JP2797683B2 - ボイラの伝熱管群 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボイラの伝熱管群に関するものである。

［従来の技術］ 以下、従来のボイラの伝熱管群を第４図〜第14図を用
いて説明する。

第４図中１はボイラ本体、２はボイラ本体１を構成す
る火炉、３は火炉２に接続された後部伝熱部、４は後部
伝熱部３に接続された排ガスダクトである。

５は火炉２内に設けられた、火炉上部分割壁と呼ばれ
るスーパーヒーターを構成している伝熱管群である。

６は伝熱管群５の垂直部、７は垂直部の下部に設けら
れた第一傾斜部、８は第一傾斜部７の下部に設けられた
第二傾斜部である。

そして、伝熱管群５の下部は、第５図・第６図に示す
ように、火炉２の前壁12を構成する前壁管13の内の一本
又は数本を横に振って形成した空間部14を通して火炉２
外部へ導かれて、前壁管13の外方に取り付けられたスキ
ンケーシング15に溶接固定されている。

反対に、伝熱管群５の上部は、ボイラ本体１の天井壁
16に形成した図示しない前記と同様な空間部を移動自在
に通してボイラ本体１外部へ導かれている。

又、伝熱管群５の垂直部６を構成する各伝熱管17は、
第７図〜第10図に示すように、一対のフック状をしたス
ライド金具18,19により互に管軸方向20へ摺動自在で且
つ互いに離反動不能に連結されている。

尚、スライド金具18,19は、第７図に示すように、各
伝熱管17の間に千鳥状に配置して、これを上下に三列以
上の配列とし、しかも第８図〜第10図に示すように、各
列のスライド金具18,19のフックの向きが上下に位置す
る列のスライド金具18,19のフックの向きとは反対とな
るようにして、垂直部６の面外剛性を高めている。

伝熱管群５の第一傾斜部７と第二傾斜部８は、第11図
〜第13図に示すようにタイ金具21により一体に固定され
ている。

尚、タイ金具21は、第11図に示すように、各伝熱管17
の間に千鳥状に配置して第一傾斜部７と第二傾斜部８の
剛性を高めている。

22は伝熱管群５の下部に接続された入口ヘッダ、23,2
4は伝熱管群５の上部に接続された出口ヘッダであっ
て、出口ヘッダ23,24は二分割されている。

そして、伝熱管群５を構成する各伝熱管17は、第14図
に示すように、三本一組となって、出口ヘッダ23,24の
長手方向同一位置の、真下と右下と左下に夫々接続され
ている。

25は出口ヘッダ23,24の上部に配設されたマニホール
ド、26,27は出口ヘッダ23,24に集められた蒸気をマニホ
ールド25へ導く連絡管であって、該連絡管26,27は長尺
で且つ蛇行状に形成されてフレキシビリティーを与えら
れている。

尚、28は火炉２に設けられたバーナ、29は後部伝熱部
３に設けられたスーパーヒーターである。

又、出口ヘッダ23,24及びマニホールド25は図示しな
いボイラ鉄骨から吊り下げ支持されている。

バーナ28で燃料を燃焼させると、発生した燃焼ガスは
火炉２や後部伝熱部３を通り、途中、火炉２の周壁や火
炉２に設けられた伝熱管群５や後部伝熱部３の周壁や後
部伝熱部３に設けられたスーパーヒーター29等を加熱
し、その後、排ガスダクト４から排出される。

一方、ボイラに供給されたボイラ水は、火炉２の周
壁、後部伝熱部３の周壁、後部伝熱部３に設けられたス
ーパーヒーター29、火炉２に設けられた伝熱管群５の順
に流れて過熱される。

このうち、火炉２に設けられた伝熱管群５では、ボイ
ラ水（蒸気）は入口ヘッダ22から入って伝熱管を流れ出
口ヘッダ23,24へ取り出される。そして、出口ヘッダ23,
24へ取り出されたボイラ水（蒸気）は連絡管26,27から
マニホールド25へ集められる。

又、ボイラ運転中には、高温の伝熱管群５と低温の火
炉２の周壁との間に温度差による伸び差が生じるが、伝
熱管群５は下部が火炉２の前壁12のスキンケーシング15
に溶接固定されているので、伸び差により天井壁16に移
動自在に貫通されている上部側が上方へ変位され、この
とき、連絡管26,27が撓むことにより出口ヘッダ23,24と
マニホールド25との間隔が変更されて、前記伸び差が吸
収される。

伝熱管群５の上部側の伸び差による上方変位の際に、
垂直部６を構成する各伝熱管17ではスライド金具18,19
の滑りにより互いの管軸方向20の伸び差が許容される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来のボイラの伝熱管群には、以
下のような問題があった。

即ち、上記したように伸び差によって伝熱管群５の上
部側が上方へ変位するような設計としていたつもりが、
第一傾斜部７及び第二傾斜部８の面外剛性が不充分であ
ったために第一傾斜部７及び第二傾斜部８が面外座屈を
起こして伝熱管群５の上部側が設計どうりに上方へ変位
しなかったり、一度は伸び差により上部側が上方へ変位
した伝熱管群５やこれに伴って変形した連絡管26,27
が、変位や変形した状態に塑性変形して元の状態に復帰
できなくなり、次からは下部側が下方へ変位するように
なったりして、実際には伝熱管群５の上部側が設計どう
り上方へ変位されないので、第一傾斜部７及び第二傾斜
部８に設けた剛性を高めるためのタイ金具21に過大な応
力が集中してクラックが発生するおそれがあった。

又、伸び差によって伝熱管群５の上部側が上方へ変位
するように設計されていたので、出口ヘッダ23,24とマ
ニホールド25との間隔の変更を許容させるため連絡管2
6,27を長くて曲がりくねった形にしなければならない
が、連絡管26,27を長くすると連絡管26,27の熱容量が大
きくなるので、ボイラの起動時に連絡管26,27がなかな
か暖まらず、そこへ蒸気が流入すると、冷えた連絡管2
6,27によって蒸気が凝縮されてドレンとなり、該ドレン
が出口ヘッダ23,24から三本一組となって接続されてい
る伝熱管17のうちの真下に接続されている一本を逆流し
て、ドレンの逆流する伝熱管17としない伝熱管17との間
に温度差を生じさせるので、該温度差による熱応力がタ
イ金具21に発生してタイ金具21にクラックを発生させて
しまう。

本発明は、上述の実情に鑑み、伸び差により応力が集
中しない構造としたボイラの伝熱管群を提供することを
目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、垂直部と該垂直部の下部に傾斜部を有する
複数の伝熱管を同一面内に配設して成るボイラの伝熱管
群において、伝熱管群の上下端を位置固定して、伝熱管
群の垂直部を構成する伝熱管を互にスライド金具で管軸
方向へ摺動自在に連結し、且つ、伝熱管群の傾斜部を複
数のブロックに分けて、各ブロックを構成する伝熱管を
互にスライド金具で管軸方向へ摺動自在に連結して、各
ブロックに連結部を形成すると共に隣接するブロック間
に非連結部を形成したことを特徴とするボイラの伝熱管
群にかかるものである。

［作用］ 本発明によれば、伝熱管群は上下端が位置固定されて
いるので、周囲に対して温度差による伸び差が生じた場
合には、伝熱管群は垂直部と傾斜部とが変形して伸び差
を吸収する。

垂直部と傾斜部とが変形する際には、これらを構成す
る伝熱管同士を連結するスライド金具に滑りが生じるこ
とにより変形が支障なく許容される。

この際、傾斜部を複数のブロックに分けて、各ブロッ
クを構成する伝熱管を互にスライド金具で管軸方向へ摺
動自在に連結して連結部を形成すると共に、隣接するブ
ロック間にスライド金具で連結しない非連結部を形成し
たことにより、傾斜部のフレキシビリティーが向上し、
傾斜部が変形し易くなる。

［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図〜第３図は、本発明の一実施例である。

又、図中、ボイラの伝熱管群の基本構成や各構成部分
の詳細の中には、第４図〜第14図に示すものと同様のも
のが含まれている場合があるため、同一の構成部分につ
いては同一の符号を付して第４図〜第14図及びその説明
を参照し得るようにすることにより説明を省略或いは簡
略化するものとし、以下、本発明に特有の構成を中心に
説明して行く。

火炉上部分割壁等の伝熱管群30を、垂直部31と該垂直
部31の下部に連続された水平に近いなだらかな傾斜の単
一の傾斜部32とから成るフレキシビリティーの高い形状
とする。

伝熱管群30の上下部を、第５図・第６図に示す構造を
用いて、夫々、火炉２の前壁12及び天井壁16部分に位置
固定する。

伝熱管群30の垂直部31を構成する伝熱管33は、第７図
〜第10図と同様に、スライド金具18,19を用いて、管軸
方向20に移動可能で互いに離反動不能となるように連結
する。

尚、図中34,35,36がスライド金具18,19による垂直部3
1の連結位置である。

伝熱管群30の傾斜部32を、上方程所属する伝熱管33の
本数が少なくなるよう、複数のブロック37,38,39,40,41
に分けて、各ブロック37,38,39,40,41を構成する伝熱管
33を第７図〜第10図と同様に互にスライド金具18,19で
管軸方向20へ摺動自在で互いに離反動不能となるように
連結して連結部42,43,44,45,46,47を形成すると共に、
隣接するブロック37,38,39,40,41間にスライド金具18,1
9で連結されない非連結部48,49,50,51を形成する。

最も下側のブロック41の下方に位置する伝熱管33のう
ちの数本を途中から上方へ曲げて、垂直部31の中間部へ
入り込むバイパス管52,53を形成する。

伝熱管群30の垂直部31の上部に一本ものの出口ヘッダ
54を配設して、該出口ヘッダ54の側部に第３図で示すよ
うに数本（三本）を一組とした垂直部31の伝熱管33の上
端を接続し、出口ヘッダ54とマニホールド25との間を短
い連絡管55,56で接続する。

次に、作用について説明する。

ボイラの運転によりボイラ水が加熱されていく過程に
ついては第４図〜第14図と同様なので説明を省略する。

ボイラの運転に伴って火炉２と伝熱管群30との間に伸
び差が生じた場合、伝熱管群30は上下部を夫々天井壁16
と火炉２の前壁12の部分に固定されて変位することがで
きない状態となっているので、伝熱管群30の垂直部31と
傾斜部32が第１図に仮想線で示すように変形して伸び差
を吸収する。

この際、伝熱管群30は傾斜部32を一つのみとし且つ傾
斜部32を水平に近いなだらかな傾斜としているので、第
４図〜第14図に示す二つの傾斜部7,8を持つ伝熱管群５
に比べて、大きなフレキシビリティーを持たせることが
でき、従って、変形が支障なく許容される。

しかも、伝熱管群30の垂直部31と傾斜部32とを構成し
ている各伝熱管33の間の連結部分には、全てスライド金
具18,19のみが用いられているので、伝熱管群30の変形
によりスライド金具18,19間に滑りが生じて、スライド
金具18,19に応力が集中することが防止される。

又、伝熱管群30が変形する際、傾斜部32を構成する伝
熱管33では、下方に位置する伝熱管33程長さ寸法が大き
くなっているので伸びも下方の伝熱管33程大きくなり、
従って傾斜部32に全体として伸び差が生じるが、傾斜部
32の伝熱管33をブロック37,38,39,40,41に分け、しか
も、伸びの大きい下側のブロック37,38,39,49,41程所属
する伝熱管33の本数が多くなるようにして、傾斜部32の
変形に対するフレキシビリティーを大きくしかも下側の
ブロック37,38,39,40,41程大きくしたことにより、傾斜
部32を構成する各伝熱管33に伸び差があっても傾斜部32
が全体として支障なく変形される。

尚、傾斜部32の最も下方のブロック41を構成する伝熱
管33のうち下方に位置する伝熱管33を途中から上方に曲
げてバイパス管52,53を形成したことにより、該伝熱管3
3のの傾斜部32における収熱量が下がって他の伝熱管33
と収熱量が均等化される。

又、出口ヘッダ54を一本化したことにより、垂直部33
を構成する伝熱管33の上端の位置が全て一定に保たれる
ので、第４図〜第14図で示すように出口ヘッダ23,24を
二本に分割した場合に対して、伝熱管33の上端部の位置
ずれによってスライド金具18,19が外れるというトラブ
ルの発生を防ぐことができる。

更に、伝熱管群30の上端部を天井壁16の部分に固定し
たことにより、出口ヘッダ54とマニホールド25との間隔
が常に略一定に保たれるので、連絡管55,56にフレキシ
ビリティーを持たせる必要がなくなり、従って、連絡管
55,56を短くすることができる。その結果、連絡管55,56
を短くした分だけ、連絡管55,56の熱容量が小さくな
り、起動時に連絡管55,56の温度が素早く上がるので、
連絡管55,56を流れる蒸気が凝縮してドレンとなること
が防止される。

これに加えて、垂直部31の伝熱管33の上端部は、第３
図に示すように、出口ヘッダ54の側部に接続されている
ので、出口ヘッダ54にドレンが溜まった場合でも、該ド
レンが伝熱管33に逆流することが防止され、その結果、
ドレンが逆流する伝熱管33としない伝熱管33との間に温
度差による熱応力が発生することが防止される。

尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定されるもので
はなく、火炉上部分割壁以外の伝熱管群に対しても適用
できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々変更を加え得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のボイラの伝熱管群によ
れば、周囲との温度差による伸び差によって応力集中が
生じるのを防止することができるという優れた効果を奏
し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体正面図、第２図は第１
図の部分拡大図、第３図は第１図の出口ヘッダ部分の拡
大正面図、第４図は従来例の全体正面図、第５図は第４
図のＶ−Ｖ矢視図、第６図は第５図のVI−VI矢視図、第
７図は第４図の垂直部の部分拡大図、第８図は第７図の
VIII部分拡大図、第９図は第７図のIX部分拡大図、第10
図は第７図のＸ部分拡大図、第11図は第４図の傾斜部の
部分拡大図、第12図は第11図のXII−XII矢視図、第13図
は第11図のXIII−XIII矢視図、第14図は第４図の出口ヘ
ッダ部分の拡大正面図である。 図中１はボイラ本体、18,19はスライド金具、20は管軸
方向、30は伝熱管群、31は垂直部、32は傾斜部、33は伝
熱管、37,38,39,40,41はブロック、42,43,44,45,46,47
は連結部、48,49,50,51は非連結部を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直部と該垂直部の下部に傾斜部を有する
   複数の伝熱管を同一面内に配設して成るボイラの伝熱管
   群において、伝熱管群の上下端を位置固定して、伝熱管
   群の垂直部を構成する伝熱管を互にスライド金具で管軸
   方向へ摺動自在に連結し、且つ、伝熱管群の傾斜部を複
   数のブロックに分けて、各ブロックを構成する伝熱管を
   互にスライド金具で管軸方向へ摺動自在に連結して、各
   ブロックに連結部を形成すると共に隣接するブロック間
   に非連結部を形成したことを特徴とするボイラの伝熱管
   群。