WO2014125634A1 - 接続配管および蒸気タービンシステム - Google Patents

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steam turbine
connection
connection pipe
condenser
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PCT/JP2013/053765
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拓郎 香田
純平 西岡
健一 西山
臼井　弘明
Original Assignee
三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • F16L27/00—Adjustable joints, Joints allowing movement
    • F16L27/10—Adjustable joints, Joints allowing movement comprising a flexible connection only, e.g. for damping vibrations
    • F16L27/107—Adjustable joints, Joints allowing movement comprising a flexible connection only, e.g. for damping vibrations the ends of the pipe being interconnected by a flexible sleeve
    • F16L27/11—Adjustable joints, Joints allowing movement comprising a flexible connection only, e.g. for damping vibrations the ends of the pipe being interconnected by a flexible sleeve the sleeve having the form of a bellows with multiple corrugations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • F16L51/00—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines
    • F16L51/02—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube
    • F16L51/025—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube with several corrugations

Definitions

  • the present invention relates to a connection pipe and a steam turbine system.
  • connection pipes that connect two parts require a structure that absorbs the relative displacement of the connection position to each of the two parts.
  • a connection pipe for connecting a steam turbine and a condenser in a steam turbine system In the steam turbine and the condenser, the state of thermal expansion changes, and the connection position to the connection pipe is displaced. Therefore, a connection pipe capable of absorbing such a displacement is used in the steam turbine system.
  • Patent Document 1 discloses a condenser in which a cylindrical body having a bellows is provided between a connection flange portion connected to a steam turbine and a main body.
  • This invention is made
  • a first aspect of the connection pipe according to the present invention includes a cylindrical main body portion provided with at least one annular rib on the outer peripheral surface, and a deformation portion configured by a bellows that can be deformed in the axial direction and the radial direction.
  • the deformed portion in the connection pipe of the first aspect may be configured by overlapping a plurality of the bellows in the radial direction.
  • the deformed part in the connection pipe of the first aspect or the second aspect may be provided on both sides of the main body part.
  • a cylindrical flow guide may be provided inside the deformed portion in the connecting pipe according to any one of the first to third aspects.
  • the flow guide may be fixed only to one side in the axial direction with respect to the connection pipe main body including the main body part and the deformation part in the connection pipe of the fourth aspect. .
  • a steam turbine system includes the connection pipe described in any one of the first aspect to the fifth aspect, and includes a steam turbine and condensate into which steam discharged from the steam turbine flows. And the steam turbine and the condenser are connected by the connection pipe.
  • connection piping can suppress an increase in cost. Further, the main body can be reduced in weight while ensuring rigidity by the ribs.
  • connection piping and a steam turbine system concerning one embodiment of the present invention. It is the front view which made the cross section the half from the center which shows the connection piping which concerns on the same embodiment. It is a side view which shows the connection piping which concerns on the same embodiment. It is a partial expanded sectional view which shows the connection piping which concerns on the same embodiment, Comprising: (a) is A part of FIG. 2, (b) is B part of FIG. 2, (c) is C part of FIG. It is.
  • connection pipe 10 and the steam turbine system 11 according to the embodiment of the present invention will be described.
  • the steam turbine system 11 according to the present embodiment is mounted on a ship and an offshore structure (hereinafter, both are described as offshore structures).
  • FIG. 1 shows a steam turbine system 11 according to the present embodiment.
  • the steam turbine system 11 includes a steam turbine 12, a condenser 13, and a connection pipe 10.
  • the steam turbine 12 is attached to a gantry 15 installed on the hull 14.
  • the gantry 15 is made of I-shaped steel.
  • the steam turbine 12 includes a turbine body 20 that is rotationally driven by high-temperature and high-pressure steam supplied from a boiler (not shown), and a turbine duct 21 that exhausts steam from the turbine body 20.
  • the turbine duct 21 extends downward from the turbine main body 20, and a lower end portion thereof serves as an outlet portion 22.
  • the outlet portion 22 is provided with a connecting flange portion 23.
  • the connecting flange portion 23 is disposed horizontally.
  • the condenser 13 is disposed below the steam turbine 12 and is installed, for example, on the bottom 24 of the hull 14. Steam discharged from the steam turbine 12 flows into the condenser 13.
  • the condenser 13 includes a condenser main body 25 that returns steam to low-pressure water, and a condenser duct 26 that receives the steam exhausted from the steam turbine 12.
  • the condenser duct 26 extends upward from the condenser body 25, and an upper end thereof serves as an inlet portion 27.
  • the inlet portion 27 is provided with a connection flange portion 28.
  • the connecting flange portion 28 is also arranged horizontally.
  • connection flange portion 23 of the turbine duct 21 and the connection flange portion 28 of the condenser duct 26 are arranged vertically apart from each other in the horizontal direction. Then, both end portions of the connection pipe 10 according to the present embodiment are connected to the connection flange portion 23 and the connection flange portion 28. Thereby, the connection pipe 10 connects the outlet part 22 of the turbine duct 21 and the inlet part 27 of the condenser duct 26.
  • connection pipe 10 includes a connection pipe main body 31 and a pair of flow guides 32a and 32b.
  • the connection pipe main body 31 includes a pair of connection portions 35 a and 35 b, a pair of deformation portions 36 a and 36 b, and a main body portion 37.
  • the pair of connecting portions 35a and 35b have the same shape, and each has a connecting portion main body 40 and a plurality (four in the illustrated example) of fixing plate portions 41 as shown in FIG. .
  • the connection unit body 40 has an annular shape. As shown in FIG. 2, the connecting portion main body 40 has an annular connecting seat portion 42 formed on one side in the axial direction and a cylindrical portion 43 formed on the other side in the axial direction. A plurality of mounting holes 44 penetrating in the axial direction are formed in the connecting seat portion 42 at an intermediate position in the radial direction at equal intervals in the circumferential direction as shown in FIG. 3 (52 in the illustrated example). . As shown in FIG. 2, the outer diameter of the cylindrical portion 43 is smaller than the outer diameter of the connection seat portion 42, and protrudes in the axial direction from the inner peripheral edge portion of the connection seat portion 42. The cylindrical portion 43 has a smaller diameter as the outer diameter thereof is farther from the connection seat portion 42 and has a tapered shape.
  • a plurality of fixing plate portions 41 are attached at equal intervals in the circumferential direction of the connecting portion main body 40.
  • the fixed plate portion 41 is joined to the outer peripheral surface of the connection seat portion 42 of the connection portion main body 40.
  • a fixing hole 46 penetrating along the axial direction of the connection portion main body 40 is formed in the fixing plate portion 41.
  • the bellows 50 to 52 are made of stainless steel.
  • the deformation portions 36a and 36b have a pair of joint end portions 55 and 55 and a bellows portion 56, respectively.
  • the bellows portion 56 is provided between the pair of joining end portions 55 and 55.
  • the joining end portions 55 and 55 each have a cylindrical shape, and the outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the connection portion main body 40.
  • the bellows part 56 has a plurality of (six in the illustrated example) deformed main body parts 57, 57,... And a plurality (five in the illustrated example) connecting parts 58, 58,.
  • the deformation main body 57 has an annular shape.
  • the deformation main body portions 57, 57,... Have a shape in which the outer peripheral surface protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the joint end portions 55, 55. Further, the deformation main body portions 57, 57,... Have a shape in which the inner peripheral surface is recessed outward in the radial direction from the inner peripheral surface of the joining end portions 55, 55.
  • the connecting portions 58, 58,... Have a cylindrical shape with substantially the same diameter as the joining end portions 55, 55.
  • the connecting portion 58 is disposed between the adjacent deformation main body portion 57 and the deformation main body portion 57.
  • the main body portion 37 has a cylindrical shape and includes a body portion 61 and a rib 62.
  • the trunk portion 61 has a cylindrical shape, and its inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the joining end portions 55 and 55 of the deformable portions 36a and 36b.
  • the rib 62 has an annular shape, and the inner diameter thereof is slightly larger than the outer diameter of the body portion 61.
  • the rib 62 is attached to the axial center position of the outer peripheral surface of the body 61. As a result, the rib 62 protrudes radially outward from the body portion 61.
  • the rib 62 is integrated with the body 61 by joining the inner peripheral sides of both end faces in the axial direction to the outer peripheral surface of the body 61 over the entire circumference by fillet welding. Yes.
  • the body portion 37 of the main body portion 37 is provided with an attachment portion 63 for attaching a sensor or the like.
  • the main body portion 37 is formed with ribs 62 to improve the strength (section modulus) of the body portion 61.
  • the flow guides 32a and 32b each have a cylindrical shape, and have a flow guide main body 66 and a joining member 67 as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (c).
  • the flow guide main body 66 has a cylindrical shape, and its outer diameter is smaller than the minimum inner diameter of the deforming portions 36a and 36b.
  • the joining member 67 has an annular shape, and its outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the connection portion main body 40 and the inner diameter of the body portion 61 of the main body portion 37. Further, the inner diameter of the joining member 67 is slightly larger than the outer diameter of the flow guide main body 66.
  • the inner peripheral side of the joining member 67 is fixed to one end of the flow guide body 66 in the axial direction.
  • a joining end 55 of one end of the deforming portion 36a is joined to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 43 of the connecting portion 35a by welding.
  • the joining end 55 of the other end of the deforming portion 36 a is joined to the inner peripheral surface of one end of the body 61 of the main body 37 by welding.
  • the joining end 55 of one end of the deforming portion 36b is joined to the inner peripheral surface of the other end of the body 61 by welding.
  • the joining end portion 55 at the other end of the deforming portion 36b is joined to the inner peripheral surface of the tubular portion 43 of the connecting portion 35b by welding.
  • the deformation portions 36 a and 36 b are provided on both sides of the main body portion 37 in the axial direction. In other words, the deformable portions 36a and 36b are arranged in series with the main body portion 37 interposed therebetween.
  • the flow guide 32 a is joined to the inner peripheral surface of the body portion 37 of the body portion 37 on the deformation portion 36 a side by welding in the joining member 67.
  • the flow guide main body 66 is disposed inside the deformation portion 36a.
  • the flow guide 32 a is fixed only to the main body 37, and thus is fixed only to one side in the axial direction with respect to the connection pipe main body 31.
  • the flow guide 32b is joined to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 43 of the connecting portion 35b by welding in the joining member 67.
  • the flow guide main body 66 is disposed inside the deformation portion 36b.
  • the flow guide 32b is fixed only to the connection portion 35b, and is thus fixed only to one side in the axial direction with respect to the connection pipe main body 31.
  • connection parts 35a and 35b match the phases of the fixing holes 46 and 46 of the fixing plate parts 41 and 41 in the respective circumferential directions.
  • connection parts 35a and 35b are mutually connected by the fixing tool 70 penetrated by the fixing holes 46 and 46 with which a phase matches.
  • the connection portions 35a and 35b are restricted from relative movement in any of the axial direction, the radial direction, and the circumferential direction.
  • the connection of the connection portions 35a and 35b by the fixture 70 is for reducing the load on each portion when the connection pipe 10 is transported. Therefore, the fixture 70 is removed after the connection pipe 10 is incorporated in the steam turbine system 11 shown in FIG.
  • connection pipe 10 connects the steam turbine 12 and the condenser 13 as shown in FIG.
  • the connection seat portion 42 of the connection portion 35 b is fixed to the connection flange portion 23 of the turbine duct 21 of the steam turbine 12.
  • the connection seat portion 42 of the connection portion 35 a is fixed to the connection flange portion 28 of the condenser duct 26 of the condenser 13.
  • the connection pipe 10 is in a state in which the connection portion 35b, the deformation portion 36b, the main body portion 37, the deformation portion 36a, and the connection portion 35a are arranged in order from the top.
  • the radial direction of each of the connecting portion 35a, the deforming portion 36a, the main body portion 37, the deforming portion 36b, and the connecting portion 35b is along the horizontal direction, and the respective axial directions are along the vertical direction.
  • connection pipe 10 is an exhaust expansion joint that connects the steam turbine 12 and the condenser 13 while allowing relative displacement and introduces the exhaust of the steam turbine 12 into the condenser 13.
  • connection pipe 10 when the connection flange portion 23 of the turbine duct 21 and the connection flange portion 28 of the condenser duct 26 are relatively displaced in the vertical direction, the deformation portions 36 a and 36 b are deformed in the axial direction to absorb this relative displacement. To do.
  • the connection pipe 10 when the connection flange portion 23 of the turbine duct 21 and the connection flange portion 28 of the condenser duct 26 are relatively displaced in the lateral direction, the deformed portions 36 a and 36 b are deformed in the radial direction to absorb this relative displacement.
  • the relative displacement is proportional to the spring constant and is generated as a reaction force on the turbine or condenser side.
  • connection pipe 10 of the above-described embodiment has a cylindrical main body portion 37 provided with an annular rib 62 on the outer peripheral surface. Further, the connecting pipe 10 includes deformed portions 36a and 36b configured by bellows 50 to 52 that can be deformed in the axial direction and the radial direction. With these configurations, the connection pipe 10 can suppress an increase in cost as compared to the connection pipe 10 having a deformed portion formed of a bellows over the entire length, and the connection applied to the steam turbine 12 and the condenser 13. The reaction force due to the pipe 10 can be reduced, and the stress of the deformed portions 36a and 36b themselves can be reduced. In particular, the longer the length of the connection pipe 10, the higher the effect of suppressing the cost increase.
  • An annular rib 62 is provided on the outer peripheral surface of the main body portion 37.
  • drum 61 can be reduced in thickness (for example, 8 mm), and can be reduced in weight. That is, the main body 37 has a negative pressure on the inner side and an atmospheric pressure on the outer side, so that a load is applied radially inward.
  • the ribs 62 can ensure the rigidity of the main body portion 37 and can prevent deformation due to atmospheric pressure.
  • the connecting pipe 10 is arranged vertically as described above, the main body portion 37 applies a tensile load to the upper deformable portion 36b. Further, the main body portion 37 applies a compressive load to the lower deformation portion 36a. By reducing the weight of the main body 37, the load applied to the deforming portions 36a and 36b can be reduced.
  • the deforming portions 36a and 36b are configured by a plurality of bellows 50 to 52 being overlapped in the radial direction.
  • the connection pipe 10 can ensure the strength of the deformation portions 36a and 36b even when the deformation amount of the deformation portions 36a and 36b increases. That is, the connection pipe 10 absorbs a relatively high displacement repeatedly generated between the connection seat portions 42 and 42 at both ends as compared to the bellows in the case of a single layer, and the fatigue failure generated in the deformed portions 36a and 36b. Can be suppressed. Therefore, the steam turbine 12 and the condenser 13 in which the connection flange portion 23 and the connection flange portion 28 are displaced by changing the state of thermal expansion can be connected with high reliability by the connection pipe 10.
  • the steam turbine 12 and the condenser 13 are compared with the case of the onshore installation due to the bending of the hull 14 and the gantry 15 or the swinging of the offshore structure.
  • the connecting flange portion 23 and the connecting flange portion 28 are displaced at a higher displacement and repeatedly.
  • the reaction force increases and the repetition strength decreases, but in the present invention, the reaction force can be reduced and the repetition strength can be increased. It becomes possible to solve the above-mentioned two problems that are problematic in the installed steam turbine system at the same time.
  • connection pipe 10 when the connection pipe 10 is disposed vertically as described above, the lateral displacement of the connection flange portion 23 and the connection flange portion 28 increases due to the bending of the hull 14 and the gantry 15. Even if there is such a high lateral displacement, the steam turbine 12 and the condenser 13 can be connected with high reliability by the connection pipe 10.
  • the connecting pipe 10 is provided with deformed portions 36 a and 36 b on both sides of the main body portion 37. For this reason, the deformation amount per deformation part 36a, 36b can be halved. That is, the connection pipe 10 can further suppress the fatigue failure that occurs in the deformed portions 36a and 36b while absorbing the relative high displacement between the connection seat portions 42 and 42 at both ends. Therefore, the steam turbine 12 and the condenser 13 can be satisfactorily connected with higher reliability by the connection pipe 10. Even in the steam turbine system 11 installed in an offshore structure, the steam turbine 12 and the condenser 13 can be connected with higher reliability by the connection pipe 10.
  • connection pipe 10 even when the connecting pipe 10 is arranged vertically as described above and the displacement in the lateral direction of the connecting flange portion 23 and the connecting flange portion 28 increases, the steam turbine 12 and the condenser 13 are connected to the connecting pipe 10. Therefore, the connection can be made with high reliability.
  • the two deformation portions 36a and 36b as described above are based on the relationship between the distance between the connection seat portions 42 and 42 at both ends, the relative displacement amount, and the spring constant of the deformation portions 36a and 36b. Are arranged in series.
  • the load F and the spring constant K are small, and the allowable displacement X is large.
  • the optimum combination of the spring constants of the deforming portions 36a and 36b and the weight of the main body portion 37 is selected.
  • the connecting pipe 10 is provided with cylindrical flow guides 32a and 32b inside the deformation portions 36a and 36b. For this reason, it can suppress that the flow of a steam is disturb
  • the flow guides 32 a and 32 b are fixed only to one side in the axial direction with respect to the connection pipe main body 31 including the main body portion 37 and the deformation portions 36 a and 36 b. Thereby, even if the flow guides 32a and 32b are provided, the deforming portions 36a and 36b can be smoothly deformed.
  • the steam turbine system 11 of the embodiment described above includes a steam turbine 12 and a condenser 13 into which steam discharged from the steam turbine 12 flows. Further, the steam turbine 12 and the condenser 13 are connected by the connection pipe 10 described above. With these configurations, the steam turbine 12 and the condenser 13 can be connected with high reliability by the connection pipe 10. Even in the steam turbine system 11 installed in an offshore structure, the steam turbine 12 and the condenser 13 can be connected with high reliability by the connection pipe 10.
  • connection portion 35a, the deforming portion 36a, the main body portion 37, the deforming portion 36a, the main body portion 37, the deforming portion 36b, and the connecting portion 35b may be arranged in series in this order. That is, it is good also as connection piping which has a some main body part, the deformation
  • a plurality of ribs 62 may be provided in the main body portion 37 at intervals in the axial direction. That is, the main body portion 37 may be provided with at least one annular rib 62 on the outer peripheral surface.
  • the deforming portions 36a and 36b may have a multilayer structure other than the three-layer structure including the three bellows 50 to 52.
  • the connection pipe 10 may be other than a cylindrical shape such as a square shape.
  • the present invention is widely applicable to connection pipes in which relative displacement occurs at the connection positions at both ends and a steam turbine system using the connection pipe.

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Abstract

　外周面に少なくとも一つの環状のリブが設けられた筒状の本体部と、軸線方向および径方向に変形可能なべローズで構成された変形部とを備える。

Description

接続配管および蒸気タービンシステム
　本発明は、接続配管および蒸気タービンシステムに関する。
　２部品を接続させる接続配管には、２部品それぞれへの接続位置の相対変位を吸収する構造を必要とするものがある。例えば蒸気タービンシステムにおいて蒸気タービンと復水器とを接続させる接続配管である。蒸気タービンおよび復水器は、それぞれ、熱膨張の状態が変化し接続配管への接続位置が変位してしまうことになる。よって、このような変位を吸収可能な接続配管が蒸気タービンシステムには用いられている。例えば、特許文献１には、復水器において、蒸気タービンに接続される接続フランジ部と本体との間にベローズを有する筒状体を設けたものが開示されている。
特開平１０－１９６３１３号公報
　ベローズを用いた接続配管において、ある程度の長さが必要な場合、コストが増大してしまう。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト増を抑制することができる接続配管および蒸気タービンシステムを提供することを目的とする。
　本発明に係る接続配管の第一態様は、外周面に少なくとも一つの環状のリブが設けられた筒状の本体部と、軸線方向および径方向に変形可能なべローズで構成された変形部とを備える。
　本発明に係る接続配管の第二態様として、上記第一態様の接続配管における前記変形部は、複数の前記べローズが径方向に重ねられて構成されていても良い。
　本発明に係る接続配管の第三態様として、上記第一態様または第二態様の接続配管における前記変形部が、前記本体部の両側に設けられていても良い。
　本発明に係る接続配管の第四態様として、上記第一態様乃至第三態様のいずれか一態様の接続配管における前記変形部の内側に、筒状のフローガイドが設けられていても良い。
　本発明に係る接続配管の第五態様として、上記第四態様の接続配管における前記本体部および前記変形部を含む接続配管本体に対し、前記フローガイドが軸方向の片側のみ固定されていても良い。
　本発明に係る蒸気タービンシステムは、第一態様乃至第五態様のいずれか一態様に記載した接続配管を有するものであって、蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気が流入する復水器と、を有し、前記蒸気タービンと前記復水器とを前記接続配管で接続させる。
　本発明の上記態様に係る接続配管によれば、コスト増を抑制することができる。また、本体部を、リブにより剛性を確保した上で軽量化することができる。
本発明の一実施形態に係る接続配管および蒸気タービンシステムを示す正面図である。 同実施形態に係る接続配管を示す中心から半分を断面とした正面図である。 同実施形態に係る接続配管を示す側面図である。 同実施形態に係る接続配管を示す部分拡大断面図であって、（ａ）は図２のＡ部、（ｂ）は図２のＢ部、（ｃ）は図２のＣ部をそれぞれ示すものである。
　以下、本発明の実施形態に係る接続配管１０および蒸気タービンシステム１１について説明する。本実施形態に係る蒸気タービンシステム１１は、具体的には船舶および海洋構造物（以降、両者を海洋構造物と記載する）に搭載されるものである。
　図１は、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１１を示すものである。この蒸気タービンシステム１１は蒸気タービン１２と復水器１３と接続配管１０とを有している。蒸気タービン１２は、船体１４に設置された架台部１５に取り付けられている。架台部１５はＩ型鋼で構成されている。蒸気タービン１２は、図示略のボイラから供給される高温・高圧の蒸気で回転駆動されるタービン本体２０と、タービン本体２０からの蒸気を排気するタービンダクト２１とを有している。タービンダクト２１はタービン本体２０から下方に延出しており、その下端部が出口部２２となっている。この出口部２２には接続フランジ部２３が設けられている。接続フランジ部２３は水平に配置されている。
　復水器１３は、蒸気タービン１２の下方に配置されており、例えば船体１４の船底２４に設置されている。復水器１３には、蒸気タービン１２から排出された蒸気が流入する。復水器１３は、蒸気を低圧水に戻す復水器本体２５と、蒸気タービン１２から排気された蒸気を受け入れる復水器ダクト２６とを有している。復水器ダクト２６は復水器本体２５から上方に延出しており、その上端が入口部２７となっている。この入口部２７には接続フランジ部２８が設けられている。接続フランジ部２８も水平に配置されている。
　ここで、タービンダクト２１の接続フランジ部２３と、復水器ダクト２６の接続フランジ部２８とは、水平方向の位置を合わせて鉛直上下に離間して配置されている。そして、これら接続フランジ部２３および接続フランジ部２８に、本実施形態に係る接続配管１０の両端部が接続されている。これにより、接続配管１０は、タービンダクト２１の出口部２２と復水器ダクト２６の入口部２７とを繋いでいる。
　図２に示すように、接続配管１０は、接続配管本体３１と、一対のフローガイド３２ａ，３２ｂとを有している。接続配管本体３１は、一対の接続部３５ａ，３５ｂと、一対の変形部３６ａ，３６ｂと、本体部３７とを含んでいる。
　一対の接続部３５ａ，３５ｂは、同形状をなしており、それぞれ、図３に示すように、接続部本体４０と、複数（図示例では４カ所）の固定板部４１とを有している。
　接続部本体４０は、円環状をなしている。接続部本体４０は、図２に示すように、軸方向一側に円環状の接続座部４２が形成され、軸方向他側に筒状部４３が形成されている。接続座部４２には、その径方向の中間位置に、軸方向に貫通する取付穴４４が、図３に示すように円周方向に等間隔で複数（図示例では５２カ所）形成されている。図２に示すように、筒状部４３は、その外径が接続座部４２の外径よりも小径となっており、接続座部４２の内周縁部から軸方向に突出している。筒状部４３は、その外径が接続座部４２から離れるほど小径となっており、テーパ状をなしている。
　図３に示すように、固定板部４１は、複数のものが、接続部本体４０の円周方向に等間隔で取り付けられている。固定板部４１は、接続部本体４０の接続座部４２の外周面に接合されている。固定板部４１には、接続部本体４０の軸方向に沿って貫通する固定穴４６が形成されている。
　図２に示す変形部３６ａ，３６ｂは、筒状をなしている。図４（ａ），（ｃ）に示すように変形部３６ａ，３６ｂは、それぞれ、軸線方向および径方向に変形可能な複数（図示例では３つ）のべローズ５０～５２が径方向に重ねられて構成されている。つまり、変形部３６ａ，３６ｂは、外層側のベローズ５０と中間のベローズ５１と内層側のベローズ５２とからなる三層構造をなしている。これらベローズ５０～５２は、隣り合うもの同士が径方向および軸方向に隙間なく密着するようにして例えば軸方向の両端部が接合されることで一体化されている。ベローズ５０～５２は、ステンレス鋼材からなっている。
　変形部３６ａ，３６ｂは、それぞれ、一対の接合端部５５，５５と、蛇腹部５６とを有している。蛇腹部５６は、一対の接合端部５５，５５の間に設けられている。接合端部５５，５５は、それぞれ、円筒状をなしており、外径が接続部本体４０の内径よりも若干小径となっている。蛇腹部５６は、複数（図示例では６カ所）の変形本体部５７，５７，…と、複数（図示例では５カ所）の連結部５８，５８，…とを有している。
　変形本体部５７は、円環状をなしている。変形本体部５７，５７，…は、外周面が接合端部５５，５５の外周面よりも径方向外方に突出する形状をなしている。また、変形本体部５７，５７，…は、内周面が接合端部５５，５５の内周面よりも径方向外方に凹む形状をなしている。連結部５８，５８，…は、接合端部５５，５５と略同径の筒状をなしている。連結部５８は、隣り合う変形本体部５７と変形本体部５７との間に配置される。
　図２に示すように、本体部３７は、筒状をなしており、胴部６１とリブ６２とを有している。胴部６１は、円筒状をなしており、その内径が変形部３６ａ，３６ｂの接合端部５５，５５の外径よりも若干大径となっている。
　リブ６２は、円環状をなしており、その内径が、胴部６１の外径よりも若干大径となっている。リブ６２は、胴部６１の外周面の軸方向中央位置に取り付けられている。これにより、リブ６２は、胴部６１から径方向外方に突出している。リブ６２は、図４（ｂ）に示すように、軸方向両端面のそれぞれの内周側が、胴部６１の外周面に隅肉溶接により全周にわたって接合されて胴部６１と一体化されている。なお、図２に示すように、本体部３７の胴部６１には、センサ等を取り付けるための取付部６３が設けられている。本体部３７は、リブ６２が形成されていることによって、胴部６１の強度（断面係数）を向上させている。
　フローガイド３２ａ，３２ｂは、それぞれ筒状をなしており、図４（ａ），（ｃ）に示すように、フローガイド本体６６と接合部材６７とを有している。フローガイド本体６６は、円筒状をなしており、その外径が、変形部３６ａ，３６ｂの最小内径よりも小径となっている。接合部材６７は、円環状をなしており、その外径が、接続部本体４０の内径および本体部３７の胴部６１の内径よりも若干小径となっている。また、接合部材６７は、その内径がフローガイド本体６６の外径よりも若干大径となっている。接合部材６７は、その内周側がフローガイド本体６６の軸方向の一端部に固定されている。
　図４（ａ）に示すように、接続部３５ａの筒状部４３の内周面に、変形部３６ａの一端の接合端部５５が溶接により接合されている。この変形部３６ａの他端の接合端部５５は、本体部３７の胴部６１の一端の内周面に溶接により接合されている。図４（ｃ）に示すように、この胴部６１の他端の内周面に変形部３６ｂの一端の接合端部５５が溶接により接合されている。この変形部３６ｂの他端の接合端部５５は、接続部３５ｂの筒状部４３の内周面に溶接により接合されている。以上により、本体部３７の軸方向の両側に変形部３６ａ，３６ｂが設けられている。言い換えれば、変形部３６ａ，３６ｂが、間に本体部３７を挟んで直列に配置されている。
　図４（ａ）に示すように、フローガイド３２ａは、接合部材６７において本体部３７の胴部６１の変形部３６ａ側の内周面に溶接により接合されている。この状態で、フローガイド３２ａは、フローガイド本体６６が変形部３６ａの内側に配置される。フローガイド３２ａは、本体部３７のみに固定されており、よって、接続配管本体３１に対し、軸方向の片側のみ固定されている。
　図４（ｃ）に示すように、フローガイド３２ｂは、接合部材６７において接続部３５ｂの筒状部４３の内周面に溶接により接合されている。この状態で、フローガイド３２ｂは、フローガイド本体６６が変形部３６ｂの内側に配置される。フローガイド３２ｂは、接続部３５ｂのみに固定されており、よって、接続配管本体３１に対し、軸方向の片側のみ固定されている。
　なお、図２に示すように、接続部３５ａ，３５ｂは、それぞれの円周方向において、固定板部４１，４１の固定穴４６，４６の位相を合わせている。そして、接続部３５ａ，３５ｂは、位相が合う固定穴４６，４６に挿通される固定具７０で互いに連結される。これにより、接続部３５ａ，３５ｂは、軸方向、径方向および円周方向のいずれの方向の相対移動も規制される。なお、固定具７０による接続部３５ａ，３５ｂの連結は、接続配管１０を運搬する際の各部の負荷を軽減するためのものである。よって、接続配管１０を図１に示す蒸気タービンシステム１１に組み込み後に固定具７０は取り外される。
　上記の接続配管１０が、図１に示すように、蒸気タービン１２と復水器１３とを接続させる。このとき、接続配管１０は、接続部３５ｂの接続座部４２が蒸気タービン１２のタービンダクト２１の接続フランジ部２３に固定される。また、接続配管１０は、接続部３５ａの接続座部４２が復水器１３の復水器ダクト２６の接続フランジ部２８に固定される。この状態で、接続配管１０は、接続部３５ｂ、変形部３６ｂ、本体部３７、変形部３６ａ、接続部３５ａが、上から順に並べられた状態となる。また、この状態で、これら接続部３５ａ、変形部３６ａ、本体部３７、変形部３６ｂおよび接続部３５ｂのそれぞれの径方向が横方向に沿い、それぞれの軸方向が縦方向に沿う。
　蒸気タービン１２のタービンダクト２１から排気された蒸気は、接続配管１０内を通って、復水器１３の復水器ダクト２６に導入される。つまり、接続配管１０は、蒸気タービン１２と復水器１３とを相対変位を許容しつつ接続させて、蒸気タービン１２の排気を復水器１３に導入する排気エクスパンションジョイントとなっている。
　接続配管１０は、タービンダクト２１の接続フランジ部２３と復水器ダクト２６の接続フランジ部２８とが縦方向に相対変位すると、変形部３６ａ，３６ｂが軸方向に変形してこの相対変位を吸収する。接続配管１０は、タービンダクト２１の接続フランジ部２３と復水器ダクト２６の接続フランジ部２８とが横方向に相対変位すると、変形部３６ａ，３６ｂが径方向に変形してこの相対変位を吸収する。なお、相対変位は、ばね定数に比例し、タービン又は復水器側に反力として発生するが、多層構造を採用していのため、ばね係数が低減されるため、タービン又は復水器側に発生する反力を大幅に低減できる効果を有する。また、海洋構造物に設置される蒸気タービンシステム１１の場合、船体１４や架台部１５の撓みや海洋構造物の揺動等により、陸上設置の場合と比べて非常に大きな相対変位の吸収を求められるため、必然的に反力が大きくなるが、本構造はこの反力の低減に非常に有効である。
　上述した実施形態の接続配管１０は、外周面に環状のリブ６２が設けられた筒状の本体部３７を有している。また、接続配管１０は、軸線方向および径方向に変形可能なべローズ５０～５２で構成された変形部３６ａ，３６ｂを備えている。これらの構成により、接続配管１０は、全長に亘ってベローズで構成された変形部を備えるものと比べて、コスト増を抑制することができ、また、蒸気タービン１２と復水器１３にかかる接続配管１０による反力を軽減でき、変形部３６ａ，３６ｂ自身の応力も軽減することができる。特に接続配管１０の長さが長くなるほど、コスト増の抑制効果が高くなる。また、本体部３７の外周面に環状のリブ６２が設けられている。このため、本体部３７を、その剛性を確保した上で、胴部６１を薄肉化（例えば８ｍｍ）して軽量化することができる。つまり、本体部３７は、内側が負圧で外側が大気圧であるため径方向内方に荷重が加わることになる。これに対し、胴部６１を薄肉化して軽量化してもリブ６２によって本体部３７の剛性を確保でき、気圧による変形を防止できる。接続配管１０を上記のように縦向きに配置した場合、本体部３７が、上側の変形部３６ｂに引っ張り荷重をかけることになる。また、本体部３７が、下側の変形部３６ａに圧縮荷重をかけることになる。本体部３７を軽量化することで、変形部３６ａ，３６ｂにかかる荷重を低減できる。
　また、変形部３６ａ，３６ｂは、複数のべローズ５０～５２が径方向に重ねられて構成されている。このため、接続配管１０は、変形部３６ａ，３６ｂの変形量が大きくなっても、変形部３６ａ，３６ｂの強度を確保できる。つまり、接続配管１０は、単層の場合のベローズに比べて、両端の接続座部４２，４２間に繰り返し発生する相対的な高変位を吸収しつつ、変形部３６ａ，３６ｂに生じる疲労破壊を抑制できる。よって、熱膨張の状態が変化することで、接続フランジ部２３および接続フランジ部２８が変位してしまう蒸気タービン１２および復水器１３を、接続配管１０によって、高い信頼性で接続させることができる。また、海洋構造物に設置される蒸気タービンシステム１１の場合、船体１４や架台部１５の撓みや海洋構造物の揺動等により、陸上設置の場合と比べて、蒸気タービン１２および復水器１３の接続フランジ部２３および接続フランジ部２８がより高変位で且つ繰り返し何度も変位してしまう。従来のような単層構造の場合、反力が大きくなり且つ繰り返しの強度が小さくなるという問題があるが、本発明では反力の低減及び繰り返し強度の高強度化が実現でき、海洋構造物に設置される蒸気タービンシステムにて問題となる上記２つの課題を同時に解決することが可能となる。したがって、このような蒸気タービンシステム１１であっても、蒸気タービン１２と復水器１３とを、接続配管１０によって、高い信頼性で接続させることができる。特に、接続配管１０を上記のように縦向きに配置した場合に、船体１４や架台部１５の撓み等により、接続フランジ部２３および接続フランジ部２８の横方向の変位が大きくなる。このような横方向の高い変位があっても、蒸気タービン１２と復水器１３とを、接続配管１０によって、高い信頼性で接続させることができる。
　また、接続配管１０は、本体部３７の両側に変形部３６ａ，３６ｂが設けられている。このため、変形部３６ａ，３６ｂの一つ当たりの変形量を半減できる。つまり、接続配管１０は、両端の接続座部４２，４２間の相対的な高変位を吸収しつつ変形部３６ａ，３６ｂに生じる疲労破壊を一層抑制できる。よって、蒸気タービン１２と復水器１３とを、接続配管１０によって、より高い信頼性で良好に接続させることができる。また、海洋構造物に設置される蒸気タービンシステム１１であっても、蒸気タービン１２と復水器１３とを、接続配管１０によって、より高い信頼性で接続させることができる。さらに、接続配管１０を上記のように縦向きに配置し、接続フランジ部２３および接続フランジ部２８の横方向の変位が大きくなる場合でも、蒸気タービン１２と復水器１３とを、接続配管１０によって、高い信頼性で接続させることができる。なお、接続配管１０では、両端の接続座部４２，４２間の距離および相対変位量と、変形部３６ａ，３６ｂのばね定数との関係に基づいて、上記のように二つの変形部３６ａ，３６ｂを直列に配置している。接続配管１０の蒸気タービン１２および復水器１３にかかる荷重Ｆと、変形部３６ａ，３６ｂのばね定数Ｋと、接続配管１０の許容変位Ｘとの関係は、Ｆ＝Ｋ＊Ｘとなる。荷重Ｆおよびばね定数Ｋは小さく、許容変位Ｘは大きくする。この条件を満足させるように、変形部３６ａ，３６ｂのばね定数と、本体部３７の重量との最適組み合わせを選定している。
　また、接続配管１０は、変形部３６ａ，３６ｂの内側に、筒状のフローガイド３２ａ，３２ｂが設けられている。このため、蒸気の流れが変形部３６ａ，３６ｂによって乱されることを抑制できる。また、変形部３６ａ，３６ｂに生じるエロージョンを抑制することができる。
　また、接続配管１０は、本体部３７および変形部３６ａ，３６ｂを含む接続配管本体３１に対し、フローガイド３２ａ，３２ｂが軸方向の片側のみ固定されている。これにより、フローガイド３２ａ，３２ｂを設けても変形部３６ａ，３６ｂを円滑に変形させることができる。
　上述した実施形態の蒸気タービンシステム１１は、蒸気タービン１２と、蒸気タービン１２から排出された蒸気が流入する復水器１３とを有している。また、蒸気タービン１２と復水器１３とを上記した接続配管１０によって接続させている。これらの構成により、蒸気タービン１２と復水器１３とを、接続配管１０によって、高い信頼性で接続させることができる。また、海洋構造物に設置される蒸気タービンシステム１１であっても、蒸気タービン１２と復水器１３とを、接続配管１０によって、高い信頼性で接続させることができる。
　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
　例えば、接続部３５ａ、変形部３６ａ、本体部３７、変形部３６ａ、本体部３７、変形部３６ｂ、接続部３５ｂをこの順に直列に配置しても良い。つまり、複数の本体部と、隣り合う本体部同士の間に設けられる変形部と、両端の本体部のそれぞれの外側に設けられる変形部とを有する接続配管としても良い。
　また、例えば、本体部３７に、リブ６２を軸方向に間隔をあけて複数設けても良い。つまり、本体部３７には、外周面に環状のリブ６２が少なくとも一つ設けられていれば良い。
　また、例えば、変形部３６ａ，３６ｂを、３つのべローズ５０～５２からなる三層構造以外の多層構造としても良い。
　また、例えば、接続配管１０は角形など円筒形以外であっても良い。
　本発明は、両端の接続位置に相対変位が生じる接続配管およびこれを用いた蒸気タービンシステムについて広く適用可能である。
　１０　接続配管
　１１　蒸気タービンシステム
　１２　蒸気タービン
　１３　復水器
　３２ａ，３２ｂ　フローガイド
　３６ａ，３６ｂ　変形部
　３７　本体部
　４０　接続部本体
　５０～５２　べローズ
　６２　リブ

Claims (6)

  1. 　外周面に少なくとも一つの環状のリブが設けられた筒状の本体部と、
    　軸線方向および径方向に変形可能なべローズで構成された変形部とを備える接続配管。
  2. 　請求項１に記載した接続配管であって、
    　前記変形部は、複数の前記べローズが径方向に重ねられて構成されている接続配管。
  3. 　請求項１または２に記載した接続配管であって、
    　前記変形部が、前記本体部の両側に設けられている接続配管。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載した接続配管であって、
    　前記変形部の内側には、筒状のフローガイドが設けられている接続配管。
  5. 　請求項４に記載した接続配管であって、
    　前記本体部および前記変形部を含む接続配管本体に対し、前記フローガイドが軸方向の片側のみ固定されている接続配管。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載した接続配管を有する蒸気タービンシステムであって、
    　蒸気タービンと、
    　前記蒸気タービンから排出された蒸気が流入する復水器と、を有し、　前記蒸気タービンと前記復水器とを前記接続配管で接続させる蒸気タービンシステム。
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