JP2017015088A - 排気ガスシステムのための絶縁支持システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスシステムのための絶縁支持システムを提供すること。【解決手段】ガスタービンの排気ガスシステムのための絶縁支持システムは、内面を有する外側ケーシングと、内面を有するライナシート（６０）と、を備え、ライナシートの内面と外側ケーシングの内面との間に絶縁ギャップが設けられる。本システムは更に、外側ケーシングの内面からライナシートの内面まで延びる支持部材と、外側ケーシングの内面又は支持部材の一方に固定接続されたネジファスナーと、を含む。ネジファスナーは、固定深さを有し、ライナシートのファスナー孔と整列している。本システムは更に、ライナシートのファスナー孔を貫通して延び且つネジファスナーとネジ係合するボルトを含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、全体的に排気ガスシステムに関する。より詳細には、本発明は、排気ガスシステムのための絶縁支持システムに関する。

ガスタービンは、全体的に、直列流れ順にて、吸入システム、圧縮機、燃焼セクション、及びタービンを含む。限定ではないが、排気ガスディフューザ、排気プレナム、バイパススタック、ダイバータダンパー、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）、その他を含む様々な排気ガス関連構成要素は、タービンの出口から下流側に配置することができる。排気ガスディフューザは、タービンから離れて比較的高温の燃焼ガスを送るための流路を定める。

排気ガスディフューザは通常、外側ケーシング又はシェルと、外側ケーシングの内面に結合され且つ流路の外側流れ境界を定める複数のライナシートとによって形成される。外側ケーシングの温度を低下させるために、通常は繊維バットの形態の絶縁体は、外側ケーシングの内面と各ライナシートの内面との間にパックされる。

ライナシートは、個々のライナシートを締め付けるためにナットを有する溶接スタッドを用いて設置される。これらのナットは、特定の値のトルクを加えて回転させ、次いで、ライナシート及び／又は外側ケーシングの異なる熱成長率を許容するためライナシートが遊動できるように緩めるようにする。ナットは、これらが緩まないように所定位置に仮付け溶接される。ライナシート、溶接スタッド、及びナットは、絶縁支持システムを定める。

上述のような既知の絶縁支持システムを用いたライナシート及び絶縁体の適切な設置を確保するために、較正トルクレンチ、熟練の技能者、及び高レベルの品質管理（ＱＣ）が要求される。締め付けすぎの不適切に設置されたナットは、ライナシートの相対移動を制限し、従って、ライナシートの座屈を生じる可能性がある。緩すぎる不適切に設置されたナットはまた、ライナシートが踊り音を生じるのを可能にし、従って、絶縁体の圧縮及び圧縮解除を行う可能性があり、絶縁体の断熱効果を損なう恐れがある。従って、改善された絶縁支持システムが有用となる。

米国特許第５，９５７，７６８号明細書

本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。

本発明の１つの実施形態は、ガスタービンのための絶縁支持システムである。絶縁支持システムは、内面を有する外側ケーシングと、内面を有し且つファスナー孔を定めるライナシートと、を含む。絶縁ギャップがライナシートの内面と外側ケーシングの内面との間に定められる。システムは更に、外側ケーシングの内面からライナシートの内面まで延びる支持部材を含む。ネジファスナーは、外側ケーシングの内面又は支持部材の一方に固定接続され、固定深さを有する。ネジファスナーは、ライナシートのファスナー孔と実質的に整列される。システムは更に、ライナシートのボルト孔を貫通して延び且つネジファスナーとネジ係合したボルトを含む。

本発明はまた、ガスタービンを含む。ガスタービンは、圧縮機と、圧縮機から下流側に配置される燃焼セクションと、燃焼セクションから下流側に配置されるタービンと、タービンから配置される排気セクションと、を含む。排気セクションは、絶縁支持システムを含む。絶縁支持システムは、内面を有する外側ケーシングと、内面を有し且つファスナー孔を定めるライナシートと、を含む。絶縁ギャップが、ライナシートの内面と外側ケーシングの内面との間に定められる。システムは更に、外側ケーシングの内面からライナシートの内面まで延びる支持部材と、外側ケーシングの内面又は支持部材の一方に固定接続されるネジファスナーと、を含む。ネジファスナーは、固定深さを有し、ライナシートのファスナー孔と実質的に整列される。システムは更に、ライナシートのボルト孔を貫通して延び且つネジファスナーとネジ係合したボルトを含む。

当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示を説明する。

本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービンの機能ブロック図。 本発明の１又はそれ以上の実施形態を組み込むことができるディフューザ外側ケーシング半部分の部分斜視図。 ライナシートセグメントが設置された、図２に例示される外側ケーシング半部分の部分斜視図。 本発明の１つの実施形態による、絶縁支持システムの例示的な実施形態の側面図。 本発明の１つの実施形態による、絶縁支持システムの例示的な実施形態の側面図。

ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。「半径方向」という用語は、軸線に対して垂直方向の移動又は位置を意味し、用語「軸方向」は、軸線に対して平行方向の移動又は位置を意味する。

各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。本発明の例示的な実施形態は、例示の目的で陸上用発電ガスタービンの排気ディフューザのためのライナ支持システムに関して全体に説明しているが、本発明の実施形態は、限定ではないが、排気ガスプレナム、バイパススタック、ダイバータダンパー、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）及び／又は廃熱回収ユニット（ＷＨＲＵ）などのあらゆるタイプの排気ガスエンクロージャ又は排気ガス関連構成要素に適用できることは、当業者には容易に理解されるであろう。加えて、排気ガスエンクロージャは、蒸気タービン、船舶用ガスタービン、又は航空機ガスタービンなどのあらゆるタイプのターボ機械に関連することができ、請求項に特に記載のない限り、陸上用発電ガスタービンに限定されない。

次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービン１０の機能ブロック図を示す。図示のように、ガスタービン１０は、全体的に、ガスタービン１０に流入する空気１４又は他の作動流体を精製及び他の方法で調和するため、一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又は他の装置を含むことができる吸入セクション１２を備える。空気１４は、吸入セクション１２から圧縮機セクションに流れ、ここで圧縮機１６は、空気１４に運動エネルギーを漸次的に与えて、圧縮空気１８を生成する。圧縮空気１８は、燃料供給システム２２からの燃料２０と混合されて、１又はそれ以上の燃焼器２４内で可燃性混合気を形成する。可燃性混合気は、燃焼して、高温高圧高速の燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、タービンセクションのタービン２８を通って流れて仕事を産出する。例えば、タービン２８は、シャフト３０に接続されて、タービン２８の回転により圧縮機１６を駆動して圧縮空気１８を生成することができる。代替として又はこれに加えて、シャフト３０は、電力を生成するためにタービン２８を発電機３２に接続することができる。タービン２８からの排気ガス３２は、タービン２８から下流側の排気スタック３６にタービン２８を接続する排気セクション３４を通って流れる。排気セクション３４は、例えば、環境に放出する前に排気ガス３２を清浄化して該排気ガスから追加の熱を取り出すための排気ディフューザ及び熱回収蒸気発生器（図示せず）などの種々の構成要素を含むことができる。

図２は、本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的な排気ディフューザ３８の部分斜視図を示す。図２に示すように、排気ディフューザ３８は、符号４０で示された半円筒形の外側ケーシング半部分のペアを含むことができる（以下、「外側ケーシング」）。半部分は、実質的に同一であり、従って、１つのみを詳細に説明する。外側ケーシング４０は通常、炭素鋼から形成することができる。前方ケーシングフランジ４２は、外側ケーシング４０の前端に溶接され、排気ディフューザ３８のタービン２８への取り付けを向上させることができる。図２は、単に例示的な排気ガスディフューザ形状の代表図であり、請求項に規定のない限り限定を意図するものではない。

軸方向に延びる支持部材４４，４６，４８の複数のグループは、外側ケーシング４０の長手方向で並列に配列され、外側ケーシングの内部表面５０に溶接又は他の方法で固定接続することができる。支持部材４４，４６，４８の長さは、排気ディフューザ３８内のこれらの軸方向位置に応じて変わる。支持部材４４，４６，４８のうちの１又はそれ以上は、１又はそれ以上のネジスタッド５２を含むことができる。前方横方向支持部材５４，５６は、外側ケーシング４０の前端に設けることができる。好ましくは繊維バット（簡単にするために符号５８で１つだけが図示されている）の形態の絶縁体５８は、外側ケーシング４０の長さに沿って支持部材４４，４６，４８の間に設置される。絶縁体５８は、１４００°Ｆを超える排気ガス温度から炭素鋼外側ケーシング４０を保護する。他の実施形態において、スタッド５２は、ケーシング４０に直接溶接することができる。

図３は、図２に示すように外側ケーシング４０の部分斜視図であり、ライナシート６０及び絶縁体５８が設置されている。図３に示すように、排気ディフューザ３８は更に、通常はステンレス鋼から形成され且つ外側ケーシング４０の内面５０から半径方向内向きに配置される複数のライナシート６０を含む。ライナシート６０は、弓状シート又はセグメントの形態で設けることができ、各々が、長手方向支持部材４４，４６，４８のグループにわたって延び、前方横断支持部材５４，５６の隣接するペアと重なり合っている。ライナシート６０の数は、排気ダクトサイズに応じて変わることができる。ライナシート６０は、タービン２８から排気スタック３６に向かって流れる排気ガス３４（図１）の外側境界を定め、絶縁体に対するカバーを提供する。

図４は、本発明の１つの実施形態による、本明細書で「システム」と呼ばれる絶縁支持システム１００の第１の例示的な実施形態の側面図を示す。図５は、本発明の別の実施形態による、システム１００の第２の例示的な実施形態の側面図を示す。種々の実施形態において、図４及び５に示すように、システム１００は、外側ケーシング４０と、少なくとも１つのライナシート６０とを含む。特定の実施形態において、ライナシート６０の内面６２は、外側ケーシング４０の内面と実質的に平行に延びる。他の実施形態において、排気ディフューザは、スロープ又は湾曲面を含むことができ、従って、ライナシート６０の内面６２は、外側ケーシング４０の内面５０と実質的に非平行に延びることになる。ライナシート６０は、ファスナー孔６４を定める。絶縁ギャップ６６は、ライナシート６０の内面６２と外側ケーシング４０の内面５０との間に定められる。特定の実施形態において、図４に示すように、支持部材６８は、外側ケーシング４０の内面５０からライナシート６０の内面６２まで延びる。

図４及び５に示すように、システム１００は更に、ネジファスナー７０を含む。ネジファスナー７０は、寸法矢印７２により示される固定の垂直深さを有する。ネジファスナー７０は、ライナシート６０のファスナー孔６４と実質的に同軸に整列することができる。ネジファスナー７０は、ナットとして形成することができ、又は、タップ付きボス又は他の表面特徴要素として形成することができる。１つの実施形態において、図４に示すように、ネジファスナー７０の深さ７２は、ネジファスナー７０の底面７６に沿って配置されるストッパー７４により固定又は定めることができる。

特定の実施形態において、図４に示すように、ネジファスナー７０は、支持部材６８に固定接続される。例えば、１つの実施形態において、図４に示すように、ネジファスナー７０は、支持部材６８の側壁部分７８に固定接続することができる。特定の実施形態において、支持部材６８は、軸方向に延びる支持部材４４，４６，４８（図２）のうちの１つを含むことができる。他の実施形態において、支持部材６８は、横断支持部材５４，５６（図２）のうちの１つを含むことができる。特定の実施形態において、図５に示すように、ネジファスナー７０は、外側ケーシング４０の内面５０に固定接続することができる。

図４及び５に示すように、システム１００は更に、ライナシート６０のボルト孔６４を通って延びて、ネジファスナー７０とネジ係合するボルト８０を含む。特定の実施形態において、図４及び５に示すように、システム１００は更に、ボルト８０のヘッド部分８４とライナシート６０の外面８６との間に配置されるワッシャなどのスペーサ８２を含むことができる。ボルト８０並びにネジファスナー７０の深さは、ボルトの端部がネジファスナー７０の固定深さ７２に達したときにボルト８０が底に到達するようなサイズにされる。底に到達すると、ボルト８０のヘッド部分８４は、ライナシート６０が遊動せずに熱成長に応じて自在に移動できるギャップを依然として提供するようにライナシート６０をクランプする所定位置にある。図４及び５に示され且つ本明細書で記載されるような本発明の種々の実施形態は、ライナシート６０を設置するのに特殊な工具又は技能を必要としない。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を含む場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１０ ガスタービン
１２ 吸入セクション
１４ 作動流体
１６ 圧縮機
１８ 圧縮作動流体
２０ 燃料
２２ 燃料供給部
２４ 燃焼器
２６ 燃焼ガス
２８ タービン
３０ シャフト
３２ 排気ガス
３４ 排気セクション
３６ 排気スタック
３８ 排気ディフューザ
４０ 外側ケーシング
４２ 前方ケーシングフランジ
４４ 軸方向に延びる支持部材
４６ 軸方向に延びる支持部材
４８ 軸方向に延びる支持部材
５０ 内部表面（外側ケーシング）
５２ ネジスタッド
５４ 横断支持部材
５６ 横断支持部材
５８ 絶縁体
６０ ライナシート
６２ 内面（ライナシート）
６４ ファスナー孔
６６ 絶縁ギャップ
６８ 支持部材
７０ ネジファスナー
７２ 固定垂直方向深さ
７４ ストッパー
７６ 底面
７８ 側壁部分
８０ ボルト
８２ スペーサ
８４ ヘッド部分−ボルト
８６ 外面（ライナシート）
１００ 絶縁支持システム

Claims (20)

1. 絶縁支持システム（１００）であって、
   内面（５０）を有する外側ケーシング（４０）と、
   内面（６２）を有し且つファスナー孔（６４）を定めるライナシート（６０）と、
   を備え、前記ライナシート（６０）の内面（６２）と前記外側ケーシング（４０）の内面（５０）との間に絶縁ギャップ（６６）が設けられ、
   前記絶縁支持システム（１００）が更に、
   前記外側ケーシング（４０）の内面（５０）から前記ライナシート（６０）の内面（６２）まで延びる支持部材（６８）と、
   前記外側ケーシング（４０）の内面（５０）又は前記支持部材（６８）の一方に固定接続され且つ固定深さ（７２）を有し、前記ライナシート（６０）のファスナー孔（６４）と整列したネジファスナー（７０）と、
   前記ライナシート（６０）のファスナー孔（６４）を貫通して延び且つ前記ネジファスナー（７０）とネジ係合するボルト（８０）と、
   を備える、絶縁支持システム（１００）。
2. 前記ボルト（８０）のヘッド部分（８４）と前記ライナシート（６０）の外面（８６）との間に配置されるスペーサ（８２）を更に備える、請求項１に記載の絶縁支持システム。
3. 前記ネジファスナー（７０）が、前記支持部材（６８）の側壁（７８）に固定接続される、請求項１に記載の絶縁支持システム（１００）。
4. 前記支持部材（６８）が、軸方向に延びる支持部材（４４，４６，４８）である、請求項１に記載の絶縁支持システム（１００）。
5. 前記支持部材（６８）が、横断支持部材（５４，５６）である、請求項１に記載の絶縁支持システム（１００）。
6. 前記ネジファスナー（７０）が、前記外側ケーシング（４０）の内面（５０）に固定接続される、請求項１に記載の絶縁支持システム（１００）。
7. 前記ボルトは、前記ネジファスナー（７０）の固定深さ（７２）に達したときに底に到達する、請求項１に記載の絶縁支持システム（１００）。
8. 前記ネジファスナー（７０）がナットである、請求項１に記載の絶縁支持システム（１００）。
9. 前記ネジファスナー（７０）の底面に沿って配置されるストッパー（７４）を更に備え、該ストッパーが、前記ネジファスナー（７０）の固定深さ（７２）を定める、請求項１に記載の絶縁支持システム（１００）。
10. 前記外側ケーシング（４０）及び前記ライナシート（６０）が、ガスタービン（１０）の排気ガスディフューザ部分（３８）の構成要素である、請求項１に記載の絶縁支持システム（１００）。
11. ガスタービン（１０）であって、
    圧縮機（１６）と、該圧縮機から下流側にある燃焼セクションと、燃焼セクションから下流側にある絶縁支持システム（１００）を含む排気セクションと、を備え、前記絶縁支持システム（１００）が、
    内面（５０）を有する外側ケーシング（４０）と、
    内面（６２）を有し且つファスナー孔（６４）を定めるライナシート（６０）と、
    を含み、
    前記ライナシート（６０）の内面（６２）と前記外側ケーシング（４０）の内面（５０）との間に絶縁ギャップ（６６）が設けられ、
    前記絶縁支持システム（１００）が更に、
    前記外側ケーシング（４０）の内面（５０）から前記ライナシート（６０）の内面（６２）まで延びる支持部材（６８）と、
    前記外側ケーシング（４０）の内面（５０）又は前記支持部材（６８）の一方に固定接続され且つ固定深さ（７２）を有し、前記ライナシート（６０）のファスナー孔（６４）と整列したネジファスナー（７０）と、
    前記ライナシート（６０）のファスナー孔（６４）を貫通して延び且つ前記ネジファスナー（７０）とネジ係合するボルト（８０）と、
    を含む、ガスタービン（１０）。
12. 前記ボルト（８０）のヘッド部分（８４）と前記ライナシート（６０）の外面（８６）との間に配置されるスペーサ（８２）を更に備える、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。
13. 前記ネジファスナー（７０）が、前記支持部材（６８）の側壁（７８）に固定接続される、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。
14. 前記支持部材（６８）が、軸方向に延びる支持部材（４４，４６，４８）である、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。
15. 前記支持部材（６８）が、横断支持部材（５４，５６）である、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。
16. 前記ネジファスナー（７０）が、前記外側ケーシング（４０）の内面（５０）に固定接続される、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。
17. 前記ボルトは、前記ネジファスナー（７０）の固定深さ（７２）に達したときに底に到達する、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。
18. 前記ネジファスナー（７０）がナットである、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。
19. 前記ネジファスナー（７０）の底面に沿って配置されるストッパー（７４）を更に備え、該ストッパーが、前記ネジファスナー（７０）の固定深さ（７２）を定める、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。
20. 前記絶縁ギャップ（６６）内に配置される絶縁層を更に備える、請求項１１に記載のガスタービン（１０）。