(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室壁を貫通して車室内に配設された保持環に固定された保持部に先端が挿入され、同保持部を介して複数の燃焼器尾筒の壁内の冷却通路へ蒸気を供給する蒸気供給管及び尾筒を冷却後の蒸気を回収する蒸気戻り管において、前記蒸気供給管及び戻り管の前記車室壁と前記保持部との間には伸縮部が形成され、前記伸縮部は管本体と同じ材料からなる蛇腹状であり、前記保持部への蒸気供給管及び蒸気戻り管の挿入は、下端部が前記保持部へネジで螺合され、かつ、その下端周囲と前記保持部との間には断面がコの字状の金属製パッキンが介装されていることを特徴とする尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管。  
【請求項２】
前記供給管及び戻り管の車室外壁面に取付けられるフランジと同車室外壁面との間には金属製ライナが介装されることを特徴とする請求項１記載の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管。
【請求項３】
前記伸縮部は前記管本体の上部と下端部との中間に上下接合点で溶接結合され、同上下接合点の間で、前記管本体の上部の外周は下方に向かって細くなるテーパが形成され前記伸縮部は同テーパと接するテーパ形状の内接面を有していることを特徴とする請求項１記載の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管。
【請求項４】
前記コの字状断面のパッキンの外周囲には複数個のピンが設けられていることを特徴とする請求項１記載の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン燃焼器の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管に関し、管先端の取付部からの蒸気洩れを防止するような構造としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガスタービンの高温化、高効率化に伴い、燃焼器の冷却も効率的に行うことが要求されており、特に、蒸気タービンと組合せたコンバインドサイクルにおいては、蒸気タービン系から蒸気を抽気して燃焼器に導き、蒸気で燃焼器尾筒を冷却し、冷却後の蒸気を回収して蒸気タービン系に戻す蒸気冷却方式が開発されている。
【０００３】
図９は蒸気冷却方式を採用した燃焼器の概念図であり、図において、車室５０内には燃焼器５１がロータ周囲に複数個（通常は１６個）が均等に配置されている。各燃焼器５１の尾筒５１ａの出口は、それぞれ静翼及び動翼が配置されたガス通路５２へ接続されている。尾筒５１ａは出口部の周囲には蒸気管取付用の保持環２１が車室５０に取付けられて配置されており、車室５０外部から貫通して挿入された蒸気供給管３０と蒸気戻り管４０が接続されている。蒸気供給管３０からは系外の蒸気タービン系から抽気された蒸気が導入され、保持環２１内に設けられた通路を通り、各尾筒壁内に設けられた冷却通路に図示の点線で示すように流れて尾筒を冷却し、冷却により昇温した蒸気は、再び保持環２１を通って蒸気戻り管４０を通って車室外へ導かれ、回収されて蒸気タービン系へ戻される。
【０００４】
図１０は図９におけるＤ−Ｄ矢視図である。図において、蒸気供給管３０は上下に２本が３０−１，３０−２として車室５０を貫通し、保持環２１の挿入部２４へ挿入されている。蒸気供給管３０−１，３０−２の開放端は保持環２１内の蒸気入口２５へ連通し、蒸気入口２５へは図示省略しているが、各燃焼器５１の尾筒５１ａの冷却通路の蒸気入口側へ接続されている。同様に蒸気戻り管４０−１，４０−２が上部両側に、４０−３，４０−４が下部の両側に配置され、両側から、それぞれ車室５０を貫通してそれぞれ保持環２１の挿入部２２へ挿入されている。又、これら戻り管の開放端は保持環２１内の蒸気出口２３へ、それぞれ連通し、蒸気出口２３は、図示省略しているが、各燃焼器５１の尾筒５１ａの冷却通路の蒸気出口側へ接続されている。
【０００５】
図１１は上記に説明した蒸気冷却方式の蒸気の供給と蒸気の戻りを示す系統図の一例を示し、上方の蒸気供給管３０−１は、上部に配置の８個の燃焼器の尾筒５１ａに蒸気を供給し、又、下方の蒸気供給管３０−２は、下部に配置の８個の燃焼器の尾筒５１ａに蒸気を供給する。各尾筒５１ａは、尾筒の壁内に設けられた冷却通路内に蒸気を流して冷却され、冷却後の蒸気は４本の蒸気戻り管４０−１〜４０−４に流出し、系外へ回収される。蒸気戻り管は、４０−１，４０−２が上部の各４個の尾筒５１ａを、それぞれ分担し、下方の４０−３，４０−４が下部の４個の尾筒５１ａを、それぞれ分担して回収するようにしている。
【０００６】
図１２は図１０におけるＥ−Ｅ断面図であり、蒸気戻り管の構造を示している。蒸気供給管も同様の構造であり、説明の都合上、蒸気戻り管で代表して説明する。図において、蒸気戻り管４０にはフランジ４１を有し、車室５０を貫通して挿入され、フランジ４１で車室壁にボルト４２で取付けられている。蒸気戻り管４０の先端部周囲には上下方向に所定の間隔（図では３本）で溝が切られており、この溝内には、それぞれピストンリング４３が配設されている。このピストンリング４３を有する蒸気戻り管４０の先端部は、保持環２１の挿入部２２へ挿入されており、管が熱伸びにより変形してもピストンリング４３と挿入部２２内壁面とが上下に摺動し、移動可能となっており、熱伸びを吸収できる構造となっている。又、蒸気戻り管４０の先端開放部は保持環２１に設けられた蒸気出口２３に連通しており、蒸気を尾筒５１ａから回収することができる。蒸気供給管３０も同様の構造であるので説明は省略する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来の蒸気冷却方式を採用した尾筒の冷却構造では、車室外から蒸気供給管、蒸気戻り管を貫通して挿入し、これら管の先端部を管を支持する保持環に挿入し、供給管から蒸気を尾筒に供給し、尾筒壁内部に設けられた冷却通路へ流して尾筒を冷却し、冷却後の蒸気を戻り管から車室外へ導き回収している。このような蒸気供給管には約３００℃程度の蒸気が導かれ、又、蒸気戻り管には冷却により昇温した約６００℃程度の蒸気が流れる。従って、これら管は蒸気の熱により伸縮するので熱による変形を吸収できる構造でなければならない。現状では、この構造は管の先端部の保持環へ挿入される部分に、ピストンリングを設け、上下動可能な構造としている。しかし、このようなピストンリングにより摺動する構造では蒸気の洩れが生じ、この洩れ量も大きくなり、蒸気量を多く消費し、性能低下の原因となっていた。
【０００８】
そこで本発明では、ガスタービンの燃焼器尾筒を蒸気で冷却する方式の蒸気供給管と蒸気戻り管の保持部への取付構造に改良を加え、接続部での蒸気洩れをなくする構造として冷却性能を向上することのできる尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管を提供することを課題としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の（１）〜（４）の手段を提供する。
【００１０】
（１）車室壁を貫通して車室内に配設された保持環に固定された保持部に先端が挿入され、同保持部を介して複数の燃焼器尾筒の壁内の冷却通路へ蒸気を供給する蒸気供給管及び尾筒を冷却後の蒸気を回収する蒸気戻り管において、前記蒸気供給管及び戻り管の前記車室壁と前記保持部との間には伸縮部が形成され、前記伸縮部は管本体と同じ材料からなる蛇腹状であり、前記保持部への蒸気供給管及び蒸気戻り管の挿入は、下端部が前記保持部へネジで螺合され、かつ、その下端周囲と前記保持部との間には断面がコの字状の金属製パッキンが介装されていることを特徴とする尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管。
【００１３】
（２）前記供給管及び戻り管の車室外壁面に取付けられるフランジと同車室外壁面との間には金属製ライナが介装されることを特徴とする（１）記載の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管。
【００１４】
（３）前記伸縮部は前記管本体の上部と下端部との中間に上下接合点で溶接結合され、同上下接合点の間で、前記管本体の上部の外周は下方に向かって細くなるテーパが形成され前記伸縮部は同テーパと接するテーパ形状の内接面を有していることを特徴とする（１）記載の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管。
【００１５】
（４）前記コの字状パッキンの外周囲には複数個のピンが設けられていることを特徴とする（１）記載の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管。
【００１８】
本発明の（１）においては、先端部が保持環に固定された保持部へ一体的に固定され、蒸気の洩れは完全に解消される。又、熱伸びに対しては管の中間部に伸縮部が形成されているので、熱変形は、この伸縮部で完全に吸収することができる。又、伸縮部が管と同じ材料からなり、かつ蛇腹状を形成しているので伸縮が確実となり、管の成形も容易となる。
【００１９】
そして、下端の金属製パッキンの断面形状がコの字状であり、弾性変形により下端を保持部に押し付けるのでシール性が確実となり、洩れ防止の信頼性が一層向上する。又、蒸気供給管及び戻り管は保持部への取付部がネジで固定されており、かつ、その先端周囲には金属製パッキンが介装されているので、保持部の管挿入部からの蒸気の漏れが防止される。従来は先端部が熱変形を防ぐためにピストンリングを設けて摺動可能な取付けであったので、摺動部からの蒸気の洩れが大きかった。本発明では先端部が保持部へ一体的に固定され、かつ、金属製パッキンも介装されているので、蒸気の洩れは完全に解消される。又、熱伸びに対しては管の中間部に伸縮部が形成されているので、熱変形は、この伸縮部で完全に吸収することができる。又、本発明の（２）では、車室壁とのフランジ面にも金属製ライナが介装しているので、この取付面のシール性も確保され、シールの信頼性が向上するものである。
【００２０】
本発明の（３）では、管本体の上部と下端部との中間に上下接合点で溶接結合され、同上下接合点の間で、前記管本体の上部の外周は下方に向かって細くなるテーパが形成され前記伸縮部は同テーパと接するテーパ形状の内接面を有しているので、接合部の熱伸差による変形をテーパ形状により吸収することができる。
【００２１】
本発明の（４）では、コの字状断面のパッキンには、外周囲にピンが突設するので、パッキンが保持部に設けられた挿入用の穴から位置がずれるのが防止され、蒸気洩れ防止の信頼性が一層向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係る尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管の全体の配置図であり、図１０に示す従来の矢視図に相当する図である。図において蒸気供給管２０は上下に、２０−１，２０−２の２本がそれぞれ車室５０を貫通して保持環２１の挿入部２４へ挿入されている。又、蒸気戻り管１０−１，１０−２が上方の両側に、１０−３，１０−４が下側の両側に、それぞれ車室５０を貫通し、保持環２１の挿入部２２へ挿入されている。その他の保持環２１、挿入部２２，２４、蒸気出口２３、蒸気入口２５、車室５０、尾筒５１ａの構造は図１０に示す従来のものと同じ構成であるので詳しい説明は省略する。又、蒸気の供給管、戻り管の系統も図１１に示す従来例と同じであるので、その説明も省略する。
【００２４】
図２は本発明の実施の一形態に係る尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管の断面を示し、図１のＡ−Ａ断面図であり、蒸気戻り管を示している。なお、蒸気供給管２０も同様の構造であるので説明は省略し、蒸気戻り管１０の例で代表して説明する。
【００２５】
図２において、蒸気戻り管１０は、フランジ部１１を有する上部管１０ａと下部のフレキシブル管１３とから構成されている。上部管１０ａはフランジ１１により車室５０にボルト１２により取付けられ、フレキシブル管１３は上部にフランジ１４を有し、このフランジ１４は、上部管１０ａに設けられた溝１１ａに上面が、下面が車室５０に貫通して設けられた穴５３ａ周囲に、それぞれ挟まれ、ボルト１２で締め付けられて上部管１０ａのフランジ１１と連結し、１本の蒸気戻り管１０を構成している。
【００２６】
上部管１０ａのフランジ１１とフレキシブル管１３のフランジ１４との間には環状のガスケット１８が挿入され、又、フランジ１４の底面と車室５０の穴５３周囲上面との間には、環状で金属製のライナ１７が挿入されて、この両接合面をシールし、蒸気の洩れを防止している。なお、この金属製ライナ１７はフレキシブル管１３と同じ材料のＳＵＳ３０４から作られている。
【００２７】
フレキシブル管１３は中間部に伸縮部１３ａを有し、伸縮部１３ａもＳＵＳ３０４の材料からなり、蛇腹状の構造であり、上下軸方向に伸縮可能で、熱による伸縮を吸収できる構成となっている。フレキシブル管１３の上部と伸縮部１３ａとはＸ点の周囲で溶接結合される。
【００２８】
フレキシブル管１３の下端部もＹ点で伸縮部１３ａと溶接結合され、下端はブッシュ１６へネジ部１５で螺合されブッシュ１６底面と下端との間には断面がコの字状で環状のメタルパッキン１９が挿入されている。メタルパッキン１９の材料も管の材料と同じ、ＳＵＳ３０４で作られる。ブッシュ１６は保持環２０に固定される部分で、従来例の図１０、１２、及び本実施の形態の図１の挿入部２２に相当する部材である。
【００２９】
従って、蒸気戻り管１０は、その下端が保持環２１の挿入部２２であるブッシュ１６内周囲のネジ部とネジ部１５とが螺合してネジ結合されると共に、その下端周囲はブッシュ底面とコの字状断面の環状のメタルパッキン１９が圧入され、弾性支持される構成である。なお、図示していないが、保持環２１の蒸気出口２３（図１参照）はブッシュ１６の底面に設けられた穴より管内へ導かれる。
【００３０】
図３は図２におけるＢ部拡大図であり、ブッシュ１６にはフレキシブル管１３の下端部が挿入され、ネジ部１５で螺合しており、フレキシブル管１３の下端周囲には環状のメタルパッキン１９が介装されている。従って、蒸気戻り管１０全体は上部が、図２に示すようにフランジ１１，１４で車室に固定され、下端が保持環２１のブッシュ１６へ螺合されると共に、下端周囲に断面がコの字状のメタルパッキン１９が介装されて下端は弾性支持されている。
【００３１】
図４は図２におけるＣ部拡大図であり、上部管１０ａのフランジ１１には環状の溝１１ａが設けられ、フレキシブル管１３のフランジ１４が嵌入されている。フランジ１４の上面には環状の溝１４ａが設けられ、その溝１４ａ内にはガスケット１８が挿入されフランジ１１の底面と密着している。又、フランジ１４底面と車室５０の穴５３周囲上面との間には環状の金属製ライナ１７が挿入され、フランジ１４と車室との間を密着せしめている。なお、以上図２〜図４により説明した管の構造は蒸気供給管２０についても同じであるので、その説明は省略する。
【００３２】
上記に説明した本実施の一形態の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管によれば、管の上部は車室壁にフランジ１１で固定し、下部のフレキシブル管１３は上部がフランジ１１と車室５０との間にフランジ１４が挟まれて取付けられ、フレキシブル管１３の途中には蛇腹状の伸縮部１３ａを形成させて、下部を保持環２１のブッシュ１６へ螺合し、かつ下端周囲をコの字状断面のメタルパッキン１９でブッシュ１６と弾性支持させた構成とする。更に、フレキシブル管１３のフランジ１４の上面にはガスケット１８を、底面には金属製ライナ１７を、それぞれ介装させた構成としたので、車室５０との取付部がガスケット１８と金属製ライナ１７で確実に密封されると共に、下端部が摺動せずにネジ結合として下端部の保持環２１との取付部からの蒸気洩れが完全に防止される。更に、これに加えて、フレキシブル管１３が伸縮部１３ａで伸縮するので、熱による管の伸縮も完全に吸収することができる。
【００３３】
図５は図３に示したメタルパッキン１９の取付けを改良したもので、パッキン１９の外周囲には所定の間隔でピン６２が突設して設けられており、このようにピン６２を設けることにより、コの字状断面の円環状メタルパッキン１９がブッシュ１６の周囲内壁面に当接し、位置ズレや脱落が防止される。
【００３４】
図６は図２に示す伸縮部１３ａの接続部の改良を示す拡大図であり、図２で説明した伸縮部１３ａの接合点Ｘ，Ｙ点の間はテーパ形状で嵌合しており、フレキシブル管１３の外周は、下方に向かって細くなるテーパが形成され、伸縮部１３ａは、これと接するテーパ形状の内接面を有し、Ｘ，Ｙ点で溶接されている。このような形状とすることにより熱伸び差や変形を防止することができる。
【００３５】
図７は本発明に係り本発明者が検討した検討例１の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管の断面図である。本検討例１においては、図１２に示す従来例の蒸気戻り管４０の挿入部２２の外周囲にフランジ６０を設けたものである。このようなフランジ６０を設けることにより、挿入部２２の熱変形を防止し、蒸気戻り管の先端との間に隙間が生じて蒸気洩れが発生するのが防止され、従来の構造に簡単な改良でフランジ６０を設けるのみでも、蒸気洩れの対策として効果があるものである。なお、上記の検討例１においては、蒸気戻り管４０の例で説明したが、蒸気供給管３０にも同様に適用されることは、もちろんである。
【００３６】
図８は本発明に係り本発明者が検討した検討例２の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管の断面図である。本検討例２においては、図１２に示す従来例の蒸気戻り管４０の挿入部２２の外周囲に断熱材６１で覆ったものである。このような構成により挿入部２２の熱変形を防止し、蒸気戻り管の先端との間に変形による隙間が生じて蒸気洩れが発生するのが防止される。なお、上記の検討例２においても、蒸気戻り管４０の例で説明したが、蒸気供給管３０にも同様に適用されることは、もちろんである。このように断熱材を設けるのみで、従来の構造に簡単な改良で蒸気洩れの対策を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管は、（１）車室壁を貫通して車室内に配設された保持環に固定された保持部に先端が挿入され、同保持部を介して複数の燃焼器尾筒の壁内の冷却通路へ蒸気を供給する蒸気供給管及び尾筒を冷却後の蒸気を回収する蒸気戻り管において、前記蒸気供給管及び戻り管の前記車室壁と前記保持部との間には伸縮部が形成され、前記伸縮部は管本体と同じ材料からなる蛇腹状であり、前記保持部への蒸気供給管及び蒸気戻り管の挿入は、下端部が前記保持部へネジで螺合され、かつ、その下端周囲と前記保持部との間には断面がコの字状の金属製パッキンが介装されていることを特徴としている。このような構成により、保持部の管挿入部からの蒸気の洩れが防止される。従来は、先端部が熱変形を防ぐためにピストンリングを設けて摺動可能な取付けであったので、摺動部からの蒸気の洩れが大きかった。本発明では先端部が保持部へ一体的に固定され、又、熱伸びに対しては管の中間部に伸縮部が形成されているので、熱変形は、この伸縮部で完全に吸収することができる。又、伸縮部が管と同じ材料からなり、かつ蛇腹状を形成しているので伸縮が確実となり、管の成形も容易となる。
【００３８】
そして、下端の金属製パッキンの断面形状がコの字状であり、弾性変形により下端を保持部に押し付けるのでシール性が確実となり、洩れ防止の信頼性が一層向上する。又、蒸気供給管及び戻り管は保持部への取付部がネジで固定されており、かつ、その先端周囲には金属製パッキンが介装されているので、保持部の管挿入部からの蒸気の漏れが防止される。従来は先端部が熱変形を防ぐためにピストンリングを設けて摺動可能な取付けであったので、摺動部からの蒸気の洩れが大きかった。本発明では先端部が保持部へ一体的に固定され、蒸気の洩れは完全に解消される。又、本発明の（２）では、車室壁とのフランジ面にも金属製ライナが介装しているので、この取付面のシール性も確保され、シールの信頼性が向上するものである。
【００３９】
本発明の（３）では、管本体の上部と下端部との中間に上下接合点で溶接結合され、同上下接合点の間で、前記管本体の上部の外周は下方に向かって細くなるテーパが形成され前記伸縮部は同テーパと接するテーパ形状の内接面を有しているので、接合部の熱伸差による変形をテーパ形状により吸収することができる。
【００４０】
本発明の（４）では、コの字状断面のパッキンには、外周囲にピンが突設するので、パッキンが保持部に設けられた挿入用の穴から位置がずれるのが防止され、蒸気洩れ防止の信頼性が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の一形態に係る尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管の全体配置図である。
【図２】  図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】  図２におけるＢ部拡大図である。
【図４】  図２におけるＣ部拡大図である。
【図５】  図３におけるメタルパッキンの改良を示す断面図である。
【図６】  図２に示す伸縮部の接続部の改良を示す拡大図である。
【図７】  本発明に係り本発明者が検討した検討例１の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管の断面図である。
【図８】  本発明に係り本発明者が検討した検討例２の尾筒冷却用蒸気供給管及び戻り管の断面図である。
【図９】  従来の尾筒の蒸気冷却方式の概略断面図である。
【図１０】  図９におけるＤ−Ｄ矢視図である。
【図１１】  図１０における蒸気冷却構造の蒸気の供給、戻りの系統図である。
【図１２】  図１０におけるＥ−Ｅ断面図である。
【符号の説明】
１０              蒸気戻り管
１１，１４        フランジ
１１ａ，１４ａ    溝
１３              フレキシブル管
１３ａ            伸縮部
１５              ネジ部
１６              ブッシュ
１７              金属製ライナ
１８              ガスケット
１９              メタルパッキン
２０              蒸気供給管
２１              保持環
２２，２４        挿入部
２３              蒸気出口
２５              蒸気入口
５０              車室
５１              燃焼器
５１ａ            尾筒
【図１】
0004289642.tif 000002
【図２】
0004289642.tif 000003
【図３】
0004289642.tif 000004
【図４】
0004289642.tif 000005
【図５】
0004289642.tif 000006
【図６】
0004289642.tif 000007
【図７】
0004289642.tif 000008
【図８】
0004289642.tif 000009
【図９】
0004289642.tif 000010
【図１０】
0004289642.tif 000011
【図１１】
0004289642.tif 000012
【図１２】
0004289642.tif 000013