(57)【要約】【課題】  管（１２０）が管スタブ（１３０）にて導管壁（１１０）に入る貫通システム（１００）を提供する。【解決手段】  貫通システム（１００）は、管スタブ（１３０）を包囲する熱スリーブ（１４０）と、熱スリーブ（１４０）の下で管（１２０）の周りに配置されたベローズ（１６０）とを含むことができる。貫通システムは、管（１２０）に取り付けられた管フランジ（１２５）をさらに有することができる。また、管スタブ（１３０）に取り付けられた管スタブフランジ（１３５）をさらに有してもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管（１２０）が管スタブ（１３０）にて導管壁（１１０）に入る貫通システム（１００）であって、
前記管スタブ（１３０）を包囲する熱スリーブ（１４０）と、
前記熱スリーブ（１４０）の下で前記管（１２０）の周りに配置されたベローズ（１６０）と
を有する貫通システム。
【請求項２】
前記管（１２０）に取り付けられた管フランジ（１２５）をさらに有する、請求項１記載の貫通システム（１００）。
【請求項３】
前記管スタブ（１３０）に取り付けられた管スタブフランジ（１３５）をさらに有する、請求項２記載の貫通システム（１００）。
【請求項４】
前記ベローズ（１６０）が、前記管フランジ（１２５）と接続するための第１フランジ（１８０）と、前記管スタブフランジ（１３５）に接続するための第２フランジ（１９０）とを有する、請求項３記載の貫通システム（１００）。
【請求項５】
前記熱スリーブ（１４０）が前記導管壁（１１０）の付近に配置されている、請求項１記載の貫通システム（１００）。
【請求項６】
前記熱スリーブ（１４０）が、円錐台状の締切り部（１５０）を有する、請求項１記載の貫通システム（１００）。
【請求項７】
前記熱スリーブ（１４０）が炭素鋼を有する、請求項１記載の貫通システム（１００）。
【請求項８】
前記ベローズ（１６０）が複数の折り目（１７０）を有する、請求項１記載の貫通システム（１００）。
【請求項９】
前記ベローズ（１６０）が、炭素鋼、ステンレス鋼、またはニッケル・クロム・鉄合金を有する、請求項１記載の貫通システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ガスタービン全般に関し、より詳細には、管をタービン導管壁に接続するための管貫通システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの主な設計考慮事項とは、管路と導管を貫通する管との間の接続に起因する熱応力および機械的応力であり、具体的には、注入口および排気管の外部の比較的低温の導管壁に高温の管を挿入することを許容する必要性である。配管系が全ての相対運動を完全には許容しない場合、管貫通点は最終的に破損することがある。ガスタービンの導管にはしばしば、蒸気を供給して冷却するための管、潤滑油を提供するための管、あるいはその他の多くの目的のための管が貫通することが必要となる。管貫通は、非常に高温、高速、かつ有毒な排気ガスを包含するように設計されねばならない。導管内に漏洩点が存在する場合、漏れは工場の職員および周囲のタービン設備にとって危険な状態をもたらすことがあろう。導管材料の構造特性に起因する導管の破損も懸案事項である。
【０００３】
導管に比べて、管の相対運動（三次元における）は約２〜約４インチ（約５．１〜約１０．２センチメートル）程度になることがある。この設計上の状態は、通常、貫通管の内部加熱と外殻を保護する断熱とに起因して、管が導管に対して迅速に膨張する熱過渡中に、より激しく起きる。さらに、管はその導管への接続点よりも高温であり、接続部も熱に従順である必要がある。
【０００４】
貫通管は、通常、導管壁から突出する僅かに大きめの管スタブに溶接されている。この種類の接続部は、貫通管と管スタブとの間の明らかな熱的差異、または貫通部の上流での貫通管の明らかな運動／成長がない限り、良好に作用する。熱応力問題に対処するために、設計者らは通常、断熱され管路と管とに溶接された大きめの円筒形または円錐形シュラウド内に貫通管を収納することにより、最も高い機械的応力点を最大熱応力点から離して設置している。これらの設計は或る程度の熱的不一致を許容できるが、管貫通での相対運動を最小にするために管ループと膨張継手とを要することにより、全体としてタービンシステムに混乱を与える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ガスタービンの作動中の軸方向、垂直方向、および半径方向の大きな変位を許容できる管貫通システムが望まれる。管貫通システムは内部空気流またはガス流を包含すべきであり、熱的応力および機械的応力を許容するのにやはり十分に弾力的であるべきである。このようなシステムは、経済的であるべきであり、配管系を簡素化するため特別な機械加工または器具設備なく据え付けできる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本願は、管が管スタブにて導管壁に入る貫通システムを説明する。貫通システムは、管スタブを包囲する熱スリーブと、この熱スリーブの下で管の周りに配置されたベローズとを含むことができる。
【０００７】
貫通システムはさらに、管に取り付けられた管フランジと、管スタブに取り付けられた管スタブフランジとを含むことができる。ベローズは、管フランジと接続するための第１フランジと、管スタブフランジに接続するための第２フランジとを含むことができる。熱スリーブは導管壁の付近に配置されている。熱スリーブは、円錐台状の締切り部を含むことができる。熱スリーブは、炭素鋼または同様の種類の材料を含むことができる。ベローズは、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル・クロム・鉄合金、または同様の種類の材料を含むことができる。ベローズは、貫通管の熱運動を許容するように規定された或る数の折り目を含む。管が曲がるとベローズが膨張する。ベローズは、貫通管の熱成長または曲がりに伴って、横方向、垂直方向、および軸方向に曲がる。
【０００８】
本願は、管が管スタブにて導管壁に入る貫通システムをさらに説明する。貫通システムは、管スタブを包囲して導管壁に隣接する熱スリーブと、この熱スリーブの下で管の周りに配置された、管が膨張すると金属ベローズが膨張するような金属ベローズとを含む。
【０００９】
貫通システムは、管に取り付けられた管フランジと、管スタブに取り付けられた管スタブフランジとをさらに含むことができる。ベローズは、管フランジと接続するための第１フランジと、管スタブフランジに接続するための第２フランジとを含むことができる。熱スリーブは、円錐台状の締切り部を含むことができる。管が曲がると金属ベローズが横方向、垂直方向、および半径方向に曲がる。
【００１０】
図面および添付の特許請求の範囲と合わせて検討する際、実施形態の以下の詳細な説明を精査すれば、本願のこれらの特性およびその他の特性が当業者には明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、幾つかの図を通じて同様の要素には同様の番号を付けた図面を参照すると、図１および図２は本明細書で説明する管貫通システム１００を示す。管貫通システム１００は、従来のガスタービンエンジンの断熱された導管壁１１０と共に使用される。さらに、管貫通システム１００は貫通管１２０と共に使用される。上述のように、貫通管１２０は、冷却用の蒸気を供給したり、潤滑を提供したり、排気を除去したりするのに、あるいはその他の任意の所望する目的に使用することができる。導管壁１１０は、炭素鋼または同様の種類の高温耐熱性材料製とすることができる。同様に、貫通管１２０は通常、ステンレス鋼、インコネル（高力オーステナイト系ニッケル・クロム・鉄合金）、または同様の種類の高温耐熱性材料製とすることができる。貫通管１２０はその上に溶接されたフランジ１２５を有することができ、または貫通管１２０はその他の接続手段によって取り付けることができる。
【００１２】
貫通管１２０は、従来の管スタブ１３０を介して導管壁１１０に挿入することができる。管スタブ１３０は通常、貫通管１２０よりも僅かに大きく、導管壁１１０から突出している。管スタブ１３０は、ステンレス鋼、または同様の種類の高温耐熱性材料製とすることができる。管スタブ１３０はその下端に管スタブ膨張継手フランジ１３５を含むことができる。
【００１３】
管貫通システム１００は、導管壁１１０への接続部にて管スタブ１３０を包囲する熱スリーブ１４０を含むことができる。熱スリーブ１４０は、管スタブ１３０の直径よりも僅かに大きい直径を有することができる。熱スリーブ１４０は、管スタブ１３０の周りの円錐台状の締切り部１５０で終端して熱応力を低減することができる。熱スリーブ１４０は、炭素鋼、または、導管壁１１０の材料と調和する同様の種類の材料製とすることができる。熱スリーブ１４０は、溶接または同様の種類の接続手段によって導管壁１１０に取り付けることができる。
【００１４】
管貫通システム１００は金属ベローズ１６０をさらに含む。ベローズ１６０は熱スリーブ１４０の真下に配置することができる。ベローズ１６０は或る数の湾曲した折り目１７０を含んで、必要に応じて膨張したり曲がることができる。折り目の数は、予想される横方向および軸方向の変位量により規定することができる。ベローズ１６０は、炭素鋼、ステンレス鋼、インコネル（ニッケル・クロム・鉄合金）、または、良質な延性を備えた同様の種類の材料製とすることができる。ベローズ１６０の一端は、第１フランジ１８０を介して管スタブフランジ１３５にボルト留めすることができる。ベローズの他端は、第２フランジ１９０にて貫通管フランジ１２５にボルト留めすることができる。ここで、その他の種類の接続手段を使用してもよい。
【００１５】
熱スリーブ１４０を使用すると、導管壁１１０での温度は大いに低減される。また、ベローズ１６０を使用することにより、貫通管１２０は任意の方向に運動することができる。したがって、管貫通システム１００は全体として、大きく変位する（軸方向、垂直方向、および半径方向へ）ことも熱的に誘導された変形を許容することも可能にする。具体的には、管貫通システム１００は、導管壁１１０と貫通管１２０との間の高い相対的変位を許容する。管貫通システム１００は、貫通管１２０を断熱して境界面の温度を低下させることにより、管１２０に対する導管壁１１０での潜在的な高応力に対処する。したがって管貫通システム１００はやはり漏れを防止しつつ、大きな熱運動を許容する。管貫通システム１００は完全な調整を可能にし、特別な据付け器具または方法を必要としない。管貫通システム１００は通常、一般的で安価な製造工程を活用する。
【００１６】
管貫通システム１００は、例えば、ニューヨーク州スケネクタディのＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ社により販売されている７Ｈおよび９Ｈ型ガスタービンの排気ディフューザと共に使用することができる。具体的には、管貫通システム１００は、大きな相対運動と低い熱応力とが必要とされる任意の応用例において使用することができる。
【００１７】
管貫通システム１００の変更態様はその他の応用例においても使用することができる。例えば、管貫通システム１００を、ガスタービン入口通気熱システム（インレット・ブリード・ヒート・システム）において使用することができよう。このようなシステムでは、高圧圧縮機空気を運搬する大型の高温供給管１２０が導管壁１１０を貫通しなければならない。管１２０は、導管１１０から熱的および機械的に分離すべきである。ここで、その他の多くの応用例を使用してもよい。
【００１８】
前述のことが本願の好ましい実施形態のみに関連していること、また、特許請求の範囲およびその等価物により定義されるような本発明の一般的な精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において当業者により多数の変更および修正を行うことができるということが容易に明らかとなるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本明細書で説明する管貫通システムの斜視図である。
【図２】図１の管貫通システムの側断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１００  管貫通システム
１１０  導管壁
１２０  貫通管
１２５  フランジ
１３０  管スタブ
１３５  管スタブ膨張継手フランジ
１４０  熱スリーブ
１５０  締切り部
１６０  ベローズ
１７０  折り目
１８０  第１フランジ
１９０  第２フランジ
【図１】
2007332966.tif 000003
【図２】
2007332966.tif 000004