(57)【要約】【課題】火炉壁を構成する傾斜管の溶射が短時間で施工でき、溶射粉末の高い歩留まりを達成でき、さらに、溶射膜厚の高均一性を確保することのできる溶射装置を提供すること。【解決手段】火炉壁を構成する傾斜管１に溶射トーチ８を用いて溶射する溶射装置において、上下方向、傾斜管に沿う略水平方向、火炉壁の直交方向に移動可能な溶射トーチを取り付けた四辺形のフレーム５と、フレーム５を火炉奥行き方向と上下方向に吊り下げ状態で移動させるフレーム吊り架構３と、フレームを吸着して火炉壁に固定状態とするフレーム固定治具と、から構成され、フレームの枠内で溶射トーチにより溶射施工を行った後に、フレームをフレーム固定治具を用いて次の投射施工領域に移動させること。【選択図】図１
2006249531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉壁を構成する傾斜管に溶射トーチを用いて溶射する溶射装置において、
上下方向、前記傾斜管に沿う略水平方向、火炉壁の直交方向に移動可能な前記溶射トーチを取り付けた四辺形のフレームと、
前記フレームを火炉奥行き方向と上下方向に吊り下げ状態で移動させるフレーム吊り架構と、
前記フレームを固定して前記火炉壁に固定状態とするフレーム固定治具と、から構成され、
前記フレームの枠内で前記溶射トーチにより溶射施工を行った後に、前記フレームを前記フレーム固定治具を用いて次の投射施工領域に移動させる
ことを特徴とする火炉壁管溶射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記溶射トーチは、前記四辺形フレームの内の垂直方向フレーム同士に掛け渡された移動レール上の可動部に取り付けられ、
前記移動レールは上下方向に移動可能であり、且つ前記可動部は前記移動レール上を略水平方向に移動可能であり、
前記溶射トーチは、前記可動部上で前記火炉壁の直交方向に移動可能であり、さらに、前記溶射される傾斜管の管軸の廻りに首振り可能である
ことを特徴とする火炉壁管溶射装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記四辺形フレームの内の略水平方向のフレームのなす角度は前記傾斜管の傾斜角度と一致することを特徴とする火炉壁管溶射装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記フレーム固定治具は、前記フレームを固定する面とは反対側の面に、前記傾斜管と傾斜管同士を結合するメンブレンバーとの形状に合致する略半円筒形状と平坦形状からなる底面を有する
ことを特徴とするボイラ火炉壁溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料性状又は燃焼条件により腐食環境にさらされる火炉壁、特に、ボイラ火炉壁を構成する傾斜した管への溶射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラの火炉壁は燃料として使用される油中の硫黄（Ｓ）量が多い場合又は低ＮＯｘ燃焼を行う場合の炉内還元性雰囲気の如何によっては、硫化腐食が生じ易い環境下となる。このため、長時間使用していく過程で火炉壁管の腐食減肉が生じ、設計上必要な最小肉厚（ｔｓｒ）付近まで管肉厚が減肉してくるというケースが存在する。このような場合には、対策として、燃焼条件の改善や火炉壁管に耐硫化腐食性の優れている溶射皮膜を溶射する方法が採用されてきた。溶射皮膜の組成としては耐食性の観点からサーメット系のＣｒＣ−ＮｉＣｒを用いたＨＶＯＦ（Ｈｉｇｈ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｏｘｙ−Ｆｕｅｌ）溶射やメタル系の５０Ｃｒ−５０Ｎｉを用いたプラズマ溶射等が採用されている。
【０００３】
火炉壁内で生じる硫化腐食の領域はバーナーのタイプ、バーナーの配置に大きく依存してくるが一般に火炉壁の広範囲に及ぶ場合が多い。このような場合には、従来人海戦術的に多くの時間をかけて溶射施工がなされるのが一般的であった。また、ボイラ火炉という密閉空間内での作業のため、高粉塵環境となり、また、溶射装置固有の高騒音環境下での作業であるという事情がある。
【０００４】
このような状況から、ボイラなどであらかじめ腐食環境が厳しいと予測される燃料（例えば、オリマルジョン）を使用する場合等には、ボイラ新設時に火炉壁全体に渡って傾斜管に機械的に溶射を施工することが行われている。
【０００５】
図７には、機械的に火炉壁全体に渡って傾斜管への溶射を施工する場合の従来の溶射装置及び溶射方法を示す（例えば、特許文献１を参照）。ここで、１は傾斜管、８は溶接トーチ、１０はトラバース用架台、１１は水平移動機構、１２トラバース用装置、１３は昇降装置、１３ａはワイヤ、をそれぞれ表す。この特許文献１に示す溶射方法では、溶射装置を高さ方向に固定し水平方向に移動させるためのトラバース用架台１０を天井部付近の昇降装置１３から吊り下げ、傾斜管１を斜めに横切りながら、水平方向の溶射を施工し、少しずつ高さ方向に移動しながら火炉壁全体の溶射を施工する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３１０８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に云って、管のような曲面を有する被溶射物に溶射を施工する場合、図４に示すように溶射トーチ８が被溶射面に直角に当たり、しかも、溶射トーチ８と被溶射物（例えば、管１）の距離が一定に保たれることが必須条件となる。従って、火炉壁を構成する傾斜管１に効率良く、膜厚を均一に溶射しようとすれば、図５に示すように、溶射トーチ８を首振りさせながら管軸方向に移動する方法か（図５の（ａ））、一定の角度で管軸方向に溶射してその角度を順じ変えていく方法（図５の（ｂ））が望ましいと云える。
【０００７】
しかしながら、図７に示す従来の溶射方法では、ワイヤで吊り下げられたトラバース用架台１０に溶射トーチ８が直接固定されているため、溶射時の燃焼ガス噴射反力の作用で傾斜管１と溶射トーチ８の距離が変化することによって、膜厚の精度、照射粉末原料の歩留まりといった点で課題が生じ得る。
【０００８】
本発明の目的は、火炉壁を構成する傾斜管に溶射を施工するに際して、溶射期間の短縮、溶射コストの低減、溶射膜厚の均一化、溶射粉末の歩留まり向上を図ることのできる溶射装置及び溶射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
火炉壁を構成する傾斜管に溶射トーチを用いて溶射する溶射装置において、
上下方向、前記傾斜管に沿う略水平方向、火炉壁の直交方向に移動可能な前記溶射トーチを取り付けた四辺形のフレームと、
前記フレームを火炉奥行き方向と上下方向に吊り下げ状態で移動させるフレーム吊り架構と、
前記フレームを吸着して前記火炉壁に固定状態とするフレーム固定治具と、から構成され、
前記フレームの枠内で前記溶射トーチにより溶射施工を行った後に、前記フレームを前記フレーム固定治具を用いて次の投射施工領域に移動させる構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、火炉壁を構成する傾斜管の溶射が短時間で施工でき、溶射粉末の高い歩留まりを達成でき、さらに、溶射膜厚の高均一性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る火炉壁管の溶射装置及び溶射方法について、図１〜図６を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る火炉壁管の溶射装置における全体構成を示す図である。図２は移動可能な溶射トーチを保持するフレームとフレーム固定用のフレーム固定治具を火炉壁に取り付ける構造を示す図である。図３はフレーム固定治具の具体的構造を示す図である。図４は溶射トーチにおける管への溶射姿勢を示す図である。図５は火炉壁を構成する傾斜管への溶射手順を示す説明図である。図６は火炉壁への溶射施工領域例を示す図である。
【００１２】
図面において、１は傾斜管、２は炉壁開口部、３はフレーム吊り架構、４はフレーム吊り架構用ワイヤ、４ａはフレーム吊り架構昇降装置、５はフレーム、６はフレーム用昇降装置、６ａはフレーム用ワイヤ、７は溶射施工領域、８は溶射トーチ、１４はマグネット式フレーム固定治具、１５は移動レール、１６はボールネジ、１７は昇降部、１８は水平移動部、をそれぞれ表す。
【００１３】
本発明の実施形態に係る火炉壁管の溶射装置の概要は、図１に示すように、炉壁開口部２からフレーム吊り架構用ワイヤで吊り下げられたフレーム吊り架構３と、フレーム吊り架構３からフレーム用ワイヤ６ａで吊り下げられたフレーム５と、フレーム５に設置された溶射トーチ８と、を備えており、フレーム５を固定する具体的構造は図２と図３に図示されている。また、本実施形態に係る傾斜管への溶射の方法は図４と図５に示す通りであり、また、溶射施工領域の例を図６に示す。
【００１４】
ここで、本実施形態に係る溶射装置が果たさねばならない技術的観点を述べる。いま、図６に示したように、経年的に使用したボイラの火炉壁の溶射施工領域７の例で説明すると、この領域７は一般にボイラの定期検査などで肉厚測定した結果から決められるケースが多く、このような複雑に入り組んだ溶射パターンとなることが多い。従来はこの溶射領域への溶射を粉塵、騒音環境の悪い中で人海戦術的に施工してきたが、短い定期検査期間内に効率良く（溶射期間の短縮、溶射コストの低減、溶射膜厚の均一化、溶射粉末の歩留まり向上）、溶射を施工するには、溶射装置を駆動する駆動機構を用いた方法によらざるを得ない。
【００１５】
そこで、ボイラ火炉壁の傾斜管への溶射施工固有の技術的観点を整理すると次のようになる。（１）管（チューブ）という曲率を有した面への溶射であり、しかも管が斜めに配置されていること。（２）火炉壁の広範囲（１０〜１５ｍ）に渡る垂直面への溶射であること。（３）定検期間という限定された期間内での作業であること。（４）高価な溶射粉末を使用するため、歩留まりが高いことが要求されること。本実施形態に係る溶射方法は、このような技術的観点を考慮して創出された手法である。
【００１６】
次に、本実施形態に係る溶射方法を用いる手順の概要（その詳細は後述する）は次のとおりである。すなわち、（１）ボイラ火炉壁のマンホールより各構成部品（フレーム吊り架構、フレーム、溶射トーチなど）を搬入して炉内で組み立て、（２）炉壁開口部２よりフレーム吊り架構用ワイヤ４を下ろし、フレーム吊り架構３を固定し、（３）フレーム吊り架構３からフレーム用ワイヤ６ａを下ろし、フレーム５を固定し、（４）溶射施工領域をプログラム設定する。（５）溶射施工（ブラスト、溶射）を実行する。
【００１７】
次に、各溶射手順について詳しく説明する。  
「各構成部品の搬入組み立て」
ボイラ火炉壁にはメンテナンス用のマンホールが各所に設けられている。一般に、マンホールはΦ５００〜６００ｍｍの大きさが有り、このマンホールよりフレーム吊り架構３及びフレーム５などの部品を搬入し、これらを炉内で組み立てる。
【００１８】
「フレーム吊り架構の設置」
フレーム吊り架構３は小型炉壁開口部２（例えば、蒸気式スートブロア開口部あるいはインスペクションドア開口部）より吊したフレーム吊り架構用ワイヤ４を用いて吊り下げる。このフレーム吊り架構３にはフレーム吊り架構自身が上下することのできるフレーム吊り架構昇降装置４ａが設置されている。フレーム吊り架構３は、後述するフレーム５のフレーム吊り架構への取り付けが終了した後に、溶射したい炉壁の最上部から２〜３ｍ上の部分に固定する。一般には、全ての溶射が終了するまで動かす必要は無いからである。
【００１９】
「フレームの固定」
フレーム吊り架構３をフレーム５を組み立てる場所までフレーム吊り架構昇降装置４ａを用いて下ろし、この位置でフレーム用吊り架構３から下ろしたフレーム用ワイヤ６ａを用いてフレーム５を吊り下げる。フレーム用ワイヤ６ａの上端はフレーム用昇降装置６に連結しており、このフレーム用昇降装置６を用いてフレーム５の上下方向の移動が可能であり、また、このフレーム用昇降装置６はフレームの溶射施工領域のシフトに伴って水平方向の移動を可能とするものである。さらに、フレーム５の火炉壁への固定は図２と図３に示すマグネット式フレーム固定治具１４を介して固定することができる。
【００２０】
図２と図３において、フレーム５は四辺形を形成し、垂直に形成された２つの垂直辺にはＹ方向に昇降する昇降部１７が設けられ、この昇降部１７間を結合する移動レール１５が設置されている。この移動レール１５にはＸ方向に移動可能な水平移動部１８が設けられ、この水平移動部１８に溶射トーチがＺ方向及び図４に示す回動方向に移動可能状態で取り付けられている。さらに、フレームの水平辺は管の傾斜角度に一致するように形成されている。したがって、溶射トーチ８は管軸方向に沿って略水平移動できる。また、マグネット式フレーム固定治具１４は、フレーム５と、傾斜管の連結用である平板状メンブレンバー及び傾斜管と、をオンオフする電磁石でともに吸着固定するものであり、また、メンブレンバーとは磁気吸着固定であってフレーム５とは取り付け金具による固定であっても良い。
【００２１】
「溶射施工領域のプログラム設定」
フレーム５は、昇降部１７によって図２に示すように垂直方向（Ｙ方向）に移動できる移動レール１５を有しており、さらに、この移動レール１５は溶射トーチ８を管軸方向（Ｘ方向）に移動できる機能を有している。この移動は一般に用いられるラック・ピニオン機構で実現できる。また、移動レール１５に取り付けられた溶射トーチ８は炉壁からの距離（Ｚ方向）及び角度（図４、図５に示すように）を変えられる機能を有している。なお、Ｚ方向の動きはボールネジを回転させるなどの周知の方法で実現できる。
【００２２】
管の肉厚測定結果により決定した溶射施工領域（例えば、図１の下図に示すような領域）に対し、あらかじめ設定した例えば図５の（ａ）のような施工方法に従ってフレーム内の施工及び炉壁全体の施工を実施するためのプログラムを設定する。
【００２３】
「溶射施工」
プログラム設定が終了したら溶射施工を行う。施工の手順としては、フレーム枠内のブラスト処理を行い、溶射面にアンカーパターンを設け、溶射を施工する。フレーム枠内の溶射が完了した後に、図３に示す管軸方向への移動が可能なマグネット式フレーム固定治具１４を用いて、管軸方向へ移動し、次の領域の溶射を施工することができる。
【００２４】
ここで、管軸方向の具体的な移行ステップは、次の二つのステップの組み合わせで達成できる。ここで、マグネット式フレーム固定治具が電磁石で炉壁とフレームとをともに吸着固定する構造であるとする（それぞれの固定はそれぞれの電磁石で行う構造を含む）。ステップ１として、マグネット式フレーム固定治具Ａ（１４−ａ）とマグネット式フレーム固定治具Ｃ（１４−Ｃ）を炉壁に固定した状態でマグネット式フレーム固定治具Ｂ（１４−ｂ）をマグネットフリーの状態にし（治具Ｂの電磁石をオフにして治具Ｂと炉壁をフリーにする）、ボールネジ１６を回転させてマグネット式フレーム固定治具Ｂ（１４−ｂ）を移動させる。この際、治具Ｂとフレームとは磁気吸着関係とし、治具Ａ及び治具Ｃとフレームとは非磁気吸着関係とすれば、治具Ｂの移動とともにフレームも移動する。
【００２５】
次に、ステップ２として、マグネット式フレーム固定治具Ｂ（１４−ｂ）を炉壁に固定した状態（治具Ｂの電磁石をオン）でマグネット式フレーム固定治具Ａ（１４−ａ）とマグネット式フレーム固定治具Ｃ（１４−Ｃ）をフリーにし、モータでボールネジを回転させて（図３には不図示であるが、治具Ａ及びＣと螺合する他のボールネジを設けて治具Ｂ上のモータで回転させて）、マグネット式フレーム固定治具Ａ（１４−ａ）とマグネット式フレーム固定治具Ｃ（１４−Ｃ）を移動させる（移動中はフレームとはオフ）。
【００２６】
なお、マグネット式フレーム固定治具を用いて、フレームを異なる溶射施工領域にシフトさせる具体的手法は、上述した方法に限らず、フレーム固定治具が炉壁との固定として電磁石を用い、フレームとの固定が取り付け金具を用いる構造のものであれば、取り付け金具の適宜の取り外し、取り付けを行ってフレームをシフトさせることができる。
【００２７】
図１の下図にはフレームの移動方法及び順序をしめすが、管軸方向へ移動することによりフレーム間の移動を円滑に行うことができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態に係る溶射方法では、図４又は図５に示す溶射プロセスを図６に示す複雑な溶射領域パターン内で実現することが必要となるため、溶射トーチを固定できるフレームを設ける必要があり、このフレーム内であらかじめ設定した動作プログラムに沿って溶射を行うことで、図４、図５の溶射プロセスが可能となる。このフレーム内での溶射が終了した段階で、フレームを管軸方向に移動することで次の領域の溶射が可能となる。フレームの大きさとしては、フレーム自体に十分な剛性を保てることが必要であり、２〜３ｍ角のものが望ましい。
【００２９】
また、管軸方向のフレームを移動させる移動機構（例として、マグネット式フレーム固定治具）としては、火炉壁を構成する管とメンブレンバー（上下配置の管同士を結合して炉壁の一部を構成する結合部材）が規則正しいピッチになっていることを利用し、図３に示すように半円筒状の底面と、メンブレンバーの平面に対応する平坦面（メンブレンバーの幅に略一致する寸法）とを備えたものが適している。また、フレームの固定は磁石を利用するとともに、落下防止及びフレーム移動を補助するフレーム用ワイヤで吊ることにより、安全なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る火炉壁管の溶射装置における全体構成を示す図である。
【図２】移動可能な溶射トーチを保持するフレームとフレーム固定用のフレーム固定治具を火炉壁に取り付ける構造を示す図である。
【図３】フレーム固定治具の具体的構造を示す図である。
【図４】溶射トーチにおける管への溶射姿勢を示す図である。
【図５】火炉壁を構成する傾斜管への溶射手順を示す説明図である。
【図６】火炉壁への溶射施工領域例を示す図である。
【図７】従来技術に関する火炉壁管の溶射装置における全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  傾斜管
２  炉壁開口部
３  フレーム吊り架構
４  フレーム吊り架構用ワイヤ
４ａ  フレーム吊り架構昇降装置
５  フレーム
６  フレーム用昇降装置
６ａ  フレーム用ワイヤ
７  溶射施工領域
８  溶射トーチ
１０  トラバース用架台
１１  水平移動機構
１２  トラバース用装置
１３  昇降装置
１３ａ  ワイヤ
１４  マグネット式フレーム固定治具
１５  移動レール
１６  ボールネジ
１７  昇降部
１８  水平移動部
【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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