JP2014016123A - ボイラ水壁部の外装板支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】外装板支持構造として、Ｕ形カバーとＺ形サポートを用いることで、多段に配置された外装板同士の熱伸び差による変位量を吸収し、外装板の支持構造を簡素化すること。
【解決手段】ボイラ水壁部外面の保温材７を覆う外装板１０と、ボイラ水壁部外方側に多段に設置されたフランジ部２０とウェブ部２１からなるバックステー６と、を備え、隣接する上下一組の上側バックステートと下側バックステーの間に外装材１０を取り付ける際に、上側バックステーのウェブ部２１下面に鋲で固定された略Ｕ型形状カバー１６と、下側バックステーのウェブ部上面に鋲１８で固定された略Ｚ型形状サポート１７と、を設け、略Ｕ型形状カバー１６は、その上部水平面と外装板上端の間に外装板の熱伸び量を吸収可能な隙間を形成し、外装板１０の上端部を挟み込み、略Ｚ型形状サポート１７は、その下部水平面が下側バックステーのウェブ部２１に鋲１８で固定され、外装板１０をその垂直面にビス１３で固定すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ本体のアウターケーシングに係わり、特にボイラ建設現地において施工されるボイラ水壁部の外装板支持構造に関するものである。

ボイラ水壁部における外装板の支持構造について、その従来の基盤技術を図６〜図９を参照しながらその概要を説明する。図６は、従来の基盤技術における、火炉、後部伝熱壁３、ケーシング４からなるボイラ本体と、ボイラ周壁を保護するためにボイラ本体外側に設けられたバックステー６と、を表す概略構成を示す図である。

図６によると、主に燃料を燃焼させる火炉、火炉と異なる水平位置に設けられた後部伝熱壁３、後部伝熱壁下部に位置するケーシング４が形成され、火炉は垂直管からなる上部壁１と傾斜管からなる下部壁２で構成されている。火炉下部壁外側には、ウィンドボックス５が設置され、バーナや燃焼用空気孔を通じて燃焼用空気が火炉内に投入される。

さらに、炉内圧に対してボイラ周壁を保護する目的で当該壁の外側には、例えばＨ形鋼のような帯状の部材からなり、水平方向に配置されるバックステー６が、ボイラ全体にわたり上下に複数段設置される。また、バックステー６のさらに外側には、不図示であるが、梁によって架せられた複数の柱が植立され、これらの柱とバックステー６とがリンク構造で連結されている。

図７は、従来の基盤技術におけるボイラ水壁部の外装板支持構造の見取図であり、図８と図９は、図７に示すＢ−Ｂ断面とｂ部の部分的構造の詳細図である。図７に示す外装板支持構造は、図６の上部壁１、下部壁２及び後部伝熱壁３に適用可能なものである。以下の説明では、上部壁１、下部壁２及び後部伝熱壁３を総じてボイラ水壁部と称する。

図７〜図９において、各段のバックステー６間に外装板１０を設置するために、ボイラ建設現地において、サポートアングル１１が、バックステー６のフランジ部上下面に溶接で例えば約１５００ｍｍピッチにて取付けられる。

次に、バックステー６の下側に設置するフレームアングル１２は、サポートアングル１１に対して現地にて溶接固定する。一方、バックステー６の上側に設置するフレームアングル１２は、サポートアングル１１に取付けたピン１４とフレームアングル１２に取付けた図示形状のガイド１５により上下方向並びに水平方向にスライドできる構造となっている。その意図は、各段のバックステー６間に配置された外装板１０の熱伸び差による変位量（ボイラ水壁部の高さ方向の温度差に影響されて外装板同士に熱伸び差が生じる）をスライドできる構造で吸収するためである。サポートアングル１１にフレームアングル１２を設定した後に、ビス１３を例えば約２５０ｍｍピッチで外装板１０に取り付けて、外装板１０をフレームアングル１２に固定する。

また、外気に接している外装板はボイラ本体との間に温度差が生じ、その温度差による伸び差の熱応力が働かないようにするために、バックステーの下面に押さえ金具を溶接固定し、この押さえ金具に対して押し付け金具をボルトによって取り付け、外装板の上部を押さえ金具と押し付け金具との間に挿入して両金具間で外装板の上部をスライド可能とする構造が、従来技術として提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

さらに、ボイラ管壁外周に設置されるアウターケーシングの支持構造として、アウターケーシングの端部を、Ｉ型鋼のフランジ部に対してねじ止めされた押さえばね金具によって押し付け支持することが、例えば特許文献２に従来技術として開示されている。これによると、アウターケーシングの上端部はＩ型鋼のウェブ部に対して隙間を保持している構造となっており、この隙間によってアウターケーシングの取り付けが容易であると記載されている。

実願昭５９−４１７１８号（実願昭６０−１５４７０８号公報）のマ イクロフィルム 実願昭５８−１７８４２３号（実願昭６０−８６７０７号公報）のマ イクロフィルム

ところで、図７〜図９に示す外装板の支持構造は、部材数が多く、構造が複雑であるため、設計費、材料費及び加工費が高くなり、現地での溶接部が多く存在するために多大な現地作業時間を費やすこととなる、という課題が生じる。

また、上記の特許文献１によると、外装板の上端部の支持構造として、バックステーに溶接固定される押さえ金具を用い、さらに、押さえ金具に溶接固定されたボルトで押し付け金具を取り付けるようになっていて、使用する部品点数も多く溶接固定を多用していて長い作業時間を要すると云う課題が生じる。

また、上記の特許文献２によると、アウターケーシング一方の面を押さえばねで支持し、押さえばねをバックステーに対して溶接ではなくねじ止めしてはいるが、アウターケーシングの他方の面がバックステーのフランジ部にあてがわれている。そうすると、バックステーのフランジ部とウェブ部との間の継ぎ目に存在する溶接の凹凸部位によって、アウターケーシングの直立位置決めに支障を来すこととなる。さらに、アウターケーシングの熱膨張の影響については何等触れていない。

本発明の目的は、ボイラ本体に複数段設けられたバックステーの上下に配置した外装板のボイラ水壁部からの熱による熱伸び差を吸収し、さらに、簡易で確実であり、且つ溶接固定を用いない外装板の支持構造を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
ボイラ水壁部の外面に設けられた保温材を覆う外装板と、前記外装板を取り付けるため、前記ボイラ水壁部の外方側水平面に多段に設置され、フランジ部とウェブ部からなるバックステーと、を備え、
隣接する上下一組の上側バックステーと下側バックステーの間に前記外装材を取り付ける際に、前記上側バックステーのウェブ部下面に溶接を用いず固定された略Ｕ型形状支持体と、前記下側バックステーのウェブ部上面に溶接を用いず固定された略Ｚ型形状支持体と、を設け、前記略Ｕ型形状支持体は、前記外装板の上端部を挟み込むとともに、前記略Ｕ型形状支持体の上部水平面と前記外装板上端の間に前記外装板の熱伸び量を吸収可能な隙間を形成して前記外装板を支持し、前記略Ｚ型形状支持体は、その下部水平面が前記下側バックステーのウェブ部に溶接を用いず固定され、前記外装板を前記略Ｚ型形状支持体の垂直面に取り付ける構成とする。

前記ボイラ水壁部の外装板支持構造において、前記略Ｕ型形状支持体は、前記外装板の受け面となる受け面垂直面と、前記バックステーのウェブ部に固定される前記上部水平面と、前記受け面垂直面に対面する対面垂直面と、前記対面垂直面から延長して前記外装板の上端部を押圧する折り曲げ部と、からなる一体構造であり、前記略Ｚ型形状支持体は、前記外装板を取り付ける取付垂直面と、前記バックステーのウェブ部に固定される下部水平面と、前記下部水平面と折り曲げ方向を逆にする上部水平面と、からなる一体構造であり、前記略Ｕ型形状支持体及び前記略Ｚ型形状支持体のそれぞれの前記上部水平面及び前記下部水平面は、前記バックステーのフランジ部の溶接箇所から離れた位置に配設される構成とする。

本発明によれば、多段に配置された外装板同士の熱伸び差による変位量を吸収するスライド機能を奏させることができ、外装板の支持構造を簡素化することにより部品点数が減少し、設計費、材料費及び加工費が低減し、さらに、非溶接方式の鋲打ち工法の採用により現地溶接が不要となり、現地作業期間が短縮でき、据付費を含めた大幅なコスト低減が可能となる。

本発明の実施形態に係るボイラ水壁部の外装板支持構造の見取図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面を表す詳細構造図である。 図１に示すａ部を表す詳細構造図である。 本実施形態に関する外装板支持構造の内のＵ形カバーを示す図である。 本実施形態に関する外装板支持構造の内のＺ形サポートを示す図である。 従来の基盤技術における、火炉、後部伝熱壁、ケーシングからなるボイラ本体と、ボイラ周壁を保護するためにボイラ本体外側に設けられたバックステーと、を表す概略構成を示す図である。 従来の基盤技術におけるボイラ水壁部の外装板支持構造の見取図である。 図７に示すＢ−Ｂ線断面を表す詳細構造図である。 図７に示すｂ部を表す詳細構造図である。

本発明の実施形態に係るボイラ水壁部の外装板支持構造について、図１〜図５を参照しながら以下説明する。図６は本発明の実施形態に係るボイラ水壁部とその周辺構造の概略を示す構成であり、炉内圧に対してボイラ水壁部を保護するために当該水壁部の外側には、例えばＨ形鋼のような帯状の部材からなり、水平方向に配置されるバックステー６が、ボイラ全体にわたり上下に複数段設置される。

図１〜図３に示すように、各段のバックステー６間に外装板１０を設置するために、外装板１０の上端部を支持するＵ形カバー１６が、バックステー６のウェブ部２１下面に設けられる。具体的には、バックステー６のウェブ部２１の下面に鋲１８にて、例えば、約３００ｍｍの水平ピッチで現地で打設して取り付けられる。さらに、外装板１０の下端部を支持するＺ形サポート１７が、バックステー６のウェブ部２１の上面に鋲１８を例えば、約３００ｍｍ水平ピッチで現地で打設して取付けられる。ここで、Ｕ形カバー１６は略Ｕ型形状支持体、Ｚ形サポート１７は略Ｚ型形状支持体とも称する（厳密に、形状がＵ形、Ｚ形に限定されるものではないことから）。

外装板１０の上端部は、ウェブ部２１に取付けられたＵ形カバー１６に差し込まれ、外装板１０の下端部（下端面）は、ウェブ部２１に取付けられたＺ形サポート１７の垂直面に例えば、約２５０ｍｍピッチでビス１３にて固定される。

Ｕ形カバー１６に外装板１０の上端部を差し込む構造とすることによって、外装板１０上部の支持機能と、各段のバックステー６間の外装板１０の熱伸び差を吸収できるスライド機能を兼ね備えた構造となる。ここで、外装板１０上部の支持機能とは外装板１０の倒れ防止を意味する。

図４はＵ形カバー１６の断面、図５はＺ形サポート１７の断面を示す。本実施形態に関する外装板支持構造のＵ形カバー１６とＺ形サポート１７は、ともにバックステー６とは独立した部材であり、ともにバックステー６の長手方向（水平方向）に沿って設けられ、ともに薄板状の部材を折り曲げて製作すれば良い。

Ｕ形カバー１６は、外装板１０の上端部の受け面となり水壁側に位置する垂直面１６ａと、上側配置のバックステー６の下面（図２の例でバックステー６のウェブ部２１の下面）に取り付けられる上部水平面１６ｂと、垂直面１６ａに対向する垂直面１６ｃと、外装板１０を受け面である垂直面１６ａに押えるための折り曲げ部１６ｄと、の４つの部分からなり、外装板１０の上端部を挿し込むための開口１６ｅが形成されている。Ｕ形カバー１６は薄板形状で形成されていて、折り曲げ部１６は外装板１０を垂直面１６ａに押し付ける弾性機能を有している。

ここで、垂直面１６ａの下端は、外装板１０の上端部を水壁部外側の下方から挿し込みやすい案内板としての機能を果たすため、折り曲げ部１６ｄの下端よりも下側まで延びていることが望ましい。折り曲げ部１６ｄ先端から寸法Ｄまで垂直面１６ａ先端が延びている。また、垂直面１６ａと、垂直面１６ｃと折り曲げ部１６ｄを合わせた対向する部材との上下方向の長さは、外装板１０の熱伸び差を吸収できる程度に十分な長さが必要である。Ｕ形カバー１６は、上述したようなそれぞれに機能を持つ４つの部分（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）が一つの部材として構成されていることが特徴である。

また、Ｕ形カバー１６は、バックステー６とは独立した部材であるので、その垂直面１６ａをバックステー６のフランジ部２０の垂直面から離れて位置させることができることで次のような利点がある。バックステー６は、そのフランジ部２０とウェブ部２１とに相当する厚板を互いに溶接にて結合して製作されるので、その接合部は溶着金属が盛り上がり、凹凸の多い表面となっている。この凹凸が、外装板１０を支持、固定するための部材（例えば、本実施形態のＵ形カバー１６とＺ形サポート１７）の取り付け（後述するように連続的に鋲打ち機で鋲を打ち込んで固定する際の位置決めがしづらい。）や、外装板１０の挿し込みや冷間時の設置位置の調整において、障害となる可能性がある。本実施形態によれば、この凹凸面から離れた自由な位置にＵ形カバー１６をウェブ部２１に取り付けることができる。

ところで、本実施形態に係る外装板支持構造におけるＺ形サポート１７は、薄板を折り曲げた形状である構成体（特に、外装板１０の受面となる垂直面１７ｂ）であり、その変形を抑えるための上部水平面１７ａと、外装板１０下端部の受け面となる垂直面１７ｂと、下側配置のバックステー６の上面に当該構成体を取り付ける面となり、上部水平面１７ａとともに薄板を折り曲げた形状である当該構成体（特に、外装板１０の受面となる垂直面１７ｂ）の変形を抑えるための下部水平面１７ｃと、の３つの部分からなる。

そして、下部水平面１７ｃの幅（図５の紙面で左右方向）は、バックステー６のウェブ部２１に連続的に鋲打ち機で鋲を打ち込んで固定するのに十分な寸法とする。下部水平面１７ｃの形態は、Ｚ形サポート１７が単独で自立できるようにすることが望ましい。例えば、その幅を上部水平面１７ａの幅（図５に紙面で左右方向）よりも大きくする。これにより、現地での据付施工時に固定治具等を不要として、作業効率を向上させることができる。

Ｚ形サポート１７は、バックステー６と独立した部材であるので、垂直面１７ｂを外装板１０の受け面として十分に広く取ることができ、安定して固定でき、外装板１０が外れにくくなる。ビス１３等の固定部材の施工が容易で作業効率が向上する。

このように、Ｕ形カバー１６及びＺ形サポート１７はともにバックステー６とは独立した部材であるため、バックステー６の幅方向（両フランジ部２０を結ぶ方向、すなわち、図２の紙面でウェブ部２１の左右方向）でＵ形カバー１６及びＺ形サポート１７の取付け位置が調整可能である（上述の凹凸面を避けるためにも）。よって、据付誤差等による設置位置の調整が施工する現地で容易に行うことができる。

Ｕ形カバー１６及びＺ形サポート１７を薄板鋼板とすることで、バックステー６のウェブ部２１の取付面に対して柔軟に追従することで安定したサポートや固定が可能となり、これらのカバー１６とサポート１７の幅方向（図４と図５の左右方向）１６ｂ，１７ｃに１つの鋲を迅速に位置決めして打ち込むことが出来る。

外装板１０の上側は、Ｕ形カバー１６に外装板１０の上端部（縁部）を挿し込んでＵ形カバー１６内でスライドできる構造であり、外装板１０の下側は、Ｚ形サポート１７と外装板１０がビス１３で一体的な構造であり、外装板１０はＵ形カバー１６及びＺ形サポート１７とが組み合わされて、支持固定されている。

外装板１０の下端部がＺ形サポート１７に、ある程度広い受け面を以ってビス１３等で上下方向と左右方向に固定され、外装板１０が１枚の面状の部材として変形しにくく安定して設置される。外装板１０が１枚の面状の部材として変形しにくいので、Ｕ形カバー１６とのスライド性が阻害されにくい。

Ｕ形カバー１６に折り曲げ部１６ｄを設けることにより、スプリング効果を発生させ、挟み込む外装板１０のガタツキを防ぎ、且つ、挟み込んだ外装板１０の熱伸び差により上下方向にスライドする際にも垂直面１６ａと外装板１０が均一に接する受け面を保ち、スライド性に優れた構造となる。

Ｚ形サポート１７の下部水平面１７ｃは鋲打ち工法を勘案してその幅方向の長さが決められてウェブ部２１上に設置される。また、上部水平面１７ａが垂直面１７ｂに対して折り曲げられていることで、Ｚ形サポート１７の形状が変形しにくく、鋲１８打ち及び外装板１０のビス１３固定後もＺ形サポート１７が変形せず安定した形状が保たれる。

このように、Ｕ形カバー１６及びＺ形サポート１７を鋲打ち工法でバックステー６のウェブ部２１に取り付け後、Ｕ形カバー１６へ外装板１０上端を差し込み、外装板１０の下端をＺ形サポート１７の垂直面１７ｂに当て、ビス１３で固定する取り付け手順を採用することで作業性が良好となる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る外装板支持構造の特徴は、図７〜図９に示すような従来構造に使用しているサポートアングル１１及びフレームアングル１２の代わりに、Ｕ形カバー及びＺ形サポートを採用し、それらをバックステーのウェブ部上下面に非溶接方式の鋲打ち工法にて固定し、外装板の上端（縁部）をＵ形カバーに差し込み、外装板の下端（面）はＺ形サポートにビス固定され、上下一組のバックステー間において、下側のバックステーで支持し自立するように設けられる外装板が上側のバックステーに対しては上下方向にスライド可能とすることである。

この特徴により、従来、現地作業に多大な時間を費やす原因である現地溶接作業が不要となり、据付工程が大幅に短縮可能となる。また、Ｕ形カバーに外装板の上端を差し込む構造とすることで、ボイラ水壁部の熱伸び差によるバックステー間の変位量を吸収可能とし、外装板上部の支持とスライド機能を併せ持つ構造となる。水壁部の外装板支持構造が簡素化されることにより、設計費、材料費、加工費及び現地据付費を含む全体の大幅なコスト削減が可能となる。

１ 上部壁
２ 下部壁
３ 後部伝熱壁
４ ケーシング
５ ウィンドボックス
６ バックステー
７ 軽量保温材
８ インサルピン
９ スピードワッシャ
１０ 外装板
１１ サポートアングル
１２ フレームアングル
１３ ビス
１４ ピン
１５ ガイド
１６ Ｕ形カバー
１７ Ｚ形サポート
１８ 鋲
２０ フランジ部
２１ ウェブ部

Claims (4)

1. ボイラ水壁部の外面に設けられた保温材を覆う外装板と、
   前記外装板を取り付けるため、前記ボイラ水壁部の外方側水平面に多段に設置され、フランジ部とウェブ部からなるバックステーと、を備え、
   隣接する上下一組の上側バックステーと下側バックステーの間に前記外装材を取り付ける際に、前記上側バックステーのウェブ部下面に溶接を用いず固定された略Ｕ型形状支持体と、前記下側バックステーのウェブ部上面に溶接を用いず固定された略Ｚ型形状支持体と、を設け、
   前記略Ｕ型形状支持体は、前記外装板の上端部を挟み込むとともに、前記略Ｕ型形状支持体の上部水平面と前記外装板上端の間に前記外装板の熱伸び量を吸収可能な隙間を形成して前記外装板を支持し、
   前記略Ｚ型形状支持体は、その下部水平面が前記下側バックステーのウェブ部に溶接を用いず固定され、前記外装板を前記略Ｚ型形状支持体の垂直面に取り付ける
   ことを特徴とするボイラ水壁部の外装板支持構造。
2. 請求項１において、
   前記略Ｕ型形状支持体は、前記外装板の受け面となる受け面垂直面と、前記バックステーのウェブ部に固定される前記上部水平面と、前記受け面垂直面に対面する対面垂直面と、前記対面垂直面から延長して前記外装板の上端部を押圧する折り曲げ部と、からなる一体構造であり、
   前記略Ｚ型形状支持体は、前記外装板を取り付ける取付垂直面と、前記バックステーのウェブ部に固定される下部水平面と、前記下部水平面と折り曲げ方向を逆にする上部水平面と、からなる一体構造であり、
   前記略Ｕ型形状支持体及び前記略Ｚ型形状支持体のそれぞれの前記上部水平面及び前記下部水平面は、前記バックステーのフランジ部の溶接箇所から離れた位置に配設される
   ことを特徴とするボイラ水壁部の外装板支持構造。
3. 請求項１または２において、
   前記略Ｕ型形状支持体及び前記略Ｚ型形状支持体のそれぞれの前記上部水平面及び前記下部水平面は、前記バックステーのウェブ部に対して鋲打ち工法により固定される
   ことを特徴とするボイラ水壁部の外装板支持構造。
4. 請求項１、２または３において、
   前記外装板は、その上端部を前記略Ｕ型形状支持体に挟み込んだ状態で前記略Ｚ型形状支持体の垂直面にビスで固定される
   ことを特徴とするボイラ水壁部の外装板支持構造。