(57)【要約】【課題】排気ダクトの荷重が変動した場合であってもガスタービンのローターへの影響を低減できるようにすることである。【解決手段】排気ダクトサポート２１は、ガスタービン設備の排気ダクト１５の重心位置２４で排気ダクト１５の荷重を支える。フランジ２５は、排気フレーム１４と排気ダクト１５とを締結し排気ダクト１５の横方向の荷重を支える。また、排気エキスパンションジョイント１６は、排気ダクト１５とボイラ入口ダクト１７とを連結し、センターガイドキー２７は、排気ダクト１５の下部の少なくとも１箇所に設けられ、排気ダクト１５の横方向の荷重を支える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの軸流排気を排気フレーム及び排気ダクトを介してボイラ入口側に排出するガスタービン設備において、前記排気ダクトの重心位置で前記排気ダクトの荷重を支える排気ダクトサポートと、前記排気フレームと前記排気ダクトとを締結し前記排気ダクトの横方向の荷重を支えるフランジと、前記排気ダクトとボイラ入口ダクトとを連結する排気エキスパンションジョイントと、前記排気ダクトの下部の少なくとも１箇所に設けられ前記排気ダクトの横方向の荷重を支えるセンターガイドキーとを備えたことを特徴とするガスタービン設備。
【請求項２】
前記排気ダクトサポートは、ガスタービン側からの軸方向変位を吸収して前記排気ダクトを支える構造としたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン設備。
【請求項３】
前記排気ダクトサポートは、排気ダクトの荷重の変動を吸収して前記排気ダクトを支える構造としたことを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン設備。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の排気ダクトサポートを備えた排気ダクトを保持する据付架構上部本体と、前記据付架構上部本体を搭載する据付架構下部本体と、前記据付架構上部本体に設けられ前記排気エキスパンションジョイントを支持する排気エキスパンションジョイント輸送・据付用ビームと、前記据付架構上部本体及び前記据付架構下部本体間に設けられ前記据付架構上部本体の位置を調整して前記排気ダクトの軸方向、軸直角方向、及び鉛直方向の位置を調整するためのジャッキとを備えたことを特徴とするガスタービン設備の据付装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の排気ダクトサポートを備えた排気ダクトを据付架構上部本体で保持し、前記据付架構上部本体に設けられた排気エキスパンションジョイント輸送・据付用ビームで排気エキスパンションジョイントを支持し、前記据付架構上部本体を吊り上げて前記排気ダクトを輸送し、前記排気ダクトを保持した据付架構上部本体を据付架構下部本体に搭載し、前記据付架構上部本体及び前記据付架構下部本体間に設けられたジャッキで前記排気ダクトの軸方向、軸直角方向、及び鉛直方向の位置を調整して前記排気ダクトを据え付けることを特徴とするガスタービン設備の据付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの軸流排気を排気フレーム及び排気ダクトを介してボイラ入口側に排出するガスタービン設備、据付装置及び据付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン設備の排気ダクトとしては、截頭円錐形状の外周面を形成する外側ケーシングの内部に同軸状に、径方向に貫通する貫通孔を設けた内側ケーシングを配設し、外側ケーシングの内周面と内側ケーシングの外周面との間の径方向に接続板を連結して剛性を高めるとともに、接続板の軸方向に貫通孔を設け、高温ガスによる排気ダクトの変形を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、１対の金属製フレーム間に非金属性ベローが取付けられて熱伸びを吸収するダクト用伸縮継手における金属製フレームに周方向の熱伸び差を吸収する波板部を設け、排気ダクト伸縮継手の変形を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
一般に、軸流排気型ガスタービン設備の排気ダクトのサポート構造は、排気ダクト両端部においてサポートするようにしている。すなわち、タービン出口の排気フレームの端部においてフランジでのボルト等による締結により排気ダクトの前側を保持し、排気ダクトの後部は排気ダクト下流側のサポートにより保持されるように構成されている。
【特許文献１】特開平９−１３３０２４号公報
【特許文献２】特開平９−６０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１や特許文献２のものでは、高温ガスによる排気ダクトの変形や排気ダクト伸縮継手の変形は防止できるが、ガスタービンへの影響（荷重低減対策）を低減することについては考慮されていない。
【０００５】
一方、排気ダクトをその両端部においてサポートするものでは、排気ダクトの自重は各々の前後の支持部で受け持つことになり、ガスタービン本体の排気フレームのフランジには排気ダクトの自重の約半分が荷重されることになる。従って、地震や風などの短期荷重が作用した場合、ガスタービン本体へ排気ダクトの短期荷重が作用することとなり、排気フレーム内部の軸受部に排気ダクトの短期荷重が伝達される。
【０００６】
このため、ガスタービンローターを支えている軸受部の位置が変動し、ガスタービンローターのアライメントに影響を及ぼすこととなり、ガスタービンの運転中に地震などの短期荷重が発生した場合、ローター振動が増大してしまう恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、排気ダクトの荷重が変動した場合であってもガスタービンのローターへの影響を低減できるガスタービン設備、据付装置及び据付方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のガスタービン設備は、ガスタービンの軸流排気を排気フレーム及び排気ダクトを介してボイラ入口側に排出するガスタービン設備において、前記排気ダクトの重心位置で前記排気ダクトの荷重を支える排気ダクトサポートと、前記排気フレームと前記排気ダクトとを締結し前記排気ダクトの横方向の荷重を支えるフランジと、前記排気ダクトとボイラ入口ダクトとを連結する排気エキスパンションジョイントと、前記排気ダクトの下部の少なくとも１箇所に設けられ前記排気ダクトの横方向の荷重を支えるセンターガイドキーとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気ダクトサポートの取付け位置を排気ダクトの重心位置付近にするので、排気ダクトの自重のほとんどを排気ダクトサポートで受けることが可能となる。従って、ガスタービンローターの軸受けを支持している排気フレームへの荷重を低減することが可能となり、排気フレームの変形を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン設備の構成図である。吸気プレナム１１で取り込まれた空気は圧縮機１２で圧縮され、ガスタービン本体１３に燃料とともに供給される。ガスタービン本体１３で燃焼した排気ガスは排気フレーム１４、排気ダクト１５及び排気エキスパンションジョイント１６を介してボイラ入口ダクト１７に排出される。
【００１１】
このように、ガスタービン本体１３から排気される流れは軸流方向であり、排気ダクト１５によりボイラ入口ダクト１７に導かれるので、ガスタービン設備は横向きに設置され、基礎１８に対して、前部サポート１９、後部サポート２０、排気ダクトサポート２１、ボイラ入口ダクトサポート２２により支持される。前部サポート１９と後部サポート２０はガスタービンローターを支持する軸受箱２３を保持している。これにより、排気ダクトサポート２１やボイラ入口ダクトサポート２２とは独立して、ガスタービンローターを支持するので安全性が向上する。
【００１２】
図２は、図１の排気ダクト１５部分の一部切欠構成図である。図２に示すように、排気ダクトサポート２１の位置は排気ダクト１５の軸方向の重心位置２４に取り付けられている。このため、排気ダクトサポート２１は排気ダクト１５の全自重が掛かる構造となる。また、排気ダクト１５の上流側の排気フレーム１４との取り合い部分であるフランジ２５での排気ダクト下向き荷重ａと、排気ダクト１５の下流側のボイラ入口ダクト１７との取り合い部分である排気エキスパンションジョイント１６での排気ダクト下向き荷重ｂとが吊り合うこととなり、各々の荷重ａ、ｂは、ほぼゼロの荷重にすることができる。
【００１３】
図３は、図２のＸ１部分の詳細図である。図３に示すように、排気ダクト１５の上流側の排気フレーム１４との取り合い部分では、排気フレーム１４のフランジ２５Ａと排気ダクト１５のフランジ２５Ｂとをボルト・ナット２６で締結する。一方、排気ダクト１５の排気出口側は排気エキスパンションジョイント１６でボイラ入口ダクト１７と取合っている。
【００１４】
図４は図１の矢印Ａでの矢視図である。図４に示すように、排気ダクトサポート２１は排気ダクト１５の両側、つまり左右に取り付けられている。また、排気ダクト１５の下部の軸センター位置には、少なくとも１箇所にセンターガイドキー２７が設けられている。センターガイドキー２７は、排気ダクト１５の設置の際に排気ダクト１５の位置を軸センターにガイドするとともに、設置後には排気ダクト１５を保持し、排気ダクト１５の横方向の荷重を支えることになる。
【００１５】
このように、排気ダクトサポート２１の取付位置は、排気ダクト１５の重心位置付近にするので、排気ダクト１５の自重のほとんどを排気ダクトサポート２１で受けることが可能となり、排気ダクト１５の上流側と取り合う排気フレーム１４のフランジ２５の締結部での鉛直方向荷重をほぼゼロにすることができる。
【００１６】
一方、排気ダクト１５の横方向（軸直角の水平方向）の荷重は、排気ダクト１５の左右の排気ダクトサポート２１に挟まれた軸センターに設置したセンターガイドキー２７と、ガスタービン本体１３側の排気フレーム１４のフランジ２５で締結されたボルト・ナット２６で荷重を受け持つ。このため、排気ダクトサポート２１には横方向の荷重は作用しない。
【００１７】
第１の実施の形態によれば、排気フレーム１４の両端部で鉛直方向荷重をほぼゼロにすることができるので、ガスタービンローターの軸受けを支持している排気フレーム１４への荷重を低減することが可能となる。従って、排気フレーム１４の変形を防止することが可能となる。
【００１８】
また、地震などの短期荷重が発生した場合においても、排気フレーム１４への荷重負荷をゼロにすることが可能となる。これは、排気フレーム１４の内部で保持しているガスタービンローターの振動発生の要因を取り除くことができ、ガスタービンの信頼性を向上させることが可能となる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン設備の一部切欠構成図、図６は図５の矢印Ｂでの矢視図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対し、排気ダクトサポート２１Ａとして、ガスタービン側からの軸方向変位を吸収して排気ダクト１５を支える構造のものを採用したものである。図１乃至図４に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２０】
図５及び図６に示すように、排気ダクトサポート２１Ａの支持構造については、排気ダクト１５との取合い部２８Ａと、基礎１８との取合い部２８Ｂとをそれぞれ回転できるピン支持構造とする。これにより、ガスタービン側からの軸方向変位を吸収して排気ダクト１５を支える構造としている。
【００２１】
第２の実施の形態の排気ダクトサポート２１Ａは、第１の実施の形態の場合と同様に、排気ダクト１５の重心位置２４に取り付けられている。このため、排気ダクトサポート２１Ａは排気ダクト１５の全自重が掛かる構造となる。また、排気ダクト１５の上流側の排気フレーム１４との取り合い部分であるフランジ２５での排気ダクト下向き荷重ａと、排気ダクト１５の下流側のボイラ入口ダクト１７との取り合い部分である排気エキスパンションジョイント１６での排気ダクト下向き荷重ｂとが吊り合うこととなり、各々の荷重ａ、ｂは、ほぼゼロの荷重にすることができる。
【００２２】
また、ガスタービン本体１３の熱伸びによる軸方向の変位量ｃが発生した場合に、排気ダクト１５は排気ダクトサポート２１Ａとの取合い部２８Ａのピン支持構造と、基礎１８との取合い部２８Ｂのピン支持構造により、図７に示すように排気ダクトサポート２１Ａが排気出口側へ倒れこむように変位する。
【００２３】
一方、排気ダクト１５の横方向（軸直角の水平方向）の荷重は、第１の実施の形態の場合と同様に、排気ダクト１５の左右の排気ダクトサポート２１Ａに挟まれた軸センターに設置したセンターガイドキー２７とガスタービン側の排気フレーム１４とのフランジ２５との締結されたボルト・ナット２６で荷重を受け持つ。このため、排気ダクトサポート２１Ａには横方向（軸直角方向）の荷重は作用しない。
【００２４】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、さらに、ガスタービン本体１３側から受ける軸方向変位量ｃが発生した場合に、排気ダクトサポート２１Ａがピン支持構造であるので、排気ダクト１５が下流側へ倒れ込み軸方向変位ｃを吸収することができる。従って、地震などにより、排気フレーム１４の軸方向変位が発生しても軸方向の荷重負荷を緩和できる。
【００２５】
（第３の実施の形態）
図８は本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン設備の一部切欠構成図、図９は図８の矢印Ｃでの矢視図である。この第３の実施の形態は、第２の実施の形態に対し、排気ダクトサポート２１Ｂとして、排気ダクト１５の荷重の変動を吸収して排気ダクト１５を支える構造のものを採用したものである。図５乃至図７に示した第２の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２６】
図８及び図９に示すように、排気ダクトサポート２１Ｂの支持構造については、排気ダクト１５との取合い部と、基礎１８との取合い部２８Ｂとをそれぞれ回転できるピン支持構造とし、さらに排気ダクトサポート２１Ｂの本体部分はスプリング支持構造とし、排気ダクト１５の荷重の変動を吸収し減衰する機能を有するように構成している。
【００２７】
第３の実施の形態の排気ダクトサポート２１Ｂは、第２の実施の形態の場合と同様に、排気ダクト１５の重心位置２４に取り付けられている。このため、排気ダクトサポート２１Ｂは排気ダクト１５の全自重が掛かる構造となる。また、排気ダクト１５の上流側の排気フレーム１４との取り合い部分であるフランジ２５での排気ダクト下向き荷重ａと、排気ダクト１５の下流側のボイラ入口ダクト１７との取り合い部分である排気エキスパンションジョイント１６での排気ダクト下向き荷重ｂとが吊り合ううこととなり、各々の荷重ａ、ｂは、ほぼゼロの荷重にすることができる。
【００２８】
また、ガスタービン本体１３の熱伸びによる軸方向の変位量ｃが発生した場合に、排気ダクト１５は排気ダクトサポート２１Ｂとの取合い部２８Ａのピン支持構造と、基礎１８との取合い部２８Ｂのピン支持構造により、第２の実施の形態における図７と同様に排気ダクトサポート２１Ｂが排気出口側へ倒れこむように変位する。さらに、鉛直方向の短期荷重が作用した場合には、図１０に示すように、排気ダクトサポート２１Ｂのスプリング支持構造により、排気ダクト１５の上下変動荷重２９を吸収減衰させる。
【００２９】
一方、排気ダクト１５の横方向（軸直角の水平方向）の荷重は、第２の実施の形態の場合と同様に、排気ダクト１５の左右の排気ダクトサポート２１Ｂに挟まれた軸センターに設置したセンターガイドキー２７とガスタービン側の排気フレーム１４とのフランジ２５との締結されたボルト・ナット２６で荷重を受け持つ。このため、排気ダクトサポート２１Ｂには横方向（軸直角方向）の荷重は作用しない。
【００３０】
第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態の効果に加え、鉛直方向の短期荷重が作用した場合であっても、排気ダクトサポート２１Ｂのスプリング支持構造により、排気ダクト１５の上下変動荷重２９を吸収減衰させることができる。従って、地震などの短期荷重やガスタービン運転による排気ダクト１５の振動の変動を吸収減衰することが可能となる。
【００３１】
（第４の実施の形態）
図１１は本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン設備の据付装置の構成図、図１２は図１１の矢印Ｄでの矢視図である。第４の実施の形態に係わるガスタービン設備の据付装置は、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に示した排気ダクト１５を輸送・据付けるための据付装置である。
【００３２】
据付装置は、排気ダクトサポート２１を備えた排気ダクト１５を保持する据付架構上部本体３０と、据付架構上部本体３０を搭載する据付架構下部本体３１とから構成される。据付架構上部本体３０は、排気ダクト保持プレート３２により排気ダクト１５を保持している。排気ダクト保持プレート３２は排気ダクト１５の側面部及び下部を据付架構上部本体３０に保持する。また、排気エキスパンションジョイント１６は据付架構上部本体３０に取り付けた排気エキスパンションジョイント輸送・据付用ビーム３３により保持されている。据付架構上部本体３０の上部には、吊り耳３４が取り付けられている。
【００３３】
据付架構下部本体３１は据付架構上部本体３０の下部に設置され、図１１及び図１２に示すように、据付架構上部本体３０及び据付架構下部本体３１間には鉛方向用ジャッキ３５、横方向ジャッキ３６、軸方向ジャッキ３７が取り付けられている。鉛方向用ジャッキ３５、横方向ジャッキ３６、軸方向ジャッキ３７により、据付架構上部本体３０の位置を調整して、排気ダクト１５の軸方向、軸直角方向、及び鉛直方向の位置を調整する。
【００３４】
据付架構上部本体３０と排気ダクト保持プレート３２とにより、排気ダクト１５を分割することなく一体で支持し、吊り耳３４で排気ダクト１５全体を吊り上げて輸送する。また、据付架構下部本体３１に取付けられた鉛方向用ジャッキ３５により排気ダクト１５の鉛直方向の位置調整を行う。同様に、横方向ジャッキ３６では横方向の位置調整を行い、軸方向ジャッキ３７では軸方向の位置調整を行う。さらに、排気エキスパンションジョイント輸送・据付用ビーム３３は、排気エキスパンションジョイント１６を保持した状態で輸送・据付作業を行う。
【００３５】
ここで、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態の排気ダクトサポート２１を備えた排気ダクト１５を採用する場合に、排気ダクトサポート２１の位置が排気ダクト１５の重心位置２４にのみあるため、排気ダクト１５の単独での据付け設置ができない。このため、一体輸送するための架構が必要となる。その場合、ガスタービン本体１３との取り合い位置決めのやボイラ入口ダクト１７との取合いの位置決めを３方向のジャッキ３５、３６、３７により行う。
【００３６】
次に、排気ダクトサポートを備えた排気ダクトの据付方法について説明する。まず、排気ダクトサポート２１を備えた排気ダクト１５を据付架構上部本体３０で保持し、据付架構上部本体３０に設けられた排気エキスパンションジョイント輸送・据付用ビーム３３で排気エキスパンションジョイントを支持する。そして、吊り耳３４で据付架構上部本体３０を吊り上げて排気ダクト１５全体を輸送する。
【００３７】
据付場所には予め据付架構下部本体３１を設置しておき、輸送されてきた排気ダクト１５を保持した据付架構上部本体３０を据付架構下部本体３１に搭載する。排気ダクト１５を保持した据付架構上部本体３０を据付架構下部本体３１に搭載した後に、据付架構上部本体３０及び据付架構下部本体３１との間に設けられたジャッキ３５、３６、３７で、排気ダクト１５の軸方向、軸直角方向、及び鉛直方向の位置を調整して排気ダクト１５を据え付ける。
【００３８】
第４の実施の形態によれば、排気ダクトサポート２１を備えた排気ダクト１５を採用する際に、据付装置で輸送し、３方向のジャッキ３５、３６、３７で据付位置を調整できるので、据付け工期の短縮化が図れるとともに、排気ダクト１５を製作工場で完全一体に製作することが可能になる。従って、分割輸送や排気ダクト１５の現地組立の必要性が無く、排気ダクト１５の製作の品質が向上することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン設備の構成図。
【図２】図１の排気ダクト１５部分の一部切欠構成図。
【図３】図２のＸ１部分の詳細図。
【図４】図１の矢印Ａでの矢視図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン設備の一部切欠構成図。
【図６】図５の矢印Ｂでの矢視図。
【図７】本発明の第２の実施の形態における排気ダクトサポートの機能の説明図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン設備の一部切欠構成図。
【図９】図８の矢印Ｃでの矢視図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における排気ダクトサポートの機能の説明図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン設備の据付装置の構成図。
【図１２】図１１の矢印Ｄでの矢視図。
【符号の説明】
【００４０】
１１…吸気プレナム、１２…圧縮機、１３…ガスタービン本体、１４…排気フレーム、１５…排気ダクト、１６…排気エキスパンションジョイント、１７…ボイラ入口ダクト、１８…基礎、１９…前部サポート、２０…後部サポート、２１…排気ダクトサポート、２２…ボイラ入口ダクトサポート、２３…軸受箱、２４…重心位置、２５…フランジ、２６…ボルト・ナット、２７…センターガイドキー、２８…取合い部、２９…上下変動荷重、３０…据付架構上部本体、３１…据付架構下部本体、３２…排気ダクト保持プレート、３３…排気エキスパンションジョイント輸送・据付用ビーム、３４…吊り耳、３５…鉛方向用ジャッキ、３６…横方向ジャッキ、３７…軸方向ジャッキ
【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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