JP7019426B2 - 燃焼缶メンテナンス装置および方法 - Google Patents

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Description

本明細書で開示される主題は、ターボ機械に関する。より具体的には、本主題は、ガスターボ機械および関連するメンテナンス装置に関する。
従来のガスタービンは、一般に、圧縮機セクション、燃焼器セクションおよびタービンセクションの3つのセクションを含む。圧縮機セクションは、周囲空気を圧縮し、その圧縮空気を燃焼セクションに供給し、そこで圧縮空気を燃料と混合して加熱された作動流体(ガス)を生成する。加熱されたガスはタービンセクションに供給され、そこでタービンブレードに衝突してタービンロータシャフトの回転を駆動する。
燃焼セクションは、多くの場合、空気、燃料および希釈剤などの燃焼流体が混合されて燃焼される多数の缶燃焼器を含む。いくつかの燃焼システムでは、缶燃焼器は、機械中心線(圧縮機およびタービンセクションの回転軸)に対して一意的に角度付けされるので、これらの缶燃焼器のメンテナンスを実行することにより、工学的な課題が生じる。たとえば、缶燃焼器が燃焼システムから直角に取り外されない場合、缶構成要素ならびに残りの燃焼ハードウェアが損傷される可能性がある。
様々な実施形態は、関連する方法と共に、ガスタービン(GT)燃焼缶のメンテナンスを実行するための装置を含む。本開示の第1の態様は、貫通して延びる少なくとも2つの締結具を有し、GTの固定燃焼チャンバに係合するように構成された取付プレートと、缶燃焼器に係合するように構成され、貫通して延びる一組の開口を含む缶調整バーと、缶調整バーの一組の開口を通って延びて取付プレートと結合され、取付プレートを缶調整バーと接続する一組のガイドピンと、缶調整バーと取付プレートとの間に延び、取付プレートに対する缶調整バーの位置を変更するように構成された調整部材とを有する装置を含む。
本開示の第2の態様は、ガスタービン(GT)の缶燃焼器のメンテナンスを実行する方法を含み、方法は、缶燃焼器メンテナンス装置を缶燃焼器に取り付けることであって、缶燃焼器メンテナンス装置は、貫通して延びる少なくとも2つの締結具を有し、GTの固定燃焼チャンバに係合するように構成された取付プレートと、缶燃焼器に係合するように構成され、貫通して延びる一組の開口を含む缶調整バーと、缶調整バーの一組の開口を通って延びて取付プレートと結合され、取付プレートを缶調整バーと接続する一組のガイドピンと、缶調整バーと取付プレートとの間に延びる調整部材とを含む取り付けることと、取付プレートに対する缶調整バーの位置を変更するために調整部材を作動させることとを含む。
本開示の第3の態様は、ガスタービン(GT)の缶燃焼器のメンテナンス装置を表すコードを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含み、メンテナンス装置は、コンピュータ化された付加製造システムによるコードの実行時に物理的に生成され、コードは、メンテナンス装置を表すコードを含み、メンテナンス装置は、貫通して延びる少なくとも2つの締結具を有し、GTの固定燃焼チャンバに係合するように構成された取付プレートと、缶燃焼器に係合するように構成され、貫通して延びる一組の開口を含む缶調整バーと、缶調整バーの一組の開口を通って延びて取付プレートと結合され、取付プレートを缶調整バーと接続する一組のガイドピンと、缶調整バーと取付プレートとの間に延び、取付プレートに対する缶調整バーの位置を変更するように構成された調整部材とを含む。
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
本開示の様々な実施形態によるガスタービンのセクションの概略断面図である。 本開示の様々な実施形態による、図1のガスタービンと共にメンテナンス装置の斜視図を示す図である。
本発明の図面は必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。図面において、同じ符号は、図面を通して同じ要素を表している。
本明細書で説明するように、様々な実施形態に従って開示される主題は、ターボ機械(または簡単にタービン)に関する。より具体的には、本主題は、ガスタービンおよび関連する燃焼缶用のメンテナンス装置に関する。
本明細書で述べるように、缶燃焼器が燃焼システムから直角に取り外されない場合、缶構成要素ならびに残りの燃焼ハードウェアが損傷される可能性がある。この問題は、缶燃焼器の取り外しおよび/または交換用の内蔵ハードウェアを含まない新しい燃焼システムにおいて特に重要となり得る。たとえば、いくつかの新しい燃焼システムでは、缶燃焼器は、缶を持ち上げるためのジャッキを収容するためのボルト孔を含まない。この状況は、燃焼システムの周りの各缶燃焼器を取り外すおよび/または設置するプロセスを複雑にする可能性がある。本開示の様々な実施形態によれば、装置および関連する方法は、燃焼システムの缶燃焼器のメンテナンス(たとえば、取り外しおよび/または設置)を効果的に実行するように構成される。様々な実施形態に従って開示されるメンテナンス装置は、これらの缶燃焼器を損傷することなく、一次燃焼チャンバから異なる角度で各々配向された一組(1つまたは複数)の缶燃焼器の効率的なメンテナンスを可能にする。
次に図面を参照すると、図1は、たとえばガスタービンエンジン(図示せず)用の燃焼器システム100の1つの缶燃焼器の断面図を示す。理解されるように、燃焼器システム100は、とりわけ、燃焼流へとその中の複数の燃焼流体を燃焼させるための燃焼チャンバ104を各々含む複数の缶燃焼器102を含むことができる。缶燃焼器102は、典型的には、たとえばガスタービンエンジンに供給する燃焼流路(図示せず)の周りに円形に配置される。各缶燃焼器102は、燃焼器アセンブリ108に組み込まれた燃焼器端部カバー106を含むことができる。本開示の例示的な実施形態による燃焼器端部カバー106は、様々な構成で燃焼器アセンブリ108に組み込むことができ、図1に示す構成に限定されるべきではない。各缶燃焼器102は、ケーシング112内に配置された燃焼器ライナ110によって少なくとも部分的に画定された燃焼チャンバ104を含むことができる。流れスリーブ114は、ケーシング112内に取り付けられ、燃焼器ライナ110を取り囲むことができる。燃焼器ケーシング112内で、流れスリーブ114は、燃焼器ライナ110から外側に間隔をおいて配置される。流れスリーブ114と燃焼器ライナ110との間の空間は、システム圧縮機(図示せず)からの空気流を受けるチャンバ120の一部を形成する。さらに、流れスリーブ114とケーシング112との間の空間は、空気流、たとえば缶燃焼器102の他の部分の衝突冷却後に集められた空気を受けるチャンバ124の一部を形成する。一実施形態では、チャンバ120内の空気は、圧縮機吐出口(図示せず)からの加圧空気であってもよい。
図2は、様々な実施形態による缶燃焼器102および缶燃焼器メンテナンス装置200の拡大斜視図を示す。本明細書で使用する場合、用語「メンテナンス」は、設置、取り外し、リハビリテーション、評価、または従来技術において従来から言及されている任意の他の形態の操作を含むことができる。すなわち、図2に示す缶燃焼器メンテナンス装置200は、ガスタービン(図1)内の、またはガスタービン内に設置されている缶燃焼器102のメンテナンスを実行するように構成される。場合によっては、缶燃焼器メンテナンス装置200は、ガスタービン内の1つまたは複数の缶燃焼器102の取り外しを援助するように構成される。
図2に示すように、缶燃焼器102は、固定燃焼チャンバ130と結合される。場合によっては、缶燃焼器102は、固定燃焼チャンバ130とボルト締め、ねじ止め、締結、溶接、ろう付けまたは他の方法で接合することができる。缶燃焼器102は、中央チャンバの周りに配置された複数の缶燃焼器102の1つとすることができる、1つの缶燃焼器102を表すことが理解される。様々な実施形態において、缶燃焼器メンテナンス装置200およびその構成要素は、金属(たとえば、鋼、チタン、アルミニウム)、合金、または本明細書に記載の機能に関連する機械的応力に耐えることができる他の複合材料で形成される。場合によっては、缶燃焼器メンテナンス装置200は、一体的に(たとえば、鋳造、付加製造などによって)形成され、および/または別々に形成され、続いて(たとえば、機械的締結、ボルト締め、クランピングなどによって)結合される構成要素を含む。
図2に示すように、缶燃焼器メンテナンス装置(または簡単にメンテナンス装置)200は、ガスタービン(図示せず)の1つまたは複数の缶燃焼器102のメンテナンスを実行するように構成される。メンテナンス装置200は、貫通して延びる少なくとも2つの締結具220を有する取付プレート210を含むことができ、取付プレート210は、固定燃焼チャンバ130に係合するように構成される(たとえば、寸法決めおよび/または形状決めされる)。すなわち、場合によっては、取付プレート210は、燃焼チャンバ130の外側表面と面一になるように、または実質的に面一になるように寸法決めされる。様々な実施形態において、締結具220は、取付プレート210を固定燃焼チャンバ130と締結するために、取付プレート210全体を通って延びる。場合によっては、締結具220は、燃焼チャンバ130の予め形成された開口と、または特にメンテナンス装置200を燃焼チャンバ130と結合するために形成された開口に嵌合することができる調整可能な止めねじを含む。他の場合には、締結具220は、磁石、ボルト、ねじ式締結具、ラッチピン(たとえば、ばね式ラッチピン)、または任意の他の適切な締結デバイスを含むことができる。場合によっては、締結具220は、固定燃焼チャンバ130内に延びるのではなく、グルーまたは他の接着剤(たとえば、シアノアクリレートまたは同様の接着剤)によって固定燃焼チャンバに対して保持される。いくつかの実施形態によれば、3つ以上の締結具220が、取付プレート210を燃焼チャンバ130に締結するために使用される。しかし、缶燃焼器102を操作するのに必要な力が与えられると、1つの締結具220では装置200が不安定になる可能性がある。したがって、様々な実施形態において、少なくとも2つの締結具220が、取付プレート210を燃焼チャンバ130に締結するために使用される。いくつかの実施形態によれば、少なくとも2つの締結具220が、固定燃焼チャンバ130の半径方向外向き面132に係合するように配置される。
図2はまた、缶燃焼器102に係合するように構成された(たとえば、寸法決めおよび/または形状決めされた)缶調整バー230を含むメンテナンス装置200を示す。場合によっては、缶調整バー230は、缶燃焼器102のリップ240に係合するように構成される。示すように、リップ240は、缶燃焼器102の本体250から(主軸(Apcc)に対して)軸方向に突出することができる。いくつかの他の実施形態では、缶調整バー230は、本明細書に記載の様々な手法によるメンテナンスを実行するために、本体250、たとえば本体250の表面に係合するように構成される。缶調整バー230は、一組の結合部材270を受け入れるために、貫通して(たとえば、全体を貫通して)延びる一組の孔260を含むことができ、各結合部材270は、一組の孔260のうちの1つの孔260を通って延び、缶調整バー230を缶燃焼器102に、たとえばリップ240または本体250で結合する。結合部材270は、場合によってはボルトを含むことができる。他の場合には、結合部材270は、缶調整バー230をリップ240または本体250と結合することができるねじ、締結具、ピン、保持ばねまたは他の公知のデバイスを含むことができる。様々な実施形態において、缶調整バー230は、たとえば、外向き面280と面一または実質的に面一になるように、リップ240の(主軸(Apcc)に対して)半径方向外向き面280に係合するように構成される(寸法決め、形状決めされる)。すなわち、場合によっては、缶調整バー230は、外向き面280に沿ったリップ240の厚さ(tlip)にほぼ等しい(たとえば、1~3%以内の)厚さ(tcab)を有する。特定の場合には、缶調整バー230は、缶燃焼器102の主軸(Apcc)(これは、後述するガイドピンの主軸(Apgp)と実質的に平行である)に沿って測定した場合に、取付プレート210の厚さ(tmp)の約2倍(2x)~約10倍(10x)の厚さ(tcab)を有する。いくつかの実施形態では、缶調整バー230は、それらの主軸(ApcabおよびApmp)に垂直な方向に測定した場合に、取付プレート210の主軸(Apmp)と平行である(またはほぼ平行である)主軸(Apcab)と、取付プレート210の深さ(dmp)の約2倍(2x)~約5倍(5x)である深さ(dcab)とを有する。取付プレート210と缶調整バー230との間のこのほぼ平行な関係は、本体250の曲面または固定燃焼チャンバ130の半径方向外向き面132と効果的に嵌合するために、取付プレート210および缶調整バー230が湾曲または円弧のいずれかの形状を有する場合に存在し得ることが理解される。缶調整バー230は、本明細書でさらに説明するように、貫通して延びる一組の開口290(厚さスパン(tcab))をさらに含むことができる。
図2にも示すように、メンテナンス装置200はまた、一組のガイドピン300を含むことができ、各ピン300は、缶調整バー230の開口290を通って延びる。ガイドピン300は、取付プレート210と付加的に結合され、場合によっては、取付プレート210と溶接、鋳造、締結、接着または他の方法で接合されてもよい。ガイドピン300は、ガイドピン300および取付プレート210が互いに対して移動するように構成されないように、固定された態様で取付プレート210と結合することができる。様々な実施形態において、ガイドピン300は、取付プレート210を缶調整バー230と接続する。場合によっては、一組のガイドピン300の各ガイドピン300は、一組の開口290の対応する開口290を通って延びる。ガイドピン300は、たとえば、それらの主軸(ApcabおよびApmp)および/または缶燃焼器102の主軸(Apcc)に対して、缶調整バー230の取付プレート210に対する横方向の移動を制限するように配置することができる。メンテナンス装置200はまた、缶調整バー230の開口290内に各々位置した一組のブッシングまたはベアリング310を含むことができる。ブッシングまたはベアリング310は、ガイドピン300に沿って、たとえば、ガイドピン300の主軸(Apgp)に沿って缶調整バー230を移動させることができる。場合によっては、ベアリング310は、リニアガイドベアリングを含むことができる。
メンテナンス装置200は、缶調整バー230と取付プレート210との間に延びる調整部材320をさらに含むことができる。調整部材320は、取付プレート210に対する缶調整バー230の位置を変更するように構成される。いくつかの実施形態では、調整部材320は、缶調整バー230を取付プレート210に対して上下に移動させるように構成することができるジャッキボルトを含む。これらの場合、ジャッキボルトは、一組のノッチを含むことができ、オペレータ(たとえば、人間および/またはロボットオペレータ)は、(たとえば、ハンマリング、回転などによって)ジャッキボルトを作動させ、そのジャッキボルトを缶調整バー230に対して移動させることができる。ジャッキボルトのノッチは、ジャッキボルトを作動させた後に缶調整バー230が後退するのを防止することができる。他の場合には、調整部材320は、缶調整バー230を取付プレート210に対して移動させるように構成された手動ジャッキまたは油圧ジャッキを含むことができる。様々な実施形態において、調整部材320がジャッキボルトを含む場合、缶調整バー230は、調整部材320を受け入れるための雌ねじスロット330を含むことができる。すなわち、雌ねじスロット330は、貫通して延びるジャッキボルトを受け入れるような寸法にすることができ、ジャッキボルトは、雌ねじスロット330内でねじ式に相互作用(たとえば、回転)し、缶調整バー230を取付プレート210に対して変位させるために、取付プレート210に力を加えるように構成される。
様々な実施形態によれば、メンテナンス装置200は、1つまたは複数の缶燃焼器102(図1、図2)のメンテナンスを実行する方法で使用されてもよい。方法のプロセスは、図1~図2を参照して示され説明された装置および構成要素のいくつかに適用され得るが、これらのプロセスは、これらの図を参照して示され説明された特定の構成要素に限定されることを意図しない。加えて、プロセスは、様々な実施形態に従って、省略され、追加され、あるいは再順序付けされてもよい。いくつかの実施形態では、このプロセスは、以下を含む。
プロセスP1:缶燃焼器メンテナンス装置200を缶燃焼器102に取り付ける。様々な実施形態において、これは、メンテナンス装置200を燃焼チャンバ130に取り付けることも含む。本明細書で論じるように、メンテナンス装置200を燃焼チャンバ130に取り付けることは、締結具220を作動させて(たとえば、ねじ止めまたは他の方法で操作して)燃焼チャンバ130の表面に係合させ、取付プレート210をその燃焼チャンバ130に結合することを含むことができる。さらに、このプロセスは、結合部材270で、缶調整バー230を缶燃焼器102に(たとえば、リップ240または本体250の表面で)ねじ止め、ボルト締めまたは他の方法で結合することを含むことができる。本明細書で述べるように、少なくとも2つの締結具220が調整可能な止めねじを含む場合、メンテナンス装置200を缶燃焼器102に取り付けることは、調整可能な止めねじを固定燃焼チャンバ130にねじ止めすることを含むことができる。
プロセスP2:メンテナンス装置200を缶燃焼器102および燃焼チャンバ130に取り付けた後、このプロセスは、調整部材320を作動させて取付プレート210に対する缶調整バー230の位置を変更することを含むことができる。場合によっては、これは、調整部材320を回転させる、ジャッキングする、または他の方法で押し込むことによって取付プレート210を缶調整バーに対して変位させ、結果として缶燃焼器102を燃焼チャンバ130に対して移動(または変位)させることを含むことができる。調整部材320は、缶燃焼器102の取り外しおよび/もしくはメンテナンスの場合、缶燃焼器102を燃焼チャンバ130から離れるように移動させ、または設置および/もしくはメンテナンスの場合、缶燃焼器102を燃焼チャンバ130に向けて移動させるように作動させることができる。場合によっては、本明細書で述べるように、調整部材320がジャッキボルト(たとえば、図2に示すように)を含み、缶調整バー230が調整部材320を受け入れるための雌ねじスロット330を含む場合、調整部材320を作動させることは、ジャッキボルトを雌ねじスロット330内で回転させ、缶調整バー230を取付プレート210に対して変位させるために取付プレート210に力を加えることを含む。様々な実施形態において、ガイドピン300は、調整部材320の作動中、缶調整バー230の取付プレート210に対する横方向の移動を制限する。さらに、缶調整バー230の開口290内に各々位置したブッシングまたはベアリング310は、調整部材320の作動中に缶調整バー230を一組のガイドピン300に沿って移動させることができる。
本明細書に記載のプロセスは、調整部材320を作動させる前に、缶燃焼器102を燃焼チャンバ130と結合するボルトまたは他の継手(たとえば、溶接、ろう付け接合部など)を取り外すなどの補助的なプロセスを省略することができることが理解される。
本明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
100 燃焼器システム
102 缶燃焼器
104 燃焼チャンバ
106 燃焼器端部カバー
108 燃焼器アセンブリ
110 燃焼器ライナ
112 燃焼器ケーシング
114 流れスリーブ
120 チャンバ
124 チャンバ
130 固定燃焼チャンバ
132 半径方向外向き面
200 缶燃焼器メンテナンス装置
210 取付プレート
220 締結具
230 缶調整バー
240 リップ
250 本体
260 孔
270 結合部材
280 半径方向外向き面
290 開口
300 ガイドピン
310 ベアリング
320 調整部材
330 雌ねじスロット
cap 主軸
pcc 主軸
pgp 主軸
pmp 主軸
cab 深さ
mp 深さ
cab 厚さ
mp 厚さ

Claims (15)

  1. ガスタービン(GT)の缶燃焼器(102)のメンテナンスを実行するための装置(200)であって、
    貫通して延びる少なくとも2つの締結具(220)を有し、前記GTの固定燃焼チャンバ(130)に係合するように構成された取付プレート(210)と、
    前記缶燃焼器(102)に係合するように構成され、貫通して延びる一組の開口(290)を含む缶調整バー(230)と、
    前記缶調整バー(230)の前記一組の開口(290)を通って延びて前記取付プレート(210)と結合され、前記取付プレート(210)を前記缶調整バー(230)と接続する一組のガイドピン(300)と、
    前記缶調整バー(230)と前記取付プレート(210)との間に延び、前記取付プレート(210)に対する前記缶調整バー(230)の位置を変更するように構成された調整部材(320)と
    を含む、装置(200)。
  2. 前記調整部材(320)が、ジャッキボルトを含む、請求項1に記載の装置(200)。
  3. 前記缶調整バー(230)が、雌ねじスロット(330)を含み、前記ジャッキボルトが、前記雌ねじスロット(330)を通って延び、前記ジャッキボルトが、前記雌ねじスロット(330)内で回転し、前記缶調整バー(230)を前記取付プレート(210)に対して変位させるために前記取付プレート(210)に力を加えるように構成される、請求項2に記載の装置(200)。
  4. 前記少なくとも2つの締結具(220)が、調整可能な止めねじまたは磁石を含む、請求項1に記載の装置(200)。
  5. 前記調整部材(320)が、手動ジャッキまたは油圧ジャッキを含む、請求項1に記載の装置(200)。
  6. 前記一組のガイドピン(300)の各ガイドピン(300)が、前記缶調整バー(230)の前記開口(290)の対応する1つを通って延びる、請求項1に記載の装置(200)。
  7. 前記缶調整バー(230)が、リップ(240)の半径方向外向き面(280)に係合するような寸法にされる、請求項1に記載の装置(200)。
  8. 前記一組のガイドピン(300)が、前記缶調整バー(230)の前記取付プレート(210)に対する横方向の移動を制限するように配置される、請求項1に記載の装置(200)。
  9. 前記缶調整バー(230)が、貫通して延びる一組の孔(260)を含み、前記装置(200)が、前記缶調整バー(230)内の前記一組の孔(260)のうちの1つの孔(260)を通って各々延びる一組の結合部材(270)をさらに含む、請求項1に記載の装置(200)。
  10. 前記一組の結合部材(270)が、ボルトを含む、請求項9に記載の装置(200)。
  11. 前記缶調整バー(230)が、前記一組のガイドピン(300)の主軸(Apgp)に沿って測定した場合に、前記取付プレート(210)の厚さ(tmp)の倍~0倍の厚さ(tcab)を有する、請求項1に記載の装置(200)。
  12. 前記缶調整バー(230)および前記取付プレート(210)が、互いに平行なそれぞれの主軸(Apcab,Apmp)を有し、前記缶調整バー(230)が、前記缶調整バー(230)および前記取付プレート(210)の前記主軸(Apcab,Apmp)に垂直な方向に測定した場合に、前記取付プレート(210)の深さ(dmp)の倍~倍の深さ(dcab)を有する、請求項1に記載の装置(200)。
  13. 前記少なくとも2つの締結具(220)が、前記固定燃焼チャンバ(130)の半径方向外向き面(132)に係合するように配置される、請求項1に記載の装置(200)。
  14. 前記缶調整バー(230)の前記一組の開口(290)内に各々位置した一組のベアリングまたはブッシング(310)をさらに含み、前記一組のベアリングまたはブッシング(310)が、前記缶調整バー(230)を前記一組のガイドピン(300)に沿って移動させることを可能にする、請求項1に記載の装置(200)。
  15. ガスタービン(GT)の缶燃焼器(102)のメンテナンスを実行する方法であって、
    請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の装置(200)を前記缶燃焼器(102)に取り付けるステップと、
    前記取付プレート(210)に対する前記缶調整バー(230)の位置を変更するために前記調整部材(320)を作動させるステップ
    を含む、方法。
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