JP6185177B2 - 定置式ガスタービンの少なくとも部分的に環状とされるガス供給配管のための保持具 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの少なくとも部分的に環状とされるガス供給配管を有している定置式ガスタービンに関する。

今日に至るまで、定置式ガスタービンの典型的な環状のガス供給配管は、適切な保持具を介して、ガスタービンのハウジングに固定されている。このような保持具は、例えば特許文献１に開示されている。大抵の場合には、固定の安定性に関連する要件に基づいて、比較的大きい保持具要素が、ガスタービンのハウジングの外面に取り付けられている。しかしながら、ガスタービンの構成が次第に複雑になっているので、さらなる重要な機能要素がハウジングの外面に固定されているか、又は、ハウジングが容易にガス供給配管を保持することができないように形成されている場合がある。ここで、より近年のガスタービンの場合にはハウジングの外面の大部分を占有しているガイドベーン調整装置について、特に言及する。結論として、このような機能要素によって、従来技術に基づいてガス供給配管をガスタービンのハウジングの外面に固定する必要が解消される。

しかしながら、今日の保持具について、空間が減少する可能性のみならず、例えば地震発生時に満たさなければならない安定性に関する要件の観点から、ガスタービンのハウジングの外面に対する取付についての欠点が判明している。安全に関する法律上の要件は、ガス供給配管が地震発生時であっても損傷せず固定された状態でガスタービンに保持可能とされることを要求する。しかしながら、ハウジングの外面に接続されている固定式保持具は、地震発生時に、ガス供給配管が損傷又は破裂するのに十分な態様で、機械的振動をガス供給配管に伝達させる場合がある。しかしながら、著しく損傷した場合には、回避しなくてはならない火災の発生を考慮する必要がある。

ガス供給配管をガスタービンのハウジングの外側から取り外すために、特許文献２では、２つの固定点それぞれにおいて基礎に組み込まれている２つの横方向スタンドにガス供給配管を堅固に固定することが提案されている。しかしながら、このような機械的振動が特にスタンドの固定点に発生した場合には、機械的損傷を考慮しなければならないが、機械的振動の影響が、やはり適切に検討されていない。従って、適切な耐震性能が全く確保されていない。

上述の従来技術における不利益のために、少なくとも部分的に環状とされるガス供給配管のための、定置式ガスタービンのハウジングに対する固定態様と同様の態様で、且つ、空間利用の観点において効率的な態様でガス供給配管を取り付けるように改善された保持具を提案することの技術的要求が高まっている。さらに、例えば、ガス供給配管は、機械的衝撃及び機械的振動がガス供給配管に作用した場合に、改善された耐震性能が確保されるように安全運転することができるようになっている。

逆に言うまでもなく、ガスタービンのハウジングに対する保持具の取付は、主にガスタービンの外面に関連する。

欧州特許出願公開第１７３６６５１号明細書 米国特許第５２７１２１８号明細書

本発明の目的は、請求項１に記載の定置式ガスタービンによって達成される。

本発明の目的は、特に少なくとも１つの部分的に環状とされるガス供給配管であって、保持器によって支持されているガス供給配管を有している定置式のガスタービンであって、ガスタービンが、その内部に、作動流体の主流れ方向を有しており、保持器が、床に対して支持されている少なくとも１つの床保持部と、床保持部の反対側においてガスタービンのハウジングに取り付けられている端面保持部とを備えており、床保持部と端面保持部との両方が、主流れ方向と主流れ方向に対して垂直とされる方向との両方に関して、ガス供給配管を支持している、ガスタービンにおいて、端面保持部が、特にガスタービンの運転の際におけるハウジングの膨張の変化を補償する緩衝システムを有している、ガスタービンによって達成される。

本発明では、作動流体の主流れ方向が、作動流体の平均的な主流れ方向に対応しており、一般にガスタービンの長手方向軸線と一致していることを留意すべきである。主流れ方向は、特にガスタービンロータの長手方向軸線に対応している。さらに、主流れ方向における相対運動に対するサポートが、主流れ方向の反対方向においてもサポートを備えていることに留意すべきである。

少なくとも部分的に環状とされるガス供給配管が、略環状に構成されている少なくとも１つの部分を有していることに留意すべきである。しかしながら、輪状は、多角形状のトレーンによって近似的な態様でのみ特徴づけられている場合であっても既に達成されている。この点において、本発明に関連して、ガス供給配管が数学的に正確な環状の形状又はそのような部分を特徴とすることは元々必要とされない。むしろ、潜在的に環状部分から交換することができる部分の全体形状であれば十分である。

本発明における保持器のコンセプトは、互いに対して反対側に配置されているガスタービンのハウジングの少なくとも２つの側面において、少なくとも部分的に環状とされるガス供給配管を確実に保持することを提案する。一方、床保持部及び端面保持部の幾何学的な配置によって、主流れ方向の運動が効果的にサポートされると同時に、ガス供給配管の自重が効果的に且つ確実に支持される。同時に、例えば振動のような機械的影響が、改善された態様で低減される。特に保持部領域（床保持部及び端面保持部）が互いに対して反対側に配置されているので、保持部領域に発生する振動が効果的に低減されるからである。さらに、床保持部が床に対して支持されているので、床に対する床保持部の支持によって、力を効果的に支持するばかりでなく、振動を優位に減衰させることができる。さらに、床に向かってすなわち主流れ方向に対して垂直な方向において、及び、主流れ方向における運動に関連してすなわち主流れ方向の逆向きにおいて支持することができるので、ガスタービンのシステム及びガス供給配管に発生する振動の振幅を良好に低減させることができる。

さらに、本発明では、端面保持部が、特にガスタービンの運転の際にハウジングの膨張に起因する振動を補償することができる、緩衝システムを有している。振動による機械的衝撃及び影響が、緩衝システムによって同様に低減されるので、例えば耐震性能が改善される。本発明では、緩衝システムは、ガス供給配管の弾性特性に関連して、特に振動を効果的に減衰させるように調整されている。特定の弾性硬さを有しているバネが、特に振動を効果的に減衰させるために設けられており、振動工学に基づく静的解析又は動的解析によって、システムの固有振動が特に良好に減衰される。

本発明の一の好ましい実施例では、ガスタービンの通常運転の場合に、端面保持部はハウジングの頂端に設けられている。しかしながら、同様に、端面保持部をハウジングの所定位置に取り付けることができる。言い換えれば、床保持部に向かう方向においてハウジングの所定位置に取り付けることができ、すなわち床保持部に向かう方向においてハウジングの表面に横方向に取り付けることができる。しかしながら、端面保持部が、ガスタービンのハウジングを通過する断面において、上側ハウジング部品（上側ハウジング部分）に対して取り付けられている。一方、床保持部は、下側ハウジング部品に設けられており、すなわち床に面している。しかしながら、本発明では、対応する配置が、ガスタービンのハウジングに対する取付を必要としない。最も特に好ましくは、保持器とガスタービンとの機械的な取り外しを実施するために、床保持部はガスタービンのハウジングに取り付けられていない。

本発明の一のさらなる特に好ましい実施例では、床保持部は、ガスタービンのハウジングに接続されておらず、特にガスタービンの基礎に係留されている。このことを考慮し且つ上述のように、床保持部とガスタービンとの取り外しが実現される一方、ガス供給配管とガス供給配管に接続されているサービス配管との重量を効果的に且つ確実に支持することができる。当該実施例では、床保持部が保持部分を有しており、当該保持部分それぞれが、（ラジアル方向における断面すなわちガス供給配管の流れ方向に対して垂直とされる断面で見ると）ガス供給配管の周方向においてガス供給配管を少なくとも部分的に囲んでいる。本発明では、保持部分は、ガス供給配管それぞれが保持器の内部において固定又は取外可能とされるように構成されている。

本発明の一のさらなる特に好ましい実施例では、端面保持部が、ガスタービンのハウジングに固定状態で接続されている第１の接続領域と、ガスタービンのハウジングに対して支持されているがガスタービンのハウジングに固定状態で接続されている第２の接続領域とを有している。この点において、端面保持部は、ガスタービンのハウジングの幾何学的形状によって、例えば温度が非常に高い状態でガスタービンが動作している際における振動を補償することができる。特にガスタービンのハウジングと端面保持部との間に応力が発生しないので、その結果として、例えば応力に起因する破断のような応力に起因する損傷が発生しない。さらに、振動がガスタービンのシステム及びガス供給配管に発生した時に、効果的な減衰を実現することができる。特にガスタービンのハウジングに対して端面保持部を移動させることが、振動減衰の減衰に対して貢献するからである。特に、端面保持部の第２の接続領域は、ガスタービンのハウジングの表面に関して変位可能とされる。

本発明の特に好ましい実施例では、同様に、保持器は、少なくとも２つの横方向保持部をさらに有しており、横方向保持部それぞれが、ガスタービンの互いに対して反対側に位置する側面においてガス供給配管を支持しており、特に主流れ方向における運動に関連する支持のみを実現している。本発明では、好ましくは、端面保持部と床保持部との間の略中央となるように配置されているガスタービンの所定の高さにおいて、横方向保持部は、ガス供給配管の支持を実現している。本発明では、横方向保持部は、特に主流れ方向及び主流れ方向に対して垂直とされる方向における運動に関連して、ガス供給配管のさらなる改善のために利用することができる。横方向保持部によって、ガス供給配管又はガス供給配管の接続されている横方向保持部の重量による力が支持される。しかしながら、特に主流れ方向又は主流れ方向に対する逆向きにおいて、特に効果的な態様でガス供給配管の振動を減衰させることができる。

一の特に好ましい実施例では、少なくとも２つの横方向保持部が、ガスタービンのハウジングに接続されておらず、特に床に対して支持されており、好ましくはガスタービンの基礎に係留されている。このようにして、２つの横方向保持部は、床保持部と同等な態様において、ガスタービンのハウジングから取り外されるので、振動が発生した場合に振動を特に効果的に減衰させることができる。一方、例えば温度の変動の結果として、運転の際にガスタービンが熱的に膨張又は収縮した場合における技術的な予防措置が必要とされない。本発明では、２つの横方向保持部をガスタービンの基礎に固定状態で係留することによって、運転の際における耐震性能を確保することができる。

一の代替的な実施例又は補助的な実施例では、少なくとも２つの横方向保持部が、ガス供給配管を完全には囲んでいないが、特に互いに対して反対側に位置すると共に相互に接続されていない２つの領域においてのみ、ガス供給配管を支持している。本発明では、２つの互いに対して反対側に位置する領域は、特に主流れ方向又はその逆方向に向かって移動する際にサポートとして機能する。これを考慮して、例えば地震時に全体を囲まれている保持器によって例えばガス供給配管を損傷させる危険に曝すことなく、目標とされた一方向に方向づけられた振動を減衰させることができる。

本発明の同様に好ましい実施例では、少なくとも２つの部分的に環状とされるガス供給配管、特に具体的には２つ又は４つのガス供給配管が設けられている。複数のガス供給配管を設けることによって、燃料を具備するガスタービンを設けることの柔軟性が改善される。同様に、ガス供給配管それぞれが利用、取外、又は交換可能となるので、保守性が改善される。出願人の経験によれば、２つ又は４つのガス供給配管を設けることが優位であることが実証されている。ガス供給配管が、異なる圧力で燃料供給可能な状態を保持することによって、異なる動作時間点において利用可能となるからである。本発明の一のさらなる実施例では、少なくとも１つのガス供給配管と保持器とが、案内羽根調整装置を有していないガスタービンのハウジングの領域に設けられている。従って、ガス供給配管又は保持器と案内羽根調整装置とは、望ましくない態様で互いに対して影響を及ぼさない。本発明では、ガス供給配管及び保持器を設けることは、ガスタービンのハウジングにおける又はハウジングの表面の上方におけるガス供給配管及び保持器の幾何学的配置に言及している。従って、当該実施例では、ガスタービンのハウジングが案内羽根調整装置を有しており、案内羽根調整装置がハウジングの最大高さに配置されているか、又はハウジングの最大高さから突出しているが、少なくとも１つのガス供給配管が、保持器の最大高さの上方において固定されていることに留意すべきである。

図面それぞれによって、本発明について以下に詳述する。本発明では、図面は単なる概略図として考慮すべきであり、本発明の実施可能性を限定する訳ではないことを付記する。

さらに、同一の参照符号を有しているすべての構成要素が同等な技術的効果を有していることに留意すべきである。

同様に、以下に説明する技術的効果は、本発明の目的を達成することができる限り相互に組み合わせ可能であることに留意すべきである。

本発明における、保持具１０を具備する定置式ガスタービン１の実施例の斜視図である。 端面保持部１２の実施例の詳細な斜視図である。 図１に表わす端面保持部１２の実施例の断面図である。

図１は、少なくとも部分的に環状とされるガス供給配管２を保持するために設けられた保持具１０を有している、本発明における定置式ガスタービン１の実施例を側方から見た斜視図である。ガス供給配管２は、周方向において略環状の態様でハウジング３の外面を取り巻いてる又は囲んでいる配管を合計で４つ有している。

当該実施例では、ガス供給配管２の配管それぞれが、床保持部１１、端面保持部１２、及び２つの横方向保持部１３によって保持又は支持されている。

ガスタービン１の通常運転の際には、図示の如く、端面保持部１２が、ハウジング３の外面の頂端に取り付けられている。当該実施例では、端面保持部１２は、ガス供給配管２の配管それぞれのための保持部分を有している。当該保持部分は、ガスタービン１の主流れ方向ＨＳＲに対して垂直とされる方向と、同様にガスタービン１の主流れ方向ＨＳＲに対して垂直とされる方向に対して垂直とされる方向、すなわち、主流れ方向ＨＳＲに又はその逆方向との両方において、当該配管それぞれの自重を支持している。当該実施例では、主流れ方向ＨＳＲは、通常運転の際におけるガスタービン１の形状全体に亘る主方向である、ガスタービン１の内部における作動流体の方向に関連している。一般には、当該実施例の場合と同様に、主流れ方向ＨＳＲは、ガスタービンロータ（図示しない）が延在する長手方向に対応している。さらに、端面保持部１２は、緩衝システム１５（図１には明示しない）を有しており、緩衝システム１５は、特にガスタービン１の運転の際にハウジング３の膨張の変動を補償することができる。

床保持部１１は、端面保持部１２の反対側に位置するガスタービン１の側面に配置されている。床保持部１１がガスタービン１のハウジング３に直接的な態様で機械的に接続されていないので、床保持部１１は、振動の観点において特に良好にハウジング３から結合解除される。床保持部１１とガスタービン１とは、ガス供給配管２の配管それぞれを介してのみ接続されている。床保持部１１は、ガス供給配管２の配管それぞれの自重を床に対して支持することができると共に、主流れ方向ＨＳＲ又はその逆方向における移動をサポートすることができる。それにも関わらず、ガスタービン１に対して床保持部１１を確実に位置決めするために、床保持部１１が基礎５に係留されており、ガスタービン１も同様に基礎５に係留されている（図１には図示しない）。端面保持部１２と同様に、床保持部１１は、ガス供給配管２の配管それぞれのための保持部分を有しており、当該保持部分は、当該配管それぞれの全周を取り巻いている。これらを考慮すると、他の空間方向においても確実な保持及び良好なサポートを実現することができる。

床保持部１１の実質的な優位性は、ガス供給配管２の配管それぞれの自重を保持及びサポートすること、及び、これに関連して、サービス配管（図１には図示しない）の接続負荷を保持及びサポートすることにある。同時に、ガス供給配管２の配管それぞれが、主流れ方向ＨＳＲに対して垂直に移動しないように、適切な保持部分によって固定されている。さらに、床保持部１１は基礎５に係留された状態で固定されており、これを考慮すると、ガスタービン１も同様に基礎５に固定されている。

さらに、保持器１０は、床保持部１１と同様にスタンドの形態に構成されている２つの横方向保持部１３を有している。当該実施例では、横方向保持部１３は、端面保持部１２の取付高さと床保持部１１の取付高さとの間の略中央である高さにおいてガス供給配管２の配管それぞれを支持する保持部分を備えている。当該実施例では、保持部分は、２つの空間方向における配管それぞれの運動を制限するように、ガス供給配管２の配管それぞれを周全体に亘って取り巻いている。しかしながら、保持部分は、互いに対して反対側に位置する２つの領域のみを支持するので、特に、主流れ方向ＨＳＲ及びその逆方向におけるガス供給配管の配管それぞれの運動を防止することができる。すなわち、これら運動に関連するサポートを実現することができる。

従って、２つの横方向保持部１３によって、さらなる支持領域を設けることができるので、特に方向に依存した案内を達成することができ、ひいてはさらなる安定性の確保を実現することができる。２つの横方向保持部１３から成る実施例を考慮すると、ガスタービンの運転の際におけるガス供給配管２の熱膨張によって、構成部品には損傷応力が発生しない。

図２は、端面保持部１２のさらなる実施例の詳細な斜視図である。図２から明らかなように、ガス供給配管２の配管それぞれが別々に保持されている。さらに、端面保持部１２は、特にガスタービン１の運転の際におけるハウジング３の膨張の変化を補償することができる緩衝システム１５を有している。さらに、第１の接続領域２１は、ガスタービン１のハウジング３に固定状態で接続されており、第２の接続領域２２は、ガスタービン１のハウジング３に対して支持されているが、固定された状態でガスタービン１のハウジング３に接続されていない。従って、温度変化があった場合であっても、ストレス破壊を回避することができる。端面保持部１２が、一方の接続領域においてのみガスタービン１のハウジング３に固定された状態で接続されており、他方の接続領域では、構成部品同士を相互に変位させることができるからである。

端面保持部１２の優位点は、主に地震発生時であっても確実に保持することができることである。さらに、端面保持部１２は、床に向かう方向においてガス供給配管２を支持するので、自重を受けることができる。床に向かう方向に対して垂直とされる移動方向において、例えば主流れ方向ＨＳＲにおいても同様である。端面保持部１２がモジュール式構造とされる場合には、図示の如く、ガス供給配管２の配管それぞれが容易に取外及び交換可能となっている。緩衝システム１５及び唯一の固定された接続領域を介して端面保持部１２がハウジング３に接続されている実施例によって、ガスタービン１の運転の際における熱膨張が効果的に均一化される。

当該実施例では、端面保持部１２は、滑り子として、当該滑り子の滑動部がガス供給配管２の配管それぞれを保持するように、且つ、当該滑り子が当該滑り子の滑動部上において好ましい方向に、特に主流れ方向ＨＳＲ又は主流れ方向に対して垂直とされる方向に変位されるように構成されている。

図３は、例えば図１に表わす端面保持部１２の実施例の断面図である。当該実施例では、明らかなように、特に端面保持部１２が、案内羽根調整装置の最大高さの上方に位置する高さに配置されている。この点において、保持器１０が案内羽根調整装置を具備するガスタービン１のハウジング３の一部分に設けられている場合であっても、ガス供給配管２を確実且つ優位な態様で保持することができる。また、端面保持部１２は、特にガスタービン１の運転の際におけるハウジング３の膨張の変化を補償することができる緩衝システム１５（明示しない）を有している。

さらなる実施例については、従属請求項から理解することができる。

１ 定置式ガスタービン
２ ガス供給配管
３ ハウジング
５ 基礎
１０ 保持具
１１ 床保持部
１２ 端面保持部
１３ 横方向保持部
１５ 緩衝システム
２１ 第１の接続領域
２２ 第２の接続領域

Claims (11)

1. 少なくとも１つの少なくとも部分的に環状とされるガス供給配管（２）であって、保持器（１０）によって支持されている前記ガス供給配管（２）を有している定置式のガスタービン（１）であって、
   前記ガスタービン（１）が、その内部に、作動流体の主流れ方向（ＨＳＲ）を有しており、
   前記保持器（１０）が、床に対して支持されていると共に前記ガスタービン（１）のハウジング（３）に取り付けられていない少なくとも１つの床保持部（１１）と、前記床保持部（１１）の反対側において前記ガスタービン（１）の前記ハウジング（３）に取り付けられている端面保持部（１２）とを備えており、
   前記床保持部（１１）と前記端面保持部（１２）との両方が、前記主流れ方向（ＨＳＲ）と前記主流れ方向（ＨＳＲ）に対して垂直とされる方向との両方に関して、前記ガス供給配管（２）を支持している、前記ガスタービン（１）において、
   前記端面保持部（１２）が、前記ガスタービン（１）の通常運転の際に、前記ハウジング（３）の頂端に設けられており、前記ガスタービン（１）の運転の際における前記ハウジング（３）の膨張の変化を補償する緩衝システム（１５）を有していることを特徴とするガスタービン（１）。
2. 前記床保持部（１１）が、前記ガスタービン（１）の前記ハウジング（３）に接続されておらず、前記ガスタービン（１）の基礎（５）に係留されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン（１）。
3. 前記端面保持部（１２）が、前記ガスタービン（１）の前記ハウジング（３）に固定状態で接続されている第１の接続領域と、前記ガスタービン（１）の前記ハウジング（３）に対して支持されているが、前記ガスタービン（１）の前記ハウジング（３）に固定状態で接続されていない第２の接続領域とを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービン（１）。
4. 前記保持器（１０）が、少なくとも２つの横方向保持部（１３）を有しており、
   前記横方向保持部（１３）それぞれが、前記ガスタービン（１）の互いに対して反対側の側面において前記ガス供給配管（２）を支持していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスタービン（１）。
5. 前記保持器（１０）の少なくとも２つの前記横方向保持部（１３）それぞれが、前記主流れ方向（ＨＳＲ）における運動のみを支持していることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン（１）。
6. 少なくとも２つの前記横方向保持部（１３）が、前記ガスタービン（１）の前記ハウジング（３）に接続されておらず、前記床に対して支持されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のガスタービン（１）。
7. 少なくとも２つの前記横方向保持部（１３）が、前記ガスタービン（１）の基礎（５）に係留されていることを特徴とする請求項６に記載のガスタービン（１）。
8. 少なくとも２つの前記横方向保持部（１３）が、前記ガス供給配管（２）を完全には囲んでおらず、相互接続されていない２つの互いに対して反対側に位置する領域において前記ガス供給配管（２）を支持していることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載のガスタービン（１）。
9. 少なくとも２つの少なくとも部分的に環状とされる前記ガス供給配管（２）が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスタービン（１）。
10. ２つ又は４つの前記ガス供給配管（２）が設けられていることを特徴とする請求項９に記載のガスタービン（１）。
11. 少なくとも１つの前記ガス供給配管（２）と前記保持器（１０）とが、案内羽根調整装置を具備しない前記ガスタービン（１）の前記ハウジング（３）の領域に設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガスタービン（１）。

Images