(57)【要約】【課題】コスト増大、重量増加を抑えつつ、抽気噴出によるダクトプレートの内周面の損傷、および高温の排気ガスに曝されることによる、抽気管とそのサポート構造の損傷の問題を回避することが可能な排気ダクトを提供する。【解決手段】本発明の排気ダクト１００は、排気が主流として流通する筒状をなし、側壁に開口部を有するダクト本体１０１と、ダクト本体の開口部１０１Ｈに外部から接続されて、ダクト本体１０１の径方向内側に向かって抽気を誘導する抽気管１０２と、ダクト本体１０１の内側において、開口部１０１Ｈに対向し、長手方向に延長した抽気管１０２と交差するように配置された天井部１０３Ａ、および、ダクト本体１０１の側壁に固定され、天井部１０３Ａを支持する側部１０３Ｂを有する緩衝板１０３と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気が主流として流通する筒状をなし、側壁に開口部を有するダクト本体と、
前記ダクト本体の開口部に外部から接続されて、前記ダクト本体の径方向内側に向かって抽気を誘導する抽気管と、
前記ダクト本体の内側において、前記開口部に対向し、長手方向に延長した前記抽気管と交差するように配置された天井部、および、前記ダクト本体の側壁に固定され、前記天井部を支持する側部を有する緩衝板と、を備えていることを特徴とする排気ダクト。
【請求項２】
前記ダクト本体の側壁が、内周面側に配置された内板と、外周面側に配置された外板と、両者の間に配置された断熱材とで構成されており、
前記緩衝板の側部が、前記外板の前記断熱材側に固定されてい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】
前記天井部において、長手方向に延長した前記抽気管と交差する領域から離れた位置に、前記天井部を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の排気ダクト。
【請求項４】
前記側部が、前記天井部と前記ダクト本体の側壁とで挟まれた空間を囲む壁状をなし、
前記側部に、前記外板に固定された位置から延びる切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ダクト。
【請求項５】
前記緩衝板の側部の少なくとも一部が、前記天井部と前記ダクト本体の側壁とを連結する棒状の部材で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ダクト。
【請求項６】
前記緩衝板が、複数の部材を連結してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ダクト。
【請求項７】
前記ダクト本体が側壁に複数の開口部を有しており、
前記天井部が、複数の前記開口部のいずれとも対向するように延在していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気ダクト。
【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ダクト等、高温流体を内包する高温ダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの排気ダクトとして、ダクトプレートの外周面（大気側の面）あるいは内周面（排気ガスが通過する側）にセラミックファイバー、ロックウール、グラスウール等の断熱材を貼設した保温ダクトが知られている。こうした排気ダクトには、ガスタービンの起動時等、適宜必要な時期に、空気圧縮機で圧縮された大気の一部（抽気）を誘導する抽気管が付設されている。抽気管は、一端側が排気ダクト内に挿入され、そこに抽気が導入されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０３２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気ダクトに抽気を導入する際、抽気を直接噴射すると、排気ダクト内面（具体的には、断熱材を保持しているプレート、ボルト）に損傷を与える可能性がある。その対策として、抽気管を深部まで挿入し、排気ダクトの内部で抽気の噴射方向が変わるように、抽気管の挿入部分を曲げた構造が提案されている（特許文献１）。抽気管の挿入部分は、支持部材を用いたサポート構造を介して排気ダクトに固定支持されている。
【０００５】
しかしながら、こうしたサポート構造の存在は、製造に要するコスト増大、排気ダクト全体としての重量増加の問題が発生する要因となる。また、排気ダクトの深部まで抽気管を挿入した場合、挿入部分には、抽気管の内外温度差に起因して熱応力損傷が発生することが懸念される。さらに、サポート構造のうち排気ダクト内に設置されている部分には、高温の排気ガスに曝されることによる熱応力損傷が懸念される。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト増大、重量増加を抑えつつ、抽気噴出によるダクトプレートの内周面の損傷、および高温の排気ガスに曝されることによる、抽気管とそのサポート構造の損傷の問題を回避することが可能な排気ダクト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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
【０００８】
（１）本発明の一態様に係る排気ダクトは、排気が主流として流通する筒状をなし、側壁に開口部を有するダクト本体と、前記ダクト本体の開口部に外部から接続されて、前記ダクト本体の径方向内側に向かって抽気を誘導する抽気管と、前記ダクト本体の内側において、前記開口部に対向し、長手方向に延長した前記抽気管と交差するように配置された天井部、および、前記ダクト本体の側壁に固定され、前記天井部を支持する側部を有する緩衝板と、を備えている。
【０００９】
（２）前記（１）に記載の排気ダクトにおいて、前記ダクト本体の側壁が、内周面側に配置された内板と、外周面側に配置された外板と、両者の間に配置された断熱材とで構成されており、前記緩衝板の側部が、前記外板の前記断熱材側に固定されていることが好ましい。
【００１０】
（３）前記（１）または（２）のいずれかに記載の排気ダクトの前記天井部において、長手方向に延長した前記抽気管と交差する領域から離れた位置に、前記天井部を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられていることが好ましい。
【００１１】
（４）前記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の排気ダクトにおいて、前記側部が、前記天井部と前記ダクト本体の側壁とで挟まれた空間を囲む壁状をなし、前記側部に、前記外板に固定された位置から延びる切り欠き部が設けられていることが好ましい。
【００１２】
（５）前記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の排気ダクトにおいて、前記緩衝板の側部の少なくとも一部が、前記天井部と前記ダクト本体の側壁とを連結する棒状の部材で構成されていることが好ましい。
【００１３】
（６）前記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の排気ダクトにおいて、前記緩衝板が、複数の部材を連結してなることが好ましい。
【００１４】
（７）前記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の排気ダクトにおいて、前記ダクト本体が側壁に複数の開口部を有しており、前記天井部が、複数の前記開口部のいずれとも対向するように延在していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の排気ダクトは、ダクト本体に抽気を導入する抽気管とともに、その延長上の領域を含んで延在する緩衝板を備えている。この緩衝板は、導入される抽気を、導入に伴う衝撃を吸収した上で、方向転換させてダクト本体の側壁に沿った方向に誘導する機能を有している。さらに、この緩衝板は、抽気管自体をダクト本体内で引き回し、それをサポートする設備を必要とする従来の構造に比べて、単純な構造を有しており、重量の低減、その施工に要するコストの低減を実現することができる。したがって、本発明の排気ダクトは、当該緩衝板を備えていることにより、ダクトプレートの内周面に対し、抽気が直撃して損傷を及ぼす問題を回避することができ、かつ重量の低減、その施工に要するコストの低減を実現することができる。また、本発明の排気ダクトにおいては、抽気管のサポート構造が不要であり、その損傷の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ダクトを備えたガスタービンの系統図である。
【図２】（ａ）図１のガスタービンの構成を模式的に示す断面図である。（ｂ）図１の排気ダクトのα−α線矢視断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）図１の排気ダクト内に設けられた、第一実施形態に係る緩衝板について、その周辺の構成とともに拡大した斜視図、断面図である。
【図４】図３（ｂ）の緩衝板と排気ダクトとの接続箇所の構成を拡大した断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）第二実施形態に係る緩衝板の構成を模式的に示す斜視図、断面図である。
【図６】第二実施形態の変形例に係る緩衝板の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７】第三実施形態に係る緩衝板の構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】第四実施形態に係る緩衝板の構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）第五実施形態に係る緩衝板の構成を模式的に示す斜視図、断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）第六実施形態に係る緩衝板の構成を模式的に示す斜視図、断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した実施形態に係る排気ダクトについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１８】
＜第一実施形態＞
［排気ダクトの構成］
図１は、本発明の第一実施形態に係る排気ダクト１００を備えた、ガスタービン１０の系統図である。図１に示すように、吸気フィルタ１０４で濾過された大気は、空気圧縮機１０５で圧縮された後、燃焼器１０６で燃焼して高温ガスとなり、タービン１０７へ流入する。これら空気圧縮機１０５、燃焼器１０６、タービン１０７等で単純１軸のガスタービン１０を構成しており、発電機１０８を駆動する。ガスタービン１０の排気ガス（高温流体）は、排気ダクト（高温ダクト）１００を経て煙突１１０から外部へ放出される。また、空気圧縮機１０５で圧縮された大気の一部は、ガスタービン１０の起動時等の所定のタイミングで、抽気管１０２を介して排気ダクト１００の内部に導かれる。
【００１９】
図２（ａ）は、図１のガスタービン１０の主要部の構成を模式的に示す断面図である。図２（ｂ）は、図１の排気ダクト１００のα−α線矢視断面図である。排気ダクト１００は、主に、排気が主流として流通する筒状をなし、側壁に開口部１０１Ｈを有するダクト本体１０１と、ダクト本体の開口部１０１Ｈに外部から接続されて、ダクト本体１０１の径方向内側に向かって抽気を誘導する抽気管１０２と、ダクト本体１０１の内側において開口部１０１Ｈを覆うように配置された緩衝板（フード）１０３と、で構成されている。
【００２０】
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図１の排気ダクト１００内に設けられた緩衝板１０３を含む領域Ｒ１について、緩衝板１０３を、その周辺の構成とともに拡大した斜視図、断面図である。緩衝板１０３は、開口部１０１Ｈに対向し、長手方向１０２Ｌに延長した抽気管１０２と交差し、排気を流す方向１０１Ｌに延在するように配置された略板状の天井部１０３Ａを有している。天井部１０３Ａは、平板状であってもよいが、湾曲させた形状であってもよい。また、緩衝板１０３は、ダクト本体１０１の側壁に固定され、天井部１０３Ａを支持する側部１０３Ｂを有している。
【００２１】
天井部１０３Ａの端部のうち、排気の下流側以外の端部（図３（ａ）では端部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）には、所定の形状（ここでは板状）の側部１０３Ｂが接続されている。天井部１０３Ａは、この側部１０３Ｂを介してダクト本体１０１の側壁に固定されている。
【００２２】
天井部１０３Ａと側部１０３Ｂとは、一体であってもよいし、別体であってもよい。天井部１０３Ａと側部１０３Ｂとの境界部分は、排気の下流側からの平面視において、所定の角度で折れ曲がる形状であってもよいし、滑らかに曲がる形状であってもよい。ここでは、端部１０３ａ、１０３ｃにおいて、天井部１０３Ａと側部１０３Ｂとの境界部分が、それぞれ折れ曲がった形状となっており、下流側からの平面視において、緩衝板１０３が略コの字状となっている場合について例示している。
【００２３】
端部１０３ｄには、側部１０３Ｂが接続されておらず、ダクト本体１０１と緩衝板１０３とで囲まれた空間が開口した状態となっている。開口面積は、抽気管１０２から導入された抽気の流路面積に相当し、抽気管１０２の流路面積以上であるとする。
【００２４】
天井部１０３Ａの延在方向は特に限定されないが、流路内を流れる抽気にかかる圧力を軽減する観点から、流路面積が大きくなるように、天井部１０３Ａは下流側に進むにつれて、ダクト本体１０１の開口部１０１Ｈ側の側壁から離間する方向に、延在していることが好ましい。
【００２５】
図４は、図３（ｂ）の緩衝板１０３とダクト本体１０１の側壁との接続箇所Ｒ２の構成を拡大した断面図である。図４に示すように、ダクト本体１０１の側壁は、内周面側（排気ガスが通過する側）に配置された断熱材保持板（内板）１０１Ａと、外周面側（外気と接する側）に配置されたダクトプレート（外板）１０１Ｂと、両者の間に配置された断熱材１０１Ｃとで構成されている。断熱材１０１Ｃとしては、例えば、セラミックファイバー、ロックウール、グラスウール等が挙げられる。断熱材１０１Ｃは、断熱材保持板１０１Ａおよびダクトプレート１０１Ｂにボルト等で固定されている。
【００２６】
緩衝板の側部１０３Ｂは、外板１０１Ｂの断熱材１０１Ｃ側の面に対し、隅肉溶接等を行って固定されている。この場合の溶接部１０３Ｍは、断熱材１０１Ｃの内部に埋まった状態になるため、緩衝板１０３に対して抽気が噴出される際の噴出反力による熱応力を受けにくくなり、安定性を高めた構造となっている。
【００２７】
抽気管１０２は、ダクト本体の開口部１０１Ｈから内側に突出するように延長された、突出部１０２ａを有していてもよい。この突出部１０２ａを有している場合、ダクト本体１０１の内部に導入された抽気の拡散を抑え、緩衝板の天井部１０３Ａに衝突するように、より確実に抽気を誘導することができる。
【００２８】
以上のように、本実施形態に係る排気ダクトは、ダクト本体に抽気を導入する抽気管とともに、その延長上の領域を含んで延在する緩衝板を備えている。この緩衝板は、導入される抽気を、導入に伴う衝撃を吸収した上で、方向転換させてダクト本体の側壁に沿った方向に誘導する機能を有している。さらに、この緩衝板は、抽気管自体をダクト本体内で引き回し、それをサポートする設備を必要とする従来の構造に比べて、単純な構造を有しており、重量の低減、その施工に要するコストの低減を実現することができる。したがって、本実施形態に係る排気ダクトは、当該緩衝板を備えていることにより、ダクトプレートの内周面に対し、抽気が直撃して損傷を及ぼす問題を回避することができ、かつ重量の低減、その施工に要するコストの低減を実現することができる。また、本発明の排気ダクトにおいては、抽気管のサポート構造が不要であり、その損傷の問題を回避することができる。
【００２９】
＜第二実施形態＞
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第二実施形態に係る排気ダクト内に設けられた緩衝板２０３を、その周辺の構成とともに拡大した斜視図、断面図である。
【００３０】
本実施形態の緩衝板２０３には、天井部２０３Ａにおいて、長手方向２０２Ｌに延長した抽気管２０２と交差する領域から離れた位置に、天井部２０３Ａを厚さ方向に貫通する貫通孔２０３Ｈが設けられている。その他の構成については、第一実施形態の排気ダクト１００の構成と同様である。
【００３１】
本実施形態の排気ダクトによれば、緩衝板２０３で囲まれた空間に導入された抽気Ｓを、下流側の開口部２０３Ｄからだけでなく、貫通孔２０３Ｈからも排出することができる。そのため、緩衝板２０３が受ける噴出反力の向きが分散し、緩衝板２０３（側部２０３Ｂ）の固定部（溶接部）２０３Ｍにかかる噴出反力のダメージを軽減させることができ、排気設備としての信頼性を高めることができる。
【００３２】
図６は、第二実施形態の変形例に係る緩衝板２１３を、長手方向（抽気を流す方向）に垂直に切断した場合の断面図である。本例では、緩衝板２１３で囲まれる空間において、天井部２１３Ａの下に、複数の貫通孔２１４Ｈを有する多孔板２１４が設置されている。多孔板２１４の枚数については特に限定されない。
【００３３】
多孔板２１４は、その厚さ方向に通り抜けようとする抽気に対して所定の圧力損失を与えることができる。したがって、本例のように多孔板２１４が設置されていることにより、天井部の貫通孔２１３Ｈから外部に流出する抽気は、より多くの圧力損失を受けたものとなる。そして、噴出される抽気が圧力損失を受けた分、緩衝板２１３が受ける噴出反力が小さくなるため、固定部２１３Ｍにかかる噴出反力のダメージを軽減させることができ、排気設備としての信頼性を高めることができる。
【００３４】
＜第三実施形態＞
図７は、本発明の第三実施形態に係る排気ダクトに設けられた緩衝板３０３を、その周辺の構成とともに拡大した斜視図である。
【００３５】
本実施形態の緩衝板３０３では、側部３０３Ｂが、天井部３０３Ａとダクト本体３０１の側壁とで挟まれた空間を囲む壁状をなしている。そして、壁状の側部３０３Ｂに、ダクト本体３０１（より詳細には外板）に固定された位置３０３Ｍから延びる、切り欠き部３０５が設けられている。図７では、切り欠き部３０５が、抽気Ｓの流れに沿って延びる側部３０３Ｂに設けられている場合について例示しているが、抽気Ｓの流れと反対側（背面側）に位置する側部３０３Ｂに設けられていてもよい。切欠き部３０５の切欠き底（ダクト本体３０１側の部分）は、丸みを帯びていることが好ましい。その他の構成については、第一実施形態の排気ダクト１００の構成と同様である。
【００３６】
ダクト本体３０１の内部にある緩衝板３０３は、高温の排気ガスに曝されて熱伸びしやすいのに対し、緩衝板３０３を固定するダクト本体３０１の外板は、断熱材で覆われており、熱伸びしにくい。そのため、ダクト本体３０１と緩衝板３０３（側部３０３Ｂ）との間で、熱伸び差による熱応力が発生し、両者の固定部（溶接部）３０３Ｍが損傷する虞がある。
【００３７】
ところが、本実施形態の排気ダクトによれば、固定部に接続された切り欠き部３０５において、ダクト本体３０１と緩衝板３０３との間の熱伸び差を切欠き部で吸収することで、溶接部の熱応力の発生が抑えられるため、このような問題を回避することができる。
【００３８】
＜第四実施形態＞
図８は、本発明の第四実施形態に係る排気ダクトに設けられた緩衝板４０３を、その周辺の構成とともに拡大した斜視図である。
【００３９】
本実施形態の緩衝板４０３では、緩衝板の側部４０３Ｂの少なくとも一部が、天井部４０３Ａとダクト本体４０１の側壁とを連結する棒状の部材で構成されている。天井部４０３Ａの少なくとも一部を棒状の部材で支持することになるため、安定性の観点から、棒状の部材は、抽気Ｓの流路の中心線Ｃを挟んだ対称な位置に、それぞれ同程度の数が配置されていることが好ましい。図８では、抽気Ｓの流れと反対側（背面側）に位置する側部３０３Ｂが壁状になっている場合を例示しているが、この部分が棒状になっていてもよい。その他の構成については、第一実施形態の排気ダクト１００の構成と同様である。
【００４０】
本実施形態の緩衝板４０３では、天井部４０３Ａとダクト本体４０１との間に隙間が形成されるため、この隙間を利用することにより、ダクト本体３０１を構成する段熱材等の施行が容易となる。
【００４１】
＜第五実施形態＞
図９（ａ）は、本発明の第五実施形態に係る排気ダクトに設けられた緩衝板５０３を、その周辺の構成とともに拡大した斜視図である。
【００４２】
本実施形態の緩衝板５０３は、複数の部材を連結してなる。すなわち、緩衝板５０３は、複数に分割することが可能である。ここでは、４つの部材を連結してなる場合を例示しているが、連結する部材の数が限定されることはない。その他の構成については、第一実施形態の排気ダクト１００の構成と同様である。
【００４３】
図９（ｂ）は、図９（ａ）の緩衝板５０３のγ−γ線矢視断面図であり、部材同士の連結部分の構成例を示している。部材同士の連結方法については特に限定されないが、例えば、連結する２つの部材の一端側同士を重ね、重なった部分に対して一方からボルト５０６を貫通させ、重なった部分の他方から、貫通したボルト５０６にナット５０７を締め付けることによって行うことができる。
【００４４】
本実施形態の排気ダクトによれば、緩衝板５０３を構成する部材同士の連結部分において、ダクト本体５０１と緩衝板５０３との間の熱伸び差を連結部分で吸収でき、熱応力の発生が抑えられるため、上述した固定部（溶接部）５０３Ｍの損傷の問題を回避することができる。
【００４５】
＜第六実施形態＞
図１０（ａ）は、第六実施形態に係る緩衝板６０３とその周辺の構成を、模式的に示す斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の緩衝板６０３とその周辺の構成のδ−δ線矢視断面図である。
【００４６】
本実施形態では、ダクト本体６０１が側壁に複数の開口部６０１Ｈを有しており、天井部６０３Ａが、それら複数の開口部６０１Ｈのいずれとも対向するように延在している。その他の構成については、第一実施形態の排気ダクト１００の構成と同様である。
【００４７】
本実施形態によれば、ダクト本体に複数の抽気管が接続されている場合であっても、複数の開口部を覆う緩衝板を１回の施工（溶接）で設置することができ、それぞれの開口部６０１Ｈに１つずつ緩衝板を設置する場合に比べて、工数を削減することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００・・・排気ダクト
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１・・・ダクト本体
１０１Ａ・・・断熱材保持板、１０１Ｂ・・・ダクトプレート
１０１Ｃ・・・断熱材
１０１Ｈ・・・開口部
１０１Ｌ・・・排気を流す方向
１０２、２１２・・・抽気管
１０２ａ・・・突出部
１０２Ｌ・・・抽気管の長手方向
１０３、２０３、２１３、３０３、４０３、５０３・・・緩衝板
１０３Ａ、２０３Ａ、３０３Ａ、４０３Ａ、５０３Ａ・・・天井部
１０３Ｂ、２０３Ｂ、２１３Ｂ、３０３Ｂ、４０３Ｂ、５０３Ｂ・・・側部
１０３Ｍ、２０３Ｍ、３０３Ｍ、５０３Ｍ・・・溶接部
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ・・・天井部の端部
２０３Ｄ・・開口部
２０３Ｈ、２１３Ｈ・・・貫通孔
２１４・・・多孔板
２１４Ｈ・・・貫通孔
３０５・・・切り欠き部
５０６・・・ボルト
５０７・・・ナット
Ｃ・・・中心線
Ｓ・・・抽気
【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】
2019100230.tif 000007
【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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