しかし、このような音響ダンパ２５００が、燃焼器２３００の燃焼領域の外壁（音響ライナ２３２０が設置されている位置）や、トップハット（燃焼器２３００の上流側の、燃焼器２３００の内部に圧縮空気が導入される入口付近）などに設置されてもよい(図示せず)。

さらに、最近のガスタービン４０００には、図１４に示すように、車室(図示せず)から抽気した空気を、クーラー４０１０で冷やしてブースター４０２０で昇圧し、燃焼器１３００の冷却に利用する製品がある。

そこで、このようなガスタービン４０００において、車室圧力より高い圧力を有する場所がある場合、そこから分岐させた空気を外挿気体として音響管１５２１に導入してもよく、温度可変手段である音速可変機構４１００のヒーターやクーラーからなる温度可変部４１１０などを介して音響管１５２１に導入してもよい。

この場合、気体圧送部１６１０を省略することができ、既存のクーラー４０１０やブースター４０２０を温度可変手段である音速可変機構として利用することができる。

また、前述した形態のガスタービン３０００では、音響ダンパ１５２０の音響管１５２１が複数であることを例示したが、このような場合、音速可変機構は複数の音響管１５２１ごとに音速を変化させてもよい。

より具体的には、図１５に示すように、このような音響ダンパ３６００の温度可変手段である音速可変機構３６１０では、例えば、一個の気体圧送部１６１０に二つに分岐した気体圧送管１６４０が配管されており、この二つに分岐した気体圧送管１６４０の各々に温度可変部１６２０とバルブ機構１６３０とが箇々に装備されている。

このような音響ダンパ３６００では、複数の音響管１５２１ごとに音速を変化させることができるので、例えば、複数の音響管１５２１ごとに減衰される複数のターゲット周波数を一つにするようなことができる。

さらに、前述した形態のガスタービン３０００の音響ダンパ３５００では、一個のダンパハウジング３５１０がハウジング区壁で軸方向に区画されることで二つの通路Ｒが形成されていた。しかし、このようなハウジング区壁を設けることなく二個のダンパハウジング３５１０によって二つの通路Ｒが形成されていてもよい。

また、前述した形態の音響ダンパ３５００では、音響部Ｎを二つ設けた形態を例示した。しかし、音響部Ｎは二つ以上あってもよく、これら複数の音響部Ｎによって励振力Ｆを抑制するように、各音響部Ｎの仕切部材３５１４の位置を設定すればよい。

さらに、前述した各種のガスタービン１０００〜３０００では、音速可変機構１６００等が音響管１５２１等の内部の振動気体の物性である音速を温度により変化させることを例示した。

しかし、音速Ｃは
Ｃ＝√（κＲＴ／Ｍ）
κ：気体の比熱比、Ｒ：気体定数、Ｍ：気体の平均分子量
となる。

そこで、音速可変機構が音響管の内部の振動気体の少なくとも一部の種類を気体可変手段(図示せず)で変化させ、物性である音速を変化させてもよい。このような音響ダンパでは、振動気体の少なくとも一部の種類を変化させることにより、音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

このような音響ダンパの音速可変機構は、音響管の内部の振動気体とは種類が相違する外挿気体を音響管の内部に導入すればよい。このような外挿気体としては、振動気体より高粘度であることが好適であり、例えば、音響管の内部の振動気体である空気に、外挿気体として、ヘリウム、アルゴンガス、二酸化硫黄ガス、塩化水素ガス、等がある。

例えば、燃焼に影響を及ぼさないため不燃性ガスであるヘリウムを使用した場合、１気圧０では空気の音速３３１ｍ／ｓに対し、ヘリウムの音速は９７０ｍ／ｓであり、約三倍ほど音速を変化させることができる。

このような音響ダンパでは、音響管の内部の振動気体に高粘度の外挿気体を混入させることにより、より的確に音響管の内部の振動気体の音速を変化させることができる。

なお、当然ながら、上述した複数の実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。

１０００ ガスタービン
１３００ 燃焼器
１５２０ 音響ダンパ
１５２１ 音響管
１６００ 音速可変機構
１６５０ 熱電対
１６６０ 圧力センサ
２０００ ガスタービン
２３００ 燃焼器
２５００ 音響ダンパ
２５１０ 音響管
３０００ ガスタービン
３３００ 燃焼器
３５００ 音響ダンパ
３５０１ 音響管
３６００ 音響ダンパ
３６１０ 音速可変機構
４０００ ガスタービン

Claims (10)

1. 特定の振動数で気体振動する振動気体を導入して減衰させる音響ダンパであって、
   前記振動気体が導入される所定の管長の音響管と、
   前記音響管の内側に設けられた多孔質金属からなる流体抵抗部材と、
   前記音響管の内部の前記振動気体の温度を測定する温度測定手段と、
   測定された前記振動気体の温度に対応して前記音響管の内部の前記振動気体の音速を変化させる音速可変手段と、
   を有し、
   前記音速可変手段は、前記音響管の内部の前記振動気体とは温度が相違する外挿気体を前記音響管の内部に導入して前記音響管の内部の前記振動気体の温度を変化させる温度可変手段を有し、
   前記音速可変手段は、前記音響管の内部に導入される前記外挿気体の流量を変化させる
   音響ダンパ。
2. 前記音速可変手段は、前記振動気体の振動数と前記音響管の管長とに対応させて前記振動気体の音速を変化させる請求項１に記載の音響ダンパ。
3. 前記温度可変手段は、前記音響管の内部に導入される前記外挿気体の温度を変化させる請求項１または２に記載の音響ダンパ。
4. 特定の振動数で気体振動する振動気体を導入して減衰させる音響ダンパであって、
   前記振動気体が導入される所定の管長の音響管と、
   前記音響管の内側に設けられた多孔質金属からなる流体抵抗部材と、
   前記音響管の内部の前記振動気体の温度を測定する温度測定手段と、
   測定された前記振動気体の温度に対応して前記音響管の内部の前記振動気体の音速を変化させる音速可変手段と、
   を有し、
   前記音速可変手段は、前記音響管の内部の前記振動気体とは種類が相違する外挿気体を前記音響管の内部に導入して前記音響管の内部の前記振動気体の少なくとも一部の種類を変化させる気体可変手段を有し、
   前記音速可変手段は、前記音響管の内部に導入される前記外挿気体の流量を変化させる
   音響ダンパ。
5. 前記音速可変手段は、前記振動気体の振動数と前記音響管の管長とに対応させて前記振動気体の音速を変化させる請求項４に記載の音響ダンパ。
6. 前記気体可変手段は、前記音響管の内部の前記振動気体より高粘度の前記外挿気体を前記音響管の内部に導入する請求項４または５に記載の音響ダンパ。
7. 前記音響管の内部の前記振動気体の振動速度を測定する振動測定手段を、さらに有し、
   前記音速可変手段は、測定された前記振動気体の振動速度に対応して前記音響管の内部の前記振動気体の温度を変化させる請求項１ないし６の何れか一項に記載の音響ダンパ。
8. 前記音響管が複数であり、
   前記音速可変手段は、複数の前記音響管ごとに前記音速を変化させる請求項１ないし７の何れか一項に記載の音響ダンパ。
9. 特定の振動数で気体振動する振動気体を発生する燃焼器であって、
   請求項１ないし８の何れか一項に記載の音響ダンパを有している燃焼器。
10. 特定の振動数で気体振動する振動気体を発生する燃焼器を有しているガスタービンであって、
    請求項９に記載の前記燃焼器を有しているガスタービン。

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