JP2835226B2 - 伝熱管支持装置 - Google Patents
伝熱管支持装置Info
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- JP2835226B2 JP2835226B2 JP30388391A JP30388391A JP2835226B2 JP 2835226 B2 JP2835226 B2 JP 2835226B2 JP 30388391 A JP30388391 A JP 30388391A JP 30388391 A JP30388391 A JP 30388391A JP 2835226 B2 JP2835226 B2 JP 2835226B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は排熱回収ボイラに係り、
特にケーシング内に組込まれた熱交換装置を構成する伝
熱管の振動を防止するのに好適な支持装置に関する。
特にケーシング内に組込まれた熱交換装置を構成する伝
熱管の振動を防止するのに好適な支持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】排熱回収ボイラは各種の内燃機関、ガス
タービン等の排ガスを熱源用流体として受け入れ、ケー
シング内に収容された熱交換装置内を流れる低温の熱媒
体、すなわち給水との間で熱交換せしめて熱回収を果た
す大形の熱交換器であり、ガス・蒸気複合サイクル発電
プラントにおけるものがその代表的な例として知られて
いる。
タービン等の排ガスを熱源用流体として受け入れ、ケー
シング内に収容された熱交換装置内を流れる低温の熱媒
体、すなわち給水との間で熱交換せしめて熱回収を果た
す大形の熱交換器であり、ガス・蒸気複合サイクル発電
プラントにおけるものがその代表的な例として知られて
いる。
【０００３】一般に、排熱回収ボイラは予熱後の給水の
流動様式に従い、強制循環式および自然循環式と呼ばれ
る２形式に大別される。ここでは自然循環式排熱回収ボ
イラを一例として従来の技術を図面を参照して説明す
る。図４において、図示しないガスタービンからの排ガ
スはケーシング１に流れて過熱器２、高圧蒸発器３内を
通る蒸気ないし給水との熱交換を経た後に、下流側の脱
硝装置４に導かれる。ここで、排ガス中の窒素酸化物は
触媒を使用して除去され、無害なガスとなる。この排ガ
スは、さらに高圧節炭器５、低圧蒸発器６へと流れ、内
部を通る給水との熱交換を経る。この間、排ガスは熱交
換を経るたびに温度が下がり、最後の低圧節炭器７での
給水との熱交換を経て当初の温度約５５０℃から約１５
０℃に下がり、ケーシング１から流出する。以上は排ガ
スを中心としての説明であるが、低温の熱媒体である給
水は上記した各熱交換装置での熱交換の際に排ガスの熱
を奪って温度上昇し、低圧および高圧蒸発器６、３に備
えられる低圧および高圧蒸気ドラム８、９から蒸気とし
て取り出されて、蒸気タービン（図示せず）の動作媒体
として供給される。
流動様式に従い、強制循環式および自然循環式と呼ばれ
る２形式に大別される。ここでは自然循環式排熱回収ボ
イラを一例として従来の技術を図面を参照して説明す
る。図４において、図示しないガスタービンからの排ガ
スはケーシング１に流れて過熱器２、高圧蒸発器３内を
通る蒸気ないし給水との熱交換を経た後に、下流側の脱
硝装置４に導かれる。ここで、排ガス中の窒素酸化物は
触媒を使用して除去され、無害なガスとなる。この排ガ
スは、さらに高圧節炭器５、低圧蒸発器６へと流れ、内
部を通る給水との熱交換を経る。この間、排ガスは熱交
換を経るたびに温度が下がり、最後の低圧節炭器７での
給水との熱交換を経て当初の温度約５５０℃から約１５
０℃に下がり、ケーシング１から流出する。以上は排ガ
スを中心としての説明であるが、低温の熱媒体である給
水は上記した各熱交換装置での熱交換の際に排ガスの熱
を奪って温度上昇し、低圧および高圧蒸発器６、３に備
えられる低圧および高圧蒸気ドラム８、９から蒸気とし
て取り出されて、蒸気タービン（図示せず）の動作媒体
として供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ガス
・蒸気複合サイクル発電プラントの大容量化に伴い排熱
回収ボイラの各熱交換装置を構成する伝熱管の高さも１
０メートルあるいはそれ以上に長大化している。排ガス
の流動域に配置される伝熱管は加振されて振動を生じる
が、カルマン渦などの排ガスの流動の乱れを伴う流体の
流れの変化が絶えずあり、挙動が大きく変わると、伝熱
管の固有振動数と一致する可能性もあり、共振によって
伝熱管に損傷を引き起こす場合がある。一般に、こうし
た共振を防止するには伝熱管自身の強度を高くすること
で振動数を高くすることが試みられる。たとえば、図５
に示されるように各伝熱管１１の中間部分に中間支持板
１２を介装し、中間支持板１２同士を丸棒１３を介して
接続して強度を増大せしめ、固有振動数を高くするやり
方である。しかしながら、この伝熱管１１同士の連結に
伴って次のような問題が懸念されている。
・蒸気複合サイクル発電プラントの大容量化に伴い排熱
回収ボイラの各熱交換装置を構成する伝熱管の高さも１
０メートルあるいはそれ以上に長大化している。排ガス
の流動域に配置される伝熱管は加振されて振動を生じる
が、カルマン渦などの排ガスの流動の乱れを伴う流体の
流れの変化が絶えずあり、挙動が大きく変わると、伝熱
管の固有振動数と一致する可能性もあり、共振によって
伝熱管に損傷を引き起こす場合がある。一般に、こうし
た共振を防止するには伝熱管自身の強度を高くすること
で振動数を高くすることが試みられる。たとえば、図５
に示されるように各伝熱管１１の中間部分に中間支持板
１２を介装し、中間支持板１２同士を丸棒１３を介して
接続して強度を増大せしめ、固有振動数を高くするやり
方である。しかしながら、この伝熱管１１同士の連結に
伴って次のような問題が懸念されている。
【０００５】すなわち、各伝熱管１１の集まりである過
熱器２、高圧蒸発器３、高圧節炭器５、低圧蒸発器６お
よび低圧節炭器７相互の間には排ガスの温度ならびに伝
熱管１１内を流れる蒸気ないし給水の温度は大きな相違
があり、また同じ熱交換器同士でも隣り合う伝熱管１１
の間で僅かながら相違がある。
熱器２、高圧蒸発器３、高圧節炭器５、低圧蒸発器６お
よび低圧節炭器７相互の間には排ガスの温度ならびに伝
熱管１１内を流れる蒸気ないし給水の温度は大きな相違
があり、また同じ熱交換器同士でも隣り合う伝熱管１１
の間で僅かながら相違がある。
【０００６】このため、熱膨張によって各伝熱管１１が
伸びるとき、それぞれの伝熱管１１の間で伸び量に差が
生じ、一部の伝熱管１１で自由な伸びが拘束されて丸棒
１３の接続部に大きな熱応力が生じて損傷が生じる可能
性がある。これは伝熱管群の剛性を増大するために管群
同士を連結部材で結んでいるもの、たとえば図６に示さ
れるような連結材１４を使用する場合も同様な問題を生
じる。
伸びるとき、それぞれの伝熱管１１の間で伸び量に差が
生じ、一部の伝熱管１１で自由な伸びが拘束されて丸棒
１３の接続部に大きな熱応力が生じて損傷が生じる可能
性がある。これは伝熱管群の剛性を増大するために管群
同士を連結部材で結んでいるもの、たとえば図６に示さ
れるような連結材１４を使用する場合も同様な問題を生
じる。
【０００７】そこで、本発明の目的は伝熱管の熱膨張に
よる自由な伸びを拘束することなく、伝熱管群の剛性を
増大させるようにした伝熱管支持装置を提供することに
ある。
よる自由な伸びを拘束することなく、伝熱管群の剛性を
増大させるようにした伝熱管支持装置を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は伝熱管の長手方向に等間隔を保って伝熱管を
支える複数枚の支持板を設け、これらの支持板の排ガス
流動方向でみた前端部および後端部に複数本の連結部材
を少なくとも１枚の支持板を除き、それ以外の支持板に
穿った貫通孔に遊嵌させるように設けたことを特徴とす
るものである。
め本発明は伝熱管の長手方向に等間隔を保って伝熱管を
支える複数枚の支持板を設け、これらの支持板の排ガス
流動方向でみた前端部および後端部に複数本の連結部材
を少なくとも１枚の支持板を除き、それ以外の支持板に
穿った貫通孔に遊嵌させるように設けたことを特徴とす
るものである。
【０００９】
【作用】熱交換装置を構成する複数列にわたる伝熱管を
連結する支持板および管群同士を結ぶ連結部材は伝熱管
あるいは管群の剛性を増大する有力な手段であるが、伝
熱管の熱膨張による伸長においてはこれが自由な伸びを
拘束する。この自由な伸びを拘束しないことを主眼にお
く本発明は、連結部材と遊嵌させている貫通孔を備えた
支持板を設ける。支持板のうち、１枚だけは排ガス流動
方向でみた前端部と後端部とに各々配置される連結部材
と固定し、強度の不足を補う。
連結する支持板および管群同士を結ぶ連結部材は伝熱管
あるいは管群の剛性を増大する有力な手段であるが、伝
熱管の熱膨張による伸長においてはこれが自由な伸びを
拘束する。この自由な伸びを拘束しないことを主眼にお
く本発明は、連結部材と遊嵌させている貫通孔を備えた
支持板を設ける。支持板のうち、１枚だけは排ガス流動
方向でみた前端部と後端部とに各々配置される連結部材
と固定し、強度の不足を補う。
【００１０】連結部材との間に拘束部分を持たない支持
板は伝熱管が熱膨張によって伸びるときも変位が自由で
あり、その動きを妨げられない。しかも、伝熱管は剛性
が増大して振動数が高くなり、流体の加振に抗すること
ができる。
板は伝熱管が熱膨張によって伸びるときも変位が自由で
あり、その動きを妨げられない。しかも、伝熱管は剛性
が増大して振動数が高くなり、流体の加振に抗すること
ができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１２】図１および図２において、ケーシング２１
内に収容される３列の伝熱管２２からなる蒸発器（図１
のすべての熱交換装置に適用可能であるが、ここでは高
圧蒸発器への適用例として示す。）２３は縦向きに配置
され、各伝熱管２２は上端および下端で上部およびヘッ
ダ２４、２５と結ばれている。この上部ヘッダ２４はケ
ーシング２１に固定された上部ブラケット２６に支持さ
れており、下部ヘッダ２５はケーシング２１に固定され
た下部支持体２７に支承されて、伝熱管群全体が固定さ
れる。
内に収容される３列の伝熱管２２からなる蒸発器（図１
のすべての熱交換装置に適用可能であるが、ここでは高
圧蒸発器への適用例として示す。）２３は縦向きに配置
され、各伝熱管２２は上端および下端で上部およびヘッ
ダ２４、２５と結ばれている。この上部ヘッダ２４はケ
ーシング２１に固定された上部ブラケット２６に支持さ
れており、下部ヘッダ２５はケーシング２１に固定され
た下部支持体２７に支承されて、伝熱管群全体が固定さ
れる。
【００１３】また、各伝熱管２２を互いに連結している
遊動支持板２８および固定支持板２９が設けられる。遊
動支持板２８は全部で４枚からなり、伝熱管２２の長手
方向の中央部に配置される１枚の固定支持板２９と共に
等間隔を保っている。
遊動支持板２８および固定支持板２９が設けられる。遊
動支持板２８は全部で４枚からなり、伝熱管２２の長手
方向の中央部に配置される１枚の固定支持板２９と共に
等間隔を保っている。
【００１４】各遊動支持板２８および固定支持板２９の
排ガス流動方向でみた前端部および後端部に各々３本の
中空の連結材３０が設けられる。この連結材３０は固定
支持板２９とは溶接によって固定されているが、遊動支
持板２８に通される箇所は双方の間に隙間があり、互い
に相手を拘束しない。すなわち、図３に示されるよう
に、遊動支持板２８に穿たれた貫通孔３１は連結材３０
よりも口径を充分に大きくしており、双方はいずれの方
向にも自由な動きを妨げられない。
排ガス流動方向でみた前端部および後端部に各々３本の
中空の連結材３０が設けられる。この連結材３０は固定
支持板２９とは溶接によって固定されているが、遊動支
持板２８に通される箇所は双方の間に隙間があり、互い
に相手を拘束しない。すなわち、図３に示されるよう
に、遊動支持板２８に穿たれた貫通孔３１は連結材３０
よりも口径を充分に大きくしており、双方はいずれの方
向にも自由な動きを妨げられない。
【００１５】なお、図中符号３２は断熱材を示してい
る。
る。
【００１６】次に、上記構成によるところの作用を説明
する。
する。
【００１７】排熱回収ボイラの運転中、ケーシング２１
内を流動する排ガスによって各伝熱管２２が加熱され、
熱膨張が起こる。この熱膨張は下部支持材２７とケーシ
ング２１との固定点が起点となり、各伝熱管２２は上方
に伸びて行く。このとき、熱交換を伴わない連結材３０
は排ガス温度に近いところまで上昇するが、各伝熱管２
２は内部を流動する給水の冷却作用によって温度が排ガ
ス温度よりも常に低くなる。伝熱管２２同士を連結して
いる各遊動および固定支持板２８、２９は伝熱管２２の
熱膨張に連れて上方へ変位するが、大きく伸びる連結材
３０との間で伸び差が発生する。しかし、遊動支持板２
８と連結材３０とは互いに相手の動きを拘束することな
く、自由に変位することができる。僅かに固定支持板２
９と連結材３０との間で生じる伸び差で連結材３０の変
位が拘束されるが、熱膨張の少ない領域にあるため、熱
応力は大きな値とならない。
内を流動する排ガスによって各伝熱管２２が加熱され、
熱膨張が起こる。この熱膨張は下部支持材２７とケーシ
ング２１との固定点が起点となり、各伝熱管２２は上方
に伸びて行く。このとき、熱交換を伴わない連結材３０
は排ガス温度に近いところまで上昇するが、各伝熱管２
２は内部を流動する給水の冷却作用によって温度が排ガ
ス温度よりも常に低くなる。伝熱管２２同士を連結して
いる各遊動および固定支持板２８、２９は伝熱管２２の
熱膨張に連れて上方へ変位するが、大きく伸びる連結材
３０との間で伸び差が発生する。しかし、遊動支持板２
８と連結材３０とは互いに相手の動きを拘束することな
く、自由に変位することができる。僅かに固定支持板２
９と連結材３０との間で生じる伸び差で連結材３０の変
位が拘束されるが、熱膨張の少ない領域にあるため、熱
応力は大きな値とならない。
【００１８】このように熱膨張による伝熱管２２の変位
については自由であり、伝熱管２２は剛性が増大して振
動数が高くなり、流体からの加振によっては共振するこ
とがない。
については自由であり、伝熱管２２は剛性が増大して振
動数が高くなり、流体からの加振によっては共振するこ
とがない。
【００１９】また、本実施例のように支持装置を管群の
列が少ないものに適用した場合、連結材３０の働きによ
って伝熱管群の剛性が強まり、座屈が生じにくくなる。
すなわち、長大化している伝熱管２２においては特に熱
膨脹時の伸び差が特に上部において著しく、隣り合う管
群を連結部材等で結び合うことが難しくなる。
列が少ないものに適用した場合、連結材３０の働きによ
って伝熱管群の剛性が強まり、座屈が生じにくくなる。
すなわち、長大化している伝熱管２２においては特に熱
膨脹時の伸び差が特に上部において著しく、隣り合う管
群を連結部材等で結び合うことが難しくなる。
【００２０】本実施例では伝熱管２２の上部に遊動支持
板２８を配置しているので、伸び差を考えることなく、
下部から上部まで一様な支持板の配置によって剛性を高
めることができ、管群に上方から座屈荷重が作用しても
それに充分に耐えることが可能になる。
板２８を配置しているので、伸び差を考えることなく、
下部から上部まで一様な支持板の配置によって剛性を高
めることができ、管群に上方から座屈荷重が作用しても
それに充分に耐えることが可能になる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように本発明においては伝熱
管の長手方向に等間隔を保って複数枚の支持板を設け、
これらの支持板の排ガス流動方向でみた前端部および後
端部に複数本の連結部材を少なくとも１枚の支持板を除
き、それ以外の支持板に穿った貫通孔に遊嵌させるよう
に設けているから、伝熱管の熱膨張による自由な伸びを
拘束することなく、伝熱管群の剛性を増大することがで
き、伝熱管の振動による損傷およびその管群の座屈変形
を防止できるという優れた効果を奏する。
管の長手方向に等間隔を保って複数枚の支持板を設け、
これらの支持板の排ガス流動方向でみた前端部および後
端部に複数本の連結部材を少なくとも１枚の支持板を除
き、それ以外の支持板に穿った貫通孔に遊嵌させるよう
に設けているから、伝熱管の熱膨張による自由な伸びを
拘束することなく、伝熱管群の剛性を増大することがで
き、伝熱管の振動による損傷およびその管群の座屈変形
を防止できるという優れた効果を奏する。
【図１】本発明による伝熱管支持装置の一実施例を示す
立面図。
立面図。
【図２】図１に示される伝熱管支持装置の別の方向から
みた立面図。
みた立面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】従来の排熱回収ボイラの一例を示す構成図。
【図５】従来の伝熱管支持装置を示す構成図。
【図６】従来の伝熱管支持装置を示す構成図。
２２………伝熱管 ２４………上部ヘッダ ２５………下部ヘッダ ２８………遊動支持板、 ２９………固定支持板 ３０………連結材 ３１………貫通孔
Claims (1)
- 【請求項１】 排ガスの流動方向に倣う複数列の伝熱管
をもって構成される縦向きの熱交換装置のための伝熱管
支持装置であって、前記伝熱管の長手方向に等間隔を保
って該伝熱管を支える複数枚の支持板を設け、これらの
支持板の排ガス流動方向でみた前端部および後端部に複
数本の連結部材を少なくとも１枚の該支持板を除き、そ
れ以外の該支持板に穿った貫通孔に遊嵌させるように設
けたことを特徴とする伝熱管支持装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30388391A JP2835226B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 伝熱管支持装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30388391A JP2835226B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 伝熱管支持装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118508A JPH05118508A (ja) | 1993-05-14 |
| JP2835226B2 true JP2835226B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=17926421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30388391A Expired - Fee Related JP2835226B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 伝熱管支持装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2835226B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5983920B2 (ja) * | 2012-07-04 | 2016-09-06 | 株式会社Ihi | 熱交換器の配管支持構造及び循環流動層ボイラ |
| JP6040625B2 (ja) * | 2012-08-13 | 2016-12-07 | 株式会社Ihi | 空冷式熱交換器 |
-
1991
- 1991-10-24 JP JP30388391A patent/JP2835226B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05118508A (ja) | 1993-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980908 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |