(57)【要約】【課題】排気ダクト及びタービンにおいて、ダクトプレートと外周部材との連結部に作用する応力を抑制すると共に内部を流動する排ガスの流れを良好に維持する。【解決手段】筒形状をなすダクトプレート１１と、ダクトプレート１１の外周部から径方向の外方に突出すると共に周方向に沿って設けられる補強リブ１５，１６と、補強リブ１５，１６に対応するダクトプレート１１の内周部側に断熱層２１を形成するように配置されると共に排ガスの流れ方向の上流側に向けて断熱層２１の厚さが薄くなるような第１傾斜部２３を有する遮熱板２２とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形状をなすダクトプレートと、
前記ダクトプレートの外周部から径方向の外方に突出すると共に周方向に沿って設けられる外周部材と、
前記外周部材に対応する前記ダクトプレートの内周部側に断熱層を形成するように配置されると共に排ガスの流れ方向の上流側に向けて前記断熱層の厚さが薄くなるような第１傾斜面を有する遮熱板と、
を有することを特徴とする排気ダクト。
【請求項２】
前記遮熱板は、排ガスの流れ方向の下流側に向けて前記断熱層の厚さが薄くなるような第２傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の排気ダクト。
【請求項３】
前記ダクトプレートに対して前記遮熱板を排ガスの流れ方向に沿って相対移動自在に支持する第１支持機構が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ダクト。
【請求項４】
前記第１支持機構は、前記遮熱板における排ガスの流れ方向の端部に設けられることを特徴とする請求項３に記載の排気ダクト。
【請求項５】
前記遮熱板は、排ガスの流れ方向に分割される複数の分割遮熱板を有し、前記第１支持機構は、前記複数の分割遮熱板を所定長さだけ重ねて支持することを特徴とする請求項３に記載の排気ダクト。
【請求項６】
前記ダクトプレートに対して前記遮熱板を前記ダクトプレートの周方向に沿って相対移動自在に支持する第２支持機構が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の排気ダクト。
【請求項７】
前記第２支持機構は、排ガスの流れ方向に沿うと共に前記ダクトプレートの周方向に所定間隔で形成される複数のスリットを有することを特徴とする請求項６に記載の排気ダクト。
【請求項８】
前記遮熱板は、筒形状をなし、前記断熱層は、リング形状をなして断熱材が充填されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の排気ダクト。
【請求項９】
前記ダクトプレートは、径方向における両側部に支持部がそれぞれ設けられ、上部及び下部に前記外周部材が前記支持部に連結して設けられ、前記支持部に脚部が連結されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の排気ダクト。
【請求項１０】
前記ダクトプレートにおける排ガスの流れ方向の下流側の端部にフローガイドが連結され、前記遮熱板は、排ガスの流れ方向の上流側の端部が前記ダクトプレートに支持され、排ガスの流れ方向の下流側の端部が前記フローガイドに支持されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の排気ダクト。
【請求項１１】
前記請求項１から１０の排気ダクトを有することを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、このガスタービンで燃焼した排ガスを排出するための排気ダクト、並びに、この排気ダクトを有するタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機が連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザにより静圧に変換されてから大気に放出される。
【０００３】
近年、ガスタービンは、高効率化を図るために燃焼温度を高温化させる傾向にあり、これに伴って排ガスの高温化が進んでいる。上述した排気ダクトは、排ガスの高温化に対応するため、耐高温性に優れる材料が使用される一方、構造面においても熱応力を考慮した構造が必要とされている。
【０００４】
従来の排気ダクトは、円筒形状をなすダクトプレートの外周部に径方向の外方に突出する環状の補強リブが設けられることで、ダクトプレートの自重による曲げ応力を緩和する構成となっている。しかし、ガスタービンの起動時や停止時にて、ダクトプレートは、高温の排ガスに直接接触することで熱伝達が早いが、補強リブは、ダクトプレートの外側に位置することから熱伝達が遅く、両者の間に温度差が生じる。そのため、ダクトプレートと補強リブとの間（例えば、溶接部）に大きな応力が作用し、この応力が繰り返し作用することで、排気ダクトの寿命が短くなってしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された排気ダクトは、補強リブをダクトプレートの外周部から径方向外方に突出すると共に周方向に環状に設けると共に、ダクトプレートの内周部における補強リブと重なる部分に断熱層を形成する遮熱板を設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２７２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の排気ダクトは、ダクトプレートの外周部に補強リブを設ける一方、内周部に補強リブに対応して断熱層を形成する遮熱板を設けており、ダクトプレートと補強リブに発生する応力を抑制することができる。ところが、この排気ダクトは、ダクトプレートの内周部に断熱層を形成する遮熱板を設けることで、排気ダクトの内面に段差が形成されてしまう。すると、排気ダクトの内面に沿って流れる排ガスは、遮熱板の段差に衝突することで、ここに渦が形成されてしまい、排ガスの流れを阻害してしまう。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、ダクトプレートと外周部材との連結部に作用する応力を抑制すると共に内部を流動する排ガスの流れを良好に維持する排気ダクト及びタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の排気ダクトは、筒形状をなすダクトプレートと、前記ダクトプレートの外周部から径方向の外方に突出すると共に周方向に沿って設けられる外周部材と、前記外周部材に対応する前記ダクトプレートの内周部側に断熱層を形成するように配置されると共に排ガスの流れ方向の上流側に向けて前記断熱層の厚さが薄くなるような第１傾斜面を有する遮熱板と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、外周部材に対応するダクトプレートの内周部側に断熱層を形成するように遮熱板が配置されることで、ダクトプレートに排ガスが直接接触せず、断熱層を介して排ガスの熱が授受されることとなり、外周部材に対応したダクトプレートの部分における急激な温度変化が生じることはなく、ダクトプレートと外周部材との連結部に作用する応力を抑制することができる。また、遮熱板は、排ガスの流れ方向の上流側に向けて断熱層の厚さが薄く第１傾斜面を有することから、ダクトプレートの内周部に沿って流れる排ガスの流れが遮熱板により乱されることがなく、良好な排ガスの流れを維持することができる。
【００１１】
本発明の排気ダクトでは、前記遮熱板は、排ガスの流れ方向の下流側に向けて前記断熱層の厚さが薄くなるような第２傾斜面を有するとしている。
【００１２】
従って、ダクトプレートの内周部に沿って流れる排ガスは、ダクトプレートから遮熱板の第１傾斜面及び第２傾斜面に沿って流れることとなり、排ガスの流れが乱されることがなく、良好に流通することができる。
【００１３】
本発明の排気ダクトでは、前記ダクトプレートに対して前記遮熱板を排ガスの流れ方向に沿って相対移動自在に支持する第１支持機構が設けられることを特徴としている。
【００１４】
従って、遮熱板は、温度上昇時及び温度下降時に熱膨張及び熱収縮するが、第１支持機構によりダクトプレートに対して相対移動自在であることから、ダクトプレートに曲げ応力などが作用することがない。
【００１５】
本発明の排気ダクトでは、前記第１支持機構は、前記遮熱板における排ガスの流れ方向の端部に設けられることを特徴としている。
【００１６】
従って、遮熱板は、端部が第１支持機構によりダクトプレートと相対移動自在に支持されることから、外周部材に対応するダクトプレートに対して排ガスの熱が伝達しにくくなり、ダクトプレートと外周部材との連結部に作用する応力を抑制することができる。
【００１７】
本発明の排気ダクトでは、前記遮熱板は、排ガスの流れ方向に分割される複数の分割遮熱板を有し、前記第１支持機構は、前記複数の分割遮熱板を所定長さだけ重ねて支持することを特徴としている。
【００１８】
従って、複数の分割遮熱板が所定長さだけ重ねて支持されることで、遮熱板を複雑な装置により支持する必要がなくなり、構造の簡素化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
【００１９】
本発明の排気ダクトでは、前記ダクトプレートに対して前記遮熱板を前記ダクトプレートの周方向に沿って相対移動自在に支持する第２支持機構が設けられることを特徴としている。
【００２０】
従って、遮熱板は、温度上昇時及び温度下降時に熱収縮するが、第２支持機構によりダクトプレートに対して相対移動自在であることから、ダクトプレートに曲げ応力などが作用することがない。
【００２１】
本発明の排気ダクトでは、前記第２支持機構は、排ガスの流れ方向に沿うと共に前記ダクトプレートの周方向に所定間隔で形成される複数のスリットを有することを特徴としている。
【００２２】
従って、遮熱板の温度上昇時及び温度下降時に熱収縮すると、複数のスリットの幅が変化してダクトプレートの周長に適応することとなり、構造の簡素化により軽量化、低コスト化を図ることができる。
【００２３】
本発明の排気ダクトでは、前記遮熱板は、筒形状をなし、前記断熱層は、リング形状をなして断熱材が充填されることを特徴としている。
【００２４】
従って、断熱層をリング形状として断熱材を充填することで、遮熱板からダクトプレートへの熱の伝達を効果的に抑制することができる。
【００２５】
本発明の排気ダクトでは、前記ダクトプレートは、径方向における両側部に支持部がそれぞれ設けられ、上部及び下部に前記外周部材が前記支持部に連結して設けられ、前記支持部に脚部が連結されることを特徴としている。
【００２６】
従って、脚部により支持するダクトプレートの支持部にて、外周部材に対応したダクトプレートの部分における急激な温度変化を抑制し、ダクトプレートと外周部材との連結部に作用する応力を抑制することができ、排気ダクトの支持剛性を高めることができる。
【００２７】
本発明の排気ダクトでは、前記ダクトプレートにおける排ガスの流れ方向の下流側の端部にフローガイドが連結され、前記遮熱板は、排ガスの流れ方向の上流側の端部が前記ダクトプレートに支持され、排ガスの流れ方向の下流側の端部が前記フローガイドに支持されることを特徴としている。
【００２８】
従って、遮熱板の端部をフローガイドに支持することで、遮熱板の構造を簡素化することができると共に、ダクトプレートの内周部に沿って流れる排ガスの良好な流れを維持することができる。
【００２９】
また、本発明のタービンは、前記排気ダクトを有することを特徴とするものである。
【００３０】
従って、排気系に上述した排気ダクトを採用することで、ダクトプレートと外周部材との連結部に作用する応力を抑制することができる共に、内部を流動する排ガスの流れを良好に維持することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の排気ダクト及びタービンによれば、外周部材に対応するダクトプレートの内周部側に断熱層を形成するように遮熱板を配置すると共に、排ガスの流れ方向の上流側に向けて断熱層の厚さが薄くなるような第１傾斜面を形成するので、ダクトプレートと外周部材との連結部に作用する応力を抑制することができると共に、良好な排ガスの流れを維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る排気ダクトの要部断面図である。
【図２】図２は、ダクトプレートに対する遮熱プレートの取付部を表す断面図である。
【図３】図３は、ダクトプレートに対する遮熱プレートの取付部を表す図２のIII−III断面図である。
【図４】図４は、遮熱プレートの作動を表す断面図である。
【図５】図５は、遮熱プレートの作動を表す断面図である。
【図６】図６は、排気ダクトに作用する過渡時の温度と応力を表すグラフである。
【図７】図７は、ガスタービンを表す概略図である。
【図８】図８は、排気ダクトを表す概略図である。
【図９】図９は、排気ダクトを表す断面図である。
【図１０】図１０は、排気ダクトの支持部を表す正面図である。
【図１１】図１１は、排気ダクトの支持部を表す側面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例２に係る排気ダクトの要部断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例３に係る排気ダクトの要部断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例４に係る排気ダクトの要部断面図である。
【図１５】図１５は、遮熱プレートの内面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施例５に係る排気ダクトの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る排気ダクト及びタービンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００３４】
図７は、ガスタービンを表す概略図、図８は、排気ダクトを表す概略図、図９は、排気ダクトを表す断面図、図１０は、排気ダクトの支持部を表す正面図、図１１は、排気ダクトの支持部を表す側面図である。
【００３５】
実施例１のガスタービンは、図７に示すように、圧縮機１０１と複数の燃焼器１０２とタービン１０３と排気ダクト１０４により構成される。このガスタービンは、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。圧縮機１０１は、空気を取り込む空気取入口を有し、圧縮機車室内に複数の静翼と動翼が交互に配設されて構成されている。燃焼器１０２は、圧縮機１０１の後部に周方向に沿って複数設けられている。この各燃焼器１０２は、圧縮機１０１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１０３は、タービン車室内に複数の静翼と動翼が交互に配設されて構成されている。このタービン１０３の後部に排気室１０５を介して排気ダクト１０４が配設されている。
【００３６】
また、圧縮機１０１、燃焼器１０２、タービン１０３、排気ダクト１０４の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）が配置されている。ロータは、圧縮機１０１側の端部が軸受部により回転自在に支持されると共に、排気ダクト１０４側の端部が軸受部により回転自在に支持されている。そして、このロータは、圧縮機１０１及びタービン１０３の各動翼が固定されてなり、排気ダクト１０４側の端部に発電機の駆動軸が連結されている。そして、タービン１０３と排気室１０５とが第１エキスパンション１０６を介して連結され、排気室１０５と排気ダクト１０４とがフランジ締結され、排気ダクト１０４とスクウェアダクト１０７とが第２エキスパンション１０８を介して連結されている。
【００３７】
そして、ガスタービンは、圧縮機１０１が設置床１１１の支持台１１２に脚部１１３を介して支持され、タービン１０３が設置床１１１の支持台１１４に脚部１１５を介して支持されている。また、ガスタービンは、排気室１０５が設置床１１１に脚部１１６，１１７を介して支持され、排気ダクト１０４が設置床１１１に脚部１１８を介して支持されている。
【００３８】
従って、圧縮機１０１は、空気取入口から取り込まれた空気が複数の静翼と動翼を通過して圧縮されることで、高温・高圧の圧縮空気を生成する。燃焼器１０２は、この圧縮空気に対して所定の燃料を供給して燃焼することで、燃焼ガスを生成する。タービン１０３は、この燃焼器１０２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが複数の静翼と動翼を通過することで、ロータを駆動回転して発電機を駆動する。そして、排ガスは排気ダクト１０４を通って大気に放出される。
【００３９】
ここで、排気ダクト１０４の構成について詳細に説明する。排気ダクト１０４において、図８から図１１に示すように、ダクトプレート１１は、円筒形状をなすものの、タービン１０３（図７参照）から離間する方向に向かってその径が漸次大径となる円錐台をなすように形成されている。このダクトプレート１１は、径方向における両側部に支持部１２が形成されている。この支持部１２は、ダクトプレート１１の外周面に固定される箱形部１２ａと、この箱形部１２ａの外側に水平に固定される上下の支持板１２ｂ，１２ｃと、この上下の支持板１２ｂ，１２ｃを連結する連結板１２ｄとから構成されている。
【００４０】
また、ダクトプレート１１は、左右の支持部１２の上部及び下部に位置して箱形形状をなす補強部１３，１４が設けられている。この各補強部１３，１４は、ダクトプレート１１の周方向に沿って外周面に固定されると共に、左右の支持部１２に連結されている。そして、ダクトプレート１１は、上部及び下部に補強リブ（外周部材）１５，１６が固定されている。この補強リブ１５は、弧状をなし、ダクトプレート１１における上部の外周部から径方向の外方に突出するように周方向に沿って配置され、下部がダクトプレート１１の外周面に固定され、各端部が補強部１３に連結されている。また、補強リブ１６は、弧状をなし、ダクトプレート１１における下部の外周部から径方向の外方に突出するように周方向に沿って配置され、上部がダクトプレート１１の外周面に固定され、各端部が補強部１４に連結されている。
【００４１】
各補強リブ１５，１６は、ダクトプレート１１の外周部から径方向の外方に突出しており、ダクトプレート１１の軸心方向（排ガスの流動方向）に所定間隔をあけて複数（本実施例では、３個）設けられている。
【００４２】
ダクトプレート１１は、外周部に支持部１２、補強部１３，１４、補強リブ１５，１６が周方向に連続して設けられることで、所定の強度が確保されている。そして、ダクトプレート１１は、左右の支持部１２にサポート部材１７とサポート台１８からなる脚部１１８が連結されている。
【００４３】
図１は、本発明の実施例１に係る排気ダクトの要部断面図、図２は、ダクトプレートに対する遮熱プレートの取付部を表す断面図、図３は、ダクトプレートに対する遮熱プレートの取付部を表す図２のIII−III断面図、図４は、遮熱プレートの作動を表す断面図、図５は、遮熱プレートの作動を表す断面図、図６は、排気ダクトに作用する過渡時の温度と応力を表すグラフである。なお、図６に表すグラフは、起動時の一例である。
【００４４】
排気ダクト１０４において、図１に示すように、ダクトプレート１１は、外周部に補強リブ１５（１６）が固定されている。このダクトプレート１１は、各補強リブ１５（１６）に対応する内周部側に断熱層２１を形成するように遮熱板２２が配置されている。即ち、この遮熱板２２は、円筒形状をなし、ダクトプレート１１の外周部側に位置する各補強リブ１５（１６）の反対側に対向して、ダクトプレート１１の内周部側に位置している。この場合、遮熱板２２は、各補強リブ１５（１６）に対応した位置だけでなく、ダクトプレート１１の長手方向の前後に所定長さだけ延長することが望ましい。そして、遮熱板２２は、外周面がダクトプレート１１の内周面と所定隙間をあけて配置することで、遮熱板２２とダクトプレート１１との間に断熱層（空間部）２１が形成されている。
【００４５】
また、遮熱板２２は、排ガスの流れ方向の上流側（図１にて左側）に向けて断熱層２１の厚さが薄くなるような第１傾斜部（第１傾斜面）２３が形成されると共に、排ガスの流れ方向の下流側（図１にて右側）に向けて断熱層２１の厚さが薄くなるような第２傾斜部（第２傾斜面）２４が形成されている。即ち、遮熱板２２は、本体部２５がダクトプレート１１との間に断熱層２１が形成されるように離間している。そして、遮熱板２２は、排ガスの流れ方向の上流側に本体部２５に連続する第１傾斜部２３が形成されており、端部が徐々にダクトプレート１１に接近することで断熱層２１の厚さが薄くなっている。また、遮熱板２２は、排ガスの流れ方向の下流側に本体部２５に連続する第２傾斜部２４が形成されており、端部が徐々にダクトプレート１１に接近することで断熱層２１の厚さが薄くなっている。この場合、各補強リブ１５（１６）に対応するダクトプレート１１の内周部側に本体部２５を配置し、その前後の各傾斜部２３，２４を配置することが好ましい。
【００４６】
なお、第１傾斜部２３と本体部２５と第２傾斜部２４とは、連続したものとなっており、内周面に沿って排ガスが乱れを起こすことなく良好に流れるような湾曲形状をなすことが好ましい。但し、必要に応じて、第１傾斜部２３と本体部２５と第２傾斜部２４とをそれぞれ直線状に形成しなくてもよく、本体部２５をダクトプレート１１と平行に配置してもよい。また、第１傾斜部２３と本体部２５と第２傾斜部２４とが連続するように一体に構成したが、それぞれ別々に形成して連結してもよい。
【００４７】
ダクトプレート１１に対して遮熱板２２を排ガスの流れ方向に沿って相対移動自在に支持する第１支持機構２６が設けられており、この第１支持機構２６は、周方向に所定間隔で複数設けられている。この第１支持機構２６は、遮熱板２２における排ガスの流れ方向の各端部に設けられている。即ち、図２及び図３に示すように、遮熱板２２は、排ガスの流れ方向の端部に排ガスの流れ方向に沿った長孔３１が形成されており、ダクトプレート１１は、この長孔３１に対応して貫通孔３２が形成されている。そして、連結ボルト３３は、ねじ部３３ａが遮熱板２２の内側から長孔３１及び貫通孔３２を貫通し、固定ナット３４及びロックナット３５に螺合している。
【００４８】
この場合、長孔３１における遮熱板２２の周方向の幅Ｗに対して、連結ボルト３３におけるねじ部３３ａの外径（貫通孔３２の内径）Ｒが小さく設定されており、両者の間に所定隙間Ｓ（Ｓ／２＋Ｓ／２）が確保されている。また、連結ボルト３３は、ブッシュ３３ｂの外径が長孔３１の幅Ｗより大きくなっている。そして、遮熱板２２とダクトプレート１１が相対移動できるように、固定ナット３４が連結ボルト３３における所定の螺合位置でロックナット３５に固定されている。
【００４９】
そのため、排ガスにより遮熱板２２が加熱されて熱膨張すると、図３及び図４に示すように、端部（図示は、後端部）が熱延びし、ダクトプレート１１に対して後方に移動する。なお、図示しないが、このとき、遮熱板２２は、前端部がダクトプレート１１に対して前方に移動する。その後、ダクトプレート１１の温度が徐々に上昇して熱延びすると、図３に示すような状態となる。一方、ガスタービンの停止時に、遮熱板２２が冷却されて熱収縮すると、図３及び図５に示すように、端部（図示は、後端部）が収縮し、ダクトプレート１１に対して前方に移動する。なお、図示しないが、このとき、遮熱板２２は、後端部がダクトプレート１１に対して後方に移動する。その後、ダクトプレート１１の温度が徐々に下降して収縮すると、図３に示すような状態となる。
【００５０】
また、遮熱板２２の長孔３１と連結ボルト３３のねじ部３３ａとの間に所定隙間Ｓ／２が確保されていることから、遮熱板２２における周方向の熱延び及び熱収縮に対しても、ダクトプレート１１との間で相対移動が可能となっている。
【００５１】
なお、この実施例１では、遮熱板２２における排ガスの流れ方向の上流側端部と下流側端部の両方を第１支持機構２６によりダクトプレート１１に支持したが、遮熱板２２における排ガスの流れ方向の上流側端部と下流側端部の一方をダクトプレート１１に固定し、遮熱板２２における排ガスの流れ方向の上流側端部と下流側端部の他方を第１支持機構２６によりダクトプレート１１に支持してもよい。
【００５２】
図７に示すように、ガスタービンが起動すると、圧縮機１０１は高温・高圧の圧縮空気を生成し、燃焼器１０２が圧縮空気に燃料を供給して燃焼することで燃焼ガスを生成し、タービン１０３は、高温・高圧の燃焼ガスによりロータを駆動回転して発電機を駆動する。そして、高温の排ガスが排気ダクト１０４に流れる。
【００５３】
このとき、排気ダクト１０４に流れ込む排ガスは、その温度が約５００℃以上であり、この排気ダクト１０４の温度を上昇させる。即ち、図１に示すように、排気ダクト１０４を流れる排ガスのうち、ダクトプレート１１の内壁面に沿って流れる排ガスは、遮熱板２２の内壁面に接触しながら下流側へと流れていく。このとき、遮熱板２２は、内周面を流れる排ガスにより温度が上昇していく。そして、この遮熱板２２の熱が断熱層２１を介して遮熱板２２により被覆されたダクトプレート１１に伝達されて温度が緩やかに上昇する。更に、このダクトプレート１１の熱が各補強リブ１５，１６に伝達されてダクトプレート１１と共に補強リブ１５，１６の温度が緩やかに上昇していく。
【００５４】
このとき、遮熱板２２の温度が上昇することで熱膨張し、ダクトプレート１１に対して相対移動する。そのため、遮熱板２２は、自らの熱膨張により熱応力が生じることはない。また、ダクトプレート１１に対して遮熱板２２が独立して熱膨張することで、ダクトプレート１１に熱応力が生じることはない。
【００５５】
なお、ここでは、ガスタービンの起動時について説明したが、ガスタービンの停止時であっても同様である。即ち、ガスタービンの停止時に、排気ダクト１０４の遮熱板２２は、温度が下降していき、この遮熱板２２の熱が伝達されないダクトプレート１１の温度が緩やかに下降し、このダクトプレート１１と共に補強リブ１５，１６の温度が緩やかに下降していく。このとき、遮熱板２２の温度が下降することで収縮し、ダクトプレート１１に対して相対移動する。そのため。遮熱板２２は、自らの収縮により熱応力が生じることはない。また、ダクトプレート１１に対して遮熱板２２が独立して収縮することで、ダクトプレート１１に熱応力が生じることはない。
【００５６】
図６に示すように、補強リブ１５（１６）が設けられたダクトプレート１１の内周部に従来の遮熱板００１が設けられた排気ダクトでは、一点鎖線Ａで示すように、ガスタービンの起動時（停止時）、遮熱板００１の前端部と後端部で急激な温度変化が生じ、ここに大きな熱応力が作用する。一方、補強リブ１５（１６）が設けられたダクトプレート１１の内周部に実施例１の遮熱板２２が設けられた排気ダクト１０４では、実線Ｂで示すように、ガスタービンの起動時（停止時）、遮熱板２２の前端部と後端部で緩やかな温度変化が生じ、ここに大きな熱応力が作用することはない。
【００５７】
即ち、実施例１の排気ダクト１０４では、補強リブ１５（１６）が設けられたダクトプレート１１の内周部に傾斜部２３，２４を有する遮熱板２２が設けられていることから、ガスタービンの起動時、遮熱板２２の前端部（第１傾斜部２３）と後端部（第２傾斜部２４）で緩やかな温度変化が生じることから、ここに発生する熱応力が小さくなる。その後、遮熱板２２で被覆されたダクトプレート１１と補強リブ１５（１６）は、その周辺部のダクトプレート１１から熱を受けて徐々に温度上昇する。そのため、ダクトプレート１１と補強リブ１５（１６）は、ほぼ同様の温度で加熱されることとなり、ダクトプレート１１と補強リブ１５（１６）との連結部に作用する応力が軽減される。なお、ガスタービンの停止時も同様である。
【００５８】
このように実施例１の排気ダクト１０４にあっては、筒形状をなすダクトプレート１１と、ダクトプレート１１の外周部から径方向の外方に突出すると共に周方向に沿って設けられる補強リブ１５，１６と、補強リブ１５，１６に対応するダクトプレート１１の内周部側に断熱層２１を形成するように配置されると共に排ガスの流れ方向の上流側に向けて断熱層２１の厚さが薄くなるような第１傾斜部２３を有する遮熱板２２とを設けている。
【００５９】
従って、補強リブ１５，１６に対応するダクトプレート１１の内周部側に断熱層２１を形成するように遮熱板２２が配置されることで、ダクトプレート１１に排ガスが直接接触せず、断熱層２１を介して排ガスの熱が授受されることとなり、補強リブ１５，１６に対応したダクトプレート１１の部分における急激な温度変化が生じることはなく、ダクトプレート１１と補強リブ１５，１６との連結部に作用する応力を抑制することができる。
【００６０】
即ち、補強リブ１５，１６と重なるダクトプレート１１の部分は、内部を流れる排ガスに直接接触せず、断熱層２１を介して排ガスから熱が授受される。そのため、ガスタービンの起動時や停止時において、補強リブ１５，１６と重なるダクトプレート１１の部分は、温度変化が、排ガスに直接接触する部分に比較して緩やかなものとなり、急激な温度変化が生じない。一方、補強リブ１５，１６は、ダクトプレート１１と断熱層２１に挟まれており、主にダクトプレート１１から熱の授受が行われ、ダクトプレート１１の温度変化に伴って緩やかに温度が変化する。そのため、ガスタービンの起動時及び停止時において、ダクトプレート１１と補強リブ１５，１６との温度変化の速度の差分が小さいものとなり、ダクトプレート１１と補強リブ１５，１６との間で大きな温度差が生じない。その結果、ダクトプレート１１と補強リブ１５，１６、特にその連結部に熱応力が発生することを抑制することができる。
【００６１】
また、遮熱板２２は、排ガスの流れ方向の上流側に向けて断熱層２１の厚さが薄くなる第１傾斜部２３が設けられていることから、ダクトプレート１１の内周部に沿って流れる排ガスは、その流れが遮熱板２２により乱されることがない。即ち、ダクトプレート１１の内周部に沿って流れる排ガスは、遮熱板２２における第１傾斜部２３から本体部２５にスムーズに流れることとなり、良好な排ガスの流れを維持することができる。
【００６２】
実施例１の排気ダクト１０４では、遮熱板２２における排ガスの流れ方向の下流側に向けて断熱層２１の厚さが薄くなるような第２傾斜部２４を設けている。従って、ダクトプレート１１の内周部に沿って流れる排ガスは、第１傾斜部２３、本体部２５、第２傾斜部２４に沿ってスムーズに流れる。そのため、排ガスは、その流れが遮熱板２２により乱されることがなく、良好な排ガスの流れを維持することができる。
【００６３】
実施例１の排気ダクト１０４では、ダクトプレート１１に対して遮熱板２２を排ガスの流れ方向に沿って相対移動自在に支持する第１支持機構２６を設けている。従って、遮熱板２２は、温度上昇時及び温度下降時に熱膨張及び熱収縮するが、第１支持機構２６によりダクトプレート１１に対して相対移動自在であることから、遮熱板２２だけでなく、ダクトプレート１１に曲げ応力などが作用することがない。
【００６４】
実施例１の排気ダクト１０４では、第１支持機構２６を遮熱板２２における排ガスの流れ方向の端部に設けている。従って、遮熱板２２は、端部が第１支持機構２６によりダクトプレート１１と相対移動自在に支持されることから、遮熱板２２からその外側のダクトプレート１１及び補強リブ１５，１６に排ガスの熱が伝達しにくくなり、ダクトプレート１１と補強リブ１５，１６との連結部に作用する応力を抑制することができる。
【００６５】
実施例１の排気ダクト１０４では、ダクトプレート１１における両側部に支持部１２をそれぞれ設け、上部及び下部に補強リブ１５，１６をこの支持部１２に連結して設け、支持部１２に脚部１１８を連結している。従って、脚部１１８により支持するダクトプレート１１の支持部１２に補強リブ１５，１６を設けると共に遮熱板２２を設けることで、ダクトプレート１１の支持部１２における急激な温度変化を抑制し、ダクトプレート１１と補強リブ１５，１６との連結部に作用する応力を抑制することができる。
【実施例２】
【００６６】
図１２は、本発明の実施例２に係る排気ダクトの要部断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
実施例２の排気ダクトにおいて、図１２に示すように、ダクトプレート１１は、円筒形状をなし、外周部に３個の補強リブ１５が周方向に沿って固定されている。そして、このダクトプレート１１は、各補強リブ１５に対応する内周部側に断熱層４１を形成するように遮熱板４２が配置されている。即ち、この遮熱板４２は、円筒形状をなし、ダクトプレート１１の外周部側に位置する各補強リブ１５の反対側に対向して、ダクトプレート１１の内周部側に位置している。この遮熱板４２は、排ガスの流れ方向に分割される複数（本実施例では、２個）の分割遮熱板４３，４４から構成されている。
【００６８】
また、遮熱板４２は、排ガスの流れ方向の上流側（図１２にて左側）に向けて断熱層４１の厚さが薄くなるような第１傾斜部（第１傾斜面）４５が形成されると共に、排ガスの流れ方向の下流側（図１２にて右側）に向けて断熱層４１の厚さが薄くなるような第２傾斜部（第２傾斜面）４６が形成されている。即ち、第１分割遮熱板４３は、本体部４７がダクトプレート１１との間に断熱層４１が形成されるように離間している。そして、第１分割遮熱板４３は、排ガスの流れ方向の上流側に本体部４７に連続する第１傾斜部４５が形成されており、端部が徐々にダクトプレート１１に接近することで断熱層４１の厚さが薄くなっている。また、第２分割遮熱板４４は、排ガスの流れ方向の下流側に本体部４８に連続する第２傾斜部４６が形成されており、端部が徐々にダクトプレート１１に接近することで断熱層４１の厚さが薄くなっている。
【００６９】
遮熱板４２は、第１分割遮熱板４３における排ガスの流れ方向における上流側の端部が支持機構（例えば、締結ボルトとナット）４９によりダクトプレート１１に固定され、第２分割遮熱板４４における排ガスの流れ方向における下流側の端部が支持機構（例えば、締結ボルトとナット）５０によりダクトプレート１１に固定されている。そして、遮熱板４２は、第１分割遮熱板４３の本体部４７と第２分割遮熱板４４の本体部４８とが排ガスの流れ方向に所定長さだけ重なっている。この場合、第１分割遮熱板４３の本体部４７に対して第２分割遮熱板４４の本体部４８が径方向の外側（図１２にて、上側）に接するように位置している。即ち、本発明の第１支持機構は、各分割遮熱板４３，４４が所定長さだけ重ねて支持されることで構成される。
【００７０】
そのため、排ガスにより遮熱板４２が加熱されて熱膨張すると、ダクトプレート１１に固定された各傾斜部４５，４６側の端部に対して、各本体部４７，４８側の端部が熱延びして移動する。即ち、第１分割遮熱板４３における本体部４７と、第２分割遮熱板４４における本体部４８との重なり長さが長くなる。一方、ガスタービンの停止時に、遮熱板４２が冷却されて熱収縮すると、ダクトプレート１１に固定された各傾斜部４５，４６側の端部に対して、各本体部４７，４８側の端部が収縮して移動する。即ち、第１分割遮熱板４３における本体部４７と、第２分割遮熱板４４における本体部４８との重なり長さが短くなる。
【００７１】
従って、ガスタービンの起動時、高温の排ガスが排気ダクトに流れ、この排気ダクトの温度を上昇させる。すると、ダクトプレート１１の内壁面に沿って流れる排ガスは、遮熱板４２の内壁面に接触しながら下流側へと流れていく。このとき、遮熱板４２は、内周面を流れる排ガスにより温度が上昇していく。そして、この遮熱板４２の熱が断熱層４１を介して遮熱板４２により被覆されたダクトプレート１１に伝達されて温度が緩やかに上昇する。更に、このダクトプレート１１の熱が各補強リブ１５，１６に伝達されてダクトプレート１１と共に補強リブ１５，１６の温度が緩やかに上昇していく。
【００７２】
このとき、遮熱板４２の温度が上昇することで熱膨張し、ダクトプレート１１に対して相対移動する。そのため、遮熱板４２は、自らの熱膨張により熱応力が生じることはない。また、ダクトプレート１１に対して遮熱板４２が独立して熱膨張することで、ダクトプレート１１に熱応力が生じることはない。即ち、補強リブ１５が設けられたダクトプレート１１の内周部に傾斜部４５，４６を有する遮熱板４２が設けられていることから、ガスタービンの起動時や停止時に、第１傾斜部４５と第２傾斜部４６で緩やかな温度変化が生じることから、ここに発生する熱応力が小さくなる。その後、遮熱板４２で被覆されたダクトプレート１１と補強リブ１５は、その周辺部のダクトプレート１１から熱を受けて徐々に温度上昇する。そのため、ダクトプレート１１と補強リブ１５は、ほぼ同様の温度で加熱されることとなり、ダクトプレート１１と補強リブ１５との連結部に作用する応力が軽減される。なお、ガスタービンの停止時も同様である。
【００７３】
このように実施例２の排気ダクトにあっては、補強リブ１５に対応するダクトプレート１１の内周部側に断熱層４１を形成するように配置されると共に排ガスの流れ方向に向けて断熱層４１の厚さが薄くなるような第１、第２傾斜部４５，４６を有する遮熱板４２を設けている。
【００７４】
従って、ダクトプレート１１に排ガスが直接接触せず、断熱層４１を介して排ガスの熱が授受されることとなり、補強リブ１５に対応したダクトプレート１１の部分における急激な温度変化が生じることはなく、ダクトプレート１１と補強リブ１５との連結部に作用する応力を抑制することができる。
【００７５】
また、遮熱板４２は、排ガスの流れ方向に分割される複数の分割遮熱板４３，４４を有し、各本体部４７，４８を所定長さだけ重ねて支持している。従って、遮熱板４２を複雑な装置により支持する必要がなくなり、構造の簡素化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
【実施例３】
【００７６】
図１３は、本発明の実施例３に係る排気ダクトの要部断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７７】
実施例３の排気ダクトにおいて、図１３に示すように、ダクトプレート１１は、円筒形状をなし、外周部に３個の補強リブ１５が周方向に沿って固定されている。そして、このダクトプレート１１は、各補強リブ１５に対応する内周部側に断熱層２１を形成するように遮熱板２２が配置されている。即ち、この遮熱板２２は、円筒形状をなし、ダクトプレート１１の外周部側に位置する各補強リブ１５の反対側に対向して、ダクトプレート１１の内周部側に位置している。
【００７８】
また、遮熱板２２は、排ガスの流れ方向の上流側（図１３にて左側）に向けて断熱層２１の厚さが薄くなるような第１傾斜部２３が形成されると共に、排ガスの流れ方向の下流側（図１３にて右側）に向けて断熱層２１の厚さが薄くなるような第２傾斜部２４が形成されている。即ち、遮熱板２２は、本体部２５がダクトプレート１１との間に断熱層２１が形成されるように離間し、本体部２５に連続する第１傾斜部２３が形成されると共に、第２傾斜部２４が形成されている。
【００７９】
また、遮熱板２２は、円筒形状をなし、断熱層２１として構成されるリング形状をなす空間部に断熱材５１が充填されている。
【００８０】
なお、実施例３における排気ダクトの作用は、実施例１とほぼ同様であることから、詳細な説明は省略する。
【００８１】
このように実施例３の排気ダクトにあっては、補強リブ１５に対応するダクトプレート１１の内周部側に断熱層２１を形成するように配置されると共に排ガスの流れ方向に向けて断熱層２１の厚さが薄くなるような第１、第２傾斜部２３，２４を有する遮熱板２２を設け、断熱層２１に断熱材５１を充填している。
【００８２】
従って、ダクトプレート１１に排ガスが直接接触せず、断熱層２１を介して排ガスの熱が授受されることとなり、補強リブ１５に対応したダクトプレート１１の部分における急激な温度変化が生じることはなく、ダクトプレート１１と補強リブ１５との連結部に作用する応力を抑制することができる。このとき、断熱層２１に断熱材５１が充填されていることから、遮熱板２２からダクトプレート１１への熱の伝達を効果的に抑制することができる。
【実施例４】
【００８３】
図１４は、本発明の実施例４に係る排気ダクトの要部断面図、図１５は、遮熱プレートの内面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】
実施例４の排気ダクトにおいて、図１４及び図１５に示すように、ダクトプレート１１は、円筒形状をなし、外周部に３個の補強リブ１５が周方向に沿って固定されている。そして、このダクトプレート１１は、各補強リブ１５に対応する内周部側に断熱層６１を形成するように遮熱板６２が配置されている。即ち、この遮熱板６２は、円筒形状をなし、ダクトプレート１１の外周部側に位置する各補強リブ１５の反対側に対向して、ダクトプレート１１の内周部側に位置している。
【００８５】
また、遮熱板６２は、排ガスの流れ方向の上流側（図１４にて左側）に向けて断熱層６１の厚さが薄くなるような第１傾斜部６３が形成されると共に、排ガスの流れ方向の下流側（図１４にて右側）に向けて断熱層６１の厚さが薄くなるような第２傾斜部６４が形成されている。即ち、遮熱板６２は、本体部６５がダクトプレート１１との間に断熱層６１が形成されるように離間し、本体部６５に連続する第１傾斜部６３が形成されると共に、第２傾斜部６４が形成されている。
【００８６】
ダクトプレート１１に対して遮熱板６２を排ガスの流れ方向に沿って相対移動自在に支持する第１支持機構２６が設けられており、この第１支持機構２６は、周方向に所定間隔で複数設けられている。この第１支持機構２６は、遮熱板６２における排ガスの流れ方向の各端部に設けられている。
【００８７】
また、ダクトプレート１１に対して遮熱板６２をダクトプレート１１の周方向に沿って相対移動自在に支持する第２支持機構６６が設けられている。この第２支持機構６６は、排ガスの流れ方向に沿うと共にダクトプレート１１の周方向に所定間隔で形成される複数のスリット６７により構成されている。このスリット６７は、遮熱板６２の本体部６５に排ガスの流れ方向に沿う所定長さＬにわたって形成されると共に、ダクトプレート１１の周方向に所定間隔Ｇに形成されている。なお、この本体部６５は、ダクトプレート１１とほぼ平行なすことから、所定間隔Ｇは、排ガスの流れ方向の上流側に向かって小さくなっている。また、ストレート型排気ダクトの場合は、所定間隔Ｇが一定であってもよい。なお、この場合、上述した実施例３のように、断熱層６１内に断熱材を充填することで、スリット６７から断熱層６１内への排ガスの侵入を防止することが好ましい。
【００８８】
そのため、排ガスにより遮熱板６２が加熱されて熱膨張すると、この遮熱板６２が周方向に熱延びする。このとき、遮熱板６２は、各スリット６７の幅が狭くなることで熱延びが吸収される。なお、各支持機構２６にて、図３に示すように、遮熱板６２（２２）の長孔３１と連結ボルト３３のねじ部３３ａとの間に所定隙間Ｓ／２が確保されていることから、遮熱板６２（２２）における周方向の熱延びが吸収される。
【００８９】
なお、実施例４における排気ダクトの作用は、実施例１とほぼ同様であることから、詳細な説明は省略する。
【００９０】
このように実施例４の排気ダクトにあっては、補強リブ１５に対応するダクトプレート１１の内周部側に断熱層６１を形成するように配置されると共に排ガスの流れ方向に向けて断熱層６１の厚さが薄くなるような第１、第２傾斜部６３，６４を有する遮熱板６２を設けると共に、ダクトプレート１１に対して遮熱板６２を周方向に沿って相対移動自在に支持する第２支持機構６６を設けている。
【００９１】
従って、ダクトプレート１１に排ガスが直接接触せず、断熱層６１を介して排ガスの熱が授受されることとなり、補強リブ１５に対応したダクトプレート１１の部分における急激な温度変化が生じることはなく、ダクトプレート１１と補強リブ１５との連結部に作用する応力を抑制することができる。また、遮熱板６２は、温度上昇時及び温度下降時に熱収縮するが、第２支持機構６６によりダクトプレート１１に対して相対移動自在であることから、ダクトプレート１１に曲げ応力などが作用することがない。
【００９２】
実施例４の排気ダクトでは、第２支持機構６６を排ガスの流れ方向に沿うと共にダクトプレート１１の周方向に所定間隔で形成される複数のスリット６７としている。従って、遮熱板６２の温度上昇時及び温度下降時に熱収縮すると、複数のスリット６７の幅が変化してダクトプレート１１の周長に適応することとなり、構造の簡素化により軽量化、低コスト化を図ることができる。
【実施例５】
【００９３】
図１６は、本発明の実施例５に係る排気ダクトの要部断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９４】
実施例５において、図１６に示すように、排気ダクト１０４は、排ガスの流れ方向における上流側の端部が排気室１０５とフランジ連結部７１により連結され、排ガスの流れ方向における下流側の端部に第２エキスパンション１０８が装着されると共に、フローガイド７２が連結されている。そして、排気ダクト１０４を構成するダクトプレート１１は、補強リブ１５が溶接により固定されている。
【００９５】
そして、フランジ連結部７１に対応した排気室１０５とダクトプレート１１の内周側に遮熱板８１が配置され、補強リブ１５に対応したダクトプレート１１の内周側に遮熱板８３が配置され、排気ダクト１０４と第２エキスパンション１０８との連結部に対応したダクトプレート１１の内周側に遮熱板８４が配置されている。そして、最後部の遮熱板８４は、排ガスの流れ方向の上流側の端部がダクトプレート１１に支持され、排ガスの流れ方向の下流側の端部がフローガイド７２に支持されている。そのため、遮熱板８１，８３は、前後に傾斜面が形成されているものの、遮熱板８４は、前側だけに傾斜面が形成されている。
【００９６】
このように実施例５では、補強リブ１５が溶接された位置だけでなく、ダクトプレート１１における外方へ突出する部材（外周部材）がある全ての位置にそれぞれ遮熱板８１，８３，８４を設けている。従って、排気ダクト１０４の耐久性を向上することができる。
【００９７】
また、実施例５では、ダクトプレート１１における排ガスの流れ方向の下流側の端部にフローガイド７２が連結され、遮熱板８４の前端部をダクトプレート１１に支持し、後端部をフローガイド７２に支持している。従って、遮熱板８４の後端部をフローガイド７２に支持することで、第２傾斜面を不要とし、遮熱板８４の構造を簡素化することができると共に、ダクトプレート１１の内周部に沿って流れる排ガスの良好な流れを維持することができる。
【００９８】
なお、上述した実施例では、遮熱板２２，４２，６２，８１，８３，８４を円筒形状としたが、この場合、周方向に一体形状であっても、分割形状としてもよい。
【００９９】
また、上述した実施例では、補強リブ１５，１６、フランジ連結部７１、第２エキスパンション１０８を外周部材として説明したが、外周部材は、この部材に限定されるものではなく、ダクトプレートから外方に突出している部材であればよく、いずれの構成であっても、本発明の作用効果を奏することができる。
【０１００】
また、上述した実施例では、本発明の排気ダクトをガスタービンの排気系に適用して説明したが、蒸気タービンの排気系にも適用することができる。この場合、排気ガスは、使用済の蒸気である。
【０１０１】
１１  ダクトプレート
１２  支持部
１５，１６  補強リブ（外周部材）
２１，４１，６１  断熱層
２２，４２，６２，８１，８３，８４  遮熱板
２３，４５，６３  第１傾斜部（第１傾斜面）
２４，４６，６４  第２傾斜部（第２傾斜面）
２５，４７，４８，６５  本体部
２６  第１支持機構
４３，４４  分割遮熱板
５１  断熱材
６６  第２支持機構
７１  フランジ連結部（外周部材）
７２  フローガイド
１０１  圧縮機
１０２  燃焼器
１０３  タービン
１０４  排気ダクト
１０８  第２エキスパンション（外周部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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