特許第6763632号(P6763632)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6763632燃料配管構造、ガスタービン及び燃料配管の支持方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6763632
(24)【登録日】2020年9月14日
(45)【発行日】2020年9月30日
(54)【発明の名称】燃料配管構造、ガスタービン及び燃料配管の支持方法
(51)【国際特許分類】
   F02C 7/228 20060101AFI20200917BHJP
   F01D 25/00 20060101ALI20200917BHJP
【FI】
   F02C7/228
   F01D25/00 H
【請求項の数】9
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2017-62721(P2017-62721)
(22)【出願日】2017年3月28日
(65)【公開番号】特開2018-165482(P2018-165482A)
(43)【公開日】2018年10月25日
【審査請求日】2019年3月8日
(73)【特許権者】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱パワー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100210572
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 太一
(74)【代理人】
【識別番号】100134544
【弁理士】
【氏名又は名称】森 隆一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100108578
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男
(74)【代理人】
【識別番号】100126893
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 哲男
(72)【発明者】
【氏名】中森 友仁
(72)【発明者】
【氏名】廣田 和生
(72)【発明者】
【氏名】小林 史生
【審査官】 高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2013/0340436(US,A1)
【文献】 米国特許第05540547(US,A)
【文献】 国際公開第2016/103230(WO,A1)
【文献】 特開平11−013940(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2015/0322862(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01D 25/00
F02C 7/22
F02C 7/228
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
可撓性を有し、ガスタービンの燃料マニホールドに支持された第一端部と前記ガスタービンの燃焼器に支持された第二端部とをそれぞれ有する第一配管及び第二配管と、
前記第一配管における前記第一端部及び前記第二端部を固定端とした振動モードの互いに隣り合う節と節との間の部分を構造物に対して支持する一対の第一支持部と、
前記第一配管における一対の前記第一支持部による二つの支持箇所を固定端とした振動モードにおける節の部分に接続されるとともに、前記第二配管における前記第一端部及び前記第二端部を固定端とした振動モードにおける互いに隣り合う節と節との間の部分を支持する第二支持部と、
を備える燃料配管構造。
【請求項2】
前記第一支持部は、
前記第一配管が前記第一端部及び前記第二端部のみで支持されている場合における該第一配管の中立位置から該第一配管が変位するように該第一配管を押圧しており、
前記第二支持部は、
前記第二配管が前記第一端部及び前記第二端部のみで支持されている場合における該第二配管の中立位置から該第二配管が変位するように該第二配管を押圧している請求項1に記載の燃料配管構造。
【請求項3】
前記第一支持部は、
前記構造物から延びる第一延在部と、
該第一延在部に固定されるとともに前記第一配管の外周面に当接する第一支持湾曲面を有する第一支持台と、
を有する請求項1又は2に記載の燃料配管構造。
【請求項4】
前記第二支持部は、
前記第一配管の外周面に当接する接続湾曲面を有する接続台と、
該接続台から延在する第二延在部と、
該第二延在部に固定されるとともに前記第二配管の外周面に当接する第二支持湾曲面を有する第二支持台と、
を有する請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料配管構造。
【請求項5】
前記第二支持部は、
前記第一配管の外周面に当接する接続湾曲面を有する接続台と、
該接続台から延在する第二延在部と、
可撓性を有する材料から形成され、該第二延在部に固定されるとともに前記第二配管の外周面を囲うC字状をなす弾性支持台と、
を有する請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料配管構造。
【請求項6】
空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、
燃料によって前記圧縮空気を燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器と、
該燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
外部から前記燃料が供給される燃料マニホールドと、
請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料配管構造と、
を備えるガスタービン。
【請求項7】
可撓性を有し、ガスタービンの燃料マニホールドに支持された第一端部と前記ガスタービンの燃焼器に支持された第二端部とをそれぞれ有する第一配管及び第二配管を支持する燃料配管の支持方法であって、
前記第一配管における前記第一端部及び前記第二端部を固定端とした振動モードの互いに隣り合う節と節との間の部分を、構造物に対して一対の第一支持部で支持する一次支持工程と、
該一次支持工程の後に、前記第一配管における一対の前記第一支持部による二つの支持箇所を固定端とした振動モードにおける節の部分に第二支持部を接続する接続工程と、
前記第二配管における前記第一端部及び前記第二端部を固定端とした振動モードにおける互いに隣り合う節と節との間の部分を前記第二支持部で支持する二次支持工程と、
を備える燃料配管の支持方法。
【請求項8】
前記一次支持工程は、
前記第一端部及び前記第二端部のみが支持されていることで中立位置にある前記第一配管を、前記第一支持部によって前記中立位置から変位させるように押圧して支持する請求項7に記載の燃料配管の支持方法。
【請求項9】
前記二次支持工程は、
前記第一端部及び前記第二端部のみが支持されていることで中立位置にある前記第二配管を、前記第二支持部によって前記中立位置から変位させるように押圧して支持する請求項8に記載の燃料配管の支持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料配管構造、ガスタービン及び燃料配管の支持方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンでは、圧縮機で生成された圧縮空気を燃焼器で燃料と混合することで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスが、静翼及び動翼が交互に配設されたタービン流路を通過する際に動翼及びロータを回転させる。
圧縮空気に混合される燃料は、燃料マニホールドから燃料配管を経て各燃焼器に供給される(例えば特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004−278395号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記燃料配管としては一般に鋼製配管が用いられている。よって、燃焼器の点検時に該燃焼器を取り外す際には、同時にすべての配管を除去する必要があり、燃焼器及び燃料マニホールドから燃料配管の両端を取り外す作業をしなければならない。さらに、検終了後には、再び全ての燃焼器及び燃料マニホールドに配管を接続して取り付ける作業を行う必要がある。そのため、燃焼器の点検時には、燃料配管の除去及び取り付けに多大な時間を要してしまっていた。
【0005】
また、燃料配管としては、ガスタービン運転時の振動による影響を回避するために、構造物から適切に支持されていることが好ましい。しかしながら、燃料配管自体は多数存在し、さらに燃焼器の周囲には多数の配管が設けられているため、全ての燃料配管を構造物から支持することは困難であった。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、点検時の作業効率を向上させることができるとともに燃料配管を適切に支持することができる燃料配管構造、これを備えたガスタービン、及び、燃料配管の支持方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の第一態様に係る燃料配管構造は、可撓性を有する材料から形成され、ガスタービンの燃料マニホールドに支持された第一端部と前記ガスタービンの燃焼器に支持された第二端部とを有する第一配管及び第二配管と、前記第一配管における前記第一端部及び前記第二端部を固定端とした振動モードの互いに隣り合う節と節との間の部分を構造物に対して支持する一対の第一支持部と、前記第一配管における一対の前記第一支持部による二つの支持箇所を固定端とした振動モードにおける節の部分に接続されるとともに、前記第二配管における前記第一端部及び前記第二端部を固定端とした振動モードにおける互いに隣り合う節と節との間の部分を支持する第二支持部と、を備える。
【0008】
上記構成によれば、燃料配管として可撓性を有する第一配管及び第二配管を採用しているため、燃焼器の点検時には、第一配管及び第二配管の第二端部を燃焼器から取り外し、これら第一配管及び第二配管の第二端部側を屈曲させることで、燃焼器取り外しのためのスペースを確保することができる。したがって、燃料配管全体を取り外す必要性はない。
また、第一配管は第一支持部を介して構造物に支持されており、第二配管は、第二配管は第二支持部を介して第一配管に支持されている。そのため、全ての燃料配管を構造物に対して支持しなくてもよい。また、第二配管を支持する第二支持部は、第一配管の振動モードを考慮して該第一配管の節に該当する箇所に接続されている。第一配管の節の部分は最も振幅が小さいため、第二配管を構造物に支持した場合と同等の支持効果を得ることができる。
【0009】
上記態様では、前記第一支持部は、前記第一配管が前記第一端部及び前記第二端部のみで支持されている場合における該第一配管の中立位置から該第一配管が変位するように該第一配管を押圧しており、前記第二支持部は、前記第二配管が前記第一端部及び前記第二端部のみで支持されている場合における該第二配管の中立位置から該第二配管が変位するように該第二配管を押圧していてもよい。
【0010】
これによって、第一支持部には第一配管の剛性と変位量に応じた垂直抗力が作用することになる。同様に、第二支持部には第二配管の剛性と変位量に応じた垂直抗力が作用する。これら垂直抗力に応じて、第一支持部と第一配管との間、第二支持部と第二配管との間にはそれぞれ摩擦力が発生する。そのため、第一配管、第二配管は、摩擦力によって第一支持部、第二支持部に拘束されることになる。よって、第一配管、第二配管を拘束するための特別な機構を別途設けなくとも、第一配管及び第二配管を適切に支持することができる。
また、燃焼器の取り外しに伴って第一配管、第二配管を第一支持部、第二支持部から取り外す際には、第一配管及び第二配管の弾性変形を利用して第一支持部、第二支持部から離脱させるのみで作業を完了させることができる。これら第一配管及び第二配管を拘束するためのボルト締結や解除等の作業が不要であるため、取り付け、取り外しに要する時間を大幅に低減することができる。
【0011】
上記態様では、前記第一支持部は、前記構造物から延びる第一延在部と、該第一延在部に固定されるとともに前記第一配管の外周面に当接する第一支持湾曲面を有する第一支持台と、を有していてもよい。
【0012】
第一支持湾曲面が第一配管に当接することで、第一支持部と第一配管との接触面積を増大させることができる。これによって、より適切に第一配管を支持することができる。
【0013】
上記態様では、前記第二支持部は、前記第一配管の外周面に当接する接続湾曲面を有する接続台と、該接続台から延在する第二延在部と、該第二延在部に固定されるとともに前記第二配管の外周面に当接する第二支持湾曲面を有する第二支持台と、を有していてもよい。
【0014】
接続湾曲面が第一配管に当接することで、第一配管と第二支持部との接触面積を増大させることができる。同様に、第二支持湾曲面が第二配管に当接することで、第二支持部と第二配管との接触面積を増大させることができる。これによって、より適切に第二配管を支持することができる。
【0015】
上記態様では、前記第二支持部は、前記第一配管の外周面に当接する接続湾曲面を有する接続台と、該接続台から延在する第二延在部と、可撓性を有する材料から形成され、該第二延在部に固定されるとともに前記第二配管の外周面を囲うC字状をなす弾性支持台と、を有していてもよい。
【0016】
これにより第二配管を弾性支持台のC字状の開口を介して該弾性支持台に容易に取り付け、取り外しを行うことができる。また、弾性支持台の内径と第二配管の外径との差に応じた拘束力を得ることができる。
【0017】
本発明の第二態様に係るガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料によって前記圧縮空気を燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼ガスによって駆動されるタービンと、外部から前記燃料が供給される燃料マニホールドと、上記いずれかの燃料配管構造とを備える。
【0018】
本発明の第三態様に係る燃料配管の支持方法は、可撓性を有する材料から形成され、ガスタービンの燃料マニホールドに支持された第一端部と前記ガスタービンの燃焼器に支持された第二端部とを有する第一配管及び第二配管を支持する燃料配管の支持方法であって、前記第一配管における前記第一端部及び前記第二端部を固定端とした振動モードの互いに隣り合う節と節との間の部分を、構造物に対して一対の第一支持部で支持する一次支持工程と、該一次支持工程の後に、前記第一配管における一対の前記第一支持部による二つの支持箇所を固定端とした振動モードにおける節の部分に第二支持部を接続する接続工程と、前記第二配管における前記第一端部及び前記第二端部を固定端とした振動モードにおける互いに隣り合う節と節との間の部分を前記第二支持部で支持する二次支持工程と、を備える。
【0019】
上記燃料配管の支持方法では、前記一次支持工程は、前記第一端部及び前記第二端部のみが支持されていることで中立位置にある前記第一配管を、前記第一支持部によって前記中立位置から変位させるように押圧して支持してもよい。
【0020】
上記燃料配管の支持方法では、前記二次支持工程は、前記第一端部及び前記第二端部のみが支持されていることで中立位置にある前記第二配管を、前記第二支持部によって前記中立位置から変位させるように押圧して支持してもよい。
【発明の効果】
【0021】
本発明の燃料配管構造、これを備えたガスタービン、及び、燃料配管の支持方法によれば、点検時の作業効率を向上させることができるとともに燃料配管を適切に支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】第一実施形態に係るガスタービンの模式的な縦断面図である。
図2】第一実施形態に係るガスタービンの燃料配管構造を示す側面図である。
図3】第一実施形態に係るガスタービンの燃料配管構造の模式図である。
図4図3のIV‐IV断面図である。
図5】第一実施形態に係る燃料配管の支持方法の手順を示すフローチャートである。
図6】第一実施形態に係る燃料配管の支持方法の一次支持工程を示す模式図である。
図7図6のVII‐VII断面図である。
図8】第一実施形態に係る燃料配管の支持方法の接続工程を示す模式図である。
図9】第一実施形態に係る燃料配管の支持方法の二次支持工程を示す模式図である。
図10図9のX-X断面図である。
図11】第二実施形態に係る燃料配管構造及び燃料配管の支持方法の二次支持工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明に係る第一実施形態について図1から図10を参照して詳細に説明する。
図1図4に示すように、本実施形態に係るガスタービン1は、圧縮空気を生成する圧縮機10と、圧縮空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器20と、燃焼ガスによって駆動されるタービン30と、燃料配管構造40を備えている。
【0024】
図1に示すように、圧縮機10は、軸線O回りに回転する圧縮機ロータ11と、圧縮機ロータ11を外周側から覆う圧縮機ケーシング12と、を有している。圧縮機ロータ11は、軸線Oに沿って延びる柱状をなしている。圧縮機ロータ11の外周面上には、軸線O方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼段13が設けられている。各圧縮機動翼段13は、圧縮機ロータ11の外周面上で軸線Oの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼14を有している。
【0025】
圧縮機ケーシング12は、軸線Oを中心とする筒状をなしている。圧縮機ケーシング12の内周面には、軸線O方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼段15が設けられている。これらの圧縮機静翼段15は、上記の圧縮機動翼段13に対して、軸線O方向から見て交互に配列されている。各圧縮機静翼段15は、圧縮機ケーシング12の内周面上で、軸線Oの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼16を有している。
【0026】
燃焼器20は、上記の圧縮機ケーシング12と、後述するタービンケーシング32との間に設けられている。圧縮機10で生成された高圧空気は、燃焼器20内部で燃料と混合されて予混合ガスとなる。燃焼器20内で、この予混合ガスが燃焼することで高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、タービンケーシング32内に導かれてタービン30を駆動する。
【0027】
タービン30は、軸線O回りに回転するタービンロータ31と、タービンロータ31を外周側から覆うタービンケーシング32と、を有している。タービンロータ31は、軸線Oに沿って延びる柱状をなしている。タービンロータ31の外周面上には、軸線O方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段33が設けられている。各タービン動翼段33は、タービンロータ31の外周面上で、軸線Oの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼34を有している。このタービンロータ31は、上記の圧縮機ロータ11に対して軸線O方向に一体に連結されることで、ガスタービンロータを形成する。
【0028】
タービンケーシング32は、軸線Oを中心とする筒状をなしている。タービンケーシング32の内周面には、軸線O方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼段35が設けられている。これらのタービン静翼段35は、上記のタービン動翼段33に対して、軸線O方向から見て交互に配列されている。各タービン静翼段35は、タービンケーシング32の内周面上で、軸線Oの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼36を有している。タービンケーシング32は、上記の圧縮機ケーシング12に対して軸線O方向に連結されることで、ガスタービンケーシングを形成する。すなわち、上記のガスタービン1ロータは、このガスタービンケーシング内で、軸線O回りに一体に回転可能とされている。
【0029】
次に、図2図4を参照して、本実施形態の燃料配管構造40について説明する。
図2に示すように、燃料配管構造40は、多数の燃料配管50を有している。
燃料配管50は、各燃焼器20と燃料マニホールド18とを接続している。燃料マニホールド18は、圧縮機ケーシング12の外周面に軸線Oを中心とした環状に延在しており、内部の空間に外部から燃料が供給される。各燃料配管50は、当該燃料マニホールド18内の燃料を各燃焼器20に分配する。燃料配管50は、一つの燃焼器20に対して複数(本実施形態では3つ)が接続されている。
【0030】
図3及び図4の模式図に示すように、燃料配管構造40は、第一支持部80及び第二支持部90を有している。以下では、多数の燃料配管50のうちの2つを第一配管60、第二配管70として燃料配管構造40について説明する。
【0031】
燃料配管50としての第一配管60、第二配管70は、それぞれ可撓性を有する管状の部材である。本実施形態の第一配管60及び第二配管70は、管軸方向に山部と谷部とが交互に接続された形状をなすいわゆるベローズ管である。これにより、第一配管60、第二配管70は、可撓性を有して弾性変形可能とされている。第一配管60、第二配管70の剛性は、例えば人の手によって容易に曲げられる程度とされている。これら第一配管60、第二配管70の谷部での内径は、例えば20〜50mm程度とされている。当該内径は、第一配管60、第二配管70を流通する燃料の体積流量と限界流速の関係に基づいて設定される。
【0032】
第一配管60及び第二配管70の一対の端部のうちの一方(以下、第一端部61,71と称する)は、燃料マニホールド18に固定されている。第一配管60及び第二配管70の一対の端部のうちの他方(以下、第二端部62,72と称する)は、燃焼器20に接続されている。即ち、第一配管60及び第二配管70は、第一端部61,71が燃料マニホールド18に支持され、第二端部62,72が燃焼器20に支持されている。
【0033】
第一支持部80は、第一配管60を構造物200に対して支持する。構造物200は、例えばガスタービン1が配置される建屋の壁、柱、床、梁等の静的な構造物200である。なお、構造物200としては、例えば、圧縮機ケーシング12等のガスタービン1の一部であってもよい。また、構造物200における第一支持部80の固定箇所の固有振動数は、第一配管60の固有振動数と一致又は近接しないことが好ましい。第一支持部80の剛性は第一配管60よりも大きく設定されている。例えば、第一支持部80を構造物200に固定する前に、構造物200の振動応答を計測して、第一配管60の固有振動数付近の周波数成分が大きくないことを確認することが好ましい。
【0034】
第一支持部80は、第一延在部83及び第一支持台84を有する。
第一延在部83は、構造物200に固定されるとともに、該構造物200から延在する部材である。本実施形態では、第一延在部83は延在方向の一端が構造物200に固定されている。第一延在部83は例えば溶接やボルト等の固定部を介して構造物200に固定されている。
【0035】
第一支持台84は、第一延在部83の他端に一体に固定されている。第一支持台84は、湾曲板状をなしており、該湾曲の外側となる面が第一延在部83に固定されている。第一支持部80における湾曲の内側となる面は、第一配管60の外周面に対して当接する第一支持湾曲面85とされている。該第一支持湾曲面85は、第一配管60の管軸に直交する断面視で、該第一配管60の外周面の周方向一部の領域に沿うように湾曲している。第一支持湾曲面85の湾曲の曲率半径は、第一配管60の曲率半径よりも大きく設定されている。第一支持台84は、第一配管60に対して構造物200側から当接している。
【0036】
このような第一支持部80は、第一配管60の管軸方向に間隔をあけて一対が設けられている。即ち、一対の第一支持部80を介して、互いに離間する2か所が構造物200に対して支持されている。
【0037】
第二支持部90は、第一配管60に接続されており、第二配管70を支持する。即ち、第二配管70は、第二支持部90を介して第一支持部80に対して支持される。第二支持部90は、接続台91、第二延在部93及び第二支持台94を有する。
第二支持部90の剛性は第一配管60及び第二配管70よりも大きく設定されている。
【0038】
接続台91は、湾曲板状をなす部材であって、湾曲の内側となる面が第一配管60の外周面に対して当接する接続湾曲面92とされている。接続湾曲面92は、第一配管60の管軸に直交する断面視で、該第一配管60の外周面の周方向一部の領域に沿うように湾曲している。接続湾曲面92の湾曲の曲率半径は、第一配管60の曲率半径よりも大きく設定されている。接続台91は、第一配管60に対して構造物200側とは反対側から当接している。即ち、接続台91の接続湾曲面92は、第一配管60の外周面における周方向の領域のうち、第一支持台84の第一支持湾曲面85が当接する領域とは異なる領域に当接している。
【0039】
第二延在部93は、接続台91に固定されているとともに該接続台91から延在する部材である。第二延在部93の延在方向の一端は、接続台91の湾曲の外側を向く面に固定されている。そして、第二延在部93は、接続台91から構造物200側とは反対側に向かって延びている。
【0040】
第二支持台94は、第二延在部93の他端に一体に固定されている。第二支持台94は、湾曲板状をなしており、該湾曲の外側となる面が第二延在部93に固定されている。第二支持部90における湾曲の内側となる面は、第二配管70の外周面に対して当接する第二支持湾曲面95とされている。該第二支持湾曲面95は、第二配管70の管軸に直交する断面視で、該第二配管70の外周面に沿うように湾曲している。第二支持湾曲面95の湾曲の曲率半径は、第二配管70の曲率半径よりも大きく設定されている。第二支持台94は、第二配管70に対して構造物200側から当接している。
【0041】
以上のように本実施形態では、第一配管60が、第一支持部80を介して構造物200に対して支持されており、第二配管70が第二支持部90を介して第一配管60に対して支持されている。即ち、第二配管70は他の部材を介して直接的に構造物200には支持されていない。
【0042】
次に本実施形態の燃料配管50の支持方法について図5のフローチャートを示しながら説明する。燃料配管50の支持方法は、一次支持工程S1、接続工程S2及び二次支持工程S3を含む。
【0043】
一次支持工程S1は、第一支持部80によって第一配管60を構造物200に対して支持する工程である。一次支持工程S1を行う際には、第一支持部80による2つの支持箇所を予め選定しておく。
具体的には、第一配管60の第一端部61及び第二端部62のみが支持された状態、即ち、第一配管60の第一端部61及び第二端部62が固定端とされた状態をモデル化し、当該モデルについてモード解析を行う。次いで、ターゲットとなる振動モードを選択し、当該振動モードでの第一配管60の節と腹とになる箇所を特定する。なお、ターゲットとなる振動モードとは、例えばガスタービン1の運転時に第一配管60に付与される振動数と同等の振動数が付与された際に最も卓越する振動モードである。
【0044】
第一配管60についてのモード解析の結果、例えば図6に示すように、第一端部61及び第二端部62を固定端とした一次モードをターゲットとする場合、当該一次モードの互いに隣り合う節と節との間の部分(第一端部61と第二端部62との間の部分)の2か所を一対の第一支持部80による支持箇所として選定する。
なお、例えば、二次モード、三次モードと高次の振動モードをターゲットとする場合にも同様に、各振動モードの互いに隣り合う節と節との間の部分を一対の第一支持部80の支持箇所として選定する。
【0045】
そして上記のように選定した2つの支持箇所を一対の第一支持部80の第一支持台84によって支持する。ここで、第一支持部80による第一配管60の支持方法について図7を参照して説明する。
第一支持部80の取り付け前の状態では、第一配管60は第一端部61及び第二端部62のみが支持されている。そのため、第一配管60はその剛性及び自重にしたがって撓んだ状態となる。このように重力以外の外力が付与されていない状態を第一配管60の中立位置(静的な中立位置、図7における破線で示す状態)とする。
【0046】
第一支持部80によって第一配管60を支持する際には、中立位置にある第一配管60を第一支持湾曲面85によって押圧することで該第一配管60を中立位置から変位させる。本実施形態では、構造物200側から離間させるように第一配管60を押圧して変位させる。これによって、第一配管60には変位量及び剛性に応じて中立位置に復帰しようとする復元力が生じる。即ち、第一支持湾曲面85に対して上記復元力に基づく垂直抗力Nが生じることになる。その結果、第一支持湾曲面85と第一配管60の外周面との間の摩擦力が増大し、当該摩擦力によって、第一支持部80による第一配管60の拘束力が得られる。即ち、摩擦力に基づく拘束力が作用することで、第一配管60が第一支持部80に支持される。
以上のようにして一次支持工程S1では、第一配管60における第一端部61及び第二端部62を固定端とした振動モードの節と節との間の部分を、構造物200に対して一対の第一支持部80で支持する。
【0047】
次いで、接続工程S2を行う。接続工程S2では、第二支持部90を第一配管60に接続する。接続工程S2を行う際には、第一支持部80による第一配管60への接続箇所を予め選定しておく。
具体的には、第一配管60が一対の第一支持部80によって支持された状態、即ち、一対の第一支持部80の支持箇所が固定端とされた状態をモデル化し、当該モデルについてモード解析を行う。次いで、ターゲットとなる振動モードを選択し、当該振動モードにおける第一配管60の一対の第一支持部80の間の部分での節と腹とになる箇所を特定する。なお、ターゲットとなる振動モードとは、上記同様、ガスタービン1の運転時に第一配管60に付与される振動数と同等の振動数が付与された際に最も卓越する振動モードである。
【0048】
当該モード解析の結果、例えば図8に示すように、一対の第一支持部80による支持箇所を固定端とした二次モードをターゲットとする場合、当該二次モードの節となる部分を第二支持部90の接続箇所として選定する。
なお、例えば、一次モードをターゲットする場合には、該一次モードの節となる第一支持部80による支持箇所と同一の管軸方向位置を第二支持部90の接続箇所として選定する。また、三次モード以上の振動モードをターゲットとする場合にも同様に、各振動モードの節となる箇所を第二支持部90による接続箇所として選定する。
そして、このように選定した接続箇所に第二支持部90の接続台91を接続する。即ち、接続台91の接続湾曲面92を、第一配管60における接続箇所として選定された部分の外周面に当接させて接続する。
【0049】
続いて、二次支持工程S3を行う。二次支持工程S3は、第一配管60に接続された第二支持部90によって第二配管70を支持する工程である。二次支持工程S3を行う際には、第二支持部90による1つの支持箇所を予め選定しておく。
具体的には、第二配管70の第一端部71及び第二端部72のみが支持された状態、即ち、第一端部71及び第二端部72が固定端とされた状態をモデル化し、当該モデルについてモード解析を行う。次いで、ターゲットとなる振動モードを選択し、当該振動モードでの第二配管70の節と腹とになる箇所を特定する。なお、ターゲットとなる振動モードとは、例えばガスタービン1の運転時に第二配管70に付与される振動数と同等の振動数が付与された際に最も卓越する振動モードである。
【0050】
第二配管70についてのモード解析の結果、例えば図9に示すように、第一端部71及び第二端部72を固定端とした二次モードをターゲットとする場合、当該二次モードの互いに隣り合う節と節との間の部分の一か所を第二支持部90による支持箇所として選定する。
なお、例えば、二次モード、三次モードと高次の振動モードをターゲットとする場合にも同様に、各振動モードの互いに隣り合う節と節との間の部分を第二支持部90の支持箇所として選定する。
【0051】
そして上記のように選定した1つの支持箇所を第二支持部90の第二支持台94によって支持する。ここで、第二支持部90による第二配管70の支持方法について図10を参照して説明する。
第二支持部90の取り付け前の状態では、第二配管70は第一端部71及び第二端部72のみが支持されている。そのため、第二配管70はその剛性及び自重にしたがって撓んだ状態となる。このように重力以外の外力が付与されていない状態を第二配管70の中立位置(静的な中立位置、図10における破線で示す状態)とする。
【0052】
第二支持部90によって第二配管70を支持する際には、中立位置にある第二配管70を第二支持湾曲面95によって押圧することで該第二配管70を中立位置から変位させる。本実施形態では、第一配管60からさらに離間させるように第二配管70を押圧して変位させる。これによって、第二配管70には変位量及び剛性に応じて中立位置に復帰しようとする復元力が生じる。即ち、第二支持湾曲面95に対して上記復元力に基づく垂直抗力Nが生じることになる。その結果、第二支持湾曲面95と第二配管70の外周面との間の摩擦力が増大し、当該摩擦力によって、第二支持部90による第二配管70の拘束力が得られる。即ち、摩擦力に基づく拘束力が作用することで、第二配管70が第二支持部90に支持される。
このようにして二次支持工程S3では、第二配管70における第一端部71及び第二端部72を固定端とした振動モードの節と節との間の部分を、第一配管60に対して一つの第二支持部90で支持する。
【0053】
なお、接続工程S2、二次支持工程S3は、同時に行ってもよく、また、二次支持工程S3を行った後に接続工程S2を行ってもよい。第二支持部90は、第二配管70を支持すると同時に、第一配管60、第二配管70の双方から受ける垂直抗力Nに基づく摩擦力によって挟み込まれるように支持されている。
【0054】
以上の燃料配管50の支持方法が実行されることで、本実施形態の燃料配管構造40では、第一支持部80は、第一配管60における第一端部61及び第二端部62を固定端とした振動モードの節と節との間の部分を支持している。さらに、第二支持部90は、第一配管60における一対の第一支持部80による二つの支持箇所を固定端とした振動モードにおける節の部分に接続されるとともに、第二配管70における第一端及び第二端を固定端とした振動モードにおける節と節との間の部分を支持している。
【0055】
次に本実施形態の作用効果について説明する。
上記構成によれば、燃料配管50として可撓性を有するベローズ管としての第一配管60及び第二配管70を採用している。そのため、燃焼器20の点検時には、第一配管60及び第二配管70の第二端部62,72を燃焼器20から取り外し、これら第一配管60及び第二配管70の第二端部62,72側を屈曲させることで、燃焼器20取り外しのためのスペースを確保することができる。したがって、燃料配管50全体を取り外す必要性はない。
【0056】
また、第一配管60は第一支持部80を介して構造物200に支持されている一方、第二配管70は、構造物200に支持された第一配管60に対して第二支持部90を介して支持されている。そのため、全ての燃料配管50を構造物200に対して支持しなくてもよい。
【0057】
さらに、第二配管70を支持する第二支持部90は、第一配管60の振動モードを考慮して該第一配管60の節に該当する箇所に接続されている。第一配管60の節の部分は最も振幅が小さいため、第二配管70を構造物200に支持した場合と同等の支持効果を得ることができる。そのため、支持部の配置の自由度を確保しながら、最小限の支持部によって各燃料配管50を適切に支持することが可能となる。支持部の全体数の低減を図ることで、燃焼器20の点検作業の工期を短縮することができる。
【0058】
ここで一般にガスタービン1の燃焼器20の周囲には多数の配管が存在する。そのため、仮に全ての燃料配管50の支持を周囲の構造物200に対して試みた場合、支持部と配管とが互いに干渉してしまうため、適切な支持を行うことができない。本実施形態ではこのような場合であっても、構造物200に支持された燃料配管50に対して他の燃料配管50を支持することで、燃料配管50群全体として適切な支持を行うことができる。
【0059】
また、第一支持部80は、第一配管60を中立位置から変位させるように該第一配管60を押圧している。これによって、第一支持部80には第一配管60の剛性と変位量に応じた垂直抗力Nが作用する。
一方、第二支持部90は、第二配管70を中立位置から変位させるように該第二配管70を押圧している。これによって、第一支持部80と同様に、第二支持部90には第二配管70の剛性と変位量に応じた垂直抗力Nが作用する。
これら垂直抗力Nに応じて、第一支持部80と第一配管60との間、第二支持部90と第二配管70との間にはそれぞれ摩擦力が発生する。そのため、第一配管60、第二配管70は、摩擦力によって第一支持部80、第二支持部90に拘束されることになる。よって、第一配管60、第二配管70を拘束するための特別な機構を別途設けなくとも、第一配管60及び第二配管70を適切に支持することができる。
【0060】
さらに、燃焼器20の点検時に第一配管60、第二配管70を第一支持部80、第二支持部90の拘束から解除する際には、第一配管60及び第二配管70の弾性変形を利用して第一支持部80、第二支持部90から離脱させるのみで作業を完了させることができる。これら第一配管60及び第二配管70を拘束するためのボルト締結や解除等の作業が不要であるため、取り付け、取り外しに要する時間を大幅に低減することができる。
【0061】
また、本実施形態では、湾曲形状をなす第一支持湾曲面85、第二支持湾曲面95が第一配管60、第二配管70にそれぞれ当接することで、そのため、ベローズ管としての第一配管60、第二配管70の弾性変形に応じて、接触面積をより多く確保することができる。したがって、より適切に第一配管60、第二配管70を支持することができる。
【0062】
次に本発明の第二実施形態について図11を参照して説明する。図11で第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態は、第二支持部90の構成が第一実施形態と相違する。第二実施形態の第二支持部90は、接続台91、第二延在部93及び弾性支持台191を有する。
【0063】
弾性支持台191は、可撓性を有する弾性材料から形成されている。弾性支持台191は、第二配管70の管軸に直交する断面視で該第二配管70の外周面を囲うC字状をなしている。第二延在部93は、当該C字状の開口192の反対側に固定されている。弾性支持台191の剛性は第二配管70の管軸に直交する方向の剛性(オーバル剛性)よりも小さく設定されている。弾性変形していない状態のC字状をなす弾性支持台191の内径は、第二配管70の外径よりも小さく設定されている。
【0064】
このような弾性支持台191には、図11に示すように該弾性支持台191のC字状の開口192から第二配管70が挿入される。即ち、第二配管70の挿入に伴って弾性支持台191の開口192が開くように弾性変形することで、弾性支持台191が第二配管70を受け入れる。さらに、弾性支持台191の内側に第二配管70が配置された状態では、弾性支持台191の内径よりも第二配管70の外径が大きいため、弾性支持台191は拡径した状態とされる。
【0065】
そのため、弾性支持台191には縮径しようとする復元力が生じ、当該復元力によって第二配管70が効果的に支持される。即ち、第一実施形態の効果に加えて、第二配管70に対しては、弾性支持台191の内径と第二配管70の外径との差分、弾性支持台191の剛性、弾性支持台191の内周面と第二配管70の外周面との摩擦力に応じた拘束力を加えることができる。したがって、より高い拘束力で第二配管70を支持することができる。
【0066】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、実施形態では第一支持台84、第二支持台94を湾曲形状としたが、例えば平板形状としてもよい。この場合、これら第一支持台84、第二支持台94の平面が第一配管60、第二配管70に当接する。この場合であっても、第一配管60、第二配管70に拘束力を与えることができる。
【0067】
なお、第一支持台84、第二支持台94の形状は上記に限定されず。例えばクリップのように第一配管60、第二配管70を挟み込んで支持可能か構成であってもよい。また、例えば永久磁石を有して、磁力によって第一配管60、第二配管70を支持可能な構成であってもよい。
【0068】
実施形態では、モード解析によって第一配管60、第二配管70の節と腹とを特定したが、必ずしも解析によって特定しなくともよい。例えば、実機に振動センサ及び分析器を取り付けて、実際の第一配管60、第二配管70の振動情報から、節と腹とを特定してもよい。その結果から、第一配管60の支持箇所、接続箇所及び第二配管70の支持箇所を特定してもよい。
【0069】
実施形態では多数の燃料配管50のうちの2つに焦点を当て、これら2つの燃料配管50を第一配管60、第二配管70として説明した。多数の燃料配管50は、全て第一配管60、第二配管70のいずれかに属していてもよい。
第一配管60を支持する一対の第一支持部80は、当該第一配管60を複数対で支持してもよい。第一支持部80による第一配管60の支持箇所は、第一配管60の振動モードにおける腹の部分とされていることが好ましい。
【0070】
第二支持部は、第一配管60の複数個所に接続されていてもよい。この場合、各第二支持部は、第一配管60の振動モードの節の部分に接続されている。また、一の第一配管60に対して、複数の第二配管70がそれぞれ第二支持部90を介して支持されていてもよい。
第一配管60に対して、複数の第二支持部90を介して第二配管70が支持されていてもよい。
【0071】
燃料配管50としての第一配管60、第二配管70は、可撓性を有していればよく、例えばフレキシブルホース、エキスパンションジョイントを採用してもよい。また構成の配管をコイル状に巻いたものを燃料配管50として採用してもよい。
【符号の説明】
【0072】
1 ガスタービン
10 圧縮機
11 圧縮機ロータ
12 圧縮機ケーシング
13 圧縮機動翼段
14 圧縮機動翼
15 圧縮機静翼段
16 圧縮機静翼
18 燃料マニホールド
20 燃焼器
30 タービン
31 タービンロータ
32 タービンケーシング
33 タービン動翼段
34 タービン動翼
35 タービン静翼段
36 タービン静翼
40 燃料配管構造
50 燃料配管
60 第一配管
61 第一端部
62 第二端部
70 第二配管
71 第一端部
72 第二端部
80 第一支持部
83 第一延在部
84 第一支持台
85 第一支持湾曲面
90 第二支持部
91 接続台
92 接続湾曲面
93 第二延在部
94 第二支持台
95 第二支持湾曲面
190 第二支持部
191 弾性支持台
192 開口
200 構造物
S1 一次支持工程
S2 接続工程
S3 二次支持工程
O 軸線
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11