JP7009052B2 - プラスチック製有孔側壁を有するサイレンサパネル及びシステム - Google Patents

Description

本開示は、一般には音響減衰に関し、より具体的には、少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁を有するエンクロージャを含むサイレンサパネル及びシステムに関する。

騒音低減システムは、ターボ機械等の幅広い産業用機械で使用されており、周囲への音の影響を低減するようになっている、ガスタービンシステムにおいて、例えば、騒音低減システムは、入口ダクト、ガスタービンエンクロージャ、及び障壁に用いることができる。従来、必須の音低減要件を実現するために、騒音領域にはサイレンサパネル及び音響的に処理された壁が使用されている。音の影響を低減する１つの方法は、壁を吸音材で処理することである。他の方法は、吸気装置ダクト内の作動流体流路等の騒音低減が必要な場所にサイレンサパネルを設置し、騒音が放出されるのを阻止することである。

サイレンサパネルに関して、一般に、各パネルは、金属支持部材で位置決めされかつ側面にステンレス鋼の有孔シートを含むエンクロージャで取り囲まれた、ミネラル／ガラスウール等の吸音材を含む。このシートは、ステンレス鋼エンドキャップと一緒に保持される。一般に、ステンレス鋼有孔シートは、吸音材を保持する支持部材に溶着される。有孔ステンレス鋼シートは、支持部材と共に吸音材を完全な状態で保持して小孔を通して音波を吸音材に伝搬する。ステンレス鋼エンクロージャを使用すると多くの課題が見つかる。例えば、エンクロージャは非常重く、材料コスト及びパネルを形成するための溶着の必要性に起因して、製作するのが困難でコストがかかる。加えて、鋼構造は、周囲ダクトの適所に溶着する必要があり、さらに特定サイズのダクトに特別に適合させる必要がある。

米国特許第５３９４７８６号明細書

本開示の第１の態様はサイレンサパネルを提供し、サイレンサパネルは、吸音材と、吸音材を取り囲み少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁を含むエンクロージャと、を備える。

本開示の第２の態様はサイレンサシステムを提供し、サイレンサシステムは、作動流体流れ経路を形成するフレームと、フレームの中に配置された複数のサイレンサパネルと、を備え、サイレンサパネルの各々は、吸音材と、吸音材を取り囲み、少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁を含むエンクロージャと、を含む。

本開示の第３の態様はターボ機械入口を提供し、ターボ機械入口は、作動流体流れを形成し、圧縮機と作動的に結合する吸気フレームと、吸気フレームの中に配置されたサイレンサシステムと、を備え、サイレンサシステムは、フレームの中に配置された複数のサイレンサパネルを含み、サイレンサパネルの各々は、吸音材と、吸音材を取り囲み、少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁を含むエンクロージャと、を含む。

本開示の例示的な態様は、本明細書で記載される問題及び／又は考察していない他の問題を解決するように意図されている。

本開示のこれらの及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を描いた添付図面を参照しながら、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。

本開示の実施形態によるサイレンサパネル及びシステムを使用する例示的な産業用機械の概略図。 本開示の実施形態によるサイレンサパネル及びシステムを使用した吸気装置フレームの正面斜視図。 本開示の実施形態によるサイレンサパネルを明瞭にするためにフレームのエンドパネルが開放されている、フレーム内の適切な位置にあるサイレンサパネルの上面斜視図。 本開示の実施形態によるエンドキャップを取り外した単一のサイレンサパネルの上面斜視図。 本開示の実施形態によるサイレンサパネル正面斜視図 本開示の実施形態によるサイレンサパネルのための小孔の一形態を示す図。 本開示の実施形態によるサイレンサパネルのための小孔の一形態を示す図。 本開示の実施形態によるサイレンサパネルのための小孔の一形態を示す図。

本発明の図面は必ずしも縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。

前述のよう、本開示は、少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁を含むサイレンサパネル及びサイレンサシステムを提示する。

各図を参照すると、図１は、特にガスタービンシステム１２を含むことができるターボ機械システム１０（例えば、単純サイクルガスタービン発電システム）の形態の例示的な産業用機械を示す。スタービンシステム１２は、天然ガス及び／又は水素リッチ合成ガス等の液体又は気体燃料を燃焼させて、ガスタービンシステム１２を駆動するための高温燃焼ガスを生成することができる。ガスタービンシステム１２は、吸気セクション１６、圧縮機１８、燃焼器構成要素２０、及びタービン構成要素２２を含む。タービン構成要素２２は、シャフト２４を介して圧縮機１８に作動的に結合する。作動時、空気（例えば周囲空気）は、吸気セクション１６を通ってガスタービンシステム１２に入り（矢印２６で示す）、圧縮機構成要素１８で加圧される。吸気セクション１６は、内部に作動流体流れを生成する吸気フレーム１７を含むことができる。図示のように、吸気フレーム１７は、圧縮機１８に作動的に結合し、圧縮機１８は、シャフト２４に結合した複数の圧縮機ブレードを有する少なくとも１つの段を含む。シャフト２４が回転すると、圧縮機ブレードが対応して回転して、空気を吸気セクション１６から圧縮機１８に引き込み、空気を圧縮して燃焼器構成要素２０に送る。

燃焼器構成要素２０は、１又は２以上の燃焼器を含むことができる。実施形態において、複数の燃焼器は、シャフト２４の周りで略円形又は環状構成でもって、複数の円周方向位置で燃焼器構成要素２０内に配置される。圧縮空気が圧縮機構成要素１８から流出して燃焼器構成要素２０に流入する際に、圧縮空気は、燃焼器の中で燃焼するために燃料と混合する。例えば、燃焼器は、燃焼、エミッション制御、燃費、出力等に適した比率で燃料－空気混合気を燃焼器に噴射するように構成された１又は２以上の燃料ノズルを含むことができる。燃料－空気混合気が燃焼すると高圧排気ガスが発生し、このガスは、次に、タービン構成要素２２の中の１又は２以上のタービン段（各々が複数のタービンブレードを有する）を駆動するために使用することができる。

作動時、タービン構成要素２２に流入して通過する燃焼ガスは、各タービンブレードに接触してその間を流れ、タービンブレードを駆動するのでシャフト２４が回転する。タービン構成要素２２の中で、燃焼ガスのエネルギは仕事に変換され、その一部は、回転シャフト２４により圧縮機構成要素１８を駆動するために使用され、残部は、限定ではないが、電力を生成する発電機２８及び／又は他のタービンといった、負荷を駆動するための有効仕事として利用できる。ターボ機械システム１０は、本発明の実施形態によるサイレンサパネル及びシステムを使用することができる１つの用途の単なる例示であることに留意されたい。空気が吸気装置１６を通過すると騒音が発生し、本発明の実施形態によるサイレンサシステム１００及び圧縮機構成要素１８はこの騒音を低減するために使用される。

図２は、作動流体流れ経路又はダクトを形成するフレーム１０２（例えば、吸気フレーム１７（図１））を含むサイレンサシステム１００の正面斜視図を示し、図３は、フレーム１０２内の適切な位置にあるサイレンサパネル１０４の上面斜視図を示し、サイレンサパネル１０４を明瞭にするためにフレーム１０２のエンドパネル１０６は開放されている。フレーム１０２は、現在公知の又は今後開発される、例えば、鋼、亜鉛めっき鋼、又は他の構造金属製かつ特定の圧縮機１８（図１）及び／又は産業用機械に適するサイズの吸気フレームを含むことができる。理解できるように、フレーム１０２は、さまざまなサイズで供給することができる。

図２に示すように、本発明の実施形態による複数のサイレンサパネル１０４は、フレーム１０２の中に配置される。各パネルは、フレーム幅にわたって等間隔に離間することができる。各サイレンサパネル１０４は、フレーム１０２のエンドパネル１０６（図３）を貫通するねじ等のファスナ、嵌め合い溝、さね継ぎ嵌め合い要素等の様々な方法でフレーム１０２の中に配置されるように構成することができる。各サイレンサパネル１０４は、採用された位置決め機構の特定の形式に適合する適切な構造を含むことができる。

図４は、エンドキャップを取り外した単一のサイレンサパネル１０４の上面斜視図を示し、図５は、単一サイレンサパネル１０４全体の正面斜視図を示す。図３－５を集合的に参照すると、各サイレンサパネル１０４は、吸音材１１０（図４のみ）及び吸音材１１０を取り囲むエンクロージャ１１２を含む。吸音材１１０は、現在公知の又は今後開発される、限定ではないが、発泡材、ミネラルウール、ロックウール、及びガラス繊維のうちの少なくとも１つの吸音材を含むことができる。発泡材は、矩形とすること、又はオープンセル発泡材と呼ぶことができる。従来のシステムとは対照的に、本開示の実施形態によるエンクロージャ１１２は、少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁１１４を含む。加えて、全ての例で必須ではないが、サイレンサパネル１０４の上方及び下方エンドキャップ１１６、１１８（図５）及び側方エンドキャップ１１９（図４－５）も同様にプラスチック製とすることができる。エンドキャップ１１６、１１８は、サイドパネル１１４に重なり合う及び／又は係合することで吸音材１１０を囲むように成形されたパネルを含み、側方エンドキャップ１１９は、同様にサイドパネル１１４に重なり合う及び／又は係合することで吸音材１１０を囲むように成形されたパネルを含む。随意的に、エンクロージャ１１２は、プラスチック製の丸い先端部１２０を含むことができるが（上流エンドキャップ１１９をカバーするか又はこれに置き換わるために）、これは全ての例で必須ではない。また、先端部１２０は、ステンレス鋼等の他の材料で作ることができる。図３及び５に明示するように、エンクロージャ１１２は、随意的に側壁１１４の隣接する各部分の間に配置された構造支持部１２２を含むこともでき、側壁は随意的に分割される。各構造支持部１２２は、プラスチック製であり、側壁１１４の構造支持を可能にする形状及びサイズを有する。エンドキャップ１１６、１１８、側壁１１４、先端部１２０、及び／又は構造支持部１２２は、ねじ又はナット／ボルト等のファスナ、相互連結スナップ噛み合い要素、ねじ込みインサート、溶着等の、現在公知の又は今後開発される方法で一緒に結合することができる。また、環境に適切であれば、結合機構はプラスチック製とすることができる。

プラスチックとしては、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリプロピレン共重合体（ＰＰＣ）、ポリプロピレンホモポリマー（ＰＰＨ）、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、又はパネルが使用される特定のフレーム１０２（図３）及び／又は産業用機械の環境特性及び運転特性に耐えることができる任意の他のプラスチックを挙げることができる。図４及び５に示すように、各プラスチック製有孔側壁１１４は、内部に小孔１３４を有するプラスチック製の平面シート１３２を含むことができる。図６に示すように、各小孔は、側壁１０４を貫通する穴１４０の形態とすることができる。代替的に、図７及び８に示すように、各小孔は、異なる幾何形状の開口（図７及び図８）を含むことができる。ダイヤモンド形、三角形、矩形等の他の形状も可能である。

プラスチック製有孔側壁１１４から作られているエンクロージャ１１２は、従来の鋼パネルに対して多くの利点をもたらす。例えば、サイレンサパネル１０４は、軽量で取り扱いが容易で安価であり、シートと支持部材との間の広範囲の溶着を必要としないので製作が容易である。加えて、プラスチックは、若干強化された音響性能を提供することができ（例えば、約２ｄＢ又はそれ以上の総合減衰量のより高いデシベル（ｄＢ）減衰）、さらに鋼パネルに比べて小孔領域の大きな開口割合を可能にすることができる。

本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。

以下の請求項における全ての全ての手段又はステッププラス機能要素の対応する内部構造、材料、動作、及びその均等物は、明確に特許請求される他の特許請求された要素と組み合せて機能を実行するあらゆる構造、材料又は作用を含むことを意図している。本開示の説明は、例示及び説明の目的で提示されており、開示された形態の開示内容に対して排他的又は限定することを意図するものではない。本開示の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実施可能な用途を最も良く説明するようにまた企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な実施形態の開示を当業者が理解するのを可能にするように、選択しかつ説明された。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
吸音材と、
上記吸音材を取り囲み、少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁を含むエンクロージャと、
を備えるサイレンサパネル。
［実施態様２］
上記吸音材は、発泡材、ミネラルウール、ロックウール、及びガラス繊維のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載のサイレンサパネル。
［実施態様３］
上記少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁のプラスチックは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリプロピレン共重合体（ＰＰＣ）、ポリプロピレンホモポリマー（ＰＰＨ）、ポリエチレン（ＰＥ）、及び高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から成る群から選択される、実施態様１に記載のサイレンサパネル。
［実施態様４］
上記エンクロージャは、上方、下方、及び側方エンドキャップのうちの少なくとも１つをさらに含み、上記エンドキャップの各々はプラスチック製である、実施態様１に記載のサイレンサパネル。
［実施態様５］
上記エンクロージャは、少なくとも一対の隣接する側壁と上記隣接する側壁の間に配置された構造支持部とを含み、上記構造支持部の各々は、プラスチック製である、実施態様１に記載のサイレンサパネル。
［実施態様６］
上記プラスチック製有孔側壁の各々は、内部に小孔を有するプラスチック製の平面シートを含む、実施態様１に記載のサイレンサパネル。
［実施態様７］
上記サイレンサパネルは、フレーム内に配置されるように構成される、実施態様１に記載のサイレンサパネル。
［実施態様８］
作動流体流れ経路を形成するフレームと、
上記フレームの中に配置された複数のサイレンサパネルと、
を備えるサイレンサシステムであって、
上記サイレンサパネルの各々は、
吸音材と、
上記吸音材を取り囲み、少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁を含むエンクロージャと、
を含む、サイレンサシステム。
［実施態様９］
上記吸音材は、発泡材、ミネラルウール、ロックウール、及びガラス繊維のうちの少なくとも１つを含む、実施態様８に記載のサイレンサシステム。
［実施態様１０］
上記少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁のプラスチックは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリプロピレン共重合体（ＰＰＣ）、ポリプロピレンホモポリマー（ＰＰＨ）、ポリエチレン（ＰＥ）、及び高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から成る群から選択される、実施態様８に記載のサイレンサシステム。
［実施態様１１］
上記エンクロージャは、上方、下方、及び側方エンドキャップのうちの少なくとも１つをさらに含み、上記エンドキャップの各々はプラスチック製である、実施態様８に記載のサイレンサシステム。
［実施態様１２］
上記エンクロージャは、少なくとも一対の隣接する側壁と上記隣接する側壁の間に配置された構造支持部とを含み、上記構造支持部の各々は、プラスチック製である、実施態様８に記載のサイレンサシステム。
［実施態様１３］
上記プラスチック製有孔側壁の各々は、内部に小孔を有するプラスチック製の平面シートを含む、実施態様８に記載のサイレンサシステム。
［実施態様１４］
作動流体流れを形成し、圧縮機と作動的に結合する吸気フレームと、
上記吸気フレームの中に配置されたサイレンサシステムと、
を備えるターボ機械入口であって、
上記サイレンサシステムは、上記フレームの中に配置された複数のサイレンサパネルを含み、上記サイレンサパネルの各々は、
吸音材と、
上記吸音材を取り囲み、少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁を含むエンクロージャと、
を含む、ターボ機械入口。
［実施態様１５］
上記エンクロージャは、上方、下方、及び側方エンドキャップのうちの少なくとも１つをさらに含み、上記エンドキャップの各々はプラスチック製である、実施態様１５に記載のターボ機械入口。
［実施態様１６］
上記吸音材は、発泡材、ミネラルウール、ロックウール、及びガラス繊維のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１５に記載のターボ機械入口。
［実施態様１７］
上記少なくとも１つのプラスチック製有孔側壁のプラスチックは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリプロピレン共重合体（ＰＰＣ）、ポリプロピレンホモポリマー（ＰＰＨ）、ポリエチレン（ＰＥ）、及び高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から成る群から選択される、実施態様１５に記載のターボ機械入口。
［実施態様１８］
上記エンクロージャは、少なくとも一対の隣接する側壁と上記隣接する側壁の間に配置された構造支持部とを含み、上記構造支持部の各々は、プラスチック製である、実施態様１５に記載のターボ機械入口。
［実施態様１９］
上記プラスチック製有孔側壁の各々は、内部に小孔を有するプラスチック製の平面シートを含む、実施態様１５に記載のターボ機械入口。

１０ ターボ機械
１２ ガスタービンシステム
１６ 吸気セクション
１７ 吸気フレーム
１８ 圧縮機
２０ 燃焼器構成要素
２２ タービン構成要素
２４ シャフト
２８ 発電機
１００ サイレンサシステム
１０２ フレーム
１０４ サイレンサパネル
１１０ 吸音材
１１２ エンクロージャ
１１４ 有孔側壁
１１６、１１８ 下方エンドキャップ
１１９ 側方エンドキャップ
１２０ 先端部
１２２ 構造支持部
１４０ 穴

Claims (8)

1. ガスタービンの入口ダクト用のサイレンサパネル（１０４）であって、当該サイレンサパネル（１０４）が、
   吸音材（１１０）と、
   前記吸音材（１１０）を取り囲むエンクロージャ（１１２）と
   を備えるサイレンサパネル（１０４）であって、前記エンクロージャ（１１２）が、
   上方エンドキャップ（１１６）と、
   前記上方エンドキャップ（１１６）と反対側の下方エンドキャップ（１１８）と、
   前記上方エンドキャップ（１１６）と前記下方エンドキャップ（１１８）との間に配置される先端部（１２０）と、
   前記上方エンドキャップ（１１６）と前記下方エンドキャップ（１１８）との間で、前記先端部（１２０）と反対側に配置される側方エンドキャップ（１１９）と、
   前記上方エンドキャップ（１１６）と前記下方エンドキャップ（１１８）との間で、前記吸音材（１１０）の両側に配置された少なくとも２つのプラスチック製有孔側壁（１１４）と
   を含んでおり、前記少なくとも２つのプラスチック製有孔側壁（１１４）が、前記エンクロージャ（１１２）上を流れる作動流体の流れの方向（２６）と軸方向に整列しており、前記エンクロージャ（１１２）が、前記吸音材（１１０）の各々の側に少なくとも一対の隣接する側壁（１１４）と、該隣接する側壁（１１４）の間及び前記上方エンドキャップ（１１６）と前記下方エンドキャップ（１１８）との間に配置されて前記隣接する側壁（１１４）の間に構造支持をもたらす構造支持部（１２２）とを含み、前記構造支持部（１２２）の各々が、プラスチック製である、サイレンサパネル（１０４）。
2. 前記吸音材が、発泡材、ミネラルウール、ロックウール及びガラス繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のサイレンサパネル（１０４）。
3. 前記少なくとも２つのプラスチック製有孔側壁（１１４）のプラスチックが、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリプロピレン共重合体（ＰＰＣ）、ポリプロピレンホモポリマー（ＰＰＨ）、ポリエチレン（ＰＥ）及び高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から成る群から選択される、請求項１又は請求項２に記載のサイレンサパネル（１０４）。
4. 前記上方エンドキャップ（１１６）、前記下方エンドキャップ（１１８）、前記先端部（１２０）及び前記側方エンドキャップ（１１９）の各々がプラスチック製である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のサイレンサパネル（１０４）。
5. 前記プラスチック製有孔側壁（１１４）の各々が、内部に小孔を有するプラスチック製の平面シートを含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のサイレンサパネル（１０４）。
6. 前記サイレンサパネル（１０４）が、フレーム（１０２）内に配置されるように構成される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のサイレンサパネル（１０４）。
7. 作動流体流れ経路を形成するフレーム（１０２）と、
   前記フレーム（１０２）の中に配置された複数のサイレンサパネル（１０４）と
   を備えるサイレンサシステム（１００）であって、前記サイレンサパネル（１０４）の各々が請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のサイレンサパネル（１０４）である、サイレンサシステム（１００）。
8. ターボ機械入口であって、当該ターボ機械入口が、
   作動流体流れを形成する吸気フレーム（１７）であって、圧縮機（１８）と作動的に結合する吸気フレーム（１７）と、
   前記吸気フレーム（１７）の中に配置された複数のサイレンサパネル（１０４）と
   を備えており、前記サイレンサパネル（１０４）の各々が請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のサイレンサパネル（１０４）である、ターボ機械入口。

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