JP6506935B2 - サイレンサを備える消音装置及びこれを備えるガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、サイレンサを備える消音装置及びこれを備えるガスタービンに関する。

一般的に、ガスタービンは圧縮機、燃焼室、及びタービンを備えており、吸気ダクトから取り込んだ空気を圧縮機で圧縮した後、燃焼室で加熱し、更に後方にあるタービンで流れを整え動力を得て、このタービンに連結された発電機を駆動する。

従来、このようなガスタービンの吸気ダクトには、吸気音を低減する消音装置を設けることが知られている（下記特許文献１参照）。
図８及び図９に、従来の消音装置の一例を示す。図８及び図９に示す従来の消音装置は、外枠２０１内（又はガスタービンの排給気ダクト内）に複数の吸音パネル２０２を所定間隔でガス流と平行に配置した構成となっている。各吸音パネル２０２は、格子状の支持フレーム２０３内に吸音体ブロック２０４を挿入し、この吸音体ブロック２０４を挟むように支持フレーム２０２の両側に耐熱性がある鋼板に多数の孔部２０５ａを穿設した多孔板２０５を装着するとともに、支持フレーム２０３の各吸音パネル２０２の吸入側に、縁部に沿って整流板２０６を設けた構造を有している。

特許第３６３１９９８号公報

しかしながら、上述した従来の消音装置は、スプリッタ構造であるため剛性が低く、流速によっては振動による騒音が発生するおそれがあった。

このようなことから本発明は、振動による騒音を抑制することを可能としたサイレンサを備える消音装置及びこれを備えるガスタービンを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る消音装置は、
ガスタービンの吸気ダクト内に設置されるサイレンサであって、
多孔板からなり多角形状に形成された一つの筒状部材と、
多孔板からなり前記筒状部材の軸方向両端の開口部を覆う二つの蓋部材と、
前記筒状部材及び前記蓋部材により閉塞された空間に収納される吸音材と
からなり、
前記筒状部材は四つの凸部からなる断面視十字状であると共に、
前記蓋部材が十字状であって、
前記筒状部材の中空部が、断面視十字状となっており、
前記凸部は対向する二つの第一面と、前記第一面同士を接続する第二面とからなるサイレンサを複数個備え、
前記サイレンサは、軸方向をガス流れ方向に向けて、軸方向と直交する方向に複数個重ね合わせされており、
隣接する前記サイレンサは前記第二面同士で面接触する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第２の発明に係るガスタービンは、
第１の発明に係る消音装置を備える
ことを特徴とする。

上述した本発明に係るサイレンサを備える消音装置及びこれを備えるガスタービンによれば、サイレンサの剛性を向上させることができ、これによりサイレンサ自体が振動することによる騒音を低減することができる。

本発明の実施例１に係るガスタービンを示す概略構成図である。 本発明の実施例１に係る吸気サイレンサを示す斜視図である。 本発明の実施例１に係るサイレンサを示す斜視図である。 図３の断面図である。 本発明の実施例２に係る吸気サイレンサを示す斜視図である。 本発明の実施例２に係るサイレンサを示す斜視図である。 図６の断面図である。 従来の吸気サイレンサの一例を示す斜視図である。 従来の吸気パネルの一例を示す斜視図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るサイレンサを備える消音装置及びこれを備えるガスタービンの詳細を説明する。
なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

図１から図４を用いて本発明の実施例１に係るサイレンサを備える消音装置及びこれを備えるガスタービンについて説明する。

図１に示すように、本実施例においてガスタービン１は、吸気した空気を圧縮する空気圧縮機１０と、燃料を燃焼して排ガスを排出する燃焼器２０と、燃焼器２０から排出された排ガスによって駆動されるタービン３０とを備えている。
空気圧縮機１０の入口には、吸気ダクト４０が接続されており、この吸気ダクト４０の内部に吸気音を低減するための吸気サイレンサ（消音装置）１００が設けられている。

図２に示すように、吸気サイレンサ１００は、矩形状の外枠１０１内に、筒状に形成された複数個のサイレンサ１０２を配設して構成されている。より具体的には、サイレンサ１０２は、その軸方向をガス流れ方向に向けた状態で、軸方向とは直交する方向に複数個（図２では、横に７列、縦に４段）重ね合わされている。

図３及び図４に示すように、サイレンサ１０２は、耐熱性がある鋼板（例えば、ＳＵＳ）に多数の孔部１２１ａを穿設した多孔板からなる正八角柱状の外筒１２１と、同じく耐熱性がある鋼板に多数の孔部１２２ａを穿設した多孔板からなり外筒１２１よりも外径が小さく形成されて外筒１２１に挿通された正八角柱状の内筒１２２と、同じく耐熱性がある鋼板に多数の孔部１２３ａを穿設した多孔板からなり外筒１２１及び内筒１２２の軸方向両端に配設されて外筒１２１と内筒１２２との間の空間を閉塞する環状の蓋体（蓋部材）１２３と、外筒１２１、内筒１２２及び蓋体１２３によって形成された閉空間内に収納された吸音材１２４とから構成されている。

外筒１２１及び内筒１２２は、それぞれ一枚又は複数枚の多孔板を板金により曲げ加工し、これを溶接により筒状に固定して形成されている。また、外筒１２１と蓋体１２３、内筒１２２と蓋体１２３も溶接により固定されている。溶接加工は多孔板の孔の開いていない箇所にて行うものとする。
また、吸音材１２４はグラスウールやセラミック粒子を焼結形成したか或いは押し固めて形成したセラミック板などとする。

以下に、上述した吸気サイレンサ１００の組み立て方法について説明する。本実施例に係る吸気サイレンサ１００は、予め外枠１０１とサイレンサ１０２とを組み立てた状態で吸気ダクト４０に設置するのではなく、吸気ダクト４０内で、バラバラの状態で運びこまれた複数個のサイレンサ１０２を縦横に配設し、固定する。ここで、外枠１０１とサイレンサ１０２とは溶接によって固定されている。また、隣接するサイレンサ１０２同士は、面接触するように配列され、図２に示すようにコ字状の固定用ブロック１０３によって連結されている。

固定用ブロック１０３はサイレンサ１０２の形状に合わせて形成され、少なくともサイレンサ１０２のガス流入口とガス流出口とにそれぞれ設けられて隣接するサイレンサ１０２同士を連結している。換言すると、隣接するサイレンサ１０２同士はガスの流れ方向に対して連続的に固定されているのではなく、部分的に連結された状態となっている。これは、吸気ダクト４０内ではガスの流速が小さいことからサイレンサ１０２をガスの流れ方向に完全に固定する必要が無いためである。

このように構成されるガスタービン１において、吸気ダクト４０から取り込まれた空気は、吸気サイレンサ１００を通って吸気音が低減され、空気圧縮機１０に導かれる。空気圧縮機１０に導かれた空気は空気圧縮機１０で圧縮され高温・高圧の空気（以下、圧縮空気という）となる。そして燃焼器２０で圧縮空気に対して燃料が供給されて生成された高温・高圧の燃焼ガスによりタービン３０が駆動され、このタービンに連結された図示しない発電機が駆動される。

このとき、本実施例では、吸気サイレンサ１００を筒状に形成された複数のサイレンサ１０２を重ねる構造としたことにより、サイレンサ１０２を構成する多孔板の剛性が図８及び図９に示し上述した従来の構造に比較して１０倍以上高くなる。このようにサイレンサ１０２の剛性が向上したことにより、吸気ダクト４０に流入する空気の流速によってサイレンサ１０２を構成する多孔板が振動した場合であっても、従来に比較して振動音を低減することが可能となる。
また、本実施例によれば、サイレンサ１０２を円筒状ではなく多角柱状の筒体としたことにより、複数のサイレンサ１０２を重ね合わせる際に隣接するサイレンサ１０２同士を面接触させることができるため、組み立てが容易になるという利点も有する。

なお、本実施例においてはサイレンサ１０２の形状を正八角柱状の筒体とする例を示したが、サイレンサ１０２の形状は正八角柱状に限らず、多角柱状であればよい。ただし、外周形状を偶数角柱状の筒体とすれば、奇数角柱状の筒体とするよりも隣接するサイレンサ１０２同士を面接触させやすく、組み立てやすいため好適である。また、例えばサイレンサの形状を六角柱状の筒体とし、当該サイレンサを軸方向に直交する方向に格子状に重ね合わせる場合など、屈折部同士を突き合わせて固定する必要がある場合は、隣接するサイレンサの外周面同士をＬ字状の固定用ブロックにより固定すればよい。この場合、Ｌ字状の固定用ブロックは、サイレンサの形状に合わせて形成し、ガスの流れ方向に対して複数個取り付ければよい。

また、多孔板の孔１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの形状は円形に限らず多角形でもよく、多孔板の孔１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの分布は全ての面で同一の開口率でもよく、異なる開口率でもよい。

また、本実施例においてはサイレンサ１０２を全て同一形状とする例を示したが、必ずしも同一形状とする必要はなく、隣接するサイレンサ同士を固定用ブロックにより固定することができれば、異なる形状であっても構わない。ただし、同一形状とすれば製造過程が簡素になるという利点がある。

また、本実施例においてはサイレンサ１０２を縦横に等間隔で配置する例を示したが、サイレンサ１０２の配置は等間隔とする必要はなく、間隔が異なってもよい。
また、本実施例ではサイレンサ１０２を外枠１０１内に配置する例を示したが、サイレンサ１０２を吸気ダクト４０内に直接配置してもよいことは言うまでもない。

以下、図５から図７を用いて本発明の実施例２に係るサイレンサを備える消音装置及びこれを備えるガスタービンについて説明する。本実施例は、上述した実施例１とは吸気サイレンサ１００の構造が異なるものである。その他の構造については図１に示し上述した構造と同様であり、以下、図１に示し上述した部材と同様の作用を奏する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

図５に示すように、本実施例において吸気サイレンサ１００は、矩形状の外枠１０１内に、筒状に形成された複数個のサイレンサ１０４を配設して構成されている。より具体的には、サイレンサ１０４は、その軸方向をガス流れ方向に向けた状態で、軸方向とは直交する方向に複数個（図２では、横に５列、縦に３段）重ね合わされている。

図６及び図７に示すように、サイレンサ１０４は、耐熱性がある鋼板（例えば、ＳＵＳ）に多数の孔部１４１ａを穿設した多孔板からなる断面視十字状の筒体１４１と、同じく耐熱性がある鋼板に多数の孔部１４２ａを穿設した多孔板からなり筒体１４１の軸方向両端の開口部を覆う蓋体１４２と、筒体１４１及び蓋体１４２によって形成された閉空間内に収納された吸音材１４３とからなる。換言すると、サイレンサ１０４は、中空部が十字状となっており、この中空部に吸音材１４３が収納され、蓋体１４２によって閉塞されている。

筒体１４１は、一枚又は複数枚の多孔板を板金により曲げ加工し、これを溶接により筒状に固定して形成されている。また、筒体１４１と蓋体１４２も溶接により固定されている。溶接加工は多孔板の孔の開いていない箇所にて行うものとする。
吸音材１４３はグラスウールやセラミック粒子を焼結形成したか或いは押し固めて形成したセラミック板などとする。

以下に、上述した吸気サイレンサ１００の組み立て方法について説明する。本実施例に係る吸気サイレンサ１００は、予め外枠１０１とサイレンサ１０４とを組み立てた状態で吸気ダクト４０に設置するのではなく、吸気ダクト４０内で、バラバラの状態で運びこまれた複数個のサイレンサ１０４を外枠１０１内に縦横に配設し、固定することにより設置する。
外枠１０１とサイレンサ１０４とは溶接によって固定されている。また、隣接するサイレンサ１０４同士は、面接触するように配列され、図５に示すようにコ字状の固定用ブロック１０５によって連結されている。

固定用ブロック１０５はサイレンサ１０４の形状に合わせて形成され、少なくともサイレンサ１０４のガス流入口とガス流出口とにそれぞれ設けられて隣接するサイレンサ１０４同士を連結している。換言すると、隣接するサイレンサ１０４同士はガスの流れ方向に対して連続的に固定されているのではなく、一部のみが連結された状態となっている。これは、吸気ダクト４０内ではガスの流速が小さいことからサイレンサ１０４をガスの流れ方向に完全に固定する必要が無いためである。

上述した本実施例に係る吸気サイレンサ１００においても、上述した実施例１と同様、筒状に形成された複数のサイレンサ１０４を重ねる構造としたことにより、サイレンサ１０４を構成する多孔板の剛性を、図８及び図９に示し上述した従来の構造に比較して１０倍以上高くすることが可能となる。そして、サイレンサ１０４の剛性が向上したことにより、吸気ダクト４０に流入する空気の流速によって多孔板が振動した場合であっても、従来に比較して振動音を大幅に低減することが可能となる。さらに、サイレンサ１０４を円筒状ではなく十字状の筒体としたことにより、複数のサイレンサ１０４を重ね合わせる際に隣接するサイレンサ１０４同士を面接触させることができるため、組み立てが容易になる。

なお、多孔板の孔１４１ａ，１４２ａの形状は円形に限らず多角形でもよく、多孔板の孔１４１ａ，１４２ａの分布は全ての面で同一の開口率でもよく、異なる開口率でもよい。

また、本実施例においてはサイレンサ１０４を縦横に等間隔で配置する例を示したが、サイレンサ１０４の配置は等間隔とする必要はなく、間隔が異なってもよい。
また、本実施例ではサイレンサ１０４を外枠１０１内に配置する例を示したが、サイレンサ１０４を吸気ダクト４０内に直接配置してもよいことは言うまでもない。

本発明は、サイレンサ、これを備える消音装置及びこれを備えるガスタービンに適用して好適なものである。

１ ガスタービン
１０ 空気圧縮機
２０ 燃焼器
３０ タービン
４０ 吸気ダクト
１００ 吸気サイレンサ（消音装置）
１０１ 外枠
１０２，１０４ サイレンサ
１０３，１０５ 固定用ブロック
１２１ 外筒
１２１ａ，１２２ａ，１２３ａ，１４１ａ，１４２ａ 孔部
１２２ 内筒
１２３，１４２ 蓋体
１２４，１４３ 吸音材
１４１ 筒体
１４３ 吸音材

Claims (2)

1. ガスタービンの吸気ダクト内に設置されるサイレンサであって、
   多孔板からなり多角形状に形成された一つの筒状部材と、
   多孔板からなり前記筒状部材の軸方向両端の開口部を覆う二つの蓋部材と、
   前記筒状部材及び前記蓋部材により閉塞された空間に収納される吸音材と
   からなり、
   前記筒状部材は四つの凸部からなる断面視十字状であると共に、
   前記蓋部材が十字状であって、
   前記筒状部材の中空部が、断面視十字状となっており、
   前記凸部は対向する二つの第一面と、前記第一面同士を接続する第二面とからなるサイレンサを複数個備え、
   前記サイレンサは、軸方向をガス流れ方向に向けて、軸方向と直交する方向に複数個重ね合わせされており、
   隣接する前記サイレンサは前記第二面同士で面接触する
   ことを特徴とする消音装置。
2. 請求項１に記載の消音装置を備える
   ことを特徴とするガスタービン。

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