JP4974199B2 - タービンロータ冷却回路の継手管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
この発明は一般に陸上ガスタービン発電プラントに関し、詳細に述べるとガスタービンロータの冷却回路内で軸方向に伸張する冷却管を半径方向に接続するのに用いられる管状継手に関する。
【０００２】
ガスタービンロータの蒸気冷却回路は出願人の所有する米国特許第５，５９３，２７４号に開示されている。簡単に言うと、冷却蒸気はロータと同心の管を経由し次いで半径方向の通路を経由して軸方向に伸張する管（ロータ軸線と平行だがこれより半径方向外側にある）に供給され、この軸方向に伸張する管が１段以上のタービン段の動翼に冷却蒸気を供給する。この蒸気を取り出すために同様の帰還経路が使用される。タービンロータ組立体の回転する環境およびロータ回転によって発生する遠心力のため、また種々の部品の熱膨張のため、半径方向の管がその両端で軸方向管の継手と結合する箇所で半径方向に向けた冷却管は全て軸方向および半径方向の相対的な移動の動きを吸収するように設計されなければならない。
【０００３】
【発明の簡単な要約】
この発明は回転している環境において管が半径方向に接合するという面で特に好都合な両端の結合形状特性を有する管に関する。詳細には、接続される各管はロータ軸線に対しおおむね平行であるがロータ軸線に対して半径方向にずれている。しかしながら、この発明の継手管と結合するはめ合わせ部分は半径方向の管と軸方向に整列している。この発明の説明上、特に断りが無ければ、半径方向と軸方向、または半径方向「外側」か半径方向「内側」などの表現はタービンロータ組立体内に設置される管の方向に基づいて表わしている。管の「上方」端または「下方」端の表現はロータ軸線に関してその管の半径方向外側および内側の端部にそれぞれ対応する。しかしながら、管に関する「半径方向フランジ」の表現はその管自体の縦方向中心軸線に関して表されている。
【０００４】
１つの例示的実施態様において、この管の半径方向外側すなわち上端は先細の縁端が形成された拡大された半径方向フランジ（ただし管内径は一定）を有し、この先細形状は管の縦方向中心軸線に向かって内側に向け、上方すなわち半径方向外側方向に伸張している。この先細形状は部分的に球形でありその結果半径方向外側の軸方向冷却管に取り付けたエルボ部品の軸方向に整列された端部上に形成される平坦な円錐着座面とおおむね接線で係合する。この結果、半径方向外側すなわち上部の管端は座面内で事実上どのような方向にも「転動する」ことができ、こうすることで半径方向に向いた管と、この管が結合する軸方向の管の間の相対的な移動の動きを吸収し、同時にまたさもなくばロータの回転で発生する遠心力で生じうる半径方向外側に向かう移動をすべて阻止する。
【０００５】
この管の半径方向内側すなわち下端は部分的球面で形成された、「ハーフ・スプーリー」、すなわち、管の下方自由端が広げられてトロイド部分が形成される。言い換えると、環状溝が管端のまわりに形成され、そして管壁の厚みはおおむね一定に維持される。この管端は半径方向内側の軸方向に伸張する管の内部に形成された、半径方向に伸張する円筒状ブッシュ内に滑動可能なように収容される。このような配置構成によって管とブッシュの円筒部内径の界面は接線で接触することになる。しかしながら、この端部における管の半径方向の移動に関してはどのような拘束もなく（例えば、摩擦を除いて）、その結果たとえこの管の熱生長がこの管の半径方向外側端で制約を受けるとしても、この管はロータ軸線に関して半径方向内側方向に熱膨張することができる。
【０００６】
したがって、より広い面から述べると、この発明は２つの管状部品間に伸張するのに適合した管状継手に関し、この管状継手は、内径を有する管状体と、前記２つの管状部品の第１の部品上の相補的な着座面と係合するのに適合した先細の表面を有する環状の半径方向フランジを含む第１の自由端と（管状体の内径は第１の自由端を通じて一定に保たれる）、および前記２つの管状部品の第２の部品の円筒状端部の内部に着座するのに適合した環状球形をした第２の自由端とを含む。
【０００７】
【発明の詳細な記述】
図面について説明すると、概括して数字１０で示され、軸方向に積み重ねた部品類、例えば、ロータ羽根車１２、１４、１６および１８と、各羽根車の間に交互にあるスペーサー２０、２２および２４とで４段の典型的なタービンロータの一部を形成して構成されるタービンロータ組立体を含むタービンの一部が示してある。羽根車およびスペーサーの各部材は複数の長く延長した、円周方向に伸張するボルトによってロータ上に一緒に固定され、そのうち１個のボルトだけを数字２６で示した。羽根車１２、１４、１６および１８にはそれぞれ円周方向に間隔を取って配置される複数のタービン動翼１２ａ、１４ａ、１６ａおよび１８ａが取り付けてある。各ノズル３０、３２、３４および３６と各羽根車１２、１４、１６および１８の組み合わせがタービンの各段を構成している。後部軸の羽根車４２はロータ１０の一部を形成し積み重ねた羽根車とスペーサーにボルト止めされる。
【０００８】
この発明の被譲渡人によって設計される先進的なガスタービンおいては、後部軸４４は共に係属中の米国特許出願第０９／２１６３６３に詳細に説明されているボアチューブアセンブリを収容している。簡単に言うと、ボアチューブアセンブリは環状の冷却蒸気供給通路５２および使用済み冷却蒸気帰還通路５４をそれぞれ形成する軸方向に伸張した外側および内側の管４８、５０を含む。この各通路５２および５４は複数組の半径方向に伸張する導管すなわち管５６および５８を介して蒸気をロータの外側リムに出入りさせて流し、これらの管はロータの外側リムのまわりで円周方向に間隔を取って配置される対応する複数組の軸方向に伸張する管に通じている。蒸気供給通路５２および半径方向の管５６を通して供給される蒸気は、軸方向に伸張する管（図示していない）を経由して、第１段の動翼１２ａおよび第２段の動翼１４ａにそれぞれ冷却蒸気を供給し、一方軸方向管（１つを数字５７で示す）と半径方向管５８および帰還通路５４は使用済み冷却蒸気を動翼から受け取り固定したすなわち静止した管（図示していない）に戻す。ボアチューブ４８および５０並びに軸方向管５７はロータ組立体１０の一部をなしロータ組立体とともに回転することが了解されよう。
【０００９】
図２についても説明すると、この発明の例示的実施態様による半径方向の継手管５６、５８は同一なので管５８だけ詳細に説明する。継手管５８は半径方向外側端に従来の「Ｂ−ナット」６０、反対の半径方向内側端に「ハーフ・スプーリー」コネクター６２を備える管状体を含む。この半径方向外側端の「Ｂ−ナット」６０は半径方向フランジ６４および球面形または先細の面６６を含む。後者は、この場合は、エルボ７０の軸方向に整列された端部の平坦な環状の先細面６８と係合するように設計され、エルボ７０の対向端は半径方向外側の軸方向管５７に接続される。これは従来の隣接する管状部材間のシールコネクションであるが、継手が遠心力にさらされ、半径外側方向に継手管５８を移動する傾向があるこの個所では特に有効である。言い換えると、この管５８の球面の端は、エルボ７０のはめ合い面６８との封止的接触を維持し、これら部分の間で相対的にどのように動いても必要に応じて調整を行なう。Ｂ−ナツト６０自体は管状部材５８のスプーリー部と反対側の端部に溶接するか、または管状部材５８と一体的に形成することができる。
【００１０】
半径方向内側端、すなわち、スプーリー端において、管５８は半曲拡大部のため拡大した端部を有して、環状の部分的に球形な端部７２（パートまたはハーフ・スプーリーとも呼ばれる）を形成し、この端部７２が半径方向内側の軸方向管５４から半径方向に伸張する管状ブッシュ７４の真っ直ぐなすなわち円筒状の端部の内側にぴったり合わさる。このようにして、管５８の熱による生長は管の半径方向内側の端部で吸収され、一方半径方向内側と外側の管の間の軸方向の相対的な移動の動きはどのようなものでもこの管の半径方向外側端の「Ｂ−ナット」による結合部で吸収される。
【００１１】
例示的な実施態様において、スプーリーの表面は耐磨耗性皮膜、例えば、トリバロイ（Ｔｒｉｂａｌｏｙ）として知られる市販のコバルト基皮膜の合金で外側を被覆される。
【００１２】
現在もっとも実用的で好ましい実施態様と考えられるものに関してこの発明の説明をしたが、この発明は開示された実施態様に限定されるものではなく、むしろ、特許請求の範囲の意図および範囲に含まれる数多の変更態様および同等の構成を網羅するものであることが理解されねばならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の継手管を組み込んだガスタービンロータ組立体の部分側断面である。
【図２】この発明の例示的実施態様による継手管の側断面図である。

Claims (8)

1. ロータ組立体および各段が複数の動翼を支持する羽根車を含む複数の段を含む陸上タービンにおける冷却回路をなす軸方向に伸張しお互いに半径方向にずらせた２つの管状部品間に伸張するのに適合した管状継手であって、内径を有する管状体と、前記２つの管状部品の第１の部品上の相補的な着座面と係合するのに適合した先細の表面を有する環状の半径方向フランジを含む第１の自由端と（前記管状体の内径は該第１の自由端を通じて一定に保たれる）、および前記２つの管状部品の第２の部品の円筒状端部の内部に着座するのに適合した環状球形をした第２の自由端とを含んでおり、前記第２の自由端はその外部面が耐磨耗性素材で被覆されている、管状継手。
2. 前記球形は部分的なトロイドの形で与えられる請求項１記載の管状継手。
3. 前記耐磨耗性素材はコバルト基合金を含む請求項１記載の管状継手。
4. 前記先細の表面は部分的に球形である請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の管状継手。
5. ロータ組立体および各段が複数の動翼を支持する羽根車を含む複数の段と、軸方向に伸張しお互いに半径方向にずらせた２つの管状部品を含む冷却回路と、前記２つの管状部品を結合する管状継手としての半径方向に向いた管とを含む陸上タービンであって、前記半径方向に向いた管が、内径を有する管状体と、前記２つの管状部品の第１の部品上の相補的な着座面と係合するのに適合した先細の表面を有する環状の半径方向フランジを含む第１の自由端と（前記内径は該第１の自由端を通じて一定に保たれる）、および前記２つの管状部品の第２の部品の円筒状端部の内部に着座するのに適合した環状球形をした第２の自由端とを有しており、前記第２の自由端はその外部面が耐磨耗性素材で被覆されている、陸上タービン。
6. 前記球形は部分的なトロイドの形で与えられる請求項５記載の陸上タービン。
7. 前記耐磨耗性素材はコバルト基合金を含む請求項５記載の陸上タービン。
8. 前記先細の表面は部分的に球形である請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載の陸上タービン。

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