JP2002349096A - 自立型ケーシング付き構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒の重量によって生じる側面ケーシングの
応力歪みを改善するとともに、支持梁に生じる曲げモー
メントを軽減すること。 【解決手段】 水平支持梁に設置される複数の柱脚６
と、柱脚に固定されている各側面のケーシング８と、ケ
ーシング及び柱脚に固定された内部機器載置用のサポー
ト梁、を備えた自立型ケーシング付き構造物であって、
柱脚は構造物の４隅コーナー部に設けた４本の柱脚構造
であり、サポート梁に掛かった荷重をケーシングを介し
て４本の柱脚６に伝達し、４本柱脚で構造物を水平支持
梁上に支持するもの。また、側面ケーシング８は柱脚方
向に分割した複数段の側面ケーシングであり、最下段の
側面ケーシングの板厚さは、最下段以外の側面ケーシン
グの板厚さよりも厚くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラ設備におけ
る自立型薄板構造物に係り、特に幅が１０ｍ以上にもな
る大型のケーシング付き構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来構造の一例として、図９に事業用ボ
イラに設置された脱硝反応器１（以下、反応器と称す
る）の配置、構造図を示す。反応器１はボイラの排ガス
中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する目的で設置され、
反応器１内部に支持設置されている触媒２（内部機器）
に排ガスを通過させることで達成される。

【０００３】前記反応器１は自立した箱型の構造物であ
り、支持梁３（ボイラ鉄骨）上に据え付けされ、反応器
１上部に入口ダクト４、下部に出口ダクト５を反応器１
で支持し、内部には触媒２を支持設置して排ガスを通過
させる構造となっている。

【０００４】プラント運転中、内部ガスは約４００℃に
達するため、反応器１の柱脚６はスライディングプレー
トが取り付けされ、反応器１を載置する水平状の支持梁
３上で水平方向にスライドさせて伸びを吸収している。
一方、反応器１の伸び基準点には、挟み混み方式のサイ
スミックタイ７（例えば、反応器に付設した凸部を支持
梁の凹部に嵌合させて反応器の熱膨張移動の基準点とす
るストッパ機能を奏するものであり、図１０参照）を設
置し、反応器１の伸びを調整している。

【０００５】図１０に、最近の反応器１の側面ケーシン
グ８の構造と反応器１の主要な設計条件（荷重）を示
す。図示するように反応器１は、幅（Ｂ）が２３．４ｍ
もあり反応器１が負担する荷重は合計約１３５０ｔにも
達する大型構造物である。そのうち触媒２が占める割合
は約６２％となっており、これらの触媒２荷重は触媒２
サポート梁９（後述する図１を参照）から各々の近傍の
柱脚６に荷重伝達され、反応器１下部の支持梁３により
支持されている。なお、図９に示す反応器１の左側に
は、反応器内の触媒を取り替えるための設備を示してい
る。

【０００６】また、図１１には、支持梁３の中間部分に
も柱脚を有する６本柱脚の従来技術を示す。この従来技
術は反応器１を支持設置する支持梁３の補強として、支
持梁３の廻り全周に水平トラス１１を設けている。

【０００７】ここで、反応器の内部構造である、柱脚、
側面ケーシング、触媒サポート梁の関連構造を説明する
と、図１０の例では、柱脚が８個（図１１では６個）設
けられ、また、側面ケーシングが４面に設けれている
（図９の例では前面側の側面ケーシングを取り除いて反
応器内部に設置された触媒群を図示している）。更に、
触媒を載置する触媒サポート梁は、図１に示すように、
縦横のサポート部とその外周の枠部とからなり、この上
に触媒を載置するものであり、この触媒サポート梁は反
応器の上下方向に数段設置される。

【０００８】そして、４側面のケーシングはそれぞれ対
応する柱脚に溶接等で一体的構造とされており、更に、
触媒サポート梁の枠部はケーシングに固定されている。
従って、触媒サポート梁に載置された触媒はその枠部を
介してケーシングに荷重を伝え、最終的にはケーシング
を介して柱脚に支持されている。以上のような柱脚、側
面ケーシング、触媒サポート梁の関連構造は、従来技術
で採用されているが、本発明の実施形態にも適用される
ものである。

【０００９】また、側面ケーシング８は板厚６ｍｍのプ
レートで構成され、運転中の内圧力（約−５７００Ｐ
ａ）強度を保つように水平方向の補強材１０が取り付け
されている。この側面ケーシング８の設計は、運転中の
内圧力による面外応力が設計上支配的となって構造決定
されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
技術では、側面ケーシングの板厚設計は内圧力強度の観
点を主にして決定されていて、触媒２の重量等により発
生する面内応力（剪断、軸応力）という課題に対しては
設計上十分な配慮がされていなかった。

【００１１】また、図２と図３に示すように、内圧力強
度の保持のために、柱脚数を６本又は８本としていて、
反応器を据え付ける支持梁に発生する曲げモーメントと
柱脚の数や配置との関係について考慮を払うことがなか
った。

【００１２】本発明の目的は、触媒の重量によって生じ
る側面ケーシングの応力歪みを改善するとともに、支持
梁に生じる曲げモーメントを軽減する自立型ケーシング
付き構造物を提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】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。水平
支持梁に設置される複数の柱脚と、前記柱脚に固定され
ている各側面のケーシングと、前記ケーシング及び前記
柱脚に固定された内部機器載置用のサポート梁、を備え
た自立型ケーシング付き構造物であって、前記柱脚は前
記構造物の４隅コーナー部に設けた４本の柱脚構造であ
り、前記サポート梁に掛かった荷重を前記ケーシングを
介して前記４本の柱脚に伝達し、前記４本柱脚で前記構
造物を前記水平支持梁上に支持する自立型ケーシング付
き構造物。

【００１４】また、水平支持梁に設置される複数の柱脚
と、前記柱脚に固定されている各側面のケーシングと、
前記ケーシング及び前記柱脚に固定された内部機器載置
用のサポート梁、を備えた自立型ケーシング付き構造物
であって、前記側面ケーシングは前記柱脚方向に分割し
た複数段の側面ケーシングであり、最下段の側面ケーシ
ングの板厚さは、前記最下段以外の側面ケーシングの板
厚さよりも厚くする自立型ケーシング付き構造物。

【００１５】また、水平支持梁に設置される複数の柱脚
と、前記柱脚に固定されている各側面のケーシングと、
前記ケーシング及び前記柱脚に固定された内部機器載置
用のサポート梁、を備えた自立型ケーシング付き構造物
であって、前記柱脚は前記構造物の４隅コーナー部に設
けた４本の柱脚構造であり、前記側面ケーシングは上下
方向で分割した複数段の側面ケーシングであり、最下段
の側面ケーシングの板厚さは、前記最下段以外の側面ケ
ーシングの板厚さよりも厚くし、前記最下段の側面ケー
シングは、前記柱脚近傍での板厚さを前記柱脚間の中央
部での板厚さよりも厚くする自立型ケーシング付き構造
物。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る自立型ケ
ーシング付き構造物について図面を用いて以下説明す
る。図１は本発明の実施形態に係る自立型ケーシング付
き構造物の一例である脱硝反応器の全体構成と触媒サポ
ート梁の構造を示す図であり、図２は本実施形態の脱硝
反応器の一側面の構造を示す図であり、図３は本実施形
態の脱硝反応器の側面ケーシングの応力状態を示す図で
ある。また、図４は４本柱脚の構造物における支持梁に
生じる曲げモーメントを説明する図である。

【００１７】また、図５は剪断座屈を説明する一般的な
模式図であり、図６は座屈波を遮断するために取り付け
られた斜め補強材を示す図であり、図７はケーシングの
圧縮応力を緩和するために取り付けられた斜め補強材を
示す図であり、図８はケーシングの部位毎に補強材サイ
ズと配置を変化させた構造を示す図である。

【００１８】図１に示す本実施形態の反応器１は、従来
技術で６本以上の柱脚６を有していた構造に対して、コ
ーナー部に設けた４本の柱脚６の構造を採用している。
更に、４つの側面ケーシング８は上部側面ケーシングと
下部側面ケーシングとから構成されていて、前記下部側
面ケーシング８は、その厚さが従来全て６ｍｍとしてい
たものに対して、コーナー側端部で１２ｍｍ厚さであ
り、中央部で９ｍｍ厚さを採用している。そして、本実
施形態で上部側面ケーシングは全て６ｍｍ厚さを採用し
ている。ここで、側面ケーシングの上下方向の分割段数
は図示の２段（上部と下部）に限らず複数段に分割して
も良いし、ケーシング厚さも下部ケーシングについて、
上部ケーシングより厚くし、且つコーナー側端部を中央
部に比べて厚くすればよいのであって具体的厚さは例示
である。

【００１９】図４の（２）には、本実施形態の４本脚注
型構造における支持梁３の曲げモーメントについて、図
４の（１）に示す従来型（中間部に柱脚６がある構造）
と比較して、図示する。本実施形態の４本柱脚型構造の
場合、支持梁３のスパン中央部の荷重点がないため、支
持梁３に生じる曲げモーメントを低いレベル（従来型の
約３０％）に抑えることができる。

【００２０】更に、地震時や暴風時に柱脚６部に発生す
るに水平力に対しても同様であり、支持梁３に発生する
弱軸廻り曲げモーメントを大幅に軽減できるため、従
来、反応器１の支持梁３の補強として、支持梁３の廻り
全周に設置していた水平トラス１１（図１１参照）が設
置不要となる。

【００２１】このように、本実施形態において４本柱脚
６としたことによる利点は、反応器１を支持している支
持鉄骨の重量が低減され大幅にコストダウンが図れるこ
とである。

【００２２】また、図３に反応器１の側面ケーシング８
を模擬し、等分布荷重を受ける支持梁の応力状態図を示
す。側面ケーシングのコーナー側の両端部で剪断力がピ
ークとなるとともに、側面ケーシングの中央部で最大曲
げモーメントが発生する。そして、反応器１の側面ケー
シング８も同様の応力状態となるため、高い剪断力が作
用する下部側面ケーシングの特に端部側に板厚の厚いプ
レート（１２ｍｍ）を採用したものである（上部の剪断
力は比較的低いため、ケーシングは全面６ｍｍ）。

【００２３】更に、ケーシング８の補強材１０は、剪断
応力が高いレベルにあるケーシング８端部に対し、効果
的に剪断座屈耐力を向上させるため、縦方向に補強材１
０を追加配置する。また、ケーシング８中央部は曲げモ
ーメントによる軸力が大きくなる（上部は圧縮力、下部
は引張力）ため、軸力に対し有効となる水平補強材１０
を配置している。

【００２４】以上のように、本発明による反応器１の側
面ケーシング８の設計は、従来強度評価していた内圧力
による面外強度評価に加え、剪断力や曲げモーメントと
いった面内荷重に対する強度評価も必要となるのであ
る。

【００２５】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。前述したように、側面ケーシング８の応力状態
は、下端部は剪断力が非常に大きくなるため板厚を上げ
て（１２ｍｍ）対応し、剪断座屈に有効な縦補強材１０
を追加配置している。剪断座屈とは、図５に一般的特性
として示すように板周辺の剪断力によりプレート（ケー
シング８）が対角線方向に圧縮力を受け、プレート（ケ
ーシング８）に座屈波１２が発生することである。

【００２６】従って、剪断座屈耐力を向上させるには、
前記座屈波１２を遮断して座屈波１２の波長を短縮する
か、又は圧縮方向に補強材１０を取り付けてケーシング
８の圧縮応力を緩和させることが有効である。

【００２７】図６に示す斜め方向に補強材１０を取り付
けした構造は、前者の座屈波１２を遮断するに好適な構
造例であり、また、後者のケーシング８の圧縮応力を緩
和させるには、その直角方向に斜めに補強材１０を配置
した図７の構造が効果的である。

【００２８】また、側面ケーシング８は部位毎に発生す
る応力の種類やレベルが異なるため、剪断応力が大きい
下部ケーシングの端部付近に剪断座屈耐力を向上させる
に好適な縦補強材１０を配置し、内圧により板の面外曲
げ応力が高い部位は補強材１０を追加配置して許容応力
に収まる様に構造設計されている。即ち、これはケーシ
ングの各部位毎に適した補強をすることを意味し、図８
はその構造例を示し、各部位で補強材１０ピッチや補強
材１０のサイズを変化させるとともに、縦補強材と横補
強材とを適宜に組み合わせることで各部位毎の最適補強
を果たすことができる。なお、本発明は反応器１のみな
らず、内部に触媒２等の機器をサポートした自立型構造
物全てに適用できる。

【００２９】以上説明したように、本発明の実施形態の
特徴は、構造物の柱脚６がコーナー部４箇所以外の中間
部に存在する従来技術に対して、面内剛性の高い側面ケ
ーシング８構造を確立し、上述の中間部柱脚６を削除
し、側面ケーシング８により内部機器（触媒２）の荷重
をコーナー部の柱脚６まで伝達する構造である。

【００３０】そこで、側面ケーシング８を介して内部機
器の荷重をコーナー部の柱脚６まで伝達するには、側面
ケーシング８端部に発生する大きな剪断力と側面ケーシ
ング８中央部に発生する引張、圧縮力に対し十分な安全
性を確保する必要がある。

【００３１】従って、ケーシング厚みを大として面内剛
性のある側面ケーシング８構造を確立して、内部機器の
荷重を端部柱脚６に伝達することで、４本の柱脚６構造
が成り立つのである。４本柱脚６構造を採用して支持梁
３のスパン中央部の荷重点を無くすることで支持梁３に
生じる曲げモーメントを軽減し、支持梁３のサイズダウ
ンを図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、構造物を支持している
鉄骨（梁）のサイズを大幅に縮小すると共に、地震時や
暴風時の水平力用に設置している支持梁の廻りの水平ト
ラスを削除することが可能となり、サポート鉄骨の大幅
な重量低減が図れ、経済的な製品を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る自立型ケーシング付き
構造物の一例である脱硝反応器の全体構成と触媒サポー
ト梁の構造を示す図である。

【図２】本実施形態の脱硝反応器の一側面の構造を示す
図である。

【図３】本実施形態の脱硝反応器の側面ケーシングの応
力状態を示す図である。

【図４】４本柱脚の構造物における支持梁に生じる曲げ
モーメントを説明する図である。

【図５】剪断座屈を説明する一般的な模式図である。

【図６】座屈波を遮断するために取り付けられた斜め補
強材を示す図である。

【図７】ケーシングの圧縮応力を緩和するために取り付
けられた斜め補強材を示す図である。

【図８】ケーシングの部位毎に補強材サイズと配置を変
化させた構造を示す図である。

【図９】従来技術における脱硝反応器の全体構造を示す
図である。

【図１０】従来技術における脱硝反応器の詳細構造と設
計条件を示す図である。

【図１１】従来技術における６本柱脚と支持梁の構造を
示す図である。

【符号の説明】

１ 脱硝反応器 ２ 触媒 ３ 支持梁 ４ 入口ダクト ５ 出口ダクト ６ 柱脚 ７ サイスミックタイ ８ 側面ケーシング ９ 触媒サポート梁 １０ 補強材 １１ 水平トラス １２ 座屈波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 春男 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉事業所内 Ｆターム(参考） 3K070 DA02 DA25

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平支持梁に設置される複数の柱脚と、
   前記柱脚に固定されている各側面のケーシングと、前記
   ケーシング及び前記柱脚に固定された内部機器載置用の
   サポート梁、を備えた自立型ケーシング付き構造物であ
   って、 前記柱脚は前記構造物の４隅コーナー部に設けた４本の
   柱脚構造であり、 前記サポート梁に掛かった荷重を前記ケーシングを介し
   て前記４本の柱脚に伝達し、前記４本柱脚で前記構造物
   を前記水平支持梁上に支持することを特徴とする自立型
   ケーシング付き構造物。
2. 【請求項２】 水平支持梁に設置される複数の柱脚と、
   前記柱脚に固定されている各側面のケーシングと、前記
   ケーシング及び前記柱脚に固定された内部機器載置用の
   サポート梁、を備えた自立型ケーシング付き構造物であ
   って、 前記側面ケーシングは前記柱脚方向に分割した複数段の
   側面ケーシングであり、 最下段の側面ケーシングの板厚さは、前記最下段以外の
   側面ケーシングの板厚さよりも厚くすることを特徴とす
   る自立型ケーシング付き構造物。
3. 【請求項３】 水平支持梁に設置される複数の柱脚と、
   前記柱脚に固定されている各側面のケーシングと、前記
   ケーシング及び前記柱脚に固定された内部機器載置用の
   サポート梁、を備えた自立型ケーシング付き構造物であ
   って、 前記柱脚は前記構造物の４隅コーナー部に設けた４本の
   柱脚構造であり、 前記側面ケーシングは上下方向で分割した複数段の側面
   ケーシングであり、 最下段の側面ケーシングの板厚さは、前記最下段以外の
   側面ケーシングの板厚さよりも厚くし、 前記最下段の側面ケーシングは、前記柱脚近傍での板厚
   さを前記柱脚間の中央部での板厚さよりも厚くすること
   を特徴とする自立型ケーシング付き構造物。
4. 【請求項４】 請求項１又は３に記載の自立型ケーシン
   グ付き構造物において、 前記柱脚近傍の側面ケーシングには縦方向の補強材を取
   り付け、前記柱脚間の中央部の側面ケーシングには横方
   向の補強材を取り付けることを特徴とする自立型ケーシ
   ング付き構造物。
5. 【請求項５】 請求項１又は３に記載の自立型ケーシン
   グ付き構造物において、 前記側面ケーシングには右下がり方向又は左下がり方向
   の斜め方向の補強材を取り付けることを特徴とする自立
   型ケーシング付き構造物。