JP6431726B2 - ガスタービンの半ケーシングの輸送用固定具 - Google Patents

Description

本発明は、概して、タービン技術に関し、より詳しくは、途中まで組み立てられたガスタービンの下側半ケーシングを最終的な稼働の場所に輸送することができる方法に関する。

完全に組み立てられたタービンエンジンの試験が、製造者の現場の試験台において完了した後で、タービンユニットを、最終的な設置場所に輸送しなければならない。しかしながら、完全に組み立てられたガスタービンエンジンの輸送には、いくつかの問題がつきまとう。例えば、辺鄙な場所にある多くの発電所候補地は、輸送路（鉄道線路または道路）が実質的に完全に組み立てられたガスタービンの重量／高さに対応できない点で、容易にはアクセスすることができない。そのような場合、代案は、タービンを分解し、部分アセンブリを複数回輸送することかもしれない。そのような或る程度まで分解されたユニットは、完全に組み立てられたタービンよりも大幅に重量が軽く、重量限界の低い道路または線路でも輸送が可能である。

しかしながら、或る程度まで分解されたユニットも、輸送の問題を引き起こす。例えば、タービンの上側半ケーシングおよびロータが取り外される場合、下側半ケーシングを下側半ケーシングに残る種々の構成部品とともに輸送することが充分に可能かもしれないが、適切な支持が行われない場合、下側半ケーシングが過度にたわみ、設計の実務によって課される応力限界を超える可能性がある。結果として、たとえ恒久的な損傷は残らなくても、タービンの稼働が可能になる前に、再調整、すべてのすき間の再設定、およびさらなる試験が、必要になる可能性がある。

したがって、必要とされる支持および整列の保証を備え、途中まで組み立てられたガスタービンエンジンの下側半ケーシングを設置場所まで輸送できるようにする機構を、提供することが望ましいと考えられる。

米国特許出願第８１８６９１６号明細書

第１の典型的な（ただし、これに限られるわけではない）実施形態においては、タービン下側半ケーシングのための輸送用固定具であって、横方向に間隔を空けて位置する一対の細長い側方の梁と、一対の横方向の端部梁とを備える実質的に矩形の形状を有するフレーム、タービン圧縮機ケーシング部分とタービン燃焼装置ケーシング部分との間の第１の鉛直な結合部に対応する第１の位置において前記側方の梁の間を延びている第１のタービンケーシング結合部支持具、および前記タービン燃焼装置ケーシング部分とタービン段ケーシング部分との間の第２の鉛直な結合部に対応する第２の位置において前記側方梁に取り付けられた支持ブロックを備えている第２のタービンケーシング結合部支持具を備える輸送用固定具が提供される。

別の態様（ただし、これに限られるわけではない）においては、タービン下側半ケーシングと輸送用固定具とのアセンブリであって、軸方向に整列させられて第１および第２の結合部において互いに接続された圧縮機部分、燃焼装置部分、およびタービン段部分を備えるとともに、タービン上側半ケーシングに位置する対応するフランジと対をなして係合するように構成された上部フランジを有しているタービン下側半ケーシング、横方向に間隔を空けて位置する一対の細長い側方の梁と、一対の横方向の端部梁とを備える実質的に矩形の形状を有するフレームを備えており、前記タービン下側半ケーシングを支持する支持固定具、前記圧縮機部分と前記燃焼装置部分との間の第１の鉛直な結合部に対応する第１の位置において前記側方の梁の間を延びている第１のタービンケーシング結合部支持具、および前記燃焼装置部分と前記タービン段部分との間の第２の鉛直な結合部に対応する第２の位置において前記側方の梁に取り付けられ、前記タービン下側半ケーシングに係合する支持ブロックを備えている第２のタービンケーシング結合部支持具を備えるタービン下側半ケーシングと輸送用固定具とのアセンブリが提供される。

さらに別の態様において、本発明は、タービン下側半ケーシングと輸送用固定具とのアセンブリであって、軸方向に整列させられて第１および第２の結合部において互いに接続された圧縮機部分、燃焼装置部分、およびタービン段部分を備えるとともに、タービン上側半ケーシングに位置する対応するフランジと対をなして係合するように構成された上部フランジを有しているタービン下側半ケーシング、横方向に間隔を空けて位置する一対の細長い側方の梁と、一対の横方向の端部梁とを備える実質的に矩形の形状を有するフレームを備えており、前記タービン下側半ケーシングを支持する輸送用固定具アセンブリ、前記タービン圧縮機部分と前記タービン燃焼装置部分との間の第１の鉛直な結合部に対応する第１の位置において前記側方の梁の間を延びている第１の横支持構造体、前記タービン燃焼装置部分と前記タービン段部分との間の第２の鉛直な結合部に対応する第２の位置において前記側方の梁に取り付けられ、前記タービン下側半ケーシングに係合する支持ブロックを備えている第２の横支持構造体、軸方向における前記第１および第２の横支持構造体の間の位置、および軸方向における前記第２の横支持構造体と前記横方向の端部梁のうちの一方との間の位置において、前記側方の梁の間を延びる少なくとも２つのさらなる補強バー、および前記下側半ケーシングの両側の前記上部フランジの間を横方向に延びる複数の梁と備えるタービン下側半ケーシングと輸送用固定具とのアセンブリを提供する。

次に、本発明を、下記に示す図に関連してさらに詳しく説明する。

従来のフレームに支持されたタービンの概略の側面図である。 図１の支持フレームを備えた下側半ケーシングの斜視図であり、タービン下側半ケーシングの持ち上げを容易にするための補強梁を備えている。 本発明の典型的な（ただし、これに限られるわけではない）実施形態による改良された支持／輸送用固定具の斜視図である。 タービン下側ケーシングを支持している図２に示した支持／輸送用固定具の斜視図である。 図３と同様の、しかしながら別の視点からの斜視図である。

図１が、支持スタンド４上のガスタービンエンジン２を簡略化した形態にて示している。タービンが、水平な結合部１０に沿って下側半ケーシング８に接続された上側半ケーシング６を備えている。これは、顧客への出荷に先立って、製造の場所におけるタービンの試験を可能にする典型的な構成である。上述したように、特に充分なインフラストラクチャを持たない辺鄙な現場および／または未開発の現場に完全に組み立てられた状態のタービンを輸送することは、不可能であることもある。本発明は、途中まで組み立てられた下側半ケーシングの輸送を、過度の応力を生じさせることなく、かつ設置場所における組立すき間の再調整および再設定、ならびに大規模な追加の稼働前試験を必要とすることなく可能にする改良された支持スタンドおよび関連の輸送用支持構造体を提供する。

図２が、図１に示した結合部１０を定めるケーシングの両側に沿って延びる水平な結合フランジ１２および１４を備えている下側半ケーシング８を示している。図から見て取ることができるとおり、各々の結合フランジ１２および１４は、いくつかの部分からなる不規則な外側結合面を定めているが、便宜上、本明細書においては、それらの部分をまとめて、単純に結合フランジ（下側半ケーシングの各側に１つずつ）と称する。

結合フランジ１２、１４に沿った種々の位置に、タービンロータ（図示されていない）が設置された後のタービン下側半ケーシング８をタービン上側半ケーシング（図示されていないが、図１の上側半ケーシング６と同様である）に結合させることを可能にするボルト穴１６が存在している。

すでに述べたように、本発明は、途中まで組み立てられた状態、すなわち圧縮機１８、燃焼装置２０、およびタービン段２２（ケーシングの該当部分を指すことによって示されている）の種々の構成部品が下側半ケーシング内に組み込まれた状態でのタービン下側半ケーシングの輸送を容易にするタービン下側半ケーシングの支持構造体を提供する。換言すると、タービン下側半ケーシング８に組み込まれていない主要な構成要素は、ロータアセンブリだけである。上述のとおりのタービン下側半ケーシング８の輸送を可能にするために、下側半ケーシングを、ロータアセンブリおよびタービン上側半ケーシングの取り付け時に構成部品の再調整を必要とせずに（あるいは、最小限の再調整しか必要とせずに）すべてのすき間が維持されるように、過度の曲げ応力を防止すべく補強し、下方から支持しなければならない。図２が、軸方向を向いた複数の補強梁２４および横方向を向いた複数の梁２６を示しており、これらの梁が、下側半ケーシング８の上部に沿い、下側半ケーシング８の上部を横切って、溶接またはボルト締結によって固定されていることに留意すべきである。これらの梁が、特に重要には輸送の前、最中、または後に必要とされるように下側半ケーシングを支持構造体から持ち上げる際に、必要な剛性をもたらす。

さらに図２は、試験の際にタービンを支持するために用いられる従来のまたは標準的なベースアセンブリ４（図１）を示しており、図３〜図５が、本発明の典型的な実施形態に従って輸送時に必要な支持をもたらすために付加された輸送用支持固定具アセンブリ２８（参照番号そのものは図３においてのみ付されている）が組み合わせられた標準的なベースアセンブリを示している。

標準的な支持アセンブリ４は、実質的に平行かつ横方向に間隔を開けて配置された一対のＩ形梁３２、３４を前端および後端においてそれぞれ横梁アセンブリ３６、３８によって接続することによって形成されたおおむね矩形のフレーム３０を備えている。前側の横梁アセンブリ３６は、圧縮機部分１８を支持する鉛直な曲線板またはクレードル４０を備えており、後ろ側の横梁アセンブリ３８は、タービン段部分２２を支持する平坦な板４２ならびに鉛直な支柱または板４４、４６を備えている。

輸送用支持固定具アセンブリ２８を詳しく説明する前に、下側半ケーシングの圧縮機部分１８が燃焼装置部分２０に結合（結合部４８）し、燃焼装置部分２０がタービン段部分２２に結合（結合部５０）する鉛直な結合部４８および５０に注意されたい（図４および図５）。

図３において最もよく見て取ることができるが、依然として図４および図５を参照すると、輸送用支持固定具アセンブリ２８は、圧縮機／燃焼装置の結合部４８に位置する第１の横支持構造体５２を備えている。横支持構造体５２は、例えばボルトまたは溶接などの他の手段によって側方の梁３２、３４に固定されたベース板５４によって形成されるおおむね先端の切り落とされた三角形の形状を有している。典型的な実施形態においては、３つの鉛直板５６、５８、および６０が、ベース板５４から上方に延び、ベース板５４に実質的に平行な上部板６２に接続（すなわち、溶接）されている。上部板６２の長さ寸法は、ベース板５４よりも短く、第１および第２の斜め板６４、６６が、ベース板５４の両端を上部板６２の両端に接続している。斜め板を、水平に対して約３０〜６０度の角度に向けることができる。上部板６２に、タービン下側半ケーシングに圧縮機／燃焼装置の結合部４８において係合する一対のブロック６８、７０が取り付けられている。ブロック６８、７０のそれぞれの係合面７２、７４は、平坦であっても、半ケーシングの曲率に位置するように湾曲していてもよい。横支持構造体５２に使用される構成部品のサイズ、形状、および数が、タービンのフレームのサイズ、ケーシングの構造、などに応じてさまざまでよいことを、理解できるであろう。

第１の横支持構造体５２が側方の梁３２、３４に接続されている場所において、鉛直な補強部材７６、７８が、Ｉ形梁３２、３４の中央の鉛直なウェブ８４の両側において、上側および下側のそれぞれのフランジ８０、８２の間に挿入されている。

標準的なジャッキ装置８６が、固定具およびタービン半ケーシングの正確な整列を補助するために、上部板６２に沿って配置されているが、ジャッキが最小限の持ち上げ能力を有するだけでよく、従来の設計であってよいことを、理解できるであろう。

輸送用支持アセンブリ２８は、下側半ケーシングの燃焼装置ケーシング部分２０とタービン段ケーシング部分２２と間の結合部５０の位置において側方のそれぞれの梁３２、３４に固定された一対の同一な支持ブロック８８、９０で構成された第２の横支持構造体をさらに備える。各々の支持ブロック８８、９０は、やはり平坦または湾曲していてよい斜めの支持面９６、９８をそれぞれ備えるおおむね直角三角形の構成を有する一対の連続した板９２、９４で構成されている。ここでもやはり、補強部材７６、７８が、支持ブロック８８、９０の直下において、側方のそれぞれの梁の上側および下側フランジの間に（やはりウェブ８４の両側に）挿入されている。

上述の第１および第２の横支持構造体に加えて、さらなるフレーム補強／強化部材が設けられる。具体的には、第１の梁、好ましくはＩ形梁１００が、側方の梁３２、３４に、上側および下側フランジ８０、８２の間の空間において溶接され、あるいはボルトで取り付けられる。この第１の補強部材または梁は、軸方向においては第１の支持構造体５２と支持ブロック８８、９０との間に位置する。

第２の補強板または梁１０２が、軸方向において、支持ブロック８８、９０とこれらの支持ブロックにより近い後方の横梁アセンブリ３８との間に位置している。第２の補強板または梁１０２は、図示のとおりの鉛直または水平な２枚または１枚板であってよく、あるいは第１の補強用Ｉ形梁１００と同様であり、側方の梁３２、３４に溶接またはボルトで固定されるさらなるＩ形梁であってよい。

輸送用横支持固定具アセンブリ２８は、標準的な支持ベース４と協働して、下側半ケーシングの輸送に必要な支持を提供する。

上述のとおりの横支持構造体を、すでに説明したように下側半ケーシングのフランジ１２および１４の間に固定されてよい持ち上げ用の固定具と一緒に使用することが可能であると考えられる。この点に関し、梁２６を、既存のボルト穴１６を使用してフランジ１２、１４にボルトで直接取り付けることができ、あるいは梁２６の下面に溶接されるパッド１０４（図２）を介して間接的に取り付けることができる。梁の数およびパッドの有無は、輸送されるガスタービンのサイズに依存する。ＦＥＡ解析が、軸方向の梁２４および横方向の梁２６の数、位置、およびサイズを決定するために必要である。

図４および図５が、横方向の梁１０６だけが使用され、下側半ケーシングの上部を横切って取り付けられる別の補強梁の構成を示している。

図２、図４、および図５に示される配置においては、梁２６および１０６が、下側半ケーシングの全幅に及び、あらゆる意図および目的において下側半ケーシングが上側半ケーシングに完全に組み立てられたときに有するとおりの輸送時の剛性特性と基本的に同じ剛性特性を有するように、上側半ケーシングの剛性を模擬するさらなる支持をもたらしている。

このように、本明細書に記載の発明は、ロータは存在していないがガスの経路および他のハードウェアは下側半ケーシングに組み込まれているガスタービンの分かれた上側および下側半ケーシングのアセンブリの輸送を、過度の応力および／またはたわみを伴うことなく行うことを可能にする。

種々の実施形態をここで説明したが、明細書から、それらの構成要素、変種、または改善のさまざまな組合せが、当業者にとって可能であり、本発明の技術的範囲に包含されることを、理解できるであろう。さらに、多数の改良を、本発明の教示に対して、本発明の本質的な技術的範囲から離れることなく、特定の状況または材料への適合のために行うことが可能である。したがって、本発明は、本発明の実行について考えられる最良の態様として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲の技術的範囲に包含されるすべての実施形態を含むことが意図される。

２ ガスタービンエンジン
４ 支持スタンド
６ 上側半ケーシング
８ 下側半ケーシング
１０ 水平な結合部
１２、１４ 水平な結合フランジ
１６ ボルト穴
１８ 圧縮機
２０ 燃焼装置
２２ タービン段
２４ 補強梁
２６ 複数の横方向の梁
２８ 輸送用支持固定具アセンブリ
３０ おおむね矩形のフレーム
３２、３４、１００ Ｉ形梁
３６、３８ 横梁アセンブリ
４０ 曲線板またはクレードル
４２ 平坦な板
４４、４６ 支柱または板
４８、５０ 鉛直な結合部
５２ 第１の横支持構造体
５４ ベース板
５６、５８、６０ 鉛直板
６２ 上部板
６４、６６ 第２の斜め板
６８、７０ ブロック
７２、７４ 係合面
７６、７８ 補強部材
８０、８２ 上側および下側フランジ
８４ ウェブ
８６ 標準的なジャッキ装置
８８、９０ 支持ブロック
９２、９４ 連続した板
９６、９８ 斜めの支持面
１０２ 第２の補強板または梁
１０４ パッド
１０６ 横方向の梁

Claims (10)

1. タービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリであって、
   軸方向に整列させられて第１および第２の結合部（４８、５０）において互いに接続されたタービン圧縮機部分（１８）、タービン燃焼装置部分（２０）、およびタービン段部分（２２）を備えるとともに、タービン上側半ケーシング（６）に位置する対応するフランジと対をなして係合するように構成された上部フランジ（１２、１４）を有しているタービン下側半ケーシング（８）と、
   横方向に間隔を空けて位置する一対の細長い側方の梁（３２、３４）と、一対の横方向の端部梁（３６、３８）とを備える実質的に矩形の形状を有するフレーム（３０）を備えており、前記タービン下側半ケーシング（８）を支持する輸送用固定具アセンブリと、
   前記タービン圧縮機部分（１８）と前記タービン燃焼装置部分（２０）との間の第１の鉛直な結合部（４８）に対応する第１の位置において前記側方の梁の間を延びている第１の横支持構造体（５２）と、
   前記タービン燃焼装置部分（２０）と前記タービン段部分（２２）との間の第２の鉛直な結合部（５０）に対応する第２の位置において前記側方の梁に取り付けられ、前記タービン下側半ケーシング（８）に係合する支持ブロック（８８、９０）を備えている第２の横支持構造体と
   を備えるタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
2. 前記第１の横支持構造体（５２）が、前記側方の梁の間を横方向に延びているベース板（５４）と、前記ベース板（５４）から上方に延びて前記ベース板（５４）に実質的に平行な上部板（６２）につながった複数の鉛直板（５６、５８、６０）とを備えており、前記上部板（６２）の長さ寸法が、前記ベース板（５４）よりも短く、第１および第２の斜め板（６４、６６）が、前記ベース板（５４）の両端を前記上部板（６２）の両端に接続している請求項１に記載のタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
3. 前記上部板（６２）に沿って配置されたジャッキ（８６）を備えている請求項２に記載のタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
   
4. 前記支持ブロック（８８、９０）が、前記第２の位置において前記タービン下側半ケーシング（８）と係合する斜めの面または湾曲した面（９６、９８）を備えている請求項１乃至３のいずれかに記載のタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
5. 前記ベース板（５４）が、Ｉ形梁（３２、３４、１００）を備えている請求項２に記載のタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
6. 前記第１および第２の側方の梁が、Ｉ形梁（３２、３４、１００）を備えており、前記第１および第２の位置において、補強ブロック（７６、７８）が前記Ｉ形梁（３２、３４、１００）の上側および下側フランジ（８０、８２）の間に設けられている請求項１乃至５のいずれかに記載のタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
7. 少なくとも１つの補強バー（１００）が、前記第１および第２の位置の間の第３の位置において前記側方の梁の間を延びている請求項１乃至６のいずれかに記載のタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
8. 第２の補強バー（１０２）が、前記第２の位置と前記タービン段部分（２２）に位置する前記横方向の端部梁のうちの一方との間の第４の位置において前記側方の梁の間を延びている請求項７に記載のタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
9. 前記下側半ケーシング（８）の両側の前記上部フランジ（１２、１４）の間を横方向に延びる複数の梁（２６）をさらに備える請求項１乃至８のいずれかに記載のタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。
10. タービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリであって、
    軸方向に整列させられて第１および第２の結合部（４８、５０）において互いに接続されたタービン圧縮機部分（１８）、タービン燃焼装置部分（２０）、およびタービン段部分（２２）を備えるとともに、タービン上側半ケーシング（６）に位置する対応するフランジと対をなして係合するように構成された上部フランジ（１２、１４）を有しているタービン下側半ケーシング（８）と、
    横方向に間隔を空けて位置する一対の細長い側方の梁（３２、３４）と、一対の横方向の端部梁（３６、３８）とを備える実質的に矩形の形状を有するフレーム（３０）を備えており、前記タービン下側半ケーシング（８）を支持する輸送用固定具アセンブリと、
    前記タービン圧縮機部分（１８）と前記タービン燃焼装置部分（２０）との間の第１の鉛直な結合部（４８）に対応する第１の位置において前記側方の梁の間を延びている第１の横支持構造体（５２）と、
    前記タービン燃焼装置部分（２０）と前記タービン段部分（２２）との間の第２の鉛直な結合部（５０）に対応する第２の位置において前記側方の梁に取り付けられ、前記タービン下側半ケーシング（８）に係合する支持ブロック（８８、９０）を備えている第２の横支持構造体と、
    軸方向における前記第１および第２の横支持構造体の間の位置、および軸方向における前記第２の横支持構造体と前記横方向の端部梁のうちの一方との間の位置において、前記側方の梁の間を延びる少なくとも２つのさらなる補強バー（１００、１０２）と、
    前記下側半ケーシング（８）の両側の前記上部フランジ（１２、１４）の間を横方向に延びる複数の梁（２６）と
    を備えるタービン下側半ケーシング（８）と輸送用固定具とのアセンブリ。