(57)【要約】【課題】舶用ボイラの過熱管とヘッダが異種材料である場合の過熱管取付け方法であって、取付け後の過熱管に高い耐久性を持たせることができると共に、加工上の問題がない過熱管取付け方法等を提供する。【解決手段】舶用ボイラの過熱管を材料の異なるヘッダに取付ける際に、過熱管と同種材料の短管と、ヘッダと同種材料の短管とを、過熱管とヘッダとの間に設けて、これらの二つの短管を介して過熱管をヘッダに取付ける。【選択図】　　　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
舶用ボイラの過熱管を、前記過熱管と異なる材料で形成されたヘッダに取付ける過熱管取付け方法であって、
前記過熱管と前記ヘッダの間に、前記過熱管と同種材料で形成された第一の短管と前記ヘッダと同種材料で形成された第二の短管とを設け、
前記第一の短管と前記第二の短管の溶接と、前記第一の短管と前記過熱管の溶接と、前記第二の短管と前記ヘッダの溶接を行うことによって前記過熱管を前記ヘッダに取付ける
ことを特徴とする過熱管取付け方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第一の短管と第二の短管の溶接が、インコネル溶接である
ことを特徴とする過熱管取付け方法。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２において、
前記第一の短管と第二の短管の溶接が、前記第一の短管と過熱管の溶接及び前記第二の短管とヘッダの溶接よりも先に行われる
ことを特徴とする過熱管取付け方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、
前記過熱管が、ステンレス鋼で形成されている
ことを特徴とする過熱管取付け方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、
前記過熱管が、重量比１２％以上のＣｒを含有する鋼で形成されている
ことを特徴とする過熱管取付け方法。
【請求項６】
互いに異なる材料から形成されている過熱管とヘッダを有する舶用ボイラの過熱器構造であって、
前記過熱管と前記ヘッダの間に、前記過熱管と同種材料で形成された第一の短管と前記ヘッダと同種材料で形成された第二の短管とが設けられ、
前記第一の短管と前記第二の短管とが溶接されており、前記第一の短管と前記過熱管とが溶接されており、更に前記第二の短管と前記ヘッダとが溶接されている
ことを特徴とする舶用ボイラの過熱器構造。
【請求項７】
請求項６において、
前記第一の短管と第二の短管の溶接が、インコネル溶接である
ことを特徴とする舶用ボイラの過熱器構造。
【請求項８】
請求項６あるいは請求項７において、
前記過熱管が、ステンレス鋼で形成されている
ことを特徴とする舶用ボイラの過熱器構造。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれかにおいて、
前記過熱管が、重量比１２％以上のＣｒを含有する鋼で形成されている
ことを特徴とする舶用ボイラの過熱器構造。
【請求項１０】
過熱器のヘッダに取付けられる舶用ボイラの過熱管であって、
前記ヘッダと異なる材料で形成された過熱管本体と、
前記過熱管本体に溶接された、前記過熱管本体と同種材料で形成された第一の短管と、
一端で前記第一の短管と溶接され、他端で前記ヘッダに溶接される、前記ヘッダと同種材料で形成された第二の短管とを有する
ことを特徴とする舶用ボイラの過熱管。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舶用ボイラの過熱管の取付け方法に関し、特に、過熱器の過熱管とヘッダが異種材料から形成されている場合の過熱管取付け方法等に関する。
【従来の技術】
船舶の推進用蒸気タービンに過熱蒸気を供給する目的などで過熱器付きのボイラが従来から用いられている。かかるボイラとしては、燃料を燃焼させることによって発生された熱を密閉容器内の水に伝えて所要圧力の蒸気を発生させるボイラに過熱器を付属装置として設けたものが知られている。
図４は、過熱器を備えたボイラの一例を示した構造図である。図４に示したボイラは、燃料を燃焼させて熱を発生させる炉と、水及び蒸気を収容する密閉容器であるボイラ本体とを有し、炉は燃焼装置３１と燃焼室３２から構成されている。燃焼装置３１には、燃料の種類により異なる装置があるが、図４に示すボイラでは、燃焼装置３１としてバーナが用いられている。かかるバーナでは、火炎を発生し、燃焼ガスを生成する。バーナの下に位置する燃焼室３２では、バーナでほぼ燃焼されたガスを高温の下空気と接触させてよく燃焼させる。
一方、ボイラ本体は、水ドラム３３、蒸気ドラム３４、及びこれらのドラム３３、３４間に延びる複数のチューブを有しており、かかる複数のチューブには、図に示すように、フロントバンクチューブ又は前部蒸気管３５、及びリヤバンクチューブ又は後部蒸気管３６〜４０がある。水ドラム３３、蒸気ドラム３４、及び前記チューブ３５〜４０には水が充填され、水面は蒸気ドラム３４の所定の高さに設定されている。
更に、図４に示したボイラには、蒸気ドラム３４からの蒸気を過熱蒸気にするための過熱器４６が設けられている。過熱器４６は、出入口ヘッダ２０ａと、当該出入口ヘッダ２０ａと平行に延びる中間ヘッダ２０ｂと、両ヘッダ２０ａ、２０ｂ間に逆Ｕ字形に延びる過熱管１０とを有している。
出入口ヘッダ２０ａと中間ヘッダ２０ｂは、隔壁により複数の区画室に分離されており、複数の過熱管１０は、それぞれ、出入口ヘッダ２０ａの一つの区画室と中間ヘッダ２０ｂの一つの区画室を繋ぐパスを構成している。
かかる構成を有する図４に示したボイラでは、炉で発生した燃焼ガスがボイラ本体に向かって流れ、ボイラ本体に放射や接触によって熱を伝える。熱を伝えた後の燃焼ガスは、図に示すボイラ出口４１から出る。一方、燃焼ガスによって生成された、ドラム３３、前部蒸気管３５、及び後部蒸気管３６〜４０の蒸気は蒸気ドラム３４に収集される。
更に、蒸気ドラム３４の蒸気は、飽和蒸気管４５を介して出入口ヘッダ２０ａの入口に入る。出入口ヘッダ２０ａに入った蒸気は、出入口ヘッダ２０ａの各区画室と中間ヘッダ２０ｂの各区画室との間を過熱管１０を介して次々に流れることによって過熱され、出入口ヘッダ２０ａの出口から蒸気タービン等に供給される。
図５は、前述した過熱器４６の過熱管１０とヘッダ２０（出入口ヘッダ２０ａあるいは中間ヘッダ２０ｂ）の取付け部分を例示した図である。図の（ａ）は、取付け部分の全体を表しており、図の（ｂ）は、（ａ）のＹ部の断面を表している。図に示す従来の過熱管１０とヘッダ２０は、通常、共に同種材料のクロムモリブデン鋼で形成されており、例えば、過熱管１０は、Ｃｒ１％乃至２．２５％重量部を含むクロムモリブデン鋼で、ヘッダ２０は、Ｃｒ１％重量部を含むクロムモリブデン鋼で形成されていた。
従って、従来の過熱管１０のヘッダ２０への取付けは比較的容易であり、図に示されるように、過熱管１０を直接ヘッダ２０に設けられた穴５０に挿入し、図のＥ部において過熱管１０とヘッダ２０を溶接することによって行われていた。また、過熱管１０をその内部から広げる、即ち図５の（ｂ）に示す矢印（Ｆ）の方向に力を加える、いわゆる拡管も合せて行われる場合がある。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、前述した過熱器付きのボイラの燃料として粗悪な油が使用される傾向にあり、過熱管が接触する燃焼ガスにバナジウム等の腐食性の高い物質が含まれるようになった。従って、過熱管の耐久性を向上させるために、従来の材料（クロムモリブデン鋼等）よりも耐腐食性の高い材料（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼）によって過熱管を形成する必要がある。一方、ヘッダの方は、腐食雰囲気に位置しないこと、また耐腐食性の高い材料とすると加工性が悪いこと等の理由により、従来と同様の材料（クロムモリブデン鋼等）で形成されることが好ましい。
したがって、かかる場合の過熱管とヘッダの取付けは、異種材料の取付けとなり、前述した従来の取付け方法では、電位腐食が起こり好ましくない。具体的には、従来の取付けを行うと、図５の（ｂ）に示すように、ヘッダ２０の穴５０の内面において材料の異なる金属、例えば過熱管１０を形成するオーステナイト系ステンレス鋼とヘッダ２０を形成するクロムモリブデン鋼、が接することとなり、互いの電位差により腐食が発生する。よって、ヘッダと異なる材料の過熱管を従来方法で取付けることには問題がある。
そこで、本発明の目的は、舶用ボイラの過熱管とヘッダが異種材料である場合の過熱管取付け方法であって、取付け後の過熱管に高い耐久性を持たせることができると共に、加工上の問題がない過熱管取付け方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、舶用ボイラの過熱管を材料の異なるヘッダに取付ける際に、過熱管と同種材料の短管と、ヘッダと同種材料の短管とを、過熱管とヘッダとの間に設けて、これらの二つの短管を介して過熱管をヘッダに取付けることである。従って、本発明によれば、過熱管とヘッダが異種材料であっても、ヘッダにおいては、同種材料同士の取付けのみを行えば良く、前述したような異種金属の接触する箇所がないため、電位腐食を起こさず、耐久性の高い過熱器を形成することができる。更に、高度な技術を要する異種材料間の取付けが、前記二つの短管の間で行われるので、その取付けに自動溶接を使用でき、加工上の問題も発生しない。
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、舶用ボイラの過熱管を、前記過熱管と異なる材料で形成されたヘッダに取付ける過熱管取付け方法であって、前記過熱管と前記ヘッダの間に、前記過熱管と同種材料で形成された第一の短管と前記ヘッダと同種材料で形成された第二の短管とを設け、前記第一の短管と前記第二の短管の溶接と、前記第一の短管と前記過熱管の溶接と、前記第二の短管と前記ヘッダの溶接を行うことによって前記過熱管を前記ヘッダに取付けることを特徴とする。
更に、上記の発明において、その好ましい態様は、前記第一の短管と第二の短管の溶接が、インコネル溶接であることを特徴とする。
更にまた、上記の発明において、好ましい態様は、前記第一の短管と第二の短管の溶接が、前記第一の短管と過熱管の溶接及び前記第二の短管とヘッダの溶接よりも先に行われることを特徴とする。
また、上記の発明において、その好ましい態様は、前記過熱管が、ステンレス鋼で形成されていることを特徴とする。
更に、上記の発明において、好ましい態様は、前記過熱管が、重量比１２％以上のＣｒを含有する鋼で形成されていることを特徴とする。
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、互いに異なる材料から形成されている過熱管とヘッダを有する舶用ボイラの過熱器構造であって、前記過熱管と前記ヘッダの間に、前記過熱管と同種材料で形成された第一の短管と前記ヘッダと同種材料で形成された第二の短管とが設けられ、前記第一の短管と前記第二の短管とが溶接されており、前記第一の短管と前記過熱管とが溶接されており、更に前記第二の短管と前記ヘッダとが溶接されていることを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、過熱器のヘッダに取付けられる舶用ボイラの過熱管であって、前記ヘッダと異なる材料で形成された過熱管本体と、前記過熱管本体に溶接された、前記過熱管本体と同種材料で形成された第一の短管と、一端で前記第一の短管と溶接され、他端で前記ヘッダに溶接される、前記ヘッダと同種材料で形成された第二の短管とを有することを特徴とする。
本発明の更なる目的及び、特徴は、以下に説明する発明の実施の形態から明らかになる。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、図において、同一又は類似のものには同一の参照番号又は参照記号を付して説明する。図１は、本発明を用いた過熱管取付け方法によって形成された過熱器の一例を示す構造図である。図に示す過熱器６は、図４に基づいて説明したような過熱器付きの舶用ボイラにおける過熱器であり、図１の（ａ）は、過熱器６の過熱管１とヘッダ２の取付け部分の全体を表しており、図１の（ｂ）は、（ａ）のＸ部の断面を表している。
図１の（ａ）に示されているように、本実施の形態例に係る過熱器６は、過熱管１とヘッダ２の間に、第一の短管３と第二の短管４を有する構造となっている。過熱管１は、前述した腐食性の高い物質を含む燃焼ガスに耐えられるようオーステナイト系ステンレス鋼などの耐腐食性の高い材料で形成されている。また、ヘッダ２は、従来と同様の材料、即ちＣｒ２．２５％重量部及びＭｏ１％重量部を含むクロムモリブデン鋼等で形成されている。
第一の短管３は、継ぎ手として機能する、上記過熱管１と同種材料で形成された短管であり、その一端が過熱管１に取付けられ、他端が第二の短管４に取付けられる。また、第二の短管４は、継ぎ手として機能する、ヘッダ２と同種材料で形成された短管であり、その一端が第一の短管３に取付けられ、他端がヘッダ２に取付けられる。
前記第一の短管３と過熱管１の取付けは、同種金属同士の取付けであるため、一般の溶接により行われ、具体的には、短管３と過熱管１の接合部（図１の（ａ）のＢ部）において、全周溶接する。材料がステンレス鋼である場合には、溶材としてステンレスを用いた溶接を行う。
また、第一の短管３と第二の短管４の取付け（図１の（ａ）のＡ部）は、異種金属同士の取付けであるため、インコネル溶接により行う。第一の短管３と第二の短管４の溶接は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼とクロムモリブデン鋼との溶接になるが、かかる溶接をステンレス溶材で行った場合には、クロムモリブデン鋼中の炭素が溶接部に移行し、クロムモリブデン鋼が脱炭素状態となって弱くなるという問題がある。更に、クロムモリブデン鋼とステンレス鋼の熱膨張率が異なるため、熱を受ける度にクロムモリブデン鋼と溶接部の間に熱負荷が生じ、溶接が取れやすくなるという問題がある。例えば、クロムモリブデン鋼の線膨張係数は１．３５×１０−４／℃であり、オーステナイト系ステンレス鋼の線膨張係数は１．７９×１０−４／℃である。
インコネルを溶材とするインコネル溶接では、溶接部の熱膨張率がオーステナイト系ステンレス鋼とクロムモリブデン鋼の中間的な値（例えば、線膨張係数は１．５６×１０−４／℃）となり、上述した問題を緩和でき、ステンレス溶材を用いた場合よりも寿命を長くすることができる。なお、ここでも全周溶接する。
また、第二の短管４とヘッダ２の取付けは、従来と同様のクロムモリブデン鋼などの同種材料同士の取付けとなるため、前述した従来の過熱管の取付け方法と同様に行う。即ち、図１の（ｂ）に示すように、第二の短管４をヘッダ２に設けられた穴５に挿入後、第二の短管４の端部（図１の（ａ）及び（ｂ）のＣ部）において全周溶接する。かかる溶接は、同種金属同士であるため一般的な方法で行われる。なお、従来と同様、拡管（図１の（ｂ）の矢印Ｄ）を合せて行っても良い。
なお、過熱管１の材料は、前述した理由により、耐腐食性の高い金属とするが、具体的には、一般的にクロムモリブデン鋼よりもステンレス鋼の方が耐腐食性が良いことが知られているので、ステンレス鋼を過熱管１の材料として使用する。
更に、ステンレス鋼の中でもＣｒの含有量が増えるに従って耐腐食性が向上する傾向にあるが、１２％Ｃｒのステンレス鋼において優れた耐腐食性を示すことが実験的にわかった。従って、ステンレス鋼の中でも重量比１２％以上のＣｒを含有したステンレス鋼を使用することが好ましい。図２は、耐腐食性の実験結果を示した図である。図は、各種材料が所定の腐食環境に置かれた際の経過時間と腐食量の関係を示している。図のイ、ロ、及びハは、それぞれ１２％Ｃｒ系鋼、ＡＩＳＩ３４７（１８％Ｃｒ）、及びＡＩＳＩ３１６、３２１（共に１８％Ｃｒ）の実験結果を表している。図から明らかなように、この実験では、１２％Ｃｒ系鋼が最も腐食量が少なく、優れた耐腐食性を有していることがわかる。
更にまた、重量比１２％以上のＣｒを含有したステンレス鋼の中でも、加工性などを考慮して総合的に判断すると１８％Ｃｒのステンレス鋼が最もふさわしい材料であると言える。
図３は、本発明を用いた過熱管取付け方法による取付け作業の手順を例示した図である。まず、第一の短管３と第二の短管４との前記インコネル溶接（図１の（ａ）のＡ部）を、自動溶接機によって行う（図３のステップＳ１）。インコネル溶接は、人手によって行った場合には溶け込みが悪く割れやすいなどの品質上の問題があり、自動溶接で行うことが必要であるが、自動溶接機の寸法や品質上の問題から溶接するものの寸法を長くできないという制約がある。本発明による方法では、前述のとおり、二つの短管３、４を設け、この二つの短管３、４間でインコネル溶接を行うこととしたため、溶接するものの寸法が小さく押えられ、自動溶接が可能となっている。
次に、第二の短管４と溶接された第一の短管３を過熱管１に溶接する（図３のステップＳ２）。かかる溶接（図１の（ａ）のＢ部）は、前述のとおり、一般的な溶接であり、手作業（手溶接）によって行う。次に、第一の短管３及び過熱管１と一体となった第二の短管４をヘッダ２の穴５に挿入し（図３のステップＳ３）、前述したとおり、第二の短管４の端部（図１のＣ部）において、第二の短管４とヘッダ２を手溶接する（図３のステップＳ４）。
以上説明したように、本発明を用いた過熱管取付け方法によって形成された過熱器６は、過熱管１とヘッダ２が異種材料であるが、過熱管１と同種材料の第一の短管３とヘッダ２と同種材料の第二の短管４を設けることにより、ヘッダ２における取付け部分に異種材料が存在しないため、前述した電位腐食を引き起こすことがなく、高い耐久性を有することができる。また、異種材料同士の溶接がインコネル溶接で行われているため、この点においても、前述のとおり、高い耐久性を有する。更に、過熱管１が前述したような耐腐食性の高いステンレス鋼で形成されるため、過熱管１自体の耐久性も良い。
また、前記短管３、４を設け、それらの間で異種材料の溶接をすることにしたことより、前述した寸法の小さい状態で行われるべき自動溶接が可能となり、インコネル溶接を行う際の加工上の問題も解消している。
なお、上記の説明においては、便宜上、図１の（ａ）において第一の短管３より上の部分を過熱管１と称したが、当該過熱管１（過熱管本体）と第一の短管３と第二の短管４とを全て含めたものを過熱管と考えることもできる。
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【発明の効果】
以上、本発明によれば、過熱管とヘッダが異種材料であっても、ヘッダにおいては、同種材料同士の取付けのみを行えば良く、異種金属の接触する箇所がないため電位腐食を起こさず、耐久性の高い過熱器を形成することができる。更に、高度な技術を要する異種材料間の取付けが、二つの短管の間で行われるので、その取付けに自動溶接を使用でき、加工上の問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた過熱管取付け方法によって形成された過熱器の一例を示す構造図である。
【図２】耐腐食性の実験結果を示した図である。
【図３】本発明を用いた過熱管取付け方法による取付け作業の手順を例示した図である。
【図４】過熱器を備えたボイラの一例を示した構造図である。
【図５】前述した過熱器４６の過熱管１０とヘッダ２０の取付け部分を例示した図である。
【符号の説明】
１　過熱管
２　ヘッダ
３　第一の短管
４　第二の短管
５　穴
６　過熱器
１０　過熱管
２０　ヘッダ
２０ａ　出入口ヘッダ
２０ｂ　中間ヘッダ
４６　過熱器
５０　穴
【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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