JP3650839B2 - Fluidized bed apparatus Fluctuating load measuring method and apparatus for inner pipe - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換性能の向上や反応促進等のあらゆる目的で使用される流動層装置に係わり、特に層内の伝熱管、反応管等に衝突する流動媒体の変動荷重の分布やランダム性を定量的に測定可能にする方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
流動層装置は、熱交換性能の向上や反応促進等のあらゆる目的で一般に広く使用されている。その一例として火力発電プラントの分野では、CO2排出量と燃料消費量の低減のために流動層ボイラが注目されている。この種のボイラは、燃料である石炭を粒状固体である流動媒体と混合して燃焼させるため、熱伝達の効率がよいという特徴がある。
【0003】
図11に流動層ボイラの模式図を示す。火炉6内には伝熱管1が設置されており、流動媒体5が充填されている。流動媒体5は、送風機(図示せず)、ウィンドボックス4、空気分散板3を介して吹き上げられた熱風で流動化されており、流動媒体5を含む気泡2が伝熱管1に衝突したときに伝熱管1に変動荷重が作用する。この変動荷重は時間的及び空間的にランダムであるが、この変動荷重が伝熱管1に繰り返し作用することにより、流動層ボイラの心臓部である伝熱管1及びその支持構造には繰り返し応力が発生する。したがって、伝熱管1及びその支持構造の疲労に対する安全性を評価し、この評価に基づいて信頼性の高い構造とするためには、変動荷重のランダム性を考慮し、伝熱管1の変形量を高精度に推定することが重要な課題である。
【0004】
図12に、流動媒体によるランダムな変動荷重(Qi、Qj等)が伝熱管1に作用した状態を示す。伝熱管1の変形量(ui、uj等)を厳密に評価するには、変動荷重(Qi、Qj等)の管軸方向の分布、変動荷重間の相関や位相等のランダム性を表すデータを高精度に測定する必要がある。具体的に必要なデータとしては、変動荷重の二乗値を周波数帯域成分ごとに示したパワースペクトル、変動荷重間の相関性を周波数帯域成分ごとに示したコヒーレンススペクトル、変動荷重間の位相を周波数帯域成分ごとに示した位相スペクトル等の周波数スペクトルがあり、これらのスペクトルを伝熱管の変形量評価に取り込む必要がある。この評価法について以下に具体的に説明する。
【0005】
伝熱管の変形量を計算するには、図13に示すような計算モデル(集中質点モデル)が必要となる。図13では質点の個数を8個(m1〜m8)にしているが、この数は、後述する本発明による動荷重測定装置(図1)における、ひずみ測定対象管201〜208の数に対応している。
【0006】
本モデルでは、質点に対応して剛性k1〜k8、減衰定数c1〜c8を設定し、各質点に外力としての動荷重Q1(t)〜Q8(t)が作用すると考える。このモデルでは質量マトリクスを[M]、剛性マトリクス[K]、減衰マトリクスを[C]とし、各質点に働く動荷重ベクトルを次の数式(1)で表す。
【数1】
ここに、添字Tはベクトルあるいはマトリクスの転置を意味する。
【0007】
[M],[C],[K]及び{Q(t)}を用いれば、動荷重が作用した場合の伝熱管の振動方程式は次の数式(2)
【数2】
となる。{U(t)}は図13中の各質点の鉛直方向の変位ベクトルであり、ベクトル成分u1(t)〜u8(t)を用いて、次の数式(3)で表される。
【数3】
数式(2)中の
を表す。
【0008】
確率論的振動解析手法に基づけば、伝熱管の変形量評価式は以下の数式(4)に導出される。
【数4】
【0009】
ここに、ui,rmsは図13に示す伝熱管モデルの質点iの変位のroot mean square値(以下、実効値と称す)である。SQ,ev(ω)はe番目の質点(以下、質点eと言う)に働く変動荷重Qe(t)のパワースペクトル、SQ,vv(ω)はv番目の質点(以下、質点vと言う)に働く変動荷重Qv(t)のパワースペクトル、WQ,ev(ω)は質点eに働くQe(t)と質点vに働くQv(t)のコヒーレンススペクトル、θQ,ev(ω)はQe(t)とQv(t)の位相スペクトルである。nは質点の数(=8)、mは固有モード数であり、φijは[M]で正規化したj次固有モードベクトルの節点iの成分である。
【0010】
Hj(ω)はj次固有モードの周波数応答関数であり、図13に示す管モデルと同じ管軸方向長さを持つ管のj次のモードの減衰比βi、固有円振動数ωj、変動荷重の周波数ω及び虚数γを用いて次の数式(5)に従って計算できる。
【数5】
【0011】
数式(5)により計算したHj(ω)を数式(4)に入力し、さらに変動荷重のパワースペクトルSQ,ee(ω)及びSQ,vv(ω)、コヒーレンススペクトルWQ,ev(ω)、位相スペクトルθQ,ev(ω)を式(4)に入力すればui,rmsが計算できる。
【0012】
以上より、図13に示す伝熱管の管軸方向に分布して作用する変動荷重のパワースペクトルSQ,ev(ω)、コヒーレンススペクトルWQ,ev(ω)、位相スペクトルθQ,ev(ω)等の変動荷重のランダム性を表す物理量が測定できれば、数式(4)により厳密な伝熱管変形量の評価が可能であることがわかる。
【0013】
ところが、従来の変動荷重測定方法では、上記のような、管軸方向の動荷重のパワースペクトル、コヒーレンススペクトル及び位相スペクトルを測定できなかった。従来の測定方法を図14及び図15に示す。これら二つの図はElectric Power Research Instituteのプロジェクトの研究成果報告書(プロジェクト番号:718−2、報告期日:1980年9月、報告書タイトル:A Study of Forces on Immersed Tubes in Fluidized Beds、著者:T.C.Kennedy, Oregon State University)から抜粋したものである。
【0014】
図14と図15について詳しく説明する。図14は、ダミー管11(固定端部のみ図示)全体に作用する変動荷重を測定する装置を示している。この装置は、中空のダミー管11の内部に円板13を固定し、この円板13を支持管14及び支持板17を介して支持フレーム12にリベット18で接合したものであり、支持管14にはひずみゲージ15が貼付けられている。このような構造にすることにより、ダミー管11に流動媒体が衝突してダミー管が振動した場合、この振動が支持管14に伝播して、ひずみゲージ15により、この振動が測定できる。測定したひずみは容易に荷重に換算でき、ダミー管11の管軸方向全域に作用する変動荷重が測定できる仕組みになっている。
【0015】
図15は第2の従来例であり、ダミー管21全体に作用する変動荷重を測定する装置を示している。この装置は、ダミー管21をUボルト23で支持板24に固定し、この支持板24を支持具25を介して支持フレーム22に接合したものであり、支持板24にはひずみゲージ15が貼付られている。このような構造にすることにより、図14と同様に、ダミー管21の管軸方向全域に作用する変動荷重が測定される。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したように図14または図15に示した測定装置では、ダミー管11、21の管軸方向全域に作用する変動荷重はマクロ的に測定できるが、変動荷重の管軸方向の分布の他、相関性や位相等のランダム性は測定不可能であり、ひいては数式(4)による高精度な伝熱管変形量評価ができなかった。
【0017】
また、このような理由により、従来においては、図12に示すような変動荷重(Qi,Qj等)について、図16に示すようなQi,Qj間の相関や位相θij等のランダム性を全く考慮せず、変動荷重(Qi,Qj等)の値を単純加算して伝熱管に負荷するという方法を採っていた。この方法では明らかに伝熱管の変形量を過大評価することになり、伝熱管断面及び管群支持構造の設計は非常に不合理に行ならざるを得ないことが問題であった。
【0018】
本発明の課題は上記従来技術における欠点を解消し、下記の技術的課題を解決することである。
(1)流動層装置層内管の変形量評価式に必要な、変動荷重の時間的及び空間的な分布やランダム性を高精度に測定できる方法並びに装置を提供する。
(2)前記(1)により測定した変動荷重のランダム性を用いて、高精度に流動層装置層内管の変形量を評価することを可能にする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、次の構成によって解決される。
すなわち、層内に管群を有する流動層装置の中のある選ばれた層内管または該管を模擬したダミー管にひずみゲージを貼り付け、流動媒体の衝突によって管に発生する変動荷重を測定する方法において、層内管またはダミー管を管軸方向に少なくとも二つ以上に分割し、分割した各管のひずみを測定することにより、流動媒体による変動荷重の時間的または空間的な分布やランダム性を測定する流動層装置層内管の変動荷重測定方法である。
【0020】
本発明は上述したように流動媒体による変動荷重の測定を対象とする管を、管軸方向に複数に分割することにより、分割したある一つの管に流動媒体が衝突して荷重が生じても、この荷重が他の分割した管に伝播することがない。これにより、管軸方向における変動荷重の分布の他、変動荷重管間の相関性や位相等のランダム性が測定できる。
【0021】
ここで、管軸方向に少なくとも二つ以上に分割した各管の間での力の伝達が絶縁されるように、分割した管の周囲に配置される支持管によって、分割した各管を個々に支持することにより、より正確に管軸方向における変動荷重を測定できる。
【0022】
本発明には次の構成も含まれる。
すなわち、層内に管群を有する流動層装置の中のある選ばれた層内管または該管を模擬したダミー管にひずみゲージを貼り付け、流動媒体の衝突によって管に発生する変動荷重を測定する装置において、層内管またはダミー管を管軸方向に少なくとも二つ以上に分割し、分割した各管に少なくとも一枚以上のひずみゲージを貼り付けて流動媒体による変動荷重を測定する流動層装置層内管の変動荷重測定装置である。
【0023】
上記流動層装置層内管の変動荷重測定装置は、管軸方向に少なくとも二つ以上に分割した管の間での力の伝達が絶縁されるように、分割した管の周囲に配置される支持管によって、分割した管を個々に支持する構成を採用しても良い。また、上記変動荷重測定装置は流動層装置のケーシングに菱形の穴を開け、該穴に挿入できて、取り外しが可能な構成とすることもできる。
【0024】
菱形の支持板に両端を支持された変動荷重測定装置を前記ケーシングに菱形の穴に装着して、変動荷重測定装置を流動層装置の管群に挿入すると、変動荷重測定装置は管群の管の配置ピッチを乱すことがなく、流動層装置における流動層の流動状態を阻害することがない。
【0025】
本発明の測定方法及び装置が適用される流動層装置の層内に配置される管は伝熱管、反応管等など、ガスまたは水などの加熱用、各種反応用の配管として用いられる熱回収用管、あるいは流動層内の冷却用などに用いられる層内温度制御用の配管などである。前記熱回収用流動層装置とは、流動層ボイラ、蒸気ボイラの蒸気を非腐食性ガスで過熱するスーパーヒータ、一般的なプロセスガスの加熱管、反応性ガスの反応管などである。また、前記層内温度制御用流動層装置とは、ごみ焼却炉など層内温度を調節する伝熱管などである。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
図1に本発明の一実施例の概略側面図を示す。本実施例では、管軸方向に分割した測定対象管201〜208にひずみゲージ15をそれぞれ貼り付けて、管201〜208が鉛直方向にたわんだ場合のひずみ201Z〜208Zを測定するものであり、これによって、管軸方向の変動荷重の分布の他、相関性、位相等のランダム性が評価可能である。
【0027】
図1に示す装置は、ひずみゲージ15、測定対象管201〜208等の部品が焼損しない運転状態(例えば、コールド運転状態)においては、事業用、産業用等の目的で実際に使用される流動層装置及び試験に使用される装置のどちらにも支障なく使える。以下、両者を「流動層装置」と総称して、本実施例を説明する。
【0028】
図1中のA−A線断面、B−B線断面及びC−C線断面を、各々図2、図3及び図4に示す。これらの三つの図2〜図4の内、まず最初に図3を説明し、続いて図2、図4の順に説明する。
【0029】
図3は、図1におけるひずみゲージ15の貼り付けられた測定対象管201〜208のうち、管203の断面を示したものである。測定対象管203は、該管203の両端部をT型の支持板210を介して分割しない管212、213、214に支持されている。
【0030】
図2は、図1及び図3に示した支持管212、213、214の端部の断面を示したものである。図2から支持管212、213、214の端部は支持板215に接合されていることがわかる。また、図1に示すように管212、213、214のもう一方の端部は、支持板216に支持されている。なお、支持板215、216には、管ピッチを変えない目的で管211も接合されている。
【0031】
図4は、図1におけるひずみのゲージ15の貼り付けられた測定対象管201〜208のうち、管203の右端部から管204の左端部までの距離の中央点での断面を示したものである。図4に示すように、図1のC−C線断面には、4つの支持管211〜214しか存在せず、測定対象管203と管204が連続していないことが分かる。
【0032】
図1に示す測定対象管201〜208は、塩化ビニール樹脂等の変形しやすい低剛性な材料を用いて作製し、支持管211、212、213、214及び支持板210、215、216は、鉄等の変形しにくい高剛性な材料を用いて作製すればよい。
【0033】
ひずみゲージ15からひずみ測定計器(図示せず)の間はリード線(図示せず)で連結する必要があるが、このような配線は支持管211、212、213、214を這わせて図2中の支持板215に設けられた配線取り出し口217から取り出せるようになっている。
【0034】
本実施例は上記のような構造であることから、測定対象管201〜208の間での力の伝達が絶縁され、個々の測定対象管201〜208に作用する変動荷重の管軸方向の分布の他、相関性や位相等を定量的に評価できる。以下、図1に示した装置のことを「管軸方向動荷重分布測定装置」と称す。
【0035】
次に、前記管軸方向動荷重分布測定装置を流動層装置に設置する方法を説明する。図5に管軸方向から見た流動層装置を示す。管群9はケーシング106に固定され、装置の運転時には、管群9が流動媒体に埋没する状態になる。このような装置の任意の位置に、管軸方向動荷重分布測定装置を設置することができる。設置の方法は以下に述べる通りである。
【0036】
図2(図1のA−A線断面図)に示すように、管軸方向動荷重分布測定装置の支持板215は菱形になっている。支持板215を菱形にする理由は菱形の支持板215を有する管軸方向動荷重分布測定装置を図5の流動層装置の管群9に挿入すると、管群9の管の配置ピッチを乱すことがなく、ひいては図5の流動層装置における流動状態を阻害することがないためである。
【0037】
支持板215の具体的な設置方法としては、図1中の菱形の支持板215に対応するように図5の装置のケージング106に穴215a〜215iを開け、その位置に管軸方向動荷重分布測定装置を挿入できる。このような構造にすることによって、装置における任意の場所(穴215a〜215i等)の流動媒体変動荷重を測定することができる。
【0038】
なお、本発明では、管軸方向動荷重分布測定装置を挿入する穴215a〜215iの個数の位置について特に限定はない。また、本発明では前述した測定対象管201〜208に貼り付けるひずみゲージ15の枚数や位置の他、支持板215、216や支持管211、212、213、214等の部品の材質についても特に限定されるものではない。
【0039】
図1に示す管軸方向動荷重分布測定装置を用いて、上記したひずみ201Z〜208Zの時刻歴波形、周波数スペクトル等を測定した例を以下に示す。本測定例では、図1に示す測定装置を図5に示す流動層装置中の穴215hに設置した。装置の運転条件として、空気分散板3から吹き上げた空気により、ケーシング106内部に充填された流動媒体を管群9の上端まで上昇させた流動状態で、ひずみ測定を実施した。ひずみの時刻歴波形の測定時間は約15分、測定対象としたひずみの周波数帯域は0〜16Hz、スペクトルの平均回数は32とした。
【0040】
なお、以下では、分かり易くするため、図1に示す管軸方向動荷重分布測定装置を図6のように模式的に描いたものを説明に用いる。
図7に、管軸方向動荷重分布測定装置(図6)で測定したひずみ201Z〜208Zのうち、ひずみ201Z〜204Zの時刻歴波形を示す。これらの時刻歴波形に着目すると、ひずみ201Z〜204Zの波形の高さがほぼ等しいこと、ひずみ201Z〜204Zの波形の凹凸形状が時間軸に対してほぼ一致していることから、ひずみ201Z〜204Zはほぼ同振幅、同位相で振動していることが窺える。
【0041】
図8に、図7に示したひずみ201Z〜204Zのパワースペクトルを示す。図8より、ひずみ201Z〜204Zのパワースペクトルは約3Hzを中心として2〜4Hzの周波数帯域のひずみ成分が卓越している。装置における流動状態を観察した結果、流動媒体を含んだ気泡が伝熱管に衝突する頻度は1秒あたり約3回であったことから、本測定例で観測されたひずみは、図11に示す流動媒体5を含んだ気泡2の衝突によるものであるといえる。
【0042】
図9に本実施例での測定例によるコヒーレンススペクトルを示す。前述したように、図8に示すひずみのパワースペクトルでは2〜4Hzの周波数帯域成分が卓越しているが、図9によるとコヒーレンススペクトルでも2〜4Hzの周波数帯域成分が大きい。管201を基準点として管軸方向距離とコヒーレンスの関係を検討した結果、管201から距離が近い管202では管201に対する相関性が高いが、管201からの距離が長くなるにしたがって管203、204の順で相関性は徐々に低くなっている。
【0043】
図10に、ひずみ201Z〜204Zの位相スペクトルを示す。ひずみのパワースペクトルは約3Hzを中心として2〜4Hzの周波数帯域成分が卓越しており、かつこの帯域においてコヒーレンススペクトルの値が大きいので、本実施例では位相スペクトルの周波数が3Hzの点の位相値に着目した。これによると基準点である管201からの距離にかかわらず、ひずみ201Zに対する管201〜204のひずみ202Z、203Z及び204Zはほぼ同位相であり、管201〜204には同じ方向のひずみが発生していることが分かった。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の事項が実現される。
(1)流動層装置において、流動媒体の衝突によって管群に生じる変動荷重の時間的空間的な分布やランダム性の測定が可能となる。
(2)前記(1)によって測定されたランダム性を考慮することにより、高精度かつ合理的な伝熱管の変形量評価が可能となる。
【0045】
(3)前記(2)で述べた高精度かつ合理的な伝熱管の変形量評価に基づき、流動層装置の層内伝熱管群及び管群支持構造の信頼性評価が可能となる。
(4)前記(3)による信頼性評価の結果に基づいて流動層装置の運転状態を制御することにより、装置自体に損傷を与えることがなく、安定した流動層装置の運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による変動荷重測定装置の一実施例を示した図である。
【図2】 図1の変動荷重測定装置のA−A線断面図である。
【図3】 図1の変動荷重測定装置のB−B線断面図である。
【図4】 図1の変動荷重測定装置のC−C線断面図である。
【図5】 図1の変動荷重測定装置を流動層中に配置した流動層断面図である。
【図6】 図1に示す変動荷重測定装置の模式図である。
【図7】 本発明特有の効果の一例として、ひずみの時刻歴波形とパワースペクトルを示したものである。
【図8】 本発明特有の効果の一例として、ひずみの時刻歴波形とパワースペクトルを示したものである。
【図9】 本発明特有の効果の一例として、ひずみのコヒーレンススペクトル及び位相スペクトルを示したものである。
【図10】 本発明特有の効果の一例として、ひずみのコヒーレンススペクトル及び位相スペクトルを示したものである。
【図11】 本発明の変動荷重測定装置が適用される流動層ボイラの模式図である。
【図12】 伝熱管の管軸方向に作用する変動荷重と伝熱管の変形量の関係を示した図である。
【図13】 管の集中質点モデルを示したものである。
【図14】 従来の変動荷重測定装置を示したものである。
【図15】 従来の変動荷重測定装置を示したものである。
【図16】 伝熱管の変形量評価手法の概要を示したものである。
【符号の説明】
3 空気分散板 9 管群
15 ひずみゲージ 106 ケーシング
201〜208 測定対象管 201Z〜208Z ひずみ
212〜214 非分割支持管 210、215、216 支持板
211 支持管 217 配線取り出し口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluidized bed apparatus used for all purposes such as improvement of heat exchange performance and reaction promotion, and in particular, distribution and randomness of fluctuating load of fluidized media colliding with heat transfer tubes and reaction tubes in the layer. The present invention relates to a method and an apparatus for enabling quantitative measurement.
[0002]
[Prior art]
Fluidized bed apparatuses are generally widely used for all purposes such as improving heat exchange performance and promoting reaction. As an example, in the field of thermal power plants, fluidized bed boilers are attracting attention in order to reduce CO 2 emissions and fuel consumption. This type of boiler is characterized in that heat transfer efficiency is good because coal, which is fuel, is mixed with a fluid medium that is granular solid and burned.
[0003]
FIG. 11 shows a schematic diagram of a fluidized bed boiler. A
[0004]
FIG. 12 shows a state in which random variable loads (Q i , Q j, etc.) due to the fluid medium act on the
[0005]
In order to calculate the deformation amount of the heat transfer tube, a calculation model (concentrated mass point model) as shown in FIG. 13 is required. In FIG. 13, the number of mass points is 8 (m 1 to m 8 ), but this number is the same as the number of strain
[0006]
In this model, rigidity k 1 to k 8 and damping constants c 1 to c 8 are set corresponding to the mass points, and dynamic loads Q 1 (t) to Q 8 (t) as external forces act on each mass point. . In this model, the mass matrix is [M], the stiffness matrix [K], the damping matrix is [C], and the dynamic load vector acting on each mass point is expressed by the following equation (1).
[Expression 1]
Here, the subscript T means transposition of a vector or a matrix.
[0007]
If [M], [C], [K] and {Q (t)} are used, the vibration equation of the heat transfer tube when a dynamic load is applied is expressed by the following equation (2).
[Expression 2]
It becomes. {U (t)} is a vertical displacement vector of each mass point in FIG. 13, and is expressed by the following equation (3) using vector components u 1 (t) to u 8 (t).
[Equation 3]
In formula (2)
Represents.
[0008]
Based on the probabilistic vibration analysis method, the deformation amount evaluation formula of the heat transfer tube is derived by the following formula (4).
[Expression 4]
[0009]
Here, u i and rms are root mean square values (hereinafter referred to as effective values) of the displacement of the mass point i of the heat transfer tube model shown in FIG. S Q , ev (ω) is the power spectrum of the fluctuating load Q e (t) acting on the e-th mass point (hereinafter referred to as mass point e), and S Q , vv (ω) is the v-th mass point (hereinafter referred to as mass point v). work to say) fluctuating load Q v power spectrum of (t), W Q, coherence spectrum of ev (ω) is working with the mass point v Q e (t) acting on the mass point e Q v (t), θ Q, ev (ω) is a phase spectrum of Q e (t) and Q v (t). n is the number of mass points (= 8), m is the number of eigenmodes, and φ ij is the component of node i of the j-th eigenmode vector normalized by [M].
[0010]
H j (omega) is the frequency response function of the j-th order eigenmodes, damping ratio beta i of j order mode of the tube having the same axial length as the tube model shown in FIG. 13, the natural circular frequency [omega j The frequency can be calculated according to the following equation (5) using the frequency ω and the imaginary number γ of the fluctuating load.
[Equation 5]
[0011]
H j (ω) calculated by Expression (5) is input to Expression (4), and the power spectrum S Q , ee (ω) and S Q , vv (ω) and coherence spectrum W Q , ev ( If ω) and the phase spectrum θ Q , ev (ω) are input to Equation (4), u i and rms can be calculated.
[0012]
From the above, the power spectrum S Q , ev (ω), the coherence spectrum W Q , ev (ω), and the phase spectrum θ Q , ev (ω) of the fluctuating load acting in the tube axis direction of the heat transfer tube shown in FIG. If the physical quantity representing the randomness of the fluctuating load such as) can be measured, it will be understood that the strict evaluation of the heat transfer tube deformation amount can be made by Equation (4).
[0013]
However, the conventional variable load measuring method cannot measure the power spectrum, coherence spectrum, and phase spectrum of the dynamic load in the tube axis direction as described above. Conventional measurement methods are shown in FIGS. These two figures show the research results report of the project of Electric Power Research Institute (project number: 718-2, reporting date: September 1980, report title: A Study of Forces on Immersed Tubes in Fluidized Beds, author: TCKennedy , Oregon State University).
[0014]
14 and 15 will be described in detail. FIG. 14 shows an apparatus for measuring a fluctuating load acting on the entire dummy tube 11 (only the fixed end portion is shown). In this apparatus, a disc 13 is fixed inside a hollow dummy tube 11, and this disc 13 is joined to a support frame 12 with a rivet 18 via a support tube 14 and a support plate 17. Is attached with a
[0015]
FIG. 15 shows a second conventional example and shows an apparatus for measuring a fluctuating load acting on the
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in the measuring apparatus shown in FIG. 14 or FIG. 15, the fluctuating load acting on the entire region of the
[0017]
Moreover, such a reason, in the conventional, fluctuating load (Q i, Q j and the like) as shown in FIG. 12 for, Q i, as shown in FIG. 16, such as correlation and phase theta ij between Q j Randomness was not taken into account at all, and the method of simply adding the values of fluctuating loads (Q i , Q j, etc.) and loading the heat transfer tubes was adopted. This method clearly overestimated the deformation of the heat transfer tube, and the design of the heat transfer tube cross section and tube group support structure had to be extremely unreasonable.
[0018]
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art and to solve the following technical problems.
(1) Fluidized bed apparatus Provided is a method and apparatus capable of measuring with high accuracy the temporal and spatial distribution and randomness of fluctuating loads necessary for the equation for evaluating the deformation amount of the pipe in the bed.
(2) Using the randomness of the fluctuating load measured according to (1), it is possible to evaluate the deformation amount of the fluidized bed apparatus inner pipe with high accuracy.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by the following configuration.
In other words, a strain gauge is attached to a selected inner tube or a dummy tube simulating the tube in a fluidized bed apparatus having a tube group in the layer, and the variable load generated in the tube due to the collision of the fluid medium is measured. In this method, the inner tube or the dummy tube is divided into at least two or more in the tube axis direction, and the strain of each divided tube is measured. This is a method for measuring a fluctuating load of a pipe in a fluidized bed apparatus for measuring the properties.
[0020]
As described above, the present invention divides a pipe intended for measurement of a fluctuating load by a fluid medium into a plurality of parts in the tube axis direction, so that even if a fluid medium collides with one of the divided pipes, a load is generated. This load will not propagate to other divided tubes. Thereby, in addition to the distribution of the variable load in the tube axis direction, the randomness such as the correlation and the phase between the variable load tubes can be measured.
[0021]
Here, each of the divided tubes is individually supported by a support tube arranged around the divided tubes so that transmission of force between the divided tubes at least in the tube axis direction is insulated. By supporting, the variable load in the tube axis direction can be measured more accurately.
[0022]
The present invention includes the following configurations.
In other words, a strain gauge is attached to a selected inner tube or a dummy tube simulating the tube in a fluidized bed apparatus having a tube group in the layer, and the variable load generated in the tube due to the collision of the fluid medium is measured. A fluidized bed device for measuring a fluctuating load due to a fluidized medium by dividing an inner tube or a dummy tube into at least two in the tube axis direction and attaching at least one strain gauge to each divided tube This is a variable load measuring device for an in-layer pipe.
[0023]
The fluidized bed apparatus is a support that is arranged around a divided pipe so that the transmission of force between the pipes divided into at least two parts in the pipe axis direction is insulated. You may employ | adopt the structure which supports the divided | segmented pipe | tube separately with a pipe | tube. Further, the fluctuating load measuring device can be configured such that a rhombus hole is formed in the casing of the fluidized bed device and can be inserted and removed.
[0024]
When a variable load measuring device supported at both ends by a rhombus support plate is installed in the rhombus hole in the casing and the variable load measuring device is inserted into the tube group of the fluidized bed device, the variable load measuring device is Is not disturbed, and the fluidized state of the fluidized bed in the fluidized bed apparatus is not hindered.
[0025]
The tubes arranged in the bed of the fluidized bed apparatus to which the measurement method and apparatus of the present invention are applied are for heat transfer tubes, reaction tubes, etc., for heating gas or water, for heat recovery used as piping for various reactions. A pipe or a pipe for controlling the temperature in the bed used for cooling the inside of the fluidized bed. Examples of the heat recovery fluidized bed apparatus include a fluidized bed boiler, a super heater that superheats steam of a steam boiler with a non-corrosive gas, a general process gas heating tube, and a reactive gas reaction tube. The fluidized bed device for controlling the temperature in the bed is a heat transfer tube for adjusting the temperature in the bed such as a waste incinerator.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a schematic side view of an embodiment of the present invention. In this embodiment, the strain gauges 15 are attached to the
[0027]
The apparatus shown in FIG. 1 is a flow that is actually used for business purposes, industrial purposes, and the like in an operating state (for example, a cold operating state) in which parts such as the
[0028]
The AA line cross section, BB line cross section and CC line cross section in FIG. 1 are shown in FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4, respectively. Of these three FIGS. 2 to 4, FIG. 3 will be described first, followed by FIGS. 2 and 4 in this order.
[0029]
FIG. 3 shows a cross section of the
[0030]
FIG. 2 shows a cross section of the end portion of the
[0031]
FIG. 4 shows a cross section at the center point of the distance from the right end of the
[0032]
The
[0033]
It is necessary to connect the
[0034]
Since the present embodiment has the structure as described above, the transmission of force between the
[0035]
Next, a method for installing the pipe axial direction dynamic load distribution measuring apparatus in the fluidized bed apparatus will be described. FIG. 5 shows the fluidized bed apparatus viewed from the tube axis direction. The
[0036]
As shown in FIG. 2 (cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1), the
[0037]
As a specific installation method of the
[0038]
In the present invention, the number of positions of the
[0039]
An example in which the time history waveform, frequency spectrum, and the like of the strains 201Z to 208Z described above are measured using the tube axis direction dynamic load distribution measuring apparatus shown in FIG. In this measurement example, the measuring apparatus shown in FIG. 1 was installed in the
[0040]
In the following, for the sake of easy understanding, the tube axis direction dynamic load distribution measuring apparatus shown in FIG. 1 is schematically illustrated as shown in FIG.
FIG. 7 shows time history waveforms of strains 201Z to 204Z among the strains 201Z to 208Z measured by the pipe-axis direction dynamic load distribution measuring apparatus (FIG. 6). Focusing on these time history waveforms, since the waveform heights of the strains 201Z to 204Z are substantially equal, and the concave and convex shapes of the waveforms of the strains 201Z to 204Z substantially match the time axis, the strains 201Z to 204Z Is oscillating with almost the same amplitude and phase.
[0041]
FIG. 8 shows power spectra of the strains 201Z to 204Z shown in FIG. From FIG. 8, the distortion spectrum in the frequency band of 2 to 4 Hz centering on about 3 Hz is dominant in the power spectrum of the distortions 201Z to 204Z. As a result of observing the flow state in the apparatus, the frequency at which the bubbles containing the flow medium collided with the heat transfer tube was about 3 times per second. Therefore, the strain observed in this measurement example is the flow shown in FIG. It can be said that this is due to the collision of the
[0042]
FIG. 9 shows a coherence spectrum according to a measurement example in this example. As described above, in the distortion power spectrum shown in FIG. 8, the frequency band component of 2 to 4 Hz is dominant, but according to FIG. 9, the frequency band component of 2 to 4 Hz is also large in the coherence spectrum. As a result of examining the relationship between the tube axis direction distance and the coherence with the
[0043]
In FIG. 10, the phase spectrum of distortion 201Z-204Z is shown. Since the power spectrum of distortion has a frequency band component of 2 to 4 Hz centered at about 3 Hz, and the value of the coherence spectrum is large in this band, in this embodiment, the phase value at the point where the frequency of the phase spectrum is 3 Hz. Focused on. According to this, the
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following matters are realized.
(1) In the fluidized bed apparatus, it is possible to measure the temporal and spatial distribution and randomness of the fluctuating load generated in the tube group by the collision of the fluid medium.
(2) Considering the randomness measured in the above (1), it is possible to evaluate the deformation amount of the heat transfer tube with high accuracy and rationality.
[0045]
(3) Based on the highly accurate and rational deformation amount evaluation of the heat transfer tubes described in (2) above, it is possible to evaluate the reliability of the in-layer heat transfer tube group and the tube group support structure of the fluidized bed apparatus.
(4) By controlling the operation state of the fluidized bed apparatus based on the result of the reliability evaluation according to (3), the fluidized bed apparatus can be stably operated without damaging the apparatus itself.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a fluctuating load measuring apparatus according to the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line AA of the fluctuating load measuring apparatus of FIG.
3 is a cross-sectional view of the fluctuating load measuring device of FIG. 1 taken along the line BB.
4 is a cross-sectional view taken along line CC of the fluctuating load measuring apparatus of FIG.
5 is a fluidized bed sectional view in which the fluctuating load measuring device of FIG. 1 is arranged in a fluidized bed. FIG.
6 is a schematic diagram of the fluctuating load measuring apparatus shown in FIG.
FIG. 7 shows a distortion time history waveform and a power spectrum as an example of an effect peculiar to the present invention.
FIG. 8 shows a time history waveform of a distortion and a power spectrum as an example of an effect unique to the present invention.
FIG. 9 shows a coherence spectrum and a phase spectrum of distortion as an example of an effect unique to the present invention.
FIG. 10 shows a coherence spectrum and a phase spectrum of distortion as an example of an effect unique to the present invention.
FIG. 11 is a schematic view of a fluidized bed boiler to which the fluctuating load measuring device of the present invention is applied.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the fluctuating load acting in the tube axis direction of the heat transfer tube and the deformation amount of the heat transfer tube.
FIG. 13 shows a concentrated mass point model of a pipe.
FIG. 14 shows a conventional variable load measuring apparatus.
FIG. 15 shows a conventional variable load measuring apparatus.
FIG. 16 shows an outline of a method for evaluating a deformation amount of a heat transfer tube.
[Explanation of symbols]
3
Claims (5)
層内管またはダミー管を管軸方向に少なくとも二つ以上に分割し、分割した各管のひずみを測定することにより、流動媒体による変動荷重の時間的または空間的な分布やランダム性を測定することを特徴とする流動層装置層内管の変動荷重測定方法。A method of measuring a fluctuating load generated in a pipe by collision of a fluid medium by attaching a strain gauge to a selected inner pipe or a dummy pipe simulating the pipe in a fluid bed apparatus having a pipe group in the bed In
Measure the temporal or spatial distribution and randomness of the fluctuating load due to the fluidized medium by dividing the inner tube or dummy tube into at least two in the tube axis direction and measuring the strain of each divided tube. A method for measuring a fluctuating load of a pipe in a fluidized bed apparatus.
層内管またはダミー管を管軸方向に少なくとも二つ以上に分割し、分割した各管に少なくとも一枚以上のひずみゲージを貼り付けて流動媒体による変動荷重を測定することを特徴とする流動層装置層内管の変動荷重測定装置。A device that measures a fluctuating load generated in a pipe by collision of a fluid medium by attaching a strain gauge to a selected inner pipe or a dummy pipe simulating the pipe in a fluid bed apparatus having a tube group in the bed In
A fluidized bed characterized in that an inner layer pipe or a dummy pipe is divided into at least two in the axial direction of the pipe, and at least one strain gauge is attached to each of the divided pipes to measure a fluctuating load due to a fluid medium. Fluctuating load measuring device for pipes in the device layer.
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