特開 2022-107985 振れ止め金具、ボイラ装置、及び振れ止め金具の取付方法

(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】P2022107985

(43)【公開日】2022-07-25

(54)【発明の名称】振れ止め金具、ボイラ装置、及び振れ止め金具の取付方法

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/20 20060101AFI20220715BHJP

   F28F 9/013 20060101ALI20220715BHJP

【ＦＩ】

F22B37/20 B

F28F9/013 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021002731

(22)【出願日】2021-01-12

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中川 亮甫

(72)【発明者】

【氏名】東川 謙示

(72)【発明者】

【氏名】山本 英司

(57)【要約】

【課題】簡単な取付作業で、各部の隙間を適切に設定可能な振れ止め金具を提供する。
【解決手段】振れ止め金具（１０）は、互いに直交する第１突出部（１７）及び第１係合部（１８）を有する第１金具（１１）と、互いに直交する第２突出部（１９）及び第２係合部（２０）を有し、第１係合部（１８）及び第２係合部（２０）の内面（１８ａ、２０ａ）同士が対面するように配置される第２金具（１２）と、第１係合部（１８）の内面（１８ａ）及び第２係合部（２０）の内面（２０ａ）の間に配置される第１スペーサ（１３）と、第１係合部（１８）及び第２係合部（２０）それぞれの外面（１８ｂ、２０ｂ）に取り付けられる一対の第２スペーサ（１４、１５）とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラ装置の内部に所定の間隔を隔てて配置される第１伝熱管及び第２伝熱管に取り付けられる振れ止め金具であって、
互いに直交する第１突出部及び第１係合部を有する第１金具と、
互いに直交する第２突出部及び第２係合部を有し、前記第１係合部及び前記第２係合部の内面同士が対面するように配置される第２金具と、
前記第１係合部の内面及び前記第２係合部の内面の間に配置される第１スペーサと、
前記第１係合部及び前記第２係合部それぞれの外面に取り付けられる一対の第２スペーサとを備えることを特徴とする振れ止め金具。

【請求項2】

請求項１に記載の振れ止め金具において、
前記第１スペーサ及び一対の前記第２スペーサは、前記ボイラ装置の運転時の雰囲気温度より酸化限界温度が低い材料で形成されていることを特徴とする振れ止め金具。

【請求項3】

請求項１または２に記載の振れ止め金具において、
前記第１スペーサは、対面する前記第１係合部と前記第２突出部との間、及び対面する前記第２係合部と前記第１突出部との間にまで延設されていることを特徴とする振れ止め金具。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の振れ止め金具において、
前記第１スペーサの厚さは、前記第２スペーサの厚さより厚いことを特徴とする振れ止め金具。

【請求項5】

前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管と、
前記第１突出部が前記第１伝熱管に固定され、前記第２突出部が前記第２伝熱管に固定された請求項１～４のいずれか１項に記載の振れ止め金具とを備えることを特徴とするボイラ装置。

【請求項6】

請求項１～４のいずれか１項に記載の振れ止め金具を、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管に取り付ける振れ止め金具の取付方法であって、
前記第１係合部の内面及び前記第２係合部の内面の間に前記第１スペーサを取り付け、前記第１係合部及び前記第２係合部それぞれの外面に一対の前記第２スペーサを取り付ける組立工程と、
前記第２スペーサを前記第２伝熱管に当接させた状態で前記第１金具を前記第１伝熱管に取り付け、前記第２スペーサを前記第１伝熱管に当接させた状態で前記第２金具を前記第２伝熱管に取り付ける取付工程とを有することを特徴とする振れ止め金具の取付方法。

【請求項7】

請求項６に記載の振れ止め金具の取付方法において、
前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管の延設方向において、前記第１スペーサ及び一対の前記第２スペーサの長さは、前記第１金具及び前記第２金具の長さより長く、
前記組立工程において、前記第１スペーサ及び前記第２スペーサと前記第１係合部及び前記第２係合部との間に形成される隅部を点付け溶接することを特徴とする振れ止め金具の取付方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、隣接する伝熱管の間隔を保持する振れ止め金具、振れ止め金具を備えたボイラ装置、及び伝熱管への振れ止め金具の取付方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ボイラ装置の内部に配置される複数の伝熱管は、過熱された空気流の渦、スートブロワから噴射される蒸気、或いは地震などによって個別に振動する。このような伝熱管の振動は、隣接する伝熱管を接触させたり、伝熱管と管寄せとの接合部分に過大な応力を生じさせる原因となる。

【0003】

そこで、隣接する伝熱管同士の間隔を保持することによって、伝熱管の個別の振動を防止する振れ止め金具が知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。特許文献１、２に記載の振れ止め金具は、一対のＬ字金具を所定の間隔を隔てて組み合わせることによって、熱による伝熱管の伸びを許容しつつ、隣接する伝熱管の間隔を保持する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９－２８７７０５号公報

【特許文献2】特開平１０－７８２０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記構成の振れ止め金具が前述の機能を発揮するためには、Ｌ字金具同士の間隔及びＬ字金具と伝熱管との間隔を適切に設定する必要がある。そのため、従来の振れ止め金具の取り付け作業では、伝熱管にＬ字金具を溶接した後にハンマリング等で間隔を微調整するなど、長い時間及び熟練技術が必要になるという課題を生じる。

【0006】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な取付作業で、各部の隙間を適切に設定可能な振れ止め金具を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、ボイラ装置の内部に所定の間隔を隔てて配置される第１伝熱管及び第２伝熱管に取り付けられる振れ止め金具であって、互いに直交する第１突出部及び第１係合部を有する第１金具と、互いに直交する第２突出部及び第２係合部を有し、前記第１係合部及び前記第２係合部の内面同士が対面するように配置される第２金具と、前記第１係合部の内面及び前記第２係合部の内面の間に配置される第１スペーサと、前記第１係合部及び前記第２係合部それぞれの外面に取り付けられる一対の第２スペーサとを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、簡単な取付作業で、各部の隙間を適切に設定可能な振れ止め金具を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るボイラ装置の全体構成図である。

【図2】振れ止め金具の横断面図である。

【図3】振れ止め金具の縦断面図である。

【図4】振れ止め金具の取付方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係るボイラ装置１の全体構成図である。図１に示すように、ボイラ装置１は、燃料を燃焼させる火炉２と、火炉２内で発生した燃焼ガスの流路である燃焼ガス通路３と、燃焼ガス通路３内に配置された複数の過熱器４、５、６とを主に備える。火炉２及び燃焼ガス通路３は、ボイラ鉄骨の吊下げロッド及び吊下げビーム（図示省略）から吊り下げられている。なお、以下の説明においては、ボイラ装置１の火炉２側を缶前、燃焼ガス通路３の出口側を缶後という。

【0011】

火炉２は、バーナ（図示省略）で燃料を燃焼させることによって、燃焼ガスを発生させる。火炉２で発生した燃焼ガスは、燃焼ガス通路３を通って缶前から缶後に移動し、ボイラ装置１の外部に排出される。火炉２で燃料を燃焼させると（以下、「ボイラ装置１の運転時」と表記する。）、燃焼ガス通路３の雰囲気温度は１２００℃程度まで上昇する。

【0012】

過熱器４、５、６は、燃焼ガス通路３を通過する燃焼ガスと熱交換を行い、所定の温度まで過熱された過熱蒸気をタービンに供給する熱交換器である。特に、過熱器４は、燃焼ガス通路３の上部に吊り下げられた吊り下げ型の熱交換器である。過熱器４は、管寄せ７、８と、複数の伝熱管９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄと、振れ止め金具１０とを主に備える。

【0013】

複数の伝熱管９ａ～９ｄそれぞれは、一端が入口側の管寄せ７に接続され、他端が出口側の管寄せ８に接続されている。また、複数の伝熱管９ａ～９ｄは、管寄せ７、８の間において、所定の間隔を隔てて平行に延設されている。振れ止め金具１０は、例えば、伝熱管９ａ～９ｄが上下方向に延設されている区間において、隣接する伝熱管９ａ、９ｂ及び隣接する伝熱管９ｃ、９ｄを相互に接続する。

【0014】

図２～図３を参照して、伝熱管９ａ（第１伝熱管）及び伝熱管９ｂ（第２伝熱管）を相互に接続する振れ止め金具１０を説明する。図２は、伝熱管９ａ、９ｂの延設方向に直交する方向における振れ止め金具１０の断面図（横断面図）である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩにおける振れ止め金具１０の断面図（縦断面図）である。以下、「左右方向」に離間した伝熱管９ａ、９ｂが「上下方向」に延設されているものとして、振れ止め金具１０の構成を説明するが、各構成要素の方向は相対的なものであって、前述の例には限定されない。

【0015】

振れ止め金具１０は、隣接する伝熱管９ａ、９ｂの水平方向（すなわち、前後方向及び左右方向）の間隔を維持することによって、伝熱管９ａ、９ｂが個別に振動するのを防止する役割を担う。振れ止め金具１０は、第１金具１１と、第２金具１２と、第１スペーサ１３と、一対の第２スペーサ１４、１５と、ストッパ１６とで構成される。

【0016】

第１金具１１及び第２金具１２は、ボイラ装置１の運転時における雰囲気温度より酸化限界温度が高い材料（例えば、炭素鋼、低合金鋼、またはオーステナイト系ステンレス鋼管）によって形成される。一方、第１スペーサ１３及び一対の第２スペーサ１４、１５は、ボイラ装置１の運転時における雰囲気温度より酸化限界温度が低い材料（例えば、ＳＰＣＣ）によって形成される。酸化限界温度とは、高温酸化が発生する温度であって、ＳＰＣＣでは５００℃程度である。

【0017】

第１金具１１は、互いに直交する第１突出部１７及び第１係合部１８を有するＬ字形状の外形を呈する。第１突出部１７及び第１係合部１８は、各々が直方体形状の外形を呈する。そして、第１突出部１７及び第１係合部１８は、内面１７ａ、１８ａ、外面１７ｂ、１８ｂ、先端面１７ｃ、１８ｃ、上面１７ｄ、１８ｄ、及び下面１７ｅ、１８ｅ（図３参照）を有する。

【0018】

内面１７ａ、１８ａは、Ｌ字の内側において相互に連続する面である。外面１７ｂ、１８ｂは、Ｌ字の外側において相互に連続する面である。先端面１７ｃ、１８ｃは、Ｌ字の一端及び他端に位置する面である。さらに、内面１７ａ、１８ａ、外面１７ｂ、１８ｂ、及び先端面１７ｃ、１８ｃと接する一対の面のうち、一方が上面１７ｄ、１８ｄとなり、他方が下面１７ｅ、１８ｅとなる。

【0019】

第２金具１２の形状は、第１金具１１と同様である。すなわち、第２金具１２は、内面１９ａ、外面１９ｂ、先端面１９ｃ、上面１９ｄ、及び下面１９ｅを有する第２突出部１９と、内面２０ａ、外面２０ｂ、先端面２０ｃ、上面２０ｄ、及び下面２０ｅを有する第２係合部２０とで構成される。

【0020】

図２に示すように、第１金具１１は、伝熱管９ａ、９ｂの間隔が最も狭い位置より後方側において、第１突出部１７の先端面１７ｃを伝熱管９ａの外周面に溶接することによって、伝熱管９ａに固定される。すなわち、第１突出部１７は、伝熱管９ａから伝熱管９ｂに向けて右方に突出している。第１係合部１８は、第１突出部１７の突出端から前方に向けて屈曲している。そして、第１係合部１８は、伝熱管９ａ、９ｂの間において、前方に向けて延設されている。

【0021】

第２金具１２は、伝熱管９ａ、９ｂの間隔が最も狭い位置より前方側において、第２突出部１９の先端面１９ｃを伝熱管９ｂの外周面に溶接することによって、伝熱管９ｂに固定される。すなわち、第２突出部１９は、伝熱管９ｂから伝熱管９ａに向けて左方に延設されている。第２係合部２０は、第２突出部１９の突出端から後方に向けて屈曲している。そして、第２係合部２０は、伝熱管９ａ、９ｂの間（より詳細には、伝熱管９ａ及び第１係合部１８の間）において、後方に向けて延設されている。

【0022】

すなわち、第１突出部１７及び第２突出部１９は、伝熱管９ａ、９ｂの間隔が最も狭い位置を挟んで前後方向に離間した位置において、各々が左右方向に延設されている。また、第１係合部１８及び第２係合部２０は、左右方向に離間した位置において、各々が前後方向に延設されている。このように、第１金具１１及び第２金具１２は、第１係合部１８及び第２係合部２０が所定の間隔を隔てて係合するように配置されることによって、伝熱管９ａ、９ｂの個別の振動を防止している。

【0023】

第１金具１１及び第２金具１２は、第１係合部１８の内面１８ａと第２係合部２０の内面２０ａとが所定の間隔を隔てて対面し、第１突出部１７の内面１７ａと第２係合部２０の先端面２０ｃとが所定の間隔を隔てて対面し、第１係合部１８の先端面１８ｃと第２突出部１９の内面１９ａとが所定の間隔を隔てて対面している。そして、第１金具１１及び第２金具１２の間の隙間には、第１スペーサ１３が配置されている。

【0024】

より詳細には、第１スペーサ１３は、第１係合部１８の内面１８ａと第２係合部２０の内面２０ａとの間に配置されて、第１係合部１８及び第２係合部２０の間隔を維持する。また、第１スペーサ１３は、第１突出部１７の内面１７ａと第２係合部２０の先端面２０ｃとの間にまで延設されて、第１突出部１７及び第２係合部２０の間隔を維持する。さらに、第１スペーサ１３は、第１係合部１８の先端面１８ｃと第２突出部１９の内面１９ａとの間にまで延設されて、第１係合部１８及び第２突出部１９の間隔を維持する。

【0025】

このように、本実施形態に係る第１スペーサ１３は、略Ｚ型の外形を呈する。但し、第１スペーサ１３は、少なくとも第１係合部１８及び第２係合部２０の間に配置されていればよく、第１突出部１７及び第２係合部２０の間と、第１係合部１８及び第２突出部１９の間とに配置される部分は省略可能である。

【0026】

また、第１金具１１及び伝熱管９ｂは、第１係合部１８の外面１８ｂと伝熱管９ｂの外周面とが所定の間隔を隔てて対面している。さらに、第２金具１２及び伝熱管９ａは、第２係合部２０の外面２０ｂと伝熱管９ａの外周面とが所定の間隔を隔てて対面している。そして、第１金具１１と伝熱管９ｂとの間、及び第２金具１２及び伝熱管９ａとの間の隙間には、第２スペーサ１４、１５が配置されている。

【0027】

本実施形態に係る第２スペーサ１４、１５は、直方体形状の外形を呈する。但し、第２スペーサ１４、１５の伝熱管９ａ、９ｂに対面する面は、伝熱管９ａ、９ｂの外周面に沿う円弧形状であってもよい。また、第２スペーサ１４、１５は、伝熱管９ａ、９ｂの間隔が最も狭い位置において、第１係合部１８及び第２係合部２０の外面１８ｂ、２０ｂに取り付けられている。

【0028】

ストッパ１６は、直方体形状の外形を呈する。ストッパ１６は、第２金具１２より前方において伝熱管９ａの外周面に溶接接合され、伝熱管９ｂに向けて延設されている。ストッパ１６は、第１係合部１８及び第２係合部２０の係合が解除される向きに伝熱管９ａ、９ｂが個別に振動する（すなわち、伝熱管９ａが後方に移動し、伝熱管９ｂが前方に移動する）のを阻止する。

【0029】

図３に示すように、第１係合部１８及び第２係合部２０の上面１８ｄ、２０ｄは、外面１８ｂ、２０ｂ側から内面１８ａ、２０ａ側に向かって上り傾斜となっている。また、第１係合部１８及び第２係合部２０の下面１８ｅ、２０ｅは、外面１８ｂ、２０ｂ側から内面１８ａ、２０ａ側に向かって下り傾斜となっている。すなわち、第１係合部１８及び第２係合部２０の内面１８ａ、２０ａ側の高さ（「伝熱管９ａ、９ｂの延設方向の長さ」を指す。以下同じ。）Ｈ１は、外面１８ｂ、２０ｂ側の高さＨ２より高い。

【0030】

また、第１スペーサ１３の高さＨ３は、第１係合部１８及び第２係合部２０の内面１８ａ、２０ａ側の高さＨ１より高く設定されている。さらに、第２スペーサ１４、１５の高さＨ４は、第１係合部１８及び第２係合部２０の内面１８ａ、２０ａ側の高さＨ１より低く、且つ第１係合部１８及び第２係合部２０の外面１８ｂ、２０ｂ側の高さＨ２より高く設定されている。

【0031】

すなわち、第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４、１５の上端は、第１係合部１８及び第２係合部２０の上面１８ｄ、２０ｄより上方に突出している。また、第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４、１５の下端は、第１係合部１８及び第２係合部２０の下面１８ｅ、２０ｅより下方に突出している。なお、第２スペーサ１４、１５の高さＨ４は、第１係合部１８及び第２係合部２０の内面１８ａ、２０ａ側の高さＨ１より高くてもよい。

【0032】

その結果、第１係合部１８及び第２係合部２０と、第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４、１５との間には、隅部が設けられる。そして、この隅部に点付け溶接することによって、第１係合部１８及び第２係合部２０と、第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４、１５とが結合される。なお、振れ止め金具１０に用いられる溶接材料２１、２２、２３、２４、２５、２９、２７、２８、２９、３０、３１は、例えば、第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４と同じ材料（すなわち、ＳＰＣＣ）である。さらに、第１スペーサ１３の厚さＷ１は、第２スペーサ１４、１５の厚さＷ２より厚く設定される。

【0033】

図４を参照して、伝熱管９ａ、９ｂに振れ止め金具１０を取り付ける手順を説明する。図４は、振れ止め金具１０の取付方法を示すフローチャートである。まず、作業者は、第１係合部１８の内面１８ａと第２係合部２０の内面２０ａとが対面し、第１突出部１７の内面１７ａと第２係合部２０の先端面２０ｃとが対面し、第１係合部１８の先端面１８ｃと第２突出部１９の内面１９ａとが対面するように、第１金具１１及び第２金具１２を設置する。

【0034】

次に、作業者は、第１係合部１８の内面１８ａと第２係合部２０の内面２０ａとの間に第１スペーサ１３を設置し、第１係合部１８及び第２係合部２０と第１スペーサ１３とを点付け溶接する（Ｓ１）。また、作業者は、第１係合部１８の外面１８ｂに第２スペーサ１４を設置し、第２係合部２０の外面２０ｂに第２スペーサ１５を設置し、第１係合部１８及び第２係合部２０と第２スペーサ１４、１５とを点付け溶接する（Ｓ２）。ステップＳ１、Ｓ２は、組立工程の一例である。なお、ステップＳ１、Ｓ２は、図４に示す実行順序に限定されず、逆順で実行されてもよいし、並行して実行されてもよい。

【0035】

次に、作業者は、第２スペーサ１４を伝熱管９ｂに当接させ、この状態で第１突出部１７の先端面１７ｃを伝熱管９ａに溶接接合する（Ｓ３）。また、作業者は、第２スペーサ１５を伝熱管９ａに当接させ、この状態で第２突出部１９の先端面１９ｃを伝熱管９ｂに溶接接合する（Ｓ４）。ステップＳ３、Ｓ４は、取付工程の一例である。なお、ステップＳ３、Ｓ４は、図４に示す実行順序に限定されず、逆順で実行されてもよいし、並行して実行されてもよい。

【0036】

さらに、作業者は、第２金具１２より前方において、ストッパ１６を伝熱管９ａに溶接接合する。そして、作業者は、過熱器４の複数の箇所において、前述の工程を実施することによって、複数の振れ止め金具１０を取り付ける。

【0037】

上記の実施形態によれば、第１金具１１及び第２金具１２の間隔が第１スペーサ１３によって設定され、第１金具１１及び伝熱管９ｂの間隔が第２スペーサ１４によって設定され、第２金具１２及び伝熱管９ａの間隔が第２スペーサ１５によって設定される。そのため、予め組み立てられた振れ止め金具１０を伝熱管９ａ、９ｂに取り付けるだけで、各部の隙間を適切に設定することができる。その結果、フレッティング摩耗による伝熱管９ａ、９ｂの振動増大を防止することができる。

【0038】

また、上記の実施形態によれば、ボイラ装置１の運転時の雰囲気温度より酸化限界温度が低い材料で第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４、１５が形成される。これにより、伝熱管９ａ、９ｂに振れ止め金具１０を取り付ける過程では、第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４、１５によって各部の隙間が適切に設定される。一方、ボイラ装置１の運転時には、第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４、１５が焼損して拘束力を失うので、熱による伝熱管９ａ、９ｂの伸びが許容される。さらに、第１スペーサ１３及び第２スペーサ１４、１５に含まれる炭素成分が粉体化或いは粒状化することによって、摺動潤滑剤として機能する。

【0039】

また、上記の実施形態によれば、図４の手順を作用することによって、振れ止め金具１０の組立作業及び伝熱管９ａ、９ｂに対する取付作業を、短期間で簡単に行うことができる。その結果、振れ止め金具１０の取付作業を低コストで行うことができる。

【0040】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0041】

１ ボイラ装置
２ 火炉
３ 燃焼ガス通路
４，５，６ 過熱器
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ 伝熱管
１０ 振れ止め金具
１１ 第１金具
１２ 第２金具
１３ 第１スペーサ
１４，１５ 第２スペーサ
１６ ：ストッパ
１７ ：第１突出部
１７ａ，１８ａ，１９ａ，２０ａ 内面
１７ｂ，１８ｂ，１９ｂ，２０ｂ 外面
１７ｃ，１８ｃ，１９ｃ，２０ｃ 先端面
１７ｄ，１８ｄ，１９ｄ，２０ｄ 上面
１７ｅ，１８ｅ，１９ｅ，２０ｅ 下面
１８ 第１係合部
１９ 第２突出部
２０ 第２係合部
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１ 溶接材料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】