JPH1078201A - 伝熱管の振れ止め金具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】亀裂発生の原因となる伝熱管と振れ止め金具と
の接合部位における未溶着部がなく、材料費の低減が可
能で、溶接が容易で、自動溶接の適用も可能な、伝熱管
の振れ止め金具を提供する。 【解決手段】伝熱管１，１′の表面に取り付けて、隣接
する伝熱管との間隔を所定範囲内に維持する伝熱管の振
れ止め金具において、振れ止め金具は第１の部分２ａ，
２ｂ，２ｃと第２の部分２ａ′，２ｂ′，２ｃ′とに分
割され、第１の部分２ａ，２ｂ，２ｃの一端は亀裂の原
因となる未溶接部がないように伝熱管１，１′に溶接さ
れ、第１の部分２ａ，２ｂ，２ｃの他端に第２の部分２
ａ′，２ｂ′，２ｃ′が溶接される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラの伝熱管の間
に配置する振れ止め金具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラの燃焼ガス通路内には、熱交換を
行うための多数の伝熱管が配置されている。図３は、こ
のようなボイラの伝熱管の構造を模式的に示したもので
ある。これらの伝熱管１の間には、燃焼ガスの流れやガ
ス圧力の変動あるいは温度差による変形等による伝熱管
の炉巾方向や前後方向への振れを抑制するための振れ止
め金具２が配置されている。

【０００３】伝熱管１の間に振れ止め金具２を配置する
目的は、振れを抑制して燃焼ガスの流れを均一にし、炉
巾方向の熱負荷を一定にし、管寄せ７，７′部における
管台と伝熱管１との接合部の過大な曲げ応力による疲労
あるいはクリープ疲労損傷の進展を抑制することにあ
る。従って、振れ止め金具２は、伝熱管１相互の相対的
移動や接触を防止し、あるいは伝熱管１の荷重を一部支
持するよう配置されている。

【０００４】図４は、従来の振れ止め金具２とその伝熱
管１，１′への接合の例を示す図であり、図５は、接合
部の詳細を示す図である。

【０００５】図４において、伝熱管１と伝熱管１′との
間隔は、振れ止め金具２によって所定の範囲内に維持さ
れている。このような振れ止め金具２は、通常、振れ止
め金具２の外側から溶接を行って溶接部３を形成して、
伝熱管１、１′に取り付ける。この場合、振れ止め金具
２の内側から溶接することは、振れ止め金具２の形状と
寸法上の制約から極めて困難であるので、振れ止め金具
２の内側の隙間４側には、未溶着部５が生じる。

【０００６】このような未溶着部５は、いわゆる切り欠
きとなるので、この部分に荷重が負荷された場合には、
応力集中が生じ、図５に示すように、溶接部（伝熱管母
材、溶接熱影響部、溶着金属、及び振れ止め金具）に亀
裂６が発生し易い。例えば、ボイラ運転中は伝熱管１、
１′は内部流体によって所定の温度に冷却されるが、振
れ止め金具２の端部は燃焼ガスによって加熱されて雰囲
気温度近傍まで昇温するので、振れ止め金具２の熱変形
が、隣接する他の振れ止め金具２や伝熱管１、１′等に
よって拘束された場合等には、振れ止め金具２の溶接部
に熱荷重が生じる。また、これらの伝熱管が炉巾方向ま
たは前後方向へ振れた場合にも、伝熱管１、１′と振れ
止め金具２との溶接部には、曲げモーメントが発生す
る。

【０００７】このような熱荷重や曲げモーメントが未溶
着部５に作用すると、応力集中によって亀裂６が発生
し、荷重やモーメントの作用方向によっては伝熱管１の
管壁内へ進展する可能性がある。

【０００８】このような未溶着部５を起点とする亀裂６
の発生・進展による伝熱管の損傷を防止する方法の１つ
としては、実開昭第６３−９７００５号に開示されてい
るものがある。これは、伝熱管の外側に更に別の管を設
け、この外側の管に振れ止め金具を設置するというもの
である。これによれば、振れ止め金具溶接部に熱荷重や
曲げモーメントが作用しても、振れ止め金具と伝熱管と
は直接には接合されていないので、伝熱管は振れ止め金
具に作用する熱荷重や曲げモーメントの影響を直接には
受けない。しかし、振れ止め金具は、雰囲気温度近くま
で加熱されるため、振れ止め金具の材質は耐高温酸化性
に優れたものとするか、使用温度を限定した設計とする
必要がある。耐高温酸化性に優れた材料は一般に高価で
あり、また振れ止め金具の加工及び取り付け作業にかか
る時間及び費用が増加するという問題がある。更に、外
側の管が内側の管に対して被覆として働き、熱交換を妨
げるという問題もある。

【０００９】他の伝熱管の損傷防止方法としては、実開
昭第６２−１８５３０５号に開示されているものがあ
る。この方法においては、伝熱管の表面に、伝熱管と一
体に振れ止め金具を形成する。伝熱管相互間の連結は、
伝熱管に設けた振れ止め金具をピンを用いて連結するこ
とによって行われる。この構造の伝熱管においては、伝
熱管と振れ止め金具の間に未溶着部を生じることはない
ので、未溶着部に起因した亀裂が発生・進展するという
ことはない。

【００１０】しかし、このような伝熱管を製造する場合
には次ぎのような問題がある。すなわち、従来の肉圧が
均一な伝熱管を用いる場合には、管を所定の形状に曲げ
加工した後、適宜溶接してコイルを組上げ、その後にコ
イルの所定の位置に振れ止め金具を溶接する。これに対
し、上記振れ止め金具を一体に形成した伝熱管を用いる
場合には、先ず振れ止め金具が設けられていない伝熱管
に所要の曲げ加工を施し、ある程度組上げた後、伝熱管
の所定の位置を切断し、切断した箇所に振れ止め金具を
一体に形成した伝熱管を溶接して取り付ける。従って、
加工工数が増大するという問題がある。

【００１１】また、振れ止め金具を連結するピンは、伝
熱管内を流動する媒体により冷却されないので、雰囲気
温度までに昇温し、焼損等を受けやすいという問題があ
る。

【００１２】更に、従来技術の振れ止め金具を溶接した
伝熱管の不良部位を交換する場合には、振れ止め金具を
一旦伝熱管から切断した後に、不良部位を含むように伝
熱管を切断して除去した後、その箇所に新しい伝熱管を
溶接して取付け、これに振れ止め金具を溶接する。この
ような作業は、狭隘な場所で行うため、高品質の溶接を
実施することはは著しく困難である。また、自動溶接の
適用ができないので、作業員に狭隘部での長時間の作業
を強いることになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
技術の振れ止め金具２においては、未溶着部５を起点と
する亀裂６が発生しやすいという問題がある。また、こ
の問題の対策のうち、振れ止め金具を取り付ける伝熱管
の部位を２重構造とするものにおいては、耐高温酸化性
に優れた材料を使用する必要があるので材料費が高額と
なり、振れ止め金具の加工及び取り付け作業に要する時
間及び費用が増加し、更に、熱交換が妨げられるという
問題がある。また、伝熱管と振れ止め金具とを一体に形
成するものにおいては、組立ての工数が増大し、振れ止
め金具を連結するピンが焼損等を受けやすいという問題
がある。更に、伝熱管１，１′の不良部位を交換する場
合の溶接作業の作業条件が悪く、溶接作業が困難で、自
動溶接の適用ができないという問題がある。

【００１４】本発明の目的は、上記問題点を解決して、
亀裂発生の原因となる伝熱管と振れ止め金具との接合部
位における未溶着部をなくし、材料費の低減が可能で、
熱交換が妨げられることがなく、焼損等を受けやすい連
結用のピンを用いることがなく、溶接作業が容易で、交
換時の溶接作業にも自動溶接の適用が可能な、伝熱管の
振れ止め金具を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明の、伝熱管の表面に取り付けて隣接する伝
熱管との間隔を所定範囲内に維持する伝熱管の振れ止め
金具は、第１の部分と第２の部分とに分割され、上記第
１の部分の一端は、亀裂の原因となる未溶接部がないよ
うに上記伝熱管に溶接され、上記第１の部分の他端に上
記第２の部分が溶接される。

【００１６】この場合、上記第１の部分と上記第２の部
分とは異なる成分系の材料で形成することができる。

【００１７】またこの場合、上記第２の部分を長手方向
に少なくとも２個以上の小部分に分割し、分割した上記
第２の部分の小部分を上記第１の部分に溶接することも
可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面を
参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の振れ止め金具の第１の実
施の形態を示す側面図と断面図である。

【００２０】この実施の形態においては、振れ止め金具
２を、それぞれ、第１の部分２ａ、２ｂ、２ｃと、第２
の部分２ａ′、２ｂ′、２ｃ′とから形成する。すなわ
ち、先ず伝熱管１に第１の部分２ａを外側から溶接す
る。また、伝熱管１′に第１の部分２ｂを外側から溶接
する。更に、伝熱管１に第１の部分２ｃを溶接する。こ
の場合、第１の部分２ａ、２ｂ、２ｃの隣接するそれぞ
れの振れ止め金具方向への高さは、振れ止め金具間の隙
間４に溶接トーチを進入させることが出来るほどに小さ
くする。このため、振れ止め金具２の内側の隙間４側か
らも溶接作業ができるので、各振れ止め金具の両側から
の隅肉溶接を実施して、溶接部３を形成する。

【００２１】次いで管間隔の維持のための第２の部分２
ａ′を第１の部分２ａに溶接して接合して溶接部３′を
形成する。この場合、被溶接部には予め適当な開先加工
を施しておく。この溶接は、図１に示すような片側隅肉
溶接でもよいが、両側溶接を施してもよい。以下、同様
に、管間隔の維持のための第２の部分２ｂ′を第１の部
分２ｂに溶接して溶接部３′を形成し、同じく管間隔の
維持のための第２の部分２ｃ′を第１の部分２ｃに溶接
して溶接部３′を形成する。

【００２２】本発明になる第１の部分２ａ，２ｂ，２ｃ
は、形状が単純であり、寸法も小さくできるので、従来
適用が困難であった自動溶接が可能となり、溶接箇所の
増加に伴う不利を十分に補うことが可能である。

【００２３】振れ止め金具２の材質は、対象とする伝熱
管の材質（通常のボイラでは使用温度によって伝熱管の
材質を適宜選択し、一般に炭素鋼、低合金鋼またはオー
ステナイト系ステンレス鋼管を使用する）とともに、使
用条件を考慮して選択する。この場合、伝熱管は内部流
体によって冷却されるのに対して、振れ止め金具２は冷
却されにくく雰囲気温度に近い高温になるので、一般に
伝熱管よりも耐高温酸化性に優れた高級な材料を使用す
る。両者の溶接は、振れ止め金具２の材質に適合した溶
接材料を選択して実施する。

【００２４】本発明においては、従来単品であった振れ
止め金具２を、第１の部分２ａ，２ｂ，２ｃと第２の部
分２ａ′，２ｂ′，２ｃ′とに分割するので、両者の材
料を別々に選ぶことができる。すなわち、より高温にさ
らされる第２の部分２ａ′，２ｂ′，２ｃ′のみに、よ
り耐高温酸化性に優れた材料を使用することも可能であ
るので、高価な材料の使用量を減少させることができ
る。例えば、伝熱管が高温過熱器で材質がオーステナイ
ト系ステンレス鋼の場合には、第１の部分２ａ，２ｂ，
２ｃを同材質の板材とし、第２の部分２ａ′，２ｂ′，
２ｃ′を５０Ｃｒ５０Ｎｉの鋳造品とすると、後者の使
用量を従来技術に比して半分程度とすることができ、大
幅な材料費低減が可能となる。

【００２５】更に、振れ止め金具２を、第１の部分２
ａ，２ｂ，２ｃと第２の部分２ａ′，２ｂ′，２ｃ′と
に分割するので、伝熱管に交換を要する部位が発生した
場合には、管間隔の維持のための第２の部分２ａ′、２
ｂ′、２ｃ′を第１の部分２ａ，２ｂ，２ｃから切り離
し、その後、不良部位を含むように伝熱管を切断し、新
しいものと交換する。この場合、新しく組み込む伝熱管
に溶接される第１の部分２ａ、２ｂ、２ｃをあらかじめ
溶接しておけば、実機炉内の狭隘な場所においても半自
動ＭＩＧ溶接等が適用できるので、効率的な作業が可能
となる。このため、作業時間を短縮することが可能とな
り、作業者への負担と、工数とを軽減することが可能と
なる。

【００２６】図２は、本発明の振れ止め金具の第２の実
施の形態を示す側面図と断面図である。

【００２７】この実施の形態においては、伝熱管に溶接
する第１の部分２ａ，２ｂ，２ｃと、伝熱管の長手方向
に分割した第２の部分２ａ′，２ｂ′，２ｃ′とをそれ
ぞれ溶接する。図には、第２の部分を２分割した場合に
ついて示したが、３分割あるいはそれ以上に分割しても
よい。

【００２８】このように、第２の部分２ａ′，２ｂ′，
２ｃ′を分割した場合には、各部分を小さくすることが
できるので、振れ止め金具２に使用する材料の節約およ
び軽量化が可能となる。また、溶接長さが短くなるの
で、作業時間を短縮することができる。第２の実施の形
態においても、第１の実施の形態における場合と同様
に、第２の部分２ａ′，２ｂ′，２ｃ′に伝熱管よりも
高級な材料を使うことは可能であり、また半自動ＭＩＧ
溶接等の適用も可能である。

【００２９】

【発明の効果】上記本願発明においては、振れ止め金具
を第１の部分と第２の部分とから形成し、第１の部分の
伝熱管への溶接は、第１の部分の外側と内側との両側か
ら実施できるので、亀裂発生の原因となる未溶接部がな
くなるという効果がある。

【００３０】また、第１の部分は形状が単純で、寸法も
小さく、自動溶接の適用ができるので、作業効率を高め
ることが可能であるという効果がある。

【００３１】また、より高温にさらされる第２の部分に
のみ、より耐高温酸化性には優れた高価な材料を使用す
ることができるので、材料費の低減が可能となるという
効果がある。

【００３２】また、伝熱管に交換を要する部位が発生し
た場合には、新しく組み込む伝熱管に第１の部分をあら
かじめ溶接しておけば、実機炉内の狭隘な場所において
も半自動ＭＩＧ溶接等が適用できるので、効率的な作業
が実施でき、作業時間を短縮することが可能で、作業者
への負担と、工数とを軽減することが可能となるという
効果がある。

【００３３】また、振れ止め金具取付け部の伝熱管を２
重構造とすることはないので、熱交換が妨げられること
がないという効果がある。

【００３４】また、焼損等を受けやすい連結用のピンを
用いることがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振れ止め金具の第１の実施の形態を示
す側面図と断面図である。

【図２】本発明の振れ止め金具の第２の実施の形態を示
す側面図と断面図である。

【図３】ボイラの伝熱管の構造を模式的に示した図であ
る。

【図４】従来の振れ止め金具とその伝熱管への接合の例
を示す断面図である。

【図５】図４のＡ部の拡大図である。

【符号の説明】

１，１′…伝熱管 ２…振れ止め金具 ３，３′…溶接部 ４…隙間 ５…未溶着部 ６…亀裂 ７…管寄せ ２ａ，２ｂ，２ｃ…第１の部分 ２ａ′，２ｂ′，２ｃ′…第２の部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝熱管の表面に取り付けて、隣接する伝熱
   管との間隔を所定範囲内に維持する伝熱管の振れ止め金
   具において、 上記振れ止め金具は第１の部分と第２の部分とに分割さ
   れ、 上記第１の部分の一端は亀裂の原因となる未溶接部がな
   いように上記伝熱管に溶接され、上記第１の部分の他端
   に上記第２の部分が溶接されることを特徴とする伝熱管
   の振れ止め金具。
2. 【請求項２】請求項１に記載の伝熱管の振れ止め金具に
   おいて、 上記第１の部分と上記第２の部分とは、異なる成分系の
   材料で形成されることを特徴とする伝熱管の振れ止め金
   具。
3. 【請求項３】請求項１に記載の伝熱管の振れ止め金具に
   おいて、 上記第２の部分は、長手方向に少なくとも２個以上の小
   部分に分割され、分割された上記第２の部分の小部分が
   上記第１の部分に溶接されることを特徴とする伝熱管の
   振れ止め金具。