(57)【要約】【課題】可撓性と剛性とを持たせて耐久性を向上させた伸縮継ぎ手を提供することにある。【解決手段】異なる部材間に配置されるブーツ１１と、ブーツ１１を一方の部材に支持する第１の支持具１４と、ブーツ１１を他方の部材に支持する第２の支持具１６と、ブーツ１１、および第１、第２の支持具１４，１６にて囲まれる領域内に充填される断熱材１８と、前記領域を閉塞するボトムシール２０とを有して、前記異なる部材間の変位を吸収する伸縮継ぎ手１０であって、ボトムシール２０が、ブレード２１を有することで、ブレード２１により、局所的な変形を抑制して、伸縮時の変形を吸収できるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる部材間に配置されるブーツと、前記ブーツを一方の部材に支持する第１の支持具と、前記ブーツを他方の部材に支持する第２の支持具と、前記ブーツ、および前記第１、第２の支持具にて囲まれる領域内に充填される断熱材と、前記断熱材を前記領域内に密閉する密閉材とを有して、前記異なる部材間の変位を吸収する伸縮継ぎ手であって、
前記密閉材は、ブレードを有した
ことを特徴とする伸縮継ぎ手。
【請求項２】
請求項１に記載された伸縮継ぎ手であって、
前記密閉材が細メッシュをさらに有する
ことを特徴とする伸縮継ぎ手。
【請求項３】
請求項２に記載された伸縮継ぎ手であって、
前記細メッシュが前記ブレードに沿って配置される
ことを特徴とする伸縮継ぎ手。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載された伸縮継ぎ手であって、
前記細メッシュが前記ブレードと前記耐熱材との間に配置される
ことを特徴とする伸縮継ぎ手。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載された伸縮継ぎ手であって、
前記ブレードが２層からなり、この層間に前記細メッシュが配置される
ことを特徴とする伸縮継ぎ手。
【請求項６】
圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気が供給され燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器で生成された燃焼ガスが導入されるタービンと、タービンで仕事を終えた排気ガスを排気する排気室とを備えたガスタービンであって、
前記排気室は、前記排気ガスの流通方向上流側に配置される前部排気室と、前記排気ガスの流通方向下流側に配置される後部排気室とを有し、前記前部排気室と前記後部排気室とを請求項１乃至５の何れかに記載の伸縮継ぎ手にて連結した
ことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮継ぎ手およびガスタービンに関し、特に高温となる各種プラントなどのダクト類の連結部に用いて好適な伸縮継ぎ手に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、運転状態により熱変位が発生しており、ガスタービンからの排気ガスを排気する排気室を、排気ガスの流通方向上流側の前部排気室と排気ガスの流通方向下流側の後部排気室との２室にすると共に、前記前部排気室と前記後部排気室とを伸縮継ぎ手にて連結することで前記熱変位を吸収するようにしている。
【０００３】
上述した伸縮継ぎ手は、例えば、図６（ａ）に示すように、排気室（図示せず）の外側（外側周）に配置され、前記排気室の外側に向かって凸状に形成されたブーツ１０１と、ブーツ１０１の一端側が図示しないボルトおよびナットなどで固定されるフランジ１０２ａを一端に有し、ブーツ１０１を支持する第１のフレーム１０２と、第１のフレーム１０２の他端を図示しない前部排気室側に固定する第１の固定具１０３と、ブーツ１０１の他端側が図示しないボルトおよびナットなどで固定されるフランジ１０４ａを一端に有し、ブーツ１０１を支持する第２のフレーム１０４と、第２のフレーム１０４の他端を図示しない後部排気室側に固定する第２の固定具１０５と、ブーツ１０１および第１，第２のフレーム１０２，１０４で囲まれる領域内に充填される断熱材１０６と、断熱材１０６を前記領域内に密閉する密閉材であるボトムシール１１０とを有する。
【０００４】
ボトムシール１１０は、図６（ｂ）に示すように、厚さが０．１ｍの金属箔１１１と、金属箔１１１の両面に配置される金網フェンス１１２ａ，１１２ｂとからなる第１の層１１３と、第１の層１１３の排気室側に配置される細メッシュ（第２の層）１１４とを有し、その両側部がそれぞれ固定板１１５ａ，１１５ｂにて固定されている。なお、金網フェンス１１２ａ，１１２ｂが有する孔は、細メッシュ１１４が有する孔よりも大きく形成されている。第１の層１１３の金属箔１１１により、断熱材１０６の前記領域から前記排気室側への脱落が防止されている。細メッシュ１１４により金属箔１１１の破損時の断熱材１０６の脱落を防止して、ボトムシール１１０の信頼性を向上させている。また、フェンス１１２ａ，１１２ｂにより、金属箔１１１と、細メッシュ１１４および断熱材１０６とが擦れることによる金属箔１１１の摩耗を防いでいる。このような構成のボトムシール１１０とすることで、交換寿命を長くして、伸縮継ぎ手１００の信頼性を向上させている。
【０００５】
また、上述した伸縮継ぎ手として、特許文献１に記載されたエキスパンションジョイントがある。このエキスパンションジョイントは、ガスタービンの連結部に取り付けられ、前記ガスタービンの外径側に配置されたブーツと、前記ブーツに圧縮されて充填された断熱材と、前記ガスタービンの内径側に配置され、前記ガスタービンの連結部を連結して取り付けられた断熱材抜け止めシールとを有し、前記断熱材抜け止めシールにより前記断熱材の脱落を防止している。この断熱材抜け止めシールは、内径側の金属性メッシュと外径側のガラスクロスとの積層から構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０８５０２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、上述した伸縮継ぎ手およびエキスパンションジョイントでは、前記ブーツにより連結部の熱変位を吸収することができるものの、前記ボトムシールは前記伸縮継ぎ手および前記エキスパンションジョイントの変位に追従することができず、前記ボトムシールが損傷し、排気室側の熱が断熱材を通過して耐熱性の低いブーツまで到達して、前記ブーツ自体が損傷してしまい、前記伸縮継ぎ手およびエキスパンションジョイントとしての機能である、連結部の熱変位を吸収することができなくなってしまう可能性があった。
【０００８】
すなわち、ボトムシールに用いられる部材（金属箔１１１、前記金属メッシュ）は剛性を有しないため、施工、および運用（起動・停止）に伴う伸縮による過大な変形（しわ）が局所的に発生し当該箇所に極めて高い応力が発生している。これにより、前記箇所が疲労損傷して破れ、当該箇所から内部断熱材が脱落して、前記排気室側から前記ブーツまで到達するヒートパス（伝熱経路）が作られ、高温ガスが耐熱性の低いブーツまで到達することによって、前記ブーツが損傷して、前記連結部にて熱変位を吸収できなくなってしまう可能性があった。
【０００９】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、可撓性と剛性とを持たせて耐久性を向上させた伸縮継ぎ手およびガス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】
【００１０】
上述した課題を解決する第１の発明に係る伸縮継ぎ手は、異なる部材間に配置されるブーツと、前記ブーツを一方の部材に支持する第１の支持具と、前記ブーツを他方の部材に支持する第２の支持具と、前記ブーツ、および前記第１、第２の支持具にて囲まれる領域内に充填される断熱材と、前記断熱材を前記領域内に密閉する密閉材とを有して、前記異なる部材間の変位を吸収する伸縮継ぎ手であって、前記密閉材が、ブレードを有したことを特徴とする。
【００１１】
上述した課題を解決する第２の発明に係る伸縮継ぎ手は、第１の発明に記載された伸縮継ぎ手であって、前記密閉材が細メッシュをさらに有することを特徴とする。
前記細メッシュとしては、８０メッシュ以上の網目を有する網状部材が挙げられる。
【００１２】
上述した課題を解決する第３の発明に係る伸縮継ぎ手は、第２の発明に記載された伸縮継ぎ手であって、前記細メッシュが前記ブレードに沿って配置されることを特徴とする。
【００１３】
上述した課題を解決する第４の発明に係る伸縮継ぎ手は、第２または第３の発明に記載された伸縮継ぎ手であって、前記細メッシュが前記ブレードと前記耐熱材との間に配置されることを特徴とする。
【００１４】
上述した課題を解決する第５の発明に係る伸縮継ぎ手は、第２または第３の発明に記載された伸縮継ぎ手であって、前記ブレードが２層からなり、この層間に前記細メッシュが配置されることを特徴とする。
【００１５】
上述した課題を解決する第６の発明に係るガスタービンは、圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気が供給され燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器で生成された燃焼ガスが導入されるタービンと、タービンで仕事を終えた排気ガスを排気する排気室とを備えたガスタービンであって、前記排気室は、前記排気ガスの流通方向上流側に配置される前部排気室と、前記排気ガスの流通方向下流側に配置される後部排気室とを有し、前記前部排気室と前記後部排気室とを第１乃至第５の何れかの発明に記載の伸縮継ぎ手にて連結したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る伸縮継ぎ手によれば、密閉材がブレードを有することで、前記密閉材に可撓性と剛性とを具備させることができる。すなわち、ブレード自体が一つ一つの素線または板で構成されるため、伸縮時に素線同士または板同士の組み編み角度が調整されて変位を吸収することができる一方、ブレード自体が十分な厚みを有しており、局所的な変形を抑制することができる。その結果、伸縮継ぎ手が変形した時にボトムシールへの過大な応力発生を抑制でき、密閉材の交換寿命を長くして、伸縮継ぎ手の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
密閉材が細メッシュをさらに有することにより、当該密閉材自体の剛性が向上し、密閉材の交換寿命を長くして、伸縮継ぎ手の信頼性をさらに向上させることができる。細メッシュがブレードに沿って配置されることにより、前記細メッシュ自体の局所的な変形を抑制することができる。
【００１８】
細メッシュがブレードと耐熱材との間に配置されることにより、前記ブレードと前記耐熱材との接触を防止し、前記ブレードと前記耐熱材との擦れによる前記ブレードや前記耐熱材の磨耗を防止することができる。ブレードが２層からなり、この層間に細メッシュが配置されることにより、前記ブレードと前記耐熱材との擦れや前記ブレード同士の擦れによる前記ブレードや前記耐熱材の磨耗を防止することができる。
【００１９】
本発明に係るガスタービンによれば、排気ガスの流通方向上流側に配置される前部排気室と、排気ガスの流通方向下流側に配置される後部排気室とを伸縮継ぎ手にて連結したことで、前記前部排気室の軸方向の熱変位を前記伸縮継ぎ手にて吸収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る伸縮継ぎ手およびガスタービンを実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下に、本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手を有するガスタービンの概略図であり、図２は、本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手の断面図であり、図３は、本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手のボトムシールが有するブレードの一例を示す概略図であり、図４は、本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手のボトムシールが有するブレードの他例を示す概略図である。
【００２２】
本発明の第１の発明に係る伸縮継ぎ手は、異なる部材間に配置される。例えば、図１に示すように、伸縮継ぎ手１０は、ガスタービン１の排気室５における、排気ガスの流れ方向上流側に配置される前部排気室５ａと、前記排気ガスの流れ方向下流側に配置される後部排気室５ｂとの間に配置され、前部排気室５ａと後部排気室５ｂとを連結する。
【００２３】
ガスタービン１は、圧縮機２と、圧縮機１で圧縮された空気が供給され燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼器３で生成された燃焼ガスが導入されるタービン４と、タービン４で仕事を終えた排気ガスを排気する排気室５とを備える。圧縮機２および後部排気室５ｂは、それぞれ架台６，８に固定される一方、タービン４は軸方向（長手方向）に移動自在な架台７に固定される。
【００２４】
伸縮継ぎ手１０は、図２に示すように、排気室５の外周に配置され、排気室５の外側に向かって突出するように断面凸状に形成されたブーツ１１と、ブーツ１１の一端側がボルト１２ａおよびナット１３ａにより固定されるフランジ１４ａを一端に有し、ブーツ１１を支持する第１のフレーム（第１の支持具）１４と、第１のフレーム１４の他端を前部排気室５ａ側に固定する断面Ｌ字形状の第１の固定具１５と、ブーツ１１の他端側がボルト１２ｂおよびナット１３ｂにより固定されるフランジ１６ａを一端に有し、ブーツ１１を支持する第２のフレーム（第２の支持具）１６と、第２のフレーム１６の他端を後部排気室５ｂに固定する断面Ｌ字形状の第２の固定具１７と、ブーツ１１および第１，第２のフレーム１４，１６で囲まれる領域内に圧縮された状態にて充填される断熱材１８と、断熱材１８を前記領域内に密閉する密閉材であるボトムシール２０とを有する。
【００２５】
なお、第１の固定具１５の前部排気室５ａ側には、第２の固定具１７（排気ガスの流通方向後方側）に向かって延在するフローライナ１９が固定される。これにより、排気ガスの流れが整流される。
【００２６】
ブーツ１１としては、伸縮性、耐久性、および気密性を有するものであれば良く、例えば、バイトゴムとケプラー繊維とからなるものが挙げられる。なお、このブーツ１１の耐熱性は、２０５℃程度である。
【００２７】
断熱材１８は、セラミックスファイバなどの細かい繊維をガラスクロスで包んだものであり、ガスタービン１、排気室５内部の熱がボトムシール１１に伝導することを防止する（遮熱性の）機能を有する。
【００２８】
ボトムシール２０は、ブレード２１と、その両端にスポット溶接などで取り付けられ、第１，第２の固定具１５，１７にそれぞれ固定される固定板２２ａ，２２ｂとを有する。
【００２９】
なお、ブレード２１の素材としては、ステンレスなどが挙げられる。
【００３０】
ボトムシール２０としては、図３（ａ）に示すように、素線を組み編んでなるブレード２１ａからなるボトムシール２０ａや、図３（ｂ）に示すように、板を組み編んでなるブレード２１ｂからなるボトムシール２０ｂが挙げられる。なお、前記ブレードは、複数の素線の束、又は板を１つの帯として組み編みした状態のものを示し、単一な素線を編んだものは含まない。
【００３１】
よって、ボトムシール２０により、ブーツ１１および第１，第２のフレーム１４，１６で囲まれる領域内から断熱材１８の排気室５側への脱落が防止される。
【００３２】
また、ガスタービン１の運転状態に応じ、圧縮機２、燃焼器３およびタービン４が軸方向に熱変位しても、伸縮継ぎ手１０のブーツ１１が変形すると共に、ブレード２１も変形する。すなわち、ブレード２１では、ブレード２１自体が一つ一つの素線または板で構成されるため、伸縮時に素線同士または板同士の組み編み角度が調整されて前記変位が吸収される。よって、伸縮継ぎ手１０により、軸方向の熱変位が吸収される。
【００３３】
さらに、圧縮機２および後部排気室５ｂがそれぞれ架台６，８により固定される一方、タービン４が架台７により軸方向の移動が可能に固定されるため、前記軸方向に交わる上下方向の変位についても、伸縮継ぎ手１０により吸収される。すなわち、伸縮継ぎ手１０の外側では、ブーツ１１が変形して前記変位が吸収され、その内側では、ブレード２０を構成する素線または板の組み編みの角度が調整されて前記変位が吸収される。
【００３４】
したがって、本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手１０によれば、ボトムシール２０がブレード２１を有することで、ボトムシール２０に可撓性と剛性とを具備させることができる。すなわち、ブレード２１自体が一つ一つの素線または板で構成されるため、伸縮時に素線同士または板同士の組み編み角度が調整されて変位を吸収できる一方、ブレード２１自体が十分な厚みを有しており、局所的な変形を抑制することができる。その結果、伸縮継ぎ手１０が変形した時にボトムシール２０への過大な応力発生を抑制でき、ボトムシール２０の交換寿命を長くして、伸縮継ぎ手１０の信頼性を向上させることができる。
【実施例２】
【００３５】
以下に、本発明の第２の実施例に係る伸縮継ぎ手について、図面を用いて説明する。
【００３６】
図４は、本発明の第２の実施例に係る伸縮継ぎ手が有するボトムシールの説明図である。
【００３７】
本発明の第２の実施例に係る伸縮継ぎ手が有するボトムシール（密閉材）３０は、図４に示すように、ブレード３１と細メッシュ３２とを有し、ブレード３１に沿って細メッシュ３２が配置される。このように細メッシュ３２を配置することにより、細メッシュ３２自体の局所的な変形を抑制することができる。なお、ブレード３１としては、上述した本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手が有するブレードと同様に、素線を組み編んでなるブレードや、板を組み編んでなるブレードが挙げられる。
【００３８】
ただし、細メッシュ３２は、図示しない断熱材とブレード３１との間に配置される。すなわち、ボトムシール３０では、図示しない排気室側にブレード３１が配置される。よって、ブレード３１と前記耐熱材との接触を防止し、ブレード３１と前記耐熱材との擦れによるブレード３１や前記耐熱材の磨耗を防止することができる。
【００３９】
細メッシュ３２の材質としては、例えば、インコネル（登録商標）などのニッケル合金等が挙げられる。また、この細メッシュ３２としては、８０メッシュ（１インチ当りの網目の数）以上の格子状の網目を有する網状部材であれば良い。
【００４０】
したがって、本発明の第２の実施例に係る伸縮継ぎ手によれば、上述した第１の実施例に係る伸縮継ぎ手と同様な作用効果を奏する他、ボトムシール３０が細メッシュ３２をさらに有することにより、ボトムシール３０自体の剛性が向上し、ボトムシール３０の交換寿命を長くして、伸縮継ぎ手の信頼性をさらに向上させることができる。
【００４１】
なお、上記では、細メッシュ３２の排気室側にブレード３１を配置したボトムシール３０を有する伸縮継ぎ手を用いて説明したが、ブレードの排気室側に細メッシュを配置したボトムシールを有する伸縮継ぎ手としても良く、このような伸縮継ぎ手であっても、上述した第２の実施例に係る伸縮継ぎ手と同様な作用効果を奏する。
【実施例３】
【００４２】
以下に、本発明の第３の実施例に係る伸縮継ぎ手について、図面を用いて説明する。
【００４３】
図５は、本発明の第３の実施例に係る伸縮継ぎ手が有するボトムシールの説明図である。
【００４４】
本発明の第３の実施例に係る伸縮継ぎ手が有するボトムシール４０は、図５に示すように、２層のブレード４１，４２と、このブレード４１，４２間に配置されると共に、これらのブレード４１，４２に沿って配置される細メッシュ４３とを有する。なお、ブレード４１，４２としては、上述した本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手が有するブレードと同様に、素線を組み編んでなるブレードや、板を組み編んでなるブレードが挙げられる。細メッシュ４３としては、上述した本発明の第２の実施例に係る伸縮継ぎ手が有する細メッシュと同様に、８０メッシュ（１インチ当りの網目の数）以上の格子状の網目を有し、ニッケル合金等からなる網状部材等が挙げられる。
【００４５】
このようにブレード４１，４２および細メッシュ４３を配置することにより、ブレード４１，４２と前記耐熱材、およびブレード４１，４２同士が直接接触することがなくなり、ブレード４１，４２と前記耐熱材との擦れやブレード４１，４２同士の擦れを防止することができる。
【００４６】
したがって、本発明の第３の実施例に係る伸縮継ぎ手によれば、上述した第１，第２の実施例に係る伸縮継ぎ手と同様な作用効果を奏する他、ブレード４１，４２と前記耐熱材との擦れやブレード４１，４２同士の擦れによるブレード４１，４２や前記耐熱材の磨耗を防止することができる。
【００４７】
上記では、別個のブレード４１，４２の間に細メッシュ４３を配置したボトムシール４０を有する伸縮継ぎ手を用いて説明したが、２つのブレードが１つの筒形状のブレード（両端が接続したブレード）であり、このブレードを折り畳んで２層状に形成し、この層内に細メッシュを配置したボトムシールを有する伸縮継ぎ手としても良く、このような伸縮継ぎ手であっても、上述した第３の実施例に係る伸縮継ぎ手と同様な作用効果を奏する。
【００４８】
なお、上記実施例では、伸縮継ぎ手を介して連結された前部排気室と後部排気室とを備えたガスタービンを例に挙げて説明したが、高温となる各種プラントなどのダクト類の連結部に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、伸縮継ぎ手およびガスタービンに利用することが可能であり、特に高温となる各種プラントなどのダクト類の連結部に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手を有するガスタービンの概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る伸縮継ぎ手のボトムシールが有するブレードの説明図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る伸縮継ぎ手が有するボトムシールの説明図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る伸縮継ぎ手が有するボトムシールの説明図である。
【図６】従来の伸縮継ぎ手の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１        ガスタービン
２        圧縮機
３        燃焼器
４        タービン
５        排気室
６        架台
７        架台
８        架台
１０      伸縮継ぎ手
１１      ブーツ
１２      ボルト
１３      ナット
１４      第１のフレーム
１５      固定具
１６      第２のフレーム
１７      固定具
１８      断熱材
１９      フローライナ
２０      ボトムシール
２１      ブレード
２２      固定板
３０      ボトムシール
３１      ブレード
３２      細メッシュ
４０      ボトムシール
４１      ブレード
４２      ブレード
４３      細メッシュ
【図１】
2008025532.tif 000003
【図２】
2008025532.tif 000004
【図３】
2008025532.tif 000005
【図４】
2008025532.tif 000006
【図５】
2008025532.tif 000007
【図６】
2008025532.tif 000008