JP7338512B2

JP7338512B2 - 付着力評価装置

Info

Publication number: JP7338512B2
Application number: JP2020035576A
Authority: JP
Inventors: 直樹佐藤; 辰朗田之上
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2023-09-05
Anticipated expiration: 2040-03-03
Also published as: JP2021139666A

Description

本発明は、付着力評価装置に関する。

下記特許文献１には、燃焼灰付着強度試験法が開示されている。この試験法は、ボイラ等の炉壁に付着した燃焼灰（クリンカ）の付着強度を測定するものであり、被溶着材の表面上に載置した管内で燃焼灰を溶融して被溶着材上に付着固化させ、管に対し被溶着材の表面方向に荷重を負荷することによって、燃焼灰の被溶着材に対する付着力を容易かつ迅速に測定するものである。

特開昭６１－２６２６３４号公報

ところで、上記背景技術は、実験室レベルのものであり、実機としてのボイラに適用可能なものはない。すなわち、実際に稼働しているボイラに背景技術を適用した場合、火炉から燃焼灰のサンプルを回収し、このサンプルを被溶着材の表面に設けた管内で溶融かつ固化させる必要がある。サンプルを溶融させるための熱源も用意する必要がある。したがって、燃焼灰が付着し得る燃焼装置の技術分野では、実機により適用し易い燃焼灰の付着力の評価技術が必要である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも実機に適用し易い付着力評価装置の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、付着力評価装置に係る第１の解決手段として、被付着物に付着した燃焼灰に食い込む食込部と、該食込部に取り付けられた把持部と、前記食込部と前記把持部との間あるいは前記把持部に設けられ、前記燃焼灰が前記被付着物から剥離する際のせん断力を計測する力計測部とを備える、という手段を採用する。

本発明では、付着力評価装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記食込部は、前記被付着物に少なくとも複数箇所が食い込む形状を備える、という手段を採用する。

本発明では、付着力評価装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記被付着物の表面形状が円形であった場合、前記食込部は、前記被付着物の表面形状に沿った円弧状に形成される、という手段を採用する。

本発明では、付着力評価装置に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記被付着物が隣接して複数設けられている場合、前記食込部は、２以上の前記被付着物に食い込む形状に形成されている、という手段を採用する。

本発明では、付着力評価装置に係る第５の解決手段として、上記第１～第４のいずれかの解決手段において、前記食込部は、所定形状の板状部材であり、前記把持部は、前記板状部材から直交方向に延在する棒状部材であり、前記力計測部は、前記棒状部材の途中部位に設けられている、という手段を採用する。

本発明では、付着力評価装置に係る第６の解決手段として、上記第５の解決手段において、前記板状部材は、一端部が他部よりも薄く形成されている、という手段を採用する。

本発明によれば、従来よりも実機に適用し易い付着力評価装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る付着力評価装置Ａの構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る付着力評価装置Ａの使い方を示す模式図である。本発明の一実施形態の第１変形例に係る付着力評価装置Ｂの要部構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態の第２変形例に係る付着力評価装置Ｃの要部構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る付着力評価装置Ａは、図１に示すように食込部１、把持部２、接続具３及び計測部４を備える。この付着力評価装置Ａは、作業者が把持部２を把持して食込部１を被付着物Ｗに食い込ませることによって、被付着物Ｗの表面に付着した燃焼灰Ｃの付着力を計測部３で計測する計測治具である。

被付着物Ｗは、特に限定しないが、例えばボイラ壁である。被付着物Ｗは、このボイラ壁は、断面形状が円形な多数の水熱管ｋが隣接状態で配列した平板状の部材である。このような被付着物Ｗの表面形状は、図１に示すように直線状に延在する円弧状の突部が一定間隔で隣り合って配列した形状である。

このような被付着物Ｗ（ボイラ壁）では、ボイラの運転によって発生する燃焼灰Ｃが内表面の全域に付着する。この燃焼灰Ｃは、焼却灰が溶融固化したものであり、燃料に応じた性状を有する。ボイラが例えば石炭焚ボイラの場合、燃焼灰Ｃは、被付着物Ｗ（ボイラ壁）の内表面つまり各水熱管ｋの表面で石炭灰が溶融固化することによって付着したものである。

食込部１は、所定形状の板状部材であり、例えば略矩形状に形成されている。この食込部１には、図１に示すように１辺に沿って円弧状の窪み部１ａが隣接するように３つ形成されている。これら３つの窪み部１ａは、上述した被付着物Ｗの表面形状（水熱管ｋの表面形状）に沿った形状に形成されている。すなわち、これら３つの窪み部１ａは、被付着物Ｗ（ボイラ壁）の内表面（水熱管ｋの表面）に当接される部位である。

また、この食込部１は、３つの窪み部１ａが形成されている１辺に向かって徐々に薄くなるように形成されている。すなわち、この食込部１は、３つの窪み部１ａが形成されている部位（一端部）が他部よりも薄く形成されている。このような食込部１の厚さ設定は、被付着物Ｗ（ボイラ壁）の内表面に当接する３つの窪み部１ａが被付着物Ｗ（ボイラ壁）の内表面に付着した燃焼灰Ｃに食い込み易くするためである。

把持部２は、このような食込部１（板状部材）に取り付けられた棒状部材である。この把持部２は、食込部１（板状部材）の一面から直交方向に延在するように食込部１（板状部材）に取り付けられている。また、このような把持部２の途中部位には計測部４が設けられている。

なお、このような把持部２では、計測部４の前側つまり食込部１が固定された前側部位２ａと計測部４の後側つまり作業者に把持される後側部位２ｂとが別体として構成されている。すなわち、本実施形態における把持部２は、前側部位２ａと後側部位２ｂとが計測部４を挟んで一体化された構成を備える。

接続具３は、このような把持部２を食込部１に取り付ける部品である。この接続具３は、把持部２を食込部１に対して３点で固定するものである。すなわち、この接続具３は、食込部１と把持部２との接続状態をより強固なものにするために、１点ではなく３点で把持部２を食込部１に固定するものである。

ここで、本実施形態に係る付着力評価装置Ａでは、接続具３を用いて食込部１と把持部２とを接続するが、本発明はこれに限定されない。例えば嵌合い構造を用いて食込部１と把持部２とを接続することにより、接続具３を省略することが考えられる。

また、接続具３に代えて他の構造の接続具を用いて食込部１と把持部２とを接続してもよい。すなわち、接続具の構造は、把持部２と食込部１とを３点で固定する構造のものに限定さず、例えば１点あるいは２点で食込部１と把持部２とを接続するものであってもよい。

計測部４は、把持部２の途中部位に設けられ、燃焼灰Ｃが被付着物Ｗ（水熱管ｋ）から剥離する際のせん断力を計測する。詳細については後述するが、この計測部４は、計測値であるせん断力を表示する表示部４ａを備えている。このような計測部４は、上記せん断力を把持部２の前側部位２ａと後側部位２ｂとの間に作用する引張力として計測し、その計測値を表示部４ａに表示する。

なお、計測部４は、把持部２の途中部位に限定されず、食込部１と把持部２との間に設けられていてもよい。すなわち、食込部１と把持部２とが接続具３に代えて計測部４を介して連結されていてもよい。このような場合には、把持部２における前側部位２ａと後側部位２ｂを一体物として構成することができる。

次に、本実施形態に係る付着力評価装置Ａの使い方つまり付着力評価装置Ａを用いた燃焼灰Ｃの付着力の測定方法について、図２をも参照して詳しく説明する。

この付着力評価装置Ａを用いて燃焼灰Ｃの付着力を測定する場合、作業者は把持部２の後側部位２ｂを把持した状態で被付着物Ｗ（水熱管ｋ）に対面し、付着力評価装置Ａを被付着物Ｗ（水熱管ｋ）に向けて振り下ろす。この結果、食込部１の窪み部１ａが被付着物Ｗ（水熱管ｋ）に当接し、図２に示すように３つの窪み部１ａが被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面に付着した燃焼灰Ｃに食い込む。

作業者は、この状態において把持部２の後側部位２ｂを把持したまま、矢印で示すように水熱管ｋの延在方向に沿って引っ張る。この際、把持部２における前側部位２ａと後側部位２ｂとの間には、作業者が後側部位２ｂに作用させる引張力が作用する。すなわち、計測部４は、前側部位２ａと後側部位２ｂとの間に作用する引張力を計測する。

この引張力は、被付着物Ｗ（水熱管ｋ）と当該被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面に付着した燃焼灰Ｃとの間に作用するせん断力に相当するものである。作業者が後側部位２ｂに作用させる引張力を徐々に強めることにより、ある引張力が作用した時点で燃焼灰Ｃが被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面から剥がれる。

すなわち、食込部１によって被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面と燃焼灰Ｃとの間に被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面に沿った最大の引張力が作用した際に、燃焼灰Ｃは被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面から剥がれる。したがって、燃焼灰Ｃが被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面から剥がれる際に計測部４で計測される引張力の最大値は、燃焼灰Ｃと被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面との間に作用するせん断力に相当する。

そして、このせん断力は、燃焼灰Ｃの被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面に対する付着力に応じた値となる。すなわち、燃焼灰Ｃの付着力が大きい程にせん断力は大きな値となり、逆に燃焼灰Ｃの付着力が小さい程にせん断力は小さな値となる。そして、計測部４は、このようなせん断力（引張力に最大値）を検出することにより、当該せん断力に一定の関係を有する燃焼灰Ｃの付着力を演算する。

ここで、本実施形態に係る付着力評価装置Ａは、３つの窪み部１ａを備えているので、燃焼灰Ｃを被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面から剥離させるために必要な引張力は、１つの窪み部１ａを備える場合に比較して約３倍となる。計測部４は、この点を考慮して、計測した引張力（せん断力）を３で除算することにより、１つの窪み部１ａつまり１本の水熱管ｋに対応する引張力（せん断力）を燃焼灰Ｃの付着力として演算する。

本実施形態によれば、３つの窪み部１ａを燃焼灰Ｃに食い込ませることによって燃焼灰Ｃの被付着物Ｗ（水熱管ｋ）に対する付着力を計測することが可能である。したがって、本実施形態によれば、従来よりも実機に適用し易い付着力評価装置Ａを提供することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、３つの窪み部１ａを備えた食込部１を採用することにより被付着物Ｗにおいて互いに隣接する３つの水熱管ｋに付着する燃焼灰Ｃに食込部１を食い込ませたが、本発明はこれに限定されない。窪み部１ａの個数は１つ、２つまたは４であってもよい。すなわち、図３（ａ）に示すように窪み部１ａが１つの食込部１Ａ、図３（ｂ）に示すように窪み部１ａが２つの食込部１Ｂあるいは図３（ｃ）に示すように窪み部１ａが４つの食込部１Ｃを採用してもよい。

ここで、燃焼灰Ｃを被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面から剥離させるために必要な引張力は、窪み部１ａの個数に比例して増大する。したがって、窪み部１ａの個数を１つとした場合、作業者が把持部２を介して食込部１に作用させる引張力が最小となる。このような点を考慮すると、窪み部１ａの個数には上限があり、極端に多くすることはできない。

（２）上記実施形態では、窪み部１ａの形状を外形が円形な水熱管ｋの表面形状に沿った円弧状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば窪み部１ａが被付着物Ｗに少なくとも複数箇所が食い込む形状、例えば図４（ａ）～（ｃ）に示すように三角形、六角形の半分に相当する形状（台形）あるいは八角形の半分に相当する形状でも良い。

図４（ａ）に示すように、三角形の窪み部１ｂを備える食込部１Ｄの場合、窪み部１ｂの少なくとも二箇所が燃焼灰Ｃに食い込む。このような食い込み状態で食込部１Ｄに引張力を作用させることにより燃焼灰Ｃと被付着物Ｗの表面との間にせん断力を作用させることができる。そして、この結果として計測部４において燃焼灰Ｃの付着力を計測することができる。

一方、図４（ｂ）に示すように、六角形の窪み部１ｃを備える食込部１Ｅの場合、窪み部１ｃの少なくとも三箇所が燃焼灰Ｃに食い込む。このような食い込み状態で食込部１Ｅに引張力を作用させることにより燃焼灰Ｃと被付着物Ｗの表面との間にせん断力を作用させることができる。そして、この結果として計測部４において燃焼灰Ｃの付着力を計測することができる。

さらに、図４（ｃ）に示すように、八角形の窪み部１ｄを備える食込部１Ｆの場合、窪み部１ｄの少なくとも四箇所が燃焼灰Ｃに食い込む。このような食い込み状態で食込部１Ｆに引張力を作用させることにより燃焼灰Ｃと被付着物Ｗの表面との間にせん断力を作用させることができる。そして、この結果として計測部４において燃焼灰Ｃの付着力を計測することができる。

なお、食込部１において燃焼灰Ｃに当接する一端部の形状を一箇所が燃焼灰Ｃに食い込む形状としても原理的にせん断力を計測することが可能である。したがって、このような一端部の形状であっても、燃焼灰Ｃの付着力を計測することが可能である。

しかしながら、このような一箇所の食い込み形状は、燃焼灰Ｃにおける極一部の局所的な領域における燃焼灰Ｃの付着力を計測している可能性が高い。燃焼灰Ｃは被付着物Ｗの表面の広い領域に付着しているので、このような燃焼灰Ｃの付着力をより正確に計測するためには、食込部１の一端部の形状が複数個所において燃焼灰Ｃに食い込む形状がより好ましい。

（３）上記実施形態では、作業者が把持部２を把持して引っ張ることにより燃焼灰Ｃと被付着物Ｗの表面との間にせん断力を作用させたが、本発明はこれに限定されない。作業者が把持部２を介して食込部１に作用させる引張力は変動し得るので、燃焼灰Ｃが被付着物Ｗ（水熱管ｋ）の表面から剥離する際のせん断力を安定して計測できない虞がある。

このような危惧を考慮すると、引張力を機械的に食込部１に作用させることが考えられる。例えば被付着物Ｗの近傍に動力装置を固定設置すると共に当該動力装置を把持部２と連結し、、この動力装置が発生する動力によって引張力を機械的に食込部１に作用させる。このような食込部１に対する引張力の機械的な負荷によれば、作業者よりも安定した引張力を食込部１に作用させることができるので、せん断力をより精度よく計測することが可能である。

（４）上記実施形態では、断面形状が円形な多数の水熱管ｋが隣接状態で配列したボイラ壁を被付着物Ｗとしてしたが、本発明はこれに限定されない。食込部１において燃焼灰Ｃに当接する一端部の形状を被付着物Ｗの表面形状に応じて適宜変更することによって、様々な表面形状の被付着物Ｗについて燃焼灰Ｃの付着力を計測することができる。すなわち、一端部の形状は窪み部１ａに限定されない。

Ａ付着力評価装置
Ｃ燃焼灰
ｋ水熱管
Ｗ被付着物
１食込部
１ａ窪み部
２把持部
２ａ前側部位
２ｂ後側部位
３接続具
４計測部
４ａ表示部

Claims

被付着物に付着した燃焼灰に食い込む食込部と、
該食込部に取り付けられた把持部と、
前記食込部と前記把持部との間あるいは前記把持部に設けられ、前記燃焼灰が前記被付着物から剥離する際のせん断力を計測する力計測部と
を備えることを特徴とする付着力評価装置。
前記食込部は、前記被付着物に少なくとも複数箇所が食い込む形状を備えることを特徴とする請求項１に記載の付着力評価装置。
前記被付着物の表面形状が円形であった場合、
前記食込部は、前記被付着物の表面形状に沿った円弧状に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の付着力評価装置。
前記被付着物が隣接して複数設けられている場合、
前記食込部は、２以上の前記被付着物に食い込む形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の付着力評価装置。
前記食込部は、所定形状の板状部材であり、
前記把持部は、前記板状部材から直交方向に延在する棒状部材であり、
前記力計測部は、前記棒状部材の途中部位に設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の付着力評価装置。
前記板状部材は、一端部が他部よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項５に記載の付着力評価装置。