JP4801057B2 - マルチゾーン管アセンブリ及びガスタービンの尾筒のための取付け方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、ガス燃焼タービンの分野、特に、ガスタービンの尾筒に強制された空気又は蒸気冷媒を供給する管アセンブリに関する。

本発明の背景技術
ガスタービンは発電の技術分野においてよく知られている。ガスタービンは、空気が加圧される圧縮機区分を有する。次いで、この空気は、半径方向に配置された複数の燃焼室へ流れ、これらの燃焼室において燃料が燃焼され、高温の燃焼ガスを形成する。高温のガスは尾筒を通ってタービンの第１段へ流れ、この第１段においてガスのエンタルピが機械的エネルギに変換される。尾筒は択一的に一部の当業者によって"尾管"又は"移行ダクト"と呼ばれている。特に尾筒の構造の説明のための及び尾筒に対する応力源のための、引用により本明細書に記載されたことになる従来技術の引用例は：１９８３年１２月２７日にステバーに発行された米国特許第４４２２２８８号明細書；１９９９年５月２５日にコスロウ他に発行された米国特許第５９０６０９３号明細書；２００２年１０月１５日にマンダイ他に発行された米国特許第６４６３７４２号明細書；２００３年１２月１６日にシミズ他に発行された米国特許第６６６２５６８号明細書である。また、関心があるのは、引用により全体が本明細書に記載されたこととなる、２００３年２月２５日にタカハシ他に発行された米国特許第６５２３３５２号明細書である。

尾筒は高温の燃焼ガスを受け取る。このような尾筒及び尾筒に取り付けられた部材は、長期間の作動において、高温、振動、及び極端な温度勾配による応力にさらされる。幾つかのガスタービン尾筒は、ユニットの外側に沿って空気を流すことによって冷却されるが、別の尾筒は冷却チャネルを有しており、これらの冷却チャネルを、尾筒を冷却するための強制空気又は蒸気が通流する。後者のタイプは一般的に強制冷却尾筒として知られている。

強制冷却尾筒は蒸気冷却式尾筒を含み、この場合、吸込み（すなわち供給）管を介して蒸気が尾筒に供給され、別個の排出管がより高温の蒸気を尾筒から蒸気システムへ戻すようになっている。例えば、尾筒を冷却するための蒸気冷却操作パラメータは：入口（すなわち供給）蒸気が約華氏５００度（"゜Ｆ"）、入口圧力が約２６０ポンド毎平方インチ（"ｐｓｉ"）、及び出口又は排出蒸気温度が約１０００゜Ｆである。

強制冷却流体供給及び戻しシステムを尾筒に接続する従来の管アセンブリは、それぞれの曲げ部において溶接された剛性の管から成る。強制空気及び蒸気は共通の強制冷却される流体であり、一体的なマニホールドは、供給側及び戻し側の流体を搬送するための共通の構造体である。蒸気を搬送する従来の溶接された管アセンブリの例が図１に示されている。供給管アセンブリ１は、蒸気を蒸気マニホールド３の出口から尾筒５の蒸気入口ポート４へ搬送する。戻し又は排出管アセンブリ６は、尾筒５におけるチャネルを通過することによって加熱された戻り蒸気を、蒸気出口ポート７から蒸気マニホールド３の戻しポート８へ搬送する。図１にブレース９によって示されたように、この溶接管の長さに沿って支持を提供することが技術分野において知られているが、このブレースは単に、均一に剛性の溶接された管アセンブリを尾筒の部分に取り付けているだけである。このようなブレースの両側における管アセンブリは、従来技術において説明されているように、同じ剛性の管から成り、溶接されている。

このような溶接された剛性の管アセンブリの構造は大きな労力を必要とする。また、マニホールドとポートとの間の嵌め合いが正確でない場合、及び／又は搬送又は設置時に不適切な取扱いがあった場合、管アセンブリに静荷重が加わる場合があり、寿命を短縮してしまう。

管アセンブリの部材における持続的な高温、材料の長さに沿った高い温度勾配への暴露、又は両者から、温度応力が生じる場合がある。温度応力に加え、尾筒と、この尾筒に関連する管アセンブリとは、例えば燃焼の変動する性質から、及びマニホールドから伝達される関連した振動から、振動を受ける。前記のように、アセンブリにおける望ましくない静荷重から、例えば供給者による不適切な取扱いの場合、及び／又は不適切な設置により、管アセンブリ又はそれらの部材のうちの１つ又は２つ以上におけるひずみにより、応力が生じる場合がある。次いで、このような静荷重を有する管アセンブリ及びその構成部材が作動温度に加熱されてこの作動温度に長い作動期間の間保たれると、初期の静荷重からの付加的な応力が別の応力に寄与することがある。

図面の簡単な説明
図１は、尾筒へ及び尾筒から蒸気を搬送する従来の溶接された管アセンブリの１つの例の斜視図である。

図２は、ガスタービン尾筒に取り付けられた取外し可能な強制冷却管アセンブリの１つの実施形態の斜視図を提供する。吸入及び出口管アセンブリの両方が示されている。

図３は、図２の取外し可能な強制冷却管アセンブリの概略的な上面図を提供している。

図４は、取外し可能なユニオンのＶ字形バンドクランプ形式の斜視図を提供している。

図５Ａは図２及び図３に示されたように入口管アセンブリの変更された実施形態の斜視図を提供している。図５Ａは尾筒における裏当て板と、締め金部材の側板とのより詳細な図を提供している。図５Ｂは図５Ａに示された入口管アセンブリの構成部材の分解図を示しているが、１つの構成部材を排除しており、この排除を補償するために別の構成部材を修正している。

図６は図２〜図３に示された前記実施例の変更された実施形態を示しており、この場合、管の直線的な区分の代わりにそれぞれたわみ継手が使用されている。

図７は図２〜図３に示された前記実施例の別の変更された実施形態を示しており、この場合、図２〜図３に示された管アセンブリの終端部材は存在しておらず、別の構成部材の延長によって機能的に交換されている。

発明の詳細な説明
ここで説明される図面のために、そうでないことが指示されない限り、同一の参照符号は、前の図面に示された同じ又は同様の構造体を示している。また、明細書及び請求項において使用されているように、"入口"、"吸入"及び"供給"という用語は管アセンブリに関して同じことを示すと解釈され、"出口"、"戻り"及び"排出"という用語も同様に管アセンブリに関して同じことを示すと解釈される。

また、"交換可能"及び"取外し可能"という用語は、尾筒において冷却システムと流体接続した管アセンブリ構成部材をいう場合に同じことを意味すると解釈される。取外し可能であること及び交換が容易であることにより、このような管アセンブリ区分は"現場で取付け可能"とも呼ばれる。"現場で取付け可能"という用語は、尾筒と、管アセンブリの１つ又は２つ以上の構成部材、例えば強制冷却システムの吸入側及び出口側のための交換可能な区分とを含む本発明のある組合せにも適応する。ここに開示されているように、このような現場で取付け可能な組合せは、現場での広範囲な溶接の必要なしに容易な取付け及び／又は摩耗したユニットの交換を提供し、広範囲な予備溶接された冷却システム管アセンブリを有する尾筒部品の取付けを回避する。したがって、これらの構成部材及びアセンブリに適用されるような"交換可能"、"取外し可能"及び"現場で取付け可能"という用語は、これらが、公知の構成部材及びアセンブリよりも容易に取り付けられるか又は交換されることを示している。

本発明の１つの実施形態は、ガスタービンの尾筒の強制冷却のための流体を案内するためのフレキシブルな管アセンブリであり、この場合、このアセンブリは、直列のフレキシブルなコネクタを有している。本発明の別の実施形態は、ガスタービンの尾筒の強制冷却のための流体を案内するための取外し可能なフレキシブルな管アセンブリであり、この場合、このアセンブリは、直列のフレキシブルなコネクタを備えている又は備えていない。本発明の別の実施形態は、強制冷却尾筒アセンブリであり、この場合、尾筒は、入口及び出口チャンバにおいて終わった伝熱チャネルを有しており、さらに、ある荷重を尾筒に好都合に引き渡しかつ成形された曲がった管とフレキシブルな直列のコネクタとを有する、入口及び出口チャンバに接続された管アセンブリを有している。管アセンブリを備えた尾筒を含む組合せが開示されている。本発明の特定の実施形態が、添付された図面を参照して以下に説明される。

図２は、本発明の取外し可能な強制冷却管アセンブリ２０の１つの実施形態の斜視図を提供している。これは、尾筒５を冷却するための強制冷却流体を提供する。空気及び蒸気が一般的な強制冷却流体である。蒸気が実施形態において論じられる。しかしながら、ここに開示された装置においてあらゆる強制冷却流体が使用されることができる。図２に示されたように、アセンブリ２０は入口管アセンブリ２１と出口管アセンブリ２２とに分割されている。図３は、図２の取外し可能な強制冷却管アセンブリ２０をより明らかに表示しており、蒸気マニホールド３と、尾筒５（他のところは図３には示されていない）の入口チャンバ１４及び出口チャンバ１７との間に配置されたような構成部材を示している。

マニホールドは最も典型的には尾筒の強制冷却のための流体を供給するために使用されることが認識されているが、この構成部材はより一般的に"強制冷却流体供給部"と呼ばれている。請求項を含む、ここで使用されているような強制冷却流体供給部は、デリバリ導管及び戻し導管の両方を有する、図示されたマニホールド等の装置含むと解釈される。強制冷却流体供給部は、デリバリ又は戻し導管を別個に提供する装置をも意味すると解釈され、これにより、１つのこのような装置が、供給（すなわちデリバリ）側を有し、第２のこのような装置が、戻し（すなわち出口）側を有しており、それぞれが冷却流体を尾筒に流通させるようになっている。

図２に示したように、取外し可能な強制冷却管アセンブリ２０の入口管アセンブリ２１と出口管アセンブリ２２とは尾筒５に接続されている。入口管アセンブリ２１及び出口管アセンブリ２２と組み合わされた尾筒５は、現場で取付け可能な尾筒アセンブリ１０を有している。尾筒５の構成部材及び関連する態様は以下に説明される。尾筒５は、燃焼室（図示せず）の排出端部に向けられておりかつこの排出端部に取り付けられた前（若しくは入口）端部１２と、一般的にタービンの第１段（図示せず）の吸入端部に向けられておりかつかつこの吸入端部に取り付けられた後端部１３とを有している。尾筒５は、蒸気マニホールド３から蒸気を受け取る入口チャンバ１４からも成る。入口チャンバ１４には、尾筒５内の複数の冷却チャネルが流体接続されており、これらの冷却チャネル内を蒸気が通過する。これらの冷却チャネルは図２には示されていない。蒸気が循環して尾筒から出るときに、強制流体は尾筒の本体から熱を受け取り、これにより尾筒５を冷却する。蒸気は尾筒５の中のチャネルを出ると、合流し、出口チャンバ１７から出る。

燃焼ガスのための入口端部１２及び後端部１３と区別するために、入口チャンバ１４等の入口チャンバは"冷却入口チャンバ"としても識別され、出口チャンバ１７等の出口チャンバは"冷却出口チャンバ"としても識別される。

必ずしも本発明の全ての実施形態にとって正しいわけではないが、入口管アセンブリ２１及び出口管アセンブリ２２の前記構成部材は、それらの間に同じ又は同様の構成部材及び関係を有するように示されている。したがって、供給側アセンブリの構成部材特性についての議論は適切に出口管アセンブリ２２にも当てはまる。便利な場合、個々のアセンブリの同じ部材のための部分識別は、入口管アセンブリ構成部材のための添字"−Ｉ"によって及び、出口管アセンブリ構成部材のための添字"−Ｏ"によって区別される。このような構成部材のための添字が使用されていない場合には、このような構成部材についての議論は、入口管アセンブリ２１及び出口管アセンブリ２２の一方又は両方に該当することができる。この識別方法は、個々のアセンブリが個々の端部において取り付けられた構造体にも、ここに説明されるような取外し可能なユニオンにも当てはまらない。

また、特定の尾筒のための設計基準に応じて、入口管アセンブリの設計及びレイアウトは、実質的に出口管アセンブリの設計及びレイアウトとは異なることができ、依然として本発明の範囲内である。例えば、図１を参照すると、入口管アセンブリが２つの入口チャンバを供給するのに対し、出口管アセンブリは１つの出口チャンバからだけ出ていることが観察される。提供された請求項の範囲から逸脱することなく本発明の特徴はこのような設計基準、チャンバ配置及び同様のものに適応可能である。

入口管アセンブリ２１は、蒸気マニホールド３として図３に示された蒸気供給源から、この蒸気マニホールドに固定されたマニホールド導出管３２を介して蒸気を受け取る。
図３に示された実施形態において、マニホールド導出管３２は蒸気マニホールドに固く固定されており、マニホールド導出管の自由端部若しくは遠位端部は、取外し可能なユニオン５２に係合するように拡径させられており、このユニオンは前記遠位端部を入口管アセンブリ２１の合致する端部５４−Ｉに反転可能に接続させる。
より一般的に、端部５４−Ｉ等の端部は、拡径に制限されないが拡径等によって、（取外し可能なユニオン５２等の）取外し可能なユニオンを用いて接続するように適合されている。

Ｖ字形バンドクランプは、図２及び図３に示されたもののような実施形態において使用される取外し可能なユニオン５２の１つのタイプである。図４は、取外し可能なユニオンのＶ字形バンドクランプの拡大図を提供している。取外し可能なユニオン５２のこのタイプは、タービン及び蒸気冷却システムの標準的作動条件の間に容易に交換されかつ漏れを生じない。 このような作動条件において漏れを生じないことによって、本明細書に添付された請求項を含む、この用途の目的のために、このような取外し可能なユニオンにおいて、このような管によって流体のデリバリに認識可能な影響を生じる、管の内部から管の外側への流体の認識されるほどの損失は存在しないことを意味する。 技術分野において知られているようなその他のタイプの取外し可能なユニオンが、Ｖ字形バンドクランプタイプユニオン取付品が示されているこの位置及び別の位置において使用されることができる。その他のタイプの中ではボルト締結されたフランジユニオンであるが、これに限定されない。

（入口アセンブリ又は出口アセンブリのための）２つの取外し可能なユニオン５２の間の管アセンブリを含む構成部材のアセンブリは集合的に"取外し可能な管区分"と呼ばれる。以下に、図２〜図３に示された入口管アセンブリ２１の１つのこのようなアセンブリの構成部材が説明される。第１に、第１の直管５３−Ｉがマニホールドの導出管の拡径されかつ成形された遠位端部に当接している。この第１の直管５３−Ｉは、マニホールド導出管３２の自由端部と当接及び接合する拡径されかつ成形された端部５４−Ｉを有している。第１の直管５３−Ｉの他方の端部は溶接等によってたわみ継手５６−Ｉと一体的に形成されている。図３に詳細なしに示されているが、たわみ継手５６−Ｉは、この構成部材が曝される温度圧力及び振動条件に耐えることができる、あらゆる適切なタイプのフレキシブルなコネクタから選択されることができる。例えば、たわみ継手５６は、二重球継手（すなわち、各端部にボール及びジョイントユニオンを有する（例えばPerkin-Elmer Fluid Sciences （メリーランド州ボルチモア）、モデル#43428-175）；ベローズ継手；スプリングクリップ継手；金属フレキシブルホースから選択されることができるが、これらに限定されない。 たわみ継手は、軸方向及び横方向の移動を吸収する能力、すなわちアセンブリに軸方向及び横方向の柔軟性を提供する能力を有しており、全く漏れを生じないか、又は漏れが制限されている。

たわみ継手５６−Ｉの下流には、冷却流体を隣接する構成部材に流体接続させるために貫通したボアを有するブレーシング部材５８−Ｉが設けられており、このブレーシング部材は一体的な側板６０−Ｉを有している。側板６０−Ｉは、孔６１（図５Ａにおいてボルト頭６３の背後、及び図５Ｂにおいて観察可能である）を有しており、孔６１が、移行片５に固定された軸方向停止裏当て板１８における合致する孔（図５Ａにおいて観察可能ではない）と整合するように整合させられている。ボルト頭６３を有するボルト６２が図５Ａに示されている。これは、側板６０の孔６１を貫通しており、これにより、この箇所において入口管アセンブリ２１を尾筒５に固定している。このように固定された場合、軸方向停止裏当て板への取付けは、実際には、全ての３つの次元（すなわち軸方向、横方向及び縦方向）で入口管アセンブリ２１の締付けを提供する。別の実施形態（図示せず）の場合、ボルトは使用されないか、又はボルトと側板６０の孔６１との間に空間を提供するように形成され、この配列の効果は、専ら又は主として、１つの次元に沿っており、停止効果は"軸方向"としてより正確に説明される。その他の配列はあらゆる軸に沿ったモーメント及び／又は力を選択的に低減又は排除することができる。この部材は"軸方向停止裏当て板"と呼ばれているが、ある実施形態においては、しっかりとした取付けによって、非軸方向の力による移動に対して、フレキシブルな管アセンブリを押さえつけることができることが認められる。

概して、ブレーシング部材は、プラグ荷重力源からさらに離れて位置決めされた管又はその他の構成部材よりもプラグ荷重に反応するように設計されている。ブレーシング部材５８−Ｉは荷重を伝達し、ガスタービンの運転中応力を受けているので、このような応力に耐えるように製造されている。例えば、制限されることなく、この構成部材は、鋳造か、鍛造か、ストック材料（幾つかの実施形態においては側板６０−Ｉを含む）を機械加工するか、又は剛性の管又は管取付品及び側板を含むサブアセンブリを一緒に溶接することによって、形成されることができる。図５Ｂの分解図に示されたブレーシング部材５８−Ｉの実施形態は、示された形状に機械加工された１つの部品である。

ブレーシング部材５８−Ｉの下流には、成形された曲管６４−Ｉが設けられており、この曲管はこの場合入口管アセンブリ２１のＵ字形曲げ部を有するように成形されている。この成形された曲管６４−Ｉは、同じ寸法の標準的な管よりも低い剛性を有しており（すなわち、１．５インチの公称管直径と比較された１．７５インチの外径管寸法）、この場合、この管は、溶接された取付品を備えた同様の曲管を形成している。標準的な管によって、通常尾筒に強制冷却流体を供給するために使用される鉄管が意味される。標準管寸法は、尾筒アセンブリに強制冷却流体を供給するために過去において使用されてきた。ここで使用されているような成形された曲管のための適切な寸法及びその他の仕様を発展するために、当業者は例えば、特定のタービン及び尾筒に関連したデータを入力する、有限要素モデリングソフトウェアプログラムを使用することができる。図２及び図３に示された特定の実施例に関して、入口管アセンブリ２１の領域又はゾーンにおいて剛性が小さくなっていることにより、組立てが容易になり、高いサイクル疲労が低減される。より小さな剛さ若しくは剛性を有することにより、成形された曲管は半径方向の柔軟性を提供する。

図２及び図３に示された実施形態において、成形された曲管６４−Ｉのより小さな相対剛性は、組成、厚さ、及び製造形式、すなわち、取付品と一緒に管を鋳造又は溶接するのではなく、成形することから得られる。

図２及び図３に示されたように、成形された曲管６４−Ｉの区分の下流にはスペーサ管６５−Ｉが設けられている。管のこの直線的な区分は、一方の端部において、成形された曲管６４−Ｉの端部と結合されており、他方の端部において、末端の直管６６−Ｉに結合されている。（図２及び図３における出口管アセンブリは、出口チャンバ１７の位置の場合には必要とされないので、スペーサ管を有していない９）。図２及び図３に示されたように、末端の直管６６−Ｉの端部７０−Ｉは、入口チャンバ１４から延びたチャンバ入口管７２の、合致する拡径しかつ成形された端部に適合接触するように拡径及び成形させられている。これは、漏れを生じない接続部又はユニオンを形成するために、Ｖ字形クランプ取外し可能ユニオン５２等を用いた接合を提供するためである。

前記のように、出口管アセンブリ２２の構成部材の構造は、実質的に前記入口管アセンブリ２１のためのものと同じである。しかしながら、図２及び図３に示されているように、出口管アセンブリ２２は、尾筒５の出口チャンバ１７から延びたチャンバ出口管７４に取り付けられている。出口管アセンブリ２２の他方の端部は、この実施例において示されているように蒸気マニホールド３に溶接されたマニホールド導入管３４に取り付けられている。入口管アセンブリ２１を接合する取付品に関して、出口管アセンブリ２２をそのように接合するマニホールド導入管３４の端部は、出口管アセンブリ２２の端部構成部材である第１の直管５３−Ｏの同様に拡径及び成形された端部に適合して接触するように成形及び拡径されている。別の実施形態において、図３における構成部材５６等のたわみ継手は、一方の端部において拡径した取付品を有するように製造されることができる。
このような実施形態において、構成部材５３−Ｏ等の第１の直管の必要性は排除される。

入口管アセンブリ２１は蒸気マニホールド３と入口チャンバ１４との間の管の全体的な区分として規定可能であるのに対し、入口管アセンブリ２１の容易に取外し可能な部分は、端部５４−Ｉと７０−Ｉとの間の構成部材から成る交換可能な区分２５（択一的に"取外し可能な管区分"と呼ばれる）である（図５Ｂ参照）。

図２及び図３における実施形態のために上に説明したように、複雑な経路を有しかつ製造が困難である従来の剛性溶接管アセンブリよりも優れた択一例を提供するために、構成部材は協働する。設計の柔軟性は一方の端部が剛性であることを可能にする一方で、他方の端部は熱的及び動的変位に耐える。概して、溶接された剛性の管アセンブリよりも大きな柔軟性は、以下のうちの１つ又は組合せから得られる：たわみ継手を管区分に組み込む；ジオメトリを単純化する；溶接の数を減じる；溶接された取付品を備えた標準的な管よりも低い剛性を有する成形された曲管構成部材を製造する。成形された曲管部材の使用は、それを通じて曲管によって課せられる運動量変化により、強制冷却流体が曲管を通流するときにプラグ荷重を付与する。また、特にたわみ継手を通じた、差圧及び流過面積による高いプラグ荷重は管理される必要がある。尾筒への結合部を有するブレーシング部材５８は、このような力を制御し、たわみ継手を成形された曲管から隔離する。また、これは、取外し可能なユニオン５２へのモーメント荷重を、ユニオンの設計能力以内になるように減じる。以下に説明する別の実施形態は、この実施形態に説明された部材より少ない部材を使用する。様々な程度に、このことは、異なる動的応答と、残りの部材の間の異なる荷重伝達とを生じる。

さらに、ブレーシング部材と、荷重をブレーシング部材から尾筒へどのように伝達するかとに関して、前記側板６０はしかし、ブレーシング部材と一体的であるか又はブレーシング部材に付加された支持構造体のための多数の択一例のうちの１つである。このような支持構造体の目的は、管区分の長さに沿った箇所において荷重を尾筒に伝達することである。このような荷重が伝達される箇所は概して、尾筒と一体的であるか又は尾筒に取り付けられた荷重受け部材の存在によって識別される。前記軸方向停止裏当て板１８はしかし、荷重受け部材の１つの例である。尾筒への荷重の伝達は、支持構造体の一方の側における管アセンブリの構成部材を、他方の側において生ぜしめられる荷重から隔離する。エレメントの形状及び配列と、これらのエレメントがどのように互いに接触しているか又は取り付けられているかとに応じて、軸方向の荷重のみが伝達されるか、全ての３つの次元からの荷重が伝達されるか、又はモーメント及び／又は力のその他の組合せが伝達されることができる。例えば、支持構造体は、図２に示されたようにプレートの形式であるか、ピン又はボルトであるか、又は尾筒との、又は尾筒から延びるように形成された部材との所望の接触を形成するためにブレーシング部材の管状部分から延びることができる材料のあらゆるその他の形状であることができる。

特定の支持構造体の形状及び荷重受け部材の形状は、多数のファクタ、特に所望の軸、予想される荷重、及び明示された公差とに応じて変化することができる。例えば、これに限定されないが、支持構造体は、穿孔された孔を有する円筒状のロッドであることができ、この孔を、尾筒に固定されたプレートから延びたピンが通過する。この場合、ピン及びプレートは荷重受け部材を含む。択一的に、プレート又はボルトは、端部が尾筒における溝内に位置決めされながら、ブレーシング部材の一方の側から延びており、溝における行程は軸方向ストッパとして働く一方の端部において制限される。この場合、側壁及び端壁を含む溝は荷重受け部材を含む。択一的に、支持構造体は、間隔を置いて配置された２つのリッジによって側面が形成されたブレーシング部材における溝であることができ、この場合、尾筒から延びたヨークがリッジの間に位置決めされる。したがって、軸方向に移動する場合、ヨークがリッジのうちの一方と当接すると管が停止させられる。この場合、ヨークが荷重受け部材である。ブレーシング部材を尾筒に関連させるためのこれらの及びあらゆるその他の機械的設計は、軸方向又はその他の力伝達を提供する目的で、当業者に知られているように、発明のこの態様を実施することを目的として、荷重を伝達するようにこのような部材を適応させるために使用されることができる。また、この設計は、尾筒における荷重受け部材以外も有することができ、例えば、限定されないが、入口管アセンブリ２１と接触するための（裏当て板等の）第１の荷重受け部材、及び出口管アセンブリ２２と接触するための（裏当て板等の）第２の荷重受け部材を有することができる。

図５Ｂも、本発明の構成部材の柔軟性の方向性に関する基本情報を示している。図５における線１００は軸方向変位を規定している。線１０２は側方変位を規定しており、線１０４は縦方向変位を規定している。たわみ継手の柔軟性を説明するためにここで使用される場合、横方向変位は、側方移動及び縦方向移動から成る。したがって、側方の柔軟性を有することにより、側方及び縦方向に変位が許容される。また、図５Ｂにおける線１０６を考慮すると、この線は、成形された曲管の半径を示している。剛性が減じられていることにより、成形された曲管６４−Ｉの端部６７−Ｉは、より小さな半径を得るために内方へ変位されるか、より大きな半径を得るために外方へ変位されることができる。これは、成形された曲管を説明するためにここで使用される半径方向柔軟性を規定する。このような半径方向柔軟性は、より簡単な取付け、特に管及びマウンティングハードウェアの端部のフィットアップを提供する。さらに、成形された曲管の低い剛性により、端部６７−Ｉは１０６に沿って相対位置を変化させることができる（すなわち、この端部は、ここに規定されている半径方向柔軟性に加えて柔軟性を有することができる）ことが認められる。

図６は、本発明の別の実施形態を示しており、この場合、図２〜図３における実施形態に見られるようなたわみ継手は設けられていない。この場合、取外し可能な結合部をマニホールド及びブレーシング部材５８−Ｉに向かって結合する、硬質管等の直線的区分５９−Ｉだけが設けられている。同様の直線的区分５９−０が出口管アセンブリ２２を個々のマニホールド取付品に結合している。さらに、この実施形態の吸入及び出口管アセンブリのそれぞれは、取外し可能なユニオン取付品５２と、成形された曲管６４と、前述のように、ブレーシング部材５８とを介して隣接する管に合致可能な２つの端部から成る。直列のたわみ継手が設けられていないが、それにもかかわらず図６に示した実施形態は以下のような利点を提供する：取外し可能なユニオンを介した迅速な修理及び交換のための手段
はめあいの公差、及び成形された曲管６４のＵ字形の曲げ部による振動応力及び温度応力への耐性；側板６０を介する尾筒５の軸方向停止裏当て板１８に固定されたブレーシング部材５８を介する振動減衰。

本発明の別の態様は、結合された尾筒と組み合わされた、上に開示及び説明された管アセンブリのうちのいずれか１つである。例えば、限定されないが、入口管アセンブリ２１及び出口管アセンブリ２２と組み合わされた図２に示された尾筒５は発明のこのような態様の実施形態である。さらに、１つ又は２つ以上のフレキシブルな管アセンブリ（すなわち供給及び排出）を含むキットは、これらのアセンブリが結合されるように寸法決め及び設計された尾筒と共に、本発明の態様である。

また、他の実施形態において、上に開示されたアセンブリの構成部材は発明から逸脱することなく排除されることができる。制限することなく、このような構成部材の減少の１つの実施例が図７に示されている。この場合、出発点としての図６を用いて、管アセンブリ２１及び２２は、図６に示された直線的区分５９−Ｉ及び５９−Ｏなしに形成及び使用されることができる。図７におけるこのような実施形態において、それぞれのこれらのアセンブリのブレーシング部材５８−Ｉ及び５８−Ｏは、マニホールドまで延びるように設計及び製造されている。同様に、やはり制限しないが（及び図７に示されていないが）、それぞれの成形された曲管６４−Ｉ及び６４−Ｏは、尾筒５の入口チャンバ１４及び出口チャンバ１７それぞれからの取付品に当接するように延びていることができる。これは図３に示された末端の直管６６−Ｉ及び６６−Ｏを排除する。このような実施形態において、それぞれの成形された曲管６４−Ｉ及び６４−Ｏの端部は、取付品と適切に適合するように成形されており、この取付品に、端部は、取外し可能なユニオン取付品５２を使用することによって反転可能に取り付けられる。

ここに開示された実施例は管アセンブリの両側における取外し可能なユニオンから成っているが、本発明の別の実施形態は、（図２における側板６０等の）尾筒に接触するための手段を有する（図２におけるブレーシング部材５８−Ｉ等の）締付け領域と、（図２における成形された曲管６４等の）成形された管領域とから成る、入口又は出口管アセンブリを有している。このような実施形態は、取外し可能なユニオンを用いることなく尾筒に組み付けられ、（図２におけるたわみ継手５６等の）直列のたわみ継手を有する又は有さない。取外し可能なユニオンを用いない取付けは、個々の端部、すなわちマニホールド及び入口チャンバ及び出口チャンバへの溶接を含むことができる。このような実施形態は、介在する入口管区分又は出口管区分の両端部における取外し可能なユニオンを使用する実施形態よりも、交換するのに時間がかかる。

したがって、ここでの実施例及び議論によって、本発明の１つの態様は、強制冷却を提供する尾筒への管アセンブリにおいて識別される問題を解決するための方法が、締付け領域及び成形された管領域を提供することであるということの実現であることが認められる。すなわち、入口管アセンブリ又は出口管アセンブリの一方だけを考慮すると、荷重を管アセンブリから尾筒における箇所へ（すなわちブレーシング部材５８の側板６０を介して）伝達する締付け領域が設けられている。また、溶接された取付品を備えた同様の管よりも剛性が小さな成形された管（すなわちＵ字形の成形された曲管６４）から成る成形された管領域が設けられている。これらの２つの領域は従来の管アセンブリとは対照的に様々なレベルの剛性を付与する組成を有しており、ひいては不均質であると考えられる。本発明のこのような実施形態は"デュアルゾーン"アセンブリと考えられる。有利には、ここに提供された実施例において、成形された管領域はＵ字形の湾曲部を有しており、この湾曲部は、強制冷却流体の流れを１８０゜方向転換させるために重要であり、このことは、標準的な設計のガスタービンと適合するように行われている。

さらに、実施形態は、たわみ継手を含む第３の領域を有することもできる。この領域、すなわちたわみ領域は、締付け領域とマニホールドとの間に位置決めされており、その柔軟性によるその他の構成部材における荷重及び結果的な応力及び摩耗を減じるためのこのような継手の能力を特徴とする。より具体的には、例えば（限定しない）、たわみ継手を含む柔軟性領域は軸方向及び横方向の柔軟性を提供する。したがって、及びより概略的には、本発明の実施形態は、強制冷却される流体をガスタービンエンジンの尾筒に供給するマルチゾーン管アセンブリから成ると考えられる。

強制冷却流体供給源（すなわちマニホールド）から出た部材を説明するためにここで使用されているような用語"管"、及びここで説明された取外し可能な区分と流体接続した尾筒の入口チャンバ及び出口チャンバは、ここで説明及び例示された管の区分の代わりに、強制冷却流体を流体的に伝達するあらゆるタイプの構造体又はアセンブリを含むことができる。例えば、限定しないが、成形された尾筒入口アセンブリは、文字通りこの尾筒入口アセンブリに溶接された別個の管片を有していないここに説明された取外し可能な区分に接続するための構造体を有することができる。択一的に"延長されたポート"として認められることができるこのような構造体は、ここで使用されるような"管"の機能的定義の範囲に含まれると考えられる。

さらに、（図２及び図３に示されたように）尾筒と強制冷却管の２つの交換可能な区分とから成るアセンブリを含む前記アセンブリの利点を考慮して、本発明の別の態様はこのようなアセンブリの取付け方法であることが認められる。例えば、限定しないが、尾筒アセンブリを取り付ける１つの方法は：
１．前端部が燃焼器の端部に当接しかつ後端部がタービン第１段への入口に当接するように尾筒を整合させ；
２．前端部において入口支持体を取り付け；
３．後端部において出口支持体を取り付け；
４．マニホールドからの供給ポートと、前記尾筒の入口チャンバにおけるポートとを流体接続するために強制冷却管の第１の交換可能な区分を取り付け；
５．マニホールドの戻りポートと、前記尾筒の出口チャンバにおけるポートとを流体接続するために強制冷却管の第２の交換可能な区分を取り付け；
ステップ４及び５の前記取付けが、漏れを生じないユニオンを形成するために前記第１及び第２の交換可能な区分の両端部に取外し可能なユニオンを固定することを含む。

上記ステップ１〜３、及び技術分野において知られているようなこれらのステップの変化例は、より概略的には、"燃焼器とタービン第１段とを接続するための尾筒を取り付ける"こととして説明されることが認められる。

択一的に、別の実施例においては、入口管アセンブリ２１及び出口管アセンブリ２２と組み合わせて組み立てられた尾筒５を含む現場で取付け可能な尾筒アセンブリ１０が１つのユニットとして取り付けられることができることが認められる。

さらに、本発明の別の態様は、新たな尾筒において、又はタービンに取り付けられた尾筒におけるふるい管アセンブリの交換時に、入口（供給）又は出口（戻り）側の交換可能な管区分を尾筒に取り付ける方法であることが認められる。より具体的に、供給区分を現場で取り付けるためのこのような方法は以下のことを含む：
１．２つの端部と、フレキシブルなＵ字形湾曲領域と、支持構造体を含むブレーシング部材領域とを含む、現場で取付け可能な取外し可能な管アセンブリ区分を、第１の端部が強制冷却流体供給部の供給側ポートからの第１の管の自由端部に当接しかつ第２の端部が入口チャンバポートからの第２の管の自由端部に当接するように整合させ、
２．漏れを生じないユニオンを形成するように前記第１の端部を前記第１の管の自由端部に反転可能に接合するために第１の取外し可能なユニオンを取り付け；
３．漏れを生じないユニオンを形成するように前記第２の端部を前記第２の管の自由端部に反転可能に接合するために第２の取外し可能なユニオンを取り付ける。

前記方法においては、一方の端部にたわみ継手を含む柔軟性領域が設けられかつ他方の端部に成形された曲管を含む成形された管領域が設けられていて、その間に締付け領域が設けられている場合、各端部における柔軟性は、個々の隣接する対応する管への個々の端部の取付けを助けることが認められる。これは、締付け領域がまず支持構造体を介して尾筒に取り付けられるかどうかの両方に生じる。すなわち、ブレーシング部材が支持構造体を介して尾筒荷重受け部材に固定される場合でさえも、各端部における柔軟性は、個々の隣接する対応する管の個々の端部に、取外し可能又はその他のコネクタを用いたより簡単な取付けを提供する。

ここに示された実施例及び実施形態は単なる例であり、これを考慮した様々な修正又は変更が当業者に提案され、本願の精神及び範囲及び添付の請求項の範囲に含まれるべきである。

図１は、尾筒へ及び尾筒から蒸気を搬送する従来の溶接された管アセンブリの１つの例の斜視図である。 ガスタービン尾筒に取り付けられた取外し可能な強制冷却管アセンブリの１つの実施形態の斜視図を提供する。吸入及び出口管アセンブリの両方が示されている。 図２の取外し可能な強制冷却管アセンブリの概略的な上面図を提供している。 取外し可能なユニオンのＶ字形バンドクランプ形式の斜視図を提供している。 図２及び図３に示されたように入口管アセンブリの変更された実施形態の斜視図を提供している。尾筒における裏当て板と、締め金部材の側板とのより詳細な図を提供している。 図５Ａに示された入口管アセンブリの構成部材の分解図を示しているが、１つの構成部材を排除しており、この排除を補償するために別の構成部材を修正している。 図２〜図３に示された前記実施例の変更された実施形態を示しており、この場合、管の直線的な区分の代わりにそれぞれたわみ継手が使用されている。 図２〜図３に示された前記実施例の別の変更された実施形態を示しており、この場合、図２〜図３に示された管アセンブリの終端部材は存在しておらず、別の構成部材の延長によって機能的に交換されている。

符号の説明

１ 供給管なセンブリ、 ３ 蒸気マニホールド、 ５ 尾筒、 ６ 排出管アセンブリ、 ７ 蒸気出口ポート、 ９ ブレース、 １２ 入口端部、 １３ 後端部、 １４ 入口チャンバ、 １７ 出口チャンバ、 ２０ 強制冷却管アセンブリ、 ２１ 入口管アセンブリ、 ２２ 出口管アセンブリ、 ３２ マニホールド導出管、 ５２ ユニオン、 ５３ 直管、 ５４ 端部、 ５６ たわみ継手、 ５８ ブレーシング部材、 ５９ 直線的区分、 ６０ 側板、 ６１ 孔、 ６２ ボルト、 ６３ ボルト頭、 ６４ 曲管、 ６５ スペーサ管、 ６６ 直管、 ６７ 端部、 ７０ 端部、 ７２ チャンバ入口管

Claims (16)

1. ガスタービンの尾筒に取り付けるための強制冷却管の交換可能な区分において：
   ａ．第１の端部が設けられており、該第１の端部が、強制冷却流体供給源の供給側又は戻り側のポートからの第１の管の自由端部に接合されるようになっており、
   ｂ．第２の端部が設けられており、該第２の端部が、前記尾筒の入口チャンバ又は出口チャンバのポートからの第２の管の自由端部に接合されるようになっており、
   ｃ．前記第１の端部と前記第２の端部との間にブレーシング部材が接続されており、該ブレーシング部材が、荷重を尾筒荷重受け部材を介して尾筒に伝達するようになった支持構造体を含んでおり、
   ｄ．前記第１の端部と前記ブレーシング部材との間にたわみ継手が接続されており、該たわみ継手が軸方向及び横方向での柔軟性を提供するようになっており、
   ｅ．前記第２の端部と前記ブレーシング部材との間に成形された曲管が接続されており、該曲管が半径方向の柔軟性を提供するようになっており、
   前記交換可能な区分が、強制冷却流体を通流させるために前記第１の端部と前記第２の端部との間に流体接続を提供していることを特徴とする、交換可能区分。
2. 前記成形された曲管がＵ字形湾曲部を有する、請求項１記載の交換可能区分。
3. 取外し可能な２つのユニオンが設けられており、一方のユニオンが、前記第１の端部を前記第１の管の自由端部に結合させるようになっており、他方のユニオンが、前記第２の端部を前記第２の管の自由端部に結合させるようになっている、請求項１記載の交換可能区分。
4. 取外し可能な２つの前記ユニオンが、Ｖ字形バンドクランプを含む、請求項３記載の交換可能区分。
5. 前記支持構造体が、前記尾筒荷重受け部材に当接しており、軸方向荷重を伝達するようになっている、請求項１記載の交換可能区分。
6. 前記支持構造体が、前記尾筒荷重受け部材に当接しており、軸方向荷重と、横方向荷重と、縦方向荷重とを伝達するようになっている、請求項１記載の交換可能区分。
7. ガスタービンのための現場取付け可能な尾筒アセンブリにおいて：
   ａ．尾筒が設けられており、該尾筒が、燃焼器と前記ガスタービンエンジンの第１段との間に取り付けられるようになっておりかつ冷却入口チャンバと、冷却出口チャンバと、尾筒荷重受け部材とを有しており、
   ｂ．強制冷却管の第１の交換可能区分が設けられており、該第１の交換可能区分が、
   ｉ．強制冷却流体供給部の供給側からの第１の管の自由端部に結合するように成形された第１の端部と、
   ｉｉ．前記入口チャンバからの第２の管の自由端部に結合するように成形された第２の端部と、
   ｉｉｉ．前記交換可能区分に沿ったブレーシング部材とを有しており、該ブレーシング部材が、前記第１の管区分に沿った箇所から出ておりかつ荷重を前記尾筒荷重受け部材に伝達するように位置決めされた支持構造体を有しており、
   ｉｖ．前記第１の端部と前記ブレーシング部材との間のたわみ継手を有しており、
   ｖ．前記第２の端部と前記ブレーシング部材との間の成形された曲管を有しており、
   ｃ．前記尾筒に現場で取り付けるための強制冷却管の第２の交換可能区分が設けられており、該第２の交換可能区分が、
   ｉ．強制冷却流体供給部の戻り側からの第１の管の自由端部に結合するように成形された第１の端部と、
   ｉｉ．前記出口チャンバからの第２の管の自由端部に結合するように成形された第２の端部と、
   ｉｉｉ．前記交換可能区分に沿ったブレーシング部材とを有しており、該ブレーシング部材が、前記第１の管区分に沿った箇所から出ておりかつ荷重を前記尾筒荷重受け部材に伝達するように位置決めされた支持構造体を有しており、
   ｉｖ．前記第１の端部と前記ブレーシング部材との間のたわみ継手を有しており、
   ｖ．前記第２の端部と前記ブレーシング部材との間の成形された曲管を有しており、
   ｄ．取外し可能なユニオンが設けられており、該ユニオンが：前記第１の交換可能区分の前記第１の端部を、前記強制冷却流体供給部の供給側の前記第１の管に結合し；前記第１の交換可能区分の前記第２の端部を、前記入口チャンバからの前記第２の管に結合し；前記第２の交換可能区分の前記第１の端部を、前記強制冷却流体供給部の戻り側の前記第１の管に結合し；前記第２の交換可能区分の前記第２の端部を、前記出口チャンバからの前記第２の管に結合するようになっており、
   前記第１及び第２の交換可能区分が、尾筒へ又は尾筒からの強制冷却流体の通過のために第１の端部と第２の端部との間に流体接続を提供していることを特徴とする、現場取付け可能な尾筒アセンブリ。
8. 前記成形された曲管がそれぞれＵ字形湾曲部を含む、請求項７記載の現場取付け可能な尾筒アセンブリ。
9. 前記支持構造体が、前記尾筒荷重受け部材に当接しており、軸方向荷重を伝達するようになっている、請求項７記載の現場取付け可能な尾筒アセンブリ。
10. 前記支持構造体がそれぞれ、前記尾筒荷重受け部材に当接しており、軸方向、横方向及び縦方向の荷重を伝達するようになっている、請求項７記載の現場取付け可能な尾筒アセンブリ。
11. ガスタービンの尾筒に冷却流体を通流させるための強制冷却管のマルチゾーン交換可能区分において：
    ａ．２つの端部が設けられており、一方の端部が強制冷却流体供給部に接続され、他方の端部が前記尾筒に接続されており、
    ｂ．軸方向及び横方向の移動能力を有するたわみ継手を含む柔軟性領域が設けられており、
    ｃ．前記２つの端部の間に配置された成形された管領域が設けられており、
    ｄ．前記たわみ継手と前記成形された管領域との間に配置されたブレーシング領域が設けられており、該ブレーシング領域が、前記成形された管領域において生ぜしめられるプラグ荷重から前記たわみ継手を隔離するための支持構造体を有することを特徴とする、マルチゾーン交換可能区分。
12. 前記成形された管領域がＵ字形湾曲部を有する、請求項１１記載の交換可能区分。
13. 各端部に取外し可能なユニオンが設けられており、取外し可能な２つの前記ユニオンがＶ字形バンドクランプを含む、請求項１２記載の区分。
14. ガスタービンエンジンに尾筒を取り付ける方法において、該方法が、
    ａ．前記ガスタービンエンジンの燃焼器と第１段とを接続するために、冷却供給管備えずに、前記尾筒を取り付け；
    ｂ．線形に配置された、第１の端部と、たわみ継手と、支持構造体を含むブレーシング部材と、成形された曲管と、第２の端部とを有する冷却供給管の区分を形成し、前記端部がそれぞれ取外し可能なユニオンと結合するようになっており；
    ｃ．前記第１の端部を強制冷却流体供給部の管端部に整合させ、前記たわみ継手の柔軟性を備えた取付けを達成し；
    ｄ．前記第２の端部を前記尾筒の管端部に整合させ、前記成形された曲管を曲げることによって取付けを達成し；
    ｅ．前記取外し可能なユニオンを用いて前記第１及び第２の端部のそれぞれを前記個々の管端部に取り付けることを特徴とする、ガスタービンエンジンに尾筒を取り付ける方法。
15. さらに、前記支持構造体を前記尾筒の荷重受け部材に固定することを含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記取付けが、Ｖ字形バンドクランプを含む取外し可能なユニオンを用いて行われる、請求項１４記載の方法。

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