(57)【要約】      （修正有）【課題】鉄筋コンクリートターボ機械外側ケースを提供する。【解決手段】ターボ機械外側ケース１１２は、一対の外側ケースセクション１２２、１２４を含み、一対の外側ケースセクション１２２、１２４の各々には、内部ロータ構造体の周りに該一対の外側ケースセクションを固定するための取付けフランジ１２５、１２６及び１２８、１３０が設けられ、一対の外側ケースセクションは、セメント複合材料で構成される。外側ケースセクションは、比較的薄い金属合金で裏打ちすることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械外側ケース（１１２）であって、
一対の外側ケースセクション（１２２、１２４）を含み、
前記一対の外側ケースセクション（１２２、１２４）の各々には、内部ロータ構造体（１１４）の周りに該一対の外側ケースセクションを固定するための取付けフランジ（１２５、１２６及び１２８、１３０）が設けられ、
前記一対の外側ケースセクションが、セメント複合材料で構成される、
ターボ機械外側ケース。
【請求項２】
前記一対の外側ケースセクション（１２２、１２４）が、鉄筋コンクリート材料で構成される、請求項１記載のターボ機械外側ケース。
【請求項３】
各外側ケースセクション（１２２、１２４）には、それらに対して内部ステータ構成要素を固定するための複数の連結要素（１３２、１３４、１３６）が設けられる、請求項１記載のターボ機械外側ケース。
【請求項４】
前記一対の外側ケースセクション（１２２、１２４）が各々、その形状がほぼ半円筒形である、請求項１記載のターボ機械外側ケース。
【請求項５】
前記一対の外側ケースセクション（１２２、１２４）が各々、６〜８インチの厚さである、請求項１記載のターボ機械外側ケース。
【請求項６】
各外側ケースセクション（１２２、１２４）には、該ケースセクションの内部表面にほぼ適合した内部金属ライナ（１４６、１４８）が設けられる、請求項１記載のターボ機械外側ケース。
【請求項７】
前記金属ライナ（１４６、１４８）が、約１／４〜１インチの厚さを有するクロム鋼合金を含む、請求項６記載のターボ機械外側ケース。
【請求項８】
前記取付けフランジ（１２５、１２６及び１２８、１３０）が、前記ほぼ円筒形ケースセクション（１２２、１２４）の対向する自由端部に沿ってかつ該対向する自由端部から離れる方向に延び、従って前記ほぼ円筒形ケースセクションの対向する側部上に該取付けフランジ（１２５、１２６、１２８、１３０）の整列対を形成した水平配向フランジを含む、請求項４記載のターボ機械外側ケース。
【請求項９】
前記取付けフランジの各々が、そのそれぞれの外部表面を金属プレート（１５０）でほぼ覆われる、請求項８記載のターボ機械外側ケース。
【請求項１０】
ターボ機械外側ケース（１１２）であって、
一対のほぼ半円筒形外側ケースセクション（１２２、１２４）を含み、
前記一対のほぼ半円筒形外側ケースセクション（１２２、１２４）の各々には、内部ロータ構造体（１１４）の周りに該一対のほぼ半円筒外側ケースセクションを固定するための取付けフランジが該一対のほぼ半円筒外側ケースセクションの対向する自由端部に沿って設けられ、
前記一対のほぼ半円筒外側ケースセクションが、比較的薄い金属材料（１４６、１４８）で裏打ちされた比較的厚いセメント複合材料で構成される、
ターボ機械外側ケース。
【請求項１１】
前記一対のほぼ半円筒外側ケースセクション（１２２、１２４）が、鉄筋コンクリートで構成される、請求項１０記載のターボ機械外側ケース。
【請求項１２】
前記一対のほぼ半円筒外側ケースセクション（１２２、１２４）の各々には、それらに対して内部ステータ構成要素を固定するための複数の連結要素（１３２、１３４、１３６）が設けられる、請求項１０記載のターボ機械外側ケース。
【請求項１３】
前記一対のほぼ半円筒外側ケースセクション（１２２、１２４）が各々、６〜８インチの厚さである、請求項１０記載のターボ機械外側ケース。
【請求項１４】
前記金属ライナ（１４６、１４８）が、約１／４〜１インチの厚さを有するクロム鋼合金を含む、請求項１３記載のターボ機械外側ケース。
【請求項１５】
ターボ機械用の外側ケースセクションを形成する方法であって、
（ａ）その中に鉄筋及び取付け金具要素を組入れた割型（図５）を準備するステップと、
（ｂ）前記割型内に未硬化コンクリートを注入して、内部ロータ構造体（１１４）の周りにそれらを一体に取付けるのを可能にする取付けフランジを有する一対の鉄筋コンクリートケースセクション（１２２、１２４）を形成するステップと、
（ｃ）前記コンクリートを硬化させるステップと、
（ｄ）前記割型を取外すステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上設置式ターボ機械に関し、概括的にはエンジン運転時にタービンを通して伝達される軸方向及び捩り荷重を支持する外部構造ケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来型のタービン外側ケースは、ガスタービンの場合には内側ケース構造体を取付けて高温ガス通路の構成要素を支持する大型の金属ベースの砂型鋳造品で形成される。しかしながら、金属外側ケースは、高温ガス通路内におけるロータ整列及びブレード先端間隙に影響を与える熱的な構造問題を有する。複数のケースを使用して熱的及び軸方向構造荷重を隔離することによって、金属外側ケースに関連した問題を緩和する幾つかの試みがなされてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えばガスタービンのようなターボ機械の外側ケースから熱的性質を除去又は隔離し、それによって内部高温ガス通路構成要素に対する外側ケースの影響を減少させるより複雑でないケース構造を開発することが望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示的であるが非限定的な実施形態によると、本発明は、ターボ機械外側ケースを提供し、本ターボ機械外側ケースは、一対の外側ケースセクションを含み、一対の外側ケースセクションの各々には、内部ロータ構造体の周りに該一対の外側ケースセクションを固定するための取付けフランジが設けられ、一対の外側ケースセクションは、セメント複合材料で構成される。
【０００５】
別の態様では、本発明は、ターボ機械外側ケースを提供し、本ターボ機械外側ケースは、一対のほぼ半円筒形外側ケースセクションを含み、一対のほぼ半円筒形外側ケースセクションの各々には、内部ロータ構造体の周りに該一対のほぼ半円筒外側ケースセクションを固定するための取付けフランジが該一対のほぼ半円筒外側ケースセクションの対向する自由端部に沿って設けられ、一対のほぼ半円筒外側ケースセクションは、比較的薄い金属材料で裏打ちされた比較的厚いセメント複合材料で構成される。
【０００６】
さらに別の態様では、本発明は、ターボ機械用の外側ケースセクションを形成する方法を提供し、本方法は、その中に鉄筋及び取付け金具要素を組入れた割型を準備するステップと、割型内に未硬化コンクリートを注入して、内部ロータ構造体の周りにそれらを一体に取付けるのを可能にする取付けフランジを有する一対の鉄筋コンクリートケースセクションを形成するステップと、コンクリートを硬化させるステップと、割型を取外すステップとを含む。
【０００７】
次に、下記に特定する図面に関して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一体形金属外側ケース及び内部ロータシステムに対するその関係物を有するタービンの部分外略図。
【図２】図１に示すタイプの分割型タービン金属ケースの概略端面又は断面図。
【図３】図１と同様であるが、本発明の第１の例示的であるが非限定的な実施形態による鉄筋及び局所的翼形連結ポイントを有するコンクリート複合材外側ケース壁を示す概略図。
【図４】図２と同様であるが、図３に示す分割型タービン複合材ケースの概略端面又は断面図。
【図５】本発明の例示的な実施形態によるプロセスのフロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に図１及び図２を参照すると、地上設置式タービンセクション１０は、内部ロータシステム１４を囲む外側ケース１２を含む。この例示的な実施形態ではターボ機械はガスタービンであるが、本発明は、ガスタービンに限定されるものではない。内部ロータシステムは、複数の段を含み、それらの段の各々は、当業者には解かるようにブレード又はバケットの環状列を取付けたタービンホイールを含む。図１には、３つの段を参照符号１６、１８及び２０で概略的に示している。
【００１０】
環状外側ケース又はハウジング１２は、図２で最も良く分かるように上部ほぼ半円筒形ケース半体２２及び下部ほぼ半円筒形ケース半体２４からなる。上部及び下部ケース半体は、外側ケース１２に沿って長さ方向に延びる整列水平フランジ対において、該それぞれのフランジ対内の軸方向に間隔を置いて配置された孔を貫通して延びる好適なボルト又はその他の同等なファスナ（図示せず）により固定される。
【００１１】
外側ケース１２の内面には、それぞれの段１６、１８及び２０間において半径方向に延びるそれぞれの固定ステータ又はノズルダイアフラム３８、４０及び４２を支持した取付けポイント又は金具要素３２、３４及び３６が設けられる。タービン燃焼チャンバから流出した燃焼ガスは、一般的に「高温ガス通路」と呼ばれる通路内をロータ１４に沿って矢印Ａで示すように複数の段１６、１８、２０を通って流れる。
【００１２】
上述したように、外側ケース又はハウジング１２は一般的に、鋼合金のような鋳造金属で製作されていて、ロータ整列及びブレード先端間隙に影響を与える熱勾配問題を引起こす。
【００１３】
次に図３及び図４に移ると、図１及び図２に示す外側ケースと同様に、本発明の例示的であるが非限定的な実施形態による地上設置式タービン１１０を概略的に示している。タービン１１０は、内部ロータシステム１１４を囲む外側ケース１１２を含む。内部ロータシステム１１４はまた、参照符号１１６、１１８及び１２０で表した複数の段を含み、それらの段の各々は、ブレード又はバケットの環状列を取付けたタービンホイールを含む。
【００１４】
従来公知のケース構成におけるのと同様に、外側ケース又は環状ハウジング１１２は、該外側ケース１１２の長さに沿って軸方向に延びる水平フランジ対１２５、１２６及び１２８、１３０において該それぞれのフランジ対を貫通する好適なボルト又はその他の同等なファスナによって固定された上部ほぼ半円筒形ケース半体又はセクション１２２及び下部ほぼ半円筒形ケース半体又はセクション１２４からなる。
【００１５】
外側ケース１１２の内面には、高温ガス通路に沿ってそれぞれの段１１６、１１８及び１２０間において半径方向に延びるそれぞれの固定ステータ又はノズルダイアフラム１３８、１４０及び１４２を支持した取付けポイント又は金具要素１３２、１３４及び１３６が設けられる。
【００１６】
この例示的であるが非限定的な実施形態では、外側ケース１１２は、金属又は複合材補強バー（鉄筋）１４４の内部グリッドを有するセラミックセメント複合材、例えばコンクリートで構成される。補強バー（又は「鉄筋」）１４４の配置或いは構成は、当技術分野では一般的である通常の鉄筋コンクリート実施法によるものとなる。加えて、コンクリートの正確な化学組織は、システムの特定の熱勾配を考慮して個々の用途に応じて変化させることができる。
【００１７】
局所的金属ノズル連結ポイント又は金具要素１３２、１３４及び１３６は、コンクリート構造体内部に埋設することができ、かつそれら金具要素に対してステータ又はノズルダイアフラム１３８、１４０及び１４２を固定する方法に関しては従来型の設計のものとすることができる。
【００１８】
好ましい構成では、分割型ライナ半体１４６、１４８の形態の薄い金属ライナが、上部及び下部ケース半体１２２、１２４の内面側に設けられる。分割型金属ライナは、上部及び下部ケース半体の内部表面にほぼ適合しており、かつ万一コンクリート外側ケース内に細い（又はより大きい）割れが形成された場合にケースからの燃焼ガス漏洩を防止する圧力容器として作用する。好ましくはクロム鋼合金である金属ライナはまた、ステータ構成要素のための連結ポイントを強化する働きをする。その他の好適なライナ材料には、ガラスベースの複合材並びに耐熱プラスチック又はその他の耐熱金属が含まれる。
【００１９】
この実例実施形態では、内側金属ライナは、約１／４〜１インチの厚さとすることができ、一方、コンクリート外側ケースは、約６〜８インチの厚さとすることができるが、これらの寸法は変化させることができることが解かるであろう。
【００２０】
この実例実施形態によると、鉄筋コンクリートケースは、内側金属ライナの周りに打ち放しの状態で製作され、かつ局所的連結ポイントのみが、後続の機械加工を必要とする。鉄筋コンクリート構造体は、ガスタービン運転時に熱応力に耐え、かつ運転時におけるガスタービンの軸方向及び捩り荷重を担持する。
【００２１】
外側ケースの製作は、図３及び図４に示すような鉄筋及び金属取付け要素を割型内部に設置しかつ固定する点において、コンクリート補強パイプセクションに幾分か類似している。次に、液体ベースのセメントを注入しかつ硬化させ、硬化した後に、割型半体を取外す（図５参照）。
【００２２】
分割型ライナ半体を備えた割型は、分割構成として鉄筋コンクリートケース自体を製作するのを可能にして、既存のガスタービンロータ組立体の周りに該ケースを取付けかつ上記の分割型フランジ装置において接合することができるようにする。金属フランジ構成要素１５０は、コンクリート注入及び硬化に先立って型具に固定して、該フランジ構成要素１５０が、少なくとも部分的にコンクリート内に埋設され、フランジ対１２５、１２６及び１２８、１３０の外部表面に沿って延び、かつケース半体を固定するのに使用するボルト又はその他のファスナのためのより堅牢な取付けポイントを形成するようにすることができる。
【００２３】
現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２４】
１０  タービンセクション
１２  外側ケース
１４  内部ロータシステム
１６、１８、２０、１１６、１１８、１２０  段
２２、２４、１２２、１２４  ケース半体又はセクション
２５、２６、２８、３０、１２５、１２６、１２８、１３０  水平フランジ対
３２、３４、３６、１３２、１３４、１３６  金具要素
３８、４０、４２、１３８、１４０、１４２  ノズルダイアフラム
１１２  外側ケース又は環状ハウジング
１４４  鉄筋
１４６、１４８  金属ライナ半体
１５０  金属フランジ構成要素
【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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