JP2000291903A - ボイラ天井壁貫通部のシールプレート構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐圧部であるレグチューブに過大な応力が発
生することがなく、レグチューブとスリーブ間の溶接部
に疲労破壊が生じないようにする。 【解決手段】 ボイラ天井壁２を貫通するレグチューブ
１に挿入され、レグチューブ１との間で溶接されるスリ
ーブ５と、このスリーブ５との間で溶接され、側面にレ
グチューブ１の長手方向の伸縮を吸収するためのエキス
パンジョン８が設けられたシールプレート３とを使用し
てレグチューブ１と天井壁２間に隙間が生じないように
してレグチューブ１を天井壁２に固定するボイラ天井壁
貫通部のシールプレート構造において、前記シールプレ
ート３の炉幅方向Ｗの端部に炉幅方向Ｗと直交する方向
に延び、炉幅方向Ｗのシールプレート３の伸縮を吸収す
るための曲げ変形部９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラ天井壁を貫
通する伝熱管群と天井壁との間のシール構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から実施されているボイラ天井壁貫
通部のシール構造の一例を図５に示す。石炭焚きボイラ
においてはフライアッシュが天井壁と伝熱管との隙間か
ら天井囲い、所謂ペントハウス側に侵入しないように吊
りボルト４で支持された天井壁２と伝熱管（ここではレ
グチューブ、以下同様）１との間の隙間をシールプレー
ト３を用いて溶接し、固定する構造が取られている。

【０００３】レグチューブ１は蒸気温度の高温化に伴い
オーステナイト系ステンレス鋼が採用されることが多い
のに対し、シールプレート３は自身の温度が高々５００
℃程度にしか上昇しないこと、及び熱伸び変形を押さえ
たいことから、フェライト系材料、例えば炭素鋼あるい
はＣｒ−Ｍｏ鋼などが使用される。このため、図６に示
すように耐圧部であるレグチューブ１の溶接は、オース
テナイト系同士の溶接になるようにスリーブ５にオース
テナイト系の材料を使用し、異材溶接部を非耐圧部、す
なわち、スリーブ５とシールプレート３の溶接部とする
溶接構造が多く用いられている。

【０００４】しかし、このようにレグチューブ１とスリ
ーブ５、スリーブ５とシールプレート３を溶接すれば、
シールプレート３が天井壁２に固定されているので、レ
グチューブ１は管寄せと天井壁２との間で拘束された状
態となる。これに対し、天井壁２の自重は図５に示すよ
うに吊りボルト４で支えられているので、起動停止時に
吊りボルト４とレグチューブ１との間に熱伸び差が生じ
た場合、両拘束部材間で過大な応力が発生する。特に耐
圧部であるレグチューブ１とスリーブ５の溶接部６にお
ける過大な応力を防止するため、図７に示すように収縮
部（以下、「エキスパンジョン」と称す。）８を設ける
構造が提案され、その詳細が実開昭５６−１７３８０１
号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この構造では、天井壁
２と吊りボルト４との間の熱伸び差を吸収することがで
きるが、今度は管寄せ７と天井壁２との間で起動時と停
止時とでは熱伸び差が生じるため、図８に示すようにレ
グチューブ１に大きな曲げ変位が生じ、これが蓄積して
炉幅方向Ｗの端部においては、中央部に比べて非常大き
な曲げ応力が作用することになる。そのため、図９の管
寄せ端部の詳細図（図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は
断面図）に示すように、端部に大きな相対変位が生じた
場合（天井壁２と管寄せ７間に大きな相対変位が生じた
場合）、エキスパンジョン８は横方向の変位をほとんど
吸収することができない。これは、エキスパンジョン８
のＸ，Ｙ，Ｚ方向の変形パターンを見ると、図１０に示
すようにＺ方向の変位（図１０（ａ））に対しては、
Ａ，Ｂ部の曲げ応力で対応できるが、Ｘ，Ｙ方向に変形
しようとすると、面内で剪断変形を行わせるため（図１
０（ｂ））大きな荷重が必要となるためである。

【０００６】このようなことから分かるように、レグチ
ューブ１に曲げ変位が加わろうとした場合、図８に示し
たようにシールプレート３の端部があたかも拘束された
ような状態で曲げ変位が作用することになり、シールプ
レート３とスリーブ５の溶接部６に非常に大きな応力が
発生する。

【０００７】そこで、この横方向の変形抵抗を小さくす
るために図１１に示すように２個のＬ字を重ね合わせた
ような断面形状にスリーブ１０を構成した例が実開平２
−１００００４号公報に開示されている。しかし、この
ように構成しても、横方向（水平方向）に変形しようと
すると、側面を構成している断面Ｌ字の部材の剪断変形
が必要となり、ある程度の反力が発生することになる。
このことは、変位制御的にレグチューブ１を横方向に移
動させようとする力が働いた場合、このＬ字部材が変形
しにくく、耐圧部であるレグチューブ１が変形せざるを
得ないことを意味し、結果としてレグチューブ１に大き
な歪みが発生することになる。

【０００８】本発明は、このような背景に鑑みてなされ
たもので、その目的は、耐圧部である伝熱管に過大な応
力が発生することのないボイラ天井壁貫通部のシールプ
レート構造を提供することにある。また、他の目的は伝
熱管とスリーブ間の溶接部が疲労破壊を生じることのな
いボイラ天井壁貫通部のシールプレート構造を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の手段は、ボイラ天井壁を貫通する伝熱管に挿
入され、伝熱管との間で溶接されるスリーブと、このス
リーブとの間で溶接され、側面に伝熱管の長手方向の伸
縮を吸収するためのエキスパンジョンが設けられたシー
ルプレートとを使用して伝熱管と天井壁間に隙間が生じ
ないようにして伝熱管を天井壁に固定するボイラ天井壁
貫通部のシールプレート構造において、前記シールプレ
ートの炉幅方向の端部に炉幅方向と直交する方向に延
び、炉幅方向のシールプレートの伸縮を吸収するための
曲げ変形部を設けたことを特徴とする。

【００１０】第２の手段は、第１の手段において、前記
曲げ変形部を伝熱管が接続される管寄せの長手方向と直
交する方向に設けたことを特徴とする。

【００１１】第３の手段は、第１の手段において、前記
曲げ変形部を管寄せが接続されるマニホールドの長手方
向と直交する方向に設けたことを特徴とする。

【００１２】第４の手段は、第１ないし第３の手段にお
いて、前記曲げ変形部が断面逆Ｕ字型に形成されている
ことを特徴とする。

【００１３】第５の手段は、第１ないし第４の手段にお
いて、前記曲げ変形部の端面は曲げ変形を許容するため
に剪断変形が容易な薄肉に形成されていることを特徴と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。

【００１５】図１は本発明の実施形態に係るボイラ天井
壁貫通部を示す図であり、管寄せ７に溶接されたレグチ
ューブ（伝熱管）１はスリーブ５を介してシールプレー
ト３に溶接され、シールプレート３はエキスパンジョン
８を介して天井壁２に溶接されている。ここまでの構成
は図６ないし図８に示した従来例の構成と同一である。
以下、従来例を同等な各部には同一の参照符号を付し、
重複する説明は適宜省略する。この実施形態では、この
ように構成されたシールプレート３の炉幅方向の端部の
上面に炉幅方向と直交するように断面逆Ｕ字型の突条を
設け、曲げ変形部９としたことを特徴としている。

【００１６】このように構成したので、レグチューブ１
と吊りボルト４との間に生じる熱伸び差はエキスパンジ
ョン８で吸収し、管寄せ７と天井壁２との間に生じる熱
伸び差はエキスパンジョン８と端部レグチューブ１との
間のシールプレート３に設けた前記曲げ変形部９で吸収
することできる。これによって耐圧部であるレグチュー
ブ１に発生する応力を小さく抑えることが可能になる。

【００１７】図２はこの実施形態に係るシールプレート
３と前記図８に示した従来例をモデル化した図である。
同図において（ａ）は従来例を（ｂ）は本実施形態によ
るシールプレート構造を示す。そして、この構造で比較
のために疲労試験を行った。ここでは、エキスパンジョ
ン８の剛性が高い場合を想定して断面Ｕ字型のフレーム
１１の両端を拘束し、シールプレート３の側面側が変形
しないようにしている。本実施形態をモデル化した図２
（ｂ）の例では、図１に示すものと同様に断面を逆Ｕ字
型にした突条を曲げ変形部９としてシールプレート３の
上面に設けている。この状態で両者のレグチューブ１に
対し曲げ変位（矢印方向）を繰り返し、疲労試験を行っ
た。試験結果を図３に示す。

【００１８】この試験では、従来例では繰り返し変位を
片側０〜７ｍｍに設定し、本実施形態では０〜１０ｍｍ
に設定して行った。その結果、従来例では、１０，００
０〜１５，０００回の繰り返しでレグチューブ１とスリ
ーブ５との溶接部６に疲労亀裂が発生した。しかし、本
実施形態では、１００，０００回繰り返して溶接部６に
も亀裂の発生は認められなかった。このことは、本実施
形態のように曲げ変形部９を設けると、疲労破壊に対し
て非常に強い構造となっていることを示している。本実
施形態では、試験における変位量を従来例よりも大きく
とっていることを勘案すると、この試験結果から、本実
施形態の構造とすると、疲労破壊に対して顕著な強度向
上効果が得られたことがわかる。この強度の向上は、レ
グチューブ１から加わる曲げ変位をシールプレート３の
曲げ変形部９で吸収し、レグチューブ１とスリーブ５と
の溶接部６には、ほとんど荷重が作用しないことによる
と考えられる。

【００１９】なお、この実施形態では、曲げ変形部９を
断面逆Ｕ字上の突条として形成しているが、曲げ変形を
吸収できる機能を備えていれば形状を問うものではな
い。例えば前記突条を２重に形成し、略Ｍ字状に形成す
るようにしてもよい。ただし、折曲部は応力集中を避け
るため、曲線状に形成することが望ましい。

【００２０】また、図１に示すように曲げ変形部９を構
成した場合、逆Ｕ字状の端部を封鎖しておかないとシー
ルプレート３としての機能を損なうことになる。そこ
で、曲げ変形部９の水平方法の変形を許容できるように
曲げ変形するときに剪断変形させる必要がある。そのた
め、端面９ａの肉厚をシールプレート３の本体の肉厚よ
りも薄肉にして剪断変形が容易に行えるように設定する
ことが望ましい。

【００２１】図４は他の実施形態に係るボイラ天井壁貫
通部のシール構造を示す要部斜視図である。この実施形
態においても前記従来例及び前記実施形態と同等な各部
には同一の参照符号を付し、重複する説明は適宜省略す
る。

【００２２】この実施形態は、炉幅方向に配置したマニ
ホールド１２に複数本の管寄せ７を取り付け、その管寄
せ７にレグチューブ１を取り付ける方式のものにおいて
も、同様にシールプレート３の炉幅方向の端部に前記実
施形態と同様の曲げ変形部９を炉幅方向と直交する方向
に設けると、レグチューブ１と吊りボルト４の熱伸び差
をシールプレート３の側面に設けたエキスパンジョン８
によって、また、マニホールド１２と天井壁２の熱伸び
差を曲げ変形部９によってそれぞれ吸収することがで
き、耐圧部であるレグチューブ１に発生する応力を小さ
くすることが可能となり、もって溶接部６の疲労破壊を
防止することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、シールプレートの炉幅方向の端部に炉幅方向と直
交する方向に延び、炉幅方向のシールプレートの伸縮を
吸収するための曲げ変形部を設けたので、炉幅方向の伸
縮を曲げ変形部で吸収し、伝熱管の長手方向の伸縮をエ
キスパンジョンで吸収するので、ボイラの停止時と起動
時とで熱伸び差が生じても耐圧部である伝熱管に過大な
応力が発生するはない。また、伸びの差が吸収されるの
で、伝熱管とスリーブ間の溶接部が疲労破壊を生じるも
なく、信頼性の高いボイラ天井壁貫通部のシールプレー
ト構造を提供することができる。

【００２４】請求項２記載の発明によれば、曲げ変形部
を伝熱管が接続される管寄せの長手方向と直交する方向
に設けたので、管寄せと天井壁間の熱伸び差を吸収する
ことができる。

【００２５】請求項３記載の発明によれば、曲げ変形部
を管寄せが接続されるマニホールドの長手方向と直交す
る方向に設けたので、マニホールドと天井壁間の熱伸び
差を吸収することができる。

【００２６】請求項４記載の発明によれば、曲げ変形部
が断面逆Ｕ字型に形成されているので、曲げ応力を効率
よく吸収することができる。

【００２７】請求項５記載の発明によれば、曲げ変形部
の端面は曲げ変形を許容するために剪断変形が容易な薄
肉に形成されているので、曲げ変形部の曲げ変形を阻害
することがなく、曲げ変形部の機能を十分に果たさせる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るボイラ天井壁貫通部の
詳細を示す図である。

【図２】本実施形態に係るシールプレート構造と従来例
に係るシールプレート構造を比較試験した際のモデル図
である。

【図３】図２のモデルの比較結果を示す図である。

【図４】本発明の他の実施形態に係るボイラ天井壁貫通
部の詳細を示す図である。

【図５】従来例に係るボイラ天井壁貫通部の概略を示す
図である。

【図６】従来例におけるレグチューブ、スリーブ及びシ
ールプレートの溶接部を示す要部断面図である。

【図７】図５の構成にエキスパンジョンを設けた従来例
を示す概略図である。

【図８】従来例における管寄せと天井壁の熱伸び差によ
るレグチューブの曲げ変形の状態を示す図である。

【図９】図８の炉幅方向の管寄せの端部側の詳細を示す
図である。

【図１０】エキスパンジョンによる変形の吸収の状態を
説明するための図である。

【図１１】他の従来例に係るシールプレートの構造を示
す図である。

【符号の説明】

１ レグチューブ（伝熱管） ２ 天井壁 ３ シールプレート ４ 吊りボルト ５ スリーブ ６ 溶接部 ７ 管寄せ ８ エキスパンジョン（収縮部） ９ 曲げ変形部 ９ａ 曲げ変形部端面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須崎 一孝 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 姜 力 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 Ｆターム(参考） 3L065 BA17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラ天井壁を貫通する伝熱管に挿入さ
   れ、伝熱間との間で溶接されるスリーブと、このスリー
   ブとの間で溶接され、側面に伝熱管の長手方向の伸縮を
   吸収するための収縮部が設けられたシールプレートとを
   使用し、伝熱管と天井壁間に隙間が生じないようにして
   伝熱管を天井壁に固定するボイラ天井壁貫通部のシール
   プレート構造において、 前記シールプレートの炉幅方向の端部に炉幅方向と直交
   する方向に延び、炉幅方向のシールプレートの伸縮を吸
   収するための曲げ変形部を設けたことを特徴とするボイ
   ラ天井壁貫通部のシールプレート構造。
2. 【請求項２】 前記曲げ変形部を伝熱管が接続される管
   寄せの長手方向と直交する方向に設けたことを特徴とす
   る請求項１記載のボイラ天井壁貫通部のシールプレート
   構造。
3. 【請求項３】 前記曲げ変形部を管寄せが接続されるマ
   ニホールドの長手方向と直交する方向に設けたことを特
   徴とする請求項１記載のボイラ天井壁貫通部のシールプ
   レート構造。
4. 【請求項４】 前記曲げ変形部が断面逆Ｕ字型に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   １項に記載のボイラ天井壁貫通部のシールプレート構
   造。
5. 【請求項５】 前記曲げ変形部の端面は曲げ変形を許容
   するために剪断変形が容易な薄肉に形成されていること
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
   ボイラ天井壁貫通部のシールプレート構造。