JP2009192142A - 給水加熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】水室仕切板と母材の接合部に発生する応力を低減することができる給水加熱器を提供する。
【解決手段】給水を加熱するための複数の加熱管２１を支持する管板１１と、管板１１に取り付けられ、管板１１とともに水室３０を形成する水室鏡板１２と、水室３０内に固定された水室仕切板１６と、水室仕切板１６の外縁部に取り付けられ、管板１１及び水室鏡板１２と溶接部４１を介して接合されている取付部材４０とを備え、溶接部４１を介して接合される管板１１及び水室鏡板１２の剛性と溶接部４１の剛性と比較して、取付部材４０の剛性を相対的に低く設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は復水器で凝縮された復水を蒸気タービンの抽気で予熱する給水加熱器に関する。

給水加熱器とは、火力発電プラントや原子力発電プラントに設けられるもので、復水器で凝縮された復水をボイラや原子炉に導く前に蒸気タービンの抽気で予熱するためのものである。このように給水加熱器で給水の温度を予め上昇させておくと、プラント熱効率の向上を図ることができる。給水加熱器としては、一般的に、給水ポンプの上流側に設けられる低圧給水加熱器と、その下流側に設けられる高圧給水加熱器がある。

高圧給水加熱器は、給水ポンプによって昇圧され、蒸気タービンの抽気で加熱された給水が流通する水室ヘッダを有している。水室ヘッダは、管板と半球形の水室鏡板によって主に構成されており、この管板及び水室鏡板（母材）に接合された水室仕切板によって内部空間（水室）を２つに仕切られている。プラント運転時の水室には、給水ポンプで昇圧されて蒸気で加熱された給水が流通するため、水室仕切板は給水等から外力（荷重）を受ける。この荷重は、水室仕切板と母材の接合部に応力を生じさせるため、経年的に繰り返し作用した場合に母材の疲労割れの発生原因となる可能性がある。

このように母材に作用する応力の低減を図った技術としては、水室仕切板の一部に切り欠きを設け、この切り欠きに取り付けた部材（当板）を介して水室仕切板と母材を溶接しているものがある（特許文献１等参照）。

特開平５−２４０４０６号公報

ところが、上記技術では、水室仕切板が当板を介して母材に接合されている部分は水室仕切板の一部だけであり、その他の接合部では水室仕切板と母材は直接接合されている。そのため、当板以外の場所で生じる応力は母材に直接作用してしまうため、当板以外の場所に応力が集中した場合には母材の疲労割れ対策としては不充分なものとなる。

本発明の目的は水室仕切板と母材の接合部に発生する応力を低減することができる給水加熱器を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、給水を加熱するための複数の加熱管を支持する管板と、前記管板に取り付けられ、前記管板とともに水室を形成する水室鏡板と、前記水室内に固定された水室仕切板と、前記水室仕切板の外縁部に取り付けられ、前記管板及び前記水室鏡板のいずれか又は両方と溶接部を介して接合されている取付部材とを備え、前記取付部材の剛性は、前記溶接部を介して接合される母材の剛性及び前記溶接部の剛性と比較して相対的に低くするものとする。

このように前記水室仕切板を取り付けると、前記溶接部の強度が前記取付部材の強度と比較して相対的に大きくなり、プラント運転時に前記溶接部に発生する応力が相対的に強度の低い前記取付部材へ分散されるので、前記管板や前記水室鏡板に作用する応力を低減することができる。

（２）上記（１）の取付部材は、好ましくは、パイプ状に形成する。

（３）上記（２）の取付部材の直径は、好ましくは、前記取付部材の直径は、前記水室仕切板の厚みより大きくする。

（４）上記（１）〜（３）いずれかの取付部材は、前記水室仕切板の外縁部の全部に取り付ける。

本発明によれば、水室仕切板と母材の接合部に発生する応力が低減するので、給水加熱器の耐久性及び信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態である高圧給水加熱器の全体構造図である。
この図に示す高圧給水加熱器は、復水器（図示せず）からの給水（復水）が導入される水室ヘッダ１と、蒸気タービンからの抽気が流通する胴部２を備えている。

水室ヘッダ１は、管板１１と、水室鏡板１２と、給水入口管台１３と、給水出口管台１４と、水室マンホール部１５と、水室仕切板１６を備えている。

管板１１は、水室ヘッダ１に導入される給水を加熱するための加熱管２１を複数支持している。水室鏡板１２は、胴部２の反対側に位置するように管板１１に溶接された厚肉の半球形の部分であり、管板１１とともに水室ヘッダ１内に水室３０を形成している。

水室鏡板１２には、給水入口管台１３と、給水出口管台１４と、水室マンホール台１５が溶接されている。給水入口管台１３は、復水器からの給水が導入される部分であり、給水出口管台１４は、加熱管２１を通過する際に蒸気に加熱された給水が導出される部分である。水室マンホール台１５は、点検等で作業者が水室内にアクセスする際に利用される部分である。

水室仕切板１６は、水室３０を仕切るもので、水室３０内に取付部材４０（後の図２参照）を介して固定されている。水室３０は、この水室仕切板１６によって、入口水室３１と、出口水室３２に仕切られている。

入口水室３１は、給水入口管台１３と連通しており、給水ポンプ（図示せず）によって昇圧された給水が導入される部分である。出口水室３２は、給水出口管台１４と連通しており、加熱管２１を通過して加熱された給水が外部へ導出される部分である。入口水室３１と出口水室３２は、胴部２内に複数配された加熱管２１を介して接続されている。

胴部２は、複数の加熱管２１を内包している部分であり、蒸気入口管台２２と、ドレン出口管台２３を備えている。

蒸気入口管台２２は、蒸気タービン（図示せず）から抽気した蒸気が導入される部分であり、胴部２の上方に取り付けられている。ドレン出口管台２３は、加熱管２１内の給水によって凝縮された水が排出される部分であり、胴部２の下方に取り付けられている。蒸気入口管台２２から導入された蒸気は、胴部２内で加熱管２１を流通する給水と熱交換して水になり、ドレン出口管台２３を介して外部へ排出される。

図２は図１の高圧給水加熱器における水室ヘッダ１付近の構造図であり、図３は図２中のIII付近（即ち、取付部材４０付近）の拡大図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する。

これらの図に示す取付部材４０は、水室仕切板１６を管板１１及び水室鏡板１２に固定するためのものであり、水室仕切板１６の外縁部に取り付けられている。取付部材４０は、母材である管板１１及び水室鏡板１２と溶接部４１（図３参照）を介して接合されている。

取付部材４０の形状は、母材（管板１１及び水室鏡板１２）の剛性及び溶接部４１の剛性と比較して、取付部材４０の剛性が相対的に低くなるように形成されている。本実施の形態の取付部材４０は、この剛性の条件を満たす薄肉のパイプ状の部材で形成されており、水室仕切板１６の外縁部の全部に亘って取り付けられている。

溶接部４１は、管板１１又は水室鏡板１２に接触した状態の取付部材４０に対して、取付部材４０の両側に設けられている。水室仕切板１６が上記のような剛性を有する取付部材４０を介して溶接されているので、溶接部４１の強度は取付部材４０の強度と比較して相対的に大きくなる。

また、図３に示すように、本実施の形態の取付部材４０の直径Ｒは、水室仕切板１６の厚みＴより大きく設定されている。そのため、水室仕切板１６の中心面Ｃから溶接部４１までの距離Ｌは、水室仕切板１６を管板１１又は水室鏡板１２に直に溶接した場合と比較して大きくなっている。

上記のように構成された給水加熱器でプラントを運転すると、管板１１及び水室鏡板１２と水室仕切板１６との接合部である溶接部４１に応力（例えば、水室仕切板１６を水室３０内に拘束（固定）することによって発生する応力や、給水の温度変化によって発生する熱応力、又は入口水室３１と出口水室３２の差圧によって生じる応力等）が発生する。

ところで、本実施の形態と異なり、水室仕切板１６が管板１１や水室鏡板１２に直接溶接されている場合には、その溶接部分に生じた応力は管板１１や水室鏡板１２に直接作用するため、給水加熱器を経年的に使用した場合に管板１１や水室鏡板１２に疲労割れが生じる可能性が相対的に高かった。

これに対して、本実施の形態における水室仕切板１６は、取付部材４０を介して管板１１及び水室鏡板１２に溶接されており、その取付部材４０の剛性は、管板１１及び水室鏡板１２の剛性と溶接部４１の剛性と比較して相対的に低く設定されている。このような取付部材４０を介して水室仕切板１６を取り付けると、溶接部４１の強度は取付部材４０の強度と比較して相対的に大きくなる。これにより、プラント運転時に溶接部４１に発生する応力が相対的に強度の低い取付部材４０へ分散されるので、管板１１や水室鏡板１２に作用する応力を低減することができる。これにより、管板１１や水室鏡板１２に応力割れが生じる可能性を低減することができるので、給水加熱器の耐久性及び信頼性が向上する。

また、本実施の形態の取付部材４０の直径Ｒは、水室仕切板１６の厚みＴより大きく設定されているので、モーメント荷重の中立面である水室仕切板１６の中心面Ｃから溶接部４１までの距離が、水室仕切板１６を直に管板１１等に溶接した場合と比較して大きくなっている。このように取付部材４０を成形すると、溶水室仕切板１６を直に管板１１等に溶接した場合と比較して、接部４１や管板１１及び水室鏡板１２（母材）に作用するモーメント荷重を相対的に緩和することができる。これにより、給水加熱器の耐久性及び信頼性は更に向上する。

さらに、本実施の形態のように取付部材４０を水室仕切板１６の外縁部の全部に取り付けると、外縁部の一部に取付部材４０を設けた場合と比較して、プラント運転時に母材に作用する応力を低減することができる。なお、本実施の形態と異なり、水室仕切板１６の外縁部の一部に取付部材４０を設け、その取付部材４０を管板１１及び水室鏡板１２のいずれか又は両方に溶接部４１を介して接合しても良い。この場合には、取付部材４０を取り付けた部分において、上記のような応力低減効果が発揮される。

なお、上記の実施の形態では、部材の製造や組立が容易なことに着目して、取付部材４０をパイプ状に成形したが、この他にも、例えば、多角形状のものを利用しても良い。また、これ以外の取付部材４０の形状としては、例えば、パイプ材の一部を切り欠いたＣ字状のものや、プラント運転時に水室仕切板１６に作用する荷重に応じて伸縮する蛇腹状のもの等を利用しても良い。後者のように取付部材４０を蛇腹状とする場合には、山折り部（谷折り部）を１つ以上設ければ足りる。また、これらの場合において、管板１１、水室鏡板１２、及び溶接部４１の剛性より取付部材４０の剛性を低くするために、取付部材４０の厚みは、水室仕切板１６の厚みと同程度か、水室仕切板１６の厚みより薄く設定することが好ましい。

本発明の実施の形態である高圧給水加熱器の全体構造図。 図１の高圧給水加熱器における水室ヘッダ付近の構造図。 図２中のIII付近の拡大図。

符号の説明

１ 水室ヘッダ
２ 胴部
１１ 管板
１２ 水室鏡板
１６ 水室仕切板
２１ 加熱管
３０ 水室
４０ 取付部材
４１ 溶接部
Ｃ 水室仕切板の中心面
Ｒ 取付部材の直径

Claims (4)

1. 給水を加熱するための複数の加熱管を支持する管板と、
   前記管板に取り付けられ、前記管板とともに水室を形成する水室鏡板と、
   前記水室内に固定された水室仕切板と、
   前記水室仕切板の外縁部に取り付けられ、前記管板及び前記水室鏡板のいずれか又は両方と溶接部を介して接合されている取付部材とを備え、
   前記取付部材の剛性は、前記溶接部を介して接合される母材の剛性及び前記溶接部の剛性と比較して相対的に低いことを特徴とする給水加熱器。
2. 請求項１記載の給水加熱器において、
   前記取付部材は、パイプ状に形成されていることを特徴とする給水加熱器。
3. 請求項２記載の給水加熱器において、
   前記取付部材の直径は、前記水室仕切板の厚みより大きいことを特徴とする給水加熱器。
4. 請求項１から３いずれかに記載の給水加熱器において、
   前記取付部材は、前記水室仕切板の外縁部の全部に取り付けられていることを特徴とする給水加熱器。

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