JPH0419442B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、産業用、公益事業用、またはセント
ラル暖房用ボイラーに関し、特に、ボイラーの過
熱器管のような高温管と管寄せとの接続部の改良
に関する。

管寄せは、多数の管に対して流体を収集または
分配するためのものであり、スチームボイラーな
どにおいてボイラーの流体回路の間でスチームを
収集または分配する手段として広く使用されてい
る。例えば再加熱器として称される型式の過熱器
においては、タービンからの使用ずみスチーム
は、管寄せを通してボイラーへ戻され、再加熱器
管内で再加熱される。そのようにして再加熱され
たスチームは、やはり収集用または排出用管寄せ
を通してタービンへ戻される。通常、管寄せの壁
に複数個の管ニツプルまたはノズルが接続され、
管寄せの壁に穿設された流体通路に連通される。
再加熱器や過熱器（ここでは両者を総称して単に
「過熱器」と称する）の管寄せの入口部における
ような高温状態の部位ではノズルと管寄せとの接
続には溶接が用いられる。そのような用例では、
通常、538℃程度の温度のスチームが過熱器管か
ら管寄せへ流れる。もちろん、一次過熱器から流
出するスチームの温度は、二次過熱器から流出す
るスチームの温度より低い。

各ノズルは、通常は、管寄せ壁の流体通路に形
成された拡径穴に挿入され、該ノズルを囲繞し、
拡径穴内にも進入させた溶接部によつて管寄せに
固定される。ノズルの内孔は、管寄せの壁を貫通
した流体通路に整列する。このような構成が、例
えば過熱器管と管寄せとの接続部のような高温部
に用いられた場合、溶接部および管寄せの壁は、
管寄せの壁の温度と、ノズルの内孔およびそれに
連通した流体通路を流れるスチームの温度との差
によつて熱応力を受ける。特に、過熱器管の出口
温度は、設計温度範囲より高い場合、ホツトスポ
ツトが生じ、溶接部や管寄せの壁に亀裂を生じる
おそれが高くなる。例えば、圧力容器または管寄
せは、527℃〜554℃の温度範囲で作動するように
設計されているが、一部のノズル内を通る流体の
温度は、管寄せの壁のホツトスポツトを571℃に
まで上昇させることがあり、そのような温度範囲
では、壁の許容応力（538℃の場合で、548ｇ／cm²
の圧力）、急激に低下する。許容応力は、例えば
566℃の場合で408ｇ／cm²の圧力であり、593℃の
温度では295ｇ／cm²の圧力に低下する。更に、高
い温度では酸化やクリープも生じ易い。クリープ
とは、管寄せが膨脹する現象であり、応力集中を
生じる。酸化の場合は、酸化物の食込みによる亀
裂が生じる。上記の高い温度範囲では、酸化およ
びクリープが生じる傾向が、低い温度範囲におけ
るよりはるかに大きい。

例えばエコノマイザと管寄せとの接続部や、保
温器の入口と過熱器との接続部などのボイラーの
比較的低い温度の部分での温度差による熱応力を
防止するために従来からサーマル（断熱）スリー
ブが使用されており、比較的低温の流体がエコノ
マイザの管寄せや、保温器の入口のところにおけ
る過熱器管に熱衝撃を与えるのを防止するように
なされている。そのようなスリーブは、一般に、
ノズルおよび管寄せの素材と同じ材料で形成さ
れ、溶接により接続される。そのような構成は、
一般に、高温の過熱管と管寄せとの接続部に使用
されており、好適であるとされている。しかしな
がら、高温条件下において用いられるそのような
スリーブは、高い伝熱率を有しているので、スリ
ーブの外周面と管寄せの流体通路の壁との間に設
けられる熱遮蔽用環状空間の半径方向の幅を大き
くしなければならず、従つて、流体通路の形を拡
大しなければならない。しかるに、管寄せの壁を
貫通する流体通路の径を拡大することは、壁の強
度を弱めることになるので好ましくない。更に、
高温条件は、素材の酸化を早めるので、スリーブ
の保守または交換の頻度を増大させる。従つて、
保温器やエコノマイザのような、ボイラーの比較
的低温部分に用いるように設計されたサーマルス
リーブを高温条件下の過熱器ノズルと管寄せの接
続部に適用するのは不適当である。

二次過熱器の出口に接続された管寄せの壁およ
びその溶接部に実際に亀裂が発生していることか
ら、新設備に対するだけではなく、既存の過熱器
管と管寄せとの接続部に後（あと）から挿入する
のに適したスリーブを開発する要望がある。その
ような亀裂問題の原因は、他にも存在するかもし
れないが、本発明者の研究によれば、そのような
亀裂は、一部の過熱管の出口のところに設計温度
より高い温度が発生することによつて生じる上述
のホツトスポツトに起因するという結論に達し
た。

発明の目的 従つて、本発明の目的は、過熱器のノズルと管
寄せとの接続部における溶接部および管寄せ壁を
設計温度より高い温度から隔絶するためのサーマ
ルスリーブを提供することである。

実施例の説明 ここでいう「過熱器」とは、産業用および公益
事業用ボイラーに通常用いられる過熱器および再
加熱器の両方を意味するものとする。

第１図を参照すると、管寄せまたは圧力容器の
壁１４（一部分だけが示されている）の開口即ち
流体通路１２内へ流体を導入するためのノズル１
０が示されている。ノズル１０は、一端を溶接部
１６によつて壁１４に固着されている。ノズル１
０の他端は、過熱器の管（以下、「過熱管」と称
する）１８に溶接連結されるようになされてい
る。ノズル１０は、開口１２の軸方向に整列する
長手方向の円筒形内孔２０を有している。内孔２
０は、ノズルの両端で円錐形に拡開させることが
好ましい。内孔２０の、管寄せから遠い側の端部
は、過熱管１８の内径に相当する直径となるよう
に円錐状に拡開させる。

ノズル１０を通つて流れる蒸気の温度に対して
管寄せの壁１４および溶接部１６を隔絶するため
のサーマル（断熱）スリーブ２２を、ノズル内で
振動することがないように内孔２０にプレス嵌め
し、開口１２へ延長させる。ここで、「プレス嵌
め」とは、プレスを用いる、用いないに拘らず行
うことができる干渉嵌めのことである。サーマル
スリーブ２２は、管寄せ壁１４の、開口１２を囲
繞する壁部分からは半径方向に離隔させ、該壁部
分とスリーブの外周面との間に環状空間が画定さ
れるようにする。従つて、ノズル１０内にプレス
嵌めされるサーマルスリーブ２２は、ノズル１０
から開口１２内へ片持式に突出させて開口１２内
に心合させ、スリーブ２２が管寄せ壁に接触する
のを防止し、上記環状空間の断熱効果が失われな
いようにする。

内孔２０の、管寄せに近い側の端部は、更に追
加の熱遮蔽層を画定するために円錐状に拡開させ
ることが好ましい。それによつて、過熱器の作動
中溶接部１６の熱からの防護を強化するととも
に、サーマルスリーブ２２を、ノズルを管寄せに
溶接する際に生じる高温から防護するようにす
る。

スリーブ２２の、管寄せから遠い側の端部は、
管寄せの方へ軸方向に変位するのを防止するため
に円錐状に拡開させることが好ましい。このスリ
ーブ２２の円錐状に拡開した端部２４は、ノズル
１０の内周壁の円錐形拡開端と嵌合し、該拡開端
に座着するように形成する。スリーブ２２は、管
寄せから離れる方向に軸方向に抜け出るのを防止
するために押えリング２６によつて所定位置に固
定する。押えリング２６は、ノズル１０を過熱管
１８に溶接する溶接部２８の押えの役割をも果
す。

スリーブ２２は、ノズルには直接溶接されない
から、ノズルの素材とは異る素材で形成すること
ができる。スリーブ２２を既存のノズルおよび管
寄せ壁に挿入する場合は、それまで使用により管
寄せの開口１２の壁面に生じている表面亀裂を除
去するために該壁面を若干削りとることが望まし
いが、その際管寄せの壁を過度に弱めないように
開口１２の径をできるだけ増大させないようにす
ることが望ましい。本発明の好ましい実施例によ
れば、スリーブの素材としては、高い過熱器温度
で浸食されることがなく、かつ、スリーブと開口
１２との間の環状空間の幅を小さくすることがで
きるように、従つて、開口１２の径を比較的小さ
くすることができるように、伝熱係数の低い材料
（好ましくはステンレス鋼）を選択することが好
ましい。例えば、クロームモリブデン鋼のような
フエライト鋼製の典型的な管寄せおよび典型的な
炭素鋼製ノズルに対して、肉厚1.651mm、外径
19.05mmのステンレス鋼製スリーブを設けること
ができる。そのようなスリーブを設ける場合、既
存の管寄せの15.875mm径の開口を4.7625mmだけ拡
大して20.6375mmの径とすることができる。

上記例では、スリーブの素材であるステンレス
鋼の熱膨脹率はノズルの素材のそれより大きく、
スリーブの他の素材の場合も、それが、対応する
ノズルの素材の熱膨張率よりより大きい熱膨脹率
を有する材料である場合がある。ノズルより熱膨
脹係数の大きい円筒形のサーマルスリーブをノズ
ルの円筒形内孔にプレス嵌めしたとすれば、熱膨
張率の相異によりノズルに亀裂などの損傷が生じ
るおそれがある。そのような事態を防止するため
に、本発明の好ましい実施例によれば、スリーブ
２２の、ノズル１０内に嵌合する区間の少くとも
一部分の断面形状を非円形、好ましくは楕円形と
する。第２図に示された実施例では、サーマルス
リーブ２２の全長の一部区間３０（第１図）が楕
円形の断面形状とされており、楕円形部分の長軸
の両端が、ノズル１０の内孔２０の半径方向に拡
開した下端部分からノズル１０の両端の中間点に
至る区間に亘つて該ノズルの壁に係合する。従つ
て、スリーブ２２はノズルの内孔２０にプレス嵌
めされるが、楕円形の断面形状区間３０の故に、
加熱されたときには膨脹することが許され、冷却
したときには元の形状に戻ることができ、ノズル
１０の内孔２０の壁とスリーブ２２の外周面との
間の空間が追加の断熱効果を提供する。例えば、
上述した外径19.05mmのスリーブは、肉厚15.4686
mm、外径50.8mmのノズルに適用することができ、
ノズルの長さが177.8mmとした場合、スリーブの
95.25mmの長さ区間を楕円形の断面形状とし、そ
の楕円の長軸の長さを19.9644mmとすることがき
る。スリーブ２２の下端が管寄せの内部に向つて
変位するのを防止するために開口１２の、溶接部
１６から遠い側の周壁に肩部３２を形成すること
が好ましい。肩部３２は、スリーブ２２の軸方向
の膨脹を許すように、スリーブの自由端から軸方
向に離隔したところに形成することが好ましい。
上述の例においては、管寄せの直径20.67mmの開
口即ち流体通路１２を肩部３２のところで15.875
mm径に絞り、肩部３２とスリーブの下端との距離
を3.175mmとすることができる。

スリーブ２２は、溶接によらず、プレス嵌めに
よつてノズル１０に固着されており、かつ、ノズ
ル１０と過熱管１８との連続点（溶接部２８）に
まで延長しているので、単に溶接部２８を切断
し、押えリング２６および管１８を除去した後、
スリーブ２２を周知の手段によつて引抜くことが
できる。また、スリーブ２２を引抜くのに、ノズ
ル１０と管寄せ壁１４との溶接部１６を除去する
必要がないので、その溶接部の除去に随伴する損
傷を回避することができる。

本発明の構成は、管寄せの流体通路１２の径を
著しく拡大する必要がないので、新しい管寄せに
過熱管を接続する場合のみならず、既存の管寄せ
と過熱管の接続部を修理するのに特に適してい
る。サーマルスリーブを既存の設備の後（あと）
から挿入する場合、管寄せの開口即ち流体通路の
壁にそれまでの使用によつて生じた浅い亀裂を除
去するのに最小限必要なだけ流体通路を拡大し、
その拡大された流体通路の径に適合するようにサ
ーマルスリーブの径を定める。

本発明の構成は、その他の圧力容器用ノズルと
壁との接続部にも同様に適用しうることは当業者
には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるノズルと管寄せとの接続
部の断面図、第２図は第１図の線２−２に沿つて
みた断面図、第３図は第１図の円で囲まれた部分
の、溶接部を省除した拡大図である。 １０：ノズル、１２：流体通路（開口）、１
４：管寄せの壁、１８：過熱器の管、２０：内
孔、２２：サーマルスリーブ、２６：押えリング
（固定手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 貫通した流体通路１２を有する圧力容器の壁
   １４に該流体通路と連通するように一端を連結さ
   れたノズル１０と、熱遮蔽体の組合せ体におい
   て、 該ノズル１０は、圧力容器の壁１４の流体通路
   １２に連結された一端から、該壁１４から遠い側
   の他端にまで貫通した内孔２０を有しており、 前記熱遮蔽体は、ノズル１０の素材の熱膨脹率
   より高い熱膨脹率を有する素材で形成したスリー
   ブ２２と、該スリーブをその軸方向に圧力容器の
   壁１４から離れる方向に変位しないようにノズル
   の内孔２０に固定するための固定手段２６とから
   成り、スリーブ２２は、ノズル１０の内孔２０か
   ら前記流体通路１２内へ片持式に突出せしめら
   れ、スリーブ２２の外周面と流体通路１２の壁と
   の間に環状空間を画定するようになされており、
   スリーブ２２の一部分は、ノズル１０の内孔２０
   の壁に圧接して該スリーブをノズルの内孔２０内
   にプレス嵌めするとともに、該スリーブの熱膨脹
   を許すための楕円形の断面形状３０を有してお
   り、ノズルの内孔２０の前記他端の壁面は円錐形
   表面とされており、スリーブ２２は、ノズル１０
   の内孔２０の他端にまで延長し、該他端の円錐形
   表面に座着する円錐形表面２４を有していること
   を特徴とする組合せ体。 ２ 前記スリーブ２２は、ステンレス鋼で形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の組合せ体。