JP4031726B2 - Expansion joint and its assembly method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエキスパンションジョイントに関し、特にガスタービン等の高温となるプラントの連結に対して好適に適用できるエキスパンションジョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、ガスタービンとこれに接続された排気ダクトを示す側面図、図５は従来のエキスパンションジョイントを示す断面図である。図４において、ガスタービン１０１は燃焼ガスにより駆動し、その排気ガスは排気室１０１ａから排気ダクト１０３へ流れる。排気ダクト１０３は、エキスパンションジョイント１０２を介して排気室１０１ａと接続されている。排気ダクト１０３の構成はダクト１０３ａ、１０３ｂ、これらのダクト１０３ａ、１０３ｂを継ぐエキスパンションジョイント１０２からなり、排気ガスを排ガスボイラ１０９へ導く通路を構成している。
【０００３】
ガスタービン１０１、排気ダクト１０３は概略的には円筒形状であり、エキスパンションジョイント１０２はリング状のものである。ガスタービン１０１、排気ダクト１０３は常温で組み立てられ、運転時は内部に４００℃〜６００℃程度の高温のガスが流れる。そして、運転時の振動、熱による膨張によってガスタービン１０１、排気ダクト１０３は大きく変位する。その変位量の一例を挙げると、ガスタービン１０１と排気ダクト１０３の間隔が５０ｃｍの場合、最大でその間隔が７ｃｍ程度縮小する。このため、エキスパンションジョイント１０２は、熱による伸縮、運転時の振動を吸収する機能を備えるとともに、接続部から外部に熱が漏れないように断熱する機能を備えている。
【０００４】
図５は、そのエキスパンションジョイント１０２の断面図で、排気室１０１ａと排気ダクト１０３ａの間に設けられたエキスパンションジョイント１０２を示している。図５に示すように、排気室１０１ａの後端部にはフランジ部１０４が設けられ、排気ダクト１０３ａの前端部にはフランジ部１０５が設けられている。エキスパンションジョイント１０２は両フランジ部１０４、１０５の内径側を接続する断熱材抜け止めシール１０６、外径側を接続するブーツ１０７、及びシール１０６とブーツ１０７の間に充填された断熱材１０８から構成される。
【０００５】
断熱材抜け止めシール１０６、ブーツ１０７はシート状であるため、ガスタービン１０１の運転時には、内径側又は外径側へ変形してフランジ部１０４、フランジ部１０５間の距離の変動に対応して伸縮する。また、断熱材１０８はセラミックファイバーなどの細かい繊維の集合体であり、やはりフランジ部１０４、フランジ部１０５間の距離の変動に対応して伸縮する。このようにして、エキスパンションジョイント１０２は、運転時の熱、振動によるガスタービン１０１、ダクト１０３ａ、１０３ｂの変位を吸収するように構成されている。このようなエキスパンションジョイントの従来例としては、上記エキスパンションジョイント１０２の他、特許文献１に示すものが知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２２４６８４ Ｐ３、図１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、断熱材抜け止めシール１０６、ブーツ１０７は剛性が低く、図５に示すように幅方向の端部のみで支持されているため、幅方向の中間部近傍が内側、若しくは外側に変形してしまうという問題が生じる。
【０００８】
特に近時では、ブーツ１０７の素材を非金属にして、より高温での使用に耐えるようにしているが、ブーツ１０７を非金属材料で構成すると、単位長さあたりの伸縮量が低下してしまう。このため、図５に示すように、フランジ部１０４とフランジ部１０５の間隔をより広くとり、エキスパンションジョイント１０２の幅をより大きくすることで所望の伸縮量を確保するようにしている。このような状況下では、断熱材抜け止めシール１０６、ブーツ１０７がより変形し易くなっている。
【０００９】
このため、運転時のガスタービン１０１、排気ダクト１０３が振動、膨張すると、断熱材抜け止めシール１０６、ブーツ１０７が変形するという問題が生じていた。図６は、フランジ部１０４、１０５の間隔が近接し、断熱材抜け止めシール１０６、ブーツ１０７が内径側へ変形した状態をしている。
【００１０】
このようにブーツ１０７が内径側へ変形すると、ブーツ１０７の表面に局所的なしわが発生し、ガスタービン１０１の運転時の振動によってブーツ１０７が破断するという問題が生じていた。これにより、ガスタービン１０１、排気ダクト１０３内の熱が外部に漏れ、信頼性が損なわれるという問題があった。
【００１１】
また、断熱材抜け止めシール１０６とブーツ１０７の間には断熱材１０８が圧縮された状態で充填されているため、断熱材抜け止めシール１０６が内径側へ変形すると、断熱材１０８の体積が大きくなる。このため、断熱材１０８の密度が小さくなり、断熱の機能が低下する。これにより、ガスタービン１０１及び排気ダクト１０３内部の熱が外側に伝わり、ブーツ８の温度が上昇するという問題が生じていた。
【００１２】
特に、エキスパンションジョイント１０２を組み付ける際は、外側から断熱材抜け止めシール１０６、ブーツ１０７を固定していくため、内側に向かって力が加わる。このため、断熱材抜け止めシール１０６、ブーツ１０７は内側へ変形し易い。そして、一部の領域が内側へ変形すると、運転時の伸縮、振動によって内側へ変形した領域が拡大し、やがて全周に拡がるという問題がある。更に、ガスタービン１０１内には高速のガスが流れているため、負圧によって断熱材抜け止めシール１０６が内側へ変形し易いという問題も生じていた。
【００１３】
この発明は上述したような問題を解決するために成されたものであり、エキスパンションジョイントの内径側への変形を抑えて信頼性を高めることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係るエキスパンションジョイントは、ガスタービン又は前記ガスタービンに接続された排気ダクトの連結部に取り付けられ、前記ガスタービン又は前記排気ダクトの変位を吸収するエキスパンションジョイントであって、前記ガスタービン又は前記排気ダクトの内径側に取り付けられた抜け止めシールと、前記ガスタービン又は前記排気ダクトの外径側に取り付けられたブーツと、前記抜け止めシールと前記ブーツの間に充填された断熱材とを備え、前記抜け止めシールを外側に向かって予め凸状に湾曲させたことを特徴とする。
【００１５】
このエキスパンションジョイントは、抜け止めシールを外側に向かって予め凸状に湾曲させておき、内径側へ変形しないようにしたものである。これにより、エキスパンションジョイントの損傷を抑えることができるので、信頼性・耐久性を高めることができる。ここで、ブーツは、ガスタービン、排気ダクトの内部から高温のガスが外側へ流れることを抑止するための部材であって、気密性、耐熱性、そして伸縮性を備えたものである。また、抜け止めシールは、断熱材がガスタービン、排気ダクトの内側へ抜けてしまうことを抑えるための部材である。そして、断熱材は、ガスタービン、排気ダクト内部の熱が外部に伝導することを抑える機能を有するものである。
【００１６】
また、請求項１に係るエキスパンションジョイントは、上記エキスパンションジョイントにおいて、前記抜け止めシールとともに前記ブーツを外側に向かって予め凸状に湾曲させたことを特徴とする。このように、抜け止めシールとともにブーツも外側に向かって予め凸状に湾曲させておくので、長期間の使用においても内径側へ変形しないようになる。
【００１７】
また、請求項１に係るエキスパンションジョイントは、上記エキスパンションジョイントにおいて、前記抜け止めシールの内径側に金属製プレートが設けられたことを特徴とする。このように、抜け止めシールの内径側に金属製プレートを設けてあるので、抜け目止めシールの内径側への変形を確実に抑えることができる。ここで、金属製プレートはステンレス、インコネル（登録商標）等の剛性の高い材料が好ましい。
【００１８】
また、請求項２に係るエキスパンションジョイントは、上記エキスパンションジョイントにおいて、前記抜け止めシールは複数の部材の積層から構成され、前記複数の部材の少なくとも１つが外側に向かって凸状に湾曲した形状を維持する成型部材であることを特徴とする。このような構成により、抜け止めシールは常に外側に向かって凸状の形状を維持できるので、長期間の使用においてもエキスパンションジョイントの内側に向かう変形を抑制できる。なお、成型部材は成型した形状を維持できるものが望ましい。
【００１９】
また、請求項３に係るエキスパンションジョイントは、上記エキスパンションジョイントにおいて、前記ブーツは複数の部材を積層して構成され、前記複数の部材の少なくとも１つが凸状に湾曲した形状を維持する成型部材であることを特徴とする。このような構成により、ブーツは常に外側に向かって凸状の形状を維持できるので、長期間の使用においてもエキスパンションジョイントの内側に向かう変形を抑制しできる。成型部材は成型した形状を維持できるものが望ましい。
【００２０】
また、請求項４に係るエキスパンションジョイントは、上記エキスパンションジョイントにおいて、前記成型部材が金属製メッシュであることを特徴とする。このように、金属製メッシュを用いることで、ある程度の剛性により凸状の形状を維持しつつ所望の伸縮性を得ることができる。これにより、エキスパンションジョイントが内側に向かう変形を抑えつつ、ダクトの熱伸びを十分に吸収できる。ここで、金属製メッシュの材料はステンレス、インコネル（登録商標）が適しており、特に高温での酸化を抑えるためにはインコネル（登録商標）が適している。
【００２１】
また、請求項５に係るエキスパンションジョイントは、上記エキスパンションジョイントにおいて、前記複数の部材の１つが金属箔であることを特徴とする。このように、金属箔を使用することで、ブーツや抜け止めシールの気密性を高めて、熱が外部に漏れないようにすることができる。これによって、エキスパンションジョイントを通過する排気温度の低下を抑制できるので、例えばガスタービンの排ガスをＨＲＳＧ（Heat Recovery Steam Generator：排熱回収ボイラ）に供給する場合には、温度の高い良質の排ガスを供給できる。
【００２２】
また、請求項６に係るエキスパンションジョイントの組み付け方法は、ガスタービン又は前記ガスタービンに接続された排気ダクトの連結部に、前記ガスタービン又は前記排気ダクトの変位を吸収するエキスパンションジョイントを組み付ける方法であって、前記連結部の内径側に、予め外側に向かって凸状に湾曲した抜け止めシールを取り付ける工程と、前記抜け止めシールの外周に断熱材を取り付ける工程と、前記断熱材の外周に、予め外側に向かって凸状に湾曲したブーツを取り付ける工程と、を有することを特徴とする。このように、抜け止めシール及びブーツを外側に向かって予め凸状に湾曲させておくので、エキスパンションジョイントの組み付け時には、内径側への変形を抑えることができる。
【００２３】
また、請求項６に係るエキスパンションジョイントの組み付け方法は、前記抜け止めシールの内径側に金属製プレートを設けた後、前記抜け止めシールを取り付けることを特徴とする。このように、抜け止めシールの内径側に金属製プレートを設けてから抜け止めシールを取り付けるので、抜け目止めシールの内径側への変形を確実に抑えることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００２５】
図１は、この発明の一実施の形態に係るエキスパンションジョイント２を示す断面図である。このエキスパンションジョイントはガスタービンと排気ダクトの接続部、排気ダクトを構成する各ダクト同士の接続部などに使用されるものである。ここでは、ガスタービンと排気ダクトの接続部に使用した場合を例に挙げて説明する。なお、ガスタービン、排気ダクトの全体構成は図４と同様である。
【００２６】
図１に示すように、ガスタービン１の排気室１ａの後端部にはフランジ４が設けられている。また、排気ダクト３の前端部にはフランジ５が設けられている。そして、フランジ４とフランジ５は所定の間隔をあけて対向している。
【００２７】
フランジ４とフランジ５の内径側には、両フランジの間を接続する断熱材抜け止めシール６が配置されている。また、フランジ４とフランジ５の外径側には、両フランジの間を接続するブーツ７が配置されている。そして、断熱材抜け止めシール６とブーツ７との間に断熱材８が充填されている。断熱材抜け止めシール６、ブーツ７は帯状のものをフランジ４、５の形状に丸めたものである。そして、断熱材抜け止めシール６、ブーツ７及び断熱材８からエキスパンションジョイント２が構成されている。
【００２８】
図１に示すように、断熱材抜け止めシール６はフランジ４及びフランジ５から突出したピン１０に挿入され、ワッシャ１１によって固定されている。また、ブーツ７は、フランジ４及びフランジ５に対してボルト１２で固定されている。また、断熱材抜け止めシール６のさらに内径側にはガイド１３が設けられている。
【００２９】
断熱材８は、セラミックファイバーなどの細かい繊維をガラスクロスで包んだものであり、ガスタービン１、排気ダクト３内部の熱が外部に伝導することを抑える機能を有する。断熱材８は、圧縮された状態で断熱材抜け止めシール６とブーツ７との間に充填されている。
【００３０】
図２はブーツ７の構成を示す断面斜視図である。ブーツ７は、ガスタービン１、排気ダクト３内部から高温のガスが外側へ流れることを抑止するための部材であって、気密性、耐熱性、そして伸縮性を備えたものである。図２に示すように、ブーツ７は、内径側の金属製メッシュ７ａ、中間の金属箔７ｂ及び外径側のガラスクロス７ｃの積層によって構成されている。金属製メッシュ７ａはインコネル（登録商標）、ステンレス等の素材からなり、高温での酸化を抑えるためには特にインコネル（登録商標）が好適である。中間の金属箔７ｂはブーツ７の気密性を高めるものであり、また、耐熱性を向上させるものである。なお、ブーツ７の温度がそれ程高くならない場合は、金属箔７ｂの代わりに耐熱性の高い樹脂シートを用いることもできる。
【００３１】
図１及び図２に示すように、ブーツ７は幅方向の中央が外側に向かって突出するように湾曲している。この形状は、ブーツ７をフランジ４、５に組み付ける前に予め成形したものであり、主に金属製メッシュ７ａによってその形状が維持される。このように、外側に膨らむように予めブーツ５を湾曲させておくことで、組み付け時、又はガスタービン１若しくは排気ダクト３が伸縮・振動した場合に、ブーツ７がガスタービン１の内側に向かって変形してしまうことを抑止できる。従って、ブーツ７に変形による亀裂が生じることを抑えることができ、ガスタービン１、排気ダクト３内の熱流が外部に漏れだすことを抑止できる。
【００３２】
図３は、断熱材抜け止めシール６の構成を示す断面斜視図である。断熱材抜け止めシール６は、断熱材８がガスタービン１、排気ダクト２の内側へ抜けてしまうことを抑えるための部材であり、内径側の金属製メッシュ６ａと外径側のガラスクロス６ｂとの積層から構成される。また、湾曲部の頂の内径側には、金属製メッシュ６ａ、ガラスクロス６ｂよりも幅の狭い金属製プレート６ｃが設けられている。金属製プレート６ｃはステンレス、インコネル（登録商標）等の材料で構成されるものである。
【００３３】
図１及び図３に示すように、断熱材抜け止めシール６もブーツ７と同様に、予め幅方向の中央が外側に向かって湾曲するように突出させてある。これにより、組み付け時、又はガスタービン１若しくは排気ダクト３が伸縮・振動した場合に、断熱材抜け止めシール６がガスタービン１の内側に向かって変形してしまうことを抑止できる。これにより、断熱材抜け止めシール６とブーツ７の間に充填された断熱材８の体積が、熱膨張や経年変化等によって増加することを抑えることができ、断熱材８の密度が小さくなることを抑止できる。これにより、エキスパンションジョイント２から外部に漏れるガスタービン１の排ガスの熱を最小限に抑えることができる。
【００３４】
また、ガスタービン１又は排気ダクト３が伸縮・振動した場合には、ブーツ７及び断熱材抜け止めシール６を外側に向かって同じ方向に変形させることができる。従って、ブーツ７が外側に変形した場合であっても断熱材８の体積が増加することを抑えることができ、断熱材８の密度が小さくなることを抑止できる。これにより、エキスパンションジョイント２から外部に漏れるガスタービン１の排ガスの熱を最小限に抑えることができる。
【００３５】
また、断熱材抜け止めシール６の内径側には剛性の高い金属製プレート６ｃを設けている。この金属製プレート６ｃは、断熱材抜け止めシール６を円状に形成すると、断熱材抜け止めシール６の径方向外側に向かう高い曲げ剛性を発揮する。これによって、エキスパンションジョイントの組み付け時、又はガスタービン１の運転時においても、断熱材抜け止めシール６が内側へ変形すること確実に抑えることができる。
【００３６】
次に、エキスパンションジョイント２の組み付け方法について説明する。ここでは、ガスタービン１と排気ダクト３の間にエキスパンションジョイント２の組み付ける方法を例に挙げて説明する。まず、ガスタービン１の後方に排気ダクト３を配置し、フランジ部４とフランジ部５の間隔を所定の距離に設定する。なお、ガイド１３は予めフランジ部４に取り付けておく。
【００３７】
次に、フランジ４とフランジ５の間の内径側に断熱材抜け止めシール６を巻きつけ、断熱材抜け止めシール６の孔をフランジ４、５に固定されているピン１０に挿入する。そして、ワッシャ１１をピン１０に挿入して固定する。断熱材抜け止めシール６は帯状のシートであるため、巻きつけた後、その両端同士を接続する。接続の際には、まず内径側の金属製メッシュ６ａを縫い合わせ、その後、外径側のガラスクロス６ｂを縫い合わせる。
【００３８】
次に、断熱材８を断熱材抜け止めシール６の上から巻きつける。巻きつけた後、その両端同士を接続する際には、セラミックファイバーを包んでいるガラスクロスを縫い合わせる。
【００３９】
次に、フランジ４とフランジ５の間の外径側にブーツ７を巻きつけ、ボルト１２で固定する。また、ブーツ７の両端同士を接続する。接続の際は、まず内径側の金属製メッシュ７ａを縫い合わせ、次に、中間の金属箔７ｂを重ねて折り込み、その後、外径側のガラスクロス７ｃを縫い合わせる。以上で、エキスパンションジョイント２の組み付けが完了する。
【００４０】
この実施の形態によれば、断熱材抜け止めシール６、ブーツ７を外側に膨らむ形状に湾曲させたため、組み付け時、あるいはガスタービン１の運転時に断熱材抜け止めシール６、ブーツ７が内側へ変形することを抑止できる。従って、ブーツ７の変形に起因する亀裂の発生を抑え、ガスタービン１、又は排気ダクト３内の熱流が外部に漏れだすことを抑止できる。また、断熱材抜け止めシール６の変形を抑えることができるので、断熱材８の密度が小さくなることを抑えることができる。これにより、所望の断熱性を確保できるので、安全性を確保でき、またＨＲＳＧには温度低下の少ない良質のガスタービン排ガスを供給できる。また、断熱材８の密度変化はほとんど発生しないので、エキスパンションジョイント２の寿命をより長くすることができ、また、メンテナンスの頻度を減らすことも可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のエキスパンションジョイント（請求項１）によれば、抜け止めシールを外側に向かって予め凸状に湾曲させたため、エキスパンションジョイントの内径側へ向かう変形を抑えることができる。また、抜け止めシールが内径側へ向かう変形を抑えることで、断熱材の密度が小さくなることを抑えることができ、断熱性が低下することを抑止できる。
【００４２】
また、この発明のエキスパンションジョイント（請求項１）によれば、ブーツも外側に向かって予め凸状に湾曲させたので、ブーツの内径側への変形を抑えることができる。これにより、ブーツに亀裂などの破損が生じることを抑止して、ブーツの耐久性を向上させることができる。
【００４３】
また、この発明のエキスパンションジョイント（請求項１）によれば、抜け止めシールの内径側に金属製プレートを設けた。これにより、抜け止めシールの内径側への変形をさらに確実に抑えて、エキスパンションジョイントの信頼性・耐久性をさらに向上させることができる。
【００４４】
また、この発明のエキスパンションジョイント（請求項２）によれば、抜け止めシールを構成する部材の少なくとも１つを凸状に湾曲させた成型部材とした。このため、エキスパンションジョイントの組み立て時、又は伸縮時であっても予め成型したエキスパンションジョイントの形状を維持できる。
【００４５】
また、この発明のエキスパンションジョイント（請求項３）によれば、ブーツを構成する部材の少なくとも１つを凸状に湾曲させた成型部材とした。これにより、エキスパンションジョイントの組み立て時、又は伸縮時であっても予め成型した形状を維持できる。
【００４６】
また、この発明のエキスパンションジョイント（請求項４）によれば、成型部材を金属製メッシュとしたため、ある程度の剛性を維持しつつ所望の伸縮性を得ることができる。従って、エキスパンションジョイントの内側に向かう変形を抑えつつ、ガスタービン又は排気ダクトの変位を効率良く吸収することができる。
【００４７】
また、この発明のエキスパンションジョイント（請求項５）によれば、ブーツを構成する部材の少なくとも１つを金属箔とした。これにより、エキスパンションジョイントの気密性を高めることができるので、ガスタービンや排気ダクトの外部に熱が漏れないようすることができる。
【００４８】
また、この発明のエキスパンションジョイントの組み付け方法（請求項６）によれば、抜け止めシール及びブーツを外側に向かって湾曲する形状に予め成型しておくようにしたので、組み付け時に抜け止めシールやブーツがその内径側へ変形することを抑止できる。
【００４９】
また、この発明のエキスパンションジョイントの組み付け方法（請求項６）によれば、抜け止めシールの内径側に金属製プレートを設けた状態で組み付けるようにしたので、組み付け時に抜け止めシールがその内径側へ変形することを確実に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態に係るエキスパンションジョイントを示す断面図である。
【図２】 ブーツの構成を示す断面斜視図である。
【図３】 断熱材抜け止めシールの構成を示す断面斜視図である。
【図４】 ガスタービンとこれに接続された排気ダクトを示す側面図である。
【図５】 従来のエキスパンションジョイントを示す概略断面図である。
【図６】 断熱材抜け止めシール、ブーツが内径側へ変形した状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ エキスパンションジョイント
３ 排気ダクト
４、５ フランジ部
６ 断熱材抜け止めシール
６ａ、７ａ 金属製メッシュ
６ｂ、７ｃ ガラスクロス
６ｃ 金属製プレート
７ ブーツ
７ｂ 金属箔
８ 断熱材
１０ ピン
１１ ワッシャ
１２ ボルト
１３ ガイド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an expansion joint, and more particularly to an expansion joint that can be suitably applied to connection of a plant having a high temperature such as a gas turbine.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a side view showing a gas turbine and an exhaust duct connected thereto, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional expansion joint. In FIG. 4, the gas turbine 101 is driven by combustion gas, and the exhaust gas flows from the exhaust chamber 101 a to the exhaust duct 103. The exhaust duct 103 is connected to the exhaust chamber 101 a via the expansion joint 102 . The exhaust duct 103 is composed of ducts 103 a and 103 b and an expansion joint 102 connecting these ducts 103 a and 103 b, and constitutes a passage for guiding exhaust gas to the exhaust gas boiler 109.
[0003]
The gas turbine 101 and the exhaust duct 103 are roughly cylindrical, and the expansion joint 102 is ring-shaped. The gas turbine 101 and the exhaust duct 103 are assembled at normal temperature, and a high-temperature gas of about 400 ° C. to 600 ° C. flows inside during operation. The gas turbine 101 and the exhaust duct 103 are greatly displaced by vibration during operation and expansion due to heat. As an example of the displacement amount, when the distance between the gas turbine 101 and the exhaust duct 103 is 50 cm, the distance is reduced by about 7 cm at the maximum. Therefore, the expansion joint 102 has a function of absorbing heat expansion and contraction and vibration during operation, and also has a function of insulating the connection so that heat does not leak outside.
[0004]
Figure 5 is a cross-sectional view of the expansion joint 102, shows an expansion joint 102 provided between the exhaust chamber 101a exhaust duct 103a. As shown in FIG. 5, a flange portion 104 is provided at the rear end portion of the exhaust chamber 101a, and a flange portion 105 is provided at the front end portion of the exhaust duct 103a. The expansion joint 102 includes a heat insulating material retaining seal 106 that connects the inner diameter sides of the flange portions 104 and 105, a boot 107 that connects the outer diameter side, and a heat insulating material 108 filled between the seal 106 and the boot 107. The
[0005]
Since the heat insulating material retaining seal 106 and the boot 107 are in the form of a sheet, the gas turbine 101 is deformed to the inner diameter side or the outer diameter side during operation of the gas turbine 101, and expands and contracts in response to the variation in the distance between the flange portion 104 and the flange portion 105. To do. Further, the heat insulating material 108 is an aggregate of fine fibers such as ceramic fibers, and also expands and contracts in response to a change in the distance between the flange portion 104 and the flange portion 105. In this manner, the expansion joint 102 is configured to absorb the displacement of the gas turbine 101 and the ducts 103a and 103b due to heat and vibration during operation. As a conventional example of such an expansion joint, the one shown in Patent Document 1 is known in addition to the above expansion joint 102 .
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-224684 P3, FIG.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the insulating material retaining seal 106 and the boot 107 have low rigidity and are supported only at the end portion in the width direction as shown in FIG. 5, the vicinity of the intermediate portion in the width direction is deformed inward or outward. Problem arises.
[0008]
In particular, the boot 107 is made of a non-metallic material so that it can withstand higher temperatures. However, if the boot 107 is made of a non-metallic material, the amount of expansion / contraction per unit length decreases. . For this reason, as shown in FIG. 5, the distance between the flange portion 104 and the flange portion 105 is made wider, and the width of the expansion joint 102 is made larger, so that a desired expansion / contraction amount is ensured. Under such circumstances, the heat insulating material retaining seal 106 and the boot 107 are more easily deformed.
[0009]
For this reason, when the gas turbine 101 and the exhaust duct 103 at the time of operation vibrate and expand, the heat insulating material retaining seal 106 and the boot 107 are deformed. FIG. 6 shows a state in which the intervals between the flange portions 104 and 105 are close to each other, and the heat insulating material retaining seal 106 and the boot 107 are deformed to the inner diameter side.
[0010]
When the boot 107 is deformed to the inner diameter side in this manner, local wrinkles are generated on the surface of the boot 107, and the boot 107 is broken due to vibration during operation of the gas turbine 101. As a result, there is a problem that heat in the gas turbine 101 and the exhaust duct 103 leaks to the outside and reliability is impaired.
[0011]
In addition, since the heat insulating material 108 is filled between the heat insulating material retaining seal 106 and the boot 107 in a compressed state, when the heat insulating material retaining seal 106 is deformed to the inner diameter side, the volume of the heat insulating material 108 increases. Become. For this reason, the density of the heat insulating material 108 becomes small, and the function of heat insulation falls. As a result, the heat inside the gas turbine 101 and the exhaust duct 103 is transmitted to the outside, and the temperature of the boot 8 rises.
[0012]
In particular, when the expansion joint 102 is assembled, the heat insulating material retaining seal 106 and the boot 107 are fixed from the outside, so that a force is applied toward the inside. For this reason, the heat insulating material retaining seal 106 and the boot 107 are easily deformed inward. When a part of the region is deformed inward, there is a problem that the region deformed inward by expansion and contraction and vibration during operation expands and eventually expands to the entire circumference. Furthermore, since a high-speed gas flows in the gas turbine 101, there is a problem that the heat insulating material retaining seal 106 is easily deformed inward by a negative pressure.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve the reliability by suppressing deformation of the expansion joint toward the inner diameter side.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, an expansion joint according to claim 1 is attached to a gas turbine or a connecting portion of an exhaust duct connected to the gas turbine and absorbs a displacement of the gas turbine or the exhaust duct. A retaining seal attached to an inner diameter side of the gas turbine or the exhaust duct, a boot attached to an outer diameter side of the gas turbine or the exhaust duct, a retaining seal, and the boot And a heat insulating material filled in between, wherein the retaining seal is curved in a convex shape in advance toward the outside.
[0015]
In this expansion joint, the retaining seal is curved in a convex shape toward the outside in advance so as not to be deformed to the inner diameter side. Thereby, since damage to the expansion joint can be suppressed, reliability and durability can be improved. Here, the boot is a member for preventing high-temperature gas from flowing outside from the inside of the gas turbine and the exhaust duct, and has airtightness, heat resistance, and stretchability. Further, the retaining seal is a member for suppressing the heat insulating material from slipping out to the inside of the gas turbine and the exhaust duct. And a heat insulating material has a function which suppresses that the heat inside a gas turbine and an exhaust duct is conducted outside.
[0016]
An expansion joint according to claim 1 is characterized in that, in the expansion joint, the boot is curved in a convex shape in advance toward the outside together with the retaining seal. Thus, the boot is curved in advance in a convex shape toward the outside together with the retaining seal, so that it will not be deformed to the inner diameter side even during long-term use.
[0017]
The expansion joint according to claim 1 is characterized in that, in the expansion joint, a metal plate is provided on an inner diameter side of the retaining seal. Thus, since the metal plate is provided on the inner diameter side of the retaining seal, deformation of the retaining seal on the inner diameter side can be reliably suppressed. Here, the metal plate is preferably made of a highly rigid material such as stainless steel or Inconel (registered trademark) .
[0018]
In the expansion joint according to claim 2 , in the expansion joint, the retaining seal is formed by stacking a plurality of members, and maintains a shape in which at least one of the plurality of members curves outwardly. It is the shaping | molding member to be characterized. With such a configuration, since the retaining seal can always maintain a convex shape toward the outside, deformation toward the inside of the expansion joint can be suppressed even during long-term use. The molded member is preferably one that can maintain the molded shape.
[0019]
An expansion joint according to a third aspect of the present invention is the above expansion joint, wherein the boot is formed by stacking a plurality of members, and at least one of the plurality of members is a molded member that maintains a curved shape. It is characterized by that. With such a configuration, the boot can always maintain a convex shape toward the outside, so that deformation toward the inside of the expansion joint can be suppressed even during long-term use. It is desirable that the molded member can maintain the molded shape.
[0020]
An expansion joint according to claim 4 is characterized in that, in the expansion joint, the molding member is a metal mesh. Thus, by using a metal mesh, desired stretchability can be obtained while maintaining a convex shape with a certain degree of rigidity. Thereby, the expansion | extension joint can fully absorb the heat | fever elongation of a duct, suppressing the deformation | transformation which goes inside. Herein, the material of the metal mesh stainless steel, Inconel (registered trademark) is suitable, in particular Inconel (registered trademark) is suitable for suppressing oxidation at high temperatures.
[0021]
An expansion joint according to claim 5 is characterized in that, in the expansion joint, one of the plurality of members is a metal foil. As described above, by using the metal foil, it is possible to improve the airtightness of the boot and the retaining seal and prevent heat from leaking to the outside. As a result, the exhaust temperature passing through the expansion joint can be prevented from lowering. For example, when supplying exhaust gas from a gas turbine to an HRSG (Heat Recovery Steam Generator), supply high-quality exhaust gas at a high temperature. it can.
[0022]
The expansion joint assembling method according to claim 6 is a method of assembling an expansion joint that absorbs the displacement of the gas turbine or the exhaust duct at a connecting portion of the gas turbine or the exhaust duct connected to the gas turbine. A step of attaching a retaining seal curved in a convex shape toward the outside in advance on the inner diameter side of the connecting portion, a step of attaching a heat insulating material to the outer periphery of the retaining seal, and an outer periphery of the heat insulating material in advance. Attaching a boot curved in a convex shape toward the outside. In this way, the retaining seal and the boot are curved in a convex shape in advance toward the outside, so that deformation to the inner diameter side can be suppressed when the expansion joint is assembled.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for assembling the expansion joint , wherein a metal plate is provided on the inner diameter side of the retaining seal, and then the retaining seal is attached. In this way, since the metal seal is attached after the metal plate is provided on the inner diameter side of the retaining seal, deformation of the retaining seal on the inner diameter side can be reliably suppressed.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
[0025]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an expansion joint 2 according to an embodiment of the present invention. The expansion joint is used for a connection portion between the gas turbine and the exhaust duct, a connection portion between the ducts constituting the exhaust duct, and the like. Here, the case where it uses for the connection part of a gas turbine and an exhaust duct is mentioned as an example, and is demonstrated. In addition, the whole structure of a gas turbine and an exhaust duct is the same as that of FIG.
[0026]
As shown in FIG. 1, a flange 4 is provided at the rear end of the exhaust chamber 1 a of the gas turbine 1. A flange 5 is provided at the front end of the exhaust duct 3. The flange 4 and the flange 5 are opposed to each other with a predetermined interval.
[0027]
On the inner diameter side of the flange 4 and the flange 5, a heat insulating material retaining seal 6 that connects the both flanges is disposed. Further, on the outer diameter side of the flange 4 and the flange 5, a boot 7 that connects between both flanges is disposed. A heat insulating material 8 is filled between the heat insulating material retaining seal 6 and the boot 7. The heat insulating material retaining seal 6 and the boot 7 are formed by rounding a belt-like one into the shapes of the flanges 4 and 5. The expansion joint 2 is composed of the heat insulating material retaining seal 6, the boot 7 and the heat insulating material 8.
[0028]
As shown in FIG. 1, the heat insulating material retaining seal 6 is inserted into a pin 10 protruding from the flange 4 and the flange 5, and is fixed by a washer 11. The boot 7 is fixed to the flange 4 and the flange 5 with bolts 12. Further, a guide 13 is provided on the inner diameter side of the heat insulating material retaining seal 6.
[0029]
The heat insulating material 8 is obtained by wrapping fine fibers such as ceramic fibers in a glass cloth, and has a function of suppressing heat conduction in the gas turbine 1 and the exhaust duct 3 to the outside. The heat insulating material 8 is filled between the heat insulating material retaining seal 6 and the boot 7 in a compressed state.
[0030]
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing the configuration of the boot 7. The boot 7 is a member for preventing high-temperature gas from flowing from the inside of the gas turbine 1 and the exhaust duct 3 and has airtightness, heat resistance, and stretchability. As shown in FIG. 2, the boot 7, the inner diameter side of the metal mesh 7a, is formed by lamination of glass cloth 7c of the intermediate metal foil 7b and the outer diameter side. Metal mesh 7a Inconel (registered trademark), made of a material such as stainless steel, in particular Inconel in order to suppress oxidation at high temperatures (TM) are suitable. The intermediate metal foil 7b enhances the airtightness of the boot 7 and improves the heat resistance. If the temperature of the boot 7 is not so high, a resin sheet having high heat resistance can be used instead of the metal foil 7b.
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 2, the boot 7 is curved so that the center in the width direction protrudes outward. This shape is formed in advance before the boot 7 is assembled to the flanges 4 and 5, and the shape is mainly maintained by the metal mesh 7a. In this way, by curving the boot 5 in advance so as to bulge outward, the boot 7 moves toward the inside of the gas turbine 1 when assembled or when the gas turbine 1 or the exhaust duct 3 expands or contracts. Deformation can be suppressed. Therefore, it can suppress that the crack by deformation | transformation arises in the boot 7, and can suppress that the heat flow in the gas turbine 1 and the exhaust duct 3 leaks outside.
[0032]
FIG. 3 is a cross-sectional perspective view showing the configuration of the heat insulating material retaining seal 6. The heat insulating material retaining seal 6 is a member for preventing the heat insulating material 8 from slipping into the gas turbine 1 and the exhaust duct 2, and includes a metal mesh 6 a on the inner diameter side and a glass cloth 6 b on the outer diameter side. It is comprised from the lamination of. Further, the inner diameter side of the top of the curved portion, the metal mesh 6a, a narrow metal plate 6c in width than the glass cloth 6b are provided. The metal plate 6c is made of a material such as stainless steel or Inconel (registered trademark) .
[0033]
As shown in FIGS. 1 and 3 , similarly to the boot 7, the heat insulating material retaining seal 6 is projected in advance so that the center in the width direction is curved outward. Thereby, it is possible to prevent the heat insulating material retaining seal 6 from being deformed toward the inside of the gas turbine 1 when assembled or when the gas turbine 1 or the exhaust duct 3 expands and contracts. Thereby, it can suppress that the volume of the heat insulating material 8 filled between the heat insulating material retaining seal 6 and the boot 7 is increased due to thermal expansion, secular change, and the like, and the density of the heat insulating material 8 is reduced. Can be suppressed. Thereby, the heat | fever of the waste gas of the gas turbine 1 which leaks outside from the expansion joint 2 can be suppressed to the minimum.
[0034]
Further, when the gas turbine 1 or the exhaust duct 3 expands and contracts and vibrates, the boot 7 and the heat insulating material retaining seal 6 can be deformed outward in the same direction. Therefore, even when the boot 7 is deformed to the outside, the increase in the volume of the heat insulating material 8 can be suppressed, and the density of the heat insulating material 8 can be suppressed from decreasing. Thereby, the heat | fever of the waste gas of the gas turbine 1 which leaks outside from the expansion joint 2 can be suppressed to the minimum.
[0035]
Further, a highly rigid metal plate 6 c is provided on the inner diameter side of the heat insulating material retaining seal 6. When the heat insulating material retaining seal 6 is formed in a circular shape, the metal plate 6 c exhibits high bending rigidity toward the radially outer side of the heat insulating material retaining seal 6. Thereby, even when the expansion joint is assembled or when the gas turbine 1 is operated, it is possible to reliably suppress the heat insulating material retaining seal 6 from being deformed inward.
[0036]
Next, a method for assembling the expansion joint 2 will be described. Here, a method of assembling the expansion joint 2 between the gas turbine 1 and the exhaust duct 3 will be described as an example. First, the exhaust duct 3 is disposed behind the gas turbine 1, and the interval between the flange portion 4 and the flange portion 5 is set to a predetermined distance. The guide 13 is attached to the flange portion 4 in advance.
[0037]
Next, the heat insulating material retaining seal 6 is wound around the inner diameter side between the flange 4 and the flange 5, and the hole of the heat insulating material retaining seal 6 is inserted into the pin 10 fixed to the flanges 4 and 5. Then, the washer 11 is inserted into the pin 10 and fixed. Since the heat insulating material retaining seal 6 is a belt-like sheet, both ends thereof are connected after being wound. At the time of connection, the metal mesh 6a on the inner diameter side is first sewn, and then the glass cloth 6b on the outer diameter side is sewn.
[0038]
Next, the heat insulating material 8 is wound around the heat insulating material retaining seal 6. After winding, when connecting the two ends together, a glass cloth that wraps the ceramic fiber is sewn together.
[0039]
Next, the boot 7 is wound around the outer diameter side between the flange 4 and the flange 5 and fixed with the bolt 12. Further, both ends of the boot 7 are connected to each other. At the time of connection, first, the metal mesh 7a on the inner diameter side is sewn, then the intermediate metal foil 7b is overlapped and folded, and then the glass cloth 7c on the outer diameter side is sewn. This completes the assembly of the expansion joint 2.
[0040]
According to this embodiment, since the heat insulating material retaining seal 6 and the boot 7 are curved so as to bulge outward, the heat insulating material retaining seal 6 and the boot 7 are deformed inward during assembly or when the gas turbine 1 is operated. Can be suppressed. Therefore, generation | occurrence | production of the crack resulting from a deformation | transformation of the boot 7 can be suppressed, and it can suppress that the heat flow in the gas turbine 1 or the exhaust duct 3 leaks outside. In addition, since the deformation of the heat insulating material retaining seal 6 can be suppressed, it is possible to suppress the density of the heat insulating material 8 from being reduced. Thereby, since desired heat insulation can be ensured, safety can be ensured, and high-quality gas turbine exhaust gas with little temperature decrease can be supplied to HRSG. Moreover, since the density change of the heat insulating material 8 hardly occurs, the life of the expansion joint 2 can be further extended and the frequency of maintenance can be reduced.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the expansion joint of the present invention (Claim 1), the retaining seal is curved in a convex shape toward the outside in advance, so that deformation toward the inner diameter side of the expansion joint can be suppressed. Moreover, it can suppress that the density | concentration of a heat insulating material becomes small by suppressing the deformation | transformation which a retaining seal | sticker goes to an internal diameter side, and can suppress that heat insulation property falls.
[0042]
Further, according to the expansion joint of the present invention (claim 1 ), since the boot is also curved in a convex shape toward the outside in advance, deformation of the boot toward the inner diameter side can be suppressed. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of breakage such as cracks in the boot and improve the durability of the boot.
[0043]
Further, according to the expansion joint of the present invention (Claim 1 ), the metal plate is provided on the inner diameter side of the retaining seal. Thereby, the deformation | transformation to the internal diameter side of a retainer seal can be suppressed further reliably, and the reliability and durability of an expansion joint can be improved further.
[0044]
Further, according to the expansion joint of the present invention (claim 2 ), at least one of the members constituting the retaining seal is a molded member curved in a convex shape. For this reason, the shape of the expansion joint molded in advance can be maintained even when the expansion joint is assembled or stretched.
[0045]
Further, according to the expansion joint of the present invention (claim 3 ), at least one of the members constituting the boot is a molded member curved in a convex shape. Thereby, the shape shape | molded previously is maintainable at the time of the assembly of an expansion joint, or at the time of expansion-contraction.
[0046]
Further, according to the expansion joint of the present invention (Claim 4 ), since the molding member is made of a metal mesh, desired stretchability can be obtained while maintaining a certain degree of rigidity. Therefore, it is possible to efficiently absorb the displacement of the gas turbine or the exhaust duct while suppressing the deformation toward the inside of the expansion joint.
[0047]
According to the expansion joint of the present invention (claim 5 ), at least one of the members constituting the boot is made of metal foil. Thereby, since the airtightness of the expansion joint can be improved, heat can be prevented from leaking to the outside of the gas turbine or the exhaust duct.
[0048]
Further, according to the method for assembling the expansion joint of the present invention (Claim 6 ), the retaining seal and the boot are molded in advance into a shape that curves outwardly. Can be prevented from deforming to the inner diameter side.
[0049]
Further, according to the method for assembling the expansion joint of the present invention (Claim 6 ), since the metal plate is assembled on the inner diameter side of the retaining seal, the retaining seal moves to the inner diameter side during assembly. It is possible to reliably suppress deformation.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view showing the expansion join bets according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing a configuration of a boot.
FIG. 3 is a cross-sectional perspective view showing a configuration of a heat insulating material retaining seal.
FIG. 4 is a side view showing a gas turbine and an exhaust duct connected to the gas turbine.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a conventional expansion joint.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state where a heat insulating material retaining seal and a boot are deformed to the inner diameter side.
[Explanation of symbols]
1 Gas turbine 2 expansion joints 3 exhaust duct 4, 5 flange 6 heat insulator retaining seal 6a, 7a metal mesh 6b, 7c glass cloth 6c metal plate 7 boot 7b metal foil 8 heat-insulating material 10 pin 11 Washer 12 volt 13 guide

Claims (6)

ガスタービン又は前記ガスタービンに接続された排気ダクトの連結部に取り付けられ、前記ガスタービン又は前記排気ダクトの変位を吸収するエキスパンションジョイントであって、
前記ガスタービン又は前記排気ダクトの内径側に取り付けられた抜け止めシールと、
前記ガスタービン又は前記排気ダクトの外径側に取り付けられたブーツと、
前記抜け止めシールと前記ブーツの間に充填された断熱材とを備え、
前記抜け止めシールを外側に向かって予め凸状に湾曲させ、
前記抜け止めシールとともに前記ブーツを外側に向かって予め凸状に湾曲させ、
前記抜け止めシールの内径側に金属製プレートが設けられたことを特徴とするエキスパンションジョイント。An expansion joint that is attached to a gas turbine or a connecting portion of an exhaust duct connected to the gas turbine and absorbs a displacement of the gas turbine or the exhaust duct,
A retaining seal attached to an inner diameter side of the gas turbine or the exhaust duct;
A boot attached to an outer diameter side of the gas turbine or the exhaust duct;
A heat insulating material filled between the retaining seal and the boot;
Curving the retaining seal in advance convexly toward the outside ;
The boot is curved in advance convexly toward the outside together with the retaining seal,
An expansion joint, wherein a metal plate is provided on an inner diameter side of the retaining seal . 前記抜け止めシールは複数の部材の積層から構成され、前記複数の部材の少なくとも１つが外側に向かって凸状に湾曲した形状を維持する成型部材であることを特徴とする請求項１に記載のエキスパンションジョイント。The retaining seal consists stack of a plurality of members, according to claim 1, wherein the plurality of members at least one is a molded member to maintain the shape which is convexly curved toward the outside Expansion joint. 前記ブーツは複数の部材を積層して構成され、前記複数の部材の少なくとも１つが凸状に湾曲した形状を維持する成型部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエキスパンションジョイント。 3. The expansion joint according to claim 1, wherein the boot is configured by stacking a plurality of members, and at least one of the plurality of members is a molded member that maintains a convexly curved shape. 4. 前記成型部材が金属製メッシュであることを特徴とする請求項２又は３に記載のエキスパンションジョイント。The expansion joint according to claim 2 or 3 , wherein the molding member is a metal mesh. 前記複数の部材の１つが金属箔であることを特徴とする請求項３又は４に記載のエキスパンションジョイント。The expansion joint according to claim 3 or 4 , wherein one of the plurality of members is a metal foil. ガスタービン又は前記ガスタービンに接続された排気ダクトの連結部に、前記ガスタービン又は前記排気ダクトの変位を吸収するエキスパンションジョイントを組み付ける方法であって、
前記連結部の内径側に、予め外側に向かって凸状に湾曲した抜け止めシールを取り付ける工程と、
前記抜け止めシールの外周に断熱材を取り付ける工程と、
前記断熱材の外周に、予め外側に向かって凸状に湾曲したブーツを取り付ける工程と、
を有し、
前記抜け止めシールの内径側に金属製プレートを設けた後、前記抜け止めシールを取り付けることを特徴とするエキスパンションジョイントの組み付け方法。A method of assembling an expansion joint that absorbs a displacement of the gas turbine or the exhaust duct to a gas turbine or a connecting portion of an exhaust duct connected to the gas turbine,
A step of attaching a retaining seal curved in a convex shape toward the outside in advance on the inner diameter side of the connecting portion;
Attaching a heat insulating material to the outer periphery of the retaining seal;
A step of attaching a boot curved in a convex shape toward the outside in advance on the outer periphery of the heat insulating material;
I have a,
An expansion joint assembling method , wherein a metal plate is provided on an inner diameter side of the retaining seal, and then the retaining seal is attached .
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