TW201736752A - 配管構造及鍋爐系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種配管構造1，其係具有配管2者，該配管2係固定於支持構造體14且將第一設備11與未由防震裝置支持之第二設備連接者，該支持構造體14具有支持第一設備11之支持鋼架16、及支持支持鋼架16之防震裝置17；且該配管構造1具有：配管2及設置於配管2之變形吸收部3。

Description

配管構造及鍋爐系統

本發明係關於配管構造及鍋爐系統。 本案係基於2016年4月12日於日本申請之日本專利特願2016-079791號而主張優先權，其內容援用於本文中。

發電用燒煤鍋爐、燒重油鍋爐之大型鍋爐一般係連同以脫硝裝置、空氣加熱器為首之附帶機器一起支持於支持構造體之支持鋼架。 作為鍋爐之支持構造體，已知有藉由積層橡膠等而形成，並支持支持鋼架之防震裝置者。於專利文獻1記載有降低所作用之地震力之防震裝置。於防震裝置中，係根據構成支持鋼架之柱所產生之水平反作用力之大小而設定防震特性。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2015-121045號公報

[發明所欲解決之問題] 然而，對鍋爐連接例如流通對如渦輪機般之設備供給之高溫・高壓蒸汽之配管。將鍋爐以具有防震裝置之支持構造體支持之情形時，由於以防震裝置支持之支持鋼架之水平方向之移位變大，故對於鍋爐側之配管與渦輪機側之配管之間之配管會產生較大變形。 為了吸收此種變形，已知有使用萬向接頭等而容許變形之構造等，但若流通於配管之流體為高壓，則有可能產生液體洩漏之問題。 本發明之目的係提供一種配管構造及鍋爐系統，其於由防震裝置支持之第一設備與未由防震裝置支持之第二設備之間之相對位置大幅變動之情形時，亦可吸收配管所受之變形。 [解決問題之技術手段] 根據本發明之第一態樣，配管構造具有：配管，其固定於支持構造體，該支持構造體具有支持第一設備之支持鋼架與支持上述支持鋼架之防震裝置，且該配管將上述第一設備與未由上述防震裝置支持之第二設備進行連接，且該配管構造具有：上述配管；及設置於上述配管之變形吸收部。 根據此種構成，即使第一設備與第二設備之間之相對位置因地震而大幅變動之情形時，亦可藉由變形吸收部吸收配管構造所受之變形。 上述配管構造中，上述配管具有上述第一設備側之第一配管、與上述第二設備側之第二配管，上述變形吸收部宜具有：第一交叉配管，其自上述第一配管之端部向與上述第一配管交叉之方向延伸；第二交叉配管，其自上述第二配管之端部向與上述第二配管交叉之方向延伸；及連接配管，其連接上述第一交叉配管之端部與上述第二交叉配管之端部。 根據此種構成，可藉由各個配管之彎曲變形、扭曲變形，而吸收於配管產生之變形。 上述配管構造中，上述第一配管與上述第一交叉配管所成之角、上述第一交叉配管與上述連接配管所成之角、上述連接配管與上述第二交叉配管所成之角、及上述第二交叉配管與上述第二配管所成之角，宜分別為直角。 根據此種構成，可緊湊地形成變形吸收部。 上述配管構造中，上述第一配管與上述第一交叉配管所成之角、及上述第二交叉配管與上述第二配管所成之角為鈍角，上述連接配管亦可於沿著上述第一配管及上述第二配管之方向延伸。 根據此種構成，可降低流通於配管之流體之壓力損失。 上述配管構造中，將上述配管與上述第一交叉配管、上述第一交叉配管與上述連接配管、上述連接配管與上述第二交叉配管、及上述第二交叉配管與上述配管以肘管連接，上述肘管之至少一者宜顯示剛性低於上述配管之性質。 根據此種構成，可更緊湊地形成變形吸收部。 根據本發明之第二態樣，鍋爐系統具有：支持鋼架，其支持第一設備；支持構造體，其具有支持上述支持鋼架之防震裝置；第二設備，其未由上述防震裝置支持；及上述配管構造，其具有配管，其中上述配管具有：上下配管，其於上下方向延伸；及水平配管，其於水平方向延伸，且上述變形吸收部設於上述上下配管與上述水平配管之連接部附近。 上述鍋爐系統中，上述支持鋼架與上述配管之間之間隙，亦可設定為基於解析推算之上述配管之變形量之1.0-1.5倍左右。 根據此種構成，可允許因地震之變形，且即使配管最大限度變形之情形時，亦可確實避免配管與支持鋼架接觸。 上述鍋爐系統中，亦可於基於解析決定之上述配管之最大變形部，及上述支持鋼架之上述最大變形部之對應部位之至少一者，設置緩衝裝置。 根據此種構成，即使發生意外地震而使配管與支持鋼架接觸之情形時，亦可防止配管之損傷。 [發明之效果] 根據本發明，即使第一設備與第二設備之間之相對位置因地震而大幅變動之情形時，亦可藉由變形吸收部吸收配管構造所受之變形。

[第一實施形態] 以下，針對本發明之第一實施形態之鍋爐系統，參照圖式詳細說明。 如圖1所示，本實施形態之鍋爐系統10具備：鍋爐11(第一設備)、渦輪機12(第二設備)、及具有連接鍋爐11與渦輪機12之配管2之配管構造1。鍋爐11具有：鍋爐本體13、及支持鍋爐本體13之鍋爐支持構造體14。 鍋爐支持構造體14係設於地基15之上者，具有支持鋼架16、及支持支持鋼架16之複數個防震裝置17。 支持鋼架16係組合於垂直方向延伸之複數條柱18、於水平方向延伸之複數條樑19、及複數條垂直支柱20而構成。鍋爐支持構造體14經由構成支持鋼架16之柱18之末端部分即柱腳18a而立設於地基15。 鍋爐支持構造體14為了不限制運轉中之熱膨脹，而經由固定於最上層之樑19之複數條懸掛棒22，使鍋爐本體13自支持鋼架16之頂部垂掛。鍋爐支持構造體14為了限制鍋爐本體13向水平方向移位，而於鍋爐本體13與位於支持鋼架16之最外周之柱18之間，介隔有架設於水平方向之支架23。 鍋爐支持構造體14於各個柱腳18a之基部與地基15之間設有防震裝置17。防震裝置17係如下之裝置：例如藉由積層橡膠等形成，將地基15與支持鋼架16分離，於發生地震之情形時，藉由使支持鋼架16之振動週期長週期化，而降低因地震引起之慣性力，降低地震對支持鋼架16之輸入能量。 作為防震裝置17，可採用利用積層橡膠之裝置、利用滑動材料之裝置、利用滾動支承之裝置等。防震裝置17亦可具有油壓阻尼器等阻尼器。 配管構造1具有連接鍋爐11與未由防震裝置17支持之渦輪機12之配管2。配管2沿著支持鋼架16之柱18延伸。配管2藉由配管固定具24固定於支持鋼架16之柱18。於配管2流通例如高溫(例如超過550℃左右)且高壓(例如超過15 MPa左右)之蒸汽。 如圖2所示，配管構造1具有配管2、及設於配管2之變形吸收部3。變形吸收部3係於發生地震時吸收產生於配管2之變形之部位。 另，以下之說明中，設上下方向為Z方向，設與Z方向正交之一的水平方向為X方向，設與Z方向及X方向正交之水平方向為Y方向。 配管2具有於水平方向延伸之水平配管25、及於上下方向延伸之上下配管26。 水平配管25係於上下方向配置於靠近防震裝置17之位置，固定於地基15(參照圖1)或渦輪機12。上下配管26經由配管固定具24固定於支持鋼架16。上下配管26與水平配管25於配管固定具24之下方相互連接。上下配管26經由配管固定具24及支持鋼架16支持於防震裝置17。 發生地震之情形時，上下配管26於水平方向(X方向與Y方向之至少一者)大幅移動，但水平配管25與上下配管26相比於水平方向幾乎不移動。 本實施形態之變形吸收部3設於上下配管26之配管固定具24之下方。 如圖3所示，配管構造1具有圓筒形狀之配管2、及設於配管2之變形吸收部3。本實施形態中，配管2為上下配管26(參照圖2)。 配管2具有鍋爐11側之第一配管2a、與渦輪機12側之第二配管2b。第一配管2a及第二配管2b配置於同一線上，並於上下方向延伸。第一配管2a配置於第二配管2b之上方。變形吸收部3設於第一配管2a與第二配管2b之間。 變形吸收部3具有：第一交叉配管5，其自第一配管2a之端部(下端)向與第一配管2a交叉之方向延伸；第二交叉配管6，其自第二配管2b之端部(上端)向與第二配管2b交叉之方向延伸；及連接配管7，其連接第一交叉配管5之端部與第二交叉配管6之端部。 將配管2與配管2以肘管8連接。肘管8為彎曲之圓筒狀之構件，本實施形態之肘管8可使配管彼此以90°角度交叉地連接形成。 本實施形態之變形吸收部3中，第一配管2a與第一交叉配管5所成之角θ1、第一交叉配管5與連接配管7所成之角θ2、連接配管7與第二交叉配管6所成之角θ3、及第二交叉配管6與第二配管2b所成之角θ4分別為大致直角(90°)。 配管2及肘管8例如係藉由如可於超過550°左右之溫度下使用之材料構成。又，配管2及肘管8之尺寸係選擇可承受如超過15 MPa左右之壓力之尺寸。 接著，針對本實施形態之變形吸收部3之作用進行說明。 發生地震時，供配管2固定之支持鋼架16於X方向及Y方向移動。 如圖4所示，若支持鋼架16(參照圖2)於X方向移動，則第一配管2a於X方向移動。另一方面，第二配管2b幾乎不移動。 將第一配管2a之X方向之移位藉由變形吸收部3吸收。將第一配管2a之X方向之移位藉由第一配管2a、第二配管2b、及連接配管7之彎曲變形、與第一交叉配管5及第二交叉配管6之扭曲變形等而吸收。 如圖5所示，若支持鋼架16(參照圖2)於Y方向移動，則第一配管2a於Y方向移動。另一方面，第二配管2b幾乎不移動。 將第一配管2a之Y方向之移位藉由變形吸收部3吸收。將第一配管2a之Y方向之移位藉由第一配管2a、第二配管2b、第一交叉配管5、第二交叉配管6、連接配管7及肘管8之彎曲變形而吸收。 即，變形吸收部3藉由配管2之彎曲變形及扭曲變形、肘管8之彎曲變形等，而於地震時之水平方向之二個方向吸收移位。 根據上述實施形態，藉由於配管構造1設置變形吸收部3，即使因地震而使由防震裝置17支持之鍋爐11，與未由防震裝置17支持之渦輪機12之間之相對位置大幅變動之情形時，亦可吸收配管2所受之變形，且允許配管2之變形量。 又，作為變形吸收部3，藉由設為具有以下配管之構造，而藉由各個配管之彎曲變形、扭曲變形，而吸收配管2所產生之變形：第一交叉配管5，其自第一配管2a之端部向與第一配管2a交叉之方向延伸；第二交叉配管6，其自第二配管2b之端部向與第二配管2b交叉之方向延伸；及連接配管7，其連接第一交叉配管5之端部與第二交叉配管6之端部。 又，藉由將第一配管2a與第一交叉配管5所成之角θ1、第一交叉配管5與連接配管7所成之角θ2、連接配管7與第二交叉配管6所成之角θ3、及第二交叉配管6與第二配管2b所成之角θ4設為大致直角，而可緊湊地形成變形吸收部3。 又，本實施形態之配管構造1係僅藉由配管2與肘管8構成。藉此，與使用萬向接頭等吸收變形之構造相比，可防止蒸汽之洩漏。 [第二實施形態] 以下，針對本發明之第二實施形態之配管構造1，參照圖式詳細說明。另，於本實施形態中，以與上述第一實施形態不同處為中心進行敘述，對於相同部分省略其說明。 如圖6所示，本實施形態之變形吸收部3設於水平配管25之與上下配管26之連接部附近。本實施形態之第一配管2a及第二配管2b於水平方向延伸。即，若變形吸收部3不僅接近上下配管26，亦接近與上下配管26之連接部，則亦可設置於水平配管25。 如圖7所示，若支持鋼架16(參照圖2)於X方向移動，則第一配管2a於X方向移動。另一方面，第二配管2b幾乎不移動。 第一配管2a之X方向之移位由變形吸收部3吸收。第一配管2a之X方向之移位由第一配管2a、及第二配管2b之軸向變形、與第一交叉配管5、第二交叉配管6、連接配管7及肘管8之彎曲變形而吸收。 將支持鋼架16(參照圖2)之Y方向之移動藉由與圖5所示之作用相同之作用而吸收。 根據上述實施形態，將變形吸收部3設置於在水平方向延伸之配管2之情形時，於鍋爐11與渦輪機12之間之相對位置因地震而大幅變動之情形時，亦可吸收配管2所受之變形，且允許配管2之變形量。 [第三實施形態] 以下，針對本發明之第三實施形態之配管構造1，參照圖式詳細說明。另，於本實施形態中，以與上述第一實施形態不同處為中心進行敘述，對於相同部分省略其說明。 如圖8所示，本實施形態之變形吸收部3C，第一配管2a與第一交叉配管5所成之角θ1、第一交叉配管5與連接配管7所成之角θ2、連接配管7與第二交叉配管6所成之角θ3、及第二交叉配管6與第二配管2b所成之角θ4分別為鈍角(例如約為120°)。肘管8具有與該角度對應之形狀。 連接配管7於沿著第一配管2a及第二配管2b之方向延伸。即，第一配管2a、第二配管2b、及連接配管7相互平行。 根據上述實施形態，可降低流通於配管2之蒸汽之壓力損失。 另，於上述實施形態中，雖設為經由肘管8連接各個配管2之構成，但並非限定於此。即，亦可設為不使用肘管8，使配管2及變形吸收部3無接縫之構造。藉此，可更順暢地連接各個配管2，且進而降低蒸汽之壓力損失。 [第四實施形態] 以下，針對本發明之第四實施形態之配管構造1，參照圖式詳細說明。另，於本實施形態中，以與上述第一實施形態不同處為中心進行敘述，對於相同部分省略其說明。 如圖9所示，本實施形態之變形吸收部3D之第一交叉配管5、第二交叉配管6、及連接配管7之長度L2，短於第一實施形態之變形吸收部3之第一交叉配管5、第二交叉配管6、及連接配管7之長度L1(參照圖3)。 本實施形態之肘管8係以顯示剛性低於第一交叉配管5、第二交叉配管6、及連接配管7之性質之方式形成。 本實施形態之肘管8較第一交叉配管5、第二交叉配管6、及連接配管7壁薄。本實施形態之肘管8剛性低於第一實施形態之肘管8。 根據上述實施形態，可確保與第一實施形態之變形吸收部3相同之移位量D(亦參照圖5)，且更小型化地形成變形吸收部。 另，降低肘管8之剛性之方法並非限定於此。例如亦可將肘管8之材質變更為更易彎曲之材質。又，亦可僅縮小肘管8之部分之直徑。再者，亦包含彈塑性性質，亦可設為顯示較第一實施形態之肘管8低剛性之性質。 另，變形吸收部3之大小，即第一交叉配管5、第二交叉配管6及連接配管7之長度，可根據基於地震應答解析等推算之配管2之變形量、或鍋爐系統10之規模等而適當變更。即，由於愈加長構成變形吸收部3之配管2之長度，愈可增大扭曲變形、彎曲變形，故可增大容許變形量。 又，亦可於配管構造1設置複數個變形吸收部3。 又，變形吸收部3相對於配管2之突出方向亦可為任一方向。圖2所示之變形吸收部3於沿著支持鋼架16之面之方向突出，但亦可例如使變形吸收部3向支持鋼架16之內側突出。 又，亦可設置二個變形吸收部3，使各個變形吸收部3之突出方向相反。即，亦可使二個變形吸收部3中之一個變形吸收部3之交叉配管5、6向與配管2大致正交之一方向突出，且使二個變形吸收部3中之另一變形吸收部3之交叉配管5、6向與配管2大致正交之一方向不同之方向突出。 [第五實施形態] 以下，針對本發明之第五實施形態之配管構造1，參照圖式詳細說明。 本實施形態之鍋爐系統10之配管構造1中，支持鋼架16與配管2之間之間隙C，係設定為基於地震應答解析等推算之配管2之變形量D2之1.0-1.5倍左右。 如圖10所示，配管2之變形係藉由地震應答解析等，而推算為如虛線所示。 本實施形態之配管固定具24係形成為使配管2與支持鋼架16(柱18)之間之間隙C成為藉由地震應答解析等推算之配管2之變形量D2之1.0-1.5倍左右。 根據上述實施形態，可允許配管2之水平方向因地震所致之變形，且配管2於圖10之X方向最大限度變形之情形時，亦可確實避免配管2與支持鋼架16之接觸。 [第六實施形態] 以下，針對本發明之第六實施形態之配管構造1，參照圖式詳細說明。另，於本實施形態中，以與上述第五實施形態不同處為中心進行敘述，對於相同部分省略其說明。 如圖11所示，本實施形態之鍋爐系統10於支持鋼架16之柱18設有緩衝裝置28。 緩衝裝置28例如係藉由方塊形狀之橡膠等而形成。緩衝裝置28設於藉由地震應答解析等決定之配管2之最大變形部M之對應部位。 根據上述實施形態，即使發生意外地震而配管2與支持鋼架16接觸之情形時，亦可防止配管2之損傷。 另，藉由使用具有衰減機構之高衰減橡膠作為緩衝裝置28，更可吸收接觸時之能量。 又，緩衝裝置28亦可設於配管2側(配管2之最大變形部M)。 又，如圖12之第一例所示，亦可並列設置油壓阻尼器29等之黏性衰減機構作為緩衝裝置28。於圖12亦顯示藉由橡膠等形成之緩衝裝置28，但若配管2與支持鋼架16之間之間隙C有餘裕，則該緩衝裝置28亦可省略。 又，如圖13之第二例所示，亦可設置鋼材系阻尼器30等(蜂窩阻尼器等)之滯後阻尼機構作為緩衝裝置28。此時，較佳為於配管2側設置對鋼材系阻尼器30傳遞荷重之荷重傳遞構件31。 以上，針對本發明之實施形態說明了詳情，但於不脫離本發明之技術性思想之範圍內可加入各種變更。 例如，於上述實施形態中，在鍋爐與渦輪機之間延伸之配管2設有變形吸收部3，但並非限定於此。即，本發明之配管構造亦可採用將由具有防震裝置之支持構造體支持之第一設備，與未由防震裝置支持之第二設備之間進行連接之配管。 [產業上之可利用性] 根據本發明，即使第一設備與第二設備之間之相對位置因地震而大幅變動之情形時，亦可藉由變形吸收部吸收配管構造所受之變形。

1‧‧‧配管構造
2‧‧‧配管
2a‧‧‧第一配管
2b‧‧‧第二配管
3、3C、3D‧‧‧變形吸收部
5‧‧‧第一交叉配管
6‧‧‧第二交叉配管
7‧‧‧連接配管
8‧‧‧肘管
10‧‧‧鍋爐系統
11‧‧‧鍋爐(第一設備)
12‧‧‧渦輪機(第二設備)
13‧‧‧鍋爐本體
14‧‧‧鍋爐支持構造體
15‧‧‧地基
16‧‧‧支持鋼架
17‧‧‧防震裝置
18‧‧‧柱
18a‧‧‧柱腳
19‧‧‧樑
20‧‧‧垂直支柱
22‧‧‧懸掛棒
23‧‧‧支架
24‧‧‧配管固定具
25‧‧‧水平配管
26‧‧‧上下配管
28‧‧‧緩衝裝置
29‧‧‧液壓阻尼器
30‧‧‧鋼材系阻尼器
31‧‧‧荷重傳遞構件
C‧‧‧間隙
D‧‧‧移位量
L1、L2‧‧‧長度
M‧‧‧最大變形部
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向

圖1係本發明之第一實施形態之鍋爐系統之概略構成圖。 圖2係本發明之第一實施形態之鍋爐之立體圖。 圖3係本發明之第一實施形態之配管構造之立體圖。 圖4係說明本發明之第一實施形態之配管構造之作用之側視圖，係顯示支持鋼架於X方向移動之狀態之圖。 圖5係說明本發明之第一實施形態之配管構造之作用之側視圖，係顯示支持鋼架於Y方向移動之狀態之圖。 圖6係本發明之第二實施形態之鍋爐之立體圖。 圖7係說明本發明之第二實施形態之配管構造之作用之俯視圖，係顯示支持鋼架於X方向移動之狀態之圖。 圖8係本發明之第三實施形態之配管構造之前視圖。 圖9係本發明之第四實施形態之配管構造之前視圖。 圖10係本發明之第五實施形態之配管構造之概略側視圖。 圖11係本發明之第六實施形態之配管構造之概略側視圖。 圖12係本發明之第六實施形態之第一變形例之配管構造之概略側視圖。 圖13係本發明之第六實施形態之第二變形例之配管構造之概略側視圖。

1‧‧‧配管構造

2‧‧‧配管

3‧‧‧變形吸收部

11‧‧‧鍋爐(第一設備)

14‧‧‧鍋爐支持構造體

16‧‧‧支持鋼架

17‧‧‧防震裝置

24‧‧‧配管固定具

25‧‧‧水平配管

26‧‧‧上下配管

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

Z‧‧‧方向

Claims (8)

1. 一種配管構造，其係包含配管者，該配管係固定於支持構造體且將上述第一設備與未由上述防震裝置支持之第二設備連接者，該支持構造體包含支持第一設備之支持鋼架及支持上述支持鋼架之防震裝置；且該配管構造係包含： 上述配管；及設置於上述配管之變形吸收部。
2. 如請求項1之配管構造，其中上述配管包含上述第一設備側之第一配管、及上述第二設備側之第二配管， 上述變形吸收部包含：第一交叉配管，其自上述第一配管之端部向與上述第一配管交叉之方向延伸； 第二交叉配管，其自上述第二配管之端部向與上述第二配管交叉之方向延伸；及 連接配管，其連接上述第一交叉配管之端部與上述第二交叉配管之端部。
3. 如請求項2之配管構造，其中上述第一配管與上述第一交叉配管所成之角、上述第一交叉配管與上述連接配管所成之角、上述連接配管與上述第二交叉配管所成之角、及上述第二交叉配管與上述第二配管所成之角，分別為直角。
4. 如請求項2之配管構造，其中上述第一配管與上述第一交叉配管所成之角、及上述第二交叉配管與上述第二配管所成之角為鈍角， 上述連接配管於沿著上述第一配管及上述第二配管之方向延伸。
5. 如請求項2至4中任一項之配管構造，其中將上述配管與上述第一交叉配管、上述第一交叉配管與上述連接配管、上述連接配管與上述第二交叉配管、及上述第二交叉配管與上述配管以肘管連接， 上述肘管之至少一者顯示剛性低於上述配管之性質。
6. 一種鍋爐系統，其包含：支持鋼架，其支持第一設備； 支持構造體，其包含支持上述支持鋼架之防震裝置； 第二設備，其未由上述防震裝置支持；及 請求項1至5中任一項之配管構造，其包含配管，上述配管包含於上下方向延伸之上下配管、及於水平方向延伸之水平配管；且 上述變形吸收部設於上述上下配管與上述水平配管之連接部附近。
7. 如請求項6之鍋爐系統，其中上述支持鋼架與上述配管之間之間隙，設定為基於解析算出之上述配管之變形量之1.0-1.5倍。
8. 如請求項7之鍋爐系統，其中於基於解析而決定之上述配管之最大變形部、與上述支持鋼架之上述最大變形部之對應部位之至少一者，設置緩衝裝置。