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【発明の名称】 タービンロータ冷却回路の継手管
【発明者】 【氏名】ミン・チェン・リー

【要約】 【課題】ガスタービンロータの冷却回路内で軸方向に伸張する冷却管を半径方向に接続するのに用いられる管状継手。

【解決手段】2つの管状部品間に伸張するのに適合した管状継手において、内径を有する管状体と、前記2つの管状部品の第1の部品上の相補的な着座面と係合するのに適合した先細の表面を有する環状の半径方向フランジを含む第1の自由端と(前記管状体の内径は該第1の自由端通って一定に保たれる)、および前記2つの管状部品の第2の部品の円筒状端部の内部に着座するのに適合した環状球形をした第2の自由端とを含む管状継手。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 2つの管状部品間に伸張するのに適合した管状継手において、内径を有する管状体と、前記2つの管状部品の第1の部品上の相補的な着座面と係合するのに適合した先細の表面を有する環状の半径方向フランジを含む第1の自由端と(前記管状体の内径は該第1の自由端を通じて一定に保たれる)、および前記2つの管状部品の第2の部品の円筒状端部の内部に着座するのに適合した環状球形をした第2の自由端とを含む管状継手。
【請求項2】 前記球形は部分的なトロイドの形で与えられる請求項1記載の管状継手。
【請求項3】 前記第2の自由端はその外部面が耐磨耗性素材で被覆される請求項1記載の管状継手。
【請求項4】 前記耐磨耗性素材はコバルト基合金を含む請求項3記載の管状継手。
【請求項5】 前記先細の表面は部分的に球形である請求項1記載の管状継手。
【請求項6】 ロータ組立体および各段が複数の動翼を支持する羽根車を含む複数の段と、軸方向に伸張しお互いに半径方向にずらせた少なくとも第1および第2の管を含む冷却回路と、前記第1および第2の軸方向に伸張する管を結合する半径方向に向いた管とを含む陸上タービンにおいて、前記半径方向に向いた管が、内径と、前記2つの管状部品の第1の部品上の相補的な着座面と係合するのに適合した先細の表面を有する環状の半径方向フランジを含む第1の自由端と(前記内径は該第1の自由端を通じて一定に保たれる)、および前記2つの管状部品の第2の部品の円筒状端部の内部に着座するのに適合した環状球形をした第2の自由端とを有する、陸上タービン。
【請求項7】 前記球形は部分的なトロイドの形で与えられる請求項6記載の陸上タービン。
【請求項8】 前記第2の自由端はその外部面が耐磨耗性素材で被覆される請求項6記載の陸上タービン。
【請求項9】 前記耐磨耗性素材はコバルト基合金を含む請求項8記載の陸上タービン。
【請求項10】 前記先細の表面は部分的に球形である請求項6記載の陸上タービン。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の背景】この発明は一般に陸上ガスタービン発電プラントに関し、詳細に述べるとガスタービンロータの冷却回路内で軸方向に伸張する冷却管を半径方向に接続するのに用いられる管状継手に関する。
【0002】ガスタービンロータの蒸気冷却回路は出願人の所有する米国特許第5,593,274号に開示されている。簡単に言うと、冷却蒸気はロータと同心の管を経由し次いで半径方向の通路を経由して軸方向に伸張する管(ロータ軸線と平行だがこれより半径方向外側にある)に供給され、この軸方向に伸張する管が1段以上のタービン段の動翼に冷却蒸気を供給する。この蒸気を取り出すために同様の帰還経路が使用される。タービンロータ組立体の回転する環境およびロータ回転によって発生する遠心力のため、また種々の部品の熱膨張のため、半径方向の管がその両端で軸方向管の継手と結合する箇所で半径方向に向けた冷却管は全て軸方向および半径方向の相対的な移動の動きを吸収するように設計されなければならない。
【0003】
【発明の簡単な要約】この発明は回転している環境において管が半径方向に接合するという面で特に好都合な両端の結合形状特性を有する管に関する。詳細には、接続される各管はロータ軸線に対しおおむね平行であるがロータ軸線に対して半径方向にずれている。しかしながら、この発明の継手管と結合するはめ合わせ部分は半径方向の管と軸方向に整列している。この発明の説明上、特に断りが無ければ、半径方向と軸方向、または半径方向「外側」か半径方向「内側」などの表現はタービンロータ組立体内に設置される管の方向に基づいて表わしている。管の「上方」端または「下方」端の表現はロータ軸線に関してその管の半径方向外側および内側の端部にそれぞれ対応する。しかしながら、管に関する「半径方向フランジ」の表現はその管自体の縦方向中心軸線に関して表されている。
【0004】1つの例示的実施態様において、この管の半径方向外側すなわち上端は先細の縁端が形成された拡大された半径方向フランジ(ただし管内径は一定)を有し、この先細形状は管の縦方向中心軸線に向かって内側に向け、上方すなわち半径方向外側方向に伸張している。この先細形状は部分的に球形でありその結果半径方向外側の軸方向冷却管に取り付けたエルボ部品の軸方向に整列された端部上に形成される平坦な円錐着座面とおおむね接線で係合する。この結果、半径方向外側すなわち上部の管端は座面内で事実上どのような方向にも「転動する」ことができ、こうすることで半径方向に向いた管と、この管が結合する軸方向の管の間の相対的な移動の動きを吸収し、同時にまたさもなくばロータの回転で発生する遠心力で生じうる半径方向外側に向かう移動をすべて阻止する。
【0005】この管の半径方向内側すなわち下端は部分的球面で形成された、「ハーフ・スプーリー」、すなわち、管の下方自由端が広げられてトロイド部分が形成される。言い換えると、環状溝が管端のまわりに形成され、そして管壁の厚みはおおむね一定に維持される。この管端は半径方向内側の軸方向に伸張する管の内部に形成された、半径方向に伸張する円筒状ブッシュ内に滑動可能なように収容される。このような配置構成によって管とブッシュの円筒部内径の界面は接線で接触することになる。しかしながら、この端部における管の半径方向の移動に関してはどのような拘束もなく(例えば、摩擦を除いて)、その結果たとえこの管の熱生長がこの管の半径方向外側端で制約を受けるとしても、この管はロータ軸線に関して半径方向内側方向に熱膨張することができる。
【0006】したがって、より広い面から述べると、この発明は2つの管状部品間に伸張するのに適合した管状継手に関し、この管状継手は、内径を有する管状体と、前記2つの管状部品の第1の部品上の相補的な着座面と係合するのに適合した先細の表面を有する環状の半径方向フランジを含む第1の自由端と(管状体の内径は第1の自由端を通じて一定に保たれる)、および前記2つの管状部品の第2の部品の円筒状端部の内部に着座するのに適合した環状球形をした第2の自由端とを含む。
【0007】
【発明の詳細な記述】図面について説明すると、概括して数字10で示され、軸方向に積み重ねた部品類、例えば、ロータ羽根車12、14、16および18と、各羽根車の間に交互にあるスペーサー20、22および24とで4段の典型的なタービンロータの一部を形成して構成されるタービンロータ組立体を含むタービンの一部が示してある。羽根車およびスペーサーの各部材は複数の長く延長した、円周方向に伸張するボルトによってロータ上に一緒に固定され、そのうち1個のボルトだけを数字26で示した。羽根車12、14、16および18にはそれぞれ円周方向に間隔を取って配置される複数のタービン動翼12a、14a、16aおよび18aが取り付けてある。各ノズル30、32、34および36と各羽根車12、14、16および18の組み合わせがタービンの各段を構成している。後部軸の羽根車42はロータ10の一部を形成し積み重ねた羽根車とスペーサーにボルト止めされる。
【0008】この発明の被譲渡人によって設計される先進的なガスタービンおいては、後部軸44は共に係属中の米国特許出願第09/216363に詳細に説明されているボアチューブアセンブリを収容している。簡単に言うと、ボアチューブアセンブリは環状の冷却蒸気供給通路52および使用済み冷却蒸気帰還通路54をそれぞれ形成する軸方向に伸張した外側および内側の管48、50を含む。この各通路52および54は複数組の半径方向に伸張する導管すなわち管56および58を介して蒸気をロータの外側リムに出入りさせて流し、これらの管はロータの外側リムのまわりで円周方向に間隔を取って配置される対応する複数組の軸方向に伸張する管に通じている。蒸気供給通路52および半径方向の管56を通して供給される蒸気は、軸方向に伸張する管(図示していない)を経由して、第1段の動翼12aおよび第2段の動翼14aにそれぞれ冷却蒸気を供給し、一方軸方向管(1つを数字57で示す)と半径方向管58および帰還通路54は使用済み冷却蒸気を動翼から受け取り固定したすなわち静止した管(図示していない)に戻す。ボアチューブ48および50並びに軸方向管57はロータ組立体10の一部をなしロータ組立体とともに回転することが了解されよう。
【0009】図2についても説明すると、この発明の例示的実施態様による半径方向の継手管56、58は同一なので管58だけ詳細に説明する。継手管58は半径方向外側端に従来の「B−ナット」60、反対の半径方向内側端に「ハーフ・スプーリー」コネクター62を備える管状体を含む。この半径方向外側端の「B−ナット」60は半径方向フランジ64および球面形または先細の面66を含む。後者は、この場合は、エルボ70の軸方向に整列された端部の平坦な環状の先細面68と係合するように設計され、エルボ70の対向端は半径方向外側の軸方向管57に接続される。これは従来の隣接する管状部材間のシールコネクションであるが、継手が遠心力にさらされ、半径外側方向に継手管58を移動する傾向があるこの個所では特に有効である。言い換えると、この管58の球面の端は、エルボ70のはめ合い面68との封止的接触を維持し、これら部分の間で相対的にどのように動いても必要に応じて調整を行なう。B−ナツト60自体は管状部材58のスプーリー部と反対側の端部に溶接するか、または管状部材58と一体的に形成することができる。
【0010】半径方向内側端、すなわち、スプーリー端において、管58は半曲拡大部のため拡大した端部を有して、環状の部分的に球形な端部72(パートまたはハーフ・スプーリーとも呼ばれる)を形成し、この端部72が半径方向内側の軸方向管54から半径方向に伸張する管状ブッシュ74の真っ直ぐなすなわち円筒状の端部の内側にぴったり合わさる。このようにして、管58の熱による生長は管の半径方向内側の端部で吸収され、一方半径方向内側と外側の管の間の軸方向の相対的な移動の動きはどのようなものでもこの管の半径方向外側端の「B−ナット」による結合部で吸収される。
【0011】例示的な実施態様において、スプーリーの表面は耐磨耗性皮膜、例えば、トリバロイ(Tribaloy)として知られる市販のコバルト基皮膜の合金で外側を被覆される。
【0012】現在もっとも実用的で好ましい実施態様と考えられるものに関してこの発明の説明をしたが、この発明は開示された実施態様に限定されるものではなく、むしろ、特許請求の範囲の意図および範囲に含まれる数多の変更態様および同等の構成を網羅するものであることが理解されねばならない。
【出願人】 【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
【氏名又は名称原語表記】GENERAL ELECTRIC COMPANY
【出願日】 平成12年6月16日(2000.6.16)
【代理人】 【識別番号】100093908
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 研一
【公開番号】 特開2001−82170(P2001−82170A)
【公開日】 平成13年3月27日(2001.3.27)
【出願番号】 特願2000−180656(P2000−180656)