衰减装置、燃烧器以及燃气轮机 |
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| 申请号 | CN201580075590.7 | 申请日 | 2015-02-23 | 公开(公告)号 | CN107250491B | 公开(公告)日 | 2019-08-16 |
| 申请人 | 三菱重工业株式会社; | 发明人 | 钉宫航; 松山敬介; 田口勋; 藤本喜敏; | ||||
| 摘要 | 衰减装置(60)具备：声响衬套(61)，其沿着供燃烧气体流通的 燃烧室 (35)的外周形成声响衬套共鸣空间(75)；声响 减振器 (62)，其设置于声响衬套(61)的外周侧，形成与声响衬套共鸣空间(75)连通的声响减振器共鸣空间(85)，声响衬套(61)具有：断开部位(87)，其形成有减振器开口(82)，为通过减振器开口(82)而在燃烧室(35)的周向上断开的部位，所述减振器开口(82)与声响减振器(62)连接以将声响衬套共鸣空间(75)与声响减振器共鸣空间(85)连通；和连续部位(88)，其为在燃烧室(35)的周向的整个范围内连续的部位。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种衰减装置，其特征在于，具备： |
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| 说明书全文 | 衰减装置、燃烧器以及燃气轮机技术领域[0001] 本发明涉及用于使在燃烧时产生的燃烧振动衰减的衰减装置、燃烧器以及燃气轮机。 背景技术[0002] 以往，已知设置有具备声响衬套以及声响减振器的衰减装置的燃烧器(例如，参照专利文献1)。在该衰减装置中，声响衬套具有筒状的板部和设置于板部的外周侧的衬套罩，声响减振器具有设置于衬套罩的外周侧的减振器罩和形成于衬套罩的开口部。形成于板部与衬套罩之间的空间由第一分隔板以及第二分隔板分隔，上部的整周的三分之一的空间成为第一声响减振器共鸣空间，下部的整周的三分之二的空间成为声响衬套共鸣空间。另外，形成于衬套罩与减振器罩之间的空间成为第二声响减振器共鸣空间。并且，第二声响减振器共鸣空间经由开口部而与第一声响减振器共鸣空间连通，由此作为一体的声响减振器而发挥作用。 [0003] 在先技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：国际公开第2010/097982号 发明内容[0006] 发明概要 [0007] 发明所要解决的课题 [0008] 然而，在专利文献1的燃烧器中，开口部使第一声响减振器共鸣空间与第二声响减振器共鸣空间连通，由此形成一体的声响减振器，声响衬套共鸣空间在周向上被第一声响减振器共鸣空间断开。若声响衬套共鸣空间在周向上被断开，则在被断开的部位处难以实现声响衬套对燃烧振动的抑制。因此，在声响减振器中能够实现振动抑制，但在声响衬套中，振动抑制的性能与存在被断开的部位相应地降低。 [0009] 因此，本发明的课题在于，提供能够在维持声响减振器的振动抑制的性能的同时实现基于声响衬套的振动抑制的性能提高的衰减装置、燃烧器以及燃气轮机。 [0010] 用于解决课题的方案 [0011] 本发明的衰减装置特征在于，具备：声响衬套，其沿着供流体流通的内部流路的外周形成声响衬套共鸣空间；和声响减振器，其设置于所述声响衬套的外周侧，形成与所述声响衬套共鸣空间连通的声响减振器共鸣空间，所述声响衬套具有：断开部位，其形成有减振器开口，为通过所述减振器开口而在沿着所述内部流路的外周的方向上断开的部位，所述减振器开口与所述声响减振器连接以将所述声响衬套共鸣空间与所述声响减振器共鸣空间连通；和连续部位，其为在沿着所述内部流路的外周的方向的整个范围内连续的部位。 [0012] 根据该结构，能够将在声响衬套上设置连续部位，并同时形成减振器开口。因此，在声响衬套的断开部位处，能够通过减振器开口而将声响衬套共鸣空间与声响减振器共鸣空间连通，因此能够由声响减振器衰减在内部流路流通的流体所引起的振动。另外，由于声响衬套的连续部位而使声响衬套在沿着内部流路的外周的方向上不断开，因此在声响衬套的连续部位处能够在沿着内部流路的外周的方向的整个范围内形成声响衬套共鸣空间。因此，与声响衬套不断开相应地，能够由声响衬套良好地衰减在内部流路流通的流体所引起的振动。根据以上内容，能够维持基于声响减振器的振动抑制的性能，并同时实现基于声响衬套的振动抑制的性能提高。需要说明的是，减振器开口可以是矩形、圆形、椭圆形等任意的形状，不特别限定。 [0014] 根据该结构，能够将减振器开口形成于靠近声响衬套的宽度方向的一侧的位置。因此，能够在声响衬套的宽度方向的一侧设置断开部位，在声响衬套的宽度方向的另一侧设置连续部位。 [0015] 另外，优选的是，所述声响衬套形成为沿着所述内部流路的外周的方向为周向的圆筒形状，与所述周向正交的轴向为宽度方向，所述减振器开口形成于所述宽度方向的中央。 [0016] 根据该结构，能够使减振器开口形成于声响衬套的宽度方向上的中央。因此，能够在声响衬套的宽度方向上的中央设置断开部位，在声响衬套的宽度方向上的两侧设置连续部位。 [0017] 另外，优选的是，所述减振器开口形成为矩形形状的开口。 [0018] 根据该结构，使减振器开口为矩形形状，由此能够容易形成减振器开口。 [0019] 本发明的燃烧器的特征在于，具备上述的衰减装置和在内部形成有所述内部流路的尾筒。 [0020] 根据该结构，能够由衰减装置良好地衰减因作为在燃烧器的尾筒的内部流通的流体的燃烧气体而产生的燃烧振动。即，通过沿着燃烧器的尾筒的外周设置连接有声响减振器的声响衬套，能够由声响衬套以及声响减振器衰减燃烧器的火焰附近的燃烧振动。由此，能够更有效地衰减燃烧振动。 [0023] 图1是实施例1的燃气轮机的简要结构图。 [0024] 图2是图1的燃气轮机的燃烧器的放大图。 [0025] 图3是沿着轴向剖切实施例1的衰减装置时的剖视图。 [0026] 图4是图3的A-A剖视图。 [0027] 图5是图3的B-B剖视图。 [0028] 图6是将实施例1的声响衬套沿着周向展开后的展开图。 [0029] 图7是与实施例1的声响衬套的吸声性的性能相关的图表。 [0030] 图8是将实施例2的声响衬套沿着周向展开后的展开图。 具体实施方式[0031] 以下，基于附图来详细说明本发明的实施例。需要说明的是，本发明并不由该实施例限定。另外，下述实施例中的构成要素包括本领域技术人员能够置换且容易置换的构成要素，或者实质上相同的构成要素。而且，以下记载的构成要素可以适当组合，另外，在实施例存在多个的情况下，也可以组合各实施例。 [0032] 实施例1 [0033] 图1是实施例1的燃气轮机的简要结构图。图2是图1的燃气轮机的燃烧器中的放大图。图3是沿着轴向剖切实施例1的衰减装置时的剖视图。图4是图3的A-A剖视图。图5是图3的B-B剖视图。图6是将实施例1的声响衬套沿着周向展开后的展开图。图7是与实施例1的声响衬套的吸声性的性能相关的图表。 [0035] 压缩机11具有取入空气的空气取入口15，在压缩机机室16内交替配设有多个静叶17和多个动叶18。燃烧器12向由压缩机11压缩后的压缩空气供给燃料，通过由喷烧器(burner)进行点火而能够燃烧。涡轮机13在涡轮机机室20内交替配设有多个静叶21和多个动叶22。排气室14具有与涡轮机13连续的排气扩散器23。另外，转子24以贯穿压缩机11、燃烧器12、涡轮机13、排气室14的中心部的方式配置，转子24的压缩机11侧的端部由轴承部25支承为旋转自如，另一方面，排气室14侧的端部由轴承部26支承为旋转自如。并且，在该转子24上固定有多个圆盘板，连结有各动叶18、22，并且在压缩机11侧的端部连结有未图示的发电机的驱动轴。 [0036] 因此，从压缩机11的空气取入口15取入的空气经过多个静叶21和多个动叶22被压缩而成为高温高压的压缩空气，由燃烧器12向该压缩空气供给规定的燃料而燃烧。并且，由该燃烧器12生成的工作流体即高温高压的燃烧气体经过构成涡轮机13的多个静叶21和多个动叶22而驱动转子24旋转，从而驱动与该转子24连结的发电机。另一方面，驱动转子24旋转后的燃烧气体即废气由排气室14的排气扩散器23转换为静压力后被放出到大气中。 [0037] 图2是图1的燃烧器中的放大图。燃烧器12具有燃烧器壳体30。燃烧器壳体30具有配置于外筒31的内部的内筒32和与内筒32的前端部连结的尾筒33，沿着相对于转子24的旋转轴I倾斜的中心轴S延伸。 [0038] 外筒31紧固连结于机室外壳27，所述机室外壳27形成供来自压缩机11的压缩空气流入的机室34。内筒32的基端部支承于外筒31，内筒32以与外筒31隔开规定间隔的方式配置于外筒31的内侧。在内筒32的中心部以沿着中心轴S的方式配设有先导喷烧器40。在先导喷烧器40的周围，以包围先导喷烧器40的方式等间隔且与先导喷烧器40平行地配设有多个主喷烧器50。尾筒33的基端形成为圆筒状并与内筒32的前端连结。尾筒33朝向前端侧而截面积变小且弯曲地形成，朝向涡轮机13的第一级的静叶21开口。尾筒33在内部形成燃烧室35。在该尾筒33上设置有衰减装置60，该衰减装置60用于衰减由尾筒33产生的燃烧振动。 [0039] 如图3至图5所示，衰减装置60具有设置于内周侧的声响衬套(acoustically liner)61和设置于外周侧的声响减振器(acoustically damper)62。声响衬套61为了对因燃烧振动而产生的高频率的振动进行吸收而设置，声响减振器62为了对由燃烧振动产生的低频率的振动进行吸收而设置。 [0040] 声响衬套61沿着圆筒形状的尾筒33的外周而在周向的整周设置。声响衬套61构成为包括：多孔板71，其形成有多个吸声孔73；和衬套罩72，其设置于该多孔板71的周围。多孔板71兼作为尾筒33的一部分，形成为圆筒状，其内部为上述的燃烧室(内部流路)35。衬套罩72具有：圆筒形状的圆筒部72a，其设置于多孔板71的外周侧；和一对侧板部72b，其设置于圆筒部72a的中心轴S的轴向两侧，衬套罩72以覆盖多孔板71的方式设置。由此，在多孔板71与衬套罩72之间在整周上形成有声响衬套共鸣空间75，由衬套罩72将声响衬套共鸣空间75与外部空间隔断。 [0041] 声响减振器62沿着声响衬套61的外周而在周向的整周设置。声响减振器62构成为包括：减振器罩81，其设置于声响衬套61的周围；和减振器开口82，其形成于衬套罩72的圆筒部72a。 [0042] 减振器罩81具有：圆筒形状的圆筒部81a，其设置于声响衬套61的外周侧；和一对侧板部81b，其设置于圆筒部81a的中心轴S的轴向两侧，减振器罩81以覆盖声响衬套61的圆筒部72a的方式设置。由此，在声响衬套61的圆筒部72a与减振器罩81之间在整周上形成有声响减振器共鸣空间85，由减振器罩81将声响减振器共鸣空间85与外部空间隔断。 [0043] 减振器开口82为将声响衬套61的声响衬套共鸣空间75与声响减振器62的声响减振器共鸣空间85连通的开口。如图6所示，在将中心轴S的轴向设为宽度方向时，减振器开口82相对于沿着周向展开后的衬套罩72的圆筒部72a形成于靠近宽度方向的一侧的位置，且为矩形形状的开口。 [0044] 在形成有上述的减振器开口82的声响衬套61中，在衬套罩72的圆筒部72a形成有被减振器开口82在周向上断开的断开部位87和在周向上完全连续的连续部位88。因此，如图4所示，声响衬套共鸣空间75在连续部位88整周形成，另一方面，如图5所示，声响衬套共鸣空间75在断开部位87在周向上断开地形成。并且，连续部位88设置于衬套罩72的宽度方向的一侧，断开部位87设置于衬套罩72的宽度方向的另一侧。 [0045] 对于如上所述那样形成的衰减装置60，当在燃烧室35中因燃料燃烧而产生燃烧振动时，燃烧振动经由多孔板71的吸声孔73而从燃烧室35向声响衬套共鸣空间75传递。传递到声响衬套共鸣空间75内的燃烧振动中的成为高频率的燃烧振动在声响衬套共鸣空间75内衰减。 [0046] 另外，声响衬套共鸣空间75经由减振器开口82而与声响减振器共鸣空间85连通。因此，在燃烧室35产生的燃烧振动经由声响衬套共鸣空间75而向声响减振器共鸣空间85传递。传递至声响减振器共鸣空间85的燃烧振动中的成为低频率的燃烧振动在声响减振器共鸣空间85内衰减。 [0047] 接着，参照图7来说明实施例1的声响衬套61的衰减的性能(吸声性)。图7的图表的纵轴为声响衬套61的吸声性的以往比，图7的横轴为减振器开口82的纵横比(L/θ)。声响衬套61的吸声性通过使用规定的计算方法的解析来导出。在此，在以往的声响衬套中，减振器开口82在衬套罩72的圆筒部72a的整个宽度范围内形成。此时，实施例1的减振器开口82与以往的减振器开口的开口面积为相同的面积。另外，减振器开口82的纵横比在将减振器开口82的宽度方向上的长度设为L，将减振器开口82的周向上的长度设为θ时，由L/θ表示。 [0048] 在此，声响衬套61的吸声性针对多个声响模式来进行解析。声响模式由波节直径数(ND)表示，波节直径数表示在燃烧室35的周向上产生的正弦波的数量。即，1ND是在燃烧室35的周向上产生一个正弦波的声响模式，同样，2～8ND是在燃烧室35的周向上产生2～8个正弦波的声响模式。另外，对于声响衬套61的吸声性，一边使沿着燃烧室35的周向产生的正弦波的相位产生规定的相位的差异，一边在360。的范围进行解析。 [0049] 如图7所示，上述的解析的结果是，确认到声响衬套61的吸声性与以往相比处于正侧。即，由于减振器开口82的开口面积与以往的减振器开口的开口面积相同，因此确认声响减振器62的振动衰减的性能得到维持，同时声响衬套61的振动衰减的性能提高。 [0050] 如以上那样，根据实施例1，能够在声响衬套61上设置有连续部位88的同时形成有减振器开口82。因此，在声响衬套61的断开部位87处能够由减振器开口82将声响衬套共鸣空间75与声响减振器共鸣空间85连通，因此能够由声响减振器62对在燃烧室35产生的燃烧振动进行衰减。另外，由于声响衬套61的连续部位88而使声响衬套61的声响衬套共鸣空间75在周向上不断开，因此在声响衬套61的连续部位88处能够在整个周向上形成声响衬套共鸣空间75。因此，与声响衬套61的声响衬套共鸣空间75不断开相应地，能够由声响衬套61良好地衰减燃烧室35内的燃烧振动。根据以上内容，能够维持声响减振器62的振动抑制的性能，并同时实现声响衬套61的振动抑制的性能提高。 [0051] 另外，根据实施例1，能够使减振器开口82形成于靠近声响衬套61的宽度方向的一侧的位置。因此，能够在声响衬套61的宽度方向的一侧设置断开部位87，在声响衬套61的宽度方向的另一侧设置连续部位88。 [0052] 另外，根据实施例1，将减振器开口82设为矩形形状，由此能够通过机械加工而容易形成减振器开口82。 [0053] 另外，根据实施例1，能够通过衰减装置60良好地衰减因在燃烧器12的尾筒33的内部流通的燃烧气体(流体)而产生的燃烧振动。即，通过沿着燃烧器12的尾筒33的外周设置连接有声响减振器62的声响衬套61，能够由声响衬套61以及声响减振器62衰减燃烧器12的火焰附近的燃烧振动，能够更有效地衰减燃烧振动。 [0054] 另外，根据实施例1，通过使用实现了燃烧振动的抑制的燃烧器12，能够抑制燃烧振动所引起的负荷，因此能够实现燃气轮机1的耐用性的提高。 [0055] 需要说明的是，在实施例1中，减振器开口82为矩形形状，但不限定于该形状，例如也可以设为圆形、椭圆形等任意的形状。 [0056] 实施例2 [0057] 接着，参照图8来说明实施例2的衰减装置100。图8是将实施例2的声响衬套沿着周向展开后的展开图。需要说明的是，在实施例2中，为了避免重复的记载，对与实施例1不同的部分进行说明，对与实施例1同样的结构的部分标注相同的附图标记来说明。在实施例1的衰减装置60中，使减振器开口82在衬套罩72的圆筒部72a上形成于靠近宽度方向的一侧的位置，但在实施例2的衰减装置100中，使减振器开口82相对于衬套罩72的圆筒部72a形成于宽度方向上的中央。 [0058] 如图8所示，在实施例2的衰减装置100中，减振器开口82形成于衬套罩72的圆筒部72a的宽度方向的中央，因此断开部位87形成于宽度方向的中央。另外，连续部位88夹着断开部位87而在宽度方向的两侧设有一对。 [0059] 如以上那样，根据实施例2，能够使减振器开口82形成于声响衬套61的宽度方向上的中央。因此，能够在声响衬套61的宽度方向上的中央设置断开部位87，在声响衬套61的宽度方向上的两侧设置一对连续部位88。 [0060] 附图标记说明 [0061] 1 燃气轮机 [0062] 11 压缩机 [0063] 12 燃烧器 [0064] 13 涡轮机 [0065] 24 转子 [0066] 30 燃烧器壳体 [0067] 31 外筒 [0068] 32 内筒 [0069] 33 尾筒 [0070] 34 机室 [0071] 35 燃烧室 [0072] 60 衰减装置 [0073] 61 声响衬套 [0074] 62 声响减振器 [0075] 71 多孔板 [0076] 72 衬套罩 [0077] 75 声响衬套共鸣空间 [0078] 81 减振器罩 [0079] 82 减振器开口 [0080] 85 声响减振器共鸣空间 [0081] 87 断开部位 [0082] 88 连续部位 |
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