JPH0311524Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案はドラム降水管や飽和蒸気管の振動防止
構造に係り、特にこれらの管の固有振動数を高く
するのに好適な排熱回収ボイラ内部部構造に関す
るものである。

〔考案の背景〕

高効率発電の一環として最近複合発電プラント
が注目されている。このプラントは先ずガスター
ビンにより発電を行なうと共に、ガスタービンか
ら排出された排ガス中の熱を排熱回収ボイラにお
いて回収し、同ボイラで発生した蒸気により蒸気
タービンを作動させて、発電するものである。こ
のプラントは発電効率の面に加えてガスタービン
の特性である負荷応答性が高く、急激な電力需要
の上昇にも十分対応し得るという利点もある。

第１図はガスタービン排ガスの熱を回収する排
熱回収ボイラの構造を示す。図中ガスタービン排
ガスＧは過熱器１、高圧蒸発器２を経て脱硝装置
３に至り排ガス中の窒素酸化物（NOx）を除去
する。続いて排ガスは高圧蒸発器４、高圧節炭器
７、低圧蒸発器８、低圧節炭器１１を経て排出さ
れる。この間に発生した高圧蒸気S₁及び低圧蒸気
S₂は蒸気タービンの動力源、所内熱源として利用
される。図中符号５及び９は各々高圧ドラム及び
低圧ドラムを、符号６及び１０は降水管を示す。
なお、降水管６，１０はドラム５，９を支持する
強度部材としての働きを有し、このため廃熱回収
ボイラ内に配管される。以上の構成の廃熱回収ボ
イラはガスタービン排ガスを通過させるガス流路
内に配置される。

(A) 第2A図に第１図のＡ部の詳細図を示す。高
圧節炭器管７ａで加熱された水は、高圧給水連
絡管２１を通り高圧ドラム５に入る。高圧ドラ
ム５内に入つた水は降水管６により下部に降
り、供水管２０により高圧蒸発器管４ａの下部
管寄せ１４に分配される。分配され高圧蒸発器
管４ａで加熱された水は、一部は飽和蒸気にな
り、気水混合物が上部管寄せ１３、上昇管１９
を通り高圧ドラム５に入り高圧ドラム５内で水
と飽和蒸気に分離され、蒸気は飽和蒸気管２２
を通して過熱器１に入る。一方水はまた、前述
の径路を通る。

ところで、高圧節炭器管７ａと高圧蒸発器管
４ａは管寄せ支持台１５で支接され、一方、高
圧ドラム５を載せた降水管６は降水管支持台１
７で支持され、管寄せ支持梁１８の上にて独立
している。そして、地震時や運転時の高圧節炭
器管７ａと高圧蒸発器管４ａに働く水平力は、
上、下部管寄せ１３、１４を経て、ケーシング
１２に伝達される。また、高圧ドラム５と降水
管６に働く水平力は下部は降水管支持台１７、
上部は降水管６のケーシング１２貫通部を経て
ケーシング１２に伝達される。また、降水管６
の降水管支持台１７とケーシング１２の貫通部
の距離は約10〜15ｍであるため、振動が生ず
る。一般に静止した物体に流体が当たるとき、
物体の背後に規則正しい列の渦、いわゆるカル
マンの渦列ができる。即ち、物体が円柱のとき 円柱の背後に発生する渦の数を毎秒Ｎとする
と Ｎ＝St・Ｖ／ｄ で表わされる。但し、St：ストロハール数、
Ｖ：流体の速度、ｄ：物体の外径である。

この渦の振動数Ｎが物体の固有振動数と一致
すると共振し、物体の振動、騒音の原因とな
り、物体の破損、破壊を招くことさえある。

高圧蒸発器管４ａ、高圧節炭器管７ａ、降水
管６は流体中に設置するため、このカルマンの
渦列ができる。故に、高圧蒸発器管４ａや高圧
節炭器７ａ、降水管６の固有振動数とカルマン
の渦振動数が一致しないように高圧蒸発器管４
ａ、高圧節炭器管７、降水管６の固有振動数を
変える必要がある。また、ガスタービン排ガス
Ｇの流体力による振動を抑えるには高圧蒸発器
管４ａ、高圧節炭器管７ａ、降水管６の固有振
動数をできるだけ高くしなければならない。こ
の固有振動数を高くする対策として、高圧蒸発
器管４ａ、高圧節炭器管７ａの場合、上、下部
管寄せ１３，１４間に伝熱管水平支持板２３を
設置し、スパンを小さくする方法がとられる。
一方、降水管６の場合、降水管６の長さを短く
する方法が考えられる。しかし降水管６の長さ
を短くすることは、排熱回収ボイラの高さを低
くすることにつながる。排熱回収ボイラの高さ
を低くすると、上、下部管寄せ１３，１４間を
短くすることになり高圧蒸発器管４ａ、高圧節
炭器管７ａの伝熱面積を減少するので、排熱回
収ボイラのコストは低くすることになつてしま
う。従つて、降水管６の長さを短くすることは
できないものであつた。

(B) 同様の技術背景は、降水管に限らず同種の独
立配管である飽和水蒸気管についても存在す
る。この点について以下に述べる。

第２Ｂ図に第１図のＢ部の詳細図を示す。高
圧蒸発器４ａで加熱された蒸気と水の混合物
は、上昇管１９を通り高圧ドラム５に入る。こ
の蒸気と水の混合物は、高圧ドラム５内で蒸気
と水に分離される。

分離された蒸気は飽和蒸気管２２により、過
熱器管１ａの下部管寄せ１４に導かれる。高圧
蒸発器管４ａ、過熱器管１ａは、下部管寄せ１
４を介して管寄せ支持台１５で支持され、管寄
せ支持梁１８の上に自立している。飽和蒸気管
２２は下部管寄せ１４に接続され、独立した構
造となつている。地震時や運転時の高圧蒸発器
管４ａと過熱器管１ａに働く水平力は上、下部
管寄せ１３，１４を経て、ケーシングに伝達さ
れる。また、飽和蒸気管２２に働く水平力下部
は下部管寄せ１４ａを経て、上部は飽和蒸気管
２２のケーシングに貫通部を経てケーシング１
２に伝達される。飽和蒸気管２２の接続する下
部管寄せ１４とケーシング１２の貫通部の距離
は約10〜15ｍである。この飽和蒸気管２２の防
振対策についても前記降水管６と同様の事情が
存在する。

〔背景技術の問題点〕

このような背景技術には次のような欠点があ
る。

降水管６又は飽和蒸気管２２（以下、降水管
６等という）は長いので固有振動数が低く、ま
た、中央部の振幅が大きい。中央部の振幅が大
きいと降水管の高圧ドラム５付け根部、降水管
６等のケーシング貫通部、降水管６等の下部支
持部に大きな操返し曲げ応力が発生し、疲労に
よる破損、破壊を招く原因になる。

降水管６等の固有振動数を高くするには、降
水管６等の径を大きくし、曲げに対する剛性を
大きくしなければならない。従つて降水管等の
材料コストが高くなる。

降水管６等を短くして固有振動数を高くする
と、上、下部管寄せ間の長さが短くなり伝熱管
の本数が増えるので、排熱回収ボイラの製作コ
ストが非常に高くなる。

高圧ドラム５は降水管６等の上に載つている
ので、降水管６等には高圧ドラム５の荷重がか
かり圧縮力が作用する。従つて降水管６等が座
屈しないようにするためにも、降水管６等は、
上記の径を大きくする対策をしなければなら
ならず、同様のコスト高の問題を生じていた。

降水管６の固有振動数とカルマンの渦振動数
が一致すると共振するので、実際に共振を生じ
たときは降水管６等の径、長さを変えて降水管
の固有振動数をカルマンの渦振動数からずらさ
なければならなかつた。

以上は高圧系の降水管６等について述べたが低
圧系の降水管１０等についても同様である。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、上記した背景技術の問題点に
艦みてなされたものであり、独立配管である降水
管、飽和蒸気管の振動や座屈強度に対して安定化
を図つた排熱回収ボイラを提供することにある。

〔考案の概要〕

要するに本考案は、高圧蒸発器管４ａ、高圧節
炭器管７ａ、過熱器管１ａ、又は高圧蒸発器管４
ａである伝熱管の管群に設置した伝達管水平支持
板と、独立配管である降水管、飽和蒸気管を連結
して連結構造としたものである。

〔考案の実施例〕

〔第一実施例〕 本考案の第一実施例を第３〜５図に示す降水管
６によつて説明する。第３図中のＢ部詳細を第４
図に示し、第４図中のＣ−Ｃ断面を第５図に示
す。

伝熱管水平支持板２３に連結板２４を溶接して
延設しこの連結板２４と、降水管６に取付けた２
枚のラグ２５によつてはさみピン２６で連結させ
た構造である。

本実施例の作用を説明する。

１本当りの高圧蒸発器管４ａの曲げに対する剛
性は、降水管６の剛性に比べてはるかに小さい
が、多数の高圧蒸発器管４ａを伝熱管水平支持板
２３で連結することにより、高圧蒸発器管４ａの
曲げに対する剛性は降水管６の剛性とオーダ的に
は違わなくなる。従つて、連結板２４の取付点
は、降水管６の支持点と考えることができ、降水
管６の水平支持点の間隔が小さくなるので、降水
管６の固有振動数を高くすることができる。

また、高圧蒸発器管４ａ全体の固有振動数と降
水管６の固有振動数は違うので、何かの原因で、
降水管６が振動したとしても、連結板２４で連結
されているため、降水管６は減衰し降水管６は振
動しなくなる。

ガスタービン排ガスＧ流れ方向（水平方向）の
振動に対しては連結板２４の軸力で水平支持し、
ガス流れ直角方向（上下方向）の振動に対しては
連結板２４のせん断力で降水管６を支持する。も
つとも、高圧蒸発器管４ａと降水管６は、管寄せ
支持梁１８を基準に各々の温度で上方向に伸びる
ため、伝熱管水平支持板２４の取付点と降水管６
のラグ２５取付点は、温度の上昇する運転時には
同一高さにはならない。そこで、伝熱管水平支持
板２４に取付ける連結板２４とラグ２５は上下方
向にスライドできるようにピン支持構造になつて
いる。さらに、ピン２６支持部において、ガスタ
ービン排ガスＧ流れ方向及びガスタービン排ガス
Ｇ流れ水平直角方向にも伸び差を生じるので、連
結板２４のピン２６支持部の穴は第５図に示すよ
うに、この２方向の伸び差を吸収できるような穴
径にする。つまり、ピン径＋水平面の伸び差を連
結板６の穴径とする。しかし、これらの温度変化
に対応するための余裕は小さいもので済むため、
防振作用には大きな影響は及ぼさない。

伝熱管水平支持板２３と連結板２４が面外に変
形しないように、補強材２７を伝熱管水平支持板
２３又は連結板２４の片面あるいは両面に取付け
る。この補強材２７を第５図に示すように高圧蒸
発器管（伝熱管）４ａに向つて放射状に設置すれ
ば、ガスタービン排ガスＧ流れに対し水平直角方
向の降水管の振動をスムーズに抑えることができ
る。なぜならば、放射状に補強材２７を設置する
ことによつて、連結板２４のせん断力だけでな
く、補強材２７の軸力によつて、降水管６のガス
タービン排ガスＧ流れ水平直角方向の振動による
力を伝熱管水平支持板２３に伝達できるからであ
る。

尚、第５ａ図には連結板２４を省略した構造を
示す。つまり降水管６に溶接したラグ２５を伝熱
管水平支持板２３に溶接したラグ３０まで延設
し、ピン２６にて降水管６を水平支持したもので
ある。

（第二実施例） 本考案の他の実施例の第二例を第６図に示す。

ガスタービン排ガスＧの前流側の高圧蒸発器管
（伝熱管）４ａに取付けている伝熱管水平支持板
２３ａと、後流側の高圧節炭器管（伝熱管）７ａ
に取付けている伝熱管水平支持板２３ｂとを、降
水管６に連結板２４で連結する。このような構造
にすることによつて、一段と降水管６の水平支持
力を大きくできるので振動を抑えるこができる。

（第三実施例） 本考案の他の実施例の第三例を第７図に示す。
第４図における第一実施例では、降水管６にラグ
２５を溶接し、そのラグ２５と連結板２４をピン
２６にて連結した構造であるが、ラグ２５は耐圧
部品に溶接するため溶接後は熱処理を必要とす
る。また、その溶接部に溶接不良等があつた場合
には、その箇所に割れが発生し、漏洩事故を招く
ことさえある。そこで、本実施例は第７図に示す
ように降水管６へラグ２５を溶接しない構造とし
た。つまり、連結板２４に設けられた貫通穴に降
水管６を貫通させ、降水管６と連結板２４を直接
接触させて、降水管６を水平支持するのである。
連結板２４の降水管６貫通部は上下方向にスライ
ドでき、ガスタービン排ガスＧ流れ方向、及び同
流れ水平直角方向の伸び差を吸収できる穴径にす
る。また、補強材２７は放射状に配置する。この
ようにすれば、複雑なピン支持部、耐圧部との溶
接が省略できる簡単な構造となる。

（第四実施例） 本考案の他の実施例の第３例を第８図に示し、
図中Ｄ部詳細を第９図に示す。

前記第３図、第５図では連結板２４は伝熱管水
平支持板２３と同一上下位置に設置したのに対
し、本実施例は第８図及び第９図に示すように、
伝熱管水平支持板２３ａ，２３ｃを別体のポスト
２８にて連接し、このポスト２８に対して任意の
上下位置に連結板２４を溶接して取付け、水平支
持点数を増加可能にし、降水管６の固有振動数を
さらに高めるようにしたものである。また、この
構造にすることにより、降水管６の固有振動数を
自由に変えることができる。なお、高圧蒸発器管
４ａとポスト２８は温度が異なるので両者間に伸
び差を生じる。この伸び差を吸収できるようにポ
スト２８の一端を伝熱管水平支持板２３ａに溶接
して固定し、他端を第９図中Ｅ部に示すように他
の伝熱管水平支持板２３ｃに対して上下方向にス
ライドできる構造にする。このスライド構造は、
長穴にピンが挿入されたピン結合である。

なお、以上の第一〜第四の各実施例は降水管６
について説明したが、全く同様の内容が飽和蒸気
管２２についても実施できる。

〔考案の効果〕

本考案により下記のような効果がある。

(1) 独立配管である降水管等の径を大きくし、あ
るいは降水管等の長さを短くしなくても、本考
案の伝熱管水平支持板と降水管等を連結板で連
結することにより、降水管等の支持間隔を小さ
くし降水管等の固有振動数を高くできるので、
流体力による降水管の振動を抑えることができ
る。

(2) ドラムを積載する降水管等は大きな圧縮力が
作用し、降水管等が長くなると座屈強度が問題
となる。しかし降水管等の水平支持間隔を小さ
くすることにより座屈強度を上げることができ
る。従つて、降水管等の径を大きくし降水管等
の長さを短くしなくても座屈強度を上げること
ができる。

なお、これらの効果は降水管等の材料コストの
低域、排熱回収ボイラの製造コストの低減にもつ
ながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は排熱回収ボイラの全体断面図、第２Ａ
図は第１図中のＡ部詳細図、第２Ｂ図は第１Ｂ部
詳細図、第３図は本考案になる独立配管振動防止
構造の実施例を示す側面断面図、第４図は第３図
中のＢ部詳細図、第５図は第４図中のＣ−Ｃ部断
面図、第５ａ図は第５図の他の実施例を示す、第
６図は本考案になる独立配管振動防止構造の他の
実施例１を示す側面断面図、第７図は本考案にな
る独立配管振動防止構造の他の実施例２を示す側
面断面図、第８図は本考案になる独立配管振動防
止構造の他の実施例３を示す側面断面図、第９図
は第８図中のＤ部詳細図。 １……過熱器、１ａ……過熱器管（伝熱管）、
２……高圧蒸発器、３……脱硝装置、４……高圧
蒸発器、４ａ……高圧蒸発器管（伝熱管）、５…
…高圧ドラム、６……降水管、７……高圧節炭
管、７ａ……高圧節炭器管（伝熱管）、８……低
圧蒸発器、９……低圧ドラム、１０……降水管、
１１……低圧節炭器、１２……ケーシング、１３
……上部管寄せ、１４……下部管寄せ、１５……
管寄せ支持台、１６……保温材、１７……降水管
支持台、１８……管寄せ支持梁、１９……上昇
管、２０……供水管、２１……高圧給水連絡管、
２２……飽和水蒸気管、２３……水平支持板、２
４……連結板、２５……ラグ、２６……ピン、２
７……補強材、２８……ポスト、２９，３０……
ラグ、S₁高圧蒸気、S₂……低圧蒸気、Ｇ……ガス
タービン排ガス。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 熱源であるガスタービン排ガスの流れに対し
   直角方向に配管され水平支持板によつて一体に
   支持された伝熱管群と、同じく直角方向に独立
   して配管された独立配管とを有する排熱回収ボ
   イラにおいて、 前記水平支持板と前記独立配管とを連結した
   ことを特徴とする独立配管振動防止構造。 (2) 独立配管がドラム降水管である実用新案登録
   請求の範囲第１項記載の独立配管振動防止構
   造。 (3) 独立配管が飽和蒸気管である実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の独立配管振動防止構造。 (4) 水平支持板と独立配管との連結が、独立配管
   に溶接した２枚のラグによつて、水平支持板に
   溶接し延設した連結板をはさみピン結合した実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の独立配管振
   動防止構造。 (5) ピン結合は、連結板のピン穴にピンが挿入さ
   れることにより行なわれ、ピン穴は温度上昇に
   よつて生ずる水平面内の伸び差分の余裕をもつ
   た径を有する実用新案登録請求の範囲第４項記
   載の独立配管振動防止構造。 (6) 連結板は、ピン穴を中心に伝熱管群に向つて
   放射状に補強材を取付けたものである実用新案
   登録請求の範囲第５項記載の独立配管振動防止
   構造。 (7) 水平支持板と独立配管との連結が、独立配管
   に溶接し延設したラグと、水平支持板に溶接し
   たラグとをピン結合した実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の独立配管振動防止構造。 (8) ピン結合は、独立配管に溶接し延設したラグ
   のピン穴にピンが挿入されることにより行なわ
   れ、ピン穴は温度上昇によつて生ずる水平面内
   の伸び差分の余裕をもつた径を有する実用新案
   登録請求の範囲第７項記載の独立配管振動防止
   構造。 (9) 水平支持板は、ガスタービン排ガスの前流側
   と後流側の伝熱管群の水平支持板の双方である
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の独立配管
   振動防止構造。 (10) 水平支持板と独立配管との連結が、水平支持
   板に設けられた貫通穴に独立配管を貫通させて
   行なう実用新案登録請求の範囲第１項記載の独
   立配管振動防止構造。 (11) 貫通穴は、温度上昇によつて生ずる水平面内
   の変位分の余裕をもつた径を有する実用新案登
   録請求の範囲第10項記載の独立配管振動防止構
   造。 (12) 水平支持板と連結板の溶接が、２以上の水平
   支持板に連接しガスタービン排ガスの流れに対
   し直角方向に配設されるポストに、連結板が溶
   接されることにより行なわれる実用新案登録請
   求の範囲第４項記載の独立配管振動防止構造。 (13) ポストは２つの水平支持板に連接され、う
   ち１つの水平支持板への連接は溶接によつて、
   他の１つの水平支持板への連接は長穴にピンが
   挿入された温度上昇により生ずる伸び差分を吸
   収できるピン結合によつて、行なわれる実用新
   案登録請求の範囲第12項記載の独立配管振動防
   止構造。