(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間の幅埋めをなす平鋼の加工装置であって、前記平鋼を幅方向に挟み込む一対の圧延ロールと、前記隙間の形状を示す数値データに対応して前記圧延ロール同士の間隔と回転速度差とを可変にする制御手段とを備えたことを特徴とする圧延加工装置。
【請求項２】
スパイラルチューブモジュールを並べ火力ボイラの火炉外壁を構築する際、前記スパイラルチューブモジュール間に生じる隙間を幅埋めする平鋼の加工装置であって、前記平鋼を幅方向に挟み込む一対の圧延ロールと、前記隙間の形状を示す数値データに対応して前記圧延ロール同士の間隔と回転速度差とを可変にする制御手段とを備えたことを特徴とする圧延加工装置。
【請求項３】
前記圧延ロール通過後の前記平鋼には、送り量検出ローラを接触させるとともに、この送り量検出ローラからの値を前記制御手段に送り込み可能にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧延加工装置。
【請求項４】
スパイラルチューブモジュールを並べるとともに、前記スパイラルチューブモジュール間に生じる隙間に平鋼を幅埋めし、火力ボイラの火炉外壁を構築する火炉外壁の構築方法であって、前記隙間形状を数値データとして記録し、この数値データをもとに制御手段にて一対の圧延ローラを回転させ前記平鋼を前記隙間形状に合わせて圧延したのち、この平鋼を前記隙間に幅埋めすることを特徴とする火炉外壁の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパイラルチューブモジュール同士を突き合わせる際モジュール間に生じる隙間の幅埋めをおこなう平鋼を形成するための圧延加工装置、および同装置を用い火力発電所ボイラ等における火炉の外壁を構成するスパイラルチューブ壁の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は火力発電所の火炉外壁面の状態を表す説明図である。同図に示すように火炉外壁面１は多管構造とされ、ボイラの種類によっては熱効率向上の目的で、炉壁チューブ２がスパイラル状になっており、チューブ相互はメンブレンバーと呼ばれる平鋼３によって幅埋めされている。このようなスパイラルチューブ壁は現地での直接構築が困難であるため、通常、鉛直方向に４〜６分割、スパイラル傾斜方向に１０分割した状態で、予め工場にてモジュール製作し、これを現地に搬入してモジュール同士を溶接接合することによって火炉外壁面１を構築している。各モジュールの傾斜方向の縁はチューブ２となっており、現地では各モジュールのチューブ２同士の隙間を平鋼３で幅埋めして一体の炉壁としている。このチューブ２同士の隙間は長さ１０〜３０ｍ、幅寸法に関しては、設計図面上では、モジュールのメンブレンバーと同一（１７ｍｍ程度）であるが、現物は製缶公差のため１０〜２０ｍｍの範囲となっており、しかも同一隙間であっても広がったり狭まったりして一定でないことが多い。
【０００３】
ところで、分割モジュールの現地組立てに際し、スパイラルチューブ同士の隙間に幅埋めされる平鋼３は、予め設計された図面仕様に準拠したチューブ２間の隙間幅（１０〜２０ｍｍ程度）に合わせて加工された幅方向縁部両端開先加工済みのものが用いられ、これをモジュール上段から順次下方に向けて幅埋めされる。このような作業では、平鋼幅埋め溶接作業前の段取りとして、平鋼３のサイズを実際の隙間に適応させるには現物合わせ加工作業を必要としている。この作業は、図面仕様に準拠し製作された数種の幅サイズの素材の中から幅埋めされる隙間幅に適当なものを選び、作業性が良いように３００〜１５００ｍｍ程度の長さ毎に、平鋼表面に現物隙間に合わせて目視でケガキ針、あるいは油性ペンを用いてケガキを入れ、手持ち電動サンダーによって摺り加工し、現物合わせと摺り加工を繰り返して、隙間に平鋼３が一致するまで行っている。しかし、このような摺り加工量は最大３ｍｍにも達し、しかも長さ方向でうねった形状等もあって一様ではなく、更に、このような平鋼３の加工は、ボイラの規模によっても異なるが、加工総延長７００〜１０００ｍ程度の物量があり、多数の作業従事者と多くの作業時間（１０〜３０分／１ｍ）程度が必要となっていた。
【０００４】
そして前述の作業は、高所及び閉所での繰り返し作業のため、合理化が強く望まれていた。すなわち組立て現場で隙間を計測しつつ直接加工することができれば、上述した問題を解決することができ作業の合理化を達成できる。このため隙間形状を隙間計測装置によって計測し、デジタルデータとしてフロッビーディスク等の記憶媒体に記録し、さらにその記憶媒体に記録されたデジタルデータを基に、現場内に設置した加工装置によってＮＣ加工を行うことが考えられた。
【０００５】
このような方法では、隙間部分に急激な凹凸が存在しても、その凹凸形状に倣って平鋼３を加工できる。このためスパイラルチューブ壁鉛直方向分割部５のようにスパンが比較的短く（１００〜５００ｍｍ）かつチューブの突合せ溶接が存在する部分に適用すれば、多数の作業従事者と多くの作業時間を必要とせずとも平鋼３の製作をおこなうことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし傾斜方向分割部４に用いられる長い平鋼３（５００〜１５００ｍｍ）に上述のＮＣ加工装置（切削方式）を適用しようとすると、以下の点で問題が生じる。
【０００７】
第１の問題点は、切削加工においては平鋼３（ワーク）を強く把持する必要があるため平鋼３（ワーク）の把持手段長さは１５００ｍｍ程度となっている。ここで加工装置は切削カッタあるいは把持手段を平鋼３（ワーク）の長手方向に移動させる必要があるため、該加工装置は大型となり現場内に持ち込む加工装置として好ましくなかった。
【０００８】
第２の問題点は、切削方式では平鋼幅方向縁部両面それぞれについて加工を行う必要がある。このため縁部を切除した分再度開先を取り直す必要があり、材料取りが悪化するという点である。
【０００９】
第３の問題点は、切削方式で加工した場合、多くの加工時間（１０〜１５分／１ｍ）を必要とするので作業効率が低下するという点である。
第４の問題点は、切削加工であることから粉塵が発生するので、作業現場の環境が悪化するという点である。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点に着目し、小型・軽量であるとともに加工時間が短く、また材料取りの効率が良く粉塵発生のない圧延加工装置および同装置を用いた火炉外壁の構築方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、傾斜方向分割部に用いられる長い平鋼を製作するのにあたり、切削方式の代わりに圧延方式を用いれば、加工装置の小型軽量化や加工時の粉塵の発生を防止することができるという知見に基づいてなされたものである。
【００１２】
すなわち本発明に係る圧延加工装置は、隙間の幅埋めをなす平鋼の加工装置であって、前記平鋼を幅方向に挟み込む一対の圧延ロールと、前記隙間の形状を示す数値データに対応して前記圧延ロール同士の間隔と回転速度差とを可変にする制御手段とを備えるように構成した。
【００１３】
そして具体的な用途としては、スパイラルチューブモジュールを並べ火力ボイラの火炉外壁を構築する際、前記スパイラルチューブモジュール間に生じる隙間を幅埋めする平鋼の加工装置であって、前記平鋼を幅方向に挟み込む一対の圧延ロールと、前記隙間の形状を示す数値データに対応して前記圧延ロール同士の間隔と回転速度差とを可変にする制御手段とを備えるように構成した。ここで前記圧延ロール通過後の前記平鋼には、送り量検出ローラを接触させるとともに、この送り量検出ローラからの値を前記制御手段に送り込み可能にするのが望ましい。
【００１４】
また本発明に係る火炉外壁の構築方法は、スパイラルチューブモジュールを並べるとともに、前記スパイラルチューブモジュール間に生じる隙間に平鋼を幅埋めし、火力ボイラの火炉外壁を構築する火炉外壁の構築方法であって、前記隙間形状を数値データとして記録し、この数値データをもとに制御手段にて一対の圧延ローラを回転させ前記平鋼を前記隙間形状に合わせて圧延したのち、この平鋼を前記隙間に幅埋めする手順とした。
【００１５】
【作用】
上記構成によれば、あらかじめ幅埋めする隙間の形状を数値データとして記録させておく。そして制御手段にこの数値データを読み込ませ、圧延加工後の形状が形成されるように圧延ロール間の距離を設定する。ここで圧延加工中に平鋼に反り等が発生し当該平鋼の直進性が悪化しても、左右の圧延ローラの回転速度に差を持たせ平鋼の直進性を保つことができる。また左右の圧延ローラの回転速度に積極的に差を持たせることで、平鋼に円弧部を形成することもできる。さらに本圧延については隙間形状に平鋼圧延後形状を一致させ、幅埋めすることが可能であればよい。このため圧延による平鋼の厚み方向の寸法変化については許容する。
【００１６】
ところで火力発電所ボイラ等における火炉の外壁を構成するスパイラルチューブ壁の傾斜方向分割部の隙間は、鉛直方向分割部にみられるようなチューブ継ぎ合わせ部の溶接肉盛はない。よって局所的な変形はなく、隙間形状はテーパ状あるいは鼓状のなだらかな変形で、しかも加工後の幅寸法さえ合致していれば叩き込むことで幅埋めすることができる。
【００１７】
すなわちスパイラルチューブモジュール間に生じる隙間の形状を現場にてあらかじめ計測しておく。そして計測が終了した後には、隙間の形状を表示する数値データを制御手段に読み込ませる。ここでスパイラルチューブモジュールの積み重ねにより、当該スパイラルチューブモジュールにはたわみが発生しており、隙間形状は同一のものはなく、各種多様な形状となっている。
【００１８】
そして制御手段に数値データを読み込ませた後は、平鋼を挟み込む一対のローラを回転させ平鋼の圧延を開始する。ここで圧延ローラは、制御手段からの信号を受け圧延ローラ同士の圧延間隔の量を変動させたり、あるいは圧延ローラ間の回転速度を変動させる。このような圧延ローラの変動によって当該圧延ローラを通過した平鋼には、隙間形状に倣うテーパあるいは鼓状のなだらかな形状が形成される。そして圧延ローラを通過した平鋼を対象となる隙間に幅埋めし、その後平鋼両端を溶接すれば、火力ボイラの火炉外壁を構築することができる。
【００１９】
なお圧延ロール通過後の平鋼には、送り量検出ローラを接触させるとともに、この送り量検出ローラからの値を制御手段に送り込み可能にすれば、圧延後の平鋼長さを正確に検知することができる。このため圧延ローラ同士の距離および回転速度の変動を適時なすことが可能となり、もって圧延ローラ通過後の平鋼の形状を隙間により近似させることができる。
【００２０】
また圧延においては、ワーク中心線に対し常に左右均等（線対称）に加工される。したがって通常への字のような非線対称形状の加工を行うことは難しい。しかし圧延ローラの出口での直進性に応じて、一対の圧延ロールそれぞれの回転速度を積極的に変化させれば、ワークの直進性の保持を行うことができる。さらに積極的にワークの直進性を変化させることで、非線対称形状のワークの加工も行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る圧延加工装置および火炉外壁の構築方法について好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は圧延加工機における圧延ローラ周囲の斜視図を示し、図２は同圧延ローラ周囲の平面図および圧延ローラの側面図を示し、図３は圧延加工機１０の構成図を示す。これらの図に示すように本発明に係る圧延加工機１０では一対の圧延ローラ１２が設けられており、当該圧延ローラ１２にて加工対象となる平鋼１４を挟み込み、これを送り出すことで平鋼１４の圧延を可能にしている。
【００２３】
圧延ローラ１２は、平鋼１４に対して十分な厚みを持ったドラム形状となっており、その厚み方向中央部分には、平鋼１４を取り込むとともに当該平鋼１４の圧延をなす溝部１６が設けられている。ここで当該溝部１６の幅寸法は平鋼１４の厚み形状に対し約１０％幅広に設定されており、圧延後の平鋼１４の断面形状が鼓状に変形するのを防止している。また当該溝部１６の最奥部分はＶ字形状となっており、平鋼１４が圧延ローラ１２を通過すると平鋼１４の幅方向両端が溝部１６の最奥形状に倣い、先細り形状になるようにしている。ところで圧延ローラ１２に挟み込まれる平鋼１４にも、あらかじめその幅方向両側に圧延ローラ１２の最奥部形状に倣う先細り形状が形成されている。本実施の形態では平鋼１４の断面六角形状を丸棒からの引き抜きによって製作しているが、矩形断面形状の平鋼を断面六角形状に切削加工したり、あるいは矩形断面形状の平鋼をそのまま適用するようにしてもよい。
【００２４】
一対の圧延ローラ１２における回転中心には、インバータモータ１８の軸心が取り付けられており、これら一対のインバータモータ１８を独立して動作させることで圧延ローラ１２間の回転速度差を発生可能にしている。またこれら一対のインバータモータ１８は、平鋼１４の幅方向に沿って移動可能としている。すなわち一対のインバータモータ１８には、それぞれねじ駆動油圧シリンダ２０と油圧シリンダポンプ駆動用サーボモータ２１とが接続され、これらを駆動させることにより一対のインバータモータ１８同士を連結するように設けられたガイドシャフト２２に沿ってインバータモータ１８を移動可能にしている。また圧延加工機１０の外枠２４にはガイドシャフト２２の軸心方向に沿って移動量検知用ダイヤルゲージ２６が設けられており、ガイドシャフト２２に沿って移動するインバータモータ１８の移動量を正確に検知できるようになっている。
【００２５】
また圧延ローラ１２における平鋼１４の送り出し側には、圧延後の平鋼１４の長さを計測する送り量検出ローラ２８と、圧延後の平鋼１４の反りや直進度を検出するデジタルゲージ３０とが設けられる。
【００２６】
送り量検出ローラ２８は、平鋼１４を厚み方向に挟み込み可能となるよう一対設けられており、これを平鋼１４に接触させることでローラの転動がなされるようにしている。そして送り量検出ローラ２８の軸心には、当該送り量検出ローラ２８の転動量を計測するロータリーエンコーダ（図示せず）が設けられており、圧延ローラ１２同士の間隔が変動し、それに伴い平鋼１４の伸び率が変動しても圧延後の正確な長さ（移動量）を計測できるようになっている。
【００２７】
また圧延後の平鋼１４の反りや直進度を検出するデジタルゲージ３０は、平鋼１４を幅方向から挟み込むように２組設けられている。デジタルゲージ３０は、そのゲージ先端に平鋼１４接触用の倣いローラ３２が設けられており平鋼１４表面に転接が可能になっているとともに、平鋼１４に反り等が発生し直進度に変化があると、ゲージの伸縮度合いが変化し、それによって圧延後の平鋼１４の直進度が計測できるようになっている。また平鋼１４の長手方向に平鋼１４を挟み込む２組のデジタルゲージ３０を設けてあることから、ゲージ３０の値を和差演算し平鋼１４の長手方向中心軸の曲率を得て、この値を基にロール速度を調整するようになっている。
【００２８】
またこうした圧延加工機１０には、平鋼１４の圧延形状を決定する数値データを読み込み、当該数値データに対応してモータ類の回転等を制御をおこなう制御手段２７が設けられている。そしてこの制御手段２７には上述したゲージ類からの測定値を読み込み可能となっており、測定された値に応じてモータ類のフィードバック制御ができるようになっている。なお制御手段２７には調達の容易さやコスト的な面よりパーソナルコンピュータなどを用いるようにしてもよい。
【００２９】
圧延ローラ１２と送り量検出ローラ２８との間には圧延加工の開始位置を明示させるためのポンチ４４が設けられている。これは圧延加工直後の平鋼１４の表面に押し付け可能となっており、平鋼１４の表面に打痕を形成可能にしている。このため圧延加工終了後は、この打痕を基準に圧延加工後の平鋼１４を切り出せばよい。
【００３０】
このように構成された圧延加工機１０を用いて、火力発電所ボイラ等における火炉の外壁を構成する手順を説明する。
火力発電所の火炉外壁面は多管構造とされ、ボイラの種類によっては熱効率向上の目的で、炉壁チューブがスパイラル状になっており、チューブ相互は平鋼によって幅埋めされている。このようなスパイラルチューブ壁は現地での直接構築が困難であるため、通常、鉛直方向に４〜６分割、スパイラル傾斜方向に１０分割した状態で、予め工場にてモジュール製作し、これを現地に搬入してモジュール同士を溶接接合することによって火炉外壁面を構築している。各モジュールの傾斜方向の縁はチューブになっており、現地では各モジュールのチューブ同士の隙間を平鋼で幅埋めして一体の炉壁となる。
【００３１】
図４は各モジュールのチューブ同士における傾斜方向分割部の隙間を示す説明図である。同図に示すように傾斜方向分割部の隙間３４は、鉛直方向分割部の隙間３６にみられるようなチューブ継ぎ合わせ部の溶接肉盛３８はない。
この傾斜方向分割部の隙間３４の形状を、最初に計測治具４０あるいは人手にて計測する。
【００３２】
傾斜方向分割部の隙間３４の数値データは、チューブ４２の長手方向距離と、この長手方向に対するチューブ４２間の間隔とで構成される。そしてこれらの数値データはパーソナルコンピューター等に取り込まれ、フロッピーディスク（以下ＦＤと称す）等の記録媒体に保存される。このように傾斜方向分割部の隙間３４の数値データはＦＤ等に次々と記録されていくことから当該数値データの保持および管理が容易になる。
【００３３】
火炉外壁面における傾斜方向分割部の隙間３４の計測が終了した後は、傾斜方向分割部の隙間３４の形状に倣う平鋼１４の製作を行う。当該平鋼１４の製作にあたり、まず数値データが記録されたＦＤを制御手段２７へと挿入し、当該制御手段２７にＦＤに記録された数値データを読み込ませる。そして制御手段２７に数値データを読み込ませた後は、ポンチ４４で平鋼１４の表面に打痕を付けるとともに圧延加工機１０を稼働させ、圧延ローラ１２に挟まれた平鋼１４を送り量検出ローラ２８側に送り込ませる。ここで送り量検出ローラ２８にはロータリーエンコーダが取り付けられていることから、送り量検出ローラ２８の転動速度すなわち圧延後の平鋼１４の移動速度を検知することができる。このため制御手段２７は、送り量検出ローラ２８の転動速度を受けて圧延加工に最適な速度をインバータモータ１８に指示することができる。
【００３４】
また平鋼１４の幅方向両端には２組のデジタルゲージ３０が設けられていることから平鋼１４に反り等が発生し、当該平鋼１４の直進度が変化すると合計４つのデジタルゲージ３０の値が変動する。ここで制御手段２７はこれらデジタルゲージ３０の値を和差演算し平鋼１４の長手方向中心軸の曲率を得るようになっている。そしてこの値（曲率値）をもとに左右のインバータモータ１８の回転速度を変動させ（例えば右曲りの場合、右側圧延ローラの回転速度を上げ、左側圧延ローラの回転速度を下げる）平鋼１４の直進性を確保するようにしている。また一対の圧延ローラ１２に回転速度差を持たせることで、曲がりのある加工を積極的に行うことも可能になっている。
【００３５】
ところで加工を行う際には、平鋼１４を送り量検出ローラ２８やデジタルゲージ３０にかかるようにある程度出口側に突き出した状態でセットする必要がある。このため圧延加工後、先端からポンチ４４の打痕の位置までは（１２０ｍｍ程度）端材として拾てることとなる。しかし、圧延加工においては、平鋼１４は長手方向に延びるため、材料歩留まりは低下することがなく、平鋼１４を有効に使用することができる。
【００３６】
そして圧延加工機１０を通り抜けた平鋼１４は、個々の傾斜方向分割部の隙間３４に対応するように個別の形態となっている（図５参照）。そしてこれらの平鋼１４を隙間３４に押し込み、その両面側より溶接を施せばよい。このように傾斜方向分割部の隙間３４を幅埋めする平鋼１４を圧延加工にて製作したことから、粉塵等が発生せず快適な作業環境を保つことが可能になる。また一対の圧延ローラ１２で平鋼１４の圧延をなすことから、圧延加工機１０の小型・軽量化を達成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、スパイラルチューブモジュールを並べるとともに、前記スパイラルチューブモジュール間に生じる隙間に平鋼を幅埋めし、火力ボイラの火炉外壁を構築する火炉外壁の構築方法であって、前記隙間形状を数値データとして記録し、この数値データをもとに制御手段にて一対の圧延ローラを回転させ前記平鋼を前記隙間形状に合わせて圧延したのち、この平鋼を前記隙間に幅埋めしたことから、平鋼の加工時間の短縮、材料取りの効率化が図れるとともに粉塵の発生を防止することができる。また圧延加工においては平鋼（ワーク）を強く把持する必要が無いので、圧延加工装置の小型・軽量化を図ることができ、作業現場での使い勝手が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧延加工機における圧延ローラ周囲の斜視図を示す。
【図２】圧延ローラ周囲の平面図および圧延ローラの側面図を示す。
【図３】圧延加工機１０の構成図を示す。
【図４】各モジュールのチューブ同士における傾斜方向分割部の隙間を示す説明図である。
【図５】圧延加工機１０を通り抜けた平鋼１４の形態を示す説明図である。
【図６】火力発電所の火炉外壁面の状態を表す説明図である。
【符号の説明】
１          火炉外壁面
２          炉壁チューブ
３          平鋼
４          傾斜方向分割部
５          鉛直方向分割部
１０          圧延加工機
１２          圧延ローラ
１４          平鋼
１６          溝部
１８          インバータモータ
２０          ねじ駆動油圧シリンダ
２１          油圧シリンダポンプ駆動用サーボモータ
２２          ガイドシャフト
２４          外枠
２６          移動量検知用ダイヤルゲージ
２７          制御手段
２８          送り量検出ローラ
３０          デジタルゲージ
３２          倣いローラ
３４          傾斜方向分割部の隙間
３６          鉛直方向分割部の隙間
３８          肉盛溶接
４０          計測治具
４２          チューブ
４４          ポンチ
【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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