JP5047000B2

JP5047000B2 - 排気室の連結構造及びガスタービン

Info

Publication number: JP5047000B2
Application number: JP2008046699A
Authority: JP
Inventors: 真也橋本; 謙一荒瀬
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP2009203871A

Description

本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、タービンの後部に配設される排気室の連結構造、並びに、この排気室の連結構造が適用されるガスタービンに関する。

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザにより静圧に変換されてから大気に放出される。

このように構成されたガスタービンは、近年、高出力化及び高効率化が求められており、静翼及び動翼に導かれる燃焼ガスの温度はますます高くなる傾向にある。そのため、一般的には、静翼及び動翼の内部に冷却通路を形成し、空気や蒸気などの冷却媒体をこの冷却通路に流すことで、この静翼及び動翼を冷却しつつ、耐熱性を確保すると共に、燃焼ガスの高温化を図り、出力及び効率を高めるようにしている。

例えば、タービンでは、静翼及び動翼を収容する排気車室の下流側に排気室が連結され、この排気室の下流側に排気ダクトが連結されており、排気車室と排気室が円筒形状をなす薄板の熱伸び吸収部材により連結され、排気室と排気ダクトが断熱材を有するエキスパンションジョイントにより連結されている。従って、ガスタービンの過渡期や高出力化に対して、排気車室と排気室排気ダクトとの間の熱応力を吸収している。

このタービンの連結構造としては、例えば、下記特許文献１、２、３に記載されたものがある。

特開２００６−３０７７３３号公報特開２００４−３０８５０２号公報実開平０１−０８５４２９号公報

上述した従来のガスタービンでは、排気車室と排気室を薄板の熱伸び吸収部材により連結したり、排気室と排気ダクトをエキスパンションジョイントにより連結したりすることで、部材間における熱応力を吸収している。ところが、ガスタービンにおける高出力化及び高効率化により燃焼ガスの温度が更に高くなる傾向にあり、熱伸び吸収部材の選定やエキスパンションジョイント自体の耐熱性確保が難しくなる。そのため、この熱伸び吸収部材やエキスパンションジョイントを冷却することが考えられるが、排気車室、排気室、排気ダクトとの温度差が大きくなり、熱応力が過大となり、耐久性において不利になる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、排気室の連結部における熱応力を低減することで耐久性の向上を図る排気室の連結構造及びガスタービンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明の排気室の連結構造は、円筒形状をなす排気室と、該排気室に対して排気ガスの流動方向上流側に配置される排気車室及び前記排気室に対して排気ガスの流動方向下流側に配置される排気ダクトの少なくとも一方である円筒形状をなす連結部材とが、熱伸びを吸収可能なサポート部材により連結される排気室の連結構造において、前記排気室の外周面に断熱材が装着され、前記サポート部材は、複数の短冊形状をなして前記断熱材の外側に配置され、一端部が前記排気室の端部に連結される一方、他端部が前記連結部材の端部に連結される、ことを特徴とするものである。

請求項２の発明の排気室の連結構造では、前記連結部材は、前記排気室に対して排気ガスの流動方向上流側に配置される排気車室であり、該排気車室の外周面に断熱材が装着され、前記排気車室は、前記サポート部材としての排気室サポートにより前記排気室に連結されることを特徴としている。

請求項３の発明の排気室の連結構造では、前記排気車室の内側に円筒形状をなす排気ディフューザが配置され、前記排気車室と前記排気ディフューザとが、複数の短冊形状をなして熱伸びを吸収可能なディフューザサポートにより連結されることを特徴としている。

請求項４の発明の排気室の連結構造では、前記排気室サポートの内側にて、前記排気室と前記排気車室とを連結するガスシールが設けられることを特徴としている。

請求項５の発明の排気室の連結構造では、前記連結部材は、前記排気室に対して排気ガスの流動方向下流側に配置される排気ダクトであり、該排気ダクトの内周面に断熱材が装着され、前記排気ダクトは、前記サポート部材としての排気ダクトサポートにより前記排気室に連結されることを特徴としている。

請求項６の発明の排気室の連結構造では、前記排気室の外周側にリング形状をなす外殻部材が配置され、該外殻部材に隣接して前記排気ダクトが配置され、前記排気室と外殻部材とが前記排気ダクトサポートにより連結され、前記外殻部材と前記排気ダクトとが高温伸縮継手により連結されることを特徴としている。

請求項７の発明の排気室の連結構造では、前記排気ダクトサポートの外側にて、前記排気室と前記排気ダクトとを連結するガスシールが設けられることを特徴としている。

また、請求項８の発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記タービンは、排気車室と排気室とが熱伸びを吸収可能な排気室サポートにより連結されると共に、前記排気室と排気ダクトが熱伸びを吸収可能な排気ダクトサポートにより連結され、前記排気室の外周面に断熱材が装着され、前記排気室サポートは、複数の短冊形状をなして前記断熱材の外側に配置され、一端部が前記排気室の端部に連結される一方、他端部が前記排気車室の端部に連結される、ことを特徴とするものである。

また、請求項９の発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記タービンは、排気車室と排気室とが熱伸びを吸収可能な排気室サポートにより連結されると共に、前記排気室と排気ダクトが熱伸びを吸収可能な排気ダクトサポートにより連結され、前記排気室の外周面に断熱材が装着され、前記排気ダクトサポートは、複数の短冊形状をなして前記断熱材の外側に配置され、一端部が前記排気室の端部に連結される一方、他端部が前記排気ダクトの端部に連結される、ことを特徴とするものである。

請求項１０の発明のガスタービンでは、前記排気室の外周側にリング形状をなす外殻部材が配置され、該外殻部材に隣接して前記排気ダクトが配置され、前記排気室と外殻部材とが前記排気ダクトサポートにより連結され、前記外殻部材と前記排気ダクトとが高温伸縮継手により連結されることを特徴としている。

請求項１の発明の排気室の連結構造によれば、排気室と、排気ガスの流動方向上流側に配置される排気車室及び排気室に対して排気ガスの流動方向下流側に配置される排気ダクトの少なくとも一方である連結部材とを熱伸びを吸収可能なサポート部材により連結して構成している。排気室の外周面に断熱材を装着している。サポート部材は、複数の短冊形状をなして断熱材の外側に配置され、一端部を排気室の端部に連結され、他端部を連結部材の端部に連結されている。従って、サポート部材が短冊形状をなすことから、排気室と連結部材との間で発生する熱伸びを効率的に吸収することができる。また、サポート部材が断熱材の外側に配置されることから、このサポート部材が十分に冷却されることとなる。その結果、排気室の連結部における熱応力を低減することで耐久性の向上を図ることができる。

請求項２の発明の排気室の連結構造によれば、連結部材を、排気室に対して排気ガスの流動方向上流側に配置する排気車室とし、排気車室の外周面に断熱材を装着し、排気車室をサポート部材としての排気室サポートにより排気室に連結するので、排気室と排気車室との温度差による熱伸びを効率的に吸収することができ、耐久性の向上を図ることができる。

請求項３の発明の排気室の連結構造によれば、排気車室の内側に円筒形状をなす排気ディフューザを配置し、排気車室と排気ディフューザとを複数の短冊形状をなして熱伸びを吸収可能なディフューザサポートにより連結するので、排気車室と排気ディフューザの温度差による熱伸びを効率的に吸収することができ、耐久性の向上を図ることができる。

請求項４の発明の排気室の連結構造によれば、排気室サポートの内側に排気室と排気車室とを連結するガスシールを設けるので、排気室と排気車室との連結部からの排気ガスの漏洩を防止することができる。

請求項５の発明の排気室の連結構造によれば、連結部材を、排気室に対して排気ガスの流動方向下流側に配置する排気ダクトとし、排気ダクトの内周面に断熱材を装着し、排気ダクトをサポート部材としての排気ダクトサポートにより排気室に連結するので、排気室と排気ダクトとの温度差による熱伸びを効率的に吸収することができ、耐久性の向上を図ることができる。

請求項６の発明の排気室の連結構造によれば、排気室の外周側にリング形状をなす外殻部材を配置し、外殻部材に隣接して排気ダクトを配置し、排気室と外殻部材とを排気ダクトサポートにより連結し、外殻部材と排気ダクトとを高温伸縮継手により連結するので、高温伸縮継手を適正に冷却することができ、耐久性の向上を図ることができる。

請求項７の発明の排気室の連結構造によれば、排気ダクトサポートの外側に排気室と排気ダクトとを連結するガスシールを設けるので、排気室と排気ダクトとの連結部からの排気ガスの漏洩を防止することができる。

また、請求項８の発明のガスタービンによれば、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成し、タービンの排気車室と排気室とを熱伸びを吸収可能な排気室サポートにより連結すると共に、排気室と排気ダクトを熱伸びを吸収可能な排気ダクトサポートにより連結し、排気室の外周面に断熱材を装着し、排気室サポートを複数の短冊形状をなして断熱材の外側に配置し、一端部を排気室の端部に連結する一方、他端部を排気車室の端部に連結している。従って、排気室サポートが短冊形状をなすことから、排気車室と排気室との間で発生する熱伸びを効率的に吸収することができ、また、排気室サポートが断熱材の外側に配置されることから、この排気室サポートが十分に冷却されることとなり、排気室の連結部における熱応力を低減することで耐久性の向上を図ることができ、その結果、タービン出力及び効率を向上することができる。

また、請求項９の発明のガスタービンによれば、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成し、タービンの排気車室と排気室とを熱伸びを吸収可能な排気室サポートにより連結すると共に、排気室と排気ダクトを熱伸びを吸収可能な排気ダクトサポートにより連結し、排気室の外周面に断熱材を装着し、排気ダクトサポートを複数の短冊形状をなして断熱材の外側に配置し、一端部を排気室の端部に連結する一方、他端部を排気ダクトの端部に連結している。従って、排気ダクトサポートが短冊形状をなすことから、排気室と排気ダクトとの間で発生する熱伸びを効率的に吸収することができ、また、排気ダクトサポートが断熱材の外側に配置されることから、この排気ダクトサポートが十分に冷却されることとなり、排気室の連結部における熱応力を低減することで耐久性の向上を図ることができ、その結果、タービン出力及び効率を向上することができる。

請求項１０の発明のガスタービンによれば、排気室の外周側にリング形状をなす外殻部材を配置し、外殻部材に隣接して排気ダクトを配置し、排気室と外殻部材とを排気ダクトサポートにより連結し、外殻部材と排気ダクトとを高温伸縮継手により連結するので、高温伸縮継手を適正に冷却することができ、耐久性の向上を図ることができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る排気室の連結構造及びガスタービンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例に係るガスタービンにおける排気室の連結構造を表すタービンの要部断面図、図２は、本実施例のガスタービンにおける排気車室と排気室との連結部を表す断面図、図３は、排気車室と排気室との連結部を表す平面図、図４は、本実施例のガスタービンにおける排気室と排気ダクトとの連結部を表す断面図、図５は、本実施例のガスタービンの概略構成図である。

本実施例のガスタービンは、図５に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３と排気室１４により構成される。このガスタービン１３には、図示しない発電機が連結されている。この圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と動翼１８が交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド１９が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設されている。このタービン車室２０の下流側に排気車室２７を介して排気室１４が配設されている。排気室１４は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２３を有している。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）２４が位置している。ロータ２４は、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４は、各動翼１８，２２が植え付けられたディスクが複数重ねられてなり、排気室１４側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼２１と動翼２２を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２１と動翼２２を通過することでロータ２４を駆動回転し、このロータ２４に連結された発電機を駆動する。排気ガスは排気室１４の排気ディフューザ２３で静圧に変換されてから大気に放出される。

上述したタービン１３において、図１に示すように、複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設されるタービン車室２０があり、その下流側に排気車室２７がある。排気車室２７は、円筒形状をなしている。排気車室２７の排気ガスの流動方向下流側に排気室１４が配置されている。この排気室１４は円筒形状をなしている。排気室１４の排気ガスの流動方向下流側に排気ダクト３１が配置されている。排気ダクト３１は、円筒形状をなしている。そして、排気車室２７と排気室１４とが熱伸びを吸収可能な排気室サポート（サポート部材）３２により連結されている。また、排気室１４と排気ダクト３１とが熱伸びを吸収可能な排気ダクトサポート（サポート部材）３３及び熱伸びを吸収可能なエキスパンションジョイント（高温伸縮継手）３４により連結されている。

排気車室２７には、その内側に円筒形状をなす排気ディフューザ４１が配置されている。この排気ディフューザ４１は、円筒形状をなす外側ディフューザ４２と内側ディフューザ４３がストラットシールド４４により連結されて構成される。このストラットシールド４４は、円筒形状や楕円筒状などの中空構造をなし、排気ディフューザ４１の周方向に均等間隔で複数設けられている。そして、内側ディフューザ４３の内周部には、軸受４５を介してロータ２４が回転自在に支持されており、この軸受４５に潤滑オイルを供給するオイル配管４６が配設されている。なお、ストラットシールド４４内には、ストラット４７が配設されている。ストラットシールド４４内部の空間は、外部から排気ディフューザ４１の内側の空間や、排気車室２７と排気ディフューザ４１との間の空間に冷却空気を供給可能となっている。この冷却空気により、後述するディフューザサポート４８も冷却することができる。なお、ストラット４７は、一端を排気車室２７に固定され、他端を軸受箱に固定されている。

排気車室２７と排気ディフューザ４１とは、ディフューザサポート４８により連結されている。このディフューザサポート４８は、短冊形状をなし、タービン１３の軸方向に沿って延設されると共に、周方向に複数所定の間隔で並設されている。また、このディフューザサポート４８は、排気車室２７と排気ディフューザ４１との間で温度差により熱伸びが発生したとき、変形することでその熱伸びを吸収可能となっている。特に、タービン１３の始動時などの過渡期には、熱伸びが発生しやすい。ディフューザサポート４８は、一端部が排気車室２７にボルト４９により締結され、他端部が外側ディフューザ４２にボルト５０により締結されている。このディフューザサポート４８を外側から被覆するように、排気車室２７が設けられている。外側ディフューザ４２と排気車室２７の間には、ガスシール５１が設けられており、排気車室とタービン車室を遮断している。

排気室１４は、円筒形状をなす外筒５２と内筒５３がフォローストラット５４により連結されて構成され、このフォローストラット５４は、円筒形状や楕円筒状などの中空構造をなし、排気室１４の周方向に均等間隔で複数設けられている。フォローストラット５４は、排気室１４の外筒５２側において開口しており、フォローストラット５４の内部は、大気と連通している。

排気車室２７と排気室１４とは、排気室サポート３２により連結されている。
排気ディフューザ４１と排気室１４とは、外側ディフューザ４２と外筒５２、内側ディフューザ４３と内筒５３の端部がそれぞれ接近して対向している。外側ディフューザ４２と外筒５２は、排気ガスの流動方向下流側に向けて拡径しているが、内側ディフューザ４３，内筒５３は、排気ガスの流動方向下流側に向けて同径となっている。そして、排気ディフューザ４１の外側ディフューザ４２より外周側に位置する排気車室２７の端部と、排気室１４の外筒５２の端部とが排気室サポート３２により連結されている。

この排気室サポート３２は、短冊形状をなし、タービン１３の軸方向に沿って延設されると共に、周方向に複数所定の間隔で並設されている。また、この排気室サポート３２は、排気車室２７と排気室１４との間で温度差により熱伸びが発生したとき、変形することでその熱伸びを吸収可能となっている。なお、熱伸びは、タービン１３の始動時などの過渡期や高負荷時に発生しやすい。

図２と図３に示すとおり、排気車室２７の端部には連結リング５５がボルト５６により固定されている。排気室サポート３２は、一端部の連結フランジ３２ａがこの連結リング５５にボルト５７により締結され、他端部の連結フランジ３２ｂが排気室１４における外筒５２の取付フランジ５２ａにボルト５８により締結されている。また、排気車室２７の下流側端部と外側ディフューザ４２の下流側端部との間にガスシール５９が設けられる。連結リング５５と外筒５２の上流側端部との間に排気室サポート３２の内側に位置してガスシール６０が設けられている。更に、内側ディフューザ４３，５３の端部間にゴムシール６１が設けられている。

ガスシール５９は、ストラットシールド４４内部を伝わって供給される冷却空気を外側ディフューザ４１と排気車室２７との間にとどめる役割を有する。

排気車室２７の外周面に断熱材６２が装着される。同様に、排気室１４の外周面に断熱材６３が装着されている。排気室サポート３２は、排気室１４の外筒５２の外側に設けられており、排気室サポート３２はこの断熱材６３の外側に配置されている。、排気室サポート３２は、外気により冷却可能となっている。また、断絶材６３は、フォローストラット５４の開口部をさけるように配置される。大気の取入れを阻害しないためである。

図１及び図４に示す排気ダクト３１は、円筒形状をなし、排気室１４と排気ダクトサポート３３及びエキスパンションジョイント３４により連結されている。排気室１４の端部の外周側にリング形状をなす外殻部材７１が配置されている。排気室１４の端部と、外殻部材７１の内周部とが排気ダクトサポート３３により連結されている。この排気ダクトサポート３３は、短冊形状をなし、タービン１３の軸方向に沿って延設されると共に、周方向に複数所定の間隔で並設されている。また、この排気ダクトサポート３３は、排気室１４と排気ダクト３１との間で温度差により熱伸びが発生したとき、変形することでその熱伸びを吸収可能となっている。特に、熱伸びはタービン１３の始動時などの過渡期や高負荷時に発生しやすい。一方、外殻部材７１は、断面が外側に開口したコ字形状をなし、内周面に取付フランジ７１ａが形成されると共に、外周部に連結フランジ７１ｂが形成されている。

そして、排気ダクトサポート３３は、一端部の連結フランジ３３ａが外殻部材７１の取付フランジ７１ａにボルト７２により締結され、他端部の連結フランジ３３ｂが排気室１４における外筒５２の連結フランジ５２ｂにボルト７３により締結されている。また、外殻部材７１の取付フランジ７１ａと外筒５２との間に排気ダクトサポート３３の外側に位置してガスシール７４が設けられている。

また、エキスパンションジョイント３４にて、リング形状をなす一対の取付フランジ７５，７６には、支持フランジ７７，７８が立設されると共に、この取付フランジ７５，７６を掛け渡すようにリング形状をなす抜け止めシール７９が連結されている。支持フランジ７７，７８及び抜け止めシール７９により形成された空間部に断熱材８０が充填されている。ブーツ８１はこの断熱材８０を被覆している。ブーツ８１の端部は支持フランジ７７，７８にボルト８２，８３により締結されている。そして、一方の取付フランジ７５が外殻部材７１の連結フランジ７１ｂにボルト８４により締結され、他方の取付フランジ７６が排気ダクト３１の端部にボルト８５により締結されている。このエキスパンションジョイント３４は、タービン１３の高負荷時に、排気室１４と排気ダクト３１との間で断熱を行うと共に、温度差により熱伸びが発生したときに、変形することでその熱伸びを吸収可能となっている。

各取付フランジ７５，７６の内周面に断熱材８６，８７が装着されると共に、排気ダクト３１の内周面に断熱材８８が装着されている。、エキスパンションジョイント３４はこの断熱材８６，８７，８８の外側に配置されることとなり、外気により冷却可能となっている。

このように本実施例の排気室の連結構造にあっては、排気室１４と、排気室１４に対して排気ガスの流動方向上流側に配置する排気車室２７とを熱伸びを吸収可能な排気室サポート３２により連結して構成し、排気室１４の外周面に断熱材６３を装着し、排気室サポート３２を複数の短冊形状をなして断熱材６３の外側に配置し、一端部を排気室１４の端部に連結する一方、他端部を排気車室２７の端部に連結している。

従って、排気室サポート３２が短冊形状をなすことから、容易に変形することで、排気室１４と排気車室２７との間で発生する熱伸びを効率的に吸収することができる。また、排気室サポート３２が断熱材６３の外側に配置されることから、この排気室サポート３２が外気により十分に冷却されることとなる。その結果、排気室１４と排気車室２７との連結部、つまり、排気室サポート３２における熱応力を低減することで耐久性の向上を図ることができる。

この場合、排気室サポート３２の内側に排気室１４と排気車室２７とを連結するガスシール５９，６０を設けており、排気室１４と排気車室２７との連結部からの外部への排気ガスの漏洩を防止することができる。また、排気室サポート３２、排気車室２７が、高温の排気ガスから隔てられるため、それぞれの熱伸びを抑制することができる。

また、本実施例の排気室の連結構造では、排気車室２７の内側に円筒形状をなす排気ディフューザ４１を配置し、排気車室２７と排気ディフューザ４１とを複数の短冊形状をなして熱伸びを吸収可能なディフューザサポート４８により連結している。従って、排気車室２７と排気ディフューザ４１の温度差による熱伸びを効率的に吸収することができ、耐久性の向上を図ることができる。

また、本実施例の排気室の連結構造にあっては、排気室１４と、排気室１４に対して排気ガスの流動方向下流側に配置する排気ダクト３１とを熱伸びを吸収可能な排気ダクトサポート３３により連結して構成し、排気室１４の外周面に断熱材６３を装着し、排気ダクトサポート３３を複数の短冊形状をなして断熱材６３の外側に配置し、一端部を排気室１４の端部に連結する一方、他端部を排気ダクト３１の端部に連結している。

従って、排気ダクトサポート３３が短冊形状をなし容易に変形することで、排気室１４と排気ダクト３１との間で発生する熱伸びを効率的に吸収することができる。エキスパンションジョイント３４は、排気ダクトサポート３３の外側に配置されることから、このエキスパンションジョイント３４が外気により十分に冷却される。また、エキスパンションジョイント３４は、内側に設けられた排気ダクトサポート３３により熱から保護される。

この場合、排気ダクトサポート３３の外側に排気室１４と排気ダクト３１とを連結するガスシール７４を設けており、排気室１４と排気ダクト３１との連結部からの外部への排気ガスの漏洩を防止することができる。

また、本実施例の排気室の連結構造では、排気室１４の外周側にリング形状をなす外殻部材７１を配置し、外殻部材７１に隣接して排気ダクト３１を配置し、排気室１４と外殻部材７１とを排気ダクトサポート３３により連結し、外殻部材７１と排気ダクト３１とをエキスパンションジョイント３４により連結している。従って、エキスパンションジョイント３４を適正に冷却することができ、耐久性の向上を図ることができる。

この場合、排気ダクト３１の内周面に断熱材８８を装着することで、内面保温としており、排気ダクト３１の温度を低減することが可能となり、エキスパンションジョイント３４の高温化を抑制し、耐久性を向上することができる。

そして、本実施例のガスタービンにあっては、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成し、タービン１３の排気車室２７と排気室１４とを排気室サポート３２により連結すると共に、排気室１４と排気ダクト３１を排気ダクトサポート３３により連結し、排気室１４の外周面に断熱材６３を装着し、排気室サポート３２及び排気ダクトサポート３３を複数の短冊形状をなして断熱材６３の外側に配置している。

従って、排気室サポート３２及び排気ダクトサポート３３が短冊形状をなすことから、容易に変形することででき、排気車室２７と排気室１４と排気ダクト３１との間で発生する熱伸びを効率的に吸収することができる。また、排気室サポート３２及び排気ダクトサポート３３が断熱材６３の外側に配置されることから、各サポート３２，３３が外気により十分に冷却される。その結果、排気車室２７と排気室１４と排気ダクト３１との連結部、つまり、各サポート３２，３３における熱応力を低減することで耐久性の向上を図ることができ、その結果、タービン出力及び効率を向上することができる。

本発明に係る排気室の連結構造及びガスタービンは、排気室の外周面に断熱材を装着し、サポート部材を複数の短冊形状をなして断熱材の外側に配置することで、排気室の連結部における熱応力を低減することで耐久性の向上を図るものであり、いずれの種類のガスタービンにも適用することができる。

本発明の一実施例に係るガスタービンにおける排気室の連結構造を表すタービンの要部断面図である。本実施例のガスタービンにおける排気車室と排気室との連結部を表す断面図である。排気車室と排気室との連結部を表す平面図である。本実施例のガスタービンにおける排気室と排気ダクトとの連結部を表す断面図である。本実施例のガスタービンの概略構成図である。

符号の説明

１１圧縮機
１２燃焼器
１３タービン
１４排気室
２０タービン車室
２７排気車室（連結部材）
３１排気ダクト（連結部材）
３２排気室サポート（サポート部材）
３３排気ダクトサポート（サポート部材）
３４エキスパンションジョイント（高温伸縮継手）
４１排気ディフューザ
４８ディフューザサポート
５１，５９，６０，７４ガスシール
６２，６３，８０，８６，８７，８８断熱材
７１外殻部材

Claims

円筒形状をなす排気室と、該排気室に対して排気ガスの流動方向上流側に配置される排気車室及び前記排気室に対して排気ガスの流動方向下流側に配置される排気ダクトの少なくとも一方である円筒形状をなす連結部材とが、熱伸びを吸収可能なサポート部材により連結される排気室の連結構造において、
前記排気室の外周面に断熱材が装着され、
前記サポート部材は、複数の短冊形状をなして前記断熱材の外側に配置され、一端部が前記排気室の端部に連結される一方、他端部が前記連結部材の端部に連結される、
ことを特徴とする排気室の連結構造。
前記連結部材は、前記排気室に対して排気ガスの流動方向上流側に配置される排気車室であり、該排気車室の外周面に断熱材が装着され、前記排気車室は、前記サポート部材としての排気室サポートにより前記排気室に連結されることを特徴とする請求項１に記載の排気室の連結構造。
前記排気車室の内側に円筒形状をなす排気ディフューザが配置され、前記排気車室と前記排気ディフューザとが、複数の短冊形状をなして熱伸びを吸収可能なディフューザサポートにより連結されることを特徴とする請求項２に記載の排気室の連結構造。
前記排気室サポートの内側にて、前記排気室と前記排気車室とを連結するガスシールが設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の排気室の連結構造。
前記連結部材は、前記排気室に対して排気ガスの流動方向下流側に配置される排気ダクトであり、該排気ダクトの内周面に断熱材が装着され、前記排気ダクトは、前記サポート部材としての排気ダクトサポートにより前記排気室に連結されることを特徴とする請求項１に記載の排気室の連結構造。
前記排気室の外周側にリング形状をなす外殻部材が配置され、該外殻部材に隣接して前記排気ダクトが配置され、前記排気室と外殻部材とが前記排気ダクトサポートにより連結され、前記外殻部材と前記排気ダクトとが高温伸縮継手により連結されることを特徴とする請求項５に記載の排気室の連結構造。
前記排気ダクトサポートの外側にて、前記排気室と前記排気ダクトとを連結するガスシールが設けられることを特徴とする請求項５または６に記載の排気室の連結構造。
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、
前記タービンは、排気車室と排気室とが熱伸びを吸収可能な排気室サポートにより連結されると共に、前記排気室と排気ダクトが熱伸びを吸収可能な排気ダクトサポートにより連結され、
前記排気室の外周面に断熱材が装着され、
前記排気室サポートは、複数の短冊形状をなして前記断熱材の外側に配置され、一端部が前記排気室の端部に連結される一方、他端部が前記排気車室の端部に連結される、
ことを特徴とするガスタービン。
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、
前記タービンは、排気車室と排気室とが熱伸びを吸収可能な排気室サポートにより連結されると共に、前記排気室と排気ダクトが熱伸びを吸収可能な排気ダクトサポートにより連結され、
前記排気室の外周面に断熱材が装着され、
前記排気ダクトサポートは、複数の短冊形状をなして前記断熱材の外側に配置され、一端部が前記排気室の端部に連結される一方、他端部が前記排気ダクトの端部に連結される、
ことを特徴とするガスタービン。
前記排気室の外周側にリング形状をなす外殻部材が配置され、該外殻部材に隣接して前記排気ダクトが配置され、前記排気室と外殻部材とが前記排気ダクトサポートにより連結され、前記外殻部材と前記排気ダクトとが高温伸縮継手により連結されることを特徴とする請求項９に記載のガスタービン。