JPS6062503A - 伝熱管に突起物をとりつけた水管ボイラ− - 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】 この発明＊Ｊ　ｉｔ’、＋渇刀スの流れにほぼ直角に整
列して１ｌｒｌべられた枚数の管列にりなる伝熱管群を
持った水ｔつ、ボイラーの伝熱？への振動特性の改良に
関する。

ＩＱ　？ｊｌｌｊカスの流れに直角な多数の管列（バン
ク）Ｊ、りなる伝熱管ＢＹを持った水管ボイラーは種々
の例が見られるが、特に最近多く使用されるようになっ
たドフ１１を上下に置いた曲水管ボイラーにその例を見
ることができる。

第１図に示すような水管ボイラーにおいＣ１伝熱管３は
上下のドラム１．２の間に整列し−Ｃ管列４のように並
べられ−Ｃおり、これらの多くの管列によって伝熱管群
５が構成されている。高湿ガスはガス入り口６の側から
流入し、管列を略直角に横切り、出ロアから流出づる。

ボイラーにおいて伝熱管に振動を生ずることは、極めて
危険であり、種々の１−ラブルの−６とになる。

従って水管群が振動を起さないように、設置１、工作、
ならびに運転において充分な注怠が払われるべきことは
言うまでもない。

一般的にボイラーチコー１の振動は、 （１）カルマン渦による振動 （２）チー１−１の曲げ固有振動 （３）気柱の固有振動 の３つが大きい原因となっている。

即ちＭ　）＋　（２）＋　（３）または〈１）−ト（２
）、あるいは＜　１＞　−１−（３）の共撮により振動
が発生する。

（１）は伝熱管の下流にできるカルマン渦により発生す
る振動である。カルマン渦の発生は物体の形状、寸法ｄ
３よび流体の速度に大きく左右される。

（２）　４；ｔ　′ｆ−：＋−１の曲げ剛性、支持条件
および内部流体を含めた質量によって変る。

（３）は伝熱管群が入っているケーシングの形状、＼」
法にＪ：って決ってくる振動である。

当然（１）→−（２）＋（３）の場合が最も振動が）＾
しくなる。

このような振動が起ることは、ボイラーにどつＣ極め（
イ５害Ｃあるが、膜剤が注意深くなされている場合、通
常は先ず起ることはない。また共振を起さけぬようにす
る方法もそれ程困難なことではイヌい。

しかしながらこのような振動が局部的に発生Ｊることが
往々にして起る。例えば伝熱管の拘束条イ！１あるいは
流動の状態が局部的に変化したような場合、（の部分に
共振の可能性が生ずることがある。

このような場合撮動防止法どしては夫々の固有振動数を
共振を起さないような範囲に変える方法がとられる。

（３）の気柱の固有振動数を変えることは通常は困難で
あるので、もしこれと共振のおそれがある場合は（１）
または（２）を変更り−る手段がとられる。しかしく１
）を変更する方法は簡単ぐないので（２）のチューブの
固有振動数を変えるのが通常のやり方である。この場合
ヂコ、−ブの支持条件を変えれば曲げ固有振動数を変え
るのは容易である。

しかしながらこの支持条イζ１を変えることによって、
共振の可能性を全面的には除去できない場合がある。こ
のような場合の振動防止法として本発明は好適である。

本発明の要点はこのような共振を防ぐため、伝熱管に突
起物をとりつけることにより、伝熱管の後流に生ずるカ
ルマン渦の発生を押え、あるいは不規則にして共振が起
りにククシたものぐある。

カルンン渦によって振動が発生す゛ることは気流中に置
かれた物体にしばしば経験されることである１、渦によ
る振動数と物体の固有振動数が合った１１．１Ｊｌ、振
を起し振幅は最大となる。この振動を防ぐ方法どしＣカ
ルマン渦の方から取り（９る手段は、（ａ）渦による加
振力を低減づ°る、（ｂ）渦による振動数を物体の固有
振動数から隔てることである。

（ａ）は渦自体の発生を少くすることであり、流体力学
的に渦発生の少ない形状、所謂“流線型″に近づ（）る
のが有効である。

（ｂ）は流体の速度が一定であれば、渦による振動４（
は一定であるが、流体の速度が大きくなれば振動数ｂ１
．１くなる。燃焼ガスの速葭はボイラーの負φむによつ
゛（変わるわ番〕（゛あるから、ボイラーのＣＡ　？Ｉ
！ｊ変動範囲に亘つＣ１渦による振動が物体ど共振を起
さないＪ、うにしなければならない。

このために有効な一つの手段どして、伝熱管の表面に突
起物をとりつ（〕る方法がある。即ちこのは不規則にし
、従って渦による加振ノｊを減じ、振動数を不規則にし
Ｃ共振を起さないようにするのである。

以上の（ａ　）、（ｂ）の目的のための突起物を第２図
に示す。

２−１．２−２．２−３は巻軸に平行に突起物をとりつ
りたちので、カルマン渦の発生を押える点に主眼がある
。即ちこの突起物によつＣ渦の発生状態は管の長さ位置
によって変らないが、全体どして渦の発生が少なくなり
加振力が小さくなるという効果がある。またごのような
リブを取りつけることにより、管の断面係数が大きくな
り、振動を起しにくくなる効果がある。

２−４．２−５．２−６は突起物のイダ１首が包の部位
によって異なるもので、渦の発生がその部位によって異
なるようになる。即ら渦の発生が不規則になり、渦の振
動数も不規１１１ノになり、共振を起すおそれがなくな
る。

このような突起物を有する伝熱管を管群全体に動を防止
りる効果はある。

しかしこのような特殊管を管群全体に使用するのは］ス
［〜的に問題があり、またそのような場合は他のプ〕法
によって振動を防止することができる。

本発明の振動防止法がその特徴を発揮−するのは一般的
７．　ＰＡ所（例えば伝熱管群）ではなく（勿論そのＪ
、・）な場所にも適用は可能であるが）、流れの状態、
あるいは伝熱管の支持条件が急激に変わるような部分に
好適である。例えば燃焼ガスが管群から流出しく過熱器
、節炭器あるいは煙３！などにつながる／ｉｌＳ分など
は局部的に共振を起しやづい条イ′１になることがある
。このような部分に対して、伝熱管にこのＪ、うな突起
物をつ（）ただ番ノぐ共振を避りることができるとする
ど、他の部分には何等手を加える必要がないのひ大きい
メリットになる。

本発明にａ３いて伝熱管にとりつ拳プる突起物は、伝熱
管の略全良に亘って取りつりられているもの（゛、伝熱
管の支持等のため局部的に取りつ番ブられた突起物は含
／υでいない。また節炭器などに見られるにうな管軸に
対して直角な伝熱フィン等も含まない。

以上詳細に述べたように本発明はボイラーの管列のうち
、少くとも流動状態あるいは支持条件が急激に変る管列
に、このようなチューブを使用りるものである。流動状
態が大きく変る部分とは気流が急激に拡大縮小Ｊるよう
な、ｆｌ１分を呂う。ＪＩ−た支持条件が急変する部分
とはそれによって管の固有振動数が大ぎく変化づるにう
な部分を意味りる。

具体的には例えば管群にｄハブるカスの出入り口のＪ、
うに気流が急激に拡大、縮小したり、また出入り口を取
りつけるために管の支持条イ′１が大きく変るような部
分を言う。このよう・な局部的な振動を起す可能性のあ
る部分に、突起物をっりた１！■殊管を重点的に使用づ
ることにＪ：す、振動を防］１りるものである。

この発明は蒸発水管のみならｆ、Ｍｊ炭器あるいは過熱
器についでも同様に適用て・きる。

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明の適用可能なボイラーの例１　上部ドラ
ム ２　小？５１５ドラム ３１人　熱１゛合 ’Ｉ　ｂ・列 （５伝熱管群 （３刀ス人Ｉニ１ ７　刀、λ１１Ｊ：Ｕ ε３　刀ス出１；ル−１１ 第２図　本発明に使用の突起物の例 ２−１　四角フィン　１枚 ２−２　四角ツイン　３枚 ２３　ミ角フィン　３枚 ２−／Ｉ　スパイラル突起物 ２−０　スパイラルフィン ２−６　スパイラルつるまき 出願人　東ｉＹ　ｌンジニアリング株式会社ヤＺ　Ｉａ ２−１　２−２ ２−４　２−５ −３ −６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　高Ｗ＋ａガスの流れに略直角に整列して並べら
   れ！ご複数の管列よりなる伝熱管群を持った水管ボイラ
   ーにｄ３いて、この伝熱管群の、少くとも流れの状態あ
   るいは管支持の条件が大きく変る部分の９Ｆ＋・列の各
   々の伝熱管に、そのほぼ全長にわＩＣつ（突起物を取イ
   」す゛たことを特徴とする水管ボイラ鹸−〇