(57)【要約】【課題】タービンダクト（１２０）と排出ダクト（１４０）との間で使用するための膨張継手（１００）を提供する。【解決手段】本膨脹継手（１００）は、タービンダクト（１２０）に取付けられたフランジ（１３０）と、排出ダクト（１４０）に取付けられかつフランジ（１３０）に向かって延びる複数のプレート（１７０）とを含むことができる。プレート（１７０）及びフランジ（１３０）は、それらの間にギャップ（２１０）を含み、ギャップ（２１０）は、タービンダクト（１２０）が低温である時よりも該タービンダクト（１２０）が高温である時により狭くなる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンダクト（１２０）と排出ダクト（１４０）との間で使用するための膨張継手（１００）であって、
前記タービンダクト（１２０）に取付けられたフランジ（１３０）と、
前記排出ダクト（１４０）に取付けられかつ前記フランジ（１３０）に向かって延びる複数のプレート（１７０）と、を含み、
前記複数のプレート（１７０）及びフランジ（１３０）が、それらの間にギャップ（２１０）を含み、
前記ギャップ（２１０）が、前記タービンダクト（１２０）が低温である時よりも該タービンダクト（１２０）が高温である時により狭くなる、
膨張継手（１００）。
【請求項２】
前記タービンダクト（１２０）と前記排出ダクト（１４０）との間に配置された可撓性要素（１１０）をさらに含む、請求項１記載の膨張継手（１００）。
【請求項３】
前記可撓性要素（１１０）が、ニッケル基合金を含む、請求項２記載の膨張継手。
【請求項４】
前記可撓性要素（１１０）が、前記フランジ（１３０）に取付けられる、請求項２記載の膨脹継手。
【請求項５】
前記複数のプレート（１７０）が、チタン又はニオブによって安定化されたオーステナイト鋼を含む、請求項１記載の膨脹継手。
【請求項６】
前記複数のプレート（１７０）が、その中に複数の開口（１８０）を含む、請求項１記載の膨脹継手（１００）。
【請求項７】
前記複数のプレート（１７０）が、前記複数の開口（１８０）内部に配置されたボルト（１９０）によって前記排出ダクト（１４０）に取付けられ、前記複数の開口（１８０）が、前記複数のボルト（１９０）よりも大きい、請求項６記載の膨脹継手（１００）。
【請求項８】
前記ギャップ（２１０）が、前記タービンダクト（１２０）が低温である時にその幅が７６．２〜１７７．８ミリメートル（３〜７インチ）となり、また前記タービンダクト（１２０）が高温である時にその幅が１２．７〜２５．４ミリメートル（０．５〜１インチ）となることができる、請求項１記載の膨脹継手（１００）。
【請求項９】
前記タービンダクト（１２０）が、前記複数のプレート（１７０）に向かって膨脹する、請求項１記載の膨脹継手（１００）。
【請求項１０】
タービンダクト（１２０）が低温である時に排出ダクト（１４０）から流体を排出するのを可能にすると同時に、前記タービンダクト（１２０）が高温である時に滑らかな空気力学的移行部を形成する方法であって、
前記タービンダクト（１２０）との間にギャップ（２１０）を形成するように前記排出ダクト（１４０）上に複数のプレート（１７０）を配置する段階と、
前記タービンダクト（１２０）を加熱する段階と、
前記ギャップ（２１０）を狭くするように前記複数のプレート（１７０）に向かって前記タービンダクト（１２０）を膨脹させる段階と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはガスタービンに関し、より具体的にはタービンダクトとディフューザダクトとの間に又は他の場所に使用するための膨張継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、タービンダクトフランジとディフューザダクトとの間に配置した膨脹継手を有することができる。ディフューザダクトは、排出ガスを膨脹させて最適な空気力学的圧力回復を達成することによって、全体としてタービンに性能上の利点をもたらす。殆どのタービンダクトが、高温で作動しかつ機械加工された構造体であるのに対して、殆どのディフューザダクトは、内部絶縁されかつ比較的低温であるより低価格の組立ケーシングである。この結合部における温度上の不一致のために、一般的に膨脹継手を使用して、これら構成部品間の大きな相対的変位を吸収する。
【０００３】
公知の膨脹継手は、多くの形態を採ることができる。比較的大きな軸方向、垂直方向及び横方向移動が予測される場合に、膨脹継手は、垂直方向に取付けた可撓性要素を備えた状態で設計することができる。この種の設計は、タービンダクト後方フランジとディフューザダクト前方フランジとの間に垂直方向のオフセットを必要とする。このオフセットにより、可撓性の垂直方向要素の各端部を取付けるための場所が得られ、また水洗浄流体及び／又は誤った始動後にディフューザに流入する可能性がある液体燃料のための回収トラフが形成される。
【０００４】
しかしながら、開口トラフは、流路において不連続部を惹起し、全体的タービン性能及び熱消費率に悪影響を及ぼす圧力損失が生じる可能性がある。さらに、燃焼システムから完全に排出しない液体燃料は、排出ディフューザダクト内に流れ込むことになる。適正に排出されない場合、液体燃料は、絶縁体に浸み込み、ガスタービンが始動した時に火災危険の状態になる可能性がある。同様に、タービン水洗浄による水は、膨脹継手絶縁体に流入し、地上に流れ出る可能性がある。この排出問題に対処するために、これ迄はタービンフランジに対して流れ遮蔽体をボルト止めして、可撓性要素を保護するようにしてきた。しかしながら、流れ遮蔽体は、高い過渡熱応力に直面しなければならず、圧力振動からの全体的保護が得られない。その結果、流れ遮蔽体は一般的に、高コスト材料で製作しなければならない。
【特許文献１】米国特許第６，０６５，７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、内部絶縁体に対する損傷を抑制しながら排出ディフューザダクトに流入する液体の排出を可能にすることになる改良型のタービン膨脹継手に対する要望が存在する。膨脹継手は、ダクト間に滑らかな空気力学的移行部を形成するのが好ましい。さらに、膨脹継手は、取付け及び保守整備するのが容易な低コスト製造方法及び材料で製作することができるのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本出願は、タービンダクトと排出ダクトとの間で使用するための膨脹継手を提供する。本膨脹継手は、タービンダクトに取付けられたフランジと、排出ダクトに取付けられかつフランジに向かって延びる多数のプレートとを含むことができる。プレート及びフランジは、それらの間にギャップを含むことができ、ギャップは、タービンダクトが低温である時よりも該タービンダクトが高温である時により狭くなる。
【０００７】
膨脹継手はさらに、タービンダクトと排出ダクトとの間に配置された可撓性要素を含むことができる。可撓性要素は、ニッケル基合金とすることができる。可撓性要素は、フランジに取付けることができる。
【０００８】
プレートは、チタン又はニオブによって安定化されたオーステナイト鋼を含むことができる。プレートは、開口内部に配置されたボルトによって排出ダクトに取付けられる。開口は、ボルトよりも大きい。
【０００９】
ギャップは、タービンダクトが低温である時にその幅が約３〜約７インチ（約７６．２〜約１７７．８ミリメートル）となり、またタービンダクが高温である時にその幅が約０．５〜１インチ（約１２．７〜約２５．４ミリメートル）となることができる。タービンダクトは、プレートに向かって膨脹する。
【００１０】
本出願はさらに、タービンダクトが低温である時に排出ダクトから流体を排出するのを可能にすると同時に、該タービンダクトが高温である時に滑らかな空気力学的移行部を形成する方法について記述する。本方法は、タービンダクトとの間にギャップを形成するように排出ダクト上に幾つかのプレートを配置する段階と、タービンダクトを加熱する段階と、ギャップを狭くするようにプレートに向かってタービンダクトを膨脹させる段階とを含む。タービンダクトを膨脹させる段階は、ギャップを約４．５インチ（約１１４．３ミリメートル）から約０．７５インチ（約１９．０５ミリメートル）まで狭くする段階を含むことができる。
【００１１】
本出願はさらに、第１のダクトと第２のダクトとの間で使用するための膨脹継手を提供することができる。本膨脹継手は、第２のダクトに取付けられかつ第１のダクトに向かって延びる幾つかのプレートを含むことができる。プレート及び第１のダクトは、それらの間にギャップを含むことができ、ギャップは、第１のダクトが低温である時よりも該第１のダクトが高温である時により狭くなる。
【００１２】
プレートは、チタン又はニオブによって安定化されたオーステナイト鋼を含むことができる。ギャップは、第１のダクトが低温である時にその幅が約３〜約７インチ（約７６．２〜約１７７，８ミリメートル）となり、また第１のダクトが、高温である時にその幅が約０．５インチ〜約１インチ（約１２．７〜約２５．４ミリメートル）となることができる。第１のダクトは、プレートに向かって膨脹する。第１のダクトは、フランジを含むことができ、プレートは、フランジに向かって延びる。
【００１３】
膨脹継手はさらに、第１のダクトと第２のダクトとの間に配置された可撓性要素を含むことができる。可撓性要素は、ニッケル基合金を含むことができる。
【００１４】
プレートは、その中に幾つかの開口を含むことができる。プレートは、開口内部に配置されたボルトによって第２のダクトに取付けられ、開口は、幾つかのボルトよりも大きい。
【００１５】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、いくつかの図面及び特許請求の範囲と関連してなされた以下の詳細な説明を精査することにより当業者には明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、幾つかの図全体を通して同じ符号が同様の要素を示す図面を参照すると、図１〜図３は、本明細書で説明する膨脹継手を示す。膨脹継手１００は、可撓性要素１１０を含むことができる。可撓性要素１１０は事実上、互いに接合された幾つかの比較的薄い可撓性プレートとすることができる。具体的には、可撓性要素１１０は、様々な厚さの幾つかのインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）プレートを有することができる。（インコネルは、高い耐酸化性及び耐食性を有するニッケル基超合金である。インコネル合金は、ニューヨーク州ニューハートフォード所在のＳｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されている。）ここでは、他のタイプの可撓性材料又は類似の材料を使用することもできる。
【００１７】
図示するように、可撓性要素１１０は、タービンダクト１２０の一端部上に取付けることができる。タービンダクト１２０は、従来型の設計のものとすることができる。可撓性要素１１０は、半径方向フランジ１３０において又は類似の位置においてタービンダクト１２０に取付けることができる。可撓性要素１１０は、幾つかのファスナによって半径方向フランジ１３０に取付けることができる。可撓性要素１１０はまた、他端部においてディフューザダクト１４０に取付けることができる。ディフューザダクト１４０は、従来型の設計のものとすることができる。ここでは、他のタイプの排出ダクトを使用することもできる。可撓性要素１１０は、ディフューザダクト１４０上の一対のフランジ１５０内に又は類似の位置に配置することができる。ディフューザダクト１４０の対をなすフランジ１５０の周りに、ドレントラフ１６０又は類似のタイプの構造を配置することができる。
【００１８】
膨脹継手１００はさらに、幾つかのセグメントプレート１７０を含むことができる。セグメントプレート１７０は、チタン又はニオブによって安定化されたオーステナイト鋼から製作することができる。実施例には、第３２１及び第３４７等級ステンレス鋼又は同様なタイプの材料が含まれる。プレート１７０は、容易に利用できる製造方法及び部品を使用して製作しかつ取付けることができる。セグメントプレート１７０は、膨脹継手１００の下流側上にボルト止めすることができる。具体的には、プレート１７０は、ディフューザダクト１６０に対してボルト止めすることができる。プレート１７０は、幾つかのオーバサイズ開口１８０を含むことができる。プレート１７０は、幾つかのボルト１９０によってまたオーバサイズワッシャ２００を用いてディフューザダクト１４０に対してボルト止めすることができる。ここでは、他のタイプの取付け手段を使用することもできる。プレート１７０は、ディフューザダクト１４０からタービンダクト１２０の半径方向フランジ１３０に向かって外向きに延びる。
【００１９】
使用中、プレート１７０内部の開口１８０は、該プレート１７０が円周方向及び軸方向に熱膨張するが、依然として幾つかのボルト１９０によりディフューザダクト１４０に対してしっかりと固定された状態に維持されるのを可能にする。ディフューザダクト１４０は一般的に内部絶縁されるので、プレート１７０は、良好に減衰した表面に取付けられ、流れ励振により又は類似の原因により過剰な振動を受けることはない筈である。
【００２０】
膨脹継手１００が低温でありかつタービンが作動していない時に、プレート１７０と半径方向フランジ１３０との間の流路内にギャップ２１０が存在する。ギャップ２１０は、誤ったスタートが発生した場合に、液体燃料の排出を可能にする。同様に、タービン洗浄からの水も、排出することができる。しかしながら、ガスタービンが作動しかつ高温になっている時には、タービンダクト１２０は、熱膨張することになる。その結果、タービンダクト１２０の半径方向フランジは、ディフューザダクト１４０に向かって後方に移動することになる。従って、半径方向フランジ１３０とプレート１７０との間のギャップ２１０は、滑らかな空気力学的移行部を形成するように狭くなる。ギャップ２１０が閉じられると、可撓性要素１１０もまた、圧力変動から保護される。
【００２１】
ギャップ２１０は、タービンダクト１２０が低温である時にその幅が約３〜約７インチ（約７６．２〜約１７７．８ミリメートル）となることができ、またタービンダクト１２０が高温である時に約０．５〜約１インチ（約１２．７〜約２５．４ミリメートル）となることができる。ここでは、他の寸法を使用することもできる。図２は、右の高温位置及び左の低温位置における半径方向フランジ１３０を示す。
【００２２】
従って、本明細書に記載した膨脹継手は、滑らかな空気力学的移行部を形成する。この滑らかな空気力学的移行部は、圧力振動からの保護を行いながらシステム圧力回復を最大にする。プレート１７０は、タービンダクト１２０のフランジ１３０とディフューザダクト１４０との間の比較的大きな変位を吸収することができる。従って、膨脹継手１００は全体として、ガスタービン１２０とディフューザダクトとの間の熱膨張による大きな相対的軸方向、垂直方向及び横方向変位に対処することができる。プレート１７０はまた、流れ励振を受けない。さらに、ギャップ２１０は、ディフューザダクト１４０に流入する可能性がある全ての液体を排出する信頼性がある方法を提供する。
【００２３】
以上の説明は、単に本出願の好ましい実施形態のみに関するものであること、また特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的な技術思想及び技術的範囲から逸脱することなしに、当業者が本発明において数多くの変更及び改良を行うことができることは当然明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本明細書に説明する、ガスタービン排出ダクトと隣接するディフューザダクトとの間に配置された膨脹継手を示す部分側面図。
【図２】図１の膨脹ダクトの側部平面図
【図３】図１の膨脹継手のプレートの前部斜視図。
【符号の説明】
【００２５】
１００  膨脹継手
１１０  可撓性要素
１２０  タービンダクト
１３０  半径方向フランジ
１４０  ディフューザダクト
１５０  フランジ
１６０  ドレントラフ
１７０  プレート
１８０  開口
１９０  ボルト
２００  ワッシャ
２１０  ギャップ
【図１】
2008064092.tif 000003
【図２】
2008064092.tif 000004
【図３】
2008064092.tif 000005