(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に分割され、高温ガスを移送する耐圧管内面に施工した断熱材の接ガス面に設置される円筒状のライナ、前記ライナの軸方向両端部に設置され、内周面に挿入された前記ライナの両端部のうちの一端部を固着する分割リング、前記分割リングと前記耐圧管内面との間に、軸方向と傾斜して配設されて連結する板バネサポートからなる高温ガス管内部ライナ取付装置において、軸方向と平行な座面を形成して前記耐圧管内面に固着された取付座と、一端部が前記分割リングの一端に突合せ溶接固着され、他端部が前記座面と平行な面をもつボルト取付部にされ、前記分割リングを前記耐圧管の内部に固着する前記板バネサポートとを設けると共に、前記分割リングに一端部を固着し、前記耐圧管内部に取付けるときの前記ボルト取付部の半径が、前記高温ガス通過時の前記耐圧管と前記分割リングとの径方向のほぼ熱膨張差分だけ短くした前記板バネサポートであることを特徴とする高温ガス管内部ライナ取付装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧流動床ボイラーとガスタービンとからなる複合発電プラントにおいて、ボイラーからガスタービンに高温ガスを供給する等の、高温ガス配管の内部に張設する、断熱材を保護するライナを取付けるための高温ガス管内部ライナ取付装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の火力発電プラントでは、プラントの高効率化を図るために、各種方式の複合発電設備が建設されており、なかでも、石炭焚きボイラーの炭種多様化と、高効率化を狙いとした、加圧流動床ボイラーと、その排ガスによって駆動されるガスタービンとの複合発電プラントが、ここ数年間に数多く建設されつつある。
【０００３】
このような複合発電プラントにおいて、加圧流動床ボイラーからガスタービンに高温ガスを供給する配管は、例えば、製鉄所や化学プラント等の従来の各種産業プランに使用される高温ガス配管に比べて、かなりの高圧条件で使用される耐圧管を使用する必要があり、なおかつ、高温条件下（８００〜９００℃）で使用されるために、もし金属材料だけで、その耐圧管を構成するようにした場合、このような、高温、高圧に耐える高価な耐熱合金で、厚肉の耐圧管を製作する必要があり、高価なものとなり、プラント建設費を高騰化させることになる。
【０００４】
従って、耐圧管の内面に断熱材を施工することによって、耐圧管の温度上昇を抑制し、耐圧管の強度が低温条件下（〜４００℃）で確保される様に設計して、耐圧管の材料を、通常よく使用される炭素鋼や、低合金鋼等の安価な材料で製作して、プラント建設費を低廉にする手段が採用されている。
【０００５】
しかしながら、このような安価な材料で製作された耐圧管の内面に断熱材を施工した高温ガス配管では、内面に施工した断熱材が高温、高速のガス流にさらされると、飛散、脱落する恐れが有り、もし万一、断熱材が飛散、脱落して、耐圧管が直接高温ガスにさらされる様なことが起った場合、耐圧管の構成材料が通常では、使用できない様な高温条件下に置かれるために、短期間のうちに破損して、高温ガスがその周辺部に噴出する危険を伴うことになる。
【０００６】
このような最悪の事態が生じないようにするため、耐圧管の内面に施工され、耐圧管が高温ガスに直接さらされるのを防止する断熱材の接ガス面に、ライナを設けて、このライナによって断熱材の接ガス面を高温ガス流から保護し、断熱材の飛散、脱落を防止することが行われている。
図９〜図１１は、従来の加圧流動床ボイラーからガスタービンに高温ガスを供給する配管に使用され、断熱材の飛散、脱落を防止するように、ライナ１を断熱材７の内面に取付けるための高温ガス管内部ライナ取付装置を示す図である。
【０００７】
図に示すように、耐圧管３の内面に施工され、耐圧管３の温度上昇を抑制する断熱材７の内周側の接ガス面８は、ライナ１で被覆するようにしている。
ライナ１は、軸方向に耐圧管３の外径Ｄ（図１４参照）より短い長さに分割された円筒体からなり、その両端部が、断熱材７の内周面に嵌装され、ライナ１の内部を流れる高温ガスによって生じる、ライナ１の軸方向の熱膨張を吸収できる長さのピッチで断熱材７内面に配設された、帯状の分割リング２の内周面に挿入され、両端部のうちの一端部のみが、すみ肉溶接９で分割リング２の内周面に固着されている。
【０００８】
これによって、ライナ１の内部を流れる高温ガスにより、ライナ１と耐圧管３との間に、軸方向の熱膨張差δｘが生じても、分割リング２の内周面に両端部が挿入され、断熱材７の内周面に配設されたライナ１の、溶接されてない方の一端部が分割リング２内部でのスライドすることによって、この熱膨張差δｘを吸収するようにしている。
【０００９】
また、軸方向に分割され、断熱材７の排ガス面８を被覆するライナ１が高温、高速のガス流によって振動することがないように、内周面にライナ１の一端部が固着されるとともに、他端部が挿入された、各分割リング２は、外周面に一端がすみ肉溶接で固着され、他端が耐圧管３の内面に向って、分割リング２の外周面から放射状に管軸に対して傾斜して伸び、耐圧管３の内周面に、同様にすみ肉溶接で固着された複数（図では６個）の板バネサポート４で耐圧管３に固定されている。
【００１０】
これによって、前述したように、ライナ１の軸方向熱膨張を内周面のライナ１の摺動で吸収する分割リング２およびライナ１と、耐圧管３との間に生じる半径方向熱膨張差δＲは、図１２に示す様な板バネサポート４の径方向のたわみによって吸収することができる。
【００１１】
また、上述した従来の技術による高温ガス管内部ライナ取付装置で、ライナ１を耐圧管３の内部に取付ける組立て手順としては、まず図１３に示す様に、複数の板バネサポート４の内周端部を、分割リング２の外周面上にすみ肉溶接１２で取付けておく。
次いで、図１４に示すように、板バネサポート４と分割リング２との組立て品を、耐圧管３内部の所定位置に挿入配置し、分割リング２と耐圧管３とが同一軸線上になる様に注意しながら、板バネサポート４の外周端部を耐圧管３の内周面上にすみ肉溶接１２で取付けした後、耐圧管３の内面を分割リング３の外面の間に断熱材７を張設、施工する。
【００１２】
次いで、図１５に示すように、ライナ１の両端部を隣接する分割リング２の内周面に挿入して、ライナ１の一端部のみを、分割リング２の内周面上にすみ肉溶接して取付ける。
このように、軸方向に分割されたライナ１を順次この手順で挿入、取付けして、最終的に、図９に示す高温ガス配管内部の断熱材７の排ガス面をライナ１で被覆して、断熱材７の飛散、脱落を防止した高温ガス配管１０が完成するわけであるが、上述した従来の技術による、高温ガス配管１０の耐圧管３内部へライナ１を取付ける、高温ガス管内部ライナ取付装置には、次の様な問題が有る。
【００１３】
まず、ライナ１（および分割リング２）と耐圧管３との半径方向熱膨張差δＲは、図１１に示す様な、板バネサポート４のたわみによって吸収することができるわけであるが、その際に板バネサポート４の両端部の分割リング２の外周面、および耐圧管３の内周面へのすみ肉溶接部に、曲げモーメントＭによる応力が発生する。
【００１４】
このうち、比較的低温の耐圧管３の内周面へのすみ肉溶接部に発生する曲げモーメントＭについては、このモーメントＭによって、少し位高い応力が発生しても、材料強度上、特に支障は生じないが、高温の分割リング２の外周面のすみ肉溶接部の、曲げモーメントＭにより発生する応力は、たとえ、それが低い応力値であっても、この溶接部は高温のため、この部分の、材料強度（クリープ及び疲労強度）がほとんど期待できないことから、それによって損傷を起こす恐れが有る。
【００１５】
すなわち、分割リング２が耐圧管３の所定位置に固定できなくなり、ライナ１が軸方向に移動して、断熱材７の接ガス面に飛散、脱落が起る可能性が発生するとともに、ライナ１が振動を起すようになる。
この高温の分割リング２外周面への板バホサポート４の取付けは、すみ肉溶接によるものであり、その応力集中が高いために、より疲労損傷を起こし易い構造となっている。
【００１６】
また、分割リング２は、隣接するライナ１間に、高温ガスにより伸縮する軸方向スライド分の隙間（＞δｘ）が確保される様に、軸方向に位置決めして、耐圧管３の内面に取付ける必要が有り、そのためには、図１３に示す板バネサポート４と分割リング２との外径Ｌの組立て品を、図１４に示す様に、内径Ｄの耐圧管３の内部に挿入、取付けする必要があるが、この場合、相対する板バネサポート４の外径端部間寸法Ｌを、耐圧管３の内径Ｄよりも小さくしなければ、組立て品を耐圧管３の内部に挿入できないことは自明である。
このために、板バネサポート４の外径端部間の寸法を耐圧管３の内径Ｄより小さくして、組立て品を耐圧管３内に挿入して取付けるようにすると、板バネサポート４の外径側端部を耐圧管３の内面にすみ肉溶接して取付けする際に、隙間のあいた状態で溶接作業を行う必要が生じ、分割リング２と耐圧管３とが同一軸線上になる様に、正確に取付けする必要が有るにも拘わらず、作業性が悪くなるという不具合がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来の高温ガス管内部ライナ取付装置の不具合を解消するため、分割リング２を耐圧管３の内面に取付ける板バネサポート４の、特に、内径端部の分割リング２外周面への取付部に発生する曲げモーメントを軽減して、この取付部に発生する集中応力を小さくして、この部分の疲労損傷をなくするとともに、分割リング２の耐圧管３内部への取付時の、板バネサポート４の外径端部の耐圧管３内面への取付け作業性を良くして、分割リング２と耐圧管３とが同心状に、正確に、しかも容易に取付けることができる、高温ガス管内部ライナ取付装置を提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の高温ガス管内部ライナ取付装置は、次の手段とした。
【００１９】
（１）軸方向に分割され、高温ガスを移送する耐圧管内面に施工した断熱材の接ガス面に設置される円筒状のライナ、前記ライナの軸方向両端部に設置され、内周面に挿入された前記ライナの両端部のうちの一端部を固着する分割リング、前記分割リングと前記耐圧管内面との間に、軸方向と傾斜して配設されて連結する板バネサポートからなる高温ガス管内部ライナ取付装置において、軸方向と平行な座面を形成して前記耐圧管内面に固着された取付座と、一端部が前記分割リングの一端に突合せ溶接固着され、他端部が前記座面と平行な面をもつボルト取付部にされ、前記分割リングを前記耐圧管の内部に固着する前記板バネサポートとを設けると共に、  前記分割リングに一端部を固着し、前記耐圧管内部に取付けるときの前記ボルト取付部の半径が、前記高温ガス通過時の前記耐圧管と前記分割リングとの径方向のほぼ熱膨張差分だけ短くした前記板バネサポートであることを要旨とする。
【００２０】
このように、本発明の高温ガス管内部ライナ取付装置は、帯状の分割リングの端部に、板バネサポートの内径端部が突合せ、溶接取付けされ、耐圧管内面に取付けられた取付座の座面に、板バネサポートの外径端部を沿わせて、ボルト止めした後に、板バネサポートを取付け座に、すみ肉溶接取付けする構造とすることにより、断熱材の内周面を被覆する隣接したライナは、分割リングの内周面を自由に摺動して、従来装置と同様に耐圧管との間に生じる軸方向の熱膨張差δｘが吸収され、また、ライナおよび分割リングの耐圧管との間に生じる半径方向の熱膨張差δＲは、板バネサポートの半径方向のたわみで吸収されるともに、内部を流れる高温ガス流によって、ライナに振動が発生するようなことはなくなる。
【００２１】
また、この板バネサポートがたわむときに、板バネサポートの分割リングおよび耐圧管への取付部に発生する曲げモーメントを著しく軽減することができる。
これにより、特に板バネサポートの分割リングへの取付部に発生していた疲労損傷をなくすることができる。
また、分割リングの耐圧管内部への同心状の取付けが、正確に、しかも容易になり取付け作業性が良好になる。
【００２２】
このように、板バネサポートを耐圧管とライナ（分割リング）との半径方向熱膨張差分だけ短い寸法の外径で製作し、分割リングの耐圧管内部への取付け時には、取付け座の座面に、板バネサポートのボルト取付部をボルトの締付けで引寄せて、沿わせる構造とすることにより、分割リングと板バネサポートを前もって組立てておき、耐圧管内部に取付けるとき、耐圧管内部へ挿入が容易になるとともに、ボルトの均等な締付けにより、分割リングを耐圧管と軸心を合わせて、耐圧管の内部に、正確に取付けることができ、作業が容易になる。
【００２３】
また、内部を高温ガスが通過するとき、板バネサポートに発生する応力は、前述した板バネサポートの内径端部の分割リングとの取付け、ボルト取付部の取付座との取付構造の採用と相俟って、ほとんど、ゼロとすることができ、クリープによる損傷の恐れをなくすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高温ガス管内部ライナ取付装置の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。
図１は、本発明の高温ガス管内部ライナ取付装置の実施の第１形態を示す縦断面図、図２は、図１に示す矢視Ａ−Ａにおけるよこ断面図、図３は図１に示すＡ部の拡大図である。
なお、本発明の実施の形態を示す図面において、図８〜図１４において示した、従来の高温ガス管内部ライナ取付装置の部材と同一部材には、同一符番を付して説明は省略する。
【００２５】
これらの図に示すように、耐圧管３の内周面には、取付座１１が突設されている。
取付座１１の内面には、軸心方向と平行にされた座面１２が設けられており、この座面１２に、後述する板バネサポート４の外径端部に設けたボルト取付部４２を沿わせて、ボルト１３で固着するようにしている。
【００２６】
また、耐圧管３の内面には、断熱材７が張設されるとともに、断熱材７の内周面の接ガス面８には、軸方向に分割されたライナ１が張設されている。
ライナ１の分割部両端部は、ライナ１の軸方向の長さに、耐圧管３とライナ１の軸方向の熱膨張差δｘを加えた長さより、若干長くしたピッチで軸方向に配設された、帯状の分割リング２の内周面にそれぞれ挿入され、一端部のみが分割リング２の内周面に、図３のＣ部詳細を示す図４（ｂ）に示すように、溶接固定されている。
従って、分割リング２の内周面に固着されない他端部が、分割リング２の内周面を軸方向に摺動して、ライナ１の軸方向の熱伸びを吸収することができる。
【００２７】
また、分割リング２の１端には、軸心方向と平行にされた、板バネサポート４の内径端部４１の端面が、図３のＤ部詳細を示す図４（ｄ）に示すように突き合せ溶接で固着されている。
板バネサポート４の外径端部には、内径端部４１と同様に、軸心方向と平行にされたボルト取付部４２が設けられており、このボルト取付部４２が前述したように、取付座１１の座面１２とボルト１３で固着された後、図３のＢ部詳細を示す図４（ａ）に示すように、端面を座面１２と溶接して固着するようにしている。
【００２８】
このように、内径端部４１が分割リング２の一端に突き合せ溶接で固着され、外径端部のボルト取付部４２が座面１２と固着され、軸心方向から傾斜させて拡開された板バネサポート４により、分割リング２は耐圧管３内部の所定位置に固着されて、ライナ１を断熱材７の接ガス面８に張設するようにしている。
【００２９】
以上に述べた、本実施の形態の高温ガス管内部ライナ取付装置による、ライナ１の耐圧管３内部への組立て手順としては、まず図５に示す様に、複数の板バネサポート４を帯状の分割リング２の端部に突合せ溶接取付けしておく。
ここに、板バネサポート４は、取付け寸法ｈに対して耐圧管３とライナ１との半径方向熱膨張差δＲだけ短い寸法ｈ−δＲで製作する。
【００３０】
次に、図６及び図７に示す様に、取付け座１１を耐圧管３内面の所定位置にすみ肉溶接で取付けておき、図５に示す板バネサポート４と分割リング２との組立て品を挿入して、取付座１１の座面１２に板バネサポート４のボルト取付部４２をボルト１３締付けで引寄せ固定する。
そして、取付け寸法ｈで取付座１１の座面１２に、板バネサポート４の取付部４２を沿わせた後に、取付部４２の端面を座面１２にすみ肉溶接して取付け、その後に耐圧管３の内面に断熱材７を施工する。
【００３１】
次いで、図８に示す様に、ライナ１の両端部を分割リング２の内周面に挿入してライナ１の一端部のみを、分割リング２の内周面にすみ肉溶接取付けする。このようにして、軸方向に耐圧管３の直径よりも短い長さに分割されたライナ１を、順次この手順で、挿入、取付けして、図１に示す高温ガス配管１０の内部ライナ構造が耐圧管３の内部に完成するわけであるが、隣接するライナ１間には、軸方向スライド分の隙間（＞δｘ）が確保される様に、分割リング２が軸方向に位置決めして取付けられている。
【００３２】
以上述べた、本発明の実施の形態による高温ガス管内部ライナ取付装置を採用することにより、従来の技術と同様に、ライナ１と耐圧管３との軸方向熱膨張差δｘは、ライナ１の分割リング２内部でのスライドによって吸収することができ、ライナ１と耐圧管３との半径方向熱膨張差δＲは、各分割リング２から耐圧管３の内面に向って放射状に、管軸に対して傾斜して伸びる複数の板バネサポート４のたわみによって吸収することができるとともに、内部の高温ガスの通過によって生じるライナ１の振動は、板バネサポートによる分割リング２の耐圧管３への固着によって止めることができる。
【００３３】
さらに、本発明の実施の形態では、板バネサポート４を耐圧管３とライナ１との半径方向熱膨張差分だけ短い寸法で製作し、取付座１１の座面１２に板バネサポート４をボルト１３締付けで引寄せて取付けたことにより、高温時の応力がゼロに近づくことになり、クリープによる損傷の心配は無くなる。
また、高温の分割リング２側の板バネサポート４取付けは、突合せ溶接によるものであり、その応力集中が、従来技術のすみ肉溶接の場合よりも軽減されて、疲労損傷を起こしにくくなる。
【００３４】
さらに、板バネサポート４と分割リング２との組立て品を、耐圧管３の内部に挿入する際、複数の板バネサポート４の全数が製作寸法ｈ−δＲにできていて、その時の相対する板バネサポートの外径間の寸法Ｌ′が、相対する取付座１１の座面１２間寸法Ｄ′よりも小さくなっていることにより、挿入が容易となる。また、板バネサポート４の全数を製作寸法ｈ−δＲで、均等に製作しておくことにより、ボルト１３の締付けを均等に行うことにより、自動的に分割リング２と耐圧管３とが同一軸線上になり、分割リング２を耐圧管３と同軸にして、耐圧管３内部へ取付けるための作業性が改善される。
【００３５】
要するに、上述した実施形態のものは、下記（１）から（３）の構成を有するものである。
（１）耐圧管の軸心方向と平行にされ、板バネサポートの外径端部が取付けられる座面をもつ取付座を、耐圧管の内面に固着して設けた。なお、取付座は、分割リングから軸心と傾斜して拡開される板バネサポートの外径端部の、それぞれを耐圧管内面に固着する位置に、周方向に複数設ける板バネサポートの個数だけ設けるようにした。
【００３６】
（２）一端部である内径端部が、分割リング（ライナ）の半径方向の熱伸縮時に発生する曲げモーメントを少くするように、分割リングの一端に同軸状に固着され、軸心と傾斜して拡開させた他端部の外径端部が、取付座の座面と平行な面にされたボルト取付部にされて、分割リングを同心状に耐圧管内部に固着して、支持する板バネサポートを設けた。
【００３７】
（３）分割リングを耐圧管の内部に固着し、支持する板バネサポートの一端部を、分割リングの一端部に固着したとき、板バネサポートの他端部に設けられ、軸心方向と平行にされたボルト取付部の外径が、耐圧管の内径よりも、高温ガス通過時に生じる耐圧管と分割リングとの径方向のほぼ熱膨張差分だけ短くなるようにした。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の高温ガス管内部ライナ取付装置によれば、特許請求の範囲に示す構成により、板バネサポートの損傷を確実に防止することができ、かつ、組立ての作業性を改善することができる。
これによって、加圧流動床ボイラーとガスタービンとの複合発電プラントで、ボイラーからガスタービンに高温ガスを供給する等の高温ガス配管の、信頼性向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の高温ガス管内部ライナ取付装置の実施の第１形態を示す縦断面図、
【図２】  図１に示す矢視Ａ−Ａにおける横断面図、
【図３】  図１に示すＡ部の拡大図、
【図４】  図３の溶接部の詳細を示す図で、図４（ａ）は図３のＢ部詳細図、図４（ｂ）は図３のＣ部詳細図、図４（ｃ）は図３のＤ部詳細図、
【図５】  分割リングと板バネサポートの組立て体の縦断面図、
【図６】  図５に示す分割リングと板バネサポート組立て体の、耐圧管内部への挿入時を示す縦断面図、
【図７】  図６のＥ部詳細図、
【図８】  断熱材内周面へライナ張設時を示す縦断面図、
【図９】  従来の高温ガス配管の内部構造を示す縦断面図、
【図１０】  図９に示す矢視Ｂ−Ｂにおける横断面図、
【図１１】  図９のＦ部を示す拡大図で、図１１（ａ）はＦ部全体図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＧ部詳細図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＨ部詳細図、
【図１２】  耐圧管とライナ（分割リング）の熱膨張差が生じたときの板バネサポートの挙動を示す図、
【図１３】  従来の分割リングと板バネサポートの組立て体の縦断面図、
【図１４】  図１３に示す組立て体の耐圧管内部への挿入時を示す縦断面図、
【図１５】  従来の断熱材内周面へライナを張設している状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１    ライナ
２    分割リング
３    耐圧管
４    板バネサポート
４１  板バネサポート内径端部
４２  板バネサポートボルト取付部
７    断熱材
８    接ガス面
９    すみ肉溶接部
１０  高温ガス配管
１１  取付座
１２  座面
１３  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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