JPH11218324A - 排ガスダクト構造体 - Google Patents

排ガスダクト構造体

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JPH11218324A
JPH11218324A JP2066998A JP2066998A JPH11218324A JP H11218324 A JPH11218324 A JP H11218324A JP 2066998 A JP2066998 A JP 2066998A JP 2066998 A JP2066998 A JP 2066998A JP H11218324 A JPH11218324 A JP H11218324A
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JP
Japan
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brace
exhaust gas
pin
duct
gas duct
Prior art date
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Pending
Application number
JP2066998A
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English (en)
Inventor
Toru Nishioka
徹 西岡
Haruo Arakawa
春男 荒川
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 事業用ボイラ設備におけるダクト内のブレー
スの構造に関し、熱伸びによってブレースに発生する圧
縮力を緩和させ、部材のサイズアップを抑制し、経済的
で、かつ安全で信頼性の高いダクト構造を提供するこ
と。 【解決手段】 二つに分割されたブレース2a、2bの
間にスペースを持たせ、スプリング8を挿入し、さらに
双方のブレース2a、2bを連結するための接続材7を
ピン4で穴5、5’、長穴6で固定し、スライド機構を
設けることで、ブレース2a、2bに発生する圧縮力を
大幅に低減させることができる。一方、引張力に対して
はピン4がスライドできないように接続材7に長穴6を
配置することで従来のブレースと同等の荷重を負担する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、事業用ボイラ設備
におけるダクト内のブレース構造に係り、特に内部流体
(空気を含めたガス)の温度が急激に変化するダクトの
ブレース構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、プラント効率向上、出力増加等の
観点より事業用ボイラダクトはガスタービン(以下、G
Tと称す)等の排ガスの急激な温度変化を伴う仕様に耐
え得る構造を備えたものが開発されている。このような
GT出口ダクトは従来の一般的な排ガスダクトと異な
り、高温の排ガス(約600℃)に曝されることにな
る。GT排ガスを扱うダクトとしては他に排熱回収ボイ
ラ(HRSG)のGT出口ダクトがあるが、HRSGで
はダクト内部に保温を施工し、ダクト構造部材は高温ガ
スから遮断されるのが一般的である。
【0003】一方、排気再燃型コンバインドサイクルの
ようなGT出口ダクトでは効果的な騒音防止対策及び配
置上の都合等によりダクトの外面に保温が取り付けられ
るケースが多く、その結果、高温のGT排ガスが直接ダ
クトの構成部材に接触することになる。
【0004】一般的な事業用ボイラダクトの構造を図1
に示すが、ダクトを構成する板3はその外周に設けた枠
体であるスチフナ1とスチフナ1を主に支持するブレー
ス2等の補強材により補強されている。また、ダクト
は、主にダクト内部を流れる流体による内圧に耐える強
度を有するように設計される場合が多いが、ダクトの自
重や短期荷重(地震、暴風時)に対しても十分な強度を
持つ必要がある。ダクトをその重量が出来る限り軽くな
るような構造にするためには、ブレース2の効果的な配
置が不可欠である。言い換えれば、ブレース2を配置し
ないとスチフナ1などの補強部材のサイズが大きくな
り、ダクトの重量が増加することになる。
【0005】前記したGT排ガスダクトには次のような
解決すべき課題がある。 (1)GT排ガスの急激な温度変化に伴い、ダクト構成
部材間で生じる温度差によりブレース2に圧縮力が発生
する。これはスチフナ1よりブレース2の温度上昇が速
いことによる。 (2)高温環境下に配置されることにより、ダクト構成
部材の強度が低下することがある。 このような問題点を解決することが、GT排ガスダクト
を構造物として成立させるためには必要であった。
【0006】図6に従来の高温排ガスダクトのブレース
架構面の構造を示す。図6に示すダクトのブレース架構
面の構造の特徴としては、ボイラ起動時のブレース2の
温度上昇に伴う熱伸びをスチフナ1の変形で吸収するた
め、ダクトコーナ(スチフナ1の接合部)にブレース2
を接合しない構造とし、また隣り合うブレース2の熱伸
び差をスチフナ1の変形で吸収するため、2つのブレー
ス2の接合部は所定の距離(L1及びL2)が開けられて
いる。ただし、ブレース2は熱伸び時に生じる圧縮力や
地震、暴風時の水平荷重に対し、十分な座屈強度を有し
ていなければならない。しかしながら、高温環境下では
ダクト構成部材の許容応力が低下するので、この許容応
力低下を考慮した上に前記した圧縮力や水平荷重に対す
る十分な座屈強度を有するものにするためには、ブレー
ス2のサイズアップは避けられず、それが材料費が高く
なる要因となっていた。
【0007】また、図7に地震時の曲げモーメント9の
分布図を示すが、2つのブレース2の接合部に一定の間
隔を設けたことにより、スチフナ1に曲げモーメント9
が集中して発生し、これもスチフナ1のサイズアップを
導く結果となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のブレー
ス構造が有する問題点は、ダクト構成部材の許容応力が
高温の排ガスにより低下した環境において、排ガスの急
激な温度変化によりブレース2に大きな圧縮力が作用す
ることである。従って、排ガスの急激な温度変化がある
条件の下で従来型のダクト構造体を強度的に十分なもの
にするには、大きなサイズのスチフナ1とブレース2を
選定せざるを得なかった。
【0009】このように、従来のダクト構造体は重量低
減についての配慮がなされておらず、製品コストが高く
なるという問題があった。また、ボイラプラントの起動
/停止の繰り返しにより、再三ブレース2に熱伸びによ
る圧縮力が作用することになるので、ブレース2の座屈
対策や溶接接合部に割れが発生しないような対策を講じ
ておく必要があった。
【0010】本発明の課題は事業用ボイラ設備における
ダクト内のブレースの構造に関し、熱伸びによってブレ
ースに発生する圧縮力を緩和させ、部材のサイズアップ
を抑制し、経済的で、かつ安全で信頼性の高い排ガスダ
クト構造体を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって解決される。すなわち、排ガス流路形成用
のダクトを構成する板材と該板材を固定するスチフナと
2以上のスチフナに両端部を連結するスチフナ補強用の
ブレースとを備えた排ガスダクトにおいて、各々のブレ
ースは2つに分割されブレースと、該2つのブレース分
割体の間に接続される熱応力吸収部材とから構成される
排ガスダクト構造体である。
【0012】本発明の上記排ガスダクト構造体の熱応力
吸収部材は2つのブレース分割体の端部同士を連結する
弾性部材と、2つのブレース分割体の各端部にピン接続
される接続材から構成されたものを使用することができ
る。また、前記ブレース分割体の各端部と接続材とのピ
ン接続部の少なくとも一方はピンと該ピンの径より内径
が大きい長穴とを係合したものを使用することができ
る。接合材に設ける前記長穴は2つのブレース分割体間
を狭める方向にはスライドするが、2つのブレース分割
体間を広げる方向には拘束される位置に設置される。
【0013】上記本発明では、ピン穴を設けた2つのブ
レース分割体が収納可能な内径を有し、片側にピン貫通
用の穴、もう片方に熱伸び吸収用のスライド長穴をあけ
られた接続材をピンで固定することにより、ブレース分
割体の熱伸びを吸収し、かつ従来のブレース分割体と同
等の引張力に耐えることができる。また、双方のブレー
ス分割体をスプリングなどの弾性体で連結することによ
りバネ反力分の圧縮力を負担することが可能となる。ま
た、本発明の前記接合材は2つのブレース分割体間に発
生する圧縮力が低減可能となる屈曲型部材から構成して
も良い。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面と共に
説明する。図1には事業用ボイラの排ガス流路となるダ
クトの部分構造を示す。図1のダクト構造のa部などの
ブレース2の中間部に本発明のブレース分割体と接続材
の組み合わせからなる熱伸び吸収型ブレースが適用され
る。図2には、その熱伸び吸収型ブレースの構造を示
す。図2(a)は熱伸び吸収型ブレースの側面図、図2
(b)は図2(a)のb部分の拡大図、図2(c)は図
2(a)のA−A線断面の矢視図を示す。
【0015】図2に示すブレースの熱伸びを吸収する構
造は、従来のブレース構造と異なり、ブレース2を中間
部で二つに分割し、各ブレース分割体2a、2bを設け
る。さらにブレース分割体2a、2bの各端部に接続材
7を接合する。各ブレース分割体2a、2bの端部には
ピン4の貫通用の穴5を設けている。また、接続材7は
ブレース2が収納可能な内径を有し、そのブレース分割
体2a側の端部にはピン4貫通用の穴5’を設け、さら
にブレース分割体2b側の端部にはピン4貫通用の長穴
6を設ける。長穴6は熱伸び吸収用のものであり、これ
にピン4を係合させても所定長さ分の熱伸びを許容し、
ブレース分割体2bと接続体7の係合を維持できる。ま
た、分割された両ブレース分割体2a、2bの両端部は
スプリング8により連結されている。ここで、熱伸び吸
収用の長穴6の長さ(δ1)はブレース分割体2bの総
伸び量(δ0)に対し、δ0<δ1を満足する長さに設定
する。
【0016】また、ピン4とブレース分割体2bに設け
る長穴6を図2(b)に示すように初期状態と熱伸び時
の位置関係にすることによって、ブレース2は引張に対
しては従来型のブレース構造と同等な強度を有し、また
圧縮に対してもスプリング8の反力分を負担することが
可能となる。
【0017】さらに、排ガスの急激な温度上昇によりブ
レース2に熱伸びが発生しても、熱伸びをスプリング8
により吸収し、ブレース2に発生する圧縮力をスプリン
グ8の圧縮反力値以内に制限できる。
【0018】ブレース2に発生する圧縮力の低減を図3
で定量的に説明する。熱伸びにより従来型のブレースに
伸びδが発生したと仮定する。この時、バネ定数k=
0.2のスプリング8を挿入したときに生じる圧縮力
(P)は、次式 P=k・δ より求まる。従って、図2に示す本発明の例ではP=
0.2δとなり、事前に特定の圧縮力が決定できる。
【0019】一方、従来型のブレース構造では、ブレー
スに働く応力はダクトの全体の剛性バランスより決ま
り、その数値は全体応力解析によって求めることになる
が、熱伸びによりブレースが座屈する可能性がある。
【0020】また、図2に示す本発明の例では、ブレー
ス2の圧縮力によりスチフナ1に曲げモーメントが発生
するが、これも同様に事前に低い値に設定することが可
能である。ただし、二つに分割されたブレース分割体2
a、2bはスプリング8の反力(P)以上の許容圧縮力
(Pa)を有するサイズに選定する必要があることは当
然である。
【0021】本発明の実施の形態のブレース2の製作手
順を説明する。まずブレース分割体2aにピン4の貫通
用の穴5を設け、二分されたブレース分割体2a、2b
を所定の位置に設置する。そのとき、各ブレース分割体
2a、2bが収納可能な内径を有し、片側にピン貫通用
の穴5’、もう片方に熱伸び吸収用のスライド長穴6を
あけた接続材7を予めブレース分割体2a、2bのどち
らかのブレース2a、2bに挿入し、収納しておく。こ
の長穴6はブレース2の圧縮側にスライド可能である
が、引張側にはスライドできない位置に設置されてい
る。その後、両ブレース分割体2a、2b間にスプリン
グ8を設置し、前記の接続材7を所定の位置にセット
し、ピン4、4で固定して設置完了となる。
【0022】従って、ブレース2の熱伸びをスプリング
8で吸収し、引張力に対してはその荷重をピン4で伝達
することで従来型のブレースと同等の荷重に耐えること
ができる。また、地震、暴風荷重等の水平力に対しても
スプリング8の反力分の圧縮力を負担することが可能と
なる。
【0023】以上により、ダクト構成部材間の温度差に
よるブレース2の熱伸びを吸収し、かつブレース2に発
生する引張及び圧縮の両方の軸力を負担可能とすること
でブレース2やスチフナ1の部材サイズを小さくするこ
とができ、合理的な構造を提供することができる。
【0024】図2は熱伸びを吸収する長穴6を接続材7
側に設けた例であるが、ブレース分割体2a、2bのど
ちらか片方に長穴6を設けても同様の効果が得られる。
また、図4に示すようにブレース分割体2a、2bの中
に接続材7を挿入する形でピン4を穴5、5’と長穴6
に挿入して固定し、スプリング8を接続材7の外周面に
巻き付ける形で、双方のブレース分割体2a、2bに連
結しても良い。
【0025】図5に示す例は、双方のブレース分割体2
a、2bを接続する接続体7を2つずつの屈曲型の接続
体7a〜7dを用いて接続する構造である。屈曲型の接
続体7a、7b及び接続体7c、7dの一方の端部同士
はそれぞれピン4で屈曲自在に接続され、さらに接続体
7a、7b及び接続体7c、7dの他方の端部はブレー
ス分割体2a、2bの各端部とピン4でそれぞれ固定す
る。こうして、接続体7a〜7dは菱形変形が可能とな
り、熱伸びを吸収することができる。また、ブレース分
割体2a、2b間の引張力に対しては、図5中の接続体
7a、7b及び接続体7c、7dがそれぞれ成す角度α
が所定の角度以上開かないようにストッパー(図示せ
ず)を付けることで荷重伝達が可能となる。また、2つ
のブレース分割体2a、2bをスプリング8で連結する
ことで、地震、暴風等の水平荷重に対しても同様にバネ
反力分の圧縮力を伝達できる。
【0026】本発明はダクトのブレース構造に関し、熱
伸び吸収機構を有しかつ引張力も負担可能となる構造の
全てが対象となる。
【発明の効果】本発明によれば排ガスが急激に温度変化
するダクトの計量及び製作コストの低減を図るととも
に、製品の安全性、信頼性を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 事業用ボイラのダクト構造図である。
【図2】 本発明の実施の形態の熱伸び吸収機構を有す
るブレースの構造図である。
【図3】 本発明の実施の形態の熱伸び吸収機構を設け
たことによる効果の説明図である。
【図4】 本発明の実施の形態に類似する実施例の説明
図である。
【図5】 本発明の実施の形態に類似する実施例の説明
図である。
【図6】 従来の高温排ガスダクトのブレース架構の説
明図である。
【図7】 従来の高温排ガスダクトに水平力を作用させ
たときの曲げモーメント分布の説明図である。
【符号の説明】
1 スチフナ 2 ブレース 3 板 4 ピン 5 ピン貫通用穴 6 長穴 7 接続材 8 スプリング 9 モーメント

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガス流路形成用のダクトを構成する板
    材と該板材を固定するスチフナと2以上のスチフナに両
    端部を連結するスチフナ補強用のブレースとを備えた排
    ガスダクトにおいて、 各々のブレースは2つに分割されブレースと、該2つの
    ブレース分割体の間に接続される熱応力吸収部材とから
    構成されることを特徴とする排ガスダクト構造体。
  2. 【請求項2】 熱応力吸収部材は2つのブレース分割体
    の端部同士を連結する弾性部材と、2つのブレース分割
    体の各端部にピン接続される接続材から構成されること
    を特徴とする請求項1記載の排ガスダクト構造体。
  3. 【請求項3】 ブレース分割体の各端部と接続材とのピ
    ン接続部の少なくとも一方はピンと該ピンの径より内径
    が大きい長穴とを係合したものであることを特徴とする
    請求項1記載の排ガスダクト構造体。
  4. 【請求項4】 接合材に設ける長穴は2つのブレース分
    割体間を狭める方向にはスライドするが、2つのブレー
    ス分割体間を広げる方向には拘束される位置に設置され
    ることを特徴とする請求項1記載の排ガスダクト構造
    体。
  5. 【請求項5】 接合材は2つのブレース分割体間に発生
    する圧縮力が低減可能となる屈曲型部材から構成される
    ことを特徴とする請求項1記載の排ガスダクト構造体。
JP2066998A 1998-02-02 1998-02-02 排ガスダクト構造体 Pending JPH11218324A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200128078A (ko) 2018-03-27 2020-11-11 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 열교환 장치
CN112815709A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 重庆长江造型材料(集团)股份有限公司 一种流化焙烧方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200128078A (ko) 2018-03-27 2020-11-11 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 열교환 장치
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