JP2003065005A

JP2003065005A - 高温ダクトの非金属伸縮継手

Info

Publication number: JP2003065005A
Application number: JP2001253803A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Doi; 与志幸土居
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ベローズを高温ガスから保護し、
ガスタービンプラント等を安定して継続的に稼動させ、
保守省力化およびコストの低減化を図ることが可能な高
温ダクトの非金属伸縮継手を提供することにある。【解決手段】本発明は、内壁面側に断熱材７が設けら
れているベローズ４と、ベローズ４が取付けられるフレ
ーム５とを備えた伸縮継手本体３により、隣接している
高温ダクト１ａ，１ｂ間を伸縮可能に連結する高温ダク
ト１の非金属伸縮継手２において、伸縮継手本体３のベ
ローズ４内に空気Ａを供給し、空気Ａが断熱材７中を通
気して高温ダクト１内へ向かって流れ出るように構成し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン複合
サイクル発電プラントの排気ダクト等に適用される高温
ダクトの非金属伸縮継手に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスタービン複合サイクル発電プ
ラントにおいて、ガスタービンから排出された高温ガス
は高温ダクト（排気ダクト）を通って排熱回収蒸気発生
器に導かれ、同排熱回収蒸気発生器で蒸気を発生させ、
その後、発生した蒸気は蒸気タービンに供給されるよう
になっている。このような発電プラントでは、ガスター
ビンと排熱回収蒸気発生器との配置関係から複数本の高
温ダクトが設備されており、図６に示す如く、隣接して
いる高温ダクト５１の間は、熱応力や寸法誤差等を起因
とする軸方向および径方向の位置ずれを吸収するため、
非金属伸縮継手５２によって伸縮可能に互いに連結され
ている。

【０００３】非金属伸縮継手５２は、内壁面側にボルト
締めした断熱材５３が設けられているベローズ５４と、
該ベローズ５４が取付けられるフレーム５５とを備えた
伸縮継手本体５６により構成されており、この伸縮継手
本体５６は、フレーム５５を高温ダクト５１の外周面に
形成したフランジ５１ａにボルト締めすることにより取
付けられている。伸縮継手本体５６のベローズ５４は、
フッ化エチレン樹脂などの樹脂製シート（登録商標「テ
フロンシート」）の外表面にガラスクロスを被覆するこ
とによって構成されており、その耐熱温度は約２５０℃
である。一方、高温ダクト５１の内部の温度は、流通す
る高温ガスＧによって５５０〜６５０℃になっている。
このため、ベローズ５４は、内壁面側の断熱材５３によ
って耐熱温度以下（実績的には１００℃以下）になるよ
うに設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の非金属伸縮継手５２では、伸縮継手本体５６のベロ
ーズ５４が高温ダクト５１の熱膨張等の変位を抵抗力小
で吸収する必要があり、その材質に柔軟性の高い（した
がって、耐久性の低い）非金属材が使用されているの
で、ガスタービンの起動停止による伸縮の繰り返し、運
転中の振動、点検保守時の外的作用により損傷を受け易
い。また、ベローズ５４の内部に施工される断熱材５３
は、バインダで結合されて形成され、かつ金網などで内
壁面側に保持されているに過ぎないので、同断熱材５３
が劣化することにより、ベローズ５４の温度が上昇して
劣化を加速する可能性もある。シール層であるベローズ
５４の樹脂製シートが部分的に損傷（開口）した場合、
その損傷部分から高温ガスＧがリークし、しかも一旦、
樹脂製シートが高温ガスＧに曝されると、短時間で焼損
が拡大するので、ガス噴出事故に発展するおそれがあっ
た。

【０００５】一方、ベローズ５４の外表面は、これに被
覆したガラスクロスで保護されているので、その劣化兆
候を目視点検にて見つけるのは難しい。ベローズ５４の
寿命は使用環境に左右されるが、通常５〜１０年、最短
で２〜３年の実績があり、劣化兆候の把握が難しいとな
ると、信頼性を確保するためには、最短周期で無条件に
新品と交換するしか方法がない。ベローズ５４の交換周
期を延長する手段としては、初回ならびに２回目交換時
に使用済品の劣化度を調査（引張試験、樹脂製シート割
れ有無のミクロ観察等）して、その結果に応じて使用期
間を延長することが一般的に行われている。ただし、そ
の様な保守運用を確実に実施したとしても、想定できな
かった要因の作用によりベローズ５４が急激に劣化し、
ガス噴出事故等につながる場合もあった。

【０００６】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、ベローズを高温ガスから保護
し、ガスタービンプラント等を安定して継続的に稼動さ
せ、保守省力化およびコストの低減化を図ることが可能
な高温ダクトの非金属伸縮継手を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明においては、内壁面側に断
熱材が設けられているベローズと、該ベローズが取付け
られるフレームとを備えた伸縮継手本体により、隣接し
ている高温ダクト間を伸縮可能に連結する高温ダクトの
非金属伸縮継手において、前記伸縮継手本体のベローズ
内に空気を供給し、該空気が前記断熱材中を通気して前
記高温ダクト内へ向かって流れ出るように構成してい
る。

【０００８】また、本発明は、内壁面側に断熱材が設け
られているベローズと、該ベローズが取付けられるフレ
ームとを備えた伸縮継手本体により、隣接している高温
ダクト間を伸縮可能に連結する高温ダクトの非金属伸縮
継手において、前記伸縮継手本体のベローズを構成する
樹脂製シートを内側シールおよび外側シールによって二
重構造とし、これら内側シールおよび外側シール間に空
気を供給して封入することにより、前記断熱材の外側に
空気層を形成している。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実
施の形態に係る高温ダクトの非金属伸縮継手の断面図、
図２はその伸縮継手本体の断面図、図３はその伸縮継手
本体の平面図である。ガスタービン複合サイクル発電プ
ラントなどでは、ガスタービンから排出された高温ガス
を排熱回収蒸気発生器に導くため、図１に示す如く、こ
れらガスタービンおよび排熱回収蒸気発生器の両者間を
連絡する通気管として、複数本の高温ダクト１が設備さ
れている。これら高温ダクト１内には、ガスタービンか
らの高温ガスＧが矢印に示す方向へ流れており、内部の
温度は５５０〜６５０℃の高温になっている。このた
め、高温ダクト１は、熱膨張等によって軸方向および径
方向へ変位することになるから、この変位を小さな抵抗
力で吸収する必要がある。そこで、隣接している高温ダ
クト１ａ，１ｂは、軸方向へ間隔を開けて配置されてお
り、これら両高温ダクト１ａ，１ｂの間は、柔軟性およ
び密封性を有する非金属伸縮継手２によって伸縮可能に
連結されている。

【００１０】本実施の形態に係る非金属伸縮継手２は、
隣接している２つの高温ダクト１ａ，１ｂ間に掛け渡し
が可能な大きさで、かつ外周面に沿って配設可能な環状
の伸縮継手本体３により構成されている。この伸縮継手
本体３は、環状シートにて形成されたベローズ４と、こ
のベローズ４の左右両側部が取付けられる断面略八字形
状のフレーム５とを備えており、同フレーム５の上下部
には水平締付フランジ５ａと垂直締付フランジ５ｂが形
成され、水平締付フランジ５ａにベローズ４の両側部が
ボルト締めされるようになっている。また、伸縮継手本
体３は、フレーム５の垂直締付フランジ５ｂを高温ダク
ト１ａ，１ｂの外周面に起立形成した固定フランジ６に
ボルト締めすることにより取付けられている。

【００１１】上記伸縮継手本体３のベローズ４は、従来
例と同様、フッ化エチレン樹脂などの樹脂製シートと、
該樹脂製シートの外表面に被覆されるガラスクロスとを
重ね合わせることによって構成されており、その内壁面
側には、高温ダクト１の内部を流れる高温（５５０〜６
５０℃）の高温ガスＧからベローズ４を保護する断熱材
７がボルト締めによって設けられている。この断熱材７
は、高温ガスＧから伝わる温度をベローズ４の耐熱温度
（約２５０℃）以下に低下させるべく、幾層に重ね合わ
せられた状態で取付けられており、その内部は通気性を
有する多孔質構造となっている。

【００１２】また、本実施の形態に係る伸縮継手本体３
のベローズ４の外周縁部には、図１〜図３に示す如く、
複数個（本実施の形態では４個）の空気供給口８が等間
隔で対向する位置に設けられており、各空気供給口８に
は、ベローズ４内に空気Ａを供給する空気供給管（本実
施の形態では４本）９の一端がフレキシブルチューブ１
０を介してそれぞれ取付けられている。これら空気供給
管９は、ベローズ４の保護に有効な取付ピッチＰで配置
されており、各空気供給管９の他端は空気供給源１１に
接続されている。そして、空気供給管９の途中には、開
閉弁１２の他に、ベローズ４内への空気供給量を調整す
る流量計１３が配設されている。

【００１３】次に、本発明の実施の形態に係る高温ダク
ト１に使用された非金属伸縮継手２の作用を説明する。
まず、ガスタービンの運転中、同ガスタービンから高温
ガスＧが高温ダクト１内へ排出されている場合に、空気
供給源１１から空気Ａを空気供給管９内に送給する。送
り出された空気Ａは、空気供給管９内を通り、開閉弁１
２および流量計１３を経て非金属伸縮継手２へ送られ、
フレキシブルチューブ１０および伸縮継手本体３の各空
気供給口８からベローズ４内に供給される。そして、ベ
ローズ４内に供給された空気Ａは、図１の矢印に示す如
く、断熱材７中を通気して高温ダクト１内へ向かって流
れ出る（浸み出る）。この際、空気Ａの浸み出しが伸縮
継手本体３の全周で均等になること、空気Ａの浸み出し
による断熱材７への悪影響の有無（許容空気供給量）、
ベローズ４の伸縮時の耐久性（特に、空気供給管９の取
付部）、高温ダクト１の加熱時、ベローズ４の雰囲気
（温度低減効果）、空気Ａの浸み出しによる金属部への
熱影響（冷却による熱応力）などを確認する必要があ
り、この確認の結果、流量計１３等によってベローズ４
内への空気Ａの供給量を調整する。

【００１４】このように、本発明の実施の形態に係る非
金属伸縮継手２では、伸縮継手本体３のベローズ４内に
空気Ａを供給し、この供給した空気Ａを断熱材７中に通
気させ、高温ダクト１内へ向かって浸み出させているた
め、ベローズ４を低温度雰囲気下におくことが可能とな
り、高温ダクト１内を流れる高温ガスＧから伸縮継手本
体３のベローズ４を保護できる。したがって、仮に何ら
かの要因で、当該ベローズ４が局部的に損傷したとして
も、高温ガスＧのリークによるベローズ４の焼損拡大
は、低温空気Ａの注入によって食い止めることが可能と
なる。すなわち、多少のベローズ４の劣化が発生しても
ガス噴出事故に発展し得ないことから、ガスタービンの
運転をそのまま継続することができる。また、ベローズ
４の内壁面側に設けられた断熱材７の劣化を抑え、かつ
同断熱材７が劣化しても、低温の空気Ａによって同ベロ
ーズ４の温度上昇を抑制することが可能となるため、伸
縮継手本体３の寿命の延長を図ることができる。

【００１５】図４は本発明の他の実施の形態に係る高温
ダクトの非金属伸縮継手を示す断面図である。本実施の
形態の非金属伸縮継手２２が上記実施形態の非金属伸縮
継手２と相違する点は、図４に示す如く、伸縮継手本体
２３のベローズ２４を構成する樹脂製シートが内側シー
ル２４ａおよび外側シール２４ｂによって二重構造とな
っていることと、これら内側シール２４ａおよび外側シ
ール２４ｂの間に空気Ａを供給して封入することによ
り、断熱材７の外側に空気層３０が形成されていること
である。しかも、伸縮継手本体２３のベローズ２４内に
圧縮した空気Ａを供給する空気供給管９の途中には、ベ
ローズ２４内に形成した空気層３０の圧力を一定に保持
する圧力調整器３１と圧力計３２が配設されている。ま
た、圧力調整器３１は、高温ダクト１の内部と連通して
おり、ベローズ２４内に形成した空気層３０の圧力が、
圧力調整器３１にて高温ダクト１の内圧よりも常に高く
なるように設定されている。そして、ベローズ２４に
は、空気供給管９の一端が１箇所に取付けられている。
なお、図４中の矢印ａ方向は空気Ａの供給を示し、矢印
ｂ方向は空気Ａの排出を示している。その他の構成は上
記実施の形態と同様である。

【００１６】次に、本発明の実施の形態に係る非金属伸
縮継手２２の作用を説明する。まず、上記実施の形態と
同様、ガスタービンの運転中、同ガスタービンから高温
ガスＧが高温ダクト１内へ排出されている場合に、空気
供給源１１から圧縮した空気Ａを空気供給管９内に送給
する。送り出された圧縮空気Ａは、空気供給管９内を通
り、圧力調整器３１を経て非金属伸縮継手２２へ送ら
れ、伸縮継手本体２３の空気供給口８からベローズ２４
内に供給される。そして、ベローズ２４内に供給された
圧縮空気Ａが、樹脂シートの内側シール２４ａおよび外
側シール２４ｂの間に封入されると、その圧力によっ
て、図４の矢印に示す如く、内側シール２４ａは断熱材
７側へ向かって膨らむとともに、外側シール２４ｂは大
気側へ向かって膨らみ、断熱材７の外側に空気層３０が
形成されて、風船のような形状になる。この際、封入空
気圧の適正値（ベローズ２４、断熱材７の耐久性）、ベ
ローズの伸縮時の耐久性（特に、空気供給管９の取付
部）、空気供給装置の作動性（低圧力供給、加熱時圧力
変化に対する調整）、内側シール２４ａのバースト時の
影響（バーストに対する断熱材７、ベローズ２４の耐久
性）などを確認する必要があり、この確認の結果、圧力
調整器３１等によってベローズ２４内への空気Ａの圧力
を調整する。

【００１７】このように、本発明の実施の形態に係る非
金属伸縮継手２２では、伸縮継手本体２３のベローズ２
４内に圧縮した空気Ａを供給し、ベローズ２４内に供給
された圧縮空気Ａにより樹脂シートの内側シール２４ａ
および外側シール２４ｂを膨らませて、断熱材７の外側
に空気層３０を形成しているため、断熱材７を介して伝
わる高温ダクト１内の高温ガスＧの高熱を空気層３０に
より遮断し、ベローズ２４を低温度雰囲気下におくこと
が可能となり、高温ガスＧから伸縮継手本体２３のベロ
ーズ２４を保護できる等、上記実施の形態と同様の効果
が得られる。

【００１８】以上、本発明の実施形態につき述べたが、
本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本
発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能
である。例えば、既述の実施形態では、空気供給管９を
ベローズ４，２４に取付けたが、図５に示す如く、剛性
の高いフレーム５に空気供給口８，２８を設けて空気供
給管９を取付けても良い。この構造によれば、ベローズ
４，２４に取付ける場合に比べて空気Ａの漏れを少なく
できる。また、既述の実施形態では、空気供給管９を４
箇所に取付けたが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、２箇所あるいは４箇所以上に取付けても良い。

【００１９】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る高温ダクトの
非金属伸縮継手は、内壁面側に断熱材が設けられている
ベローズと、該ベローズが取付けられるフレームとを備
えた伸縮継手本体により、隣接している高温ダクト間を
伸縮可能に連結するものであって、前記伸縮継手本体の
ベローズ内に空気を供給し、該空気が前記断熱材中を通
気して前記高温ダクト内へ向かって流れ出るように構成
しているので、ベローズを高温ガスから保護し、ガスタ
ービンプラント等の稼動（電力供給）を安定して継続的
に行うことが可能となり、保守省力化および生産コスト
の低減化に貢献することができる。

【００２０】また、本発明の高温ダクトの非金属伸縮継
手は、内壁面側に断熱材が設けられているベローズと、
該ベローズが取付けられるフレームとを備えた伸縮継手
本体により、隣接している高温ダクト間を伸縮可能に連
結するものであって、前記伸縮継手本体のベローズを構
成する樹脂製シートを内側シールおよび外側シールによ
って二重構造とし、これら内側シールおよび外側シール
間に空気を供給して封入することにより、前記断熱材の
外側に空気層を形成しているので、上記した発明と同様
の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る高温ダクトの非金属
伸縮継手を示す断面図である。

【図２】上記非金属伸縮継手の伸縮継手本体の一部を示
す断面図である。

【図３】上記非金属伸縮継手の伸縮継手本体を示す平面
図である。

【図４】本発明の他の実施の形態に係る高温ダクトの非
金属伸縮継手を示す断面図である。

【図５】本発明の実施の形態の変形例に係る非金属伸縮
継手の伸縮継手本体の一部を示す断面図である。

【図６】従来の高温ダクトの非金属伸縮継手を示す断面
図である。

【符号の説明】

１高温ダクト２，２２非金属伸縮継手３，２３伸縮継手本体４，２４ベローズ５フレーム７断熱材８，２８空気供給口９空気供給管１０フレキシブルチューブ１１空気供給源１３流量計３０空気層３１圧力調整器Ａ空気Ｇ高温ガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内壁面側に断熱材が設けられているベロ
ーズと、該ベローズが取付けられるフレームとを備えた
伸縮継手本体により、隣接している高温ダクト間を伸縮
可能に連結する高温ダクトの非金属伸縮継手において、
前記伸縮継手本体のベローズ内に空気を供給し、該空気
が前記断熱材中を通気して前記高温ダクト内へ向かって
流れ出るように構成したことを特徴とする高温ダクトの
非金属伸縮継手。
【請求項２】前記伸縮継手本体のベローズ内に空気を
供給する供給管路には、ベローズ内への空気供給量を調
整する流量計が配設されていることを特徴とする請求項
１に記載の高温ダクトの非金属伸縮継手。
【請求項３】前記伸縮継手本体のベローズ内への空気
供給口が、前記ベローズ又は前記フレームに設けられて
いることを特徴とする請求項１または２に記載の高温ダ
クトの非金属伸縮継手。
【請求項４】内壁面側に断熱材が設けられているベロ
ーズと、該ベローズが取付けられるフレームとを備えた
伸縮継手本体により、隣接している高温ダクト間を伸縮
可能に連結する高温ダクトの非金属伸縮継手において、
前記伸縮継手本体のベローズを構成する樹脂製シートを
内側シールおよび外側シールによって二重構造とし、こ
れら内側シールおよび外側シール間に空気を供給して封
入することにより、前記断熱材の外側に空気層を形成し
たことを特徴とする高温ダクトの非金属伸縮継手。
【請求項５】前記伸縮継手本体のベローズ内に空気を
供給する供給管路には、前記ベローズ内に形成した空気
層の圧力を一定に保持する圧力調整器が配設されている
ことを特徴とする請求項４に記載の高温ダクトの非金属
伸縮継手。
【請求項６】前記伸縮継手本体のベローズ内への空気
供給口が、前記ベローズ又は前記フレームに設けられて
いることを特徴とする請求項４または５に記載の高温ダ
クトの非金属伸縮継手。
【請求項７】前記圧力調整器は、前記高温ダクトの内
部と連通しており、前記ベローズ内に形成した空気層の
圧力が、前記圧力調整器にて前記高温ダクトの内圧より
も常に高くなるように設定されていることを特徴とする
請求項４または５に記載の高温ダクトの非金属伸縮継
手。