特許 6223851 ダクト及びタービン設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6223851

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】ダクト及びタービン設備

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/045 20060101AFI20171023BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20171023BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20171023BHJP

   G10K 11/175 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/045

   F02C7/00 B

   G10K11/16 100

   G10K11/175

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-22696(P2014-22696)

(22)【出願日】2014年2月7日

(65)【公開番号】特開2015-148216(P2015-148216A)

(43)【公開日】2015年8月20日

【審査請求日】2016年12月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 崇規

(72)【発明者】

【氏名】青田 豊誠

(72)【発明者】

【氏名】戸田 智徳

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１９４５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−４７１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９３４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６４２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−８５７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０４４７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ １／０６

Ｆ０２Ｍ ３５／１２

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｇ１０Ｋ １１／１６

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸に取り付けられる動翼が回転することで、内部流路に流体が流通するダクトにおいて、
周囲に設けられる壁体によって前記内部流路が形成されるダクト本体と、
前記ダクト本体の前記壁体に形成され、前記内部流路を伝播する音波によって、所定の位相で振動する位相領域と、
前記ダクト本体の前記壁体に形成され、前記内部流路を伝播する音波によって、前記位相領域と逆位相で振動する逆位相領域と、を備えることを特徴とするダクト。

【請求項2】

前記位相領域と前記逆位相領域とは、隣接して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のダクト。

【請求項3】

前記位相領域と前記逆位相領域とは、前記壁体に設けられる凹部及び凸部の少なくとも一方によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のダクト。

【請求項4】

前記位相領域と前記逆位相領域とは、前記壁体に設けられるリブ部によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のダクト。

【請求項5】

所定の回転数で回転可能な回転軸と、
前記回転軸に取り付けられる動翼と、
前記回転軸が回転することで、前記内部流路に流体が流通する請求項１から４のいずれか１項に記載のダクトと、を備えることを特徴とするタービン設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダクト及びタービン設備に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、内部に空気流路が形成される吸気ダクト本体と、空気流路を伝搬する特定の周波数成分の音に対して共鳴する共鳴器とを備える吸気ダクトが知られている（例えば、特許文献１参照）。この吸気ダクトでは、特定の周波数成分の音を、共鳴器によって共鳴させることで、吸気ダクト本体の壁が振動して外部に放出される特定周波数の固体伝播を低減することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１９４５７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の構成では、吸気ダクト本体に共鳴器を設けなければならず、吸気ダクトが複雑な構成となってしまう。

【0005】

そこで、本発明は、簡易な構成で、外部へ放出される騒音を抑制することができるダクト及びタービン設備を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のダクトは、回転軸に取り付けられる動翼が回転することで、内部流路に流体が流通するダクトにおいて、周囲に設けられる壁体によって前記内部流路が形成されるダクト本体と、前記ダクト本体の前記壁体に形成され、前記内部流路を伝播する音波によって、所定の位相で振動する位相領域と、前記ダクト本体の前記壁体に形成され、前記内部流路を伝播する音波によって、前記位相領域と逆位相で振動する逆位相領域と、を備えることを特徴とする。

【0007】

この構成によれば、内部流路を伝播する音波によって、ダクト本体の壁体が振動しても、壁体に形成される位相領域を介して放出された音波と、壁体に形成される逆位相領域を介して放出された音波とは、相互に逆位相となるため、音波同士が相殺される。このため、ダクト本体の壁体から外部へ音波が放出されても、音波同士が相殺されることから、ダクト本体の外部へ放出される騒音を抑制することができる。

【0008】

また、前記位相領域と前記逆位相領域とは、隣接して形成されていることが好ましい。

【0009】

この構成によれば、位相領域と逆位相領域とを隣接させることにより、位相領域を介して放出された音波と、逆位相領域を介して放出された音波との相殺を効率良く行うことができるため、ダクト本体の外部へ放出される騒音をより好適に抑制することができる。

【0010】

また、前記位相領域と前記逆位相領域とは、前記壁体に設けられる凹部及び凸部の少なくとも一方によって形成されることが好ましい。

【0011】

この構成によれば、位相領域及び逆位相領域を、凹部及び凸部によって形成することができる。このため、ダクト本体の壁体に、例えば、プレス加工によって凹凸を形成することで、位相領域及び逆位相領域を簡単に形成することができる。

【0012】

また、前記位相領域と前記逆位相領域とは、前記壁体に設けられるリブ部によって形成されることが好ましい。

【0013】

この構成によれば、位相領域及び逆位相領域を、リブ部によって形成することができる。このため、ダクト本体の壁体にリブ部を取り付けるだけで、位相領域及び逆位相領域を簡単に形成することができる。

【0014】

本発明のタービン設備は、所定の回転数で回転可能な回転軸と、前記回転軸に取り付けられる動翼と、前記回転軸が回転することで、前記内部流路に流体が流通する上記のダクトと、を備えることを特徴とする。

【0015】

この構成によれば、回転軸を軸として動翼が回転しても、ダクトの外部に放出される騒音を抑制することができる。なお、タービン設備としては、ガスタービンまたは蒸気タービン等がある。また、ダクトは、タービン設備の吸気側または排気側に接続してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施例１に係る吸気ダクトを有するガスタービンを表す概略構成図である。

【図2】図２は、実施例１の吸気ダクトを模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、実施例１の吸気ダクトの壁体を示す模式図である。

【図4】図４は、実施例１の吸気ダクトの壁体の一例を示す二面図である。

【図5】図５は、実施例１の吸気ダクトの壁体の一例を示す二面図である。

【図6】図６は、変形例１の吸気ダクトの壁体を示す模式図である。

【図7】図７は、実施例２の吸気ダクトの壁体を示す模式図である。

【図8】図８は、変形例２の吸気ダクトの壁体を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明に係る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、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。

【実施例1】

【0018】

図１は、実施例１に係る吸気ダクトを有するガスタービンを表す概略構成図である。図２は、実施例１の吸気ダクトを模式的に示す断面図である。図３は、実施例１の吸気ダクトの壁体を示す模式図である。図４及び図５は、実施例１の吸気ダクトの壁体の一例を示す二面図である。

【0019】

実施例１のダクトは、タービン設備であるガスタービン１の吸気側に接続される吸気ダクト２０に適用されている。なお、実施例１では、ガスタービン１の吸気ダクト２０に適用して説明するが、ガスタービン１の排気側に接続されるダクトに適用してもよい。また、タービン設備として、ガスタービン１に適用して説明するが、蒸気タービンに適用してもよく、特に限定されない。

【0020】

ガスタービン１は、図１に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３とを含んで構成されている。このガスタービン１には、図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。

【0021】

圧縮機１１は、空気を取り込む吸気ダクト２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されており、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。

【0022】

また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）３２が位置している。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたロータディスク３５が複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたロータディスク３６が複数重ねられて固定されている。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

【0023】

そして、このガスタービン１は、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３７に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３８により支持され、排気室３０が脚部３９により支持されている。

【0024】

従って、圧縮機１１の吸気ダクト２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼される。そして、この燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転させ、このロータ３２に連結された図示しない発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）は、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。

【0025】

次に、図２を参照して、吸気ダクト２０について説明する。図２に示すように、吸気ダクト２０は、吸気ダクト本体４１と、吸気口４２とを有している。吸気ダクト本体４１は、所定長さを有し、所定形状に屈曲された形状をなし、一端部に吸気口４２が形成される一方、他端部が圧縮機車室２１（図１参照）に連通されている。吸気ダクト本体４１は、周囲の壁体４３によって内部に空気流路（内部流路）Ａｉｎが形成され、この空気流路Ａｉｎには、吸気口４２から取り込まれた空気（流体）が流通する。なお、壁体４３は、単層の板材（例えば、鉄板）によって構成されてもよいし、基層、断熱層及び化粧層等の複層の構造材によって構成されていてもよい。このように、吸気ダクト２０は、吸気口４２から空気を取り込み、取り込んだ空気を、吸気ダクト本体４１内の空気流路Ａｉｎに沿って圧縮機１１へ向けて流通させることができる。

【0026】

上述したように、図１に示す圧縮機車室２１において、複数の静翼２３と動翼２４が前後方向に交互に配設されている。そして、図２に示すように、吸気ダクト２０の内部では、圧縮機１１の動翼２４の回転によって、特定の周波数成分の音波Ｕ２が発生している。この特定の周波数成分の音波Ｕ２は、ガスタービン１の圧縮機１１の回転によって発生する基本周波数と倍音が主成分となる。このとき、ガスタービン１は、ロータ３２の回転数がほぼ一定の運転とされることが多いことから、基本周波数は、所定の周波数に維持される。なお、特定の周波数成分の基本周波数は、ロータ３２の回転数×動翼２４の翼枚数に比例する。

【0027】

この特定の周波数成分の音波Ｕ２は、吸気ダクト２０の吸気口４２から音波Ｕ１として放出される。また、この特定の周波数成分の音波Ｕ２は、吸気ダクト本体４１の壁体４３に伝播し、壁体４３が振動して外部に放出されることから、壁体４３の固体伝播が生じる。このため、実施例１では、吸気ダクト本体４１の壁体４３に、位相領域Ｅ１と、逆位相領域Ｅ２とを形成している。

【0028】

次に、図３を参照して、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２について説明する。位相領域Ｅ１は、空気流路Ａｉｎの内部において伝播する特定の周波数成分の音波Ｕ２によって、所定の位相で振動する領域となっている。一方で、逆位相領域Ｅ２は、空気流路Ａｉｎの内部において伝播する特定の周波数成分の音波Ｕ２によって、位相領域Ｅ１とは逆位相で振動する領域となっている。

【0029】

位相領域Ｅ１は、壁体４３に対して複数形成され、また、逆位相領域Ｅ２は、壁体４３に対して複数形成されている。複数の位相領域Ｅ１及び複数の逆位相領域Ｅ２は格子状に配置されると共に、各位相領域Ｅ１と各逆位相領域Ｅ２とが相互に隣接して設けられている。なお、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、吸気ダクト本体４１を構成する壁体４３の全ての領域に形成してもよいし、一部の領域に形成してもよく、特に限定されない。

【0030】

位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、凹部及び凸部の少なくとも一方を、プレス加工等によって壁体４３に形成することで、各領域を形成している。例えば、位相領域Ｅ１は、単一の凹部及び凸部の一方によって形成し、逆位相領域Ｅ２は、単一の凹部及び凸部の他方によって形成してもよい。また、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、全てを凹部によって形成してもよいし、全てを凸部によって形成してもよい。

【0031】

このとき、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、壁体４３の外壁面に凹部及び凸部を形成し、壁体４３の内壁面を平坦に形成してもよい。また、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、壁体４３の外壁面を平坦に形成し、壁体４３の内壁面に凹部及び凸部を形成してもよい。さらに、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、壁体４３自体を凹凸形状に変形させることで、凹部及び凸部を形成してもよい。

【0032】

次に、図４及び図５を参照して、吸気ダクト２０の壁体４３の一例について説明する。なお、図４に示す壁体４３は、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２が、壁体４３の表面を見たときの平面視における形状が四角形状の凸部４５ａとなっている。また、図５に示す壁体４３は、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２が、壁体４３の表面を見たときの平面視における形状が円形状の凸部４５ｂとなっている。先ず、図４に示す壁体４３について説明する。

【0033】

図４に示すように、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、平面視正方形となる凸部４５ａを格子状に配置することで構成される。この凸部４５ａは、その四辺の長さが、例えば、１００ｍｍ〜３００ｍｍとなっており、隣接する他の凸部４５ａとは、所定の間隔を空けて配置されている。凸部４５ａは、壁体４３の外壁面から突出して形成され、壁体４３の内壁面は平坦となっている。

【0034】

壁体４３の内壁面には、吸気ダクト２０の静的な強度を確保するための補強リブ４７が設けられている。補強リブ４７は、一方向に複数並ぶ所定の一列の凸部４５ａと、所定の一列の凸部４５ａに隣接する他の一列の凸部４５ａとの間に設けられ、一方向に延びて設けられる。この補強リブ４７は、内壁面から突出して設けられていることから、凸部４５ａと補強リブ４７とは、壁体４３を挟んで相互に反対側に突出している。

【0035】

次に、図５に示す壁体４３について説明する。図５に示すように、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、平面視円形となる凸部４５ｂを格子状に配置することで構成される。この凸部４５ｂは、その直径が、例えば、１００ｍｍ〜３００ｍｍとなっており、隣接する他の凸部４５ａとは、所定の間隔を空けて配置されている。凸部４５ｂは、凸部４５ａと同様に、壁体４３の外壁面から突出して形成され、壁体４３の内壁面は平坦となっている。壁体４３の内壁面には、図４と同様に、吸気ダクト２０の静的な強度を確保するための補強リブ４７が設けられている。なお、この補強リブ４７は、図４と同様であるため、説明を省略する。

【0036】

以上のように、実施例１によれば、空気流路Ａｉｎを伝播する音波Ｕ２によって、吸気ダクト本体４１の壁体４３が振動しても、壁体４３に形成される位相領域Ｅ１を介して放出された音波と、壁体４３に形成される逆位相領域Ｅ２を介して放出された音波とは、相互に逆位相となるため、重ね合わされた音波同士が相殺される。このため、吸気ダクト本体４１の壁体４３から外部へ音波が放出されても、音波同士が相殺されることから、吸気ダクト本体４１の外部へ放出される騒音を抑制することができる。

【0037】

また、実施例１によれば、位相領域Ｅ１と逆位相領域Ｅ２とを隣接させることにより、位相領域Ｅ１を介して放出された音波と、逆位相領域Ｅ２を介して放出された音波との相殺を効率良く行うことができるため、吸気ダクト本体４１の外部へ放出される騒音をより好適に抑制することができる。

【0038】

また、実施例１によれば、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２を、凹部及び凸部によって形成することができる。このため、吸気ダクト本体４１の壁体４３を、例えば、プレス加工によって凹凸を形成することで、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２を簡単に形成することができる。

【0039】

また、実施例１によれば、ガスタービン１の圧縮機１１において、ロータ３２を軸として動翼２４が回転しても、吸気ダクト２０の外部に放出される騒音を抑制することができる。

【0040】

なお、実施例１では、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２を、単一の凹部及び凸部により形成したが、図６に示す変形例１の構成としてもよい。図６は、変形例１の吸気ダクトの壁体を示す模式図である。図６に示すように、変形例１における位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、複数の凹部及び複数の凸部により形成されている。つまり、位相領域Ｅ１は、凹部及び凸部を複数混在させて領域を形成してもよいし、複数の凹部によって領域を形成してもよいし、複数の凸部によって領域を形成してもよい。同様に、逆位相領域Ｅ２は、凹部及び凸部を複数混在させて領域を形成してもよいし、複数の凹部によって領域を形成してもよいし、複数の凸部によって領域を形成してもよい。

【実施例2】

【0041】

次に、図７を参照して、実施例２に係る吸気ダクト５０について説明する。図７は、実施例２の吸気ダクトの壁体を示す模式図である。なお、実施例２では、重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分について説明し、実施例１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例２に係る吸気ダクト５０では、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２が、リブ部５１によって形成されている。

【0042】

図７に示すように、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、リブ部５１を壁体４３に複数取り付けることで、各領域を形成している。各リブ部５１は、一方向に延在して形成されており、複数のリブ部５１は、格子状に配置されている。つまり、複数のリブ部５１のうち、一部の複数のリブ部５１を平行に並べて設け、残りの複数のリブ部５１を、一部の複数のリブ部５１に直交させ、平行に並べて設けている。このリブ部５１によって区画された複数の区画領域は、複数の位相領域Ｅ１と複数の逆位相領域Ｅ２とが混在して配置されている。なお、複数の区画領域は、複数のリブ部５１が格子状に設けられていることから、格子状に配置されている。

【0043】

各位相領域Ｅ１は、単一の区画領域によって形成され、各逆位相領域Ｅ２は、各位相領域Ｅ１と同様に、単一の区画領域によって形成されている。なお、複数の位相領域Ｅ１及び複数の逆位相領域Ｅ２は、実施例１と同様に、格子状に配置されると共に、各位相領域Ｅ１と各逆位相領域Ｅ２とが相互に隣接して設けられている。

【0044】

このとき、リブ部５１は、壁体４３の外壁面に設けてもよい。また、リブ部５１は、壁体４３の内壁面に設けてもよい。さらに、リブ部５１は、壁体４３の外壁面及び内壁面の両面に設けてもよい。なお、このリブ部５１は、吸気ダクト５０の静的な強度を確保するための図４及び図５に示す補強リブ４７とは異なっており、補強リブ４７よりも小さく形成されている。

【0045】

以上のように、実施例２によれば、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２を、リブ部５１によって形成することができる。このため、吸気ダクト本体４１の壁体４３にリブ部５１を取り付けるだけで、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２を簡単に形成することができる。

【0046】

なお、実施例２では、位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２を、リブ部５１で囲まれた単一の区画領域により形成したが、図８に示す変形例２の構成としてもよい。図８は、変形例２の吸気ダクトの壁体を示す模式図である。図８に示すように、変形例２における位相領域Ｅ１及び逆位相領域Ｅ２は、複数の区画領域により形成されている。

【符号の説明】

【0047】

１ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
２０ 吸気ダクト
２１ 圧縮機車室
２２ 入口案内翼
２３ 静翼
２４ 動翼
２６ タービン車室
３２ ロータ（回転軸）
４１ 吸気ダクト本体
４２ 吸気口
４３ 壁体
４５ａ、４５ｂ 凸部
４７ 補強リブ
５０ 吸気ダクト（実施例２）
５１ リブ部
Ａｉｎ 空気流路
Ｅ１ 位相領域
Ｅ２ 逆位相領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】