JP2007046456A - 高温ガスを搬送するガス集合パイプ - Google Patents

Abstract

【課題】高温ガスを搬送するガス集合パイプの冷却効果を同時的に増大させるための冷却空気の案内手段をガス集合パイプに設ける。
【解決手段】高温ガスを搬送するガス集合パイプ１は、ガスタービン・プラントの燃焼室９とガスタービンの流路１３とを連結する連結部を形成する。このガス集合パイプ１は、２つの入口パイプ接続部２を有し、該入口パイプ接続部は前記ガスタービン流路１３に連結される環状のガス通路４にエルボ状に湾曲する湾曲部３を介して軸方向に開口している。冷却用空気は外側で該湾曲部３に沿って案内される。ガス集合パイプ１の前記ガスタービン流路１３に面する側とは反対側には前記湾曲部３に沿って複数のリブ８が互いに間隔を置いて配設されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン・プラントの燃焼室とガスタービンの流路とを接続するための高温ガスを搬送するガス集合パイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
二叉状をしたこの種のガス集合パイプは、例えば、文献ＤＥ １９８ １５ ４７３ Ａ１から知られている。このタイプのガス集合パイプはその入口パイプ接続部が特殊な形状を有するため、中間領域は上部領域及び環状のガス通路の出口断面における下部領域より高い熱負荷を受ける。
【０００３】
前記タイプのガス集合パイプの環状ガス通路は冷却空気を該ガス通路の外側に導いて冷却する。冷却空気はガスタービン・プラントのコンプレッサから取り入れられる。冷却空気をガスタービンの流路に流入させるための複数のスロットを備えた２つの環状フランジが該ガス通路の端縁に設けられている。
文献ＤＥ １００ ３２ ４５４ Ａ１から知られているガス集合パイプにおいては、複数のスロットは、冷却空気が低い熱負荷を受ける領域より大なる熱負荷を受ける領域により大量に搬送されるように環状フランジの外周全体に不規則な間隔を置いて配設されている。その結果、該ガス集合パイプの環状ガス通路の冷却は、不均一な量の冷却空気により均一に行われるようになっている。
前記ＤＥ １００ ３２ ４５４ Ａ１に開示されたガス集合パイプにおいては、冷却空気の量は全体としては該ガス集合パイプの冷却中は増大しない。常態では、低い熱負荷のみを受ける領域を冷却するところの冷却空気をより高い熱負荷を受ける領域に導いてやるだけである。その結果、該環状ガス通路の出口断面の温度は該低温領域において上昇する。しかし、温度は２つの高温領域において低下するため、外周全体にわたってほぼ均一な温度プロファイルが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は、前記ＤＥ １００ ３２ ４５４ Ａ１から知られている冷却空気の案内を冷却効果を同時的に増大させる他の手段で達成し得るように構成したガス集合パイプとこのガス集合パイプを備えたガスタービン・プラントを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るガス集合パイプは、ガスタービン・プラントの燃焼室とガスタービンの流路とを接続するための高温ガスを搬送するガス集合パイプであって、前記ガスタービンの流路に接続される環状のガス通路内にエルボ状に湾曲した湾曲部を介して軸方向に開口する２つの入口パイプ接続部を有し、前記湾曲部に沿って外側に冷却空気を流動させるようにしたガス集合パイプにおいて、ガス集合パイプの前記ガスタービン流路に面する側とは反対側の外側面における前記湾曲部の領域に複数のリブを所定の間隔を置いて配設し、冷却空気をそれらのリブにより該湾曲部に沿って案内するように構成したことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明に係るガス集合パイプは、前記のものにおいて、前記複数のリブが前記湾曲部に沿って、前記入口パイプ接続部への移行領域から前記環状ガス通路の内側から外側に亘って該環状ガス通路の中間領域内にまで延在していること特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明に係るガス集合パイプは、前記のものにおいて、前記リブの高さが前記環状ガス通路の高さの約１０％であることをことを特徴とするものである。
【０００８】
さらに、本発明に係るガス集合パイプは、請求項２に記載のものにおいて、前記リブの高さが前記環状ガス通路の高さの約１０％であることを特徴とするものである。
【０００９】
さらにまた、本発明に係るガスタービン・プラントは、複数の燃焼室と、流路を有するガスタービンと、高温ガスを前記燃焼室と前記流路間に搬送するガス集合パイプであって、前記燃焼室にそれぞれ接続され、かつ前記流路に接続された環状のガス通路内にエルボ状に湾曲した湾曲部を介して軸方向に開口する２つの入口パイプ接続部を有するガス集合パイプとを備えたガスタービン・プラントにおいて、前記ガス集合パイプの前記ガスタービン流路に面する側とは反対側の外側面における前記湾曲部の領域に複数のリブを所定の間隔を置いて配設し、冷却空気をそれらのリブにより該湾曲部に沿って案内するように構成したことことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明に係るガスタービン・プラントは、前記のものにおいて、前記複数のリブは、前記湾曲部に沿って、前記入口パイプ接続部への移行領域から前記ガス通路の内側から外側に亘って該環状ガス通路の中間領域内にまで延在していることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係るガスタービン・プラントは、前記のものにおいて、前記リブの高さが前記環状ガス通路の高さの約１０％であることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面において、図４は、本発明の理解に必要な程度までガスタービン・プラントの一部を図示したものである。このガスタービン・プラントは、コンプレッサ、ガスタービン及びＶ字状に配置された２つの外部燃焼室９を備えている。図４ではそのうちの１つの外部燃焼室９しか示されていない。前記該ガスタービンは、その環状をしたガス流路１３内に位置する複数のロータ・ブレード１２を有するロータ・ディスク１０を含んでいる。前記ガスタービンの環状のガス流路１３は、ガス集合スペースとして働くガス集合パイプ１の環状のガス通路４と接続されている。また、図４ではガスタ−ビン・プラントのコンプレッサのうち、コンプレッサ・ロータのブレード１１だけが示されている。
【００１３】
前記した２つの燃焼室９と前記環状流路１３とは、図１〜３により詳細に図示されているところの高温ガスを搬送する二叉状のガス集合パイプ１を介して接続されている。このガス集合パイプ１は前記２つの燃焼室９のガス出口にそれぞれ接続された２つの入口パイプ接続部２を備えている。この２つの入口パイプ接続部２は、エルボ状に９０°の角度で湾曲する湾曲部３を経て、ガス集合パイプ１の下部においてガス集合スペースとしての環状のガス通路４内に開口している。また、ガス集合パイプ１は、環状の外側フランジ５と環状の内側フランジ６とを具備し、この２つのフランジ５、６は、ガスタービンのハウジング側のそれらに対応する２つのフランジにそれぞれ結合されている。圧縮された高温ガスは、前記２つの燃焼室９から前記２つの入口パイプ接続部２内にそれぞれ流入し、かつ一体となって前記環状ガス通路４内に集められ、次いで前記ガスタービンの環状流路１３に流入して、ロータディスク１０を回転駆動する。
【００１４】
２つの入口パイプ接続部２は上記の如く設計されているため、ガス集合パイプ１の環状ガス通路４は搬送される高温ガスによって不均一な熱負荷を受けることになる。３時の位置及び９時の位置にそれぞれ相当するところの中間領域は、６時の位置及び１２時の位置にそれぞれ相当する上記環状ガス通路４の下部領域及び上部領域よりも高い熱負荷を受ける。
【００１５】
ガス集合パイプ１はその全体がガスタービン・プラントのコンプレッサから圧送される圧縮空気の対流により外側から冷却される。この冷却空気は前記湾曲部３に沿い、かつこれに連なる環状ガス通路４に沿って外側を流れるようにされている。この目的のために、複数のスロット７又は他の形状の透孔が冷却空気の流路中にリングとして突出する前記外側及び内側のフランジ５、６にそれぞれ刻設されている。冷却空気は、それらのスロット７を通って流れ去る。冷却空気を流動させる駆動力はスロットを刻設した前記フランジ５、６の両側に生じる圧力差である。
【００１６】
冷却空気を案内するため、ガス集合パイプ１のガスタービン側の入口フランジと対向する側とは反対側の外側面には、前記エルボ状の湾曲部３の領域に、例えばスポット溶接により、複数のリブ８が互いに所定の間隔を置いて配設されている。これらのリブ８は、図示の例にあっては図１〜３に示すように、前記湾曲部３に沿って、前記入口パイプ接続部２への移行領域から前記環状ガス通路４の内側から外側に亘って該環状ガス通路の中間領域内にまで延在している。このような態様で配設された複数のリブ８は、ガス集合パイプ１の最も高温の諸領域を特に強力に冷却するために、ほぼ直線的に圧送されてくる冷却空気をそれらの領域に案内するように機能する。そして、冷却される面は前記複数のリブ８の案内によって拡大される。その結果、冷却がより一層強力になる。前記複数のリブ８は図２に示されているように放射状に延在している。それらリブ８の高さはガスタービンの大きさによって決定される。例えば、前記環状ガス通路４の高さが７０ｍｍであるとすると、リブ８の高さは約５〜１０ｍｍとなる。
【００１７】
本発明においては、前述したように、複数のリブが前記ガスタービン流路に面する側とは反対側のガス集合パイプの外側面の前記湾曲部の領域に互いに間隔を置いて配設されており、それらのリブはガス集合パイプに向けて送られてくる冷却空気の流れの方向を変え、かつ最高の熱負荷を受けるガス集合パイプの中間領域に冷却空気流を指向させるように作用する。
【００１８】
本発明は上述の如く構成されているので、それによれば、局部的な材料部分の耐用寿命を短くするような局部の高温化の低減、温度分布の均一化、熱応力の削減、温度安定性及び耐食性の改善、ガス集合パイプの耐用寿命の延長等の好ましい実益が得られる。
従来公知の技術では、高温にさらされる構成部材の高温化に対処するため、通常、追加的な冷却空気が高温領域へ給送されていたが、追加的な冷却空気の供給はガスターピンの効率を落として了う危険がある。本発明によれば、冷却空気を追加的に供給する必要は無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス導入側の上方から斜めに見た、本発明に係るガス集合パイプの斜視図である。
【図２】ガス導入側から見た図１のガス集合パイプの立面図である。
【図３】ガス導出側の上方から斜めに見た図１のガス集合パイプの斜視図である。
【図４】ガスタービン・プラントのコンプレッサ部分とタービン部分間の移行部の上半分を縦断して示すガスタービン・プラントの部分的縦断側面図である。
【符号の説明】
１ ガス集合パイプ
２ ２つの入口パイプの接続部
３ 湾曲部
４ 環状のガス通路
８ リブ
９ 燃焼室
１３ ガスタービンの流路

Claims (7)

1. ガスタービン・プラントの複数の燃焼室とガスタービンの流路とを接続するための高温ガスを搬送するガス集合パイプであって、前記ガスタービンの流路に接続される環状のガス通路内にエルボ状に湾曲した湾曲部を介して軸方向に開口する２つの入口パイプ接続部を有し、前記湾曲部に沿って外側に冷却空気を流動させるようにしたガス集合パイプにおいて、ガス集合パイプの前記ガスタービン流路に面する側とは反対側の外側面における前記湾曲部の領域に複数のリブを所定の間隔を置いて配設し、冷却空気をそれらのリブにより該湾曲部に沿って案内するように構成したことを特徴とするガス集合パイプ。
2. 請求項１に記載のガス集合パイプにおいて、前記複数のリブは前記湾曲部に沿って、前記入口パイプ接続部への移行領域から前記環状ガス通路の内側から外側に亘って該環状ガス通路の中間領域内にまで延在していることを特徴とするガス集合パイプ。
3. 請求項１に記載のガス集合パイプにおいて、前記リブの高さが前記環状ガス通路の高さの約１０％であることを特徴とするガス集合パイプ。
4. 請求項２に記載のガス集合パイプにおいて、前記リブの高さが前記環状ガス通路の高さの約１０％であることを特徴とするガス集合パイプ。
5. 複数の燃焼室と、流路を有するガスタービンと、高温ガスを前記燃焼室と前記流路間に搬送するガス集合パイプであって、前記燃焼室にそれぞれ接続され、かつ前記流路に接続された環状のガス通路内にエルボ状に湾曲した湾曲部を介して軸方向に開口する２つの入口パイプ接続部を有するガス集合パイプとを備えたガスタービン・プラントにおいて、前記ガス集合パイプの前記ガスタービン流路に面する側とは反対側の外側面における前記湾曲部の領域に複数のリブを所定の間隔を置いて配設し、冷却空気をそれらのリブにより該湾曲部に沿って案内するように構成したことを特徴とするガスタービン・プラント。
6. 請求項５に記載のガスタービン・プラントにおいて、前記複数のリブは、前記湾曲部に沿って、前記入口パイプ接続部への移行領域から前記環状ガス通路の内側から外側に亘って該環状ガス通路の中間領域内にまで延在していることを特徴とするガスタービン・プラント。
7. 請求項５に記載のガスタービン・プラントにおいて、前記リブの高さが前記環状ガス通路の高さの約１０％であることを特徴とするガスタービン・プラント。

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