JP6742718B2 - 構造体の支持構造及びガスタービン設備 - Google Patents

Description

本発明は、構造体からこれを支持する床面への入熱を、抑制するようにした構造体の支持構造に関する。

従来から、ガスタービン設備においては、ガスタービンから排出された排気ガスを、消音器及び煙突等を介して、大気中に放出するようにしている。このとき、消音器内には、高温の排気ガスが通過するため、その消音器は、高温に保持されることになる。そして、消音器がコンクリートの床面に基礎ボルトによって固定されている場合には、その消音器の温度は、基礎ボルトを介して、床面に伝達される。

ここで、ガスタービン及びこれに付設される機器の安全性については、種々の法規によって規定されており、特に、原子力発電所に設置される非常用ガスタービン設備における上記安全性については、厳しく規定されている。例えば、非常用ガスタービン設備に設置される消音器においては、床面への入熱に対する温度管理が、厳しく規制されている。このため、消音器を基礎ボルトによって床面に固定する際には、消音器から基礎ボルトを介して床面に伝わる熱を、抑える必要がある。

また、従来から、構造体から基礎ボルトを介して床面に伝わる熱を抑制するようにした、構造体の支持構造が、種々提供されている。そして、このような、構造体の支持構造としては、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１２−２１９５２３号公報

しかしながら、上記従来の支持構造においては、構造体をボルトによってコンクリート壁に固定する際に、ボルトが断熱部材を直接押圧するようにしている。これにより、その断熱部材が合成樹脂等によって形成されているため、ボルトの締結力（軸力）の大きさによっては、断熱部材が破損してしまうおそれがある。

更に、上記従来の支持構造においては、ボルトと構造体との間に、断熱部材のみを介在させているため、断熱部材の厚さや断熱性能によっては、構造体の温度がボルトに伝わってしまう。この結果、コンクリート壁への入熱を十分に抑制することができないおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、構造体から床面への入熱を抑制することができる構造体の支持構造、及び、その支持構造を備えるガスタービン設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る構造体の支持構造は、
構造体の下部に設けられる基礎鋼材を、基礎ボルトによって床面に固定する構造体の支持構造であって、
前記基礎ボルトの頭部と前記基礎鋼材との間に設けられ、内部を貫通した前記基礎ボルトの頭部によって床面側に押圧されるボルト台座と、
前記ボルト台座と前記基礎鋼材との間に設けられる断熱材とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る構造体の支持構造は、
前記基礎鋼材と接続し、前記構造体及び前記基礎鋼材の外側に配置される延長部材を備え、
前記基礎ボルトの頭部と前記延長部材との間に、内部を貫通した前記基礎ボルトの頭部によって床面側に押圧される前記ボルト台座を介在し、
前記延長部材上に設置された前記ボルト台座の高さは、前記基礎鋼材上に設置された前記ボルト台座の高さよりも高くなる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る構造体の支持構造は、
前記ボルト台座は、
前記ボルト台座の外周部と、前記ボルト台座を貫通する前記基礎ボルトの軸部とを連通する台座用通風路を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る構造体の支持構造は、
前記台座用通風路は、前記基礎ボルトを中心として、放射状に形成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る構造体の支持構造は、
前記台座用通風路は、前記基礎ボルトと同軸状に形成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る構造体の支持構造は、
前記基礎鋼材と前記床面との間に設けられる下部通風路を備え、
前記基礎ボルトは、前記下部通風路を貫通する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る構造体の支持構造は、
前記構造体は、
高温流体が内部を通過する際に、その高温流体の流動音を消音させる消音器である
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第８の発明に係るガスタービン設備は、
前記消音器と、
前記消音器内に高温の排気ガスを排出するガスタービンとを備える
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る構造体の支持構造及びガスタービン設備によれば、基礎ボルトと基礎鋼材との間に、ボルト台座を設けることにより、構造体の熱が基礎鋼材を通じて基礎ボルトに伝達される伝熱経路において、ボルト台座を介在させた分、伝熱距離の延長化を図ることができる。また、ボルト台座と基礎鋼材との間に、断熱材を介在させても、基礎ボルトの締結力（軸力）が断熱材に対して、直接的、且つ、局所的に作用しないため、断熱材を破損させることなく使用することができる。この結果、構造体から床面への入熱を抑制することができる。

（ａ）は本発明に係る構造体の支持構造が適用されるガスタービン設備の正面図、（ｂ）は本発明に係る構造体の支持構造が適用されるガスタービン設備の側面図である。 本発明の実施例１に係る構造体の断面斜視図である。 図２のIII-III矢視断面図である。 本発明の実施例１に係る支持構造を示した図である。 図３に対応した断面図である。 本発明の実施例２に係る支持構造を示した図である。 本発明の実施例３に係る支持構造を示した図である。 本発明の実施例４に係る支持構造を示した図である。 本発明の実施例５に係る構造体の断面斜視図である。 図９のＸ-Ｘ矢視断面図である。 図９のXI-XI矢視断面図である。 本発明の実施例６に係る構造体の断面斜視図である。 図１２のXIII-XIII矢視断面図である。 図１２のXIV-XIV矢視断面図である。

以下、本発明に係る構造体の支持構造について、図面を用いて詳細に説明する。なお、下記に示した実施形態においては、本発明に係る構造体の支持構造を、ガスタービン設備における消音器の支持構造に適用した場合について、説明している。また、実施例２〜６における実施例１に示した部材と対応した部材については、実施例１に示した部材の符号と同一の符号を付して、説明を省略している。

先ず、実施例１に係る支持構造について、図１乃至図４を用いて説明する。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、ガスタービン設備１には、２基のガスタービン１１、消音器（構造体）１２、接続用ダクト１３、及び、煙突１４が、排気ガス（高温流体）Ｇの流れ方向上流側から下流側に向けて、順に配置されている。つまり、消音器１２、接続用ダクト１３、煙突１４は、鉛直方向に配列されており、下方から上方に向けて順に配置されている。

具体的に、図１（ａ），（ｂ）に示すように、２基のガスタービン１１は、水平方向において並列に配置されており、その内部に供給された燃料を燃焼させることによって生成した高温ガスを、発電機（図示省略）を駆動させるために使用する一方、上記燃焼によって発生した高温の排気ガスＧを、その後端１１ａから排出可能となっている。なお、後端１１ａは、消音器１２内に貫入されている。

また、ガスタービン１１の排気ガス流れ方向下流側には、消音器１２が配置されている。この消音器１２は、有底となる中空構造体となっており、コンクリートの上面となる床面Ｆに固定されている。そして、消音器１２の内面には、吸音材（図示省略）が貼り付けられている。これにより、消音器１２内を流れる排気ガスＧの流動音（排気音）は、その吸音材によって打ち消されることになる。

更に、消音器１２の排気ガス流れ方向下流側（消音器１２の上部）には、接続用ダクト１３が配置されており、この接続用ダクト１３の排気ガス流れ方向下流側（接続用ダクト１３の上部）には、円筒状をなす煙突１４が配置されている。

従って、ガスタービン１１の後端１１ａから排出された高温の排気ガスＧは、消音器１２内を通過する過程において、その流動音が吸音材によって吸収される。そして、消音器１２によって消音された排気ガスＧは、接続用ダクト１３を介して、煙突１４から大気中に放出される。

ここで、図２乃至図４に示すように、消音器１２の下部には、底板１２ａが配置されており、この底板１２ａの下面には、複数の基礎鋼材２０が、その底板１２ａの外周部に沿って設けられている。これらの基礎鋼材２０は、矩形環状をなすように連結されており、基礎ボルト５０を用いて床面Ｆに固定されている。

基礎鋼材２０は、例えば、断面がＨ形となるＨ形鋼を横置きとしたものであって、上板２１、下板２２、及び、縦板２３から構成されている。つまり、上板２１は、底板１２ａと接続されており、下板２３は、基礎ボルト５０によって床面Ｆに固定されている。これに対して、縦板１２ｃは、上板２１の板幅方向中央部と下板２２の板幅方向中央部とを、上下方向において繋いでいる。そして、下板２２と床面Ｆとの間には、断熱材（第２断熱手段）３２が介在されている。

また、基礎ボルト５０の締結位置は、下板２２における縦板２３よりも板幅方向外側となっており、その締結位置の直上には、上板２１が配置されている。つまり、下板２２に締結された基礎ボルト５０は、底板１２ａ及び上板２１によって直上から覆われることになる。そして、基礎ボルト５０を締結させる際には、基礎ボルト５０と下板２３との間に、ボルト台座４１及び断熱材（第１断熱手段）３１を介在させている。

具体的に、基礎ボルト５０の頭部５１と下板２２に上面との間には、ボルト台座４１及び断熱材３１が、上方から下方に向けて順に介在されている。また、基礎ボルト５０の軸部（ねじ部）５２は、台座４１、断熱材３１、下板２２、断熱材３２、及び、床面Ｆを、上方から下方に向けて順に貫通しており、台座４１、断熱材３１、下板２２、及び、断熱材３２のそれぞれに形成される貫通孔とは、接触していない。つまり、基礎鋼材２０を基礎ボルト５０によって床面Ｆに固定させる際には、頭部５１がボルト台座４１の上面を押圧すると共に、軸部５２がコンクリート内にねじ込まれる。

ボルト台座４１は、天板４１ａ，底板４１ｂ、及び、複数（例えば４枚）の連結板４１ｃを有している。天板４１ａ及び底板４１ｂは、それぞれ矩形平板状をなしており、底板４１ｂの大きさ（矩形面積）は、天板４１ａの大きさ（矩形面積）よりも大きく（広く）なっている。そして、天板４１ａの上面中央部には、基礎ボルト５０の頭部５１が接触しており、天板４１ａの中央部及び底板４１ｂの中央部には、基礎ボルト５０の軸部５２が貫通している。

連結板４１ｃは、天板４１ａの下面と底板４１ｂの上面とを、基礎ボルト５０の軸部５２に接触することなく、上下方向において連結すると共に、天板４１ａの角部及び底板４１ｂの角部に達するように、ボルト径方向外側に向けて延びている。即ち、連結板４１ｃは、基礎ボルト５０の軸部５２を中心として、放射状に配置されている。

これにより、ボルト台座４１には、複数の通風路４１ｄが形成されることになる。つまり、複数の通風路４１ｄは、天板４１ａ、底板４１ｂ、及び、複数の連結板４１ｃによって形成さるものであって、基礎ボルト５０の軸部５２を中心として、放射状に配置されている。このように、通風路４１ｄを、ボルト台座４１の外周部と基礎ボルト５０の軸部５２とが連通するように形成することにより、冷却空気Ａを、ボルト台座４１内おいてボルト径方向外側から内側に向けて流して、ボルト５０の軸部５２に接触させることができる。

従って、基礎ボルト５０の頭部５１と基礎鋼材２０の下板２２との間に、ボルト台座４１を設けることにより、消音器１２の熱が基礎鋼材２０の下板２２を通じて基礎ボルト２０の頭部５１に伝達される伝熱経路において、ボルト台座４１を介在させた分、伝熱距離の延長化を図ることができる。

また、ボルト台座４１の底板４１ｂと基礎鋼材２０の下板２２との間に、断熱材３１を介在させても、基礎ボルト５０の締結力（軸力、押圧力）が断熱材３１に対して、直接的、且つ、局所的に作用しないため、当該断熱材３１を破損させることなく、使用することができる。これにより、上述した伝熱経路において、断熱材３１を介在させた分、消音器
１２からの伝熱を抑えることができる。

更に、ボルト台座４１に複数の通風路４１ｄを形成させることにより、消音器１２から床面Ｆへの伝熱経路となる基礎ボルト５０を、冷却することができる。

この結果、高温の排気ガスＧの通過によって高温に保持された消音器１２の熱が、基礎鋼材２０に伝達されても、基礎鋼材２０から床面Ｆへの入熱を抑制することができる。

次に、実施例２に係る支持構造について、図５及び図６を用いて説明する。

図５及び図６に示すように、矩形環状に連結され複数の基礎鋼材２０の中でも、角部に位置する（角部を構成する）４つの基礎鋼材２０には、２つの延長板（延長部材）２４がそれぞれ接続されている。これらの延長板２４は、上記角部に位置する基礎鋼材２０の下板２２に接続されており、消音器１２及び基礎鋼材２０の外側に配置されている。なお、延長板２４の板厚は、下板２２の板厚と同じ板厚となっている。

そして、延長板２４についても、ボルト台座４２及び基礎ボルト５０を用いて、床面Ｆに固定されている。この延長板２４上に設置されたボルト台座４２は、上述した下板２２上に設置されたボルト台座４１と同じ構成及び機能を有するものであって、天板４２ａ、底板４２ｂ、複数の連結板４２ｃ、及び、複数の通風孔４２ｄを有している。このとき、ボルト台座４２の高さは、ボルト台座４１の高さよりも高くなっている。

つまり、延長板２４は、消音器１２及び基礎鋼材２０よりもこれらの外側に配置されているため、その延長板２４に締結された基礎ボルト５０も、消音器１２及び基礎鋼材２０よりもこれらの外側に配置されている。これにより、基礎ボルト５０の頭部５１と延長板２４の上面との間に介在されたボルト台座４２は、底板１２ａ及び上板２１によって直上から覆われることはなく、その直上には、消音器１２及び基礎鋼材２０が存在しない。よって、ボルト台座４２の高さ（連結板４２ａの高さ）を、上方に向けて制限なく調整可能となっており、ボルト台座４１の高さや、基礎鋼材２０の高さよりも高くすることができる。

このように、ボルト台座４２の高さを高くすると、これに伴って、その通風路４２ｄの開口面積も広くなるため、冷却空気Ａの流入量を増加させることができる。これにより、基礎ボルト５０に対する冷却性を向上させることができるので、基礎鋼材２０から床面Ｆへの入熱を抑制することができる。なお、図６に示すように、基礎ボルト５０を十分に冷却することができる場合には、ボルト台座４２と延長板２４との間に、断熱材３１を設けなくても構わない。

次に、実施例３，４に係る支持構造について、図７及び図８を用いて説明する。

図７に示すように、基礎ボルト５０の頭部５１と下板２２（あるいは延長板２４）の上面との間には、円筒状をなすボルト台座４３が介在されている。即ち、ボルト台座４３の中心部には、基礎ボルト５０が貫通している。

ボルト台座４３の中心部内には、通風路４３ａが、当該ボルト台座４３内を貫通する基礎ボルト５０の軸部５２と同軸状となるように形成されている。これにより、通風路４３ａ内には、貫通する基礎ボルト５０の軸部５２が、その通風路４３ａと接触することなく、収納されている。

更に、通風路４３ａには、吸気孔４３ｂ及び排気孔４３ｃが、ボルト径方向外側に向けて延びるように形成されている。吸気孔４３ｂは、ボルト台座４３の外周面と通風路４３ａとの間を連通させており、ボルト台座４３の外側から取り込んだ冷却空気Ａを、通風路４３ａ内に供給可能となっている。これに対して、排気孔４３ｃは、通風路４３ａとボルト台座４３の外周面との間を連通させており、通風路４３ａ内の冷却空気Ａを、ボルト台座４３の外側に向けて排出可能となっている。

従って、基礎ボルト５０の頭部５１及び軸部５２を、通風路４３ａ内を流れる冷却空気Ａによって、冷却することができるので、基礎鋼材２０から床面Ｆへの入熱を抑制することができる。なお、図７に示すように、基礎ボルト５０を十分に冷却することができる場合には、ボルト台座４３と下板２２との間に、断熱材３１を設けなくても構わない。

また、図８に示すように、基礎ボルト５０の頭部５１と下板２２（または延長板２４）の上面との間には、円筒状をなすボルト台座４４が介在されている。即ち、ボルト台座４４の中心部には、基礎ボルト５０が貫通している。

そして、ボルト台座４４、下板２２、断熱材３２、及び、床面Ｆには、通風路４４ａが、一体的に連続して形成されている。このとき、通風路４４ａは、ボルト台座４４の中心部を通ると共に、ボルト台座４４、下板２２、及び、断熱材３２と接触することなく、それらを貫通している。これにより、通風路４４ａ内には、貫通する基礎ボルト５０の軸部５２が、その通風路４４ａと接触することなく、収納されている。

更に、通風路４４ａには、吸気孔４４ｂ及び排気孔４４ｃが、ボルト径方向外側に向けて延びるように形成されている。吸気孔４４ｂは、ボルト台座４４の外周面と通風路４４ａとの間を連通させており、ボルト台座４４の外側から取り込んだ冷却空気Ａを、通風路４４ａ内に供給可能となっている。これに対して、排気孔４４ｃは、通風路４４ａとコンクリート内の排気通路との間を連通させており、通風路４４ａ内の冷却空気Ａを、ボルト台座４３の外側に向けて排出可能となっている。

従って、基礎ボルト５０の頭部５１及び軸部５２を、通風路４４ａ内を流れる冷却空気Ａによって、冷却することができるので、基礎鋼材２０から床面Ｆへの入熱を抑制することができる。なお、図８に示すように、基礎ボルト５０を十分に冷却することができる場合には、ボルト台座４４と下板２２との間に、断熱材３１を設けなくても構わない。

次に、実施例５，６に係る支持構造について、図９乃至図１４を用いて説明する。

図９乃至図１１に示すように、基礎鋼材２０の下部には、中空状をなす複数の通風部材６１が設けられている。これらの通風部材６１は、下板２２の下面と床面Ｆとの間に介在されており、基礎ボルト５０の締結位置に対応して配置されている。また、通風部材６１の外周部には、押さえ部材６２が設けられている。この押さえ部材６２は、固定用ボルト６３によって床面Ｆに固定されており、通風部材６１を位置決めするために使用されている。

ここで、通風部材６１内には、通風路６１ａが形成されており、この通風路６１ａの吸気孔６１ｂ及び排気孔６１ｃは、通風部材６１における基礎鋼材２０の長手方向において対向する側壁に、それぞれ開口している。これにより、通風路６１ａは、吸気孔６１ｂから取り込んだ冷却空気Ａを、排気孔６１ｃに向けて排出可能となっている。また、通風路６１ａの通路幅は、基礎鋼材２０の板幅（上板２１及び下板２２の板幅）よりも長くなるように形成されている。

そして、基礎ボルト５０の頭部５１と基礎鋼材２０の下板２２との間には、ボルト台座４１（またはボルト台座４３，４４）が介在されており、その基礎ボルト５０は、ボルト台座４１、下板２２、通風部材６１、及び、床面Ｆを上下方向に貫通している。つまり、基礎ボルト５０の軸部５２は、通風路６１ａを上下方向に貫通している。

従って、基礎ボルト５０の軸部５２及び基礎鋼材２０の下板２２を、通風路６１ａ内を流れる冷却空気Ａよって、冷却することができるので、基礎鋼材２０から床面Ｆへの入熱を抑制することができる。なお、図１０に示すように、基礎ボルト５０を十分に冷却することができる場合には、ボルト台座４１と下板２２との間に、断熱材３１を設けなくても構わない。

また、図１２乃至図１４に示すように、基礎鋼材２０の下部には、中空状をなす通風部材７１が設けられている。この通風部材７１は、矩形環状に連結され複数の基礎鋼材２０における下板２２の下面と床面Ｆとの間に介在されており、全ての基礎鋼材２０及び全ての基礎ボルト５０の締結位置を含むように配置されている。また、通風部材７１の外周部には、押さえ部材７２が設けられている。この押さえ部材７２は、固定用ボルト７３によって床面Ｆに固定されており、通風部材７１を位置決めするために使用されている。

ここで、通風部材７１内には、通風路７１ａが形成されており、この通風路７１ａの吸気孔７１ｂ及び排気孔７１ｃは、通風部材７１における対向する側壁に、それぞれ開口している。これにより、通風路７１ａは、吸気孔７１ｂから取り込んだ冷却空気Ａを、排気孔７１ｃに向けて排出可能となっている。

そして、基礎ボルト５０の頭部５１と基礎鋼材２０の下面２２との間には、ボルト台座４１（またはボルト台座４３，４４）が介在されており、その基礎ボルト５０は、ボルト台座４１、下板２２、通風部材７１、及び、床面Ｆを上下方向に貫通している。つまり、基礎ボルト５０の軸部５２は、通風路７１ａを上下方向に貫通している。

従って、基礎ボルト５０の軸部５２及び基礎鋼材２０の下板２２を、通風路７１ａ内を流れる冷却空気Ａよって、冷却することができるので、基礎鋼材２０から床面Ｆへの入熱を抑制することができる。なお、図１３に示すように、基礎ボルト５０を十分に冷却することができる場合には、ボルト台座４１と下板２２との間に、断熱材３１を設けなくても構わない。

１ ガスタービン設備
１１ ガスタービン
１２ 消音器
１３ 接続用ダクト
１４ 煙突
２０ 基礎鋼材
２１ 上板
２２ 下板
２３ 縦板
２４ 延長板
３１，３２ 断熱材
４１〜４４ ボルト台座
４１ｄ，４２ｄ，４３ａ，４４ａ 通風路
５０ 基礎ボルト
５１ 頭部
５２ 軸部
６１，７１ 通風部材
６１ａ，７１ａ 通風路
Ａ 冷却空気
Ｆ 床面
Ｇ 排気ガス

Claims (7)

1. 構造体の下部に設けられる基礎鋼材を、基礎ボルトによって床面に固定する構造体の支持構造であって、
   前記基礎ボルトの頭部と前記基礎鋼材との間に設けられ、内部を貫通した前記基礎ボルトの頭部によって床面側に押圧されるボルト台座と、
   前記ボルト台座と前記基礎鋼材との間に設けられる断熱材とを備え、
   前記ボルト台座は、前記基礎ボルトが貫通された状態で、前記ボルト台座の外周部と前記ボルト台座を貫通する前記基礎ボルトの軸部とを連通し、前記基礎ボルトを冷却する空気が流れる台座用通風路を有することを特徴とする構造体の支持構造。
2. 請求項１に記載の構造体の支持構造において、
   前記基礎鋼材と接続し、前記構造体及び前記基礎鋼材の外側に配置される延長部材を備え、
   前記基礎ボルトの頭部と前記延長部材との間に、内部を貫通した前記基礎ボルトの頭部によって床面側に押圧される前記ボルト台座を介在し、
   前記延長部材上に設置された前記ボルト台座の高さは、前記基礎鋼材上に設置された前記ボルト台座の高さよりも高くなることを特徴とする構造体の支持構造。
3. 請求項１又は２に記載の構造体の支持構造において、
   前記台座用通風路は、前記基礎ボルトを中心として、放射状に形成されることを特徴とする構造体の支持構造。
4. 請求項１又は２に記載の構造体の支持構造において、
   前記台座用通風路は、前記基礎ボルトと同軸状に形成されることを特徴とする構造体の支持構造。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の構造体の支持構造において、
   前記基礎鋼材と前記床面との間に設けられる下部通風路を備え、
   前記基礎ボルトは、前記下部通風路を貫通することを特徴とする構造体の支持構造。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の構造体の支持構造において、
   前記構造体は、
   高温流体が内部を通過する際に、その高温流体の流動音を消音させる消音器であることを特徴とする構造体の支持構造。
7. 請求項６に記載の構造体の支持構造と、
   前記消音器と、
   前記消音器内に高温の排気ガスを排出するガスタービンとを備えることを特徴とするガスタービン設備。

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