JPH102504A - ボイラのバックステー支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイラが大型化し、スパンＬが大きくなる場
合でも、バックステーの曲げ剛性を高める必要がなく、
かつ連結部の強度も高める必要がないバックステー支持
装置を提供する。 【解決手段】 炉壁の外面に沿って水平に配置され、両
端が互いに連結されて、閉じた多角形を形成しているバ
ックステー４と、バックステーの中間部外側に間隔を隔
てて垂直に位置するバンパ柱５と、バックステーの中間
部を支持してバンパ柱に外向きの力を伝達するスライド
支持金具１２とからなる。スライド支持金具１２は、熱
膨張による伸び方向に摺動外面１３ａを有しバックステ
ーに固定された内側支持金具１３と、摺動外面に接する
摺動内面１４ａを有し水平軸１５（ピン）を中心に揺動
可能にバンパ柱に取り付けられた外側支持金具１４と、
からなり、熱膨張による伸び方向にスライドし、冷缶時
から熱缶時まで、バックステーの中間部を支持してバン
パ柱に外向きの力を伝達することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラにおける内
圧支持構造に係わり、更に詳しくは、バックステーの中
間位置を支持することができるバックステー支持装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、重油，微粉炭等を燃料とする大
型ボイラの火炉部分断面図である。この図に示すよう
に、大型ボイラの火炉１は、一般に矩形断面であり、そ
の炉壁は炉壁管２で構成され放射熱を吸収して蒸発量を
増大させるようになっている。この炉壁管２は、垂直な
水管を平板で連結したものであり、曲げ剛性が低いため
それ自体では炉内圧を受けることができない。そのた
め、炉内圧が比較的高い（例えば５００〜６００ｍｍＡ
ｑ）ボイラでは、炉内圧を受けるために、炉壁管の外側
にバックステー４を設けている。

【０００３】バックステー４は、Ｈ型鋼等の曲げ剛性の
高い型鋼からなり、炉壁の外面に沿って水平に配置さ
れ、両端が互いに連結されて、閉じた矩形を形成してい
る。また、この連結部は、炉壁の熱膨張を追従できるよ
うに、短いリンクで連結されている。この構成により、
炉壁の熱膨張に追従しながら、各バックステー４を両端
支持で支持し、その中間部分で炉内圧をほぼ均等荷重と
して支持するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５は、両端支持梁に
均等荷重が作用する場合の曲げモーメント図（ＢＭＤ）
と剪断力図（ＳＦＤ）である。この図から明らかなよう
に、ボイラが大型化し、スパンＬが大きくなるほど、そ
の二乗に比例して最大曲げモーメントが大きくなり、か
つスパンに比例して最大剪断力が大きくなる。そのた
め、この曲げモーメントに耐える曲げ剛性をもつバック
ステー４は、その大きさ及び重量がますます大きくなる
問題点があった。また、バックステーを連結する連結部
に作用する荷重（最大剪断力）も大きくなり、この部分
に亀裂を発生させることがある問題点があった。

【０００５】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ボイ
ラが大型化し、スパンＬが大きくなる場合でも、バック
ステーの曲げ剛性を高める必要がなく、従って小型／軽
量にでき、かつバックステーの連結部の強度も高める必
要がないバックステー支持装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、炉壁の
外面に沿って水平に配置され、両端が互いに連結され
て、閉じた多角形を形成しているバックステーと、該バ
ックステーの中間部外側に間隔を隔てて垂直に位置する
バンパ柱と、バックステーの中間部を支持してバンパ柱
に外向きの力を伝達し、かつ熱膨張による伸び方向にス
ライド可能なスライド支持金具と、からなることを特徴
とするボイラのバックステー支持装置が提供される。

【０００７】上記構成により、スライド支持金具が熱膨
張による伸び方向にスライドしながら、バックステーの
中間部を支持してバンパ柱に外向きの力を伝達するの
で、図５に示した両端支持梁を中間位置で支持すること
ができ、実質的にスパンＬを小さくすることができる。
すなわち、バックステーの両端以外に支持点ができるの
で、強度上楽になり、小さなバックステーサイズを選定
でき、かつバックステーの連結部の強度も高める必要が
ない。

【０００８】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
スライド支持金具は、熱膨張による伸び方向に摺動外面
を有しバックステーに固定された内側支持金具と、前記
摺動外面に接する摺動内面を有し、水平軸を中心に揺動
可能にバンパ柱に取り付けられた外側支持金具と、から
なる。この構成により、炉壁に連結され炉壁の熱膨張と
共に内側支持金具が変位しても、常に、内側支持金具の
摺動外面と外側支持金具の摺動内面とが接した状態に保
持することができ、冷缶時から熱缶時まで、バックステ
ーの中間部を支持してバンパ柱に外向きの力を伝達する
ことができる。

【０００９】また、前記内側支持金具は、炉壁に沿った
水平方向に間隔を隔ててバンパ柱を挟持している。この
構成により、地震時等にボイラが揺れると、内側支持金
具の挟持部がバンパ柱に交互に当たり、地震の水平力を
バンパ柱を介して吸収することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図６は、従来のボイラ耐震支持装置を示す斜視図で
ある。この図において、２は炉壁管、４はバックステ
ー、５はバンパ柱であり、ボイラ本体（炉壁管２）が揺
れた時に、バックステー４から突設された一対の荷重受
けアームが、ボイラ本体の揺れに応じて交互にバンパ柱
の弾塑性梁５ａに当たってこれを塑性変形させることに
よって、ボイラ本体に作用する地震の水平力を安全に弾
塑性梁５ａに吸収させるようになっている。

【００１１】しかし、上述した従来のバンパ柱５は、地
震荷重のみを受けているだけで、炉内圧に対する支持点
として使用できなかった。すなわち、バンパ柱５は、下
端部が地上にアンカー等で固定されており、かつ常温に
保持されているのに対して、炉壁管２及びこれに固定さ
れているバックステー４は、その上端から吊り下げら
れ、運転時（熱缶時）には熱膨張により下方及び外方に
移動する。このため、バックステー４をそのままバンパ
柱５に接触させて支持すると、バンパ柱５により炉壁管
２の自由な熱膨張が阻害されて大きな熱応力が発生する
ことになる。本発明はかかる問題点を解決し、冷缶時か
ら熱缶時まで、バックステー４の中間部を支持してバン
パ柱５に外向きの力を伝達することができるようにした
ものである。

【００１２】図１は、本発明によるバックステー支持装
置を備えたボイラの火炉断面図であり、図２は、図１の
Ａ部拡大図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ線における矢
視図である。図１において、火炉１は、この例では矩形
断面であり、その炉壁は炉壁管２で構成されている。更
に炉内圧を受けるために、炉壁管２の外側にバックステ
ー４が設けられている。バックステー４は、図２及び図
３に示すように、この例ではＨ型鋼からなり、炉壁の外
面に沿って水平に配置され、両端が互いに連結されて、
閉じた矩形を形成している。また、この連結部は、炉壁
の熱膨張を追従できるように、短いリンクで連結されて
いる。この構成により、炉壁の熱膨張に追従しながら、
各バックステー４を両端支持で支持し、その中間部分で
炉内圧をほぼ均等荷重として支持することができる。か
かる構成は、従来のボイラと同様である。

【００１３】なお、火炉１は、矩形断面以外の多角形断
面（例えば六角等）であってもよい。また、バックステ
ー４はＨ型鋼以外の型鋼であってもよく、或いは平板等
を溶接して十分な曲げ剛性の部材にしたものであっても
よい。

【００１４】図２及び図３に示すように、本発明のバッ
クステー支持装置１０は、更に、バックステー４の中間
部外側に間隔を隔てて垂直に位置するバンパ柱５と、バ
ックステー４の中間部を支持してバンパ柱５に外向きの
力を伝達するためのスライド支持金具１２と、を備えて
いる。このバックステー支持装置１０は、バックステー
４の中間部に１箇所だけ設けてもよく、或いは２箇所以
上でも良い。

【００１５】スライド支持金具１２は、内側支持金具１
３と外側支持金具１４からなり、内側支持金具１３はバ
ックステー４に取り付けられ、外側支持金具１４はバン
パ柱５に取り付けられている。なお、外側支持金具１４
をバンパ柱５に直接取り付けず、図５に示したように、
別の弾塑性梁５ａを設けてこれに取り付けるようにして
もよい。

【００１６】内側支持金具１３はバックステー４に、ボ
ルト又は溶接（この図ではボルト）により固定され、バ
ックステー４と共に移動するようになっている。また、
図２に示すように、この例では、内側支持金具１３は各
支持箇所毎に１対（２組づつ）設けられ、その一部が炉
壁に沿った水平方向に間隔を隔ててバンパ柱５を挟持す
るようになっている。かかる構成により、地震時等にボ
イラが揺れると、内側支持金具１３の挟持部がバンパ柱
５（又は弾塑性梁５ａ）に交互に当たり、地震の水平力
をバンパ柱５を介して吸収することができる。

【００１７】外側支持金具１４は、炉壁に沿った水平ピ
ン１５により、水平軸を中心に揺動可能にバンパ柱５に
取り付けられている。この外側支持金具１４は、内側支
持金具１３に対応してそれぞれ設けられ、この例では、
各支持箇所毎に１対設けられている。

【００１８】図３に示すように、内側支持金具１３は、
冷缶時から熱缶時までの間に、熱膨張による伸び方向に
延びた摺動外面１３ａを有している。摺動外面１３ａ
は、伸び方向に一致する平面であるのがよいが、必ずし
も平面に限定されず、例えば僅かに外側に膨らんだ曲面
であってもよい。外側支持金具１４は、この摺動外面１
３ａに接する摺動内面１４ａを有している。この摺動内
面１４ａは、摺動外面１３ａとほぼ全面が接するように
平面又は曲面に形成されている。この摺動内面１４ａ
は、摺動外面１３ａに常時接し、かつ水平ピン１５によ
り、水平軸を中心に揺動するようになっている。

【００１９】この構成により、炉壁に連結され炉壁の熱
膨張と共に内側支持金具１３が変位しても、常に、内側
支持金具１３の摺動外面１３ａと外側支持金具１４の摺
動内面１４ａとが接した状態に保持することができ、冷
缶時から熱缶時まで、バックステーの中間部を支持して
バンパ柱に外向きの力を伝達することができる。なお、
摺動外面１３ａは、ボイラの伸び基準点（例えばドラム
中心）を基準に熱膨張の伸び方向を定めるが、必ずしも
正確に一致する必要はない。すなわち実際の伸び方向と
摺動外面１３ａとにズレがある場合には、外側支持金具
１４が水平ピン１５のまわりに回転して、摺動内面１４
ａは摺動外面１３ａに常時接し、その間の面圧分布は、
水平ピン１５の中心に向かい、炉内圧をバンパ柱５に伝
達することができる。

【００２０】上述した構成により、スライド支持金具１
０が熱膨張による伸び方向にスライドしながら、バック
ステー４の中間部を支持してバンパ柱５に外向きの力を
伝達するので、図５に示した両端支持梁を中間位置で支
持することができ、実質的にスパンＬを小さくすること
ができる。すなわち、バックステー４の両端以外に支持
点ができるので、強度上楽になり、小さなバックステー
サイズを選定でき、かつバックステーの連結部の強度も
高める必要がなくなる。

【００２１】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】上述した本発明の構成によれば、バッ
クステーの支持点（両端）以外に、途中にあるバンパ柱
を支持点にすることができ、バンパ金具の先端をボイ
ラの移動量（熱膨張）に合わせて傾斜させることによ
り、冷缶時から熱缶時まで、バックステーの中間部を支
持してバンパ柱に外向きの力を伝達することができ、
バンパ柱付き金具のピン接続によりボイラ運転中の多少
の挙動を吸収することができる。

【００２３】従って、本発明のボイラのバックステー支
持装置は、ボイラが大型化し、スパンＬが大きくなる場
合でも、バックステーの曲げ剛性を高める必要がなく、
従って小型／軽量にでき、かつバックステーの連結部の
強度も高める必要がない、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバックステー支持装置を備えたボ
イラの火炉断面図である。

【図２】図１のＡ部拡大図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ線における矢視図である。

【図４】従来の大型ボイラの火炉部分断面図である。

【図５】両端支持梁に均等荷重が作用する曲げモーメン
ト図と剪断力図である。

【図６】従来のボイラ耐震支持装置を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 火炉 ２ 炉壁管 ４ バックステー ５ バンパ柱 ５ａ 弾塑性梁 １０ バックステー支持装置 １２ スライド支持金具 １３ 内側支持金具 １３ａ 摺動外面 １４ 外側支持金具 １４ａ 摺動内面 １５ 水平ピン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉壁の外面に沿って水平に配置され、両
   端が互いに連結されて、閉じた多角形を形成しているバ
   ックステーと、該バックステーの中間部外側に間隔を隔
   てて垂直に位置するバンパ柱と、バックステーの中間部
   を支持してバンパ柱に外向きの力を伝達し、かつ熱膨張
   による伸び方向にスライド可能なスライド支持金具と、
   からなることを特徴とするボイラのバックステー支持装
   置。
2. 【請求項２】 前記スライド支持金具は、熱膨張による
   伸び方向に摺動外面を有しバックステーに固定された内
   側支持金具と、前記摺動外面に接する摺動内面を有し、
   水平軸を中心に揺動可能にバンパ柱に取り付けられた外
   側支持金具と、からなる、ことを特徴とする請求項１に
   記載のボイラのバックステー支持装置。
3. 【請求項３】 前記内側支持金具は、炉壁に沿った水平
   方向に間隔を隔ててバンパ柱を挟持している、ことを特
   徴とする請求項２に記載のボイラのバックステー支持装
   置。