構造物の保温構造およびスクロール構造

专利摘要:
一体的に構成された構造物に対しても使用が容易であり、信頼性と保温性とを確保することができる構造物の保温構造およびスクロール構造を提供する。構造物の外面から外側に向かって延びる固定部（５２，５３）と、外面と間隔をあけて固定部（５２，５３）に取付けられる押え板（５５）と、外面と押え板（５５）との間に配置される保温部材（５６）と、が設けられたことを特徴とする。
公开号:JP2011506808A
申请号:JP2010524004
申请日:2009-03-27
公开日:2011-03-03
发明作者:肇博 井上；匠生 山下
申请人:三菱重工業株式会社；
IPC主号:F01D25-24

专利说明:

[0001] 本発明は、蒸気タービンやガスタービンなどの回転機械に用いられるタービンにおける構造物の保温構造およびスクロール構造に関する。]
背景技術

[0002] 一般に、タービンに用いられるスクロール構造は、高温蒸気または高温ガスを作動流体としたタービンにおける１段静翼の前方（作動流体の流入側）、または、最終段動翼の後方（作動流体の流出側）に設置されており、内部を作動流体が流れるように構成された構造物であり、板金の溶接や鋳造などによって形成されている。]
[0003] スクロール構造のうち、高温の作動流体が流入、または、流出するものでは、スクロール構造に要求される材料強度を満たすために、スクロール構造の外周面に冷却流体が吹き付けられ、スクロール構造の温度が下げられている。
さらに、スクロール構造の温度上昇を防ぐため、または、内部を流れる作動流体の放熱や吸熱を防止するため、保温構造を施工する必要があるが、構造物の内部に保温材を取付けて遮熱する技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。]
[0004] 特開平９−１４５７６号公報]
[0005] しかしながら、上述の特許文献１に記載の保温構造では、スクロール構造のような三次元的な形状に保温構造を施工することは想定されておらず、施工することは困難であるという問題があった。]
[0006] 上述の保温構造では、構造物を構成する外部ケーシングと、断熱材を外部ケーシングに押し付ける内壁とが固定されていた。そのため、外部ケーシングの熱伸び量と、内壁の熱伸び量とが異なる場合に、これら熱伸び量の差が吸収されず、保温構造が破損するおそれがあった。]
[0007] 外部ケーシングに溶接などにより固定したシェルフの間に保温材を配置する構造のため、上述の保温構造を施工するためには、シェルフを設置する必要があるという問題があった。
上述の保温構造は、厚みがシェルフの高さで決定されており、保温構造の厚み調整が困難であるという問題があった。]
[0008] 一方、上述のように、スクロール構造の温度を下げるために、冷却流体を吹き付ける場合には、冷却流体を供給する系統が別途必要になる。冷却流体としては、抽気された作動流体が用いられる場合が多く、温度条件や、構造条件によって違いはあるが、当該スクロール構造を備えたタービンや、当該タービンを備えたプラントの効率が低下するおそれがあるという問題があった。]
先行技術

[0009] スクロール構造の内面に保温構造を設ける場合には、作動流体の流れにより保温構造の一部が剥がれ落ちて下流側に配置されたタービン部の翼列に流れ込み、動翼や静翼を損傷したり、エロージョンによる配管などの減肉が発生したりするおそれがあった。]
[0010] 本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、一体的に構成されたスクロール構造に対しても使用が容易であり、信頼性と保温性とを確保することができる構造物の保温構造およびスクロール構造を提供することを目的とする。]
[0011] 上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の構造物の保温構造は、構造物の外面から外側に向かって延びる固定部と、前記外面と間隔をあけて前記固定部に取付けられる押え板と、前記外面と前記押え板との間に配置される保温部材と、が設けられたことを特徴とする。]
[0012] 本発明によれば、構造物の外側に保温部材を配置し、構造物の外面と押え板とで保温部材を挟むため、構造物の内部に保温構造を配置する場合と比較して、保温構造の取り付けが容易になる。さらに、構造物の内部を流れる作動流体と保温構造とが接触しないため、作動流体の流れによる保温構造の脱落が防止される。
固定部に対する押え板の取付け位置を調節することにより、構造物の外面と押え板との間隔が調節されるため、保温構造の厚みの調節が容易となる。
ここで、構造物としては、例えば蒸気タービンやガスタービンなどの回転機械に用いられるタービンのスクロール構造を挙げることができる。]
[0013] 上記発明においては、前記外面と前記押え板との間に配置され、前記押え板を前記外面側から支えることにより前記外面と前記押え板との間隔を規定する調節部が設けられていることが望ましい。]
[0014] 本発明によれば、外面と押え板との間隔を容易に規定できるため、保温構造の厚みの調整がさらに容易になる。つまり、外面に調節部を配置し、その外側から押え板を配置し、調節部に当接させることにより、外面と押え板との間隔が容易に規定される。
さらに、複数の同じ調節部を設けることにより、調節部を配置した箇所での外面と押え板との間隔を同一にできる。]
[0015] 上記発明においては、前記押え板は複数設けられ、前記複数の押え板は、互いの端部が離間して配置されるとともに、前記押え板が延びる方向に互いに相対移動可能とされることが望ましい。]
[0016] 本発明によれば、複数の押え板の間で熱伸び量に差があっても、押え板の端部が離間した部分で熱伸び量の差が吸収される。
さらに、構造物の熱伸び量と、押え板の熱伸び量との間に差があっても、押え板の重なり部分で熱伸び量の差が吸収される。]
[0017] 上記発明においては、前記構造物の外面から外側に向かって延びる仕切り板が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、仕切り板により、保温部材が配置される隙間が仕切られるため、保温部材の自重による移動や、偏りが抑制される。]
[0018] 本発明のスクロール構造は、内部に作動流体が流れる流路を有するスクロール本体と、上記本発明の保温構造と、が設けられたことを特徴とする。]
[0019] 本発明によれば、上記本発明の保温構造を用いることにより、保温構造の脱落が防止されるため、スクロール構造の信頼性と保温性とが確保される。さらに、保温構造の厚みが容易に調節されるため、スクロール構造の保温性が確保される。]
[0020] 本発明の構造物の保温構造およびスクロール構造によれば、構造物の外側に保温部材を配置し、構造物の外面と押え板とで保温部材を挟むため、一体的に構成された構造物に対しても使用が容易であり、信頼性と保温性とを確保することができるという効果を奏する。]
図面の簡単な説明

[0021] 本発明の一実施形態に係るガスタービンの全体構成を説明する模式図である。
図１の入口スクロール部におけるスクロール本体の構成を説明するタービン部側から見た斜視図である。
図２のスクロール本体と保温構造の構成を説明する断面視図である。
図３の保温構造における基本構造を説明する模式図である。
図３の保温構造の構成を説明する模式図である。] 図１ 図２ 図３
実施例

[0022] この発明の一実施形態に係る保温構造およびスクロール構造を備えたガスタービンについて、図１から図５を参照して説明する。] 図１ 図５
[0023] 図１は、本実施形態に係るガスタービンの全体構成を説明する模式図である。
ガスタービン１には、図１に示すように、ガスタービン１の外形を構成する車室２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、供給された作動流体から回転駆動力を抽出するタービン部３と、タービン部３により回転軸線Ｌまわりに回転駆動される回転軸４と、作動流体をタービン部３に供給する入口スクロール部（構造物）５と、タービン部３から排出された作動流体が流入する排気スクロール部（構造物）６と、が設けられている。] 図１
[0024] 車室２Ａ，２Ｃは、図１に示すように、車室２Ｂとともにガスタービン１の外形を構成し、その内部にタービン部３や、回転軸４や、入口スクロール部５や、排気スクロール部６などが収納されるものである。車室２Ａ，２Ｃは、一方の端部が閉塞された略円筒状の部材、言い換えると、有底円筒状、いわゆる壺型に形成された部材である。車室２Ａ，２Ｃは、互いに開口端を向き合わせて、間に車室２Ｂを挟んで締結されるように構成されている。
車室２Ａ，２Ｃの閉塞端には回転軸４が挿通される貫通孔７が設けられ、車室２Ａ，２Ｃの円筒面には作動流体が流入または流出する配管が挿通される開口部８が設けられている。] 図１
[0025] 車室２Ｂは、図１に示すように、車室２Ａ，２Ｃとともにガスタービン１の外形を構成するとともに、タービン部３を支持するものである。
車室２Ｂは、回転軸線Ｌと中心とする径方向に延びる略円板状の部材であって、車室２Ａ，２Ｃに挟まれて配置される部材である。] 図１
[0026] タービン部３は、図１に示すように、入口スクロール部５から供給された作動流体から回転駆動力を抽出して回転軸４を回転駆動するものである。
なお、タービン部３の構成は、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。] 図１
[0027] 回転軸４は、図１に示すように、タービン部３により回転軸線Ｌまわりに回転駆動されるものである。] 図１
[0028] 入口スクロール部５および排気スクロール部６は、図１に示すように、作動流体が内部を通過するものであって、それぞれ、作動流体をタービン部３に供給、タービン部３から排出された作動流体が流入するものである。入口スクロール部５および排気スクロール部６の基本構成は略同一であるため、ここでは、入口スクロール部５について説明し、排気スクロール部６の構成については説明を省略する。] 図１
[0029] 図２は、図１の入口スクロール部におけるスクロール本体の構成を説明するタービン部側から見た斜視図である。図３は、図２のスクロール本体と保温構造の構成を説明する断面視図である。
入口スクロール部５には、図２および図３に示すように、入口スクロール部５の外形を構成するスクロール本体２１と、保温構造５１と、が設けられている。] 図１ 図２ 図３
[0030] スクロール本体２１は、図１および図２に示すように、中央に回転軸４が挿通される開口を有するリング状に一体に形成されたものである。スクロール本体２１の内部には、図１に示すように、回転軸線Ｌの周りに円環状に延びる環状流路（流路）３１と、環状流路３１から回転軸線Ｌに向かってタービン部３に延びる筒状流路（流路）３２と、が設けられている。] 図１ 図２
[0031] 一方、スクロール本体２１の外面には、図２に示すように、スクロール本体２１の強度を確保するリブ２１Ａが設けられている。リブ２１Ａは、スクロール本体２１のうち、環状流路３１を構成する部分に、径方向に沿って延びて配置されている。
なお、リブ２１Ａは、スクロール本体２１の強度を確保する他に、後述する保温構造５１における保温部材５６の移動等を防止するものでもある。] 図２
[0032] 図４は、図３の保温構造における基本構造を説明する模式図である。図５は、図３の保温構造の構成を説明する模式図である。
保温構造５１は、図３から図５に示すように、スクロール本体２１の外面に配置され、スクロール本体２１の内部を流れる作動流体と、スクロール本体２１の外部の流体との間の熱交換を防止するもの、言い換えると遮熱するものである。] 図３ 図４ 図５
[0033] 保温構造５１には、図４に示すように、スクロール本体２１の外面から外側に向かって延びるボス（固定部）５２と、ボス５２に取付けられるスタッドボルト（固定部）５３と、スタッドボルト５３の周囲を覆うとともに外側に向かって延びる調整パイプ（調節部）５４と、調整パイプ５４により支えられるとともにスクロール本体２１に沿って延びる押え板５５と、スクロール本体２１と押え板５５との間に配置される保温部材５６と、スクロール本体２１から外側に延びる仕切り板５７と、が設けられている。] 図４
[0034] ボス５２は、スタッドボルト５３および調整パイプ５４とともに押え板５５を支持するものである。ボス５２は、スクロール本体２１の外面に所定の間隔をあけて、外側に向かって突出して設けられている。
ボス５２には、スタッドボルト５３が取付けられるネジ穴が設けられている。]
[0035] スタッドボルト５３は、ボス５２および調整パイプ５４とともに押え板５５を支持するものである。スタッドボルト５３としては公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。]
[0036] 調整パイプ５４は、ボス５２およびスタッドボルト５３とともに押え板５５を支持し、かつ、スクロール本体２１と押え板５５との間隔を調整するものである。調整パイプ５４は、スタッドボルト５３が挿通される略円筒状に形成された部材であって、一方の端部がボス５２に当接し、他方の端部が押え板５５に当接する部材である。
押え板５５は、スタッドボルト５３の先端に取付けられるナットと調整パイプ５４の端部とに挟まれることにより支持されている。]
[0037] 押え板５５は、図２から図４に示すように、スクロール本体２１との間に保温部材５６を収納する空間を形成する蓋の役割を果たす部材であって、保温部材５６をスクロール本体２１に押し付ける部材でもある。
押え板５５は、スクロール本体２１に沿って延びる略平板状の部材であって、スクロール本体２１の曲面領域に対しては、複数の押え板５５が所定の間隔の離間部５８を有して配置されている。離間部５８は、上述のように押え板５５同士の間のほかに、押え板５５とリブ２１Ａとの間や、押え板５５と仕切り板５７との間にも設けられている。] 図２ 図４
[0038] なお、離間部５８の所定の間隔としては、例えば、スクロール本体２１や押え板５５などの熱伸び量に差がある場合に、熱伸び量の差を吸収できる間隔や、押え板５５自体の熱伸びを吸収できる間隔などを挙げることができる。
このように構成することで複数の押え板５５の間で熱伸び量に差があっても、押え板５５の離間部５８で熱伸び量の差を吸収できる。さらに、スクロール本体２１の熱伸び量と、押え板５５の熱伸び量との間に差があっても、離間部５８で熱伸び量の差を吸収できる。]
[0039] 押え板５５には、離間部５８を覆って配置される継ぎ板５９が設けられている。継ぎ板５９は、例えば図５に示すように、一方の端部５９Ａが隣接する一方の押え板５５に溶接などの方法で固定され、他方の端部５９Ｂが他方の押え板５５に対して板が延びる方向に相対移動可能とされている。] 図５
[0040] 保温部材５６は、図３から図５に示すように、スクロール本体２１と押え板５５との間に配置され、スクロール本体２１の内部を流れる作動流体と、スクロール本体２１の外部の流体との間の熱交換を防止するものである。
保温部材５６としては、図５に示すように、シート状に形成された保温部材５６Ａと、バルク状（例えば綿状）に形成された保温部材５６Ｂとが用いられている。] 図３ 図５
[0041] 保温部材５６Ａは、スクロール本体２１の形状が比較的平滑な領域に用いられるものであって、複数の保温部材５６Ａを積層して用いられるものである。
保温部材５６Ｂは、スクロール本体２１の形状が曲面状であったり、端部であったりして、シート状の保温部材５６Ａの使用が困難な領域に用いられる綿状のものである。]
[0042] なお、保温部材５６Ａの配置領域は、図５に示す領域であってもよいし、その両端が、図中の点線で示されている位置まで延びていてもよく、特に限定するものではない。] 図５
[0043] 仕切り板５７は、図３から図５に示すように、スクロール本体２１から外側に延びる板状の部材であって、保温部材５６が配置される空間を仕切るものである。
なお、仕切り板５７は、上述のリブ２１Ａと兼用される場合もあり、両者を特に区別する必要がない場合もある。] 図３ 図５
[0044] 次に、上記の構成からなるガスタービン１における作用について説明する。
ガスタービン１の入口スクロール部５には、図１に示すように、高温ガス炉において高温に加熱された作動流体が流入する。入口スクロール部５に流入した作動流体は環状流路３１に流入し、周方向にわたって略均一な流量で筒状流路３２に流入する。筒状流路３２に流入した作動流体は、タービン部３に向かって導かれ、タービン部３に流入する。] 図１
[0045] タービン部３では、図１に示すように、流入した作動流体により動翼が回転駆動され、動翼により抽出された回転駆動力が回転軸４に伝達される。タービン部３により回転駆動力が抽出されて温度が低下した作動流体は、タービン部３から排出される。] 図１
[0046] タービン部３から排出された作動流体は、図１に示すように、排気スクロール部６の筒状流路３２に流入し、環状流路３１に向かって流れる。環状流路３１に流入した作動流体は、排気スクロール部６つまりガスタービン１から排出され、各機器を通って再び高温ガス炉に導かれる。] 図１
[0047] 上記の構成によれば、スクロール本体２１の外側に保温部材５６Ａ，５６Ｂを配置し、スクロール本体２１の外面と押え板５５とで保温部材５６Ａ，５６Ｂを挟むため、スクロール本体２１の内部に保温構造５１を配置する場合と比較して、保温構造５１の取り付けが容易になる。さらに、スクロール本体２１の内部を流れる作動流体と保温構造５１とが接触しないため、作動流体の流れによる保温構造５１の脱落を防止できる。そのため、一体的に構成されたスクロール本体２１に対しても使用が容易であり、信頼性と保温性とを確保することができる。]
[0048] スタッドボルト５３に対する押え板５５の取付け位置を、調節することにより、スクロール本体２１の外面と押え板５５との間隔が調節されるため、保温構造５１の厚みの調節が容易となる。
さらに、調整パイプ５４を用いることにより、スクロール本体２１の外面と押え板５５との間隔を容易に規定できるため、保温構造５１の厚みの調整がさらに容易になる。
その一方、複数の同じ調整パイプ５４を設けることにより、調整パイプ５４を配置した箇所でのスクロール本体２１の外面と押え板５５の間隔を容易に同一にできる。]
[0049] 仕切り板５７により、保温部材５６Ａ，５６Ｂが配置される隙間が仕切られるため、保温部材５６Ａ，５６Ｂの自重による移動や、偏りを抑制できる。]
[0050] なお、本発明の技術範囲は上記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種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を軸流式のタービンに適用して説明したが、この発明は軸流式のタービンに限られることなく、遠心式や斜流式のタービンなど、その他各種のタービンに適用できるものである。]
[0051] この発明は、空気を作動流体とし、化石燃料などの燃焼エネルギーを熱源とするガスタービンなど、その他の形式のガスタービンにも適用できる。あるいは蒸気タービンなどの流体機械だけでなく、保温構造の施工が必要なあらゆる構造物に適用することができ、特に限定するものではない。]

权利要求:

請求項1
構造物の外面から外側に向かって延びる固定部と、前記外面と間隔をあけて前記固定部に取付けられる押え板と、前記外面と前記押え板との間に配置される保温部材と、が設けられたことを特徴とする構造物の保温構造。
請求項2
前記外面と前記押え板との間に配置され、前記押え板を前記外面側から支えることにより前記外面と前記押え板との間隔を規定する調節部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の構造物の保温構造。
請求項3
前記押え板は複数設けられ、前記複数の押え板は、互いの端部が離間して配置されるとともに、前記押え板が延びる方向に互いに相対移動可能とされることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の保温構造。
請求項4
前記構造物の外面から外側に向かって延びる仕切り板が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の構造物の保温構造。
請求項5
内部に作動流体が流れる流路を有するスクロール本体と、請求項１から請求項４のいずれかに記載の保温構造と、が設けられたことを特徴とするスクロール構造。