JP2008101821A - ボルトヒータ及びボルトヒーティングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトの局所加熱を効果的に防止して短時間でかつ省スペースでボルトの増締めが行える管状火炎バーナを用いても安全でかつ高精度にボルトの増締めが行えるボルトヒータ及びボルトヒーティングシステムを提供する。
【解決手段】ガス燃料と燃焼用空気とがノズル１９ａ，１９ｂを介して接線方向に供給され、旋回火炎を形成しながら完全燃焼し、燃焼ガスのみをバーナ本体１５の出口部１６から排出する断面略円形状の燃焼室２０を備える管状火炎バーナ５を植込みボルト３の端面に連結し、当該管状火炎バーナの燃焼ガスを前記植込みボルトの中心に搾孔されたガス通路１０に流すことにより当該植込みボルトを加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、管状火炎バーナを用いてボルトを加熱するボルト増締め用のボルトヒータ及びボルトヒーティングシステムに関する。

蒸気タービン等の上，下車室におけるフランジ部の締結には、例えばＭ８０以上の大口径の植込みボルトが使用されることは良く知られている。そして、この植込みボルトの締結作業には、一般に油圧ジャッキを使用した油圧方式と伝熱ヒータ等を使用した加熱方式がある。

伝熱ヒータを使用した加熱方式としては、例えば図８に示すようなものがある。これは、下車室（のフランジ部）１００にねじ込まれた植込みボルト１０１は、上車室（のフランジ部）１０２を貫通した後、ナット１０３がねじ込まれる。図中１０４はワッシャである。

そして、ボルト増締めの際には、ナット１０３及び植込みボルト１０１に形成された挿通孔１０３ａ，１０１ａ内にニクロム線からなるヒータ１０５を挿入し、このヒータ１０５をケーブル１０６を介して電気により発熱させ、その熱により植込みボルト１０１を加熱する。この加熱により、植込みボルト１０１は熱伸びし、この状態でナット１０３を締め付けることで、植込みボルト１０１の必要締付量での締結が行われるのである。

また、この他の加熱方式として、特許文献１に記載されたものがある。これは、熱源としてガスバーナを用い、かつ燃焼室を設けてボルトの外で燃焼を行わせ、一定流量の燃焼ガスを供給するために、減圧弁、均圧弁を設け、安全装置としてウルトラビジョン及び電磁弁を取付け、ガスバーナ装置の先端に加熱管を用い、加熱管の中へ燃焼ガスと加熱用空気とを通して、ボルト内に加熱管を入れボルトを加熱する構造である。

特開昭５４−１４２６３１号公報

しかしながら、伝熱ヒータを使用した加熱方式にあっては、ヒータ外径の影響やボルトの局所加熱を防ぐためにヒータ容量が制限され、ボルトの加熱（規定伸び量到達）までに長時間（例えば６０分程度）を要すると共に、ヒータ挿入スペースの少ない場所では、コイル形状の可撓型ヒータを用いているが、製作の都合からコイル外径がばらつきボルトへの伝熱熱量が不足するという問題点があった。また、ボルトへの挿入状態、使用頻度によっては短期で損傷断線する可能性が高いという問題点もあった。

特許文献１に記載されたものにあっては、ガスバーナの火炎で直接加熱しないで燃焼ガス（及び二次エア）で加熱する点は、後述する本発明と共通するが、本発明の管状火炎バーナとはバーナ構造が異なることから、バーナ構造やシステム構成が部品点数の増大等で繁雑化し、大掛かりなものになるという問題点があった。

また、油圧ジャッキを使用した油圧方式にあっては、油圧ユニット等で装置が繁雑化し、大掛かりなものになるという問題点があった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、管状火炎バーナを用いても安全でかつ高精度にボルトの増締めが行える汎用性の高いボルトヒータ及びボルトヒーティングシステムを提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係るボルトヒータは、
ボルトを加熱するボルト増締め用のボルトヒータであって、
ガス燃料と燃焼用空気とが接線方向に供給され、旋回火炎を形成しながら完全燃焼し、燃焼ガスのみを出口から排出する断面略円形状の燃焼室を備える管状火炎バーナを、前記ボルトの端面に連結し、当該管状火炎バーナの燃焼ガスを前記ボルトの中心に搾孔された流路に流すことにより前記ボルトを加熱することを特徴とする。

また、前記燃焼室には、ガス燃料と燃焼用空気との混合気がノズルを介して接線方向に供給されることを特徴とする。

また、前記燃焼室を形成するバーナ本体の出口寄りが冷却用空気で冷却されることを特徴とする。

また、前記冷却用空気は、ノズルを介して燃焼室内へ接線方向に供給されることを特徴とする。

また、前記燃焼室を形成するバーナ本体には、前記燃焼室と連通して点火時の圧力変動、騒音を低減するための中空構造を有する圧力緩衝器が付設されることを特徴とする。

また、前記管状火炎バーナは、湾曲管部を備えた管継手を用いて前記ボルトに取り付けられることを特徴とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係るボルトヒーティングシステムは、
前記ボルトヒータを用いたボルトヒーティングシステムにおいて、
前記燃焼室にガス燃料供給源からのガス燃料を供給するガス燃料供給ラインに介装された第１の電磁弁と、
前記燃焼室に燃焼用空気供給源からの燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ラインに介装された第２の電磁弁と、
前記ガス燃料及び燃焼用空気の供給量を調整すべく前記第１及び第２の電磁弁を駆動制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

また、
前記燃焼室内の点火を含む燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記ガス燃料供給ラインに介装された第３の電磁弁と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃焼状態検出手段からの検出信号に応じて前記第３の電磁弁を駆動制御することを特徴とする。

また、前記制御手段は、前記冷却用空気供給ラインに介装された第４の電磁弁を駆動制御することを特徴とする。

本発明のボルトヒータによれば、ガス燃料と燃焼用空気とが旋回火炎を形成しながら完全燃焼するので、均一温度の燃焼ガスで加熱でき、ボルトの局所加熱を効果的に防止して短時間（例えば従来の１／４〜１／２の時間）でボルトの増締めが行える。また、管状火炎バーナはバーナ構造が簡素であるため省スペースで燃焼ガスが得られるという利点もある。また、管継手の湾曲管部により干渉部（材）を避けて管状火炎バーナを植込みボルト側に取り付けられ、汎用性の高いボルトヒータを実現できる。

本発明のボルトヒーティングシステムによれば、管状火炎バーナを用いてもガス燃料及び燃焼用空気の供給量調整や非常時におけるガス燃料の遮断を自動で行え、安全でかつ高精度にボルトの増締めが行える。

以下、本発明に係るボルトヒータ及びボルトヒーティングシステムを実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示すボルトヒータの概略構成図、図２は管状火炎バーナの混合気供給系の構造図、図３は管状火炎バーナの冷却用空気供給系の構造図、図４はボルトヒーティングシステムの系統図、図５はボルトヒーティングシステムの操作フロー図である。

図１に示すように、蒸気タービン等における下車室１のフランジ部１ａと上車室２のフランジ部２ａとが植込みボルト３と袋ナット４で締結されると共に、管状火炎バーナ５がボルト増締め用のボルトヒータとして用いられている。尚、図中６は座金である。

前記フランジ部１ａには雌ねじ７と該雌ねじ７に通じる貫通孔８が形成され、前記雌ねじ７に植込みボルト３の下部に形成した雄ねじ９が螺合すると共に、前記貫通孔８に植込みボルト３の内部を貫通するガス通路１０が連通する。そして、植込みボルト３はその中間部が前記フランジ部２ａに形成されたばか孔１１を貫通すると共に、その上部に形成した雄ねじ１２に前記袋ナット４が螺合している。

前記袋ナット４には雌ねじ１３と該雌ねじ１３に通じる貫通孔１４が形成され、前記雌ねじ１３にバーナ本体１５の小径に絞られた出口部１６が螺合すると共に、前記貫通孔１４に植込みボルト３のガス通路１０が袋ナット４の内部空間を介して連通している。

従って、植込みボルト３を上車室２のフランジ部２ａを貫通させて下車室１のフランジ部１ａにねじ込んだ後、植込みボルト３に袋ナット４を螺合して上，下両フランジ部２ａ，１ａを仮締し、その後袋ナット４にバーナ本体１５をねじ結合することで、後述する加熱方式による植込みボルト３の増締めが可能となる。

即ち、バーナ本体１５の出口部１６から排出される燃焼ガスは、袋ナット４の雌ねじ１３→貫通孔１４→内部空間を通って植込みボルト３のガス通路１０に供給され、これにより植込みボルト３が加熱されて熱伸びし、この状態で再度袋ナット４を締め付ける（ねじ込む）ことで増締めが行われるのである。植込みボルト３を加熱した後の燃焼ガスは下車室１におけるフランジ部１ａの貫通孔８を通って外部に排出される。

前記管状火炎バーナ５は、図２に示すように、管状に形成されたバーナ本体１５の上部外周にガスジャケット１７ａ，１７ｂが点対称の位置にて二個形成され、これらのガスジャケット１７ａ，１７ｂには各々のアダプタ１８ａ，１８ｂに接続される後述するガスホース（配管）３０ａ，３０ｂを介してガス燃料と燃焼用空気の混合気が供給されるようになっている。

そして、前記ガスジャケット１７ａ，１７ｂに供給された混合気は、それぞれ縦スリット状のノズル１９ａ，１９ｂを介してバーナ本体１５内に縦長に形成された断面略円形状の燃焼室２０に対し接線方向に供給されるようになっている。

また、前記管状火炎バーナ５は、図３に示すように、バーナ本体１５の下部外周にエアジャケット２１ａ，２１ｂが、前記ガスジャケット１７ａ，１７ｂとは周方向にずらすなどして、点対称の位置にて二個形成され、これらのエアジャケット２１ａ，２１ｂには各々のアダプタ２２ａ，２２ｂに接続される後述するエアホース（配管）３１ａ，３１ｂを介して冷却用空気が供給されるようになっている。

そして、前記エアジャケット２１ａ，２１ｂに供給された冷却用空気は、それぞれ縦スリット状のノズル２３ａ，２３ｂを介して燃焼室２０に対し接線方向に供給されるようになっている。

従って、前記管状火炎バーナ５にあっては、ガス燃料と燃焼用空気との混合気が燃焼室２０に対し接線方向に供給され、後述する点火装置としてのスパークプラグ３２（図４参照）によって点火された際には、旋回火炎を形成しながら完全燃焼し、火炎が排出されることなく燃焼ガスのみがバーナ本体１５の出口部１６から排出される（図２参照）。一方、冷却用空気も燃焼室２０に対し接線方向に供給され、旋回火炎に混合される（図３参照）。

そして、図４に示すように、前記２本のガスホース３０ａ，３０ｂは１本のガスホース（配管）３３から分岐される。このガスホース３３は、プロパン，メタン，アセチレンガス等のガス燃料供給源３４に繋がるガスホース（配管）３５と、工場エア，ベビコン（小型空気圧縮機）等の燃焼用（及び冷却用）空気供給源３６に繋がるエアホース（配管）３７とが１本に纏められたものである。即ち、ガスホース３３でガス燃料と燃焼用空気とが混合されて混合気となるのである。従って、前記ガスホース３０ａ，３０ｂとガスホース３３とガスホース３５とでガス燃料供給ラインが構成され、前記ガスホース３０ａ，３０ｂとガスホース３３とガスホース３７とで燃焼用空気供給ラインが構成される。

また、前記２本のエアホース３１ａ，３１ｂは１本のエアホース（配管）３８から分岐され、このエアホース３８は前記エアホース３７から分岐されたものである。従って、前記エアホース３１ａ，３１ｂとエアホース３８とで冷却用空気供給ラインが構成される。尚、この冷却用空気供給ラインはエアホース３７から分岐させずに専用ラインで構成しても良い。

そして、前記ガスホース３５には制御盤４０とガス燃料供給源３４との間に位置して圧力制御弁４１が介装されると共に、制御盤４０内に位置して、ライン上流側から順に、圧力制御弁仕切弁４２，安全弁（第３の電磁弁）４３，圧力計４４，開度調整弁４５，流量制御弁（第１の電磁弁）４６，仕切弁４７が介装される。尚、開度調整弁４５はニードル弁で流量制御弁４６動作時の微調整を行うものである。

また、前記エアホース３７には制御盤４０内に位置して、ライン上流側から順に、圧力制御弁４８，圧力計４９，開度調整弁５０，流量制御弁（第２の電磁弁）５１，仕切弁５２が介装される。尚、開度調整弁５０はニードル弁で流量制御弁５１動作時の微調整を行うものである。

また、前記エアホース３８には制御盤４０内に位置して、ライン上流側から順に、開度調整弁５３，流量制御弁（第４の電磁弁）５４，仕切弁５５が介装される。尚、開度調整弁５３はニードル弁で流量制御弁５４動作時の微調整を行うものである。また、このエアホース３８は、圧力計４９と開度調整弁５０との間のエアホース３７から分岐される。

前記安全弁４３と三個の流量制御弁４６，５１，５４は、マイクロコンピュータ等からなる制御装置（制御手段）５６により駆動（開閉）制御される。この制御装置５６には、イグニッションコイル５７を介して前述したスパークプラグ３２が接続されると共に、フレームガードリレー５８を介して燃焼室２０内の点火を含む燃焼状態を検出する火炎検知器（燃焼状態検出手段）３９が接続される。

そして、制御装置５６は、図５に示すボルトヒーティングシステムの操作フロー図に従って動作する。

即ち、ステップＰ１でボルトヒーティングの開始スイッチがＯＮされると、先ず、ステップＰ２で流量制御弁５１（及び開度調整弁５０）により燃焼用空気が例えば５０％供給される。これにより、配管３７，３３，３０ａ，３０ｂ内やバーナ本体１５の燃焼室２０内等に残留している未燃焼ガスが外部にパージ（排出）され、安全が確保される（ステップＰ３参照）。

次に、ステップＰ４でスパークプラグ３２が点火された後、ステップＰ５で流量制御弁４６（及び開度調整弁４５）によりガス燃料が例えば５０％供給される。この後、ステップＰ６でバーナ本体１５の燃焼室２０内の混合気が正常に点火され、燃焼が継続しているか否かが火炎検知器３９で確認（判断）される。

前記ステップＰ６で混合気が正常に点火され、燃焼が継続していると判断されると、ステップＰ７で流量制御弁５１（及び開度調整弁５０）及び流量制御弁４６（及び開度調整弁４５）により燃焼用空気及びガス燃料が例えば１００％供給される。これにより、管状火炎バーナ５は定常燃焼される（ステップＰ８参照）。

次に、ステップＰ９で流量制御弁５４（及び開度調整弁５３）により冷却用空気が例えば１００％供給され、バーナ本体１５のホットスポットが冷却されると共に、燃焼ガス温度の過上昇が防止される。この際、冷却用空気も燃焼室２０に対し接線方向に供給されるので、燃焼ガスの均一温度が保持される。

次に、ステップＰ１０で植込みボルト３が加熱されて熱伸びした後、ステップＰ１１で袋ナット４を再度ねじ込んで植込みボルト３の増締めが完了したら、ステップＰ１２で流量制御弁４６（及び開度調整弁４５）によりガス燃料の供給を停止する。

一方、前記ステップＰ６で失火又は点火失敗があった場合は、即ステップＰ１２に移行し、この場合は安全弁４３によりガス燃料を遮断する。尚、ステップＰ６で逆火，異常燃焼した場合は、非常停止ボタンを操作してステップＰ１２を実行すると好適である。

次に、ステップＰ１３で流量制御弁５１（及び開度調整弁５０）により燃焼用空気と流量制御弁５４（及び開度調整弁５３）により冷却用空気とを供給し続け、配管３７，３３，３０ａ，３０ｂ内やバーナ本体１５の燃焼室２０内等に残留している未燃焼ガスを外部にパージ（排出）すると共に、バーナ本体１５のホットスポットを冷却した後、ステップＰ１４で管状火炎バーナ５によるボルトヒーティングが停止される。以後これを繰り返すのである。

このように本実施例では、燃焼室２０にガス燃料と燃焼用空気との混合気を接線方向に供給して旋回火炎を生起するという単純な構造のバーナ本体１５を備えたコンパクトな形状の管状火炎バーナ５を用いてボルトヒーティングするので、植込みボルト３の袋ナット４に直接取り付けて省スペースで燃焼ガスが得られる。

また、加熱媒体が燃焼ガスであり、伝熱ヒータに対し数十倍までの伝熱容量とすることができるため、植込みボルト３を短時間（従来の１／４〜１／２の時間）で加熱でき、締結作業の大幅な時間短縮が図れる。加えて、燃焼ガスは均一温度であるため、植込みボルト３が局所加熱されること無く、均一な温度での熱伸びが行われるので、内部応力が発生しない。

また、本実施例では、ボルトヒーティングシステムにおいて、燃焼室２０に火炎検知器３９を組み込むと共に燃焼用空気供給ラインとガス燃料供給ラインに安全弁４３と流量制御弁４６，５１を組み込むことで、運転スイッチ操作以外の作業が自動で行われるので、人員的なミスを無くして安全に、かつあらゆるサイトの作業員でも同等の品質で高精度に植込みボルト３の増締め作業が行える。

尚、上記実施例において、混合気は燃焼室２０に対し点対称の二箇所から接線方向に供給されるが一箇所でも良い。冷却用空気も同様に一箇所でも良い。また、バーナ本体１５が熱負荷に充分に耐えられるものであれば冷却用空気の供給を廃止しても良い。また、ガス燃料と燃焼用空気とが配管３０ａ，３０ｂ，３３内で予めミキシング（混合）されて燃焼室２０に供給されるようにしたが、別々に供給されて燃焼室２０内でミキシングされるようにしても良い。また、火炎検知器３９に代えてウルトラビジョン等他の燃焼状態検出手段を用いても良い。また、スパークプラグ２０に代えて他の点火装置を用いても良い。

図６は本発明の実施例２を示す管状火炎バーナの混合気供給系の構造図である。

これは、実施例１における管状火炎バーナ５のバーナ本体１５に、燃焼室２０と連通して点火時の圧力変動、騒音を低減するための中空構造を有する圧力緩衝器（本実施例では、可撓性を有するホースからなるリング形状の緩衝器（バッファリング）を取り付けた例を示す）６０を付設した例である。その他の構成は実施例１と同様であるので、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、実施例１と同様の作用効果が得られることに加えて、点火時に急上昇した内部圧力が緩衝器６０内を通過することで衝撃が緩和され、圧力変動、騒音が低減されてスムーズな点火が可能となるという利点が得られる。

図７は本発明の実施例３を示すボルトヒータの概略構成図である。

これは、実施例１における管状火炎バーナ５を管継手６１を介して植込みボルト３の袋ナット４に取り付けるようにした例である。

前記管継手６１は、バーナ本体１５の出口部１６がねじ込まれる湾曲管部６２の外周にフィン６３とクランプ６４を備えた雄形接続管６５と、袋ナット４の雌ねじ１３にねじ込まれる管部６６の外周にフック６７を備えた雌形接続管６６とに分割形成され、湾曲管部６２と管部６６とが互いに凹凸のテーパー面で密着されてクランプ６４とフック６７の係合により接続されるようになっている。その他の構成は実施例１と同様であるので、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、実施例１と同様の作用効果が得られることに加えて、管継手６１の湾曲管部６２により上車室２の干渉部（材）を避けて管状火炎バーナ５を植込みボルト３側に取り付けられ、汎用性の高いボルトヒータを実現できるという利点が得られる。

本発明の実施例１を示すボルトヒータの概略構成図である。 管状火炎バーナの混合気供給系の構造図である。 管状火炎バーナの冷却用空気供給系の構造図である。 ボルトヒーティングシステムの系統図である。 ボルトヒーティングシステムの操作フロー図である。 本発明の実施例２を示す管状火炎バーナの混合気供給系の構造図である。 本発明の実施例３を示すボルトヒータの概略構成図である。 従来例のボルトヒータの概略構成図である。

符号の説明

１ 下車室
２ 上車室
３ 植込みボルト
４ 袋ナット
５ 管状火炎バーナ
１０ ガス通路
１５ バーナ本体
１６ 出口部
１７ａ，１７ｂ ガスジャケット
１９ａ，１９ｂ ノズル
２０ 燃焼室
２１ａ，２１ｂ エアジャケット
２３ａ，２３ｂ ノズル
３０ａ，３０ｂ ガスホース
３１ａ，３１ｂ エアホース
３２ スパークプラグ
３３ ガスホース
３４ ガス燃料供給源
３５ ガスホース
３６ 燃焼用（及び冷却用）空気供給源
３７ エアホース
３８ エアホース
３９ 火炎検知器
４０ 制御盤
４３ 安全弁（遮断弁）
４６ 流量制御弁
５１ 流量制御弁
５４ 流量制御弁
５６ 制御装置
６０ 圧力緩衝器
６１ 管継手
６２ 湾曲管部
６５ 雄形接続管
６６ 雌形接続管

Claims (9)

1. ボルトを加熱するボルト増締め用のボルトヒータであって、
   ガス燃料と燃焼用空気とが接線方向に供給され、旋回火炎を形成しながら完全燃焼し、燃焼ガスのみを出口から排出する断面略円形状の燃焼室を備える管状火炎バーナを、前記ボルトの端面に連結し、当該管状火炎バーナの燃焼ガスを前記ボルトの中心に搾孔された流路に流すことにより前記ボルトを加熱することを特徴とするボルトヒータ。
2. 前記燃焼室には、ガス燃料と燃焼用空気との混合気がノズルを介して接線方向に供給されることを特徴とする請求項１に記載のボルトヒータ。
3. 前記燃焼室を形成するバーナ本体の出口寄りが冷却用空気で冷却されることを特徴とする請求項１又は２に記載のボルトヒータ。
4. 前記冷却用空気は、ノズルを介して燃焼室内へ接線方向に供給されることを特徴とする請求項３に記載のボルトヒータ。
5. 前記燃焼室を形成するバーナ本体には、前記燃焼室と連通して点火時の圧力変動、騒音を低減するための中空構造を有する圧力緩衝器が付設されることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載のボルトヒータ。
6. 前記管状火炎バーナは、湾曲管部を備えた管継手を用いて前記ボルトに取り付けられることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載のボルトヒータ。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載のボルトヒータを用いたボルトヒーティングシステムにおいて、
   前記燃焼室にガス燃料供給源からのガス燃料を供給するガス燃料供給ラインに介装された第１の電磁弁と、
   前記燃焼室に燃焼用空気供給源からの燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ラインに介装された第２の電磁弁と、
   前記ガス燃料及び燃焼用空気の供給量を調整すべく前記第１及び第２の電磁弁を駆動制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするボルトヒーティングシステム。
8. 前記燃焼室内の点火を含む燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
   前記ガス燃料供給ラインに介装された第３の電磁弁と、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、前記燃焼状態検出手段からの検出信号に応じて前記第３の電磁弁を駆動制御することを特徴とする請求項７に記載のボルトヒーティングシステム。
9. 前記制御手段は、前記冷却用空気供給ラインに介装された第４の電磁弁を駆動制御することを特徴とする請求項７又は８に記載のボルトヒーティングシステム。

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