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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-195952(P2021-195952A)
(43)【公開日】2021年12月27日
(54)【発明の名称】排気コレクタ変換システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
F02C 7/00 20060101AFI20211129BHJP
F01D 25/30 20060101ALI20211129BHJP
【ＦＩ】
F02C7/00 B
F02C7/00 D
F01D25/30 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2021-92219(P2021-92219)
(22)【出願日】2021年6月1日
(31)【優先権主張番号】P.434311
(32)【優先日】2020年6月15日
(33)【優先権主張国】PL
(71)【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
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(72)【発明者】
【氏名】ホルヘ・マリオ・ロチン・マカド
(72)【発明者】
【氏名】ジョーダン・スコット・ワートン
(72)【発明者】
【氏名】アシシュ・アグラワル
(72)【発明者】
【氏名】マイケル・アンソニー・アコスタ
(72)【発明者】
【氏名】ジェラルド・プラタ・コントレラス
(72)【発明者】
【氏名】ミロスロウ・パウェル・バビウシュ
(72)【発明者】
【氏名】フランク・オシエル・メッツァ・クロウスキ
(57)【要約】
【課題】トンネルとタービンフレームとの間の接合面を変えることによって、より大きなタービンエンジン用に設計された特定の排気システム（例えば、排気コレクタ）を別のタービンエンジンと共に使用することを可能にするトンネルを備えたシステムを提供する。【解決手段】システムは、ガスタービン（１２）の排気コレクタ（３０）内に取り付けるように構成された排気コレクタトンネル（３２）を備える。排気コレクタトンネル（３２）は、ガスタービン（１２）のタービンシャフト（１７，１９）の周りに延びるように構成されたトンネル壁（３３）を有する。トンネル壁（３３）は、排気コレクタトンネル（３２）の長さの少なくとも一部に沿って可変の直径（９８）を有する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスタービン（１２）の排気コレクタ（３０）内に取り付けるように構成された排気コレクタトンネル（３２）を備えるシステム（１０）であって、前記排気コレクタトンネル（３２）は、前記ガスタービン（１２）のタービンシャフト（１７，１９）の周りに延びるように構成されたトンネル壁（３３）を備えており、前記トンネル壁（３３）は、前記排気コレクタトンネル（３２）の長さの少なくとも一部に沿って可変の直径（９８）を有する、
システム（１０）。
システム（１０）。
【請求項2】
前記可変の直径（９８）は、前記排気コレクタ（３０）の改造が前記ガスタービン（１２）の形状への適合を可能にするように構成されている、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項3】
前記排気コレクタトンネル（３２）は、別の排気コレクタトンネル（３２）に取って代わって前記排気コレクタ（３０）と前記ガスタービン（１２）との接続を可能にするように構成されており、前記別の排気コレクタトンネル（３２）は、前記ガスタービン（１２）に接続するように構成されていない、請求項２に記載のシステム（１０）。
【請求項4】
前記排気コレクタトンネル（３２）は、排気ディフューザ（３６）内に延びるように構成された第１の端部（７６）と、前記排気コレクタ（３０）の末広がり部（６０）に連結するように構成された第２の端部（７９）とを備え、前記末広がり部（６０）は、前記排気ディフューザ（３６）の下流側に配置されている、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項5】
前記末広がり部（６０）は、デフレクタ部を備えている、請求項４に記載のシステム（１０）。
【請求項6】
前記排気ディフューザ（３６）と、前記末広がり部（６０）とを有する前記排気コレクタ（３０）を備える、請求項４に記載のシステム（１０）。
【請求項7】
前記排気コレクタ（３０）に連結するように構成された前記ガスタービン（１２）を備える、請求項６に記載のシステム（１０）。
【請求項8】
排気ディフューザ（３６）を備え、前記排気コレクタトンネル（３２）は、前記排気ディフューザ（３６）内に少なくとも部分的に延び、前記排気コレクタトンネル（３２）は、前記排気ディフューザ（３６）に直結されていない、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項9】
前記可変の直径（９８）は、テーパ状壁部分（１０２）を備えている、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項10】
前記テーパ状壁部分（１０２）は、前記排気コレクタトンネル（３２）の長手方向軸（４４）に対して実質的に一定の角度（１０４）を有する、請求項９に記載のシステム（１０）。
【請求項11】
前記テーパ状壁部分（１０２）は、前記排気コレクタトンネル（３２）の長手方向軸（４４）に対して可変の角度（１０４）を有する、請求項９に記載のシステム（１０）。
【請求項12】
前記テーパ状壁部分（１０２）は、前記排気コレクタトンネル（３２）の長さの少なくとも５０％に沿って延びている、請求項９に記載のシステム（１０）。
【請求項13】
前記可変の直径（９８）は、段付き壁部分（１０８）を備えている、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項14】
ガスタービン（１２）の排気コレクタ（３０）内に排気コレクタトンネル（３２）を取り付けるステップを含む方法（２００、３００）であって、前記排気コレクタトンネル（３２）は、前記ガスタービン（１２）のタービンシャフト（１７，１９）の周りに延びるように構成されたトンネル壁（３３）を備え、前記トンネル壁（３３）は、前記排気コレクタトンネル（３２）の長さの少なくとも一部に沿って可変の直径（９８）を有する、
方法（２００、３００）。
方法（２００、３００）。
【請求項15】
前記排気コレクタトンネル（３２）を取り付ける前に、前記排気コレクタ（３０）から別の排気コレクタトンネル（３２）を取り外すステップを含み、前記別の排気コレクタトンネル（３２）は、前記ガスタービン（１２）とは異なる別のガスタービン（１２）に適合するように構成されている、
請求項１４に記載の方法（２００、３００）。
請求項１４に記載の方法（２００、３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示の主題は、タービンシステムに関し、より詳細には、排気コレクタを備えたタービンシステムのためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
複合サイクル発電プラントなどの発電プラントは、ガスタービンエンジンを導入していることが多い。ガスタービンエンジンは、燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成し、高温の燃焼ガスは、タービン内を流れて負荷、例えば、発電機を駆動する。排気ガスは、高速かつ高温で、タービンを出て排気コレクタに入る。残念なことに、排気コレクタは、一般に、１種類のタービンエンジンにしか使用できない。
【発明の概要】
【0003】
出願時の特許請求の範囲に記載の主題に対して、範囲が等しい特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載の主題の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろ、本主題の可能な形態の概要を提供することを意図しているにすぎない。実際、本主題は、以下に記載する実施形態と同様であっても異なっていてもよい様々な形態を包含することができる。
【0004】
第１の実施形態では、システムは、ガスタービンの排気コレクタ内に取り付けるように構成された排気コレクタトンネルを備えている。排気コレクタトンネルは、ガスタービンのタービンシャフトの周りに延びるように構成されたトンネル壁を有する。トンネル壁は、排気コレクタトンネルの長さの少なくとも一部に沿って可変の直径を有する。
【0005】
第２の実施形態では、システムは、ガスタービンに連結するように構成された排気コレクタを備えている。排気コレクタは、排気コレクタフレームと、排気コレクタフレーム内に配置された排気ディフューザと、排気ディフューザより下流側の排気コレクタフレーム内に配置された末広がり部と、排気ディフューザと末広がり部との間の排気コレクタフレーム内に配置された排気コレクタトンネルとを備えている。排気コレクタトンネルは、ガスタービンのタービンシャフトの周りに延びるように構成されたトンネル壁を有する。トンネル壁は、排気コレクタトンネルの長さの少なくとも一部に沿って可変の直径を有する。
【0006】
第３の実施形態では、方法は、ガスタービンの排気コレクタ内に排気コレクタトンネルを取り付けるステップを含む。排気コレクタトンネルは、ガスタービンのタービンシャフトの周りに延びるように構成されたトンネル壁を有する。トンネル壁は、排気コレクタトンネルの長さの少なくとも一部に沿って可変の直径を有する。
【0007】
本主題のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、さらによく理解されよう。添付の図面では、全ての図面を通して、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】複数の異なるトンネル、ディフューザ、シール、およびマウントを用いて変更（例えば、改造）可能な排気コレクタアセンブリを有するガスタービン発電プラントの一実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本主題の１つまたは複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努めているが、実際の実施態様の全ての特徴を本明細書中で記載しきれない場合がある。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのように、実際の実施態様の開発においては、開発者の具体的な目標を達成するために、実施態様ごとに異なる可能性があるシステム関連およびビジネス関連の制約の順守など、実施態様に特有の数多くの決定を行わなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発への取組みは、複雑で時間がかかるものであるかもしれないが、それでも、本開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【0010】
本主題の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つまたは複数存在するという意味であることを意図している。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包含的であって、列挙された要素以外のさらなる要素も存在しうるという意味であることを意図している。
【0011】
開示の実施形態は、ガスタービンエンジンシステムの排気コレクタと共に使用される改造キットを備えている。改造キットは、それぞれ異なるサイズと接合面を有する１つまたは複数のディフューザと、連結構造（例えば、ボルト、ブラケット）と１つまたは複数の拡大シールアセンブリ（例えば、周方向溝、周方向シールセグメント、ボルトなど）との組み合わせを介して排気コレクタの末広がり部（例えば、円錐状部、デフレクタ部）およびタービンフレームに連結されたトンネルとを備えている。トンネルは、ガスタービンエンジンのディフューザ部と同心になるようにディフューザ部を通り抜けていてもよい。すなわち、トンネル（例えば、ボア）は、断熱されて排気コレクタフレームに連結されており、コレクタ室内を延びて、排気ディフューザを通り抜け、ガスタービンエンジンに連結されていてもよい。トンネルは、リンク機構（例えば、ガスタービンシャフトと負荷のシャフトとの軸継手）を取り囲み、リンク機構を高温ガスから断熱することができる。トンネルは、ガスタービンエンジンの改造部品であっても当初の部品であってもよい。例えば、開示の実施形態は、排気コレクタトンネルを備えた改造キットを備えており、排気コレクタトンネルは、このトンネルをガスタービンエンジンに連結するために使用される、排気コレクタトンネルとガスタービンフレームとの間の接合面を変えることによって、より大きなタービンエンジン用に設計された特定の排気システム（例えば、排気コレクタ）をそれとは別のタービンエンジンと共に使用することを可能にしている。
【0012】
改造キットは、１つまたは複数のシールキャリアを使用して排気ガスの漏れを低減する。トンネルは、ガスタービンエンジンから排気コレクタの末広がり部（例えば、円錐状部、デフレクタ部）まで移行するように設計された形状を有する。ガスタービンエンジンの一部の実施形態の場合、トンネルの形状は、ガスタービンエンジンから末広がり部まで円筒形（例えば、直線的な環状壁）であってもよい。しかしながら、ガスタービンエンジンの他の実施形態の場合には、トンネルの形状は、ガスタービンエンジンから末広がり部まで可変（例えば、直径が可変の環状壁）であってもよい。例えば、トンネルの環状壁は、ガスタービンエンジンから末広がり部まで徐々に拡大または縮小していてもよい。トンネルの環状壁は、円錐台状、湾曲環状、段付き環状（例えば、直径が複数段の環状壁）、またはそれらの組み合わせであってもよい。その結果、改造キットにより、ガスタービンエンジン発電プラントの排気コレクタエンクロージャまたは他のパッケージエンクロージャに対する複雑な変更を必要とせずに、より大きなガスタービンエンジン用に設計された排気コレクタを他の型のガスタービンエンジン（例えば、より小さいエンジン）で使用すること、またはその逆が可能になる。例えば、改造キットは、既存の排気コレクタとガスタービンフレームとの間にトンネルを直接取り付けることを可能にしてもよい。目下のところ、ガスタービンエンジン用に改造キットが考えられているが、開示の実施形態は改造キットに限定されない。
【0013】
ここで図面に目を向け、最初に図１を参照すると、ガスタービンエンジン発電プラント１０の図が示されている。ガスタービンエンジン１２（またはガスタービン）、例えば、航空転用ガスタービンエンジンが、排気コレクタアセンブリ１４に連結されている。この図はまた、リンク機構１８（例えば、回転継手または軸継手）を介してタービンエンジン１２に連結された発電機１６を示している。ガスタービンエンジン１２、排気コレクタアセンブリ１４、および発電機１６は、滑りプラットフォーム２０にしっかりと取り付けられていてもよい。吸気および濾過システム２２によって、燃焼用の清浄な空気が供給されてもよい。空気は、ガスタービンエンジン１２の圧縮機部で圧縮され、液体燃料または天然ガスなどの気体燃料と混合される。次いで、混合気は、ガスタービンエンジン１２の燃焼室で燃焼される。その後、混合気の燃焼によって生じた高温の加圧ガスが、ガスタービンエンジン１２内の複数のタービンブレードを通過する。高温の加圧ガスは、タービンブレードを回転させ、リンク機構１８を回転させる。リンク機構１８の回転は、図示のように、発電機１６などの負荷を駆動することができる。
【0014】
一実施形態では、高温ガスは、ガスタービンエンジン１２を軸方向に出て、ガスタービンエンジン１２の下流の排気コレクタアセンブリ１４に入る。ガスタービンエンジン１２は、高温ガス中のエネルギーの一部を回転運動に変換する。しかしながら、一部の有用なエネルギーが依然として高温排気ガス中に残っている可能性がある。したがって、排気コレクタアセンブリ１４は、例えば、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）によって、さらなる使用のために高温排気ガスを捕捉して送ることができる。ＨＲＳＧは、高温排気ガスを使用して、発電プラント１０内の蒸気発生器および／または他の機器で使用する蒸気を生成することができる。排気コレクタアセンブリ１４内に出る高温ガスは、高速で流れており、高温を含むことができる。以下の図２ないし図１０に関してより詳細に説明する実施形態を使用することにより、第１のガスタービンエンジン（例えば、第１の出力タービン）用に設計された排気コレクタアセンブリ１４を、第２のガスタービンエンジン（例えば、第２の出力タービン）と共に使用することができる。第１および第２のガスタービンエンジンは、型番、物理的サイズ、出力、およびタービン出口または排気コレクタとの接続部の形状が異なっていてもよい。しかしながら、開示の実施形態は、所望のガスタービンエンジンと共に使用するために排気コレクタアセンブリ１４を適合させ、または改造することによってこれらの違いに対処する。
【0015】
図２は、ガスタービンシステム１０の排気コレクタ３０の一実施形態の斜視図を示しており、排気コレクタ３０は、トンネル３２（例えば、排気コレクタトンネルまたはシャフト連結トンネル）に連結されている。トンネル３２の特徴の説明を明確にするため、ガスタービンシステム１０のうち、タービン１２、リンク機構１８、吸気および濾過システム２２の全体は、図２には示されていない。排気コレクタ３０など、ガスタービンエンジンシステム１０の構成要素は、１つまたは複数のフレーム３４内に配置されていてもよい。排気コレクタ３０は、流入軸（すなわち、タービン軸３８）に対してタービン１２の下流にあるディフューザ３６に連結されている。ディフューザ３６は、タービン１２の（例えば、排気流路の外側境界を画定する）外壁と連結するように構成され、トンネル３２は、タービン１２の（例えば、排気流路の内側境界を画定する）内壁と連結するように構成されている。
【0016】
図示の排気ディフューザ３６は、ガスタービンエンジン１２から排気コレクタ３０に向かう排気流の下流方向４２に徐々に直径が増す環状壁４０を有する。環状壁４０は、排気流の下流方向４２に向かって長手方向軸４４から離れるように広がる末広がりの、または拡張する環状壁として説明することができる。環状壁４０は、直線的に拡張していても（例えば、円錐台状の壁であっても）および／または曲線的に拡張していていも（例えば、湾曲環状壁または釣鐘状壁であっても）よい。ディフューザ３６の小径側端部４６は、ガスタービンエンジン１２（図示の部分）に連結されている。ディフューザ３６は、ガスタービンエンジン１２から流出した排気ガスの軸流を拡散させる（例えば、広げて減速させる）。排気コレクタ３０は、ディフューザ３６からコレクタ室３７への流入軸に沿った排気流を受け取る。
【0017】
排気コレクタ３０は、右壁４８、上壁５０、左壁５２、底壁５４、後壁５６、および前壁５８を備えた排気コレクタフレーム３４（例えば、エンクロージャ）内に配置されている。末広がり部６０（例えば、末広環状壁または末広がり壁）は、左壁５２から排気コレクタ３０内に軸方向に突出していてもよい。末広がり部６０は、長手方向軸４４に対して角度が一定または実質的に一定（例えば、デフレクタ部または円錐台状壁）および／または角度が可変（例えば、釣鐘状などの湾曲環状壁）であってもよい。例えば、その角度は、２０度から７０度程度、３０度から６０度程度、４０度から５０度程度であってもよい。末広がり部６０は、例えば、ガス流が同じ軸方向で左壁５２に直接衝突しないように、ガス流の一部を放射状に分散させるために使用することができる。図示のように、末広がり部６０は、長手方向軸４４に沿って下流方向４２に向かって広がり、それにより、排気流を軸方向６２から半径方向６４に徐々に方向転換させる。
【0018】
トンネル３２は、断熱されて末広がり部６０に連結されており、排気コレクタ３０内を延びて、ディフューザ３６を通り抜け、タービンフレーム６６（図３を参照）を介してガスタービンエンジン１２に連結されていてもよい。断熱されたトンネル３２は、同じ材料または異なる材料からなる１つまたは複数の壁または層を有する環状壁３３を備えていてもよい。例えば、環状壁３３は、内側環状壁６８と、外側環状壁７０と、内側環状壁６８と外側環状壁７０との間の１つまたは複数の絶縁体層６９とを備えていてもよい。トンネル３２は、例えば、ディフューザ３６の内側中空領域のほぼ軸心において、長手方向軸４４と同軸であってもよい。トンネル３２は、一端でディフューザ開口部７２を通り抜け、タービンフレーム６６と連結していてもよい。トンネル３２は、リンク機構１８（例えば、シャフト１７とシャフト１９との軸継手）を取り囲み、リンク機構１８を高温ガスから断熱してもよい。シャフト１７は、ガスタービンエンジン１２に連結され、シャフト１９は、負荷、例えば、発電機１６に連結されていてもよい。
【0019】
トンネル３２は、末広がり部６０およびディフューザ開口部７２に取り外し可能に連結されていてもよい。トンネル３２を取り外すことにより、トンネル３２を他のトンネル（図５および図８を参照）に取り替えることができ、その結果、トンネル３２とタービン１２との間の接合面７４が変わる。接合面７４を変えることにより、様々なトンネル３２によって、排気コレクタ３０の末広がり部６０をガスタービンエンジン１２に後付けすることで、排気コレクタ３０を多数のガスタービンエンジンと共に使用することが可能になる。例えば、同じ末広がり部６０を様々な異なるガスタービンエンジン１２用に排気コレクタ３０内で使用することができると共に、トンネル３２は、同じ末広がり部６０から様々なガスタービンエンジン１２の様々な形状に移行するように形状が変化する。実際、適切なトンネル３２を選択することにより、特定のガスタービンエンジン１２が排気コレクタ３０の使用に適するように、トンネル３２とガスタービンエンジン１２との間の接合面を拡大させたり（例えば、直径を大きくしたり）、縮小させたり（例えば、直径を小さくしたり）することができる。したがって、ガスタービンエンジン１２の形状（例えば、より大きい直径またはより小さい直径）に応じて、トンネル３２の環状壁３３が様々な形状を有していてもよい。
【0020】
上述したように、トンネル３２の環状壁３３は、ガスタービンエンジン１２から末広がり部６０への流れの方向４２に直径が一定（例えば、円筒壁）または直径が可変（例えば、先細りまたは末広がりの環状壁）であってもよい。例えば、直径が可変の環状壁３３には、直線的に変化する環状壁（例えば、円錐台状の壁）、曲線的に変化する環状壁（例えば、湾曲状の環状壁）、または段階的に変化する環状壁（例えば、それぞれ異なる直径の複数の段を有する環状壁）も含まれる。特定の用途に応じて、環状壁３３は、互いに様々な組み合わせで前述の形状のいずれか１つまたは複数を有していてもよい。図示の実施形態では、トンネル３２は、一定または実質的に一定の直径（例えば、１パーセント未満の狂いがある直径）を有する実質的に直線または均一な形状（例えば、円筒壁３３）を有し、長手方向軸４４と同軸に配置されている。トンネル３２は、末広がり部６０およびタービンフレーム６６に取り外し可能に連結されている。末広がり部６０では、トンネル３２の第１の端部７６が、一組のトンネルフランジ７８（例えば、周方向に間隔を置いて配置されたフランジおよび／または環状フランジ）を介して末広がり部６０に固定されている。トンネルフランジ７８は、末広がり部６０にボルト止めされており、適切な数の締結具、例えば、ねじ付きボルト７５を介してこれらの構成要素を互いに固定するために使用されている。トンネル３２は、ディフューザ３６を通り抜けており、トンネル３２の第２の端部７９が、タービン接続アセンブリ７７を介してタービンフレーム６６に固定されている。図３に、タービン接続アセンブリ７７の部分断面図を示す。タービン接続アセンブリ７７は、一組のタービンフレームフランジ８０（例えば、周方向に間隔を置いて配置されたフランジおよび／または環状フランジ）を備えていてもよい。トンネル３２の第２の端部７９は、タービンフレーム６６にボルト止めされており、トンネル３２の第２の端部７９をタービンフレーム６６に固定するために使用されている。トンネル３２の第２の端部７９は、第１のシール溝８６（例えば、周方向シール溝または環状シール溝）内の開口部に配置された第１のシール８２（例えば、周方向シールまたは環状シール）を備えていてもよい。シール８２には、長手方向軸４４の周りに周方向に配置されて３６０度の構造（例えば、環状シール）を形成する、１つまたは複数のセグメント８４（例えば、周方向シールセグメント）も含まれる。シール８２は、第１のシール溝８６の開口部内で自由に動くことができるように、溝端部で連結が切り離されていてもよい。シール８２は、高温排気ガスの漏れを低減し、高温排気ガスがトンネル３２に入る可能性を低下させることができる。
【0021】
ディフューザ３６は、ディフューザ接続アセンブリ８９を介して排気コレクタフレーム３４に連結されている。図４にディフューザ接続アセンブリ８９の部分断面図を示す。ディフューザ接続アセンブリ８９は、一組の排気エンクロージャフランジ８８（例えば、周方向に間隔を置いて配置されたフランジおよび／または環状フランジ）を備えていてもよい。排気エンクロージャフランジ８８は、複数の締結具（例えば、ねじ付きボルト７５）を介して排気コレクタフレーム３４に締結されており、これらの構成要素を互いに固定するために使用されている。排気エンクロージャフランジ８８は、第２のシール溝９０（例えば、周方向シール溝または環状シール溝）を備えていてもよい。ディフューザ３６の外面４１に沿って配置された１つまたは複数の第２のシールセグメント９２（例えば、周方向シールセグメント）が、高温排気ガスの漏れを低減するために第２のシールセグメント９２に（例えば、ねじ付きボルトを介して）締結されてもよい。第２のシールセグメント９２は、ディフューザ３６の周りに周方向に配置されて、３６０度の構造（例えば、環状シール）を形成してもよい。ディフューザ３６は、一組の外側ディフューザフランジ９５（例えば、周方向に間隔を置いて配置されたフランジおよび／または環状フランジ）を介して排気エンクロージャフランジ８８の上流側でタービンフレーム６６にも連結されていてもよい。外側ディフューザフランジ９５は、複数の締結具（例えば、ねじ付きボルト７５）を介して外側タービンフランジ接続部９６に締結されており、これらの構成要素が互いに固定されている。
【0022】
上述したように、トンネル３２は、ディフューザ３６を通り抜けている。図示の実施形態では、トンネル３２とディフューザ３６は、径方向の支柱、継手、または他の支持構造を介して互いに直結されてはいない。径方向の支柱、継手、および他の支持構造がないことにより、トンネル３２を排気コレクタフレーム３４からより容易に取り外すことが可能になる。さらに、ディフューザ３６に対するトンネル３２の相対的なサイズによって、トンネル３２をより容易に取り外し可能にしてもよい。一実施形態では、トンネル３２の直径９８（例えば、内径または外径）は、１４から５４インチ、２０から４８インチ、２４から４４インチ、またはそれらの間の特定の直径など、任意の適切なサイズであってもよく、ディフューザ３６の直径１００（例えば、内径または外径）は、３４から１３６インチ、４８から１２２インチ、６０から１１０インチ、またはそれらの間の特定の直径など、任意の適切なサイズであってもよい。
【0023】
図５は、図１および図２のガスタービンシステム１０の排気コレクタ３０の断面図であり、排気コレクタ３０は、トンネル３２の別の実施形態によって変更（例えば、改造）されている。排気コレクタフレーム３４および末広がり部６０の構成要素は、図２に基づいて上述したものと実質的に同じであり、したがって、これらの構成要素については繰り返し説明しない。図示の実施形態では、トンネル３２は、トンネル３２の第１の端部７６からトンネル３２の第２の端部７９まで環状壁３３に沿ってテーパ形状１０２を有している。テーパ形状１０２の角度１０４は、環状壁３３に沿って約２度から４０度、３度から３５度、４度から３０度、または５度から２５度であってもよい。特定の実施形態では、角度１０４は、１度、２度または３度の最小角度よりも大きくても、１０度、１５度、２０度、２５度または３０度の最大角度よりも小さくても、またはこれら最小角度と最大角度の任意の組み合わせであってもよい。角度１０４は、第１の端部７６と第２の端部７９との間の長さの一部または全体（例えば、長さの少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％または１００％）に沿って一定または実質的に一定（例えば、１度未満の狂い）であってもよい。角度１０４が一定または実質的に一定である場合、トンネル３２の環状壁３３は、テーパ状環状壁（または環状壁３３の全長よりも短い場合はテーパ状環状壁部分）として説明することができる。上記に代わり、または上記に加えて、角度１０４は、第１の端部７６と第２の端部７６との間の長さの一部または全体（例えば、長さの少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％または１００％）に沿って可変であってもよい（例えば、少なくとも２度、３度、４度、５度、６度、７度、８度、９度または１０度曲線的に変化してもよい）。例えば、角度１０４が曲線的に変化する場合、トンネル３２の環状壁３３は、湾曲環状壁（または環状壁３３の全長よりも短い場合は湾曲環状壁部分）として説明することができる。環状壁３３は、壁６８、７０の予想される高応力領域の能力を向上させることによって、トンネル３２に沿って応力を低減および／または拡散させることができる。トンネル３２の第１の端部７６は、図２に基づいて上述したように、末広がり部６０に連結されていてもよい。すなわち、トンネル３２の第１の端部７６は、一組のトンネルフランジ７８（例えば、周方向に間隔を置いて配置されたフランジおよび／または環状フランジ）を介して末広がり部６０に連結されていてもよい。
【0024】
図６は、図５のテーパ状トンネル３２または図３および図８に示すトンネル３２と共に使用可能なタービン接続アセンブリ７７の別の実施形態の部分断面図である。図示の実施形態では、テーパ状トンネル３２の第２の端部７９が、１つまたは複数の締結具（例えば、ねじ付きボルト７５）を介してタービンフレームブラケット８０に連結されていてもよい。トンネル３２の第２の端部７９とタービンフレームブラケット８０とによって、シール８２（例えば、環状シールまたは周方向に分割されたシール）を受け入れるための第１のシール溝８６（例えば、環状シール溝）が形成されていてもよい。例えば、シール８２には、タービンフレームブラケット８０の力によって部分的に定位置に保持される複数の周方向シールセグメントも含まれる。
【0025】
図７は、図５のテーパ状トンネル３２または図３および図８に示すトンネル３２と共に使用可能なディフューザ接続アセンブリ８９の別の実施形態の部分断面図である。ディフューザ接続アセンブリ８９は、ディフューザ３６の外面４１に（例えば、溶接接続により）接続されたリップ９３を備えていてもよい。リップ９３（例えば、環状リップ）は、ディフューザ３６の外面４１の周りに周方向に延びている。リップ９３もまた、ディフューザ３６の外面４１の周りに周方向に配置されたシールセグメント９２を備えていてもよい。ディフューザ接続アセンブリ８９は、シールセグメント９２を受け入れる溝９０（例えば、環状シール溝）を形成するように、少なくとも２つのディフューザブラケット９４（例えば、周方向に間隔を置いて配置されたブラケットおよび／または環状ブラケット）を備えている。ディフューザブラケット９４は、締結具、例えば、ねじ付きボルト７５を介して互いに連結されていてもよい。ディフューザブラケット９４は、排気エンクロージャフランジ８８にも連結されていてもよい。
【0026】
再び図５を参照すると、トンネル３２の第１の端部７６の直径９８（例えば、内径または外径）は、トンネル３２の第２の端部７９の直径１０６（例えば、内径または外径）とはサイズが異なる（例えば、より大きい）。したがって、トンネル３２の環状壁３３は、第１の端部７６と第２の端部７９との間で直径が可変になっている。テーパ状トンネル３２により、トンネル３２の第２の端部７９とタービンフレーム６６との間の接合面を変えることが可能になる。例えば、第２の端部７９の直径１０６（例えば、内径または外径）に対する第１の端部７６の直径９８（例えば、内径または外径）の比は、少なくとも１．０５以上、１．１以上、１．１５以上、１．２以上、１．２５以上、１．３以上、１．４５以上、または１．５以上など、１より大きい。テーパ状トンネル３２により、末広がり部６０（例えば、図２と同じ末広がり部）を別のガスタービンエンジン１２（例えば、低出力タービンまたは他の適切なタービンエンジン）の別のディフューザ３６と共に使用することが可能になる。例えば、直径１０６および角度１０４は、別のガスタービンエンジン１２および／または別のディフューザ３６との改造を可能にするように特に選択されてもよい。したがって、第２の端部７９における直径１０６（例えば、内径または外径）に対するディフューザ３６の直径１００（例えば、内径または外径）の比は、例えば、１．５以上、１．７５以上、２以上、２．２５以上、２．５以上、２．７５以上、または３以上であってもよい。
【0027】
図示の実施形態では、トンネル３２の第１の端部７６の直径９８（例えば、内径または外径）は、１２から５０インチ、１８から４４インチ、２２から４０インチ、またはそれらの間の特定の直径など、任意の適切なサイズであってもよく、トンネル３２の第２の端部７９の直径１０６（例えば、内径または外径）は、８から４８インチ、１４から４２インチ、２０から３８インチ、またはそれらの間の特定の直径など、任意の適切なサイズであってもよい。図示の実施形態では、ディフューザ３６の直径１００（例えば、内径または外径）は、３４から１３６インチ、４８から１２２インチ、６０から１１０インチ、またはそれらの間の特定の直径など、任意の適切なサイズであってもよい。上述したように、トンネル３２とディフューザ３６とは、径方向支柱、継手、または他の支持構造を介して互いに直結されておらず、それにより、トンネル３２を排気コレクタフレーム３４からより容易に取り外すことができる。
【0028】
図８は、図１、図２、および図５のガスタービンシステム１０の排気コレクタ３０の断面図であり、排気コレクタ３０は、トンネル３２の別の実施形態によって修正（例えば、改造）されている。排気コレクタフレーム３４および末広がり部６０の構成要素は、図２および図５に基づいて上述したものと実質的に同じであり、したがって、これらの構成要素については繰り返し説明しない。図示の実施形態では、図８の排気コレクタ３０は、図９に示すようなタービン接続アセンブリ７７と、図１０に示すようなディフューザ接続アセンブリ８９を有している。しかしながら、一部の実施形態では、図８の排気コレクタ３０は、図３に示すようなタービン接続アセンブリ７７および／または図４に示すようなディフューザ接続アセンブリ８９を有していてもよい。
【0029】
図示の実施形態では、トンネル３２は、トンネル３２の第１の端部７６とトンネル３２の第２の端部７９との間の環状壁３３に沿って段部１０８（例えば、段付き壁部分などの環状段または急峻な直径変化）を有している。段部１０８は、トンネル３２の環状壁３３の隣り合う壁部１０７と壁部１０９との間で移行している。図８は段部１０８を１つだけ示しているが、トンネル３２の実施形態において、隣り合う壁部１０７と壁部１０９との間の段部１０８の数はいくらであってもよい（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つまたはそれ以上の環状段であってもよい）。隣り合う壁部１０７および／または壁部１０９は、円筒状またはテーパ状であってもよい。図示の段部１０８など、各段部１０８は、環状壁３３の直径を、壁部１０７から壁部１０９までいくらかの寸法またはパーセンテージだけ変化（例えば、減少）させてもよい。例えば、各段部１０８は、環状壁３３の直径１１０（例えば、内径または外径）を、段部１０８の直前の環状壁３３（例えば、壁部１０７における）の直径に対して少なくとも１インチ、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、７インチ、８インチ、９インチ、１０インチもしくはそれ以上、または少なくとも１パーセント、２パーセント、３パーセント、４パーセント、５パーセント、６パーセント、７パーセント、８パーセント、９パーセント、１０パーセントもしくはそれ以上減少させてもよい。一部の実施形態では、段部１０８は、第２の端部７９の直径１０６と同じになるように直径１１０を減少させてもよいし、または段部１０８は、壁部１０７の角度１０４が約１度以下、２度以下、３度以下、４度以下、５度以下、６度以下、７度以下、８度以下、９度以下または１０度以下になるように直径１１０を減少させてもよい。また、段部１０８は、長手方向軸４４に対して、１５度から９０度、２０度から７５度、３０度から６０度、または４０度から５０度など、角度１１１（例えば、鋭角）を有していてもよい。一部の実施形態では、段部１０８の角度１１１は、同様に長手方向軸４４に対して測定される末広がり部６０の角度６１と実質的に同じであってもよい。しかしながら、段部１０８の角度１１１は、小さい直径１１０側に急激に移行するようなより大きい角度など、末広がり部６０の角度６１と異なっていてもよい。
【0030】
図５に示す実施形態と同様に、トンネル３２の第１の端部７６の直径９８（例えば、内径または外径）は、トンネル３２の第２の端部７９の直径１０６（例えば、内径または外径）よりも大きい。したがって、段部１０８により、トンネル３２の第２の端部７９とフレーム６６との間の接合面を変えることが可能になる。図示の実施形態では、トンネル３２の第１の端部７６は、１２から５０インチ、１８から４４インチ、２２から４０インチ、またはそれらの間の任意の特定の直径などの直径９８（例えば、内径または外径）を有している。最初の段部１０８では、トンネル径が縮小され、８から４８インチ、１４から４２インチ、２０から３８インチ、またはそれらの間の任意の特定の直径などのトンネル径１１０を有している。トンネル３２の第２の端部７９の内径１０６は、１０から４６インチ、１６から４０インチ、２２から３６インチ、またはそれらの間の任意の特定の直径である。図示のトンネル３２（例えば、段付きトンネル）は、末広がり部６０と、別のガスタービンエンジン１２の別のディフューザ３６との間に配置されている。図示の実施形態では、第２のディフューザ３６の直径１００（例えば、内径または外径）は、３４から１３６インチ、４８から１２２インチ、６０から１１０インチ、またはそれらの間の特定の直径など、任意の適切なサイズであってもよい。
【0031】
図９は、本明細書に開示の実施形態に従って、図２ないし図８の改造キットのうちの１つを使用した改造に備えて排気コレクタアセンブリ１４の一部（例えば、第１のトンネル３２および第１のディフューザ３６）を取り外す方法２００を示す。方法２００は、出力タービン１２とトンネル３２との係合を解除するステップ（ブロック２０２）を含む。方法２００は、パッケージのエンクロージャ３０の後壁５６を取り外すステップ（ブロック２０４）を含む。排気エンクロージャ３０の後壁５６を取り外すことにより、トンネル３２とディフューザ３６を排気エンクロージャ３０から取り外すことが可能になる。方法２００は、トンネル３２を末広がり部６０（例えば、デフレクタ部）との連結から切り離すステップ（ブロック２０６）を含む。トンネル３２の連結を切り離すステップは、トンネル３２の第１の端部７６の末広がり部６０（例えば、デフレクタ部）へのボルト締めを解除するステップを含んでいてもよい。方法２００は、トンネル３２のシール８２の係合を解除するステップを含む。シール８２の係合を解除するステップは、トンネル３２の第２の端部７９からタービンフレーム８０を取り外すステップを含んでいてもよい。方法２００は、取り付けられているトンネル３２を排気コレクタ３０から軸３８に沿って取り外すステップ（ブロック２０８）を含む。方法２００は、タービン１２からディフューザ３６の連結を切り離すステップ（ブロック２１０）を含む。ディフューザ３６の連結を切り離すステップは、ディフューザブラケット９４を排気エンクロージャフランジ８８から取り外すステップを含んでいてもよい。本方法は、ディフューザシール９２の係合を解除するステップ（ブロック２１２）を含む。方法２００は、取り付けられているディフューザ３６を軸３８に沿って取り外すステップを含む。
【0032】
図１０は、本明細書に開示の実施形態に従って、図２ないし図８の改造キットのうちの１つを取り付けて（例えば、図９の方法２００を実行した後に、別の交換用トンネル３２および別の交換用ディフューザ３６を取り付けて）図１の排気コレクタアセンブリ１４を変更する方法３００を示す。方法３００は、交換用ディフューザ３６を排気エンクロージャ３０内に取り付けるステップ（ブロック３０２）を含んでいてもよい。方法３００は、交換用ディフューザ３６をタービンフレーム６６に、１つまたは複数のボルトおよびフランジ接続部またはブラケットを介してボルト締めすることで、ディフューザ３６の小径側端部４６をタービンフレーム６６に固定することによって、交換用ディフューザ３６を定位置に連結させるステップ（ブロック３０４）をさらに含む。方法３００は、交換用ディフューザ３６の交換用シール９２を係合させるステップ（ブロック３０６）を含む。方法３００は、交換用トンネル３２を取り付けるステップ（ブロック３０８）を含む。方法３００は、トンネル３２の第１の端部７６を末広がり部６０（例えば、デフレクタ部）に連結するステップ（ブロック３１０）を含む。トンネル３２の第１の端部７６を末広がり部６０（例えば、デフレクタ部）に連結するステップは、末広がり部６０においてトンネル３２の第１の端部７６を１つまたは複数のトンネルフランジ７８にボルト締めするステップを含んでいてもよい。方法３００は、トンネル３２の反対側の第２の端部７９においてシール８２を係合させるステップ（ブロック３１２）を含む。トンネル３２が取り付けられると、方法３００は、排気エンクロージャ３０の後壁５６を元の場所に戻すステップ（ブロック３１４）を含む。前述の方法２００および３００は、排気コレクタアセンブリ１４が任意の所望のガスタービンエンジン１２と共に使用すること（例えば、排気コレクタアセンブリ１４への接続時にそれぞれ異なる寸法を有するそれぞれ異なるサイズ同士、型同士、種類同士の間で取り替えること）ができるように、排気コレクタアセンブリ１４を変更（例えば、改造）して図１ないし図８に示す実施形態間で切り替えるために使用することができる。
【0033】
本発明の技術的効果には、トンネルとタービンフレームとの間の接合面を変えることによって、より大きなタービンエンジン用に設計された特定の排気システム（例えば、排気コレクタ）を別のタービンエンジンと共に使用することを可能にするトンネルを備えた改造キットが使用可能であることも含まれる。改造キットは、それぞれ異なるサイズと接合面とを有する１つまたは複数のディフューザと、トンネルと、排気ガスの漏れを低減するための１つまたは複数のシールアセンブリとを備えている。トンネルは、排気コレクタとタービンフレームとの間を適合させるように、直線状、テーパ状、湾曲状、段状、または他の適切な形状の壁を有していてもよい。その結果、改造キットにより、ガスタービンエンジン発電プラントの様々な構成要素のための排気コレクタフレームまたは他のエンクロージャを大幅に変更する必要なく、より大きなガスタービンエンジン用に設計された排気コレクタを他の型のガスタービンエンジンで使用することが可能になる。
【0034】
本明細書は、例を使用して、特許請求の範囲に記載の主題を最良の形態を含めて開示すると共に、あらゆる装置またはシステムの作製および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む、当該主題の実施を当業者にとって可能にする。本主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違し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実質的に相違しない同等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であるものとする。
【符号の説明】
【0035】
１０ ガスタービンエンジン発電プラント、ガスタービンエンジンシステム１２ ガスタービンエンジン、出力タービン
１４ 排気コレクタアセンブリ
１６ 発電機
１７ シャフト
１８ リンク機構
１９ シャフト
２０ 滑りプラットフォーム
２２ 吸気および濾過システム
３０ 排気コレクタ、排気エンクロージャ
３２ トンネル
３３ 環状壁、円筒壁
３４ 排気コレクタフレーム
３６ ディフューザ
３７ コレクタ室
３８ タービン軸
４０ 環状壁
４１ ディフューザの外面
４２ 方向
４４ 長手方向軸
４６ ディフューザの小径側端部
４８ 右壁
５０ 上壁
５２ 左壁
５４ 底壁
５６ 後壁
５８ 前壁
６０ 末広がり部
６１ 末広がり部の角度
６２ 軸方向
６４ 半径方向
６６ タービンフレーム
６８ 内側環状壁
６９ 絶縁体層
７０ 外側環状壁
７２ ディフューザ開口部
７４ 接合面
７５ ねじ付きボルト
７６ トンネルの第１の端部
７７ タービン接続アセンブリ
７８ トンネルフランジ
７９ トンネルの第２の端部
８０ タービンフレームブラケット、タービンフレームフランジ
８２ 第１のシール
８４ セグメント
８６ 第１のシール溝
８８ 排気エンクロージャフランジ
８９ ディフューザ接続アセンブリ
９０ 第２のシール溝
９２ 第２のシールセグメント、ディフューザシール、交換用シール
９３ リップ
９４ ディフューザブラケット
９５ 外側ディフューザフランジ
９６ 外側タービンフランジ接続部
９８ 直径
１００ 直径
１０２ テーパ形状
１０４ 角度
１０６ 直径、内径
１０７ 壁部
１０８ 段部
１０９ 壁部
１１０ 直径、トンネル径
１１１ 角度
２００ 方法
３００ 方法
【外国語明細書】