JP2014058968A - 高温／振動用途における円周方向支持のための金属発泡体 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンの排ガスダクト内における熱応力、振動、および応力集中部の影響を受けやすい、高感度器具類を保護する方法ならびにシステムを提供する。
【解決手段】ターボ機械に使用されるチューブホルダ２０は、チューブ１４を受け入れる通路を有し、ターボ機械構成要素に取り付けるように適合されたハウジング１０と、ハウジング内に位置し、チューブの長さ部分を係合し、それによってチューブをハウジング内で保持するとともに、ターボ機械の運転中におけるチューブの望ましくない振動を低減する金属発泡体構成要素とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、全体としてガスタービン技術に関し、より具体的には、例えばガスタービンの排ガスダクト内における熱応力、振動、および応力集中部の影響を受けやすい、高感度器具類を保護する方法ならびにシステムに関する。

特定のガスタービン用途では、配管系は、ガスタービンの排気ダクトに収められ、１つまたは複数のセンサ、例えば熱ブラッグセンサ（ｔｈｅｒｍａｌ Ｂｒａｇｇ ｓｅｎｓｏｒｓ）を収容するのに使用される。しかし、試験中、円周方向に間隔を空けたホルダ（もしくはチューブ支持体）のアレイに対してセンサチューブを保持および／または圧締めするのに使用される支持メカニズムによってもたらされる、熱応力、振動、および応力集中部の組み合わせによって、可撓性のチューブおよび／またはセンサは機能しなくなることが知られている。

様々な圧締めスキームが試行されてきたが、わずかな成果しか上がっていない。それに加えて、より新規なセンサ保持材料が試験されてきたが、最適な材料はコストに著しい悪影響を及ぼす恐れがある。したがって、ガスタービンの排気ダクトの過酷な熱環境において、センサチューブおよびチューブ内のセンサをより良好に保護することができる、比較的単純で安価なメカニズムが依然として必要とされている。

米国特許出願公開第２０１０／０２９０７３３号公報

例示的な、ただし非限定的な一実施形態によれば、チューブを受け入れる通路を有し、ターボ機械構成要素に取り付けるように適合されたハウジングと、ハウジング内に位置し、チューブの長さ部分をハウジング内で係合し保持するように形作られ配置された金属発泡体構成要素とを備える、ターボ機械に使用されるチューブホルダが提供される。

別の態様では、タービンエンジンのダクト内で支持するように適合された、センサチューブ用のチューブホルダであって、ダクト内へと延在する支持支柱に装着するように適合され、センサチューブを受け入れる通路を有するハウジングと、ハウジング内に位置し、センサチューブの長さ部分を係合するように配置された金属発泡体構成要素とを備える、チューブホルダが提供される。

さらに別の態様では、本発明は、可撓性のセンサチューブをチューブホルダ内で支持する方法であって、中を通る通路が形成されたハウジングを提供するステップと、金属発泡体スリーブを通路内で位置付け、センサチューブを金属発泡体スリーブ内で支持するステップとを含む、方法を提供する。

以下、本発明について次に特定する図面と併せてより詳細に記載する。

複数の支持体によってダクト内で支持されたセンサチューブを示す単純化した部分端面図である。 図１に示されるような装置の拡大詳細図である。 第１の例示的な、ただし非限定的な実施形態による、図１および２に示されるような支持体に使用されるチューブホルダを示す部分断面側面図である。 別の例示的な、ただし非限定的な実施形態による、図１および２に示されるような支持体に使用される別のチューブホルダを示す部分断面側面図である。 さらに別の例示的な、ただし非限定的な実施形態による、図１および２に示されるような支持体に使用される第３のチューブホルダの部分断面斜視図である。

図１および２は、図示される実施例ではタービン排気ダクトであってもよい、円筒状のダクトまたはハウジング１０を単純化した形態で部分的に示している。ダクト１０は、部分的にのみ示される環状壁１２で構成される。可撓性のセンサチューブ１４は、半径方向内側に向いた支柱または配管支持体１６によって支持されて、ダクト壁１２の周りに延在する。センサチューブ１４は、ダクト壁の周りで円周方向に間隔を空けてもよい、１つまたは複数のセンサ（例えば、図示されないが、熱ブラッグセンサ）を取り囲み支持する。図１に示されるように、可撓性チューブは１８でダクト壁に入り、進入位置に近接した位置でダクト壁を出てもよい。図１の右側に示されるように、可撓性チューブ１４は、異なる熱成長、高応力、および他の要因によって、支柱１６間でたわんでもよい。一般的には、図２で最も良く分かるように、チューブ１４は、様々な既知のチューブホルダまたは支持体２０によって支柱１６に圧締めされてもよい。チューブがホルダ２０内でしっかり圧締めされている場合、チューブのたわみは、チューブがホルダを出入りするところで折れ曲がりを生じさせて、応力集中部をもたらし、最終的にはチューブの不具合に結び付く傾向があることが観察されている。

他の従来の構成では、チューブは、支持支柱１６上のチューブホルダまたは支持体（デバイス２０に類似）を通過するが、チューブをホルダに対して滑動させることができ、結果としてたわみ応力および曲げ応力が回避されるように内部の圧締めメカニズムを有さない。他方では、圧締めされない構成によって、場合によっては疲労サイクルの不具合につながる、チューブの望ましくない振動が促進される。

図３は、チューブ１４の折れ曲がりをもたらさない、ホルダ２０を通る軸線方向の通路内に装着されてもよく、かつ既知の圧締めされないチューブホルダに振動が付随することなくある程度の限定的な滑動が可能な、チューブクランプの第１の例示的な、ただし非限定的な実施形態を示す。

より具体的には、チューブホルダ２０の端板または端壁２２（図２を参照）の開口部に、任意の適切な締結装置によってナット体２４が嵌合される。ナット体は、先細状または円錐形の内壁２８が形成された、突出する雄ねじが切られた内ナット構成要素２６を含む。開放型の金属発泡体のフェルール（ｆｅｒｒｕｌｅ）またはスリーブ３０は、壁３２によって画定された平滑な内径と、ナット構成要素２６の内壁２８と噛合するように構成された円錐形の外壁３４とを有する。雌ねじが切られた外ナット構成要素（またはロックナット）３６は、内ナット構成要素２６にねじ留めされるので、端面３８がフェルール３０を軸線方向でナット構成要素２６内へと推進し、それによって金属発泡体フェルール３０がチューブ１４の長さ部分に対して押し込まれる。ナット構成要素は、チューブを通す中央アパーチャ４０を有して形成される。ロックナット３６は規定のトルクまで締め付けられ、その結果、チューブ１４の圧締めが最適になるが、ある程度の限定的な軸線方向移動は可能であることが理解されるであろう。しかし、チューブ１４はフェルール３０によって完全に係合され、それによって、ホルダ２０内でのチューブ１４のあらゆる望ましくない振動が排除されないまでも低減される。上述の圧締めデバイスは、図示されるホルダ２０とともに使用することに限定されず、他のホルダ設計にも使用されてもよいことが理解されるであろう。

金属発泡体フェルール３０は、ガスタービン用途に一般的に使用される様々な高温合金、例えば、鉄クロム合金（例えば、ＦｅＣｒＡｌＹ）、ニッケル鉄合金（例えば、インコネル）、アルミニウム合金（低温用途の場合）などのいずれかから形成されてもよい。発泡体の密度は、必要な保持力を提供するように選択されるが、チューブの折れ曲がりがやはりもたらされる。金属発泡体フェルールは、一個片または二個片の構成であってもよい。

図４は、配管ホルダ４２が、例えばボルト４８によって互いに連結され、球形状の中央キャビティ５０を提供するように形成された、２つのほぼ同一のハウジング部分４４、４６で構成される、別の例示的な、ただし非限定的な実施形態を示す。半球５４、５６で構成された金属球体５２は、キャビティ５０内に収められ、中央のボア５８、６０はチューブ１４の貫通路を提供するように軸線方向で位置合わせされる。ボア５８、６０は、チューブ１４の上に適合する金属発泡体スリーブ６２を収容するのに十分な大きさの直径を有する。ボルト４８を締めることによって、発泡体スリーブ６２を通るチューブ１４に対して軽い圧締め力が加わる。ハウジングのどちらかの端部（スリーブ６２の縁部の向こう側）にある配管１４を取り囲む空間によって、チューブを摩耗させることなく、チューブとハウジング部分４４、４６との間である程度の相対的な角運動が可能になることに留意されたい。それに加えて、球体５２は、キャビティ５０内である程度の限定的な回転が可能であり、チューブを損傷することなく、かつ発泡体スリーブ６２を介したチューブの圧締めに影響することなく、やはりチューブの移動が可能になる。

図５は、チューブホルダの別の例示的な、ただし非限定的な実施形態を示す。この変形例では、背中合わせのチューブホルダ６４、６６は、一対の隣接したセンサチューブ１４を支持するようにして支柱１６に装着される。各ホルダは分割されたハウジング区画６８、７０で構成されるが、構造の理解を容易にするため、ホルダ６６のハウジング区画６８は除去されていることに留意されたい。ホルダ６４、６６は、位置合わせされたボルト穴７２の組を通るボルト（図示なし）によって、互いに締結されてもよい。ほぼ半円筒状のキャビティ７４が各ハウジング区画に形成され、それよりも大径の環状溝７６、７８がキャビティの対向する端部に形成される。これらの溝は過大寸法のチューブガイドまたはディスク８０、８２を受け入れ、中央アパーチャ（１つが８４で示される）がチューブを受け入れる。ディスク８０、８２には、ハウジング区画の間で固定されたときにディスクが回転しないように係止するため、溝７６、７８に形成された切欠きに嵌合するタブまたはキー８６が形成されてもよい。

チューブガイドまたはディスク８０、８２の間で、キャビティ７４は、上述したような金属発泡体組成を有する金属発泡体スリーブ８８で満たされる。発泡体スリーブ８８はチューブ１４を取り囲み係合するが、チューブは、スリーブおよびホルダ６６に対して軸線方向で滑動することができる。この構成は、支持をもたらす一方で振動の「がたつき（ｃｈａｔｔｅｒ）」を防ぎ、結果としてチューブの摩耗を防ぐ。ハウジング区画６８、７０の組立てによって発生する圧締め力は、ディスク８０、８２によって吸収されて、スリーブ８８が過剰な圧締め力の影響を受けないことが保証される。

記載した実施形態それぞれにおいて、金属発泡体スリーブは、チューブを損傷することなくセンサチューブを圧締めし、かつ／または無用な振動を防ぐような形でセンサチューブを支持するのに使用される。

最も実用的かつ好ましい実施形態であると現在考えられるものに関連して、本発明について記載してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されず、その反対に、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様々な修正および等価の構成を網羅するものであることを理解されたい。

１０ ダクトまたはハウジング
１２ 環状壁
１４ センサチューブ
１６ 支柱または配管支持体
１８ チューブ／ダクト壁入口
２０ チューブホルダまたは支持体
２２ 端板または端壁
２４ ナット体
２６ 内ナット構成要素
２８ 内壁
３０ 発泡体のフェルールまたはスリーブ
３２ 壁
３４ 外壁
３６ 構成要素またはロックナット
３８ 端面
４０、８４ 中央アパーチャ
４２６４、６６ 配管ホルダ
４４、４６ ハウジング部分
４８ ボルト
５０ 中央キャビティ
５２ 球体
５４、５６ 半球
５８、６０ 中央のボア
６４、６６ チューブホルダ
６２、８８ 発泡体スリーブ
６８、７０ ハウジング区画
７２ ボルト穴
７４ 半円筒状キャビティ
７６、７８ 環状溝
８０、８２ チューブガイドまたはディスク
８６ タブまたはキー

Claims (20)

1. チューブを受け入れる通路を有し、ターボ機械構成要素に取り付けるように適合されたハウジングと、
   前記ハウジング内に位置し、前記チューブの長さ部分を前記ハウジング内で係合し保持するように形作られ配置された金属発泡体構成要素とを備える、ターボ機械に使用されるチューブホルダ。
2. 前記金属発泡体構成要素が開放型のスリーブを含む、請求項１記載のチューブホルダ。
3. 前記開放型のスリーブが、軸線方向の中央通路および先細状の周壁を備えた、組み合わされてほぼ切頭円錐形の形状を形成する２つの半片で構成される、請求項２記載のチューブホルダ。
4. 前記ハウジングが、前記先細状の周壁と噛合するように適合された内表面を有するねじ山付き部分を含む、請求項３記載のチューブホルダ。
5. 前記ねじ山付き部分を螺合可能に係合するように適合されたロックナットをさらに備え、前記ロックナットが、前記スリーブに対して軸線方向の押込み力を及ぼすことによって前記スリーブが前記チューブを圧締めするように適合された端面を備える、請求項４記載のチューブホルダ。
6. 前記スリーブが前記ハウジング内で支持された球状構成要素内に収められる、請求項２記載のチューブホルダ。
7. 前記球状構成要素が、前記スリーブを受け入れる軸線方向の中央通路に沿って連結された２つの半球状区画で構成され、さらに、前記スリーブの合金に対して前記チューブが滑動できるように前記スリーブがサイズ決めされる、請求項６記載のチューブホルダ。
8. 前記金属発泡体が高温合金で構成される、請求項１記載のチューブホルダ。
9. 前記スリーブが前記ハウジングの分割された区画内で支持され、前記スリーブが前記ハウジングの対向する端部で支持された一対のディスクの間で係合され、前記ディスクが前記スリーブの直径よりも大きい直径を有する、請求項２記載のチューブホルダ。
10. タービンエンジンのダクト内で支持されるように適合された、センサチューブ用のチューブホルダであって、
    前記ダクト内へと延在する支持支柱に装着されるように適合され、前記センサチューブを受け入れる通路を有するハウジングと、
    前記ハウジング内に位置し、前記センサチューブの長さ部分を係合するように配置された金属発泡体構成要素とを備える、チューブホルダ。
11. 前記金属発泡体構成要素が、前記センサチューブの長さ部分を取り囲むスリーブを含む、請求項１０記載のチューブホルダ。
12. 前記スリーブが、軸線方向の中央通路および先細状の周壁を備えたほぼ切頭円錐形の形状を有する、請求項１１記載のチューブホルダ。
13. 前記ハウジングが、前記先細状の周壁と噛合するように適合された内表面を有するネジ山付き部分を含む、請求項１２記載のチューブホルダ。
14. 前記ネジ山付き部分を螺合可能に係合するように適合されたロックナットをさらに備え、前記ロックナットが、前記スリーブに対して軸線方向の力を及ぼすことによって前記スリーブが前記チューブを圧締めするように適合された端面を備える、請求項１３記載のチューブホルダ。
15. 前記スリーブが前記ハウジング内で支持された球状構成要素内に収められる、請求項１１記載のチューブホルダ。
16. 前記球状構成要素が、前記スリーブを受け入れる軸方向の中央通路に沿って連結された２つの半球状区画で構成される、請求項１５記載のチューブホルダ。
17. 前記金属発泡体が高温合金を含む、請求項１０記載のチューブホルダ。
18. 前記スリーブが前記ハウジングの分割された半片内で支持され、前記スリーブが前記ハウジングの対向する端部で支持された一対のディスクの間で係合され、前記ディスクが前記スリーブの直径よりも大きい直径を有する、請求項１１記載のチューブホルダ。
19. ａ）中を通る通路が形成されたハウジングを提供するステップと、
    ｂ）金属発泡体スリーブを前記通路内で位置付け、センサチューブを前記金属発泡体スリーブ内で支持するステップとを含む、可撓性のセンサチューブをチューブホルダ内で支持する方法。
20. 前記金属発泡体スリーブに圧縮を加え、それによって前記センサチューブを前記ハウジング内で圧締めするステップを含む、請求項１９記載の方法。