(57)【要約】【課題】タービンから排気ガスを受け取るように構成されたディフューザを提供する。【解決手段】ディフューザの外筒（５０）の上流側端部は、タービン出口（２０）の外壁（１０６）の下流側リップ（１２８）と接合する上流側リップ（９６）を含み、重ね継手を形成する。外筒（５０）は、外筒（５０）の上流側端部と外側後方プレート（６２）との間に配置された複数の軸方向セグメント（１８４）、および軸方向セグメントを含む。内筒（４８）は、内筒（４８）の上流側端部（１０２）とシール接合面（１４０）との間に配置された複数の軸方向セグメント（１８４）を含む。シール接合面（１４０）は、内側後方プレート（６３）を受け入れるように構成された溝を含む。ポールは、タービン軸（７６）の周りに離間して配置され、外側後方プレート（６２）の端部を内側後方プレート（６３）の端部に結合する。【選択図】図１
2017096274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム（１０）であって、
タービン部（１８）から排気ガス（３６）を受け取るように構成されたディフューザ部（３８）を含み、前記ディフューザ部（３８）は、外筒（５０）、内筒（４８）、シール接合面（１４０）、外側後方プレート（６２）、内側後方プレート（６３）、および複数のポール（４６）を含み、
前記外筒（５０）の上流側端部（１０２）は、前記タービン出口（２０）の外壁（１０６）の下流側リップ（１２８）と半径方向（８４）に接合するように構成された上流側リップ（９６）を含み、
前記上流側リップ（９６）および前記下流側リップ（１２８）は、タービン軸（７６）の周りに配置された外周重ね継手（４２）を形成するように構成され、
前記外筒（５０）は、前記外筒（５０）の前記上流側端部（１０２）と前記外側後方プレート（６２）との間に配置された第１の複数の軸方向セグメント（１８０）を含み、前記第１の複数の軸方向セグメント（１８０）は、前記外筒（５０）の前記上流側端部（１０２）から前記外側後方プレート（６２）まで前記タービン軸（７６）から離れる第１の連続曲線（１８２）を含み、
前記内筒（４８）は、前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）と前記シール接合面（１４０）との間に配置された第２の複数の軸方向セグメント（１８４）を含み、前記第２の複数の軸方向セグメント（１８４）は、前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）から前記シール接合面（１４０）まで前記タービン軸（７６）から離れる第２の連続曲線（１８６）を含み、前記シール接合面（１４０）は、
前記内側後方プレート（６３）を受け入れるように構成された第１の円周方向溝（１４２）を含み、前記第１の円周方向溝（１４２）は、前記タービン軸（７６）から離れて第１の方向に開口し、
前記複数のポール（４６）は、前記タービン軸（７６）の周りに円周方向（６６）に離間して配置され、前記複数のポール（４６）の各ポールは、前記外側後方プレート（６２）の下流側端部（１０４）を前記内側後方プレート（６３）の下流側端部（１０４）に結合する、システム（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載のシステム（１０）であって、前記外筒（５０）およびフレームアセンブリ（５８）に結合された複数の個別ブラケット（４４）を含み、前記複数の個別ブラケット（４４）は、前記外筒（５０）を軸方向（７６）に支持するように構成される、システム（１０）。
【請求項３】
請求項２に記載のシステム（１０）であって、前記タービン出口（２０）の内壁（１１２）の下流側端部（１０４）と前記ディフューザ部（３８）の前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）との間の内周継手（１１４）を含み、前記内周継手（１１４）は、前記内壁（１１２）の前記下流側端部（１０４）を前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）に結合するように構成された複数の個別内側ブラケット（４７）を含み、前記複数の個別内側ブラケット（４７）は、前記内筒（４８）を軸方向（７６）に支持するように構成され、前記内壁（１１２）および前記内筒（４８）の両方は、ガスタービン（１７）の軸受部の周りに配置される、システム（１０）。
【請求項４】
請求項１に記載のシステム（１０）であって、前記システム（１０）は、
前記タービン出口（２０）から内部領域を通ってディフューザ出口まで延在する一次流路（１３０）であって、前記内部領域は、前記外壁（１０６）および前記外筒（５０）の中に半径方向（８４）に配置され、前記ディフューザ出口は、前記ディフューザ部（３８）の下流側の排気プレナム（６０）に排気流（３６）を導くように構成される、一次流路（１３０）と、
前記排気プレナム（６０）から前記外壁（１０６）の前記下流側リップ（１２８）と前記外筒（５０）の前記上流側リップ（９６）との間の前記内部領域まで延在する二次流路（１３６）であって、前記外周重ね継手（４２）を貫通して延在する二次流路（１３６）と、を含むシステム（１０）。
【請求項５】
請求項４に記載のシステム（１０）であって、
前記外壁（１０６）の前記下流側端部（１０４）に沿って前記外壁（１０６）の半径方向外側に配置された冷却流路と、
前記外壁（１０６）に結合され、かつ前記外周重ね継手（４２）に近接する前記冷却流路の下流側端部に配置された第１の円周方向シールと、を含み、前記第１の円周方向シールは、前記二次流路（１３６）から前記冷却流路を分離するように構成される、システム（１０）。
【請求項６】
請求項５に記載のシステム（１０）であって、前記ディフューザ部（３８）の下流側に配置された排気プレナム（６０）を含み、前記排気プレナム（６０）は、前記ディフューザ部（３８）から排気ガス（３６）を受け取るように構成され、前記第１の可撓性シール（９２）は、前記内筒（４８）内に配置された軸受トンネル（５６）から前記排気プレナム（６０）を分離するように構成される、システム（１０）。
【請求項７】
請求項１に記載のシステム（１０）であって、前記外側後方プレート（６２）および内側後方プレート（６３）は、各々複数の半径方向セグメントを含む、システム（１０）。
【請求項８】
請求項１に記載のシステム（１０）であって、前記複数のポール（４６）の各ポールは、直径を含み、各ポールの前記直径は、前記ディフューザ部（３８）内のそれぞれのポールの円周方向位置に少なくとも部分的に基づく、システム（１０）。
【請求項９】
請求項１に記載のシステム（１０）であって、前記ディフューザ部（３８）の頂部（１７２）内の円周方向位置に配置された前記複数のポール（４６）のうちの第１のセットのポールは、前記ディフューザ部（３８）が取り付けられる場合に前記ディフューザ部（３８）の重量を支持するように構成される、システム（１０）。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステム（１０）であって、前記第２の複数の軸方向セグメント（１８４）は、前記第１の複数の軸方向セグメント（１８０）よりも大きい、システム（１０）。
【請求項１１】
方法（３００）であって、
金型（２０６）上で適切な材料（２０４）を回転させることによって、外筒（５０）の第１の複数の軸方向前方プレートセグメントを形成するステップ（３０２）と、
金型上で適切な材料を回転させることによって、内筒（４８）の第２の複数の軸方向後方プレートセグメントを形成するステップ（３０４）と、
前記第１の複数の軸方向前方プレートセグメントを互いに接合して前記外筒（５０）を形成するステップ（３０６）と、
前記第２の複数の軸方向後方プレートセグメントを互いに接合して前記内筒（４８）を形成するステップ（３０８）と、を含む方法（３００）。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法（３００）であって、前記内筒（４８）上に円周方向溝を機械加工するステップを含む方法（３００）。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法（３００）であって、前記内筒（４８）および前記外筒（５０）は、ガス・タービン・エンジン（１８）に結合される、方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、改良されたディフューザなどの、ガス・タービン・エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス・タービン・システムは、一般に、圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。圧縮機は、空気取入口からの空気を圧縮し、続いて圧縮空気を燃焼器に導く。燃焼器は、圧縮空気と燃料との混合気を燃焼させて高温燃焼ガスを生成し、高温燃焼ガスは、タービンに導かれて、発電機を駆動するなどの仕事を産出する。
【０００３】
タービンの従来のディフューザ部は、ディフューザ部の構成に起因する高い応力および排気ガスに関連する高温に曝される。したがって、従来のディフューザ部は高い応力を受けるので、ディフューザ部の摩耗が増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２００６３８９３号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態では、システムは、タービン部から排気ガスを受け取るディフューザ部を含む。ディフューザ部は、外筒、内筒、シール接合面、外側後方プレート、内側後方プレート、および複数のポールを含む。外筒の上流側端部は、タービン出口の外壁の下流側リップと半径方向に接合するように構成された上流側リップを含み、上流側リップおよび下流側リップは、タービン軸の周りに配置された外周重ね継手を形成する。外筒は、外筒の上流側端部と外側後方プレートとの間に配置された第１の複数の軸方向セグメントを含み、第１の複数の軸方向セグメントは、外筒の上流側端部から外側後方プレートまでタービン軸から離れる第１の連続曲線を含む。内筒は、内筒の上流側端部とシール接合面との間に配置された第２の複数の軸方向セグメントを含む。第２の複数の軸方向セグメントは、内筒の上流側端部からシール接合面までタービン軸から離れる第２の連続曲線を含む。シール接合面は、内側後方プレートを受け入れるように構成された第１の円周方向溝を含み、第１の円周方向溝は、タービン軸から離れて第１の方向に開口し、複数のポールは、タービン軸の周りに円周方向に離間して配置され、複数のポールの各ポールは、外側後方プレートの下流側端部を内側後方プレートの下流側端部に結合する。
【０００６】
一実施形態では、システムは、タービン部から排気ガスを受け取るように構成されたディフューザ部を含み、ディフューザ部は、外筒、内筒、シール接合面、外側後方プレート、内側後方プレート、および複数のポールを含み、外筒の上流側端部は、タービン出口の外壁の下流側リップと半径方向に接合するように構成された上流側リップを含む。上流側リップおよび下流側リップは、タービン軸の周りに配置された外周重ね継手を形成する。シール接合面は、内側後方プレートを受け入れるように構成された第１の円周方向溝を含み、第１の円周方向溝は、タービン軸から離れて第１の方向に開口する。複数のポールは、タービン軸の周りに円周方向に離間して配置され、複数のポールの各ポールは、外側後方プレートの下流側端部を内側後方プレートの下流側端部に結合する。
【０００７】
一実施形態では、方法は、金型上で適切な材料を回転させることによって、外筒の第１の複数の軸方向前方プレートセグメントを形成するステップと、金型上で適切な材料を回転させることによって、内筒の第２の複数の軸方向後方プレートセグメントを形成するステップと、第１の複数の軸方向前方プレートセグメントを互いに接合して外筒を形成するステップと、第２の複数の軸方向後方プレートセグメントを互いに接合して内筒を形成するステップと、を含む。
【０００８】
本発明のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】修正されたディフューザ部を含むタービンを有するタービンシステムの一実施形態のブロック図である。
【図２】排気プレナム内に配置されたタービンのディフューザ部の詳細図である。
【図３】ディフューザの修正された上側部分を示す図である。
【図４】図２の線４−４に沿ってブラケットを通るディフューザの断面図である。
【図５】図４の線５−５に沿った、重ね継手および個別ブラケットの斜視図を示す。
【図６】図４の線５−５に沿った、重ね継手および個別ブラケットの斜視図を示す。
【図７】ディフューザの後方プレート内の円周方向溝の軸方向断面図である。
【図８】ディフューザの線８−８に沿った内筒の後方プレートの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による、後方プレートを形成する方法を示す図である。
【図１０】ディフューザ部の外筒の斜視図である。
【図１１】ディフューザ部の内筒の斜視図である。
【図１２】内筒および外筒を機械加工するために用いられる例示的な機器を示す図である。
【図１３】スピニング処理により、内筒および外筒を形成する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ディフューザ部に対する機械的改良を用いた従来のディフューザ部を改良するためのシステムおよび方法について、以下で詳細に説明する。ディフューザ部に対する機械的改良は、従来のディフューザの設計に関連する応力を低減することにより、ディフューザの改良された機械的完全性に寄与する。以下で詳細に説明するように、機械的改良の実施形態は、ディフューザ部の所望の湾曲を製造すること、ディフューザの前方プレートと後方プレートとの間の複数のポール、後方プレートを受け入れるように内筒内に配置された円周方向溝、外筒の外周重ね継手、ディフューザをタービン出口に結合するように構成されたディフューザの外筒および／または外筒に沿って配置された複数の個別ブラケット、あるいはこれらの任意の組み合わせを配置することを含む。ディフューザ部の湾曲は、スピニング処理などの機械加工処理によって実現される。スピニング処理は、材料を金型の上に載置することにより、内筒および外筒に適した材料（たとえば、ステンレス鋼、金属）を所望の形状（たとえば、湾曲）に成形することを含む。次に材料は、材料を金型内に圧縮するローラを用いて所望の形状に成形され、それによって所望の成形形状を徐々に形成する。スピニング処理で遭遇する残留応力を低減するために、内筒および外筒は、様々な軸方向セグメント（たとえば、第１の複数の軸方向セグメント、第２の複数の軸方向セグメント）から形成することができる。内筒および外筒を形成するために軸方向セグメントを利用することによって、内筒および外筒の所望の形状を作製するために必要な材料の変形を少なくすることができるので、生じる残留応力の量を低減することに寄与することができる。
【００１１】
内筒および外筒の軸方向セグメント（たとえば、第１の複数の軸方向セグメント、第２の複数の軸方向セグメント）が形成されると、各筒の軸方向セグメントは、互いに接合することができる。セグメントが互いに適切に接合することができるように、軸方向のセグメント（たとえば、第１の複数の軸方向セグメント、第２の複数の軸方向セグメント）が余分な材料を有することを確保するように、軸方向セグメントを切断することができる。軸方向セグメントは、溶接、ろう付け、融着、ボルト締め、締め付け、またはこれらの任意の組み合わせにより互いに接合することができる。
【００１２】
ポールは、内筒と外筒との間に配置され、次にタービン軸の周りに配置される。ポールは、複数のポールを介して後方プレートの下流側端部を前方プレートの下流側端部に結合するのに役立ち、タービン軸の周りに円周方向に離間して配置される。いくつかの実施形態では、ポールは、様々なポール径を有する。ポール径は、ディフューザに沿ったポール位置の円周方向位置（たとえば、外側後方プレート、内側後方プレート）に部分的に基づいている。たとえば、ディフューザの頂部（たとえば、外側後方プレート、内側後方プレート）に最も近いポールの直径は、ディフューザの底部に最も近いポールよりも大きくすることができる。いくつかの実施形態では、ポール径は、排気ガスの流れに近接することに起因してより小さくなっている。このように、より小さいポール径は、直径が小さいことにより排気流路の閉塞を低減することができるので、有益であり得る。ディフューザ部の頂部内に配置されたポールは、取り付け時などのディフューザ部の負荷（たとえば、重量）を支持するように構成することができる。たとえば、ディフューザ部の頂部内に配置されたポールは、ディフューザ部を持ち上げるのに用いることができる。いくつかの実施形態では、ディフューザ部の頂部内に配置されたポールは、ディフューザ部を適切な位置に平行移動させるために（たとえば、取り付け、取り外し、点検、修理のための平行移動）、ホイスト、リフト、クレーン、または他の適切な揚重機に結合することができる。ポールは、内筒と外筒との間の振動を低減することができる。ポールの配置は、ポールの直径に部分的に依存する。ディフューザの頂部に最も近いポールは、排気ガスの速度がより均一になる渦周波数を回避するために、より大きな直径を有する。
【００１３】
円周方向溝は、内筒の端部に配置される。後方プレートを円周方向溝に挿入することができ、後方プレートが円周方向溝の根元の部分と接合する。円周方向溝は、後方プレートが円周方向溝内を動けるようにすることにより、応力を低減することができる。セクション間（たとえば、後方プレートと円周方向溝との間）のわずかな動きを可能にすることにより、その領域におけるフープ応力を低減することができる。円周方向溝を実装することによる応力の低減は、円周方向溝のないディフューザと比べてフープ応力を１／２ほど低減することができる。
【００１４】
外周重ね継手は、タービン出口の外壁の下流側端部とディフューザ部の外筒の上流側端部との間に配置される。外周重ね継手は、外壁に対する外筒の軸方向の動きを容易にするように構成することができ、それによって外筒の応力を緩和することができる。外筒の上流側リップ（たとえば、外側リップ）は、外壁の下流側リップ（たとえば、リップ）内に半径方向に配置され、重ね継手の軸方向の動きを容易にすることができる。外周重ね継手の上流側リップおよび下流側リップを用いた応力の緩和は、個別ブラケットを用いることでさらに増強することができる。個別ブラケットは、外筒およびフレームアセンブリ（たとえば、排気フレーム）に結合することができる。個別ブラケット（たとえば、外筒の個別ブラケット）は、外筒を軸方向に支持するように構成される。個別ブラケット（たとえば、個別内側ブラケット）のサブセットは、ディフューザの内筒の周りに円周方向に配置することができる。個別内側ブラケット（たとえば、内筒支持ブラケット）は、ディフューザ（たとえば、内筒）を定位置に保持し、軸方向の動きを低減させることができる。タービン出口に対するディフューザ（たとえば、内筒および外筒）の動きは、重ね継手および個別ブラケットが外筒に沿って配置される位置に応じて、低減および／または制限され得る。
【００１５】
ここで図面を見て、最初に図１を参照すると、ガス・タービン・システム１０の一実施形態のブロック図が示されている。ブロック図は、燃料ノズル１２、燃料１４、および燃焼器１６を含む。図示するように、燃料１４（たとえば、液体燃料および／または天然ガスなどのガス燃料）は、タービンシステム１０に導かれ、燃料ノズル１２を通って燃焼器１６に入る。燃焼器１６は、空気燃料混合気３４を点火し燃焼させ、次に高温の加圧された排気ガス３６をタービン１８内に送る。排気ガス３６は、タービン１８内のタービンロータのタービンブレードを通過し、それによってタービン１８をシャフト２８の周りで回転するように駆動する。一実施形態では、修正されたディフューザ３８がタービン１８に結合される。タービン１８はタービン出口に結合され、タービン出口およびディフューザ３８は、動作中にタービン１８からの排気ガス３６を受け取るように構成される。以下で詳細に説明するように、タービンシステム１０の実施形態は、ディフューザ３８の製造に関連する信頼性を向上させる（たとえば、応力を低減することにより）ディフューザ３８内の特定の構造および部品を含む。タービンシステム１０の実施形態は、ディフューザ３８の製造時間を改善するための、ディフューザ３８の特定の構造および部品を含むことができる。燃焼プロセスの排気ガス３６は、ディフューザ３８および排気出口２０を介してタービンシステム１０から出ることができる。いくつかの実施形態では、ディフューザ３８は、円周方向溝４０、１つもしくは複数の重ね継手４２、１つもしくは複数の個別ブラケット４４、ディフューザ３８の後方プレート６２と前方プレート６４との間に配置された１つもしくは複数のポール４６、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。タービン１８の回転ブレードは、シャフト２８を回転させ、シャフト２８は、タービンシステム１０全体にわたる他のいくつかの部品（たとえば、圧縮機２２、負荷２６）に結合される。
【００１６】
タービンシステム１０の一実施形態では、圧縮機のベーンまたはブレードは、圧縮機２２の部品として含まれている。圧縮機２２内のブレードは、圧縮機ロータによりシャフト２８に結合することができ、タービン１８によりシャフト２８が駆動されると回転する。圧縮機２２は、酸化剤（たとえば、空気）３０を空気取入口２４を介してタービンシステム１０に取り入れることができる。さらに、シャフト２８を負荷２６に結合することができ、負荷２６はシャフト２８の回転によって駆動される。理解されるように、負荷２６は、タービンシステム１０の回転出力によって電力（動力）を発生することができる任意の適切な装置、たとえば発電プラントまたは外部の機械的負荷などであってもよい。たとえば、負荷２６は、発電機などの外部の機械的負荷を含むことができる。空気取入口２４は、続いて燃料ノズル１２を介して燃料１４と空気３０とを混合するために、冷気取入口などの適切な機構を介して酸化剤（たとえば、空気）３０をタービンシステム１０に取り込む。タービンシステム１０により取り込まれた酸化剤（たとえば、空気）３０は、供給されて、圧縮機２２内の回転ブレードによって加圧空気３２に圧縮することができる。次に加圧空気３２は、１つまたは複数の燃料ノズル１２に供給することができる。次に燃料ノズル１２は、加圧空気３２と燃料１４とを混合して、燃焼に適した空気燃料混合気３４を生成することができる。
【００１７】
図２は、タービン１８のディフューザ３８部分の詳細図を示す。図示するように、ディフューザ３８部分は、上側部分５２および下側部分５４を含み、これらは換気軸受トンネル５６によって分離されて示してある。換気軸受トンネル５６は、タービン出口２０およびディフューザ３８部分を通って冷却流を供給することができる。ディフューザ３８は、軸受トンネル５６の一部を囲む実質的に環状の形状を有することを理解することができる。ディフューザ３８の上側部分５２は、排気フレーム５８に結合され、排気プレナム６０内に半径方向に配置される。排気ガス３６は、ディフューザ３８の上側部分５２および下側部分５４を通って出て、排気プレナム６０に入る。ディフューザ３８部分の後方プレート６２はまた、プレナム６０内に配置される。内筒４８は、内筒４８に施された断熱に部分的に起因して、特にタービン出口２０からさらに離れた内筒４８の部分に沿って、外筒５０よりも低温になり得る。したがって、後方プレート６２は、ディフューザ３８を横切る熱勾配に寄与する内筒４８よりも速やかに熱を吸収することができる。この熱勾配は、ディフューザ３８内の応力を生じさせ、それによってディフューザ３８の機械的完全性に影響を与える場合がある。
【００１８】
ディフューザ３８の機械的完全性はまた、ディフューザ３８内に配置された翼形部８２からの減衰長および排気フレーム５８の垂直継手７４に関連する応力により影響される場合がある。高温排気ガス３６の流路は、ディフューザ３８を疲労させる場合がある振動力および温度の影響に起因して、ディフューザ３８の機械的一体性をさらに低減させることがあり得る。したがって、図３についてさらに詳細に説明するようにディフューザ３８部分に対する修正は、ディフューザ３８へのこれらの影響を低減することができる。このような修正は、ディフューザ３８部分の所望の湾曲を製造すること、ディフューザ３８の前方プレート６４と後方プレート６２との間の複数のポール４６、後方プレート６２を受け入れるように内筒４８内に配置された円周方向溝４０、１つまたは複数の外周重ね継手４２、ディフューザ３８を排気フレーム５８に結合するように構成されたディフューザ３８の内筒４８および外筒５０に沿って配置された複数の個別ブラケット４４、あるいはこれらの任意の組み合わせを配置することを含む。外周重ね継手４２および個別ブラケット４４は、外周重ね継手４２および個別ブラケット４４がどのように配置されているかに応じて、特定の方向（たとえば、円周方向６６、軸方向７６、垂直方向７８、横方向８０）の動きを低減させるか、あるいは動き（たとえば、円周方向６６、軸方向７６、垂直方向７８、横方向８０、半径方向８４）を容易にするように構成される。
【００１９】
図３は、本開示によるディフューザ３８の修正された上側部分５２を示す。ディフューザ３８がタービン出口２０に最も近い端部においてディフューザ３８の内筒４８および外筒５０に沿って湾曲し始めるように、ディフューザ３８部分を製造することができる。ディフューザ３８の湾曲８８は、他のディフューザ形状（たとえば、より直線状のディフューザ）を上回る構造上の利点を提供することができる。たとえば、ディフューザ３８の連続する湾曲８８は、所望の湾曲を直線状プレートに近づけることと比較して、ディフューザ３８の空気力学的特性を向上させることにより、構造的に生成される応力を低減することができる。以下で詳細に説明するように、ディフューザ３８の湾曲は、スピニング処理などの適切な処理により形成することができる。いくつかの実施形態では、ディフューザ３８の内筒４８および外筒５０の各々は、複数の円錐体から形成されている。円錐体は、図１１に関連して説明するように、適切な材料から形成された環状のシートであってもよい。たとえば、内筒４８は、２つ、３つ、またはそれ以上の円錐体断片を含むことができる。外筒５０は、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上の円錐体断片を含むことができる。円錐体断片は次に、円錐体断片の所望の湾曲が形成されるようにスピニング処理を受けることができる。次に各円錐体断片は、図１１に関してさらに説明するように、互いに一体に結合されて（たとえば、溶接により）、一体型のディフューザ３８部分を形成する。内筒４８および外筒５０の両方の円錐体断片は、スピニング処理により形成することができる。内筒４８および外筒５０は、ポール４６を介して互いに結合され得る別個の部品であってもよい。
【００２０】
他のタービン修正は、ディフューザ３８の湾曲部分の下流側１０４に配置される。たとえば、複数のポール４６は、ディフューザ３８の前方プレート６４と後方プレート６２との間に円周方向６６に配置することができる。ポール４６は、ポール４６を前方プレート６４および後方プレート６２に固定するために、複数のガセット６８により前方プレート６４および後方プレート６２に結合することができる。ポール４６は、前方プレート６４と後方プレート６２との間に円周方向６６に配置される。ポール４６は、前方プレート６４と後方プレート６２との間の振動挙動を低減させるように働くことができる。ポール４６は、前方プレート６４および後方プレート６２を補強することにより、望ましくない振動の傾向を低減することができ、それによってガスタービン１８の動作中の共振を低減することができる。ポール４６は、排気ガス３６の流れに適応するように様々な直径７０を有してもよい。たとえば、ディフューザ出口の底部の内側部分に最も近いディフューザ出口の領域は、排気ガス３６の閉塞を最小にするためにより小さな直径７０を有するポール４６を備えている。
【００２１】
またディフューザ３８の湾曲部分の下流側１０４には、円周方向溝４０が配置される。円周方向溝４０は、内筒４８内に配置される。いくつかの実施形態では、円周方向溝４０は、後方プレート６２を受け入れるように内筒４８に配置することができる。円周方向溝４０は、大きな温度変化に起因して生じる可能性がある領域における応力（たとえば、フープ応力）を低減することができる。以上説明したように、後方プレート６２は、後方プレート６２が前方プレート６４とほぼ同じ動作温度に曝されるように、排気プレナム６０内に配置される。内筒４８のハブは、内筒４８の部分が後方プレート６２よりも低い動作温度に曝されるように、断熱することができ、それによって内筒４８および後方プレート６２にわたって大きな温度勾配が生じる。このように、結果として生じる温度勾配は、内筒４８の熱膨張により領域内の応力を生成する可能性がある。円周方向溝４０は、後方プレート６２の円錐プレート７２が円周方向溝４０内を動けるようにすることにより、応力を低減することができる。セクション間（たとえば、円錐プレート７２と円周方向溝４０との間）の半径方向８４のわずかな動きを可能にすることによって、その領域におけるフープ応力を低減することができる。以下で詳細に説明するように、円周方向溝４０を実装することによる応力の低減は、円周方向溝４０のない従来のディフューザが受ける応力の１／２ほどにフープ応力を低減することができる。
【００２２】
重ね継手４２および個別ブラケット４４の配置は、減衰長１００によって部分的に画定することができる。減衰長１００は、タービン出口２０内に配置された複数の翼形部８２によって部分的に画定される。翼形部８２は、タービン出口２０の下流側１０４端部に近接する、タービン出口２０の外壁１０６とタービン出口２０の内壁１１２との間に配置される。翼形部８２から垂直継手７４までのより短い減衰長１００は、減衰長１００をより長くすることができる他の構成と比較して、垂直継手７４の応力を増加させる可能性がある。減衰長１００は、外周重ね継手４２が配置される位置を画定するのを助けることができる。たとえば、重ね継手４２は、翼形部８２の下流側の減衰長１００にほぼ等しい距離に配置することができる。いくつかの実施形態では、減衰長１００は、約１２インチ未満である。個別ブラケット４４がディフューザ３８上で配置される場所に応じて、軸方向７６、垂直方向７８、および横方向８０の動きが制限されるように、個別ブラケット４４はディフューザ３８の動きを低減することができる。以下に詳細に説明するように、内筒４８および外筒５０に沿って配置された個別ブラケット４４は、ディフューザ３８の後方プレート６２および前方プレート６４を定位置に保持するために異なって配向され得る。
【００２３】
次に内筒４８に目を向けると、ディフューザ３８部分の内筒４８の上流側端部１０２は、内周継手１１４によってタービン出口２０の内壁１１２の下流側端部１０４に連結することができる。内周継手１１４は、複数の個別ブラケット（たとえば、ブラケット４７）を含むことができる。個別ブラケットは、タービン出口２０の内壁１１２の下流側端部１０４を内筒４８の上流側端部１０２に結合するように構成される。内側個別ブラケット４７は、内筒４８を軸方向７６に支持するように構成される。
【００２４】
内筒４８には、二次可撓性シール１０１（たとえば、第２の円周方向シール）を二次可撓性シール溝１０２内の開口部に配置することができる。二次可撓性シール１０１は、高温排気ガス３６が換気軸受トンネル５６に入ることを阻止することができる。二次可撓性シール１０１は、第１の端部１０３にボルト止めすることができる３６０度構造を成すように円周方向に分割された１つまたは複数のプレートセグメントを含むことができる。外筒５０の可撓性シール９２と同様に、二次可撓性シール１０１は、二次可撓性シール１０１が二次可撓性シール溝１０２の開口部内を自由に動くことができるように、第１の端部１０３の反対側に分離することができる。
【００２５】
図４は、図２の線４−４に沿ってブラケット４４を通るディフューザ３８の断面図である。ディフューザ３８の湾曲は、重ね継手４２および個別ブラケット４４が配置されているディフューザ３８の部分の後（たとえば、下流側）で開始することができる。上述したように、重ね継手４２および個別ブラケット４４は、ディフューザ３８の外筒５０の周りに円周方向６６に配置することができる。個別ブラケット４４は、外筒５０およびフレームアセンブリ（たとえば、排気フレーム５８）に結合することができる。個別ブラケット４４（たとえば、外側個別ブラケット４５）は、外筒５０を軸方向７６および円周方向６６に支持するように構成される。
【００２６】
個別ブラケット４４の別のセットは、ディフューザ３８の内筒４８内に円周方向６６に配置することができる。たとえば、個別ブラケット４４のサブセットは、複数の支持ブラケット（たとえば、内側個別ブラケット４７）を含むことができる。内側個別ブラケット４７は、タービン出口２０に対して内筒４８を垂直方向７８および／または横方向８０に支持することができる。外側個別ブラケット４５および内側個別ブラケット４７は、両方とも回転対称配置で外筒５０の周りに配置することができる。
【００２７】
内筒４８は、換気軸受トンネル５６を流れる冷却流に曝されている。したがって、内筒４８内に配置された内側個別ブラケット４７は、より低い温度で（たとえば、外筒５０のより高い温度と比較して）降伏強度を維持する材料から形成することができる。個別ブラケット４４（たとえば、内側個別ブラケット４７）は、ディフューザ（たとえば、内筒４８）を所定の位置に保持し、軸方向７６および／または横方向８０の動きを低減することができる。内筒４８は、ディフューザ３８部分（たとえば、ディフューザの後方プレート６２およびディフューザの前方プレート６４）をタービン出口２０に固定するための、一方の端部４９のボルト継手を含むことができる。個別ブラケット４４および中継ブロックの支持対（図６を参照）は、半径方向８４の熱成長を可能にする。
【００２８】
個別ブラケット４４は、様々な位置の外筒５０および内筒４８に結合することができる。いくつかの実施形態では、個別ブラケット４４は、１２時の位置１１８、３時の位置１２０、６時の位置１２２、９時の位置１２４、またはこれらの任意の組み合わせに配置することができる。いくつかの実施形態では、個別ブラケット４４の配置が離散的な（たとえば、連続しない）状態を維持するように、個別ブラケット４４を他の位置（たとえば、４時、７時）に配置してもよい。さらに、個別ブラケット４４の位置は、外筒５０および内筒４８の所望の制限に従って配列することができる。換言すれば、複数の外側個別ブラケット４５および複数の内側個別ブラケット４７は、タービン軸７６の周りで円周方向６６に配置することができる。外側個別ブラケット４５は、タービン出口２０の外壁１０６とディフューザ３８部分の外筒５０との間に外周重ね継手４２を形成するように、タービン出口２０の外壁１０６に対して外筒５０を位置決めするように構成される。外周重ね継手４２は連続している。タービン出口２０に対するディフューザ３８（たとえば、内筒４８および外筒５０）の動きは、重ね継手４２および個別ブラケット４４が外筒５０に沿って配置される位置に応じて、低減および／または制限され得る。たとえば、個別ブラケット４４が３時の位置１２０および／または９時の位置１２４に配置されている場合には、ディフューザ３８（たとえば、内筒４８および外筒５０）は軸方向７６および垂直方向７８に拘束される。個別ブラケット４４が１２時の位置１１８および／または６時の位置１２２に配置されている場合には、ディフューザ３８（たとえば、内筒４８および外筒５０）は軸方向７６および横方向８０に拘束される。図６でさらに説明するように、個別ブラケット４４は、支持部品（たとえば、ピン）により支持されてもよい。支持部品は、円周方向６６の動きを制限することができる。
【００２９】
図５は、図４の線５−５に沿った、重ね継手４２および個別ブラケット４４の斜視図を示す。上述したように、個別ブラケット４４は、外筒５０およびフレームアセンブリ５８に結合することができる（たとえば、ディフューザフレーム１１６）。個別ブラケット４４は、外筒５０を軸方向７６に支持するように構成されており、個別ブラケット４４の少なくともいくつかは、外筒を円周方向６６に支持する。
【００３０】
外周重ね継手４２は、タービン出口２０の外壁１０６の下流側端部１０４とディフューザ３８部分の外筒５０の上流側端部１０２との間に配置される。外周重ね継手４２は、タービン出口２０の外壁１０６に対する外筒５０の軸方向７６の動きを容易にするように構成され、それによって外筒５０の応力を緩和する。外筒５０の上流側リップ（たとえば、外側リップ９６）は、外壁１０６の下流側リップ（たとえば、リップ１２８）内に半径方向８４に配置され、重ね継手４２の動きを容易にする。上流側リップおよび下流側リップを用いた応力の緩和は、個別ブラケット４４を用いることでさらに増強される。外側個別ブラケット４５は、排気フレーム５８から外筒５０への熱伝達を制限する。したがって、連続したブラケット接合面を有する場合に比べて、熱膨張および熱収縮が発生する場所がより少なくなる可能性があり、熱応力はブラケット４５で主要となるように制御される。たとえば、排気フレーム５８の垂直継手７４の応力を低減するために、ディフューザ３８部分は、ディフューザ３８の外筒５０に沿って配置された複数の個別ブラケット４４（たとえば、外側個別ブラケット４５）を含むことができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、重ね継手４２および個別ブラケット４４のアセンブリにおいて可撓性シール９２を利用することができる。可撓性シール９２は、外筒５０の上流側リップ９６に近接して配置することができる。可撓性シール９２は、個別ブラケット４４の周囲に配置された断熱体１２６とタービン出口２０の外壁１０６の可撓性シール溝９４との間に配置することができる。可撓性シール９２は、第１の端部９３にボルト止めまたは締結することができる３６０度構造を成すように円周方向に分割された１つまたは複数のプレートセグメントを含むことができる。可撓性シール９２が可撓性シール溝９４内で自由に動いて、可撓性シール９２とボルト締めされた端部（たとえば、可撓性シール９２の第１の端部９３）の反対側の端部との間の隙間空間９５を封止することができるように、可撓性シール９２は、第１の端部９３の反対側では結合されない（たとえば、ボルト止めされない）ままであってもよい。可撓性シール９２は、タービン出口２０の外面（たとえば隙間制御用の）に沿ってディフューザ３８に流入する冷却流を抑制することができる。タービン出口２０の外壁１０６と外筒５０の外側リップ９６との間のスロット９８は、重ね継手４２のいくらかの軸方向７６の動きを容易にすることができる。リップ９６は、重ね継手４２の外側リップ１２８と半径方向８４に接合することができる。
【００３２】
上述したように、タービン１８およびディフューザ３８を流れる高温の排気ガス３６は、排気プレナム６０内に受け取られる。可撓性シール９２は、可撓性シール９２の下流側１０４の高温の排気ガス３６から冷却流（たとえば、排気フレーム内の）を断熱することができる。一次流路１３０は、タービン出口２０からディフューザ３８の内部領域１３４を通ってディフューザ３８部分のディフューザ出口まで延在する。内部領域１３４は、外筒５０と内筒４８との間の外壁１０６および外筒５０内に半径方向８４に配置される。ディフューザ出口は、排気流３６を排気プレナム６０へ導くように構成される。二次流路１３６は、外壁１０６の下流側リップ１２８と外筒５０の上流側リップ９６との間のスロット９８を通って、排気プレナム６０から内部領域１３４まで延在することができる。二次流路１３６は、外周重ね継手４２を通って延在することができる。いくつかの実施形態では、二次流路１３６は、内部領域１３４の排気流３６の非ゼロ部分を含むことができる。
【００３３】
図６は、図４の線５−５に沿った、重ね継手４２および個別ブラケット４４の斜視図を示す。いくつかの実施形態では、個別ブラケット４４は、外筒５０のフランジ１１６を貫通して軸方向７６に延在するピン８６と、フランジ１１６と、一対の中継ブロック９０と、により支持することができる。ピン８６は、個別ブラケット４４を支持するために、フランジ１１６および中継ブロック９０を貫通して配置されてもよい。ピン８６は、各ブラケット４４に対する外筒５０の半径方向８４の動き（たとえば、摺動による）を可能にするように構成される。上述したように、複数の外側個別ブラケット４５は、複数の外周支持ブラケット４４（たとえば、複数の個別ブラケットのサブセット）を含む。複数の個別外側ブラケット４５の各支持ブラケット４４は、各支持ブラケット４５に対する外筒５０の半径方向８４の動きを可能にするためにピン８６を利用する。中継ブロック９０および支持ブラケット４７は、円周方向６６の動きを制限する。
【００３４】
個別外側ブラケット４４と同様に、複数の内側個別ブラケット４７は、内壁１１２および内筒４８のそれぞれのフランジを貫通して軸方向７６に延在するそれぞれのピン８６を各々利用する、複数の内周支持ブラケットを含むことができる。ピン８６は、円周方向６６の動きを制限しつつ、各内側支持ブラケットに対する内筒４８の半径方向８４の動きを可能にするように構成される。
【００３５】
図７は、図２および図３のディフューザ３８の内筒４８内の円周方向溝４０の軸方向断面図である。後方プレート６２は、円周方向溝４０においてディフューザ３８の内筒４８と接合する。上述したように、内筒４８および外筒５０は、タービン軸７６の周りに配置される。後方プレート６２は、排気プレナム６０内に少なくとも部分的に配置され、内筒４８の下流側１０４に配置される。
【００３６】
円周方向溝４０は、大きな温度勾配に起因して生じる可能性がある領域における応力（たとえば、フープ応力）を低減することができる。後方プレート６２および前方プレート６４は、排気プレナム６０内に少なくとも部分的に配置される。内筒４８のハブは、内筒４８のハブが後方プレート６２よりも低い動作温度に曝されるように断熱されており、それによって、後方プレート６２と内筒４８のハブとでは異なる温度になる。後方プレート６２と内筒４８のハブとの間の温度差によって、内筒４８のハブおよび後方プレート６２にわたって大きな温度勾配が生じる。結果として生じる温度勾配によって、熱膨張／収縮による領域内の応力が生じる。円周方向溝４０は、後方プレート６２の円錐プレート７２が円周方向溝４０内を動けるようにすることにより、応力を低減することができる。セクション間（たとえば、円錐プレート７２と円周方向溝４０との間）のわずかな動き（すなわち、上流側への動き、下流側への動き）を可能にすることによって、その領域におけるフープ応力を低減することができる。円周方向溝４０を実装することによる応力の低減は、フープ応力を１／２ほど低減することができる。たとえば、後方プレート６２の領域における応力は、円周方向溝４０が内筒４８に存在しない場合の約４１３ＭＰａから、円周方向溝４０が内筒４８に存在する場合の約２０７ＭＰａに低減することができる。
【００３７】
内筒４８および後方プレート６２の下流側１０４端部に配置されたシール接合面１４０は、円周方向溝４０を含む。いくつかの実施形態では、シール接合面１４０は、内筒４８の下流側端部１０４に機械的に結合（たとえば、溶接、融着、ろう付け、ボルト留め、締結）される。いくつかの実施形態では、シール接合面１４０は、内筒４８の下流側端部に形成される。シール接合面１４０は、第１の円周方向溝１４２および第２の円周方向溝１４４を含むことができる。第１の円周方向溝１４２は、後方プレート６２を受け入れるように構成される。したがって、第１の円周方向溝１４２は、タービン軸７６から離れる第１の方向１４６（たとえば、下流側１０４）に開口している。第２の円周方向溝１４４は、二次可撓性シール１０１を受け入れるように構成される。二次可撓性シール１０１は、排気プレナム６０を換気軸受トンネル５６から分離するように構成される。第２の円周方向溝１４４は、タービン軸７６に向かう第２の方向１５０（たとえば、上流側）に開口している。
【００３８】
第１の円周方向溝１４２および第２の円周方向溝１４４は、後方プレート６２に対する内筒４８の上流側および下流側へのいくらかの動きを可能にし、その結果その領域内の応力が低減する。図示する実施形態では、後方プレート６２は、シール接合面１４０の１２時の位置１１８において第１の円周方向溝１４２の根元１６０と接合するように構成される。シール接合面１４０は、１２時の位置１１８の隙間を低減し、外筒５０に更なる支持を提供する。シール接合面１４０はまた、内筒４８のシール接合面が後方プレート６２の垂直負荷の一部を支持できるようにすることによって、ポール７０の応力の低減に寄与する。後方プレート６２は、シール接合面１４０の６時の位置１２２（たとえば、１２時の位置１１８の反対側）において第１の円周方向溝１４２の根元１６０からオフセットすることができる。
【００３９】
後方プレート６２は、複数の円周方向セグメント１５２（たとえば、後方プレートセグメント、円錐プレート７２）で構成することができる。図８および図９について説明するように、複数の円周方向セグメント１５２のうちの１つまたは複数は、後方プレート６２の円周方向セグメント１５２間の複数の継手１５６に沿って配置された複数の応力緩和構造１５４を含むことができる。いくつかの実施形態では、応力緩和構造１５４は、シール接合面１４０に近接した円周方向セグメント１５２（たとえば、後方プレートセグメント）の端部に向かって集中してもよい。
【００４０】
図８は、ディフューザ３８の線８−８に沿った内筒４８の後方プレート６２の断面図である。図示する実施形態では、後方プレート６２の下流側端部１０４は、複数のポール４６を介して前方プレート６４の下流側端部１０４に結合される。上述したように、内筒４８および外筒５０は、タービン軸７６の周りに配置される。したがって、複数のポール４６は、タービン軸７６の周りに円周方向６６に離間して配置することができる。
【００４１】
上述したように、後方プレート６２は、複数の円周方向セグメント１５２（たとえば、後方プレートセグメント、円錐プレート７２）で構成することができる。複数の円周方向セグメント１５２は、後方プレート６２の円周方向セグメント１５２間の複数の継手１５６に沿って配置された複数の応力緩和構造１５４を含むことができる。複数の応力緩和構造１５４は、円形、ハート形、空豆形、またはこれらの任意の組み合わせを含む、応力緩和を実現する任意の適切な形状であってもよい。
【００４２】
いくつかの実施形態では、ポール４６は、様々なポール径７０を有する。ポール径７０は、ディフューザ３８に沿ったポール４６の位置の円周方向６６の位置に部分的に基づく。たとえば、後方プレート６２および前方プレート６４の頂部１７２に最も近いポール４６の直径７０は、後方プレート６２および前方プレート６４の底部１７４に最も近いポール４６よりも大きい直径７０を有する。したがって、複数の開口部１７６は、ディフューザ３８内に配置された複数のポール４６の複数に対応する。開口部１７６は、複数のポールを介して外側後方プレート６２および内側後方プレート６３に結合するために、開口部１７６の円周方向６６の位置に部分的に基づいて変化することができる。
【００４３】
図示する実施形態では、ディフューザ３８部分の底部１７４内の円周方向６６の位置に配置されたポール４６の第１のセット１７８（図２を参照）は、不均一な軸方向断面を有することができる。たとえば、ポール４６の第１のセット１７８は、軸方向断面の卵形、楕円形、球状、または他の不均一な部分を有することができる。ディフューザ３８部分の底部１７４内のポール４６の不均一部分は、ポール４６が円形のポール４６よりも高い弾性（たとえば、半径方向８４において）を示すことを可能にすることができ、底部１７４の応力を低減することができる。いくつかの実施形態では、ポール径７０は、排気ガス３６の流れに及ぼす空気力学的な影響を低減するために、より小さくなる。このように、より小さいポール径７０は、排気流路３６の閉塞を低減することができるので、有益であり得る。
【００４４】
図９は、本発明の一実施形態による、後方プレート６２を形成する方法を示す図である。後方プレート６２は、方法１９０によって形成することができる。方法１９０は、ガスタービン１７のディフューザ３８部分の内筒４８の第１のシール接合面１６２の第１の円周方向溝１４２内に、タービン軸７６に向かって半径方向８４に、複数の後方プレートセグメント（たとえば、円周方向セグメント１５２、円錐プレート７２）を挿入するステップ（ブロック１９２）を含むことができる。方法１９０は、後方プレート６２を接合する前に、１２時の位置１１８で複数の後方プレート６２と第１のシール接合面１６２の根元１６０とを接合するステップ（ブロック１９４）を含むことができる。いくつかの実施形態では、後方プレート６２の６時の位置１２２は、根元１６０からオフセット（たとえば、半径方向に離間して配置）される。方法１９０は、複数の後方プレートセグメント６２を互いに接合（たとえば、溶接、融着、ろう付け、ボルト留め、締結）するステップ（ブロック１９６）を含むことができる。方法１９０は、可撓性シール１５８を第２のシール接合面１６４の第２の円周方向溝１４４内に挿入するステップ（ブロック１９８）をさらに含むことができる。
【００４５】
ここで図８に戻って、ディフューザ３８の頂部１７２内に配置されたポール４６は、ディフューザ３８の負荷（たとえば、重量）を支持するように構成することができる。たとえば、ディフューザ３８の頂部１７２内に配置されたポール４６は、ディフューザ３８を持ち上げるのに用いることができる。いくつかの実施形態では、ディフューザ３８部分の頂部１７２内に配置されたポール４６は、後方プレート６２と共に組み立てられたディフューザ３８を適切な位置に移動させる（たとえば、取り付け、取り外し、点検、修理のための移動）ために、ホイスト、リフト、クレーン、または他の適切な揚重機に結合することができる。
【００４６】
複数のポール４６の各々は、ポール軸を含む。いくつかの実施形態では、複数のポール４６は、共通ポール軸（たとえば、タービン軸７６）に実質的に平行であってもよい。複数のポール４６は、複数の回転ベーンを支持しないことを理解されたい。さらに、いくつかの実施形態では、ディフューザ３８に回転ベーンが配置されない。ポールは、振動を低減し、取り付けを容易にするために、ディフューザ３８の下流側端部に、またはその近くに配置される。
【００４７】
図１０および図１１は、ディフューザ３８の内筒４８および外筒５０の側面図を示す。実線で示すように、内筒４８および外筒５０は、ディフューザ３８内の応力を低減するために湾曲している。内筒４８および外筒５０の湾曲８８は、タービン部１８の下流側から開始する。内筒４８および外筒５０の一部は、排気プレナム６０内に配置される。図１０は、外筒５０の一実施形態の側面図である。外筒５０は、外筒５０の下流側に配置された第１の複数の軸方向セグメント１８０を含む。図示する実施形態では、外筒５０は、２つのセグメント（たとえば、軸方向セグメント）を含む。２つの軸方向セグメントを示してあるが、外筒は、３つ、４つ、またはそれ以上の軸方向セグメントを含むことができることが理解されよう。第１の複数の外筒セグメント１８０は、互いに軸方向に接合され、外筒セグメント１８０の各々の間で外筒接合面１８８を形成する。上述したように、接合は、溶接、ろう付け、融着、締結、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。第１の複数の外筒セグメント１８０は、タービン軸７６から離れるように（たとえば、外筒５０の上流側端部から外側後方プレート６２まで）湾曲する第１の連続曲線１８２を含む。
【００４８】
図１１は、内筒４８の側面図である。図示する実施形態では、内筒４８は、４つのセグメント（たとえば、軸方向セグメント）を含む。内筒４８は、内筒４８の上流側端部とシール接合面１４０との間に配置された第２の複数の軸方向セグメント１８４を含む。４つの軸方向セグメントを示してあるが、内筒４８は、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上の軸方向セグメント１８４を含むことができることが理解されよう。第２の複数の軸方向セグメント１８４は、互いに軸方向に接合され、内筒セグメント１８４の各々の間で内筒接合面２０８を形成する。上述したように、接合は、溶接、ろう付け、融着、締結、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。第２の複数の軸方向セグメント１８４（たとえば、内筒セグメント）は、タービン軸７６から離れるように（たとえば、内筒４８の上流側端部からシール接合面１４０まで）湾曲する第２の連続曲線１８６を含む。理解されるように、第２の複数の軸方向セグメント１８４（たとえば、内筒４８の）は、内筒４８および外筒５０の配置に起因して、外筒５０の第１の複数の軸方向セグメントよりも大きい。内筒４８および外筒５０の両方の湾曲は、図１２で述べるように、スピニング処理を説明することにより、さらに理解することができる。
【００４９】
図１２は、図１０および図１１で述べたように、内筒４８および外筒５０を所望する連続的な湾曲に機械加工するために使用される例示的な機器を示す。第１および第２の連続曲線１８２、１８６（たとえば、外筒の、内筒の）は、スピニング処理などの適切な冷間機械加工処理により作製することができる。スピニング処理は、材料を金型２０６の上に載置することにより、内筒４８および外筒５０に適した材料２０４（たとえば、ステンレス鋼）を所望の形状に成形することを含む。次に材料２０４は、材料を金型２０６内に圧縮するローラ２０２を用いて所望の形状に成形され、それによって所望の成形形状を徐々に形成する。
【００５０】
上記のスピニング処理により、ディフューザ３８の所望の湾曲が、必要とされるタービンエンジンの性能を（たとえば、応力を低減することにより）提供することができる。スピニング処理で遭遇する残留応力を低減するために、内筒４８および外筒５０は、複数の軸方向セグメント（たとえば、第１の複数の軸方向セグメント１８０、第２の複数の軸方向セグメント１８４）から形成することができる。内筒４８および外筒５０を作製するためにより多くの軸方向セグメントを利用することによって、内筒４８および外筒５０の所望の形状を作製するために必要な各セグメントの変形を少なくすることができるので、完成したディフューザ３８に残っている残留応力の量を低減させることができる。
【００５１】
軸方向のセグメント（たとえば、第１の複数の軸方向セグメント１８０、第２の複数の軸方向セグメント１８４）が形成されると、軸方向セグメントを互いに接合することができる。セグメントが互いに適切に接合することができるように、軸方向のセグメント（たとえば、第１の複数の軸方向セグメント１８０、第２の複数の軸方向セグメント１８４）が余分な材料を有することを確保するように、軸方向セグメントを適切な材料から切り出すことができる。軸方向セグメントは、溶接、ろう付け、融着、ボルト締め、締め付け、またはこれらの任意の組み合わせにより互いに軸方向に接合することができる。
【００５２】
図１３は、スピニング処理により、内筒４８および外筒５０を形成する方法３００を示す図である。スピニング処理は、ここで説明するように、金型の軸の周りで回転するローラを使用することができ、あるいは、金型がローラの下の軸の周りで回転することができる。上述したように、方法３００は、金型上で適切な材料を回転させることによって、外筒５０の第１の複数の軸方向前方プレートセグメントを形成するステップ（ブロック３０２）を含む。上述したように、各セグメントのスピニング処理は、金型上に材料を載置することにより、適切な材料（たとえば、ステンレス鋼、金属）を所望の形状に成形することを含む。次に材料は、材料を金型内に圧縮するローラを用いて所望の形状に成形され、それによって材料を所望の成形形状に徐々に変形する。方法３００はまた、金型上で適切な材料を回転させることによって、内筒４８の第２の複数の軸方向後方プレートセグメントを形成するステップ（ブロック３０４）を含む。軸方向セグメントを形成した後に、方法３００は、第１の複数の軸方向前方プレートセグメントを互いに接合して外筒５０を形成するステップ（ブロック３０６）と、第２の複数の軸方向後方プレートセグメントを互いに接合して内筒４８を形成するステップ（ブロック３０８）と、を含む。内筒４８および外筒５０の両方は、ガス・タービン・エンジン１８に結合される。図７に関して上述したように、内筒４８内に円周方向溝を機械加工することができる。
【００５３】
本発明の技術的効果は、ディフューザ部の機械的改良を利用することにより、従来のディフューザを改良することを含む。ディフューザに対する機械的改良は、従来のディフューザの設計に関連する応力を低減することにより、ディフューザの改良された機械的完全性に寄与する。機械的改良の実施形態は、ディフューザの所望の湾曲を製造すること、ディフューザの前方プレートと後方プレートとの間の複数のポール、後方プレートを受け入れるように内筒内に配置された円周方向溝、外周重ね継手、ディフューザをタービン出口に結合するように構成されたディフューザの内筒および外筒に沿って配置された複数の個別ブラケット、あるいはこれらの任意の組み合わせを配置することを含む。
【００５４】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
システム（１０）であって、
タービン部（１８）から排気ガス（３６）を受け取るように構成されたディフューザ部（３８）を含み、前記ディフューザ部（３８）は、外筒（５０）、内筒（４８）、シール接合面（１４０）、外側後方プレート（６２）、内側後方プレート（６３）、および複数のポール（４６）を含み、
前記外筒（５０）の上流側端部（１０２）は、前記タービン出口（２０）の外壁（１０６）の下流側リップ（１２８）と半径方向（８４）に接合するように構成された上流側リップ（９６）を含み、
前記上流側リップ（９６）および前記下流側リップ（１２８）は、タービン軸（７６）の周りに配置された外周重ね継手（４２）を形成するように構成され、
前記外筒（５０）は、前記外筒（５０）の前記上流側端部（１０２）と前記外側後方プレート（６２）との間に配置された第１の複数の軸方向セグメント（１８０）を含み、前記第１の複数の軸方向セグメント（１８０）は、前記外筒（５０）の前記上流側端部（１０２）から前記外側後方プレート（６２）まで前記タービン軸（７６）から離れる第１の連続曲線（１８２）を含み、
前記内筒（４８）は、前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）と前記シール接合面（１４０）との間に配置された第２の複数の軸方向セグメント（１８４）を含み、前記第２の複数の軸方向セグメント（１８４）は、前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）から前記シール接合面（１４０）まで前記タービン軸（７６）から離れる第２の連続曲線（１８６）を含み、前記シール接合面（１４０）は、
前記内側後方プレート（６３）を受け入れるように構成された第１の円周方向溝（１４２）を含み、前記第１の円周方向溝（１４２）は、前記タービン軸（７６）から離れて第１の方向に開口し、
前記複数のポール（４６）は、前記タービン軸（７６）の周りに円周方向（６６）に離間して配置され、前記複数のポール（４６）の各ポールは、前記外側後方プレート（６２）の下流側端部（１０４）を前記内側後方プレート（６３）の下流側端部（１０４）に結合する、システム（１０）。
［実施態様２］
実施態様１に記載のシステム（１０）であって、前記外筒（５０）およびフレームアセンブリ（５８）に結合された複数の個別ブラケット（４４）を含み、前記複数の個別ブラケット（４４）は、前記外筒（５０）を軸方向（７６）に支持するように構成される、システム（１０）。
［実施態様３］
実施態様２に記載のシステム（１０）であって、前記タービン出口（２０）の内壁（１１２）の下流側端部（１０４）と前記ディフューザ部（３８）の前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）との間の内周継手（１１４）を含み、前記内周継手（１１４）は、前記内壁（１１２）の前記下流側端部（１０４）を前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）に結合するように構成された複数の個別内側ブラケット（４７）を含み、前記複数の個別内側ブラケット（４７）は、前記内筒（４８）を軸方向（７６）に支持するように構成され、前記内壁（１１２）および前記内筒（４８）の両方は、ガスタービン（１７）の軸受部の周りに配置される、システム（１０）。
［実施態様４］
実施態様１に記載のシステム（１０）であって、前記システム（１０）は、
前記タービン出口（２０）から内部領域を通ってディフューザ出口まで延在する一次流路（１３０）であって、前記内部領域は、前記外壁（１０６）および前記外筒（５０）の中に半径方向（８４）に配置され、前記ディフューザ出口は、前記ディフューザ部（３８）の下流側の排気プレナム（６０）に排気流（３６）を導くように構成される、一次流路（１３０）と、
前記排気プレナム（６０）から前記外壁（１０６）の前記下流側リップ（１２８）と前記外筒（５０）の前記上流側リップ（９６）との間の前記内部領域まで延在する二次流路（１３６）であって、前記外周重ね継手（４２）を貫通して延在する二次流路（１３６）と、を含むシステム（１０）。
［実施態様５］
実施態様４に記載のシステム（１０）であって、
前記外壁（１０６）の前記下流側端部（１０４）に沿って前記外壁（１０６）の半径方向外側に配置された冷却流路と、
前記外壁（１０６）に結合され、かつ前記外周重ね継手（４２）に近接する前記冷却流路の下流側端部に配置された第１の円周方向シールと、を含み、前記第１の円周方向シールは、前記二次流路（１３６）から前記冷却流路を分離するように構成される、システム（１０）。
［実施態様６］
実施態様５に記載のシステム（１０）であって、前記ディフューザ部（３８）の下流側に配置された排気プレナム（６０）を含み、前記排気プレナム（６０）は、前記ディフューザ部（３８）から排気ガス（３６）を受け取るように構成され、前記第１の可撓性シール（９２）は、前記内筒（４８）内に配置された軸受トンネル（５６）から前記排気プレナム（６０）を分離するように構成される、システム（１０）。
［実施態様７］
実施態様１に記載のシステム（１０）であって、前記外側後方プレート（６２）および内側後方プレート（６３）は、各々複数の半径方向セグメントを含む、システム（１０）。
［実施態様８］
実施態様１に記載のシステム（１０）であって、前記複数のポール（４６）の各ポールは、直径を含み、各ポールの前記直径は、前記ディフューザ部（３８）内のそれぞれのポールの円周方向位置に少なくとも部分的に基づく、システム（１０）。
［実施態様９］
実施態様１に記載のシステム（１０）であって、前記ディフューザ部（３８）の頂部（１７２）内の円周方向位置に配置された前記複数のポール（４６）のうちの第１のセットのポールは、前記ディフューザ部（３８）が取り付けられる場合に前記ディフューザ部（３８）の重量を支持するように構成される、システム（１０）。
［実施態様１０］
実施態様１に記載のシステム（１０）であって、前記第２の複数の軸方向セグメント（１８４）は、前記第１の複数の軸方向セグメント（１８０）よりも大きい、システム（１０）。
［実施態様１１］
システム（１０）であって、
タービン部（１８）から排気ガス（３６）を受け取るように構成されたディフューザ部（３８）を含み、前記ディフューザ部（３８）は、外筒（５０）、内筒（４８）、シール接合面（１４０）、外側後方プレート（６２）、内側後方プレート（６３）、および複数のポール（４６）を含み、
前記外筒（５０）の上流側端部（１０２）は、前記タービン出口（２０）の外壁（１０６）の下流側リップ（１２８）と半径方向（８４）に接合するように構成された上流側リップ（９６）を含み、前記上流側リップ（９６）および前記下流側リップ（１２８）は、タービン軸（７６）の周りに配置された外周重ね継手（４２）を形成するように構成され、
前記シール接合面（１４０）は、
前記内側後方プレート（６３）を受け入れるように構成された第１の円周方向溝（１４２）を含み、前記第１の円周方向溝（１４２）は、前記タービン軸（７６）から離れて第１の方向に開口し、
前記複数のポール（４６）は、前記タービン軸（７６）の周りに円周方向（６６）に離間して配置され、前記複数のポール（４６）の各ポールは、前記外側後方プレート（６２）の下流側端部（１０４）を前記内側後方プレート（６３）の下流側端部（１０４）に結合する、システム（１０）。
［実施態様１２］
実施態様１１に記載のシステム（１０）であって、前記外筒（５０）およびフレームアセンブリ（５８）に結合された複数の個別ブラケット（４４）を含み、前記複数の個別ブラケット（４４）は、前記外筒（５０）を軸方向（７６）に支持し、かつ前記フレームアセンブリ（５８）に対する前記外筒（５０）の円周方向（６６）の動きを制限するように構成される、システム（１０）。
［実施態様１３］
実施態様１２に記載のシステム（１０）であって、前記複数の個別ブラケット（４４）は、前記外筒（５０）の円周方向（６６）の動きを制限するように構成された支持ブラケットを含み、前記複数の個別ブラケット（４４）は、前記外筒（５０）の周りに回転対称配置で配置される、システム（１０）。
［実施態様１４］
実施態様１１に記載のシステム（１０）であって、前記外筒（５０）は、前記外筒（５０）の前記上流側端部（１０２）と前記外側後方プレート（６２）との間に配置された第１の複数の軸方向セグメント（１８０）を含み、前記第１の複数の軸方向セグメント（１８０）は、前記外筒（５０）の前記上流側端部（１０２）から前記外側後方プレート（６２）まで前記タービン軸（７６）から離れる第１の連続曲線（１８２）を含み、
前記内筒（４８）は、前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）と前記シール接合面（１４０）との間に配置された第２の複数の軸方向セグメント（１８４）を含み、前記第２の複数の軸方向セグメント（１８４）は、前記内筒（４８）の前記上流側端部（１０２）から前記シール接合面（１４０）まで前記タービン軸（７６）から離れる第２の連続曲線（１８６）を含む、システム（１０）。
［実施態様１５］
実施態様１１に記載のシステム（１０）であって、前記内側後方プレート（６３）は、前記シール接合面（１４０）に結合された複数の半径方向セグメントを含む、システム（１０）。
［実施態様１６］
実施態様１１に記載のシステム（１０）であって、前記ディフューザ部（３８）の頂部（１７２）内の円周方向位置に配置された前記複数のポール（４６）のポールの直径は、前記ディフューザ部（３８）の底部（１７４）内の円周方向位置に配置された前記複数のポール（４６）のポールの直径よりも大きい、システム（１０）。
［実施態様１７］
実施態様１１に記載のシステム（１１）であって、前記複数の軸方向セグメント（１８０、１８４）は、互いに溶接されている、システム（１１）。
［実施態様１８］
方法（３００）であって、
金型（２０６）上で適切な材料（２０４）を回転させることによって、外筒（５０）の第１の複数の軸方向前方プレートセグメントを形成するステップ（３０２）と、
金型上で適切な材料を回転させることによって、内筒（４８）の第２の複数の軸方向後方プレートセグメントを形成するステップ（３０４）と、
前記第１の複数の軸方向前方プレートセグメントを互いに接合して前記外筒（５０）を形成するステップ（３０６）と、
前記第２の複数の軸方向後方プレートセグメントを互いに接合して前記内筒（４８）を形成するステップ（３０８）と、を含む方法（３００）。
［実施態様１９］
実施態様１９に記載の方法（３００）であって、前記内筒（４８）上に円周方向溝を機械加工するステップを含む方法（３００）。
［実施態様２０］
実施態様１９に記載の方法（３００）であって、前記内筒（４８）および前記外筒（５０）は、ガス・タービン・エンジン（１８）に結合される、方法（３００）。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ガス・タービン・システム
１２  燃料ノズル
１４  燃料
１６  燃焼器
１７  ガスタービン
１８  タービン部、ガスタービン、ガス・タービン・エンジン
２０  タービン出口、排気出口
２２  圧縮機
２４  空気取入口
２６  負荷
２８  シャフト
３０  空気
３２  加圧空気
３４  空気燃料混合気
３６  高温排気ガス、排気流路、排気流
３８  ディフューザ
４０  円周方向溝
４２  外周重ね継手
４４  個別外側ブラケット、外周支持ブラケット
４５  個別外側ブラケット、外側個別ブラケット、支持ブラケット
４６  ポール
４７  内側個別ブラケット、支持ブラケット
４８  内筒
４９  一方の端部
５０  外筒
５２  上側部分
５４  下側部分
５６  換気軸受トンネル
５８  排気フレーム、フレームアセンブリ
６０  排気プレナム
６２  外側後方プレート、後方プレートセグメント
６３  内側後方プレート
６４  前方プレート
６６  円周方向
６８  ガセット
７０  ポール径、ポール
７２  円錐プレート
７４  垂直継手
７６  軸方向、タービン軸
７８  垂直方向
８０  横方向
８２  翼形部
８４  半径方向
８６  ピン
８８  湾曲
９０  中継ブロック
９２  可撓性シール
９３  第１の端部
９４  可撓性シール溝
９５  隙間空間
９６  外側リップ／上流側リップ
９８  スロット
１００  減衰長
１０１  二次可撓性シール
１０２  二次可撓性シール溝、上流側端部
１０３  第１の端部
１０４  下流側端部、下流側
１０６  外壁
１１２  内壁
１１４  内周継手
１１６  フランジ、ディフューザフレーム
１１８  １２時の位置
１２０  ３時の位置
１２２  ６時の位置
１２４  ９時の位置
１２６  断熱体
１２８  外側リップ／下流側リップ
１３０  一次流路
１３４  内部領域
１３６  二次流路
１４０  シール接合面
１４２  第１の円周方向溝
１４４  第２の円周方向溝
１４６  第１の方向
１５０  第２の方向
１５２  円周方向セグメント
１５４  応力緩和構造
１５６  継手
１５８  可撓性シール
１６０  根元
１６２  第１のシール接合面
１６４  第２のシール接合面
１７２  頂部
１７４  底部
１７６  開口部
１７８  第１のセット
１８０  外筒セグメント／軸方向セグメント
１８２  第１の連続曲線
１８４  内筒セグメント／軸方向セグメント
１８６  第２の連続曲線
１８８  外筒接合面
１９０  方法
１９２  ブロック
１９４  ブロック
１９６  ブロック
１９８  ブロック
２０２  ローラ
２０４  材料
２０６  金型
２０８  内筒接合面
３００  方法
３０２  ブロック
３０４  ブロック
３０６  ブロック
３０８  ブロック
【図１】
2017096274.tif 000003
【図２】
2017096274.tif 000004
【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】
2017096274.tif 000009
【図８】
2017096274.tif 000010
【図９】
2017096274.tif 000011
【図１０】
2017096274.tif 000012
【図１１】
2017096274.tif 000013
【図１２】
2017096274.tif 000014
【図１３】
2017096274.tif 000015
【外国語明細書】
2017096274000001.pdf