(57)【要約】  【課題】  簡単な構成で、排ガスの温度変化による排気車室及び排気ダクトの熱伸縮を吸収するのみならず、排気車室と排気ダクトとの間で振動を絶縁し、ガスタービンの信頼性の向上に寄与する排気エキスパンションを提供する。  【解決手段】  ガスタービンの排気車室１と排気ダクト２との間には、これらを接続する板バネ３が設けられている。板バネ３は、排気車室１の外周面で排ガス下流側端部から更に下流側へと延びている。そして、排気ダクト２の外周面で排ガス上流側端部に全周に渡ってリング状に設けられているフランジ２ａの上流側面に、板バネ３の先端部が当接し、板バネ３がタービン外周側へと反った状態となっている。この状態において、排気車室１と排気ダクト２における矢印Ｂで示したタービン軸方向の熱伸縮及び振動を、板バネ３の弾性変形により吸収し、また矢印Ｃで示したタービン半径方向の振動を、板バネ３とフランジ２ａとのスライドにより吸収する構成としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの排ガスを導く排気車室と排気ダクトとを接続してなる排気エキスパンションにおいて、
前記排気車室の排ガス下流側端部から更に下流側へと延びる板バネを設け、前記排気ダクトの排ガス上流側端部に設けたフランジに前記板バネが当接する排気エキスパンションであって、
前記排気車室と前記排気ダクトにおける、タービン軸方向の熱伸縮及び振動を前記板バネの弾性変形により吸収し、タービン半径方向の振動を前記板バネと前記フランジとのスライドにより吸収するようにしたことを特徴とする排気エキスパンション。
【請求項２】
前記排気車室と前記板バネとの間にベローズを設け、タービン軸方向の熱伸縮及び振動を該ベローズの弾性変形により更に吸収するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の排気エキスパンション。
【請求項３】
ガスタービンの排ガスを導く排気車室と排気ダクトとを接続してなる排気エキスパンションにおいて、
前記排気車室の排ガス下流側端部を薄肉とし、前記排気ダクトの排ガス上流側端部に設けた円錐状部に前記排気車室の排ガス下流側端部が当接する排気エキスパンションであって、
前記排気車室と前記排気ダクトにおける、タービン軸方向の熱伸縮及び振動、並びにタービン半径方向の振動を、前記排気車室の排ガス下流側端部の弾性変形、及び前記排気車室の排ガス下流側端部と前記円錐状部とのスライドにより吸収するようにしたことを特徴とする排気エキスパンション。
【請求項４】
ガスタービンの排ガスを導く排気車室と排気ダクトとを接続してなる排気エキスパンションにおいて、
前記排気車室の排ガス下流側端部に、ベローズ及び該ベローズから更に下流側へと延びる板バネを設け、前記排気ダクトの排ガス上流側端部に設けた円錐状部に前記板バネが当接する排気エキスパンションであって、
前記排気車室と前記排気ダクトにおける、タービン軸方向の熱伸縮及び振動、並びにタービン半径方向の振動を、前記ベローズ及び板バネの弾性変形、並びに前記板バネと前記円錐状部とのスライドにより吸収するようにしたことを特徴とする排気エキスパンション。
【請求項５】
ガスタービンの排ガスを導く排気車室と排気ダクトとを接続してなる排気エキスパンションにおいて、
前記排気車室の内周面から前記排気ダクトの内周面へと流れるシールエアを設け、該シールエアにより前記排気車室と前記排気ダクトとの間から排ガスが外部へ漏れないようシールするようにしたことを特徴とする排気エキスパンション。
【請求項６】
前記排気車室の排ガス下流側端部から更に下流側へと延びる第１のシールスリーブと、前記排気ダクトの排ガス上流側端部から更に上流側へと延びる第２のシールスリーブとを設け、前記第１，第２のシールスリーブのうち、一方の外周面と他方の内周面とを所定の間隔で対向させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の排気エキスパンション。
【請求項７】
前記第１，第２のシールスリーブのうち、一方のシールスリーブから他方のシールスリーブへと延びるブラシシールを設けたことを特徴とする請求項６に記載の排気エキスパンション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの排気車室と排気ダクトを接続する排気エキスパンションに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガスタービンにおいては、その排気車室と排気ダクトを接続する排気エキスパンションが用いられている。このような排気エキスパンションについては、以下に示すような構成のものがある。
【０００３】
例えば、ガスタービンの排気口と排気ダクトの間にフランジを介して接続され、このフランジの外周部をベローズで気密に覆うようにしたガスタービンの排気エキスパンションにおいて、ベローズで環状の空間部が形成されるように、そのベローズに外部から冷媒が供給される供給部及び冷媒を外部に放出する放出部を設けた構成のものが、特許文献１に開示されている。
【０００４】
そして、これにより、ベローズ内部の環状の空間に供給される冷媒でベローズを冷却して、このベローズの経年的熱劣化を抑えるので、排ガスの気密性を長期に亘って維持し電力供給の信頼性を維持することのできるガスタービンの排気エキスパンションを得ることができるとしている。
【０００５】
また、ガスタービンの排ガスを導く前部ダクトと後部ダクトとを接続してなり、両ダクトは入口側から出口側に向かってその断面を徐々に拡大すると共に、前記両ダクトの接続部は両ダクト端部外周囲に互いに対向する面を有するフレームをそれぞれ取付け、同両フレームの対向する面の間に伸縮自在な部材を取付けて構成される排ガスダクトの連結構造において、前記両フレームと同両フレームが取付けられる各ダクト外周囲との間をそれぞれ連結する支持部材と、前記両ダクトの外部にそれぞれ一端を固定し、他端で前記各フレームの先端部周囲が前記伸縮自在な部材を引っ張る方向へ傾斜するのを防止するストッパとを設けた構成のものが、特許文献２に開示されている。
【０００６】
そして、このような構造により、フレームの過度の傾斜や垂れ下がりが支持部材により防止され、かつストッパによりフレームが伸縮自在の部材を引張って傾斜するのが防止され、これにより、伸縮自在の部材が損傷するのを防ぐと共に、フレーム取付部の溶接割れも防止することができるとしている。
【特許文献１】特開２０００−３０３８５７号公報
【特許文献２】特開平１１−３５０９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような従来の構成では、排ガスの温度変化等による排気車室及び排気ダクトの熱伸縮を吸収或いは抑制することはできても、排気車室と排気ダクトとの間で振動を絶縁することはできなかった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、排ガスの温度変化等による排気車室及び排気ダクトの熱伸縮を吸収するのみならず、排気車室と排気ダクトとの間で振動を絶縁し、ガスタービンの信頼性の向上に寄与する排気エキスパンショ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】
上記目的を達成するために、本発明では、ガスタービンの排ガスを導く排気車室と排気ダクトとを接続してなる排気エキスパンションにおいて、前記排気車室の排ガス下流側端部から更に下流側へと延びる板バネを設け、前記排気ダクトの排ガス上流側端部に設けたフランジに前記板バネが当接する排気エキスパンションであって、前記排気車室と前記排気ダクトにおける、タービン軸方向の熱伸縮及び振動を前記板バネの弾性変形により吸収し、タービン半径方向の振動を前記板バネと前記フランジとのスライドにより吸収するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記排気車室と前記板バネとの間にベローズを設け、タービン軸方向の熱伸縮及び振動をそのベローズの弾性変形により更に吸収するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
或いは、ガスタービンの排ガスを導く排気車室と排気ダクトとを接続してなる排気エキスパンションにおいて、前記排気車室の排ガス下流側端部を薄肉とし、前記排気ダクトの排ガス上流側端部に設けた円錐状部に前記排気車室の排ガス下流側端部が当接する排気エキスパンションであって、前記排気車室と前記排気ダクトにおける、タービン軸方向の熱伸縮及び振動、並びにタービン半径方向の振動を、前記排気車室の排ガス下流側端部の弾性変形、及び前記排気車室の排ガス下流側端部と前記円錐状部とのスライドにより吸収するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
或いは、ガスタービンの排ガスを導く排気車室と排気ダクトとを接続してなる排気エキスパンションにおいて、前記排気車室の排ガス下流側端部に、ベローズ及びそのベローズから更に下流側へと延びる板バネを設け、前記排気ダクトの排ガス上流側端部に設けた円錐状部に前記板バネが当接する排気エキスパンションであって、前記排気車室と前記排気ダクトにおける、タービン軸方向の熱伸縮及び振動、並びにタービン半径方向の振動を、前記ベローズ及び板バネの弾性変形、並びに前記板バネと前記円錐状部とのスライドにより吸収するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
或いは、ガスタービンの排ガスを導く排気車室と排気ダクトとを接続してなる排気エキスパンションにおいて、前記排気車室の内周面から前記排気ダクトの内周面へと流れるシールエアを設け、そのシールエアにより前記排気車室と前記排気ダクトとの間から排ガスが外部へ漏れないようシールするようにしたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記排気車室の排ガス下流側端部から更に下流側へと延びる第１のシールスリーブと、前記排気ダクトの排ガス上流側端部から更に上流側へと延びる第２のシールスリーブとを設け、前記第１，第２のシールスリーブのうち、一方の外周面と他方の内周面とを所定の間隔で対向させるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記第１，第２のシールスリーブのうち、一方のシールスリーブから他方のシールスリーブへと延びるブラシシールを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡単な構成で、排ガスの温度変化等による排気車室及び排気ダクトの熱伸縮を吸収するのみならず、排気車室と排気ダクトとの間で振動を絶縁し、ガスタービンの信頼性の向上に寄与する排気エキスパンションを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る排気エキスパンションの構成を模式的に示す部分断面図であり、中心線と平行に切断した片側の外周部のみを示す（以下の実施例においても同様）。同図において、ガスタービンの排気車室１と排気ダクト２との間には、これらを接続する板バネ３が設けられている。なお、ガスタービンからの排ガスは、矢印Ａで示すように、排気車室１から排気ダクト２へと流れている。
【００１９】
板バネ３は、排気車室１の外周面で排ガス下流側端部から更に下流側へと延びている。そして、排気ダクト２の外周面で排ガス上流側端部に全周に渡ってリング状に設けられているフランジ２ａの上流側面に、板バネ３の先端部が当接し、板バネ３がタービン外周側へと反った状態となっている。この状態において、排気車室１と排気ダクト２における矢印Ｂで示したタービン軸方向の熱伸縮及び振動を、板バネ３の弾性変形により吸収し、また矢印Ｃで示したタービン半径方向の振動を、板バネ３とフランジ２ａとのスライドにより吸収する構成としている。
【００２０】
なお、排気車室１の内周面で排ガス下流側端部から更に下流側へと、全周に渡って略円筒状のフロースリーブ４が延びており、これは、排ガスが排気車室１と排気ダクト２との隙間に直接流入することなく、排気車室１から排気ダクト２へとスムーズに流れるように導く働きをしている。
【００２１】
図２は、排気エキスパンションを外周側より見た模式図である。板バネ３は、排気車室１の外周面に全周に渡って設けられているが、これは同図（ａ）に示すように、略円筒状の部材に対し下流端から上流側に向かって開けられたスリット３ａを、タービン周方向に所定の間隔で配設するか、或いは同図（ｂ）に示すように、長板状の部材３ｂをタービン周方向にオーバーラップさせつつ配設すると良い。この結果、排気車室１と排気ダクト２を接続した状態で、板バネ３が排気車室１の周りに放射状に延びる構造となる。
【００２２】
但し、同図（ｂ）の構成の方が同図（ａ）の構成よりも、排気車室１と排気ダクト２との間のシール性は良くなる。なお、同図（ａ），（ｂ）の構成に限定されるものでは勿論なく、例えばこれらを組み合わせた構成としても良い。また、板バネ３の材質としては、耐熱性のあるバネ鋼やステンレス鋼等が望ましい。
【実施例２】
【００２３】
図３は、本発明の実施例２に係る排気エキスパンションの構成を模式的に示す部分断面図である。本実施例では、実施例１の構成に加えて、ベローズを設けた構成としている。即ち、同図に示すように、排気車室１の外周面で排ガス下流側端部から更に下流側へと延びる略円環状のベローズ５を設け、その排ガス下流側端部に上述した板バネ３を備えた構成としている。これにより、排気車室１と排気ダクト２におけるタービン軸方向の熱伸縮及び振動を、ベローズ５の弾性変形により更に吸収するようにしている。この結果、板バネ３の撓み量が少なくて済み、その設計に余裕を持たせた構造とすることができる。
【実施例３】
【００２４】
図４は、本発明の実施例３に係る排気エキスパンションの構成を模式的に示す部分断面図である。本実施例では、排気車室１の内周面で排ガス下流側端部に、下流側へ向かうにつれて排気車室１の内径が大きくなるようなテーパ部１ａを設け、排気車室１の下流側端部をバネ性のある薄肉としている。そして、上記図２（ａ）に示したものと同様にして、排気車室１の下流端から上流側に向かって開けられたスリットを、タービン周方向に所定の間隔で配設する構成として、上記板バネと同様の機能を持たせるようにしている。
【００２５】
一方、排気ダクト２の排ガス上流側端部は、上流側へ向かうにつれて排気ダクト２の径が大きくなるような、略円錐状に開いた円錐状部２ｂを設けた構成としている。そして、この開いた部分に排気車室１の排ガス下流側端部を差し込むようにして、排気車室１の排ガス下流側端部を円錐状部２ｂ内周面に当接させ、排気車室１と排気ダクト２を接続している。この場合、排気車室１と排気ダクト２における矢印Ｂで示したタービン軸方向の熱伸縮及び振動、並びに矢印Ｃで示したタービン半径方向の振動を、排気車室１下流側端部の弾性変形、及び排気車室１下流側端部と排気ダクト２の上記円錐状部２ｂ内周面とのスライドにより吸収する構成としている。
【００２６】
なお、テーパ部１ａの代わりに、排気車室１の外周面で排ガス下流側端部に、下流側へ向かうにつれて排気車室１の内径が小さくなるようなテーパ部を設け、排気車室１の下流側端部を薄肉とする構成としても良い。或いは、テーパ部を設ける代わりに、排気車室１の内周面又は外周面を削除して略円筒状の薄肉部分を設けるようにしても良い。その他、以上の構成に加えて、図４に示したように、排気車室１の内周面で排ガス下流側端部から更に下流側へと、全周に渡って上述した略円筒状のフロースリーブ４が延びるようにしても良い。
【実施例４】
【００２７】
図５は、本発明の実施例４に係る排気エキスパンションの構成を模式的に示す部分断面図である。本実施例では、実施例２におけるべローズを設けた構成と、実施例３における円錐状部２ｂを設けた構成とを組み合わせたものである。即ち、同図に示すように、排気車室１には、その外周面で排ガス下流側端部から更に下流側へと延びる略円環状のベローズ５を設け、その排ガス下流側端部に上述した板バネ３を備え、一方、排気ダクト２の排ガス上流側端部は、上流側へ向かうにつれて排気ダクト２の径が大きくなるような、略円錐状に開いた円錐状部２ｂを設けた構成としている。そして、この開いた部分に板バネ３を差し込むようにして、板バネ３の先端部を円錐状部２ｂ内周面に当接させ、排気車室１と排気ダクト２を接続している。
【００２８】
この場合、排気車室１と排気ダクト２における矢印Ｂで示したタービン軸方向の熱伸縮及び振動、並びに矢印Ｃで示したタービン半径方向の振動を、べローズ５と板バネ３の弾性変形、及び板バネ３の先端部と排気ダクト２の上記円錐状部２ｂ内周面とのスライドにより吸収する構成としている。その他、以上の構成に加えて、同図に示したように、排気車室１の内周面で排ガス下流側端部から更に下流側へと、全周に渡って上述した略円筒状のフロースリーブ４が延びるようにしても良い。
【実施例５】
【００２９】
図６は、本発明の実施例５に係る排気エキスパンションの構成を模式的に示す部分断面図である。本実施例では、排気車室１下流側端部の周囲に、その周方向に沿って所定の間隔でエア供給管６が複数箇所設けられている。そして、このエア供給管６から排気車室１内へとシールエアを供給する構成としている。一方、エア供給管６が設けられている部分の排気車室１内側には、排気車室１の内周面との間で所定の隙間を形成する円環７が設けられている。円環７は、その排ガス上流側端部外周縁部に鍔状部７ａが設けられており、これが排気車室１内周面に接続され、排気車室１と円環７との隙間の上流側端部が閉じた状態で、排気車室１に取り付けられている。
【００３０】
エア供給管６から矢印Ｄで示すように排気車室１内へと供給されたシールエアは、排気車室１の内周面と円環７の外周面との間を通って、排気車室１及び円環７の各下流端の間から、矢印Ｅで示すように排ガス下流方向へと噴き出す。噴き出したシールエアは排気ダクト２へとその内周面に沿って導入される。即ち、シールエアは排気車室１の内周面から排気ダクト２の内周面へと流れる。これにより、排気車室１と排気ダクト２との間にエアカーテンが形成され、排ガスが外部へ漏れないようにシールしつつ、排気車室１と排気ダクト２とが非接触で接続される。
【００３１】
ところで、シールエアの供給源としては、例えばガスタービンの圧縮機からの抽気としても良いし、別途圧縮機を設けても良い。また、シール性を確保するために、排ガスの主流よりも高速でシールエアを噴き出すようにする必要がある。一方、排気ダクトの下流側に配置され排ガスが供給される図示しない例えばボイラの効率を保つために、供給するシールエアの温度は排ガス温度と同等である方が良い。その他、排気ダクト２がその振動により、排気車室１に対して最も内側に位置したときでも、シールエアが確実に排気ダクト２へと導入される配置関係であることを要する。
【００３２】
なお、円環７の排ガス下流端は、排ガス流れ方向に関して、排気車室１の排ガス下流端とほぼ同じ位置に揃えられており、これにより、ここからのシールエアが排ガス流れ方向にほぼ真っ直ぐに噴き出すので、効率良くシールすることが可能となる。また、排気ダクト２の内周面で排ガス上流側端部に、上流側へ向かうにつれて排気ダクト２の内径が大きくなるようなテーパ部２ｃを設け、この部分でシールエアを受け入れ可能として、シールエアが排気ダクト２へ導入されやすいようにしている。その他、以上の構成に加えて、同図に示すように、円環７の内周面で排ガス上流側端部から下流側へと、全周に渡って上述した略円筒状のフロースリーブ４が延びるようにしても良い。このことは、以下の各実施例においても同様である。
【実施例６】
【００３３】
図７は、本発明の実施例６に係る排気エキスパンションの構成を模式的に示す部分断面図である。本実施例では、実施例５の構成に加えて、同図に示すように、排気車室１の排ガス下流側端部外周面から全周に渡って更に下流側へと延びる略円環状のシールスリーブ８と、排気ダクト２の排ガス上流側端部外周面から全周に渡って更に上流側へと延びる略円環状のシールスリーブ９とを設けている。
【００３４】
そして、シールスリーブ８の外周面とシールスリーブ９の内周面とを所定の間隔で対向させることにより、この部分に圧力損失を生じさせ、ガスタービン内部と外部の差圧を稼ぐことで、排ガスが排気車室１と排気ダクト２との間から外部へ漏れ難くして、シールエアによるシール性を向上させる構成としている。この結果、シールエアの供給量を相対的に減らすことが可能となる。なお、シールスリーブ８，９の対向させる面は、外周面と内周面が同図と逆でも良い。また、対向する外周面と内周面との所定の間隔は、要求される差圧の値に応じて任意に決定される。
【実施例７】
【００３５】
図８は、本発明の実施例７に係る排気エキスパンションの構成を模式的に示す部分断面図である。本実施例では、実施例６の構成に加えて、同図に示すように、シールスリーブ８，９間にブラシシール１０を設けた構成としている。ブラシシール１０は例えば金属ブラシより成り、一方のシールスリーブから他方のシールスリーブへと延びるものが全周に渡って設けられている。これにより、この部分により大きな圧力損失を生じさせ、ガスタービン内部と外部の差圧をより稼ぐことで、シールエアによるシール性を更に向上させる構成としている。なお、要求される差圧の値に応じて、ブラシシール１０を排ガス流れ方向に何段設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の構成は、ガスタービンに限定されるものではなく、排気ダクトの接続部全般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１に係る排気エキスパンションの構成を示す部分断面図。
【図２】実施例１の排気エキスパンションを外周側より見た模式図。
【図３】本発明の実施例２に係る排気エキスパンションの構成を示す部分断面図。
【図４】本発明の実施例３に係る排気エキスパンションの構成を示す部分断面図。
【図５】本発明の実施例４に係る排気エキスパンションの構成を示す部分断面図。
【図６】本発明の実施例５に係る排気エキスパンションの構成を示す部分断面図。
【図７】本発明の実施例６に係る排気エキスパンションの構成を示す部分断面図。
【図８】本発明の実施例７に係る排気エキスパンションの構成を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１    排気車室
２    排気ダクト
３    板バネ
４    フロースリーブ
５    ベローズ
６    エア供給管
７    円環
８，９シールスリーブ
１０    ブラシシール
【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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