JPH0341719B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高温のガスを通過させるダクトに係
り、特に構造物の耐震性と軽量化を達成するため
に設けた内部保強部材を有する高温ガス用ダクト
に関するものである。

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廃熱回収ボイラにお
いて回収し、同ボイラで発生した蒸気により蒸発
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
の特徴である負荷応答性が高く急激な電力需要の
上昇等の変化にも十分対応し得るという利点もあ
る。

第１図はタービン排ガスの熱を回収する廃熱回
収ボイラの構造を示す。図中タービン排ガスＧは
加熱器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、低圧ドラム
を、符号６及び１０は降水管を示す。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。

この廃熱回収ボイラを有するガスダクトはボイ
ラの大型化、ガスタービンの大型化に対応して大
型化し、ダクト断面の幅および高さはいずれも10
ｍもしくはそれ以上、ボイラ設置部のみのダクト
長さだけでも20〜30ｍの大型のものとなつてお
り、このような大型ダクトの耐震性の強度を高め
るためより効果的なダクト構造の開発が望まれて
いる。

第２図に従来のガスダクトの構造を示す。図中
１２はダクト本体を構成するケーシングでありケ
ーシング１２内側には保温材１３が内張りしてあ
る。

一方、ガスタービンから排出された排ガスＧは
800mmWG程度の圧力を有しているため、ダクト
を押し広げようとする力が作用する。そこでダク
トが変形しないように、またダクト自身及びダク
ト内の廃熱回収ボイラの自重を支持するために、
ケーシング１２の外側には、ガスダクトの長手方
向にダクト全周を囲む支持部材１４を配置する。
ケーシング１２の内側に熱伝導率の低い保温材層
１３を形成したことにより、ケーシング１２自体
はほぼ常温に保持され、支持部材１４はケーシン
グ１２に直接溶接しており、支持部材１４は各節
点（joint）で各々が剛に接合された構造、いは
ゆるラーメン構造となつている。

このラーメン構造には下記のような問題点があ
る。

(1) ダクト寸法が幅及び高さが10ｍもしくはそれ
以上のため、地震時にダクト頂部の変形量が大
きい。ダクト内にある廃熱回収ボイラを保護す
るため、地震時の変形量を小さくしようとする
と、支持部材のウエブの高さは地震を考慮しな
い場合と比較して３倍以上になる。

(2) 地震時に支持部材の各節点における曲げモー
メントが大きくなり、各節点を剛になるように
充分な強度を持たせる構造を必要とする。した
がつて製作コストが増加する。

(3) 複合発電プラントは廃熱回収ボイラが多数基
並列に並ぶため、支持部材のサイズが大きくな
ると、廃熱回収ボイラ間のスペースが狭くな
り、据付、保修の際には限られたスペース内で
作業しなければならない。

(4) 支持部材の寸法が大きくなると、支持部材の
重量が３倍以上増加し、また、ガスダクト全体
の寸法が大きくなり、製作、輸送、据付コスト
が増加する。

(5) ダクトサイズに対して、支持部材のサイズが
大きくなると外観上好ましくない。

(6) ラーメン構造の場合、減衰常数は小さく、固
有震動数も低いので、支持部材を含めたガスダ
クトが地震、風等により一度揺れ始めるとダク
ト頂部は大きく揺れ、なかなか揺れが止まらな
い。したがつて、耐圧部品で構成されている廃
熱回収ボイラにとつて強度上好しくないし、ま
た傍観者に与える不安感は大きい。

この発明の目的は上記した従来技術の欠点をな
くし、保温材をケーシング内に内張りしたダクト
のラーメン構造の機能を失うことなく、支持部材
の軽量化及び耐震性の高いガスダクトを提供する
ことにある。

要するにこの発明は保温材をケーシング内に内
張りしたダクトのラーメン構造の支持部材に略Ｖ
字形支柱を配置して補強を行うと共に、他方の支
持部材に取付けた固定板の楕円穴の中で支柱頂部
を滑動させてケーシングと支持の伸び差を吸収
し、また支持部材と略Ｖ字型支柱端部の取合部は
接触結合構造とし、その部分を保温材で被覆して
断熱構造としたものである。

この発明を第３Ａ図以降において説明する。

第３Ａ図は本発明の一実施例を構成する部材の
変形図を示し、第３Ｂ図は本発明の一実施例の詳
細を示す。第３Ａ図にその構造の概念を示すよう
に、本発明の概要は逆Ｖ字形支柱１６をダクトの
支持部材１４の断面内に設置し、地震時の水平力
をこの逆Ｖ字形支柱１６で吸収するものである。
つまり、２本の逆Ｖ字形支柱１６Ｘ，１６Ｙと下
部支持部材１４ｂで二等辺三角形を形成し、その
二等辺三角形の頂部と上記支持部材１４ｃとを熱
膨張変位を吸収するように連結し、支持部材１４
の断面内にブレースを形成し、内部補強したもの
である。逆Ｖ字形支柱１６はダクト内の高温ガス
にさらされるので高温となるのに対し、側部支持
部材１４ａは常温であるため、逆Ｖ字形支柱１６
と側部支持部材１４ａの間には上方向に大きな伸
び差δを生じる。第３Ａ図の破線はダクト内が常
温の場合逆Ｖ字形支柱１６の位置を示し、実線は
ダクト内が高温の場合の逆Ｖ字形支柱１６の変形
図を示す。廃熱回収ボイラの加熱器１の入口部に
おいては、一例では伸び差δは約100mmである。
そこで第３Ｂ図のＡ部に示すように上部固定板１
９ａにこの伸び差δを吸収できる楕円穴（図示の
ように２つの半円周を直線でつないだ長円を含
む）１９ｃを設け、この上部固定板１９ａと逆Ｖ
字形支柱１６の上部をピン１８で結合し、この楕
円穴の中で逆Ｖ字形支柱の上部を滑動させるよう
にしたものである。尚、下部支持部材１４ｂと逆
Ｖ字形支柱１６の間にも当然のことながら伸び差
を生じるが、ダクト中心が伸びる基準であるた
め、伸び差は上下方向に比べて一以下であり、ま
た逆Ｖ字形支柱１６は水平方向の伸び差に対し、
はるかに長いため逆Ｖ字形支柱１６のフレキシビ
リテイにてその伸び差を充分吸収可能である。な
お楕円穴１９ｃをもつ上部プレート１９ａは上部
支持部材のほぼ中央（ダクト断面の幅の中央とも
なる）とするが、中央に限定するものではない。
構造によつてはその穴長軸を若干傾斜させて対応
することもできる。

通常のブレースの場合地震時の水平荷重Ｆをブ
レースに引張力で吸収させるのに対し、本発明の
場合、逆Ｖ字形支柱１６の上部は滑動可能である
から、水平荷重Ｆが作用すると、逆Ｖ字形支柱１
６の上部はＰ方向に移動し、逆Ｖ字形支柱１６Ｘ
には引張力が、逆Ｖ字形支柱１６Ｙには圧縮力が
作用する。したがつて、この圧縮力が逆Ｖ字形支
柱１６Ｙの許容圧縮力であれば内部補強材として
の効果がある。逆Ｖ字形支柱１６には流体抵抗の
小さい横断面円形等のパイプ材を使用する。

まずＡ部について説明する。Ａ部の詳細を第４
図に示す。第４図中のＣ−Ｃ断面を第５図に示
す。２本の逆Ｖ字形支柱１６ａ（１６Ｘ，１６Ｙ
を総称して１６ａと称す）を２枚の上部プレート
１７ａに溶接し、逆Ｖ字形支柱１６と下部支持部
材１４ｂで形成した二等辺三角形の頂部αを固定
とする。また側部支持部材１４ａと逆Ｖ字形支柱
１６との伸び差をδとすると、δ＜ｂ（第４図）
なる楕円穴を設けた上部固定板１９ａを上部支持
部材１４ｃに溶接などにより取付ける。そして第
５図に示すように、２枚の上部プレート１７ａの
間に上部固定板１９ａを位置させピン１８にて連
結しピン１８を楕円穴１９ｃ内で滑動可能とした
ものである。ダクト内の温度が通常の場合には楕
円穴の下側にピン１８は位置し、高温になり逆Ｖ
字形支柱１６が伸びるピン１８は楕円穴の上即に
上昇変位する。上部固定板１９ａと上部プレート
１７ａはピン１８を介した滑動構造は断熱の面か
らみても大きな効果がある。高温ガスにさらされ
ている上部プレート１７ａの熱はピン１８を介し
て上部固定板１９ａに伝導するが、２段階の接触
面を通過するので上部固定板１９ａにさほど伝わ
らない。実験の結果、ガス温度を600℃とした場
合ピン結合部のみで約100℃の断熱効果を得てい
る。したがつて、上部固定板１９ａを取付けてい
る上部支持部材１４ｃおよびその付近のケーシン
グ１２には局部加熱はほとんど発生しない。も
し、上部支持部材１４ｃの表面温度が高くなるよ
うであれば、上部支持部材１４ｃに冷却効果の大
きいフイン２４を設置し、上部支持部材１４ｃお
よびその付近のケーシング１２の局部加熱を防
ぎ、熱応力の発生を防ぐ。このフイン２４は補強
リブの役目を兼ねる。上部固定板１９ａを直接上
部支持部材１４ｃに取り付けられるように、ケー
シングには上部固定板１９ａ取付付近を切り欠
き、その切り欠きの全周を上部支持部材１４ｃに
溶接し、気密性を保つ。また、楕円穴のａはピン
１８の外径にほぼ等しくして、水平方向のギヤツ
プをできるだけ小さくする。これは水平方向のギ
ヤツプがダクトの水平方向の変形量を大きくする
ためである。上部固定板１９ａを断熱するため
に、上部固定板１９ａと上部プレート１７ａの連
結部を保温材１３で被覆してある。

第３Ｂ図のＢ部の詳細を第６図に示し、第６図
のＤ−Ｄ断面を第７図に示す。前述したように部
材の構成はほぼＡ部と同様である。しかしＡ部の
場合固定板１９に滑動を目的とした楕円穴を設け
たのに対し、逆Ｖ字形支柱の伸び基準となるＢ部
についてはギヤツプをできるだけ抑える。つまり
下部固定板１９ｂと下部プレート１７ｂの穴径を
ピン１８の外径にほぼ等しくする。しかしピン１
８結合部の断熱効果がなくても十分支持部材の表
面温度が低い場合逆Ｖ字形支柱１６の端部下部固
定板に直接取付けるこの方法だと製作コストが低
減できる。

逆Ｖ字形支柱１６の端部が保温内１３にあると
逆Ｖ字形支柱１６内で熱せられたガスが保温材１
３内を通過し、固定板１９を熱し、局部加熱の原
因となる。そこで逆Ｖ字形支柱１６の端部にブレ
ースカバー３０を取付け、熱せられたガスの流入
を防ぐ。あるいは保温材で被覆された逆Ｖ字形支
柱１６の端部に保温材１３を詰めて熱せられたガ
スの流入を防ぐ。

第１例 輸送、据付のため廃熱回収ボイラをクレーン等
で吊り揚げる場合がある。廃熱回収ボイラの１ブ
ロツク分の重量は400TON近くある。したがつて
第３Ｂ図において側部支持部材１４ａの上部のみ
を吊り揚げたのでは、下部支持部材１４ｂの中央
部のたわみや両端部の曲げモーメントが大きくな
るため、中央部の荷重を側部に作用させるように
仮部材を取付けなければならない。そこで輸送据
付のための仮部材を省略したい場合には第８図に
示すようにＶ字形支柱３２を配置する。その場合
には上部支持部材１４ｃと逆Ｖ字形支柱３２で逆
二等辺三角形を形成し、逆二等辺三角形の頂部と
下部支持部材１４ｂとをピン係合し、楕円穴を滑
動させる。逆Ｖ字形支柱３２の頂部は上部支持部
材１４ｃを基準に下方向に伸びる。このＶ字形支
柱３２の配置により輸送、据付時の仮部材の取付
けを省略できる。

第２例 逆Ｖ字形支柱１６のサイズは逆Ｖ字形支柱１６
自身の座屈強度によつて決まる。廃熱回収ボイラ
のダクトは幅、高さとも10ｍ以上あるため、逆Ｖ
字形支柱１６の長さも10ｍ以上であり、また高温
である。したがつて逆Ｖ字形支柱１６自体の許容
座屈応力は極めて低くなり、地震時の水平力Ｆに
耐え得るには逆Ｖ字形支柱１６のサイズが極めて
大きくなり、パイプ材を使用した場合には外径
300〜400mm近くになる。これはダクトを流れるガ
スの障害物となるので、圧力損失が大きくなり、
廃熱回収ボイラの性能面に影響する。また逆Ｖ字
形支柱１６の重量増加となる。そこで逆Ｖ字形支
柱１６の座屈強度を増大させた構造について述べ
る。

第９図にその構造を示す。逆Ｖ字形支柱１６と
下部支持部材１４ｂで形成された二等辺三角形の
内側にその二等辺三角形に相似した多数の二等辺
三角形をトラス材３４で形成し逆Ｖ字形支柱１６
と下部支持部材１４ｂで形成された二等辺三角形
を補強する。逆Ｖ字形支柱１６と側部支持部材１
４ａの伸び差δが大きい場合には、逆Ｖ字形支柱
１６とトラス材３４間、あるいはトラス材３４間
の結合はピン結合として、逆Ｖ字形支柱１６、ト
ラス材３４に発生する熱応力を小さくする。しか
し伸び差δが小さく、熱応力上問題ない場合には
溶接結合にする。この構造によつて、逆Ｖ字形支
柱１６のトラス材３４取付点が面内座屈における
節となるので、逆Ｖ字形支柱１６の座屈長さが短
くなり座屈強度が増加する。

面外座屈つまり排ガスＧの流れ方向の座屈につ
いては、第９図のＪ−Ｊ断面を示す第１０図のよ
うに逆Ｖ字形支柱１６の排ガスＧの流れ方向に補
強材３５を取付け、逆Ｖ字形支柱１６の全座屈長
さに対する座屈強度を高める。逆Ｖ字形支柱１６
にパイプ材を使用しないで、強軸と弱軸のある矩
形断面の部材や型鋼を使用する場合は、第１１図
に示すように排ガスＧの流れ方向に強軸を配置
し、弱軸側には上記のトラス材３４を配置して逆
Ｖ字形支柱１６の座屈強度を増大させる。

この構造の使用により、逆Ｖ字形支柱１６の座
屈強度が大きく改善されるので、Ｖ字形支柱１６
のサイズを小さくでき、圧力損失の低下の防止や
軽量化が計れる。

第３例 第４，５図において、上部固定板１９ａを上部
支持部材１４ｃに直接溶接したのに対し、第１２
〜第１４図に示すように、上部固定板２５を上部
支持部材１４ｃにボルト２７の締め付けにて取付
ける。第１２図のＧ−Ｇ断面を第１４図に示す。
ボルト２７の締付けによる接触結合であるから、
もし上部固定板２５ａの温度が上昇しても、上部
支持部材１４ｃまで熱は伝わりにくい。Ｅ部の詳
細を第１３図に示すように上部固定板２５ａと上
部支持部材１４ｃの間には、熱伝導率の低い材質
の断熱プレート２８をはさむことにより、さらに
断熱効果が改善される。また、固定板２５と支持
部材１４の対面間での熱のふく射が起こらないよ
うに保温材１３を詰める。ボルト穴から排ガスが
濡れる可能性がある場合には、上部支持部材１４
ｃ側のボルト２７あるいはナツト２９を全周溶接
して機密性を保持する。水平荷重Ｆによりせん断
力を負担させるために、上部固定板２５ａの両端
にストツパー２６を設ける。

第３図のＢ部についても、第１５，１６図に示
すように上記と同様、下部固定板２５ｂを下部支
持部材１４ｂにボルト２７の締付けによつて取付
ける。第１５図の−断面を第１６図に示す。
したがつて、上部と同様な断熱効果が得られる。
Ｈ部の詳細は上部と同様第１３図に示す。

第１５，１６図の構造にて温度実験を施した結
果ガス温度を600℃とした場合、下部固定板２５
ａと側板支持部材１４ａ間の温度差は約70℃と好
結果を得ている。また一般部のケーシングの表面
温度が50℃であるのに対し、側部支持部材１４ａ
のボルト２７締付側フランジの表面温度は最高65
℃と、ほとんど局部加熱を受けていない好結果を
得ている。

第４〜７図に示すように固定板１９を支持部材
１４に直接溶接しているため支持部材の温度を充
分下げることができない場合には、第１２〜１６
図に示すように固定板２５を支持部材１４にボル
ト２７の締付けによつて取付ければ、さらに断熱
効果が大巾に改善される。

第４例 第３例では固定板２５を支持部材１４にボルト
２７の締付けにより取付けた構造を述べたが、こ
の構造よりも製作、取付け作業性を改善した構造
を第１７〜１９図に示す。第１７，１８，１９図
は第３例の第１２，１３，１４図に対応する。

第１７，１８図について説明する。第１７図の
Ｎ−Ｎ断面を第１８図に示す。上部固定板４０ａ
と上部支持部材１４ｃの間には第３例と同様に、
断熱プレート３９をはさみ、上部固定板４０ａの
面Ｋを押えるように、１枚あるいは２枚以上の押
え板３８ａをあけ、上部支持部材１４ｃに溶接す
る。押え板３８ａは第３例のボルト２７とストツ
パー２６の効果がある。この第４例の効果として
は固定板４０の取付け作業の短縮である。第３例
の場合支持部材１４および固定板２５のボルト２
７の穴明け作業、ボルト２７の締め付け作業およ
びストツパー２６の溶接作業等、部材の取付作業
に時間を要するのに比べ、この第４例では押え板
３８の溶接作業のみである。したがつて製作コス
トの低減が計れる。断熱の面から考えても、実験
の結果第３例と同程度の断熱効果が得られてい
る。

さらに、第２０図のように上部押え板４１ａを
分割し、上部固定板４０ａの面Ｌ、Ｍにそれぞれ
密着させて溶接すれば、面Ｌ、Ｍでのギヤツプは
なくなり、地震時の耐震性が増す。第３図のＢ部
についても同様とする。

本発明の実施により下記の効果が得られる。

(1) 略Ｖ字形支柱による内部補強により、地震時
の水平力に対し、支持部材の曲げモーメント、
変形量が小さくなるので、支持部材のサイズを
小さくすることができる。したがつて次のよう
なメリツトがある。

ａ 支持部材の大幅な軽量化 ｂ 廃熱回収ボイラ全体のコンパクト化、軽量
化、 ｃ 支持部材の材料、製作コントの低減、 ｄ 廃熱回収ボイラ間のスペースが広くなるの
で据付性、保修性が良くなる、 ｅ 廃熱回収ボイラの輸送据付コストの低減、 ｆ 外観の面において好ましい。

(2) ラーメン構造の場合に比べて、地震時の廃熱
回収ボイラ頂部の変形量は1/10以下であり、減
衰定数は大きく、固定振動数も高い。したがつ
て地震、風等による外力が作用しても揺れにく
くダクト内にある廃熱回収ボイラ耐圧部品等に
与える影響は少く、またダクト装置を外部より
見る者に与える不安感は小さい。

(3) 簡単な構造で、かつダクト内で支柱と支持部
材間の伸び差を吸収できるため機密構造が不用
で支持部材と略Ｖ字形支柱との伸び差を吸収で
きる。したがつて製作コストの低減につなが
る。

(4) ピンによる接触結合構造により、断熱効果が
極めて大きく、支持部材、ケーシング等に局部
加熱がほとんど発生しない。したがつて支持部
材、ケーシング等に熱応力が発生しない。ま
た、局部加熱による熱の放散もほとんどないの
で、廃熱回収ボイラのプラント効率の低下を防
ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は廃熱回収ボイラの全体概略図、第２図
は従来のガスダクト断面図、第３Ａ図は本発明の
一実施例を構成する部材の変形図、第３Ｂ図は本
発明の一実施例の詳細図、第４図は第３図のＡ部
詳細図、第５図は第４図のＣ−Ｃ断面図、第６図
は第３図のＢ部詳細図、第７図は第６図のＤ−Ｄ
断面図、第８図は本発明になるガスダクトの他の
実施例のうち第１例を示す断面図、第９図は本発
明のガスダクトの他の実施例のうちの第２例を示
す断面図、第１０図は第９図のＪ−Ｊ断面図、第
１１図は第１０図の他の実施例、第１２図は第４
図の他の実施例、第１３図は第１２図のＥ部詳細
図、第１４図は第１２図のＧ−Ｇ断面図、第１５
図は第６図の他の実施例を示す部分断面図、第１
６図は第１５図のＩ−Ｉ断面図、第１７図は第１
２図の他の実施例を示す部分断面図、第１８図は
第１７図のＮ−Ｎ断面図、第１９図は第１５図の
他の実施例を示す部分断面図、第２０図は第１７
図の他の実施例を示す部分断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温ガスの流れる内部保温型角ダクトにおい
   て、ダクト内に一端をダクト隅部に接続し他の端
   部は上部プレートに集合させて接続する２本の支
   柱を設け、この上部プレートに対向する側の支持
   部材に固定板を接続し、この固定板と前記上部プ
   レートを固定板に設けた長孔を挿通するピンによ
   り接続することを特徴とするダクト装置。 ２ 前記支柱の下端を下側隅部に設けた下部固定
   板とピン接続することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のダクト装置。 ３ 前記支柱の下端を下側隅部に設けた下部固定
   板と溶接接続することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のダクト装置。 ４ ２本の支柱をトラス材により接続することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダクト装
   置。 ５ ２本の支柱をトラス材で接続しかつその接続
   をピン接続とすることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項記載のダクト装置。 ６ 支柱軸心を含みかつガス流れに平行する面内
   に補強材を支柱に設け支柱の座屈強度を高めるよ
   うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のダクト装置。 ７ 固定板をボルト締付けにより支持部材に取り
   付けし、そのボルト軸心を横断する方向について
   前記固定板が移動することを制限するストツパを
   前記支持部材に設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のダクト装置。 ８ 支持部材に取付けたボルトの頭と支持部材と
   をボルト頭の周溶接で接続したことを特徴とする
   特許請求の範囲第７項記載のダクト装置。 ９ 支持部材に押え板を溶接し、固定板を押え板
   で支持部材に固定するように構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のダクト装置。 １０ 支持部材と固定板との間に熱伝導率の低い
   部材を位置させたことを特徴とする特許請求の範
   囲第７項又は第９項記載のダクト装置。 １１ 支柱の端部と支持部材との間を保温材で被
   覆したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のダクト装置。 １２ 支柱をパイプ材とし、保温材内に位置する
   該パイプの端部に盲板を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１１項記載のダクト装置。 １３ 支持部材へ固定板を取り付けした個所の近
   傍の支持部材に冷却フインを設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のダクト装置。 １４ 固定板を取付する支持部材を下側の支持部
   材としガス流れ上流よりみて支柱がＶ字状に見え
   るように構成し、ダクトの側部支柱の上端に設け
   た吊り金具により組立て完了したダクトの搬送を
   容易にするよう構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のダクト装置。