JP4236051B2

JP4236051B2 - 煙突ダンパ構造

Info

Publication number: JP4236051B2
Application number: JP2005170035A
Authority: JP
Inventors: 潔本山; 達夫桐山; 春男荒川; 泰行応和; 正雄久保
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2006343046A

Description

本発明は煙突ダンパ構造に関し、特に、運転時に起こる煙突本体と内部仕切板に生じる温度差による変形を防止する煙突ダンパ構造に関する。

ガスタービン等の排ガスから熱回収する排熱回収ボイラ（以下ＨＲＳＧということがある）と該ＨＲＳＧでの熱回収後の排ガスを大気放出する煙突の概略を図１５に示す。

ＨＲＳＧは構造物として排ガスの導入順に入口ダクト１７と本体ケーシング１０と煙突１１を備え、煙突１１は、その内部に排ガスの流路を開閉可能な煙突ダンパ１２を有する。煙突ダンパ１２は、ＨＲＳＧが運転と停止を繰り返す際に、再起動時までの内部温度の低下を抑制することを主目的に設置される。

煙突ダンパ１２の従来構造を図１の平面図に示し、図１６に図１のＡ−Ａ線断面矢視図を示す。
円筒状のダンパフランジ１と該ダンパフランジ１の内部空間を塞ぐための複数のダンパブレード２、隣接する前記ダンパブレード２の間でダンパフランジ１の内部空間を碁盤の目のように仕切るための内部仕切板（ダンパシャフト４の軸に直交する方向に平面を有する内部仕切板）３Ａ、内部仕切板（ダンパシャフト４の軸方向に平面を有する内部仕切板）３Ｂ、ダンパフランジ１を一方向に横断して複数並列配置し、ダンパブレード２を両側に固着した数本のダンパシャフト４、該ダンパシャフト４を回転駆動させるためのダンパフランジ１の外部に設けられたメインシャフト５、各ダンパシャフト４に固着されたダンパブレード２によりダンパフランジ１の内部空間を塞ぐ時に、ダンパブレードの先端を支持するために内部仕切板３Ｂの側面に設けられたストッパ６及びメインシャフト５の回動を複数のダンパシャフト４に伝達するための内部リンク７などから構成されている。

図１７に従来のダンパフランジ１と内部仕切板３Ａ，３Ｂの接合方法の模式的な平面図を示す。
煙突ダンパ内部の水平面はダンパフランジ１と内部仕切板３Ａ，３Ｂの両端部を溶接接続して固定位置１３とし、内部仕切板３Ａ，３Ｂで碁盤目状に分割し、内部仕切板３Ｂで分割された煙突ダンパの内部空間毎に内部仕切板３Ｂに平行に、かつ内部仕切板３Ａの貫通穴部１５を貫通してダンパシャフト４を設けている。また、複数のダンパシャフト４を内部リンク７で繋ぐ事によってメインシャフト５の回転を各シャフト４に伝え、ダンパブレード２の開閉を行うことができる。

ダンパフランジ１と内部仕切板３Ａ，３Ｂに囲まれてダンパブレード２を備えていない部分（図１の塗りつぶし部分）は板材がダンパフランジ１に溶接接続されている。なお、ダンパブレード２は０〜９０°の範囲でしか回動しないのでブレード形状はダンパシャフト４を中心に対照でなくとも良い。

ＨＲＳＧの運転時に煙突１１の内部にはガスが流れ、煙突１１の内部はＨＲＳＧの起動時は室温状態から定格運転温度（約１００〜約１５０℃程度）まで昇温し、定常運転後の停止時には降温の過渡変化となる。このとき、内部仕切板３Ａ，３Ｂの温度は、煙突１１の内部にあって全周囲がガスに接触しているため、ガス温度に追従して変化する。しかし、ダンパフランジ１は厚肉であり、またその外周部は外気に接しているため、内部仕切板３Ａ，３Ｂよりもガス温度に対する追従が遅い。そのため内部仕切板３Ａ，３Ｂとダンパフランジ１の間にはＨＲＳＧの起動時や停止時の過渡変化時に大きな温度差が生じる。

剛性が大きいダンパフランジ１に、その外周端が溶接固定されている内部仕切板３Ａ，３Ｂは、この温度差による熱膨張により、その長手方向に大きな熱応力が発生する。特に内部仕切板３Ａにはダンパシャフト４の貫通穴部１５があるが、該穴部１５は断面欠損形状となっているため、この穴部１５に仕切板３Ａの構成材料の降伏応力を超える応力（ひずみ）が集中し、局部的に面外に塑性変形が生じ、内部仕切板３Ａに変形が残るという問題があった。また内部仕切板３Ａの変形に伴い、内部仕切板３Ａに接合している内部仕切板３Ｂも関連して変形する。これらの内部仕切板３Ａ，３Ｂの変形が内部仕切板３Ａ，３Ｂとダンパブレード２のギャップ以上に大きい場合には、ダンパブレード２にも塑性変形を生じさせるという問題があった。

また、下記特許文献１には２枚以上の平板をフレードフレームに伸縮自在になるように取り付け、かつ平板同士を固定することなく、重ね合わせる構造とすることで熱膨張による塑性変形や疲労破断を防止する熱ガスが流れるダクトのガス流量調節ダンパが開示されている。
特開平１０−１８５２９１号公報

上記図１、図１６に示すダンパ構造では、熱伸びに対するダンパ各部への温度差による熱膨張差回避の配慮がなされておらず、内部仕切板３Ａ，３Ｂ及びダンパブレード２に変形を生じてしまう問題があった。また前記熱膨張差を回避するため、特許文献１に示す構成のように内部仕切板の端部の全て又はいずれかを切り離してフリーにしたり、スライドにした場合は、自重や外荷重による水平方向及び上下（鉛直）方向の荷重を支持できないという問題があった。

本発明の課題は熱伸びを拘束させないで、内部仕切板を含むダンパ部の変形を防止すると共に、水平方向及び上下（鉛直）方向の荷重を支持できる煙突ダンパ構造を提供することにある。

本発明の上記課題は次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、鉛直方向にガス流路を有する煙突（１）内に、該煙突（１）の一水平断面上に互いに平行に配される複数のダンパシャフト（４）と、
それぞれのダンパシャフト（４）に取り付けられ、各ダンパシャフト（４）の回転に伴って煙突（１）内のガス流路を開閉する平板状のダンパブレード（２）と、前記ダンパシャフト（４）を支持し、かつ相互に隣接する前記ダンパブレード（２）の境界部分に設けられて、煙突（１）内の水平断面を複数個に区分し、ガス流れ方向に沿う平面を有する平板をダンパシャフト（４）と平行方向及び直交する方向に向けて格子状に組み合わせた構成からなる内部仕切板（３Ａ，３Ｂ）と、該内部仕切板（３Ａ又は３Ｂ）のダンパシャフト（４）と直交する向きに配置される一方の内部仕切板（３Ａ又は３Ｂ）にはダンパシャフト（４）を支持するために設けた貫通穴（１５）と、ダンパシャフト（４）と平行する向きに配置される他方の内部仕切板（３Ｂ又は３Ａ）の両側面のダンパブレード（２）の端部が当接する位置に設けたストッパ（６）と、煙突（１）の内周面に取り付けられ、熱伸びのある前記内部仕切板（３Ａ，３Ｂ）の少なくとも１方の端部をスライド可能に支持し、内部仕切板（３Ａ，３Ｂ）の熱伸びの基準点から熱伸び方向に向けて煙突内周面に取り付ける底板（９）付きの挟み込みサポート（８）と、該挟み込みサポート（８）で挟み込まれる内部仕切板（３Ａ又は３Ｂ）の端部と煙突内周面との間に設けた隙間を介して煙突内周面側に取り付けられた取合板（１９）とを設けた煙突ダンパ構造。

本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）ガス発生機関の起動−運転−停止の運転変更時に、温度差による伸縮の繰り返しにより塑性変形が発生する構造である内部仕切板は、その煙突内周面側の端部が挟み込みサポートで支持されているだけであるので、内部仕切板の熱膨張を前記挟み込みサポート部分で吸収することができ、内部仕切板に発生する不要な変形が減少する。
（２）挟み込みサポートが、内部仕切板の熱伸びの基準点から熱伸び方向に向けて煙突内周面に取り付けられているので、内部仕切板の熱伸びを許しながら、内部仕切板を応力変形無しに支持できる。
（３）内部仕切板を平板を格子状に組み合わせた構成としているので、該内部仕切板でブレードを支持しながら、煙突のガス流路を容易に開閉できる。
（４）ダンパシャフトを中心に回動するダンパブレードがダンパシャフトと平行する向きに配置される内部仕切板の両側面にあるストッパに当接することで煙突内部のガス流路を容易に閉鎖することができる。

本発明の煙突ダンパの構造の実施例について図面と共に説明する。
本実施例の煙突ダンパの構造の平面図を図１に示し、図２に図１のＡ−Ａ線断面矢視図を示し、図３に図１のＢ−Ｂ線断面矢視図を示し、図４は図１のダンパフランジと内部仕切板の接合方法の模式的な平面図を示し、図５にはダンパブレードと内部仕切板との当接部の断面図を示す。

図１に示す本実施例の煙突ダンパ構造の平面図は従来構造と概略同一であり（後述するように本実施例の煙突ダンパ構造には従来構造にないストッパ６などが設けられているが、図１では図示していない。）、円筒状のダンパフランジ１と該ダンパフランジ１の内部空間を塞ぐための複数のダンパブレード２、隣接する前記ダンパブレード２の間でダンパフランジ１の内部空間を碁盤の目のように仕切るための内部仕切板（ダンパシャフト４の軸に直交する方向に平面を有する内部仕切板）３Ａ、内部仕切板（ダンパシャフト４の軸方向に平面を有する内部仕切板）３Ｂ、ダンパフランジ１を一方向に横断して複数並列配置し、ダンパブレード２の中央部に設けた凹部に溶接接続した数本のダンパシャフト４、該ダンパシャフト４を回転駆動するためのダンパフランジ１の外部に設けられたメインシャフト５、各ダンパシャフト４に固着されたダンパブレード２によりダンパフランジ１の内部空間を塞ぐ時に、ダンパブレード２の先端を支持するために内部仕切板３Ｂの側面に設けられたストッパ６及びメインシャフト５の回動を複数のダンパシャフト４に伝達するための内部リンク７などから構成されている。

また、図６に示す平面図と図６のＡ−Ａ線断面矢視図を図７に示すように図１、図２等に示す本実施例の煙突ダンパ１２のダンパフランジ１の代わりにリング状のダンパフレーム１６を設けた構成にしても良い。
図６、図７に示す構成ではダンパフレーム１６を煙突１１の内部に単独で設置し、煙突１１の本体とは別置する事により、煙突１１と内部仕切板３Ａ，３Ｂに発生する温度差による熱伸びの拘束を避けることを可能にしている。

また、図４に示す本実施例では、ダンパシャフト４の軸方向に設置される内部仕切板３Ｂは、そのメインシャフト５側の端部をダンパフランジ１の内周面に固定し、他端部はダンパフランジ１の内周面に固定された挟み込みサポート８，８に挟み込まれるたけである。ダンパシャフト４の軸に直交する方向に設置される内部仕切板３Ａの両端部はダンパフランジ１の内周面に固定された挟み込みサポート８，８で挟み込み支持される。このように内部仕切板３Ａ，３Ｂを、ダンパフランジ１から切り離し内部仕切板３Ａ，３Ｂの軸方向にスライド可能でその直角方向及び上下方向には支持拘束できる煙突ダンパ構造である。

なお、ダンパフランジ１と内部仕切板３Ａ，３Ｂに囲まれてダンパブレード２を備えていない部分（図１、図６の塗りつぶし部分）は板材がダンパフランジ１の内周面に溶接接続されている。

ダンパブレード２はダンパシャフト４の両側にほぼ同じ幅の板材を取り付けた構造からなるが、ダンパフランジ１に接する部分のダンパブレード２はダンパシャフト４の一方の側が矩形でない形状の板材からなっている。

そして図５のブレード２と内部仕切板３Ｂとの当接部の断面図に示すようにブレード２のほぼ中央部の凹部にシャフト４を溶接接続し、該シャフト４を回転軸としてブレード２を矢印方向に回転自在として煙突を閉じることができる。また図５に示すように、内部仕切板３Ｂに断面山形のストッパ６が設けられているが、図５の矢印方向にブレード２を回転させて、その先端をストッパ６に当接させることで煙突の閉塞を確実に行うことができる。

また、図８にダンパフランジ１と内部仕切板３Ａの端部との接続部分の斜視図を示すように、ダンパフランジ１と内部仕切板３Ａの両端部は溶接接続されておらず、互いに切り離されており、フランジ１側に設けた一対の挟み込みサポート８，８の間に内部仕切板３Ａの端部が挟み込まれているだけである。一対の挟み込みサポート８，８の下端部はフランジ１側に底板９が取り付けられているので内部仕切板３Ａがこれらサポート８，８と底板９の間にできる空間に遊嵌されることになる。また、図示していないが、ダンパフランジ１と内部仕切板３Ｂの一方の端部との接続部分も図８に示す構造と同一構造である。

図９と図１０には内部仕切板３Ａ、３Ｂの端部とダンパフランジ１との接続部の詳細図を示す。
図９は図１の（イ）部分の内部仕切板３Ａとダンパフランジ１との接続部を示し、図９（ａ）は内部仕切板３Ａの平面に直交する方向から見た図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の矢印Ａ方向から見た図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た図であり、図９（ｄ）は図９（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た図である。ダンパフランジ１には内部仕切板３Ａ側に取合板１９を設けている。

また、図１０は図１の（ロ）部分の内部仕切板３Ｂとダンパフランジ１との接続部を示し、図１０（ａ）は仕切板３Ｂの平面に直交する方向から見た図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の矢印Ａ方向から見た図であり、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た図であり、図１０（ｄ）は図１０（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た図である。なお、図１の（ロ）部分ではダンパブレード２とダンパフランジ１の内周面との間に隙間ができるので、該隙間部分を埋めるためにダンパフランジ１の内周面には板材（図１の塗りつぶし部分）が取り付けられている。そして該板材には、内部仕切板３Ｂとの接続部に取合板１９を設けている。

また、図９（ｄ）で底板９に台形の板材を用いているが、ダンパブレード２が回動する際に底板９部分にダンパブレード２に当たるおそれがないので、強度のある台形の底板９を使用している。しかし図１０（ｄ）の底板９部分は、ダンパブレード２が回動する際に底板９ぶ干渉するおそれがあるためで底板９は矩形の比較的細い板材を用いている。

煙突の内部温度である１１０〜１４０℃の状況下で保温がされていない場合には、過渡変化時にダンパ内部仕切板３Ａ，３Ｂの端部と外気側煙突端部には２０〜４５℃程度の温度差が発生する。この温度差により発生する熱膨張差を回避するため、図８、図９、図１０に示すように熱伸びを考慮して、予めダンパフランジ１に取り付けられた一対の挟み込みサポート８と底板９の間に内部仕切板３Ａ，３Ｂをはめ込んで取り付ける。また、一対の挟み込みサポート８の間に挟み込まれた内部仕切板３Ａ，３Ｂとダンパフランジ１の間には、ダンパフランジ１に取合板１９を設けている。内部仕切り板３Ａ，３Ｂと取合板１９の間には熱伸び吸収のために約５ｍｍの間隔を設けている。また、内部仕切板３Ａ，３Ｂの端部とダンパフランジ１との間には熱伸び吸収のためにダンパシャフト４の方向、又は該ダンパシャフト４とは直交する方向共に隙間を１ｍｍ程度確保するように取り付ける。

上記煙突ダンパ構造により、ＨＲＳＧが起動、停止を繰り返し、煙突内部に発生する内部仕切板３Ａ，３Ｂの熱伸びは、ダンパフランジ１との間に設けた前記熱伸びに応じた充分な隙間を設けているので、内部仕切板３Ａ，３Ｂに生じる応力は抑制される効果がある。

（その他の実施例）
本発明の他の実施形態を図１１〜図１４に示す。図１１〜図１４はダンパフランジ１と内部仕切板３Ａ，３Ｂとの接続部の関係を簡略化して示す平面図である。なお、内部仕切板３Ａには図示しないダンパシャフト４を通す貫通穴部１５が設けられる。

図１１に示す構造は、内部仕切板３Ａ，３Ｂの熱伸び中心を煙突１１の中心にした場合であり、煙突中心を伸び基準点とする事で全体に均一な伸びを吸収するように、内部仕切板３Ａ，３Ｂの各端部に挟み込みサポート８，８を取り付けている。なお、内部仕切板３Ａには図示しないダンパシャフト４を通す貫通穴部１５が設けられる。

図１２は内部仕切板３Ａ，３Ｂが熱膨張により拘束される温度差が小さい場合に、最も熱伸び拘束の影響を受ける、ダンパシャフト４（図示せず）の軸に直行する方向の内部仕切板３Ａのみに挟み込みサポート８，８を取り付けた構造を示したものである。

図１３はメインシャフト５の貫通部を伸び基準点とし、その位置からの熱伸び方向１４に合わせて挟み込みサポート８，８を取り付ける事で、内部仕切板３Ａのスライドを可能にしている構造を示している。

図１４は伸び基準点は図１１と同様に煙突の中心とする例であるが、煙突中心からの熱伸び方向１４に合わせて挟み込みサポート８，８を取り付けた場合の構造を示している。

図１３，図１４に示す例は伸び基準点を設ける事により、内部仕切板３Ａ，３Ｂの伸び方向を限定する事ができ、内部仕切板３Ａ，３Ｂと挟み込みサポート８，８に隙間を確保する事が不要で、内部仕切板３Ａ，３Ｂの伸び方向のみの隙間を確保することで熱伸び差を充分吸収することが容易にでき、設定も容易である。

また、伸び基準点を用いない構造であると、挟み込みサポート８，８と内部仕切板３Ａ，３Ｂの間に熱伸びを考慮した隙間の設定が内部仕切板３Ａ，３Ｂ毎に必要となる。

ＨＲＳＧなどの煙突内部に設置するダンパ構造としてＨＲＳＧの煙突本体内部の内部仕切板に塑性変形が発生することを防止する構造として有効である。

煙突ダンパ構造の平面図である。本発明による図１の煙突ダンパ構造のダンパシャフトに直交する方向に配置される内部仕切板設置部の断面図である。本発明による図１のＢ−Ｂ線断面矢視図である。本発明による図１の煙突ダンパ構造のダンパフランジと内部仕切板との接合を表した煙突ダンパの模式図である。本発明による図１の煙突ダンパ構造のブレードの断面図である。本発明の他の実施例の煙突ダンパ構造の平面図である。図６のＡ−Ａ線断面矢視図である。本発明の煙突ダンパ構造のダンパシャフトに直交する方向に配置される内部仕切板端部の挟み込みサポート取付部の斜視図である。本発明の煙突ダンパ構造におけるシャフト軸に直交する方向に配置される内部仕切板端部の挟み込みサポート取付部の詳細図（平面図（図９（ａ））、図９（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図（図９（ｂ））、図９（ｂ）の矢印Ｂ方向からの矢視図（図９（ｃ））、図９（ｂ）の矢印Ｃ方向からの矢視図（図９（ｄ）））である。本発明の煙突ダンパ構造のダンパシャフトの方向に配置される内部仕切板端部の挟み込みサポート取付部の詳細図（平面図（図１０（ａ））、図１０（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図（図１０（ｂ））、図１０（ｂ）の矢印Ｂ方向からの矢視図（図１０（ｃ））、図１０（ｂ）の矢印Ｃ方向からの矢視図（図１０（ｄ）））である。本発明の他の実施例のダンパフランジと内部仕切板との接合を表した煙突ダンパの模式的な平面図である。本発明の他の実施例のダンパフランジと内部仕切板との接合を表した煙突ダンパの模式的な平面図である。本発明の他の実施例のダンパフランジと内部仕切板との接合を表した煙突ダンパの模式的な平面図である。本発明の他の実施例のダンパフランジと内部仕切板との接合を表した煙突ダンパの模式的な平面図である。ＨＲＳＧの構成図である。従来技術の煙突ダンパ構造を示す側断面図である。従来技術のダンパフランジと内部仕切板との接合を表した煙突ダンパの模式的な平面図である

符号の説明

１ダンパフランジ２ダンパブレード
３Ａ内部仕切板Ａ３Ｂ内部仕切板Ｂ
４ダンパシャフト５メインシャフト
６ストッパ７内部リンク
８挟み込みサポート９底板
１０ＨＲＳＧケーシング１１煙突
１２煙突ダンパ１３固定位置
１４熱伸び方向１５シャフト貫通穴部
１６ダンパフレーム１７入口ダクト
１９取合板

Claims

鉛直方向にガス流路を有する煙突（１）内に、該煙突（１）の一水平断面上に互いに平行に配される複数のダンパシャフト（４）と、
それぞれのダンパシャフト（４）に取り付けられ、各ダンパシャフト（４）の回転に伴って煙突（１）内のガス流路を開閉する平板状のダンパブレード（２）と、
前記ダンパシャフト（４）を支持し、かつ相互に隣接する前記ダンパブレード（２）の境界部分に設けられて、煙突（１）内の水平断面を複数個に区分し、ガス流れ方向に沿う平面を有する平板をダンパシャフト（４）と平行方向及び直交する方向に向けて格子状に組み合わせた構成からなる内部仕切板（３Ａ，３Ｂ）と、
該内部仕切板（３Ａ又は３Ｂ）のダンパシャフト（４）と直交する向きに配置される一方の内部仕切板（３Ａ又は３Ｂ）にはダンパシャフト（４）を支持するために設けた貫通穴（１５）と、ダンパシャフト（４）と平行する向きに配置される他方の内部仕切板（３Ｂ又は３Ａ）の両側面のダンパブレード（２）の端部が当接する位置に設けたストッパ（６）と、
煙突（１）の内周面に取り付けられ、熱伸びのある前記内部仕切板（３Ａ，３Ｂ）の少なくとも１方の端部をスライド可能に支持し、内部仕切板（３Ａ，３Ｂ）の熱伸びの基準点から熱伸び方向に向けて煙突内周面に取り付ける底板（９）付きの挟み込みサポート（８）と、
該挟み込みサポート（８）で挟み込まれる内部仕切板（３Ａ又は３Ｂ）の端部と煙突内周面との間に設けた隙間を介して煙突内周面側に取り付けられた取合板（１９）と
を設けたことを特徴とする煙突ダンパ構造。