JPH04143501A - ボイラの伝熱管群 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボイラの伝熱管群に関するものである。

［従来の技術］ 以下、従来のボイラの伝熱管群を第４図〜第１４図を用
いて説明する。

第４図中１はボイラ本体、２はボイラ本体１を構成する
火炉、３は火炉２に接続された後部伝熱部、４は後部伝
熱部３に接続された排ガスダクトである。

５は火炉２内に設けられた、火炉上部分割壁と呼ばれる
スーパーヒーターを構成している伝熱管群である。

６は伝熱管群５の垂直部、７は垂直部の下部に設けられ
た第−傾斜部、８は第−傾斜部７の下部に設けられた第
二傾斜部である。

そして、伝熱管群５の下部は、第５図・第６図に示すよ
うに、火炉２の前壁１２を構成する前壁管１３の内の一
本又は数本を横に振って形成した空間部１４を通して火
炉２外部へ導かれて、前壁管１３の外方に取り付けられ
たスキンケーシング１５に溶接固定されている。

反対に、伝熱管群５の上部は、ボイラ本体１の天井壁１
６に形成した図示しない前記と同様な空間部を移動自在
に通してボイラ本体ｌ外部へ導かれている。

又、伝熱管群５の垂直部６を構成する各伝熱管１７は、
第７図〜第１０図に示すように、一対のフック状をした
スライド金具１８．１９により互に管軸方向２０へ摺動
自在で且つ互いに離反動不能に連結されている。

尚、スライド金具１８．１９は、第７図に示すように、
各伝熱管１７の間に千鳥状に配置して、これを上下に三
列以上の配列とし、しかも第８図〜第１０図に示すよう
に、各列のスライド金具１８゜１９のフックの向きが上
下に位置する列のスライド金具１８．１９のフックの向
きとは反対となるようにして、垂直部６の面外剛性を高
めている。

伝熱管群５の第一傾斜部７と第二傾斜部８は、第１１図
〜第１３図に示すようにタイ金具２１により一体に固定
されている。

尚、タイ金具２１は、第１１図に示すように、各伝熱管
１７の間に千鳥状に配置して第一傾斜部７と第二傾斜部
８の剛性を高めている。

２２は伝熱管群５の下部に接続された入口ヘッダ、２３
　、２４は伝熱管群５の上部に接続された出口ヘッダで
あって、出口ヘッダ２３．２４は二分割されている。

そして、伝熱管群５を構成する各伝熱管１７は、第１４
図に示すように、三本−組となって、出口ヘッダ２３．
２４の長手方向同一位置の、真下と右下と左下に夫々接
続されている。

２５は出口ヘッダ２３．２４の上部に配設されたマニホ
ールド、２６．２７は出口ヘッダ２３．２４に集められ
た蒸気をマニホールド２５へ導く連絡管であって、該連
絡管２６．２７は長尺で且つ蛇行状に形成されてフレキ
シビリティ−を与えられている。

尚、２８は火炉２に設けられたバーナ、２９は後部伝熱
部３に設けられたスーパーヒーターである。

又、出口ヘッダ２３．２４及びマニホールド２５は図示
しないボイラ鉄骨から吊り下げ支持されている。

バーナ２８で燃料を燃焼させると、発生した燃焼ガスは
火炉２や後部伝熱部３を通り、途中、火炉２の周壁や火
炉２に設けられた伝熱管群５や後部伝熱部３の周壁や後
部伝熱部８に設けられたスーパーヒーター２９等を加熱
し、その後、排ガスダクト４から排出される。

一方、ボイラに供給されたボイラ水は、火炉２の周壁、
後部伝熱部３の周壁、後部伝熱部３に設けられたスーパ
ーヒーター２９、火炉２に設けられた伝熱管群５の順に
流れて過熱される。

このうち、火炉２に設けられた伝熱管群５では、ボイラ
水（蒸気）は入口ヘッダ２２から入って伝熱管を流れ出
口ヘッダ２３．２４へ取り出される。そして、出口ヘッ
ダ２３．２４へ取り出されたボイラ水（蒸気）は連絡管
２６．２７からマニホールド２５へ集められる。

又、ボイラ運転中には、高温の伝熱管群５と低温の火炉
２の周壁との間に温度差による伸び差が生じるが、伝熱
管群５は下部が火炉２の前壁１２のスキンケーシング１
５に溶接固定されているので、伸び差により天井壁１６
に移動自在に貫通されている上部側が上方へ変位され、
このとき、連絡管２６．２７が撓むことにより出口ヘッ
ダ２３　、２４とマニホールド２５との間隔が変更され
て、前記伸び差が吸収される。

伝熱管群５の上部側の伸び差による上方変位の際に、垂
直部６を構成する各伝熱管１７ではスライド金具１８．
１９の滑りにより互いの管軸方向２０の伸び差が許容さ
れる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来のボイラの伝熱管群には、以下
のような問題があった。

即ち、上記したように伸び差によって伝熱管群５の上部
側が上方へ変位するような設計としていたつもりが、第
一傾斜部７及び第二傾斜部８の面外剛性が不充分であっ
たために第一傾斜部７及び第二傾斜部８が面外座屈を起
こして伝熱管群５の上部側が設計どうりに上方へ変位し
なかったり、−度は伸び差により上部側が上方へ変位し
た伝熱管群５やこれに伴って変形した連絡管２６．２７
が、変位や変形した状態に塑性変形して元の状態に復帰
できなくなり、次からは下部側が下方へ変位するように
なったりして、実際には伝熱管群５の上部側が設計どう
り上方へ変位されないので、第−傾斜部７及び第二傾斜
部８に設けた剛性を高めるためのタイ金具２１に過大な
応力が集中してクラックが発生するおそれがあった。

又、伸び差によって伝熱管群５の上部側が上方へ変位す
るように設計されていたので、出口ヘッダ２３．２４と
マニホールド２５との間隔の変更を許容させるため連絡
管２６．２７を長くて曲がりくねった形にしなければな
らないが、連絡管２６２７を長くすると連絡管２６．２
７の熱容量が大きくなるので、ボイラの起動時に連絡管
２６．２７がなかなか暖まらず、そこへ蒸気が流入する
と、冷えた連絡管２６．２７によって蒸気か凝縮されて
トレンとなり、該ドレンが出口ヘッダ２３．２４から三
本−組となって接続されている伝熱管１７のうちの真下
に接続されている一本を逆流して、ドレンの逆流する伝
熱管１７としない伝熱管１７との間に温度差を生じさせ
るので、該温度差による熱応力がタイ金具２１に発生し
てタイ金具２１にクラックを発生させてしまう。

本発明は、上述の実情に艦み、伸び差により応力が集中
しない構造としたボイラの伝熱管群を提供することを目
的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発［］Ｊ１　（−Ｊ、垂直部と該垂直部の下部に傾斜
部を有する複数の伝熱管を同一面内に配設して成るボイ
ラの伝熱管群において、伝熱管群の上下端を位置固定し
て、伝熱管群の垂直部を構成する伝熱管を互にスライド
金具で管軸方向へ摺動自在に連結し、且つ、伝熱管群の
傾斜部を複数のブロックに分けて、各ブロックを構成す
る伝熱管を互にスライド金具で管軸方向へ摺動自在に連
結して、各ブロックに連結部を形成すると共に隣接する
ブロック間に非連結部を形成したことを特徴とするボイ
ラの伝熱管群にかかるものである。

［作　　　用］ 本発明によれば、伝熱管群は上下端が位置固定されてい
るので、周囲に対して温度差による伸び差か生じた場合
には、伝熱管群は垂直部と傾斜部とが変形して伸び差を
吸収する。

垂直部と傾斜部とが変形する際には、これらを構成する
伝熱管同士を連結するスライド金具に滑りか生じること
により変形が支障なく許容される。

この際、傾斜部を複数のブロックに分けて、各ブロック
を構成する伝熱管を互にスライド金具で管軸方向へ摺動
自在に連結して連結部を形成すると共に、隣接するブロ
ック間にスライド金具で連結しない非連結部を形成した
ことにより、傾斜部のフレキシビリティ−が向上し、傾
斜部が変形し易くなる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図〜第３図は、本発明の一実施例である。

又、図中、ボイラの伝熱管群の基本構成や各構成部分の
詳細の中には、第４図〜第１４図に示すものと同様のも
のが含まれている場合かあるため、同一の構成部分につ
いては同一の符号を付して第４図〜第１４図及びその説
明を参照し得るようにすることにより説明を省略或いは
簡略化するものとし、以下、本発明に特有の構成を中心
に説明して行く。

火炉上部分割壁等の伝熱管群３０を、垂直部３１と該垂
直部３１の下部に連続された水平に近いなだらかな傾斜
の単一の傾斜部３２とから成るフレキシビリティ−の高
い形状とする。

伝熱管群３０の上下部を、第５図・第６図に示す構造を
用いて、夫々、火炉２の前壁１２及び天井壁１６部分に
位置固定する。

伝熱管群３０の垂直部３１を構成する伝熱管３３は、第
７図〜第１０図と同様に、スライド金具１８．１９を用
いて、管軸方向２０に移動可能で互いに離反動不能とな
るように連結する。

尚、図中３４．３５．３６がスライド金具１８．１９に
よる垂直部３１の連結位置である。

伝熱管群３０の傾斜部３２を、上方程所属する伝熱管３
３の本数が少なくなるよう、複数のブロック３７．３８
，３９，４０．４１に分けて、各ブロック３７．３８゜
３９．４０．４１を構成する伝熱管３３を第７図〜第１
０図と同様に互にスライド金具１８．１９で管軸方向２
０へ摺動自在で互いに離反動不能となるように連結して
連結部４２，４３．４４，４５，４６．４７を形成する
と共に、隣接するブロック３７．３８，３９，４０．４
１間にスライド金具１８．１９で連結されない非連結部
４８．４９゜５０．５１を形成する。

最も下側のブロック４１の下方に位置する伝熱管３３の
うちの数本を途中から上方へ曲げて、垂直部３１の中間
部へ入り込むバイパス管５２．５３を形成する。

伝熱管群３０の垂直部３１の上部に一本ものの出口ヘッ
ダ５４を配設して、該出口ヘッダ５４の側部に第３図で
示すように数本（三本）を−組とした垂直部３１の伝熱
管３３の上端を接続し、出口ヘッダ５４とマニホールド
２５との間を短い連絡管５５５６で接続する。

次に、作用について説明する。

ボイラの運転によりボイラ水が加熱されていく過程につ
いては第４図〜第１４図と同様なので説明を省略する。

ボイラの運転に伴って火炉２と伝熱管群３０との間に伸
び差が生じた場合、伝熱管群３０は上下部を夫々天井壁
１６と火炉２の前壁１２の部分に固定されて変位するこ
とができない状態となっているので、伝熱管群３０の垂
直部３１と傾斜部３２が第１図に仮想線で示すように変
形して伸び差を吸収する。

この際、伝熱管群３０は傾斜部３２を一つのみとし且つ
傾斜部３２を水平に近いなだらかな傾斜としているので
、第４図〜第１４図に示す二つの傾斜部７．８を持つ伝
熱管群５に比べて、大きなフレキシビリティ−を持たせ
ることができ、従って、変形が支障なく許容される。

しかも、伝熱管群３０の垂直部３１と傾斜部３２とを構
成している各伝熱管３３の間の連結部分には、全てスラ
イド金具１８．１９のみが用いられているので、伝熱管
群３０の変形によりスライド金具１８゜１９間に滑りが
生じて、スライド金具１８．１９に応力が集中すること
が防止される。

又、伝熱管群３０が変形する際、傾斜部３２を構成する
伝熱管３３では、下方に位置する伝熱管３３程長さ寸法
が大きくなっているので伸びも下方の伝熱管３３程大き
くなり、従って傾斜部３２に全体として伸び差が生じる
が、傾斜部３２の伝熱管３３をブロック３７．３８．３
９，４０．４１に分け、しかも、伸びの大きい下側のブ
ロック３７．３８，３９，４０．４１程所属する伝熱管
３３の本数が多くなるようにして、傾斜部３２の変形に
対するフレキシビリティ−を大きくしかも下側のブロッ
ク３７．３８，３９，４０．４１程大きくしたことによ
り、傾斜部３２を構成する各伝熱管３３に伸び差があっ
ても傾斜部３２が全体として支障なく変形される。

尚、傾斜部３２の最も下方のブロック４１を構成する伝
熱管３３のうち下方に位置する伝熱管３３を途中から上
方に曲げてバイパス管５２．５３を形成したことにより
、該伝熱管３３の傾斜部３２における収熱量が下がって
他の伝熱管３３と収熱量が均等化される。

又、出口ヘッダ５４を一本化したことにより、垂直部３
３を構成する伝熱管３３の上端の位置が全て一定に保た
れるので、第４図〜第１４図で示すように出口ヘッダ２
３．２４を二本に分割した場合に対して、伝熱管３３の
上端部の位置ずれによってスライド金具１８．１９が外
れるというトラブルの発生を防ぐことができる。

更に、伝熱管群３０の上端部を天井壁１６の部分に固定
したことにより、出口ヘッダ５４とマニホールド２５と
の間隔が常に略一定に保たれるので、連絡管５５　、５
６にフレキシビリティ−を持たせる必要がなくなり、従
って、連絡管５５．５６を短くすることができる。その
結果、連絡管５５．５６を短くした分だけ、連絡管５５
．５６の熱容量が小さくなり、起動時に連絡管５５．５
６の温度が素早く上がるので、連絡管５５．５６を流れ
る蒸気が凝縮してドレンとなることが防止される。

これに加えて、垂直部３１の伝熱管３３の上端部は、第
３図に示すように、出口ヘッダ５４の側部に接続されて
いるので、出口ヘッダ５４にドレンが溜まった場合でも
、該ドレンが伝熱管３３に逆流することが防止され、そ
の結果、ドレンが逆流する伝熱管３３としない伝熱管３
３との間に温度差による熱応力が発生することが防止さ
れる。

尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定されるものでは
なく、火炉上部分割壁以外の伝熱管群に対しても適用で
きること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のボイラの伝熱管群によれ
ば、周囲との温度差による伸び差によって応力集中が生
じるのを防止することができるという優れた効果を奏し
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体正面図、第２図は第１
図の部分拡大図、第３図は第１図の出口ヘッダ部分の拡
大正面図、第４図は従来例の全体正面図、第５図は第４
図のＶ−Ｖ矢視図、第６図は第５図のＶＩ−ＶＩ矢視図
、第７図は第４図の垂直部の部分拡大図、第８図は第７
図の■部分拡大図、第９図は第７図のＸ部分拡大図、第
１０図は第７図のＸ部分拡大図、第１１図は第４図の傾
斜部の部分拡大図、第１２図は第１１図のｘｎ−ｘｎ矢
視図、第１３図は第１１図のｘｍＸ■矢視図、第１４図
は第４図の出口ヘッダ部分の拡大正面図である。 図中１はボイラ本体、１８．１９はスライド金具、２０
は管軸方向、３０は伝熱管群、３１は垂直部、３２は傾
斜部、３３は伝熱管、３７，３８，３９，４０．４１は
ブロック、４２．４３，４４，４５，４６．４７は連結
部、４８，４９．５０５１は非連結部を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）垂直部と該垂直部の下部に傾斜部を有する複数の伝
   熱管を同一面内に配設して成るボイラの伝熱管群におい
   て、伝熱管群の上下端を位置固定して、伝熱管群の垂直
   部を構成する伝熱管を互にスライド金具で管軸方向へ摺
   動自在に連結し、且つ、伝熱管群の傾斜部を複数のブロ
   ックに分けて、各ブロックを構成する伝熱管を互にスラ
   イド金具で管軸方向へ摺動自在に連結して、各ブロック
   に連結部を形成すると共に隣接するブロック間に非連結
   部を形成したことを特徴とするボイラの伝熱管群。