JP2016000962A - ガスタービン用吸気サイレンサ - Google Patents

Abstract

【課題】氷結を防止でき、かつ圧力損失を低減することができるガスタービン用吸気サイレンサを提供する。
【解決手段】実施形態のガスタービン用吸気サイレンサ１２は、並列して配置された複数の吸気サイレンサパネル２１を有する。吸気サイレンサパネル２１は、吸気サイレンサパネル２１の間に流通する空気よりも高温の空気を吐出する加熱機構２６を有する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ガスタービン用吸気サイレンサに関する。

図８に、従来のガスタービン設備の吸気系統図を示す。ガスタービン設備５０は、例えば、吸気フィルタ室５１、吸気サイレンサ５２、吸気ダクト５３、吸気プレナム５４、およびガスタービン５５を有する。空気は、吸気フィルタ室５１から導入され、吸気サイレンサ５２、吸気ダクト５３、吸気プレナム５４を通して、ガスタービン５５に供給される。ガスタービン５５に供給された空気は、ガスタービン５５の内部に設けられた圧縮機により圧縮され、燃焼器により燃料とともに燃焼される。燃焼ガスはタービンを回転させ、排気ガスは排気ダクトに排気される。

ガスタービン設備５０においては、冬期に圧縮機の入口部分に氷結が発生することがある。このような氷結を防止するために、吸気ダクト５３の内部に加熱機構５７が設けられている。加熱機構５７としては、高温の空気を吐出するものが挙げられる。高温の空気としては、圧縮機において得られた高温の空気の一部が利用されており、圧縮機に接続された圧縮機再循環系統５６により加熱機構５７へと供給されている。

図９に、従来の吸気サイレンサ５２と加熱機構５７とを示す。吸気サイレンサ５２は、複数のサイレンサパネル６１から構成されている。また、加熱機構５７は、吸気サイレンサ５２の下流側に配置されており、本体部６２と、この本体部６２に設けられた分岐部６３とから構成されている。分岐部６３には、それぞれ高温の空気を吐出する吐出孔６４が設けられている。

特開２００１−１７３４５９号公報

しかし、吸気サイレンサ５２の下流側に加熱機構５７が配置される場合、吸気サイレンサ５２を通過した空気の流れと、加熱機構５７を構成する分岐部６３とが直交することから、分岐部６３の下流側に渦が発生し（図１０）、これにより圧力損失が発生する。

本発明が解決しようとする課題は、氷結を防止でき、かつ圧力損失を低減することができるガスタービン用吸気サイレンサを提供するものである。

実施形態のガスタービン用吸気サイレンサは、並列して配置された複数の吸気サイレンサパネルを有する。吸気サイレンサパネルは、吸気サイレンサパネルの間に流通する空気よりも高温の空気を吐出する加熱機構を有する。

第１の実施形態のガスタービン設備の吸気系統図である。 第１の実施形態の吸気サイレンサの外観図である。 第１の実施形態の吸気サイレンサの拡大図である。 第１の実施形態の加熱機構とその周辺部の断面図である。 第２の実施形態の吸気サイレンサの外観図である。 第２の実施形態の吸気サイレンサの拡大図である。 第２の実施形態のサイレンサパネルの断面図である。 従来のガスタービン設備の吸気系統図である。 従来の吸気サイレンサと加熱機構との外観図である。 従来の加熱機構の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のガスタービン設備の吸気系統図である。
ガスタービン設備１０は、吸気フィルタ室１１、吸気サイレンサ１２、吸気ダクト１３、吸気プレナム１４、ガスタービン１５、および圧縮機再循環系統１６を有する。空気は、吸気フィルタ室１１から導入され、吸気サイレンサ１２、吸気ダクト１３、吸気プレナム１４を通して、ガスタービン１５に供給される。

ガスタービン１５に供給された空気は、ガスタービン１５の内部に設けられた圧縮機により圧縮され、燃焼器により燃料とともに燃焼される。燃焼ガスはタービンを回転させ、排気ガスは排気ダクトに排気される。また、圧縮機において得られた高温の空気の一部は、圧縮機再循環系統１６を通して吸気サイレンサ１２に供給される。

図２は、第１の実施形態の吸気サイレンサ１２の外観図である。図３は、第１の実施形態の吸気サイレンサ１２の拡大図である。また、図４は、図３に示される吸気サイレンサパネル２１のＡ−Ａ矢視断面図である。

吸気サイレンサ１２は、スプリッタ型のサイレンサであり、並列して配置された複数の吸気サイレンサパネル２１を有する。吸気サイレンサパネル２１の間には、吸気フィルタ室１１から供給された空気が流通される。以下、吸気フィルタ室１１から供給されて吸気サイレンサ１２を流通する空気を流通空気として説明する。

吸気サイレンサパネル２１は、主たる構成要素としてパネル本体２２を有する。パネル本体２２は、格子状に設けられたフレーム２３を有する。このフレーム２３によって区画された部分には、ブロック状の吸音材２４が設けられている。なお、図示しないが、吸音材２４の側面側、すなわち流通空気と接触する側面側には、吸音材２４を覆うように多数の孔部を有する多孔板が配置されている。このような多孔板により、パネル本体２２に吸音材２４が保持されている。

吸気サイレンサ１２の前端部、すなわちパネル本体２２よりも前側（上流側）の部分には、断面が半円形状または三角形状のノーズ２５が設けられている。また、吸気サイレンサ１２の後端部、すなわちパネル本体２２よりも後側（下流側）の部分には、流通空気よりも高温の空気を吐出する加熱機構２６が設けられている。以下、流通空気よりも高温の空気を高温空気として説明する。

加熱機構２６は、円筒状の筒状構造を有しており、パネル本体２２の後端に沿うようにして、後端の全体、すなわち高さ方向の一方の端部から他方の端部まで設けられている。加熱機構２６の一端には、高温空気が供給される供給孔２７が設けられている。また、加熱機構２６の側面のうち、流通空気と接触する部分には、高温空気を吐出する吐出孔２８が設けられている。吐出孔２８は、例えば、加熱機構２６の周方向においてはパネル本体２２の幅方向の中心に対して対照となる位置に複数設けられ、加熱機構２６の軸方向においては両端の間に等間隔となるように複数設けられている。例えば、加熱機構２６の周方向に２つの吐出孔２８が設けられる場合、２つの吐出孔２８は加熱機構２６の中心軸周りに９０度程度の間隔をあけて設けられることが好ましい。

加熱機構２６は、一対の板状の被覆部３１と保持部材３２とによってパネル本体２２に保持されている。一対の板状の被覆部３１は、パネル本体２２と加熱機構２６との間の隙間を覆うように、パネル本体２２に固定して設けられている。保持部材３２は、一対の被覆部３１に跨るようにして固定して設けられており、加熱機構２６の外径よりも若干大きな内径の保持孔３３を有する。被覆部３１と保持部材３２との固定は、例えば、被覆部３１に設けられた切り込みに保持部材３２の一部が挿入されることにより行われる。このような保持孔３３に加熱機構２６が挿入されるようにして保持されることにより、加熱機構２６がこれ以外の部材に対して径方向や軸方向に伸縮可能となるように保持されている。

加熱機構２６を伸縮可能に保持して熱膨張の違いによる破損を抑制する観点から、加熱機構２６とこれ以外の部材とは固定されていないことが好ましい。ここで、加熱機構２６以外の部材としては、パネル本体２２、一対の板状の被覆部３１、保持部材３２が挙げられる。しかし、必要に応じて、かつ実質的に加熱機構２６を伸縮可能に保持して熱膨張の違いによる破損を抑制できる範囲内において、加熱機構２６とこれ以外の部材とが一部で固定されていてもよい。

なお、一対の板状の被覆部３１および保持部材３２による加熱機構２６の保持は、加熱機構２６の径方向について行われていればよく、加熱機構２６の軸方向については必ずしも行われている必要はない。加熱機構２６の軸方向の保持については、後述する供給機構４１に固定することにより行われてもよいし、吸気サイレンサ１２が配置される土台部分に固定することにより行われてもよい。

加熱機構２６は、複数の吸気サイレンサパネル２１の全てに設けられてもよいし、複数の吸気サイレンサパネル２１の一部に設けられてもよい。複数の吸気サイレンサパネル２１の一部に加熱機構２６が設けられる場合、加熱機構２６が設けられない残りの吸気サイレンサパネル２１の後端部には断面が半円形状または三角形状のノーズ２５が設けられる。

流通空気を効果的に加熱する観点からは、複数の吸気サイレンサパネル２１の全てに加熱機構２６を設けることが好ましい。一方、生産性の観点からは、複数の吸気サイレンサパネル２１の一部に加熱機構２６を設けることが好ましい。これらの観点から、加熱機構２６を有する吸気サイレンサパネル２１の間に加熱機構２６を有しない吸気サイレンサパネル２１を１〜３個程度配置することが好ましく、１〜２個程度配置することがより好ましい。

吸気サイレンサ１２は、加熱機構２６に高温空気を供給するための供給機構４１を有する。供給機構４１は、本体部４２と、複数の分岐部４３とから構成されている。本体部４２は、一端に圧縮機再循環系統１６が接続される部分である。分岐部４３は、加熱機構２６に接続されて高温空気を供給する部分であり、加熱機構２６の個数に合わせて同数が設けられる。

分岐部４３の先端部分には、先端から順に、加熱機構２６の供給孔２７に挿入される挿入部４４、この供給孔２７の先端に係合する係合部４５が設けられている。また、本体部４２の一部には、供給機構４１とこれに接続される部材との間の熱膨張の違いによる破損を抑制するために、本体部４２の伸縮を調整するための調整部４６が設けられている。調整部４６としては、例えば、伸縮可能な蛇腹状を有するものが挙げられる。

本実施形態の吸気サイレンサ１２においては、圧縮機再循環系統１６から供給機構４１を介して加熱機構２６へと高温空気が供給される。その後、加熱機構２６に設けられた吐出孔２８より高温空気が吐出されることで、流通空気が加熱されて、氷結の発生が抑制される。

また、本実施形態の吸気サイレンサ１２においては、吸気サイレンサ１２に加熱機構２６が一体に設けられていることから、加熱機構２６による渦の発生が抑制され、これにより圧力損失の発生が抑制される。

さらに、本実施形態の吸気サイレンサ１２においては、加熱機構２６が伸縮可能に保持されていることから、加熱機構２６とこれ以外の部分との間の熱膨張の違いによる破損が抑制される。

また、本実施形態の吸気サイレンサ１２においては、供給機構４１に調整部４６が設けられていることから、供給機構４１とこれに接続される部材との間の熱膨張の違いによる破損が抑制される。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の吸気サイレンサ１２の外観図である。図６は、第２の実施形態の吸気サイレンサパネル２１の拡大図である。図７は、図６に示す吸気サイレンサパネル２１のＢ−Ｂ矢視断面図である。なお、第２の実施形態については、吸気サイレンサ１２の部分を除いて、第１の実施形態の構成を採用することができる。

吸気サイレンサ１２は、スプリッタ型のサイレンサであり、並列して配置された複数の吸気サイレンサパネル２１を有する。吸気サイレンサパネル２１は、主たる構成要素としてパネル本体２２を有する。

パネル本体２２は、格子状に設けられたフレーム２３を有する。このフレーム２３によって区画された部分には、ブロック状の吸音材２４が設けられている。なお、図示しないが、吸音材２４の側面側、すなわち流通空気に接触する表面側には、吸音材２４を覆うように多数の孔部を有する多孔板が配置されている。このような多孔板により、パネル本体２２に吸音材２４が保持されている。

吸気サイレンサ１２の前端部、すなわちパネル本体２２よりも前側（上流側）の部分には、断面が半円形状または三角形状のノーズ２５が設けられている。また、吸気サイレンサ１２の後端部、すなわちパネル本体２２よりも後側（下流側）の部分には、断面が半円形状または三角形状のノーズ２５が設けられている。

本実施形態の吸気サイレンサ１２では、パネル本体２２の一部として加熱機構２６が設けられており、パネル本体２２の前後方向に複数の加熱機構２６が設けられている。具体的には、パネル本体２２を構成しているフレーム２３のうち、高さ方向に延びる縦フレーム２３として加熱機構２６が設けられている。すなわち、加熱機構２６は、加熱手段として機能するとともに、パネル本体２２の骨組みとして機能するものであり、特に高さ方向に延びる骨組みとして機能するものである。

加熱機構２６は、角筒状の筒状構造を有し、パネル本体２２における高さ方向の一方の端部から他方の端部まで設けられている。加熱機構２６の一端には、高温空気が供給される供給孔２７が設けられている。また、流通空気と接触する一対の側面には、それぞれ高温空気を吐出するための吐出孔２８が設けられている。吐出孔２８は、例えば、加熱機構２６における両端の間に等間隔となるように複数設けられている。

加熱機構２６は、複数の吸気サイレンサパネル２１の全てに設けられていてもよいし、複数の吸気サイレンサパネル２１の一部に設けられていてもよい。複数の吸気サイレンサパネル２１の一部に加熱機構２６が設けられる場合、加熱機構２６が設けられない残りの吸気サイレンサパネル２１の縦フレーム２３には、筒状構造を有しないものを採用することができる。

流通空気を効果的に加熱する観点からは、複数の吸気サイレンサパネル２１の全てに加熱機構２６を設けることが好ましい。一方、生産性の観点からは、複数の吸気サイレンサパネル２１の一部に加熱機構２６を設けることが好ましい。これらの観点から、加熱機構２６を有する吸気サイレンサパネル２１の間に加熱機構２６を有しない吸気サイレンサパネル２１を１〜３個程度配置することが好ましく、１〜２個程度配置することがより好ましい。

個々の吸気サイレンサパネル２１については、複数の縦フレーム２３の全てに加熱機構２６を設けてもよいし、複数の縦フレーム２３の一部に加熱機構２６を設けてもよい。流通空気を効果的に加熱するとともに、吸気サイレンサパネル２１の温度分布を均一にして熱膨張の違いによる破損を抑制する観点からは、個々の吸気サイレンサパネル２１における複数の縦フレーム２３の全てに加熱機構２６を設けることが好ましい。

図示しないが、本実施形態の吸気サイレンサ１２にも、第１の実施形態の供給機構４１とほぼ同様の構成を有する供給機構が設けられる。なお、本実施形態の場合、吸気サイレンサ１２の全体を見ると、前後方向に加熱機構２６が複数配置されるとともに、幅方向にも加熱機構２６が複数配置されている。ここで、前後方向、幅方向は、それぞれ吸気サイレンサパネル２１の前後方向、幅方向と同一である。

このような場合には、前後方向に配置されている加熱機構２６、例えば、同一の吸気サイレンサパネル２１の前後方向に配置されている加熱機構２６にのみ高温空気を供給する供給機構を幅方向に複数設けてもよいし、幅方向に配置されている加熱機構２６、例えば、異なる吸気サイレンサパネル２１における加熱機構２６に高温空気を供給する供給機構を前後方向に複数設けてもよい。

本実施形態の吸気サイレンサ１２についても、加熱機構２６に設けられた吐出孔２８から高温空気が吐出されることにより、流通空気が加熱されて、氷結の発生が抑制される。本実施形態の吸気サイレンサ１２については、特に、吸気サイレンサ１２の前後方向に複数の加熱機構２６が設けられていることから、流通空気が効果的に加熱されて、氷結の発生が効果的に抑制される。

また、本実施形態の吸気サイレンサ１２についても、吸気サイレンサ１２に加熱機構２６が一体に設けられていることから、加熱機構２６による渦の発生が抑制され、これにより圧力損失の発生が抑制される。

さらに、本実施形態の吸気サイレンサ１２については、吸気サイレンサ１２の前後方向に複数の加熱機構２６が設けられていることから、加熱機構２６とこれ以外の部分との間の温度差が少なくなり、全体が同じように熱膨張することから、熱膨張の違いによる破損が抑制される。

以上説明した実施形態によれば、氷結を防止でき、かつ圧力損失を低減することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ガスタービン設備、１１…吸気フィルタ室、１２…吸気サイレンサ、１３…吸気ダクト、１４…吸気プレナム、１５…ガスタービン、１６…圧縮機再循環系統、２１…吸気サイレンサパネル、２２…パネル本体、２３…フレーム、２４…吸音材、２５…ノーズ、２６…加熱機構、２７…供給孔、２８…吐出孔、３１…被覆部、３２…保持部材、３３…保持孔、４１…供給機構、４２…本体部、４３…分岐部、４４…挿入部、４５…係合部、４６…調整部。

Claims (5)

1. 並列して配置された複数の吸気サイレンサパネルを有するガスタービン用吸気サイレンサであって、
   前記吸気サイレンサパネルは、前記吸気サイレンサパネルの間に流通する空気よりも高温の空気を吐出する加熱機構を有することを特徴とするガスタービン用吸気サイレンサ。
2. 前記加熱機構は、一端に前記高温の空気が供給される供給孔が設けられ、前記流通する空気が接触する側面に前記高温の空気を吐出する吐出孔が設けられた筒状構造を有し、前記吸気サイレンサパネルを主として構成するパネル本体の後端に沿って配置され、前記パネル本体に対して伸縮可能に保持されていることを特徴とする請求項１記載のガスタービン用吸気サイレンサ。
3. 前記パネル本体と前記加熱機構との間の隙間を覆うように前記パネル本体に固定して設けられた一対の被覆部と、前記一対の被覆部に固定して設けられた保持孔を備える保持部材とを有し、前記保持孔に前記加熱機構が挿入されることにより、前記加熱機構が前記パネル本体に対して伸縮可能に保持されていることを特徴とする請求項２記載のガスタービン用吸気サイレンサ。
4. 前記加熱機構は、一端に前記高温の空気が供給される供給孔が設けられ、前記流通する空気と接触する側面に前記高温の空気を吐出する吐出孔が設けられた筒状構造を有し、前記吸気サイレンサパネルを主として構成するパネル本体に、前記パネル本体の高さ方向に延びるように配置されるとともに、前記パネル本体の前後方向に複数が配置されていることを特徴とする請求項１記載のガスタービン用吸気サイレンサ。
5. 前記加熱機構に接続して前記高温の空気を供給するとともに、一部に伸縮を調整するための調整部が設けられた供給機構を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のガスタービン用吸気サイレンサ。

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