JP2009174531A - 偽フランジを備えたタービンケーシング - Google Patents

Abstract

【課題】偽フランジを備えたタービンケーシングを提供する。
【解決手段】本タービンケーシング（３００）は、偽フランジ（３４０）を備えた外面（３４５）と、偽フランジ（３４０）に隣接して配置されたヒートシンク（３７０）を備えた内面（３７５）とを含むことができる。
【選択図】 図６

Description

本出願は、総括的にはガスタービンに関し、より具体的には、熱勾配によって生じる「非真円度（out of roundness）」を減少させるタービンケーシング用の偽フランジヒートシンク形状部に関する。

典型的なタービンケーシングは一般的に、互いに連結された複数のセクションで形成される。これらのセクションは、ボルト付きフランジによってあらゆる配向としてまた同様な構成として連結することができる。ガスタービンの過渡的始動時には、水平継手は、ボルトに適応するのに必要な付加的材料の量のため、ケーシングの残りの部分よりも低温状態を維持する可能性がある。水平継手を昇温させる時間が、周囲のケーシングを昇温させる時間よりも遅くなる可能性があるという事実のために、この温度差により、ケーシングが「非真円度」になるおそれがある。この状態はまた、楕円化又は「パッカ」とも呼ばれる。運転停止に際しては、水平継手が高温状態を維持するが、それらの周りのケーシングが冷却して反対のケーシング運動又は楕円化を引き起こすようになる反対の状態が発生するおそれがある。ケーシング上で１以上の偽フランジを使用することによって、同様の問題が生じる可能性がある。

米国特許第５６０５４３８号明細書

従って、タービンのような回転機械における継手の周りに又はケーシングの周りの他の場所に「非真円度」を引き起こす可能性がある熱勾配の存在を低減又は排除する要望が存在している。このような熱勾配の排除は、その内部に均一な間隙を維持することにより、装置において高い運転効率を備えた状態でのより長い寿命を促進するものでなければならない。

従って、本出願は、タービンケーシングについて記述する。本タービンケーシングは、偽フランジを備えた外面と、偽フランジに隣接して配置されたヒートシンクを備えた内面とを含むことができる。

本出願はさらに、タービンケーシングについて記述することができる。本タービンケーシングは、複数のフランジ継手を備えた複数のセクションを含むことができる。これらセクションは、該セクションの１以上の上に配置された偽フランジを備えた外面を含むことができる。これらセクションは、偽フランジの周りで該セクションの１以上の上に配置された偽フランジヒートシンクを備えた内面を含むことができる。

本出願はさらに、その上に配置された１以上の偽フランジを備えた複数のセクションを有するタービンケーシングを安定させる方法について記述する。本方法は、各セクションの平均半径方向撓みを求めるステップと、各セクションの最小半径方向撓みを差し引くステップと、各セクションの平均半径方向撓みを減少させるように偽フランジの１以上に対してヒートシンクを付加するステップとを含むことができる。

本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と共になした以下の詳細な説明を精査することにより当業者には明らかになるであろう。

本明細書に説明するケーシングのボルト継手の斜視図。 本明細書に説明するケーシングの別の実施形態の側面平面図。 図２のケーシングのボルト継手の側面斜視図。 本明細書に説明する偽フランジを備えたケーシングの斜視図。 図４のケーシングの部分切欠き平面図。 図４のケーシングの部分切欠き平面図。

次に、幾つかの図を通して同じ参照符合が同様の要素を表わしている図面を参照すると、図１は、本明細書に説明するタービンケーシング１００を示す。タービンケーシング１００は、上部半体１１０及び下部半体１２０を含む。本明細書では、他の構成もまた使用することができる。上部半体１１０は、一対の上部半体フランジ１３０を含むことができ、一方、下部半体１２０は、一対の下部半体フランジ１４０を含むことができる。互いに隣接して配置されると、ケーシング１００の上部半体１１０及び下部半体１２０は、継手１２５において合さる。開口１５０が、継手１２５においてフランジ１３０、１４０を貫通して延びる。上部半体１１０及び下部半体１２０は、フランジ１３０、１４０の開口１５０を貫通して延びるボルト１６０によって連結される。本明細書では、他の連結手段も使用することができる。

ケーシング１００の継手１２５の熱応答性は、継手１２５の周りに配置したヒートシンク１７０を付加することにより、向上させることができる。具体的には、ヒートシンク１７０は、あらゆるパラメータ化ジオメトリ形状部とすることができる。ヒートシンク１７０は、高さ、幅、長さ、仰角、テーパ、尖端の鋭さ、厚さ、曲がり、形状などのようなあらゆるパラメーを変化させることができる。

この実施例では、ヒートシンク１７０は各々、上部半体フランジ１３０と対向させてケーシング１００の上部半体１１０上に配置した上部フィン１８０と下部半体フランジ１４０と対向させて下部半体１２０上に配置した下部フィン１９０とを含むことができる。フィン１８０、１９０は、ケーシング１１０の内部に僅かに延びることができる。フィン１８０、１９０は、接触した状態にすることができ、或いはこれらフィン１８０、１９０は、所定の距離だけ分離した状態にすることができる。フィン１８０、１９０を分離することにより、熱膨張時又はその他の間にフィン１８０、１９０が互いに膠着しかつ応力を加える可能性を減少させることができる。フィン１８０、１９０は、タービンケーシング１００の材料と同一の又は異なる材料で製作することができる。フィン１８０、１９０は、溶接、鋳造、或いは機械的に又はその他の方法でケーシング１００に取付けることができる。フィン１８０、１９０は、継手１２５の周りの表面積を増大させて、有効表面積の増大により熱伝達を高めるようにするのに役立つ。フィン１８０、１９０は、あらゆる所望の形状を採ることができる。

フィン１８０、１９０の使用により、少なくとも始動時の一時期におけるケーシング１００の「非真円度」を減少させることができる。具体的には、「非真円度」は、ケーシング１００の半体１１０、１２０の平均半径方向撓みから最小半径方向撓みを差し引いたものである。フィン１８０、１９０は、始動時の一時期における「非真円度」を減少させることができるが、しかしながら、フィン１８０、１９０は、定常状態の「非真円度」を僅かに高めることができるのみである。フィン１８０、１９０は、クールダウン時にも同様に「非真円度」を減少させる。フィン１９０及びヒートシンク１７０の寸法は、ケーシング１００が受ける熱勾配及び「非真円度」に抗するようにバランスさせることができる。より大きな熱勾配は、ヒートシンク１７０の異なる寸法を使用することができるように、より大きなヒートシンク１７０を必要とする可能性がある。

図２及び図３は、本明細書に説明するタービンケーシング２００の別の実施形態を示す。上記したのと同様に、タービンケーシング２００は、上部半体２１０及び下部半体２２０を含むことができる。本明細書では、他の構成もまた使用することができる。上部半体２１０及び下部半体２２０は、実質的に同一であるので、上部半体２１０のみを示している。上部半体２１０及び下部半体２２０の各端部は、継手２２５において合さりかつ連結される。半体２１０、２２０は、継手２２５において一対の上部半体フランジ２３０及び一対の下部半体フランジ２４０を含むことができる。フランジ２３０、２４０は、該フランジ２３０、２４０内に配置された複数の開口２５０を含む。ケーシング２００の半体２１０、２２０は、上記の開口２５０を貫通して延びるボルト１６０によって又は他の形式の連結手段によって連結することができる。

ケーシング２００の半体２１０、２２０は、該半体２１０、２２０内に配置された複数のスロット２６０を含むことができる。スロット２６０は、所望の場合にはシュラウド、ブレード、バケット又は他の構造体を収容することができる。ケーシング２００の半体２１０、２２０はまた、該半体２１０、２２０内に配置された複数の空所２６５を含むことができる。これらの空所２６５は、ケーシング２００の外縁部に沿った陥凹部の形態を採ることができ、或いはこれらの空所２６５は、所望の場合には内部に配置することができる。

ケーシング２００の半体２１０、２２０はまた、空所２６５の周りで継手２２５に隣接して配置された１以上のヒートシンク２７０を含むことができる。ヒートシンク２７０は、タービンケーシング２００の上部半体２１０の周りに配置された上部フィン２８０の組及び／又はケーシング２００の下部半体２２０の周りに配置された下部フィン２９０の組の形態を採ることができる。フィン２８０、２９０は、継手２２５のフランジ２３０、２４０に隣接させて配置することができる。

図示するように、フィン２８０、２９０は、その寸法が継手２２５に隣接してより大きい面積を有し、次に継手２２５から離れる方向に移動するにつれてその面積が減少するように変化させることができる。それに代えて、フィン２８０、２９０は、ほぼ均一な形状を有することができる。あらゆる数のフィン２８０、２９０を使用することができる。フィン２８０、２９０のあらゆる形状を使用することもできる。上記したように、全体としてヒートシンク２７０は、あらゆる所望の形態を採ることができる。

従って、ヒートシンク１７０、２７０の使用により、より多くの熱量を継手１２５、２２５の周りのより低温又はより高温の区域に対して流入させるか又は取り去ることが可能になり、従って、ケーシング１００、２００の残りの部分に対する継手１２５、２２５の熱応答を向上させることが可能になる。その結果として、ケーシング１００、２００の周りでのより良好かつより均一な間隙により、高いガスタービン及び／又は圧縮機／タービン効率を得ることができる。「非真円度」の減少はまた、圧縮機ブレード、タービンブレード又は他の構成部品に対するより少ない摩擦及びより少ない補修費用をもたらすことができる。

図４〜図６は、本明細書に説明するタービンケーシング３００のさらに別の実施形態を示す。上記のタービンケーシングと同様に、タービンケーシング３００は、上部半体３１０及び下部半体３２０を含むことができる。本明細書では、他の構成も使用することができる。上部半体３１０及び下部半体３２０は、実質的に同一であるので、半体３１０、３２０のうちの１つのみを示している。上部半体３１０及び下部半体３２０の各端部は、継手３２５内で合さりかつ該継手３２５において連結される。ケーシング３００の半体３１０、３２０は、該半体３１０、３２０内に配置された抽気プレナム３３０のような複数のプレナム又は他の形式の隆起形状部を含むことができる。

ケーシング３００の半体３１０、３２０はまた、該半体３１０、３２０上に１以上の偽フランジ３４０を含むことができる。偽フランジ３４０は、ケーシング３００の外面上で第１の端部３５０から第２の端部３６０まで軸方向に延びる突起リブの形態にすることができる。偽フランジ３４０は、該フランジ３４０が第１の端部３５０から第２の端部に延びるにつれて、その高さを変化させることができる。偽フランジ３４０は、継手３２５において見られるように剛性及び多量の熱質量を釣り合わせることができる。本明細書では、他の構成を使用することもできる。

ケーシング３００の半体３１０、３２０はまた、プレナム３３０及び偽フランジ３４０の周りに配置された１以上のヒートシンク３７０を含むことができる。ヒートシンク３７０は、半体３１０、３２０内で偽フランジ３４０に隣接してケーシング３００の内面上で延びる。ヒートシンク３７０は、フィン３８０の組の形態を採ることができる。フィン３８０は、実質的に均一な形状を有することができ、或いは各フィン３８０は、その寸法を変化させることができる。あらゆる数のフィン３８０を使用することができる。フィン３８０のあらゆる形状もまた、使用することができる。上記したように、全体としてヒートシンク２７０は、あらゆる所望の形態を採ることができる。

継手１２５、２２５におけるヒートシンク１７０、２７０と同様な方法で、ヒートシンク３７０を使用することにより、より多くの熱量を偽フランジ３４０の周りのより低温又はより高温の区域に対して流入させるか又は取り去ることが可能になり、従って、ケーシング３００の残りの部分に対する偽フランジ３４０の熱応答を向上させることが可能になる。その結果として、ケーシング３００の周りでのより良好かつより均一な間隙により、高いガスタービン及び／又は圧縮機／タービン効率を得ることができる。ヒートシンク３７０は、単独で又は上記のヒートシンク１７０、２７０と組合せて使用することができる。

以上の説明は、単に本出願の好ましい実施形態のみに関するものであること、また本明細書では、提出した特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的な技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、当業者が数多くの変更及び修正を行うことができることを理解されたい。

１００ タービンケーシング
１１０ 上部半体
１２０ 下部半体
１２５ 継手
１３０ 上部半体フランジ
１４０ 下部半体フランジ
１５０ 開口
１６０ ボルト
１７０ ヒートシンク
１８０ 上部フィン
１９０ 下部フィン
２００ ケーシング
２１０ 上部半体
２２０ 下部半体
２２５ 継手
２３０ 上部半体フランジ
２４０ 下部半体フランジ
２５０ 開口
２６０ スロット
２６５ 空所
２７０ ヒートシンク
２８０ 上部フィン
２９０ 下部フィン
３００ タービンケーシング
３１０ 上部半体
３２０ 下部半体
３２５ 継手
３３０ プレナム
３４０ 偽フランジ
３４５ 外面
３５０ 第１の端部
３６０ 第２の端部
３７０ ヒートシンク
３７５ 内面
３８０ フィン

Claims (10)

1. 偽フランジ（３４０）を備えた外面（３４５）と、
   前記偽フランジ（３４０）に隣接して配置されたヒートシンク（３７０）を備えた内面（３７５）と、
   を含むタービンケーシング（３００）。
2. 前記ヒートシンク（３７０）が、１以上のフィン（３８０）を含む、請求項１記載のタービンケーシング（３００）。
3. 前記１以上のフィン（３８０）が、分離した状態になっている、請求項２記載のタービンケーシング（３００）。
4. 前記１以上のフィン（３８０）が、接触した状態になっている、請求項２記載のタービンケーシング（３００）。
5. 前記１以上のフィン（３８０）が、均一な形状を含む、請求項２記載のタービンケーシング（３００）。
6. 前記１以上のフィン（３８０）が、複数の形状を含む、請求項２記載のタービンケーシング（３００）。
7. 前記ヒートシンク（３７０）が、該ケーシング（３００）内部に突出している、請求項１記載のタービンケーシング（３００）。
8. 該タービンケーシング（３００）が、複数の継手（１２５）において合さった複数のセクション（１１０、１２０）を含み、
   前記複数の継手（１２５）の１以上が、継手ヒートシンク（１７０）を含む、
   請求項１記載のタービンケーシング（３００）。
9. 複数のフランジ継手（１２５）を備えかつその各々が外面（３４５）及び内面（３７５）を備えた複数のセクション（１１０、１２０）と、
   前記複数のセクション（１１０、１２０）の１以上の外面（３４５）上に配置された偽フランジ（３４０）と、
   前記偽フランジ（３４０）の周りで前記複数のセクション（１１０、１２０）の１以上の内面上に配置された偽フランジヒートシンク（３７０）と、
   を含むタービンケーシング（３００）。
10. その上に配置された１以上の偽フランジ（３４０）を備えた複数のセクション（１１０、１２０）を有するタービンケーシング（３００）を安定化させる方法であって、
    各セクション（１１０、１２０）の平均半径方向撓みを求めるステップと、
    各セクション（１１０、１２０）の最小半径方向撓みを差し引くステップと、
    各セクション（１１０、１２０）の平均半径方向撓みを減少させるように前記偽フランジ（３４０）の１以上に対してヒートシンク（３７０）を付加するステップと、を含む、
    方法。