(57)【要約】【課題】  金属エキスパンションに生ずるたわみ（垂れ下がり）に伴うベローの山の稜線の蛇行を抑制する。【解決手段】  金属エキスパンションを構成するベロー２を下から支持する鋼管製の上側支持材４ａと、上側支持材４ａを支持する支柱４ｂと、支柱４ｂが植立された下側支持材４ｃと、下側支持材４ｃに固着された逆Ｕ形吊り金具４ｄ、４ｅとを含んで支持材を構成し、この支持材を逆Ｕ形吊り金具４ｄ、４ｅを介して、Ｕ形吊り金具４ｆ，４ｇで金属エキスパンション側取合フランジ３に支持した垂れ下がり防止金具４を設ける。【選択図】        図１
2005180470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を高温ガスあるいは灰が含まれる排ガスが通過する金属製のベローを含んで形成され、前記高温ガスあるいは前記排ガスの流れ方向両端を、前記高温ガスあるいは前記排ガスの通路もしくは前記高温ガスあるいは前記排ガスが通過する機器に接続される金属製エキスパンションであって、前記ベローを構成する山の蛇行を抑制する蛇行抑制手段を備えてなる金属エキスパンション。
【請求項２】
請求項１に記載の金属エキスパンションにおいて、前記蛇行抑制手段が、前記ベローの下方に配置され、ベローの下端面を支持する垂れ下がり防止金具であることを特徴とする金属エキスパンション。
【請求項３】
請求項２に記載の金属エキスパンションにおいて、前記垂れ下がり防止金具は、ベロー伸縮方向に沿って延在するように互いに平行に配置され、その上面で前記ベローの下面を支持する複数の棒状部を備えた支持材を含んでなることを特徴とする金属エキスパンション。
【請求項４】
請求項３に記載の金属エキスパンションにおいて、前記垂れ下がり防止金具は、前記支持材を、当該金属エキスパンションの前記高温ガスあるいは前記排ガスの流れ方向上流端が接続される前記高温ガスあるいは前記排ガスの通路もしくは前記高温ガスあるいは前記排ガスが通過する機器に支持する結合部材と、当該金属エキスパンションの前記高温ガスあるいは前記排ガスの流れ方向下流端が接続される前記高温ガスあるいは前記排ガスの通路もしくは前記高温ガスあるいは前記排ガスが通過する機器に支持する結合部材とを含んで構成され、前記結合部材の少なくとも一方は前記支持材に対して金属エキスパンションの伸縮方向に相対移動可能に係合していることを特徴とする金属エキスパンション。
【請求項５】
請求項４に記載の金属エキスパンションにおいて、前記結合部材は、前記支持材に対し、前記支持材の棒状部の長手方向軸線と直交する直線に平行な直線を中心として回転可能に結合されていることを特徴とする金属エキスパンション。
【請求項６】
請求項３〜５のうちのいずれか１項に記載の金属エキスパンションにおいて、前記支持材は金属エキスパンションを囲む保温外装板を支持する保温材外装板取付金具をその一部として構成され、前記棒状部は保温材外装板取付金具に支持されていることを特徴とする金属エキスパンション。
【請求項７】
請求項１に記載の金属エキスパンションにおいて、前記蛇行抑制手段が、前記ベローが下方にたわむときにベローの山の稜線方向の圧縮力を受ける側のベローの山に、ベローの頂部を覆うように固着されてベローの山の稜線に沿って延在する金属製のカバーであることを特徴とする金属エキスパンション。
【請求項８】
請求項７に記載の金属エキスパンションにおいて、前記金属製のカバーは、ベローの山の稜線方向に直交する平面で切った断面が、互いに対向する一対の辺とこの一対の辺の一方の端部を連結する辺とで形成される形状であって、前記互いに対向する一対の辺の間にベローの山を挟みこむように装着されていることを特徴とする金属エキスパンション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属エキスパンションの構造に係り、特に、自重、内圧、灰荷重、熱応力等の荷重により、金属エキスパンションを構成するベローの山の稜線が蛇行することを防止するのに好適な金属エキスパンションの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温ガスや灰を含む排ガス（煙道ガス）の通路である煙道設備の中間、または、煙道設備とファン等の機器との間には、煙道設備や機器における軸方向（煙道ガス流れ方向）、せん断方向の熱膨張による伸縮変位や地震時の相対変形の吸収及び各種機器からの振動を遮断するために、金属エキスパンションが設置されている。
【０００３】
金属エキスパンションは、図１１に示すように、金属製のベロー２と、このベローの軸方向両端に固着された金属エキスパンション側取合フランジ３とを含んで構成され、煙道設備側ケーシング８へは、煙道設備側ケーシング８に固着された煙道設備側取合フランジ７に前記金属エキスパンション側取合フランジ３を溶接することで取り付けられている。ファン等の機器に接続される場合は、それら機器に設けられた取合フランジに前記金属エキスパンション側取合フランジ３を溶接することで取り付けられている。
【０００４】
また、煙道設備に設置される金属エキスパンションのベローは、一般に０．５ｍｍから２．３ｍｍ程度の厚さの炭素綱あるいはステンレス綱の薄板で構成される。
【０００５】
近年プラントの大型化に伴って煙道設備も大径化傾向にある。そのため、金属エキスパンションに要求される伸び吸収量も多くなり、ベローの山数が多くなって金属エキスパンションの全長（面間距離）の増大を来たしていた。また、排ガス増大に対応するため煙道も大きくなり、ベローの幅方向（煙道ガス流れ方向に直交する水平方向）寸法が１０ｍをこえる場合も生じていた。
【０００６】
特許文献１には、ガスタービンの高温排ガスダクトのエキスパンション部に用いられるベローズの損傷防止について記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３５０９７６号公報（０００４〜０００９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし上記従来技術では、金属エキスパンションに、ベロー自身の自重、内圧、灰の堆積による荷重が作用して、図１０に示すように下方向１４にたわみ１０が発生するとともに、図９に示すように、たわみに伴ってベローに作用する力の分力１６がベローに横方向（ベローの山の稜線に直交する方向）に作用して、ベローの山の稜線に蛇行１３が発生する点や、プラントの起動停止等の繰り返しにより、前記蛇行部分に疲労損傷が起こり局部的にベローが破損する点について配慮されていなかった。
【０００９】
金属エキスパンションに生ずるたわみ（垂れ下がり）の防止は、ベロー２自身の板厚を厚くすれば可能である。しかし、板厚を厚くすれば一山当たりの伸縮量が減少するため、要求される伸縮量を維持するには山数が増加し、金属エキスパンションの全長が増加する。また、ベロー２の板厚を厚くすれば金属エキスパンション自身の持つ反力も増大し、接続側の煙道設備等の強度不足を補う補強が追加となる。前記山数の増加（全長の増加）も、補強の追加も、コスト増を招くので板厚増による対応は望ましくない。
【００１０】
特許文献１で取り上げられている損傷は、ベローズが取り付けられているフランジに起因するものであり、上述のような、ベローズ自体に発生する力による損傷については記載されていない。
【００１１】
本発明の課題は、金属エキスパンションに生ずるたわみ（垂れ下がり）に伴うベローの山の稜線の蛇行を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、ベローの山の稜線の蛇行を抑制する蛇行抑制手段を設けることにより達成される。蛇行抑制手段としては、金属エキスパンションの下端部を支持する垂れ下がり防止金具を設ける。
【００１３】
上記構成によれば、金属エキスパンションのベローが、内圧、自重、灰荷重を受けて下方向にたわもうとしても、垂れ下がり防止金具がベローのたわみを支えるので、たわみが大きくなることがない。大きなたわみが生じないので、たわみが原因であるベローの山の稜線の蛇行が生じることもなくなる。
【００１４】
垂れ下がり防止金具は、金属エキスパンション上流側および下流側の煙道設備や機器に支持されるものとしてもよいが、煙道設備を囲む保温材及び保温外装板が設けられる場合、保温外装板を支持する保温外装板取付金具を利用して設けてもよい。
【００１５】
垂れ下がり防止金具はまた、煙道設備で支持される構造とするとき、煙道設備の熱膨脹による変位を考慮して、伸縮可能な構成とするのが望ましい。
【００１６】
蛇行抑制手段としては、そのほかに、ベローが下方にたわむときにベローの山の稜線方向の圧縮力を受ける側のベローの山に、ベローの頂部を覆うように、ベローの山の稜線に沿って延在する金属製のカバーを固着してもよい。
【００１７】
前記金属製のカバーは、ベローの山の稜線方向に直交する平面で切った断面が、互いに対向する一対の辺とこの一対の辺の一方の端部を連結する辺とで形成される形状とし、前記互いに対向する一対の辺の間にベローの山を挟みこむように装着するのが望ましい。
【００１８】
金属製のカバーをかぶせることにより、ベローの山の蛇行に対する剛性が補強され、金属エキスパンションのたわみに伴うベローの山の蛇行が抑制される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、たわみに伴うベローの山の稜線の蛇行が抑制され、蛇行の繰り返しによるベローの損傷を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１を図１並びに図２を参照して説明する。以下の説明では、上流側、下流側という語句は、金属エキスパンション内を流れる煙道ガスの流れ方向の上流側、下流側で、上側、下側、あるいは上面、下面は、金属エキスパンションの設置状態における上側、下側、あるいは上面、下面である。
【００２１】
図１に本実施例に係る金属エキスパンション１の縦断面を示す。図示の金属エキスパンション１は、金属製のベロー２と、ベロー２の軸方向（煙道ガス流れ方向１１に同じ）両端に固着された金属エキスパンション側取合フランジ３と、この金属エキスパンション側取合フランジ３に固着された垂れ下がり防止金具４とを含んで構成されている。
【００２２】
垂れ下がり防止金具４は、上流側の金属エキスパンション側取合フランジ３の下流面に上端（開放端）を固着された結合部材である丸鋼製のＵ形吊り金具４ｆと、下流側の金属エキスパンション側取合フランジ３の上流面に上端（開放端）を固着された同じく結合部材である丸鋼製のＵ形吊り金具４ｇと、Ｕ形吊り金具４ｆに上流端を、Ｕ形吊り金具４ｇに下流端を、それぞれ支持された支持材とを含んで構成されている。
【００２３】
支持材は、Ｕ形吊り金具４ｆの底部平坦部に掛けられた一対の丸鋼製の逆Ｕ形吊り金具４ｄと、Ｕ形吊り金具４ｇの底部平坦部に掛けられた一対の丸鋼製の逆Ｕ形吊り金具４ｅと、逆Ｕ形吊り金具４ｄの下端部に上流側端部を結合され、逆Ｕ形吊り金具４ｅの下端部に下流側端部を結合されて水平にかつ長手方向をベロー２の軸方向に平行させて配置された溝形鋼製の下側支持材４ｃと、下側支持材４ｃの上面の上流側と下流側にそれぞれ立設された一対の鋼管製の支柱４ｂと、この一対の支柱４ｂに支持されて水平にかつ長手方向をベロー２の軸方向に平行させて配置された鋼管製の棒状の上側支持材４ａとを含んで構成されている。
【００２４】
図１において、保温外装板６は図示されていない保温外装板取付金具に支持されている。
【００２５】
図２に金属エキスパンションを煙道ガス流れ方向１１に直交する断面で見た断面図を示す。図示の例では、垂れ下がり防止金具４は、金属エキスパンション１の両側に一基、計２基設けられている。しかし、ベローの幅方向（煙道ガス流れ方向に直交する水平方向）寸法が数メートルもある場合は、垂れ下がり防止金具４のベローの幅方向取付ピッチ１７は、約１ｍを目安として設置するのが望ましい。
【００２６】
上側支持材４ａは、その上面でベロー２の下端面を支持し、ベロー２の下端面がベロー２の伸縮に伴って上側支持材４ａ上面を摺動するので、断面円形の鋼管製とし、ベロー２の下端面と上側支持材４ａが線接触になるようにしてある。鋼管に代えて丸鋼としてもよい。また、Ｕ形吊り金具４ｆ、４ｇのＵ形の底部は平らにしてあり、平らな部分の長さは、下側支持材４ｃの幅に逆Ｕ形吊り金具４ｄ、４ｅの径の２倍を加えた長さよりも長くしてある。
【００２７】
Ｕ形吊り金具４ｆ、４ｇのＵ形の面は、ベロー２の軸線方向に直交し、逆Ｕ形吊り金具４ｄ、４ｅはＵ形の面が、ベロー２の軸線方向に平行している。そして、前記一対の逆Ｕ形吊り金具４ｄは、溝を上側にして配置された下側支持材４ｃの外側両側面に、下側支持材４ｃを挟むようにその下端部を固着されている。前記一対の逆Ｕ形吊り金具４ｅも、同様に、下側支持材４ｃの外側両側面に、下側支持材４ｃを挟むようにその下端部を固着されている。
【００２８】
逆Ｕ形吊り金具４ｅは、逆Ｕ形の二つの直線部の間隔をベロー２の伸縮量よりも大きくし、かつ逆Ｕ形の頂部を平坦にしてある。また、逆Ｕ形吊り金具４ｄ、４ｅの逆Ｕ形の頂部下面がＵ形吊り金具４ｆ、４ｇのＵ形の底部上面に接している状態で、Ｕ形吊り金具４ｆ、４ｇのＵ形の底部下面と下側支持材４ｃの上端面の間には隙間があるようにしてある。これにより、金属エキスパンション側取合フランジ３がベローの伸縮に伴ってベロー軸方向に動いても、Ｕ形吊り金具４ｇは逆Ｕ形吊り金具４ｅの逆Ｕ形の頂部平坦部の範囲内で動くことができる。
【００２９】
さらに、逆Ｕ形吊り金具４ｄ、４ｅは、Ｕ形吊り金具４ｆ、４ｇに懸けられているだけで固定されていないから、金属エキスパンションが扇形に変形しても、Ｕ形吊り金具４ｆ、４ｇは、そのＵ形の面が互いに傾斜するように変位して対応することができる。
【００３０】
下側支持材４ｃの上面とベロー２の下面との間隔は、ベロー２の軸方向両端かつ幅方向両端の位置で、ベロー２の下方への熱膨張を拘束しない、できるだけ小さい値とし、他の位置における下側支持材４ｃの上面位置は、前記ベロー２の軸方向両端かつ幅方向両端の下側支持材４ｃの上面位置に合わせるのが望ましい。
【００３１】
上記構成の垂れ下がり防止金具４を設けたので、ベロー２が内圧、ベロー２の自重、灰荷重によって下方向にたわむと、垂れ下がり防止金具４がストッパーとなりたわみ１０が進展しない。
【００３２】
本実施例では、支柱４ｂと上側支持材４ａとを支持する部材として下側支持材４ｃを設けたが、煙道設備を囲む保温材及び保温外装板が取り付けられ、保温外装板を支持する保温外装板取付金具が設けられる場合には、下側支持材４ｃは、保温外装板取付金具を兼ねたものとしてもよい。
【００３３】
（実施例２）
以下、本発明の実施例２を図面を参照して説明する。図４は本実施例の金属エキスパンションを、ベローの軸方向に垂直な断面で見た横断面図であり、図５は図４のＢ―Ｂ線矢視断面図である。図の上側が設置状態で上側である。
【００３４】
本実施例が前記実施例１と異なるのは、ベローの山の蛇行抑制手段として、垂れ下がり防止金具４に代えて、ベローが下方にたわむときにベローの山の稜線方向の圧縮力を受ける側になるベローの山に、ベローの山の長手方向（稜線方向）に延びる金属製のカバー（以下、ベローキャップ１８という）をかぶせた点である。他の構成は実施例１と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
ベローキャップ１８は、ベローが下方にたわむときに圧縮側になるベローの山、すなわち図５に示す断面図において、上側のベローの上側の山、下側のベローの上側の山に装着される。ベローキャップ１８のベローの山の稜線方向に直交する平面で切った断面は、互いに対向する一対の辺とこの一対の辺の一方の端部を連結する辺からなる形状であり、前記互いに対向する一対の辺の間にベローの山を挟みこむように装着、固定されている。
【００３６】
ベローキャップ１８の断面形状はまた、ベローの山の断面形状に合わせ、ベローの山に装着したときに、ベローの山表面との間の隙間が少ない断面形状にしてある。隙間が大きいと、ベローの山が蛇行しやすくなる。ただし、図７に示すように、ベローの伸縮には支障のないように、ベローキャップ１８の裾の位置では、ベローの山の表面との間に隙間が設けてある。図７の上の図は金属エキスパンションに軸方向の引張方向の力が、また、図７の下の図は金属エキスパンションに軸方向の圧縮方向の力が、それぞれ加わっている状態を示している。なお、図７では、ベロー２の山の頂部は角形に図示しているが、実際は角ではなく、Ｒがついた形状であり、ベローキャップ１８も同様である。また、ベローキャップ１８の下端内側のベロー２に接する箇所は、少し外側に開いた曲面としてある。
【００３７】
また、ベローキャップ１８はベローと同材として熱膨脹差による熱応力の発生を避け、溶接（例えば山の頂面への栓溶接あるいはスポット溶接）によりベローの山頂に固着した。
【００３８】
ベローキャップ１８の深さ（前記互いに対向する辺の長さ）は、ベローの伸縮に影響の少ない値に設定した。
【００３９】
煙道設備が運転されると、金属エキスパンションが煙道を通過する気体により昇温されるとともに金属エキスパンションの自重に加えて内圧が負荷され、煙道を通過する気体に含まれていた灰等の堆積による荷重も加わる。その結果、金属エキスパンションを構成するベローが下方にたわみ、圧縮側になるベローの山に横方向の力が加わる。しかし、本実施例によれば、ベローの山にベローキャップ１８が装着されているので、ベローの山の横方向の剛性が強化されており、ベローの山の蛇行を抑え、ベローの横挫屈を防止する効果がある。
【００４０】
図８に、金属エキスパンションのベローキャップ付き（実線Ａ）とベローキャップなし（実線Ｂ）の場合のベロー１山当りの横挫屈耐力に対する許容圧縮荷重を、縦軸に許容圧縮荷重をとり、横軸に金属エキスパンション長さをとって概念的に比較して示す。図から明らかなように、ベローキャップなし（実線Ｂ）の場合、横挫屈耐力に対する許容圧縮荷重はベローキャップ付き（実線Ａ）に比較し、小さくなっている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係る金属エキスパンションの縦断面図である。
【図２】図１のＡ―Ａ線矢視断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る金属エキスパンションの横断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る金属エキスパンションの横断面図である。
【図５】図１のＢ―Ｂ線矢視断面図である。
【図６】図５の部分を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の実施例２に係るベローキャップとベローの伸縮の関係を示す断面図である。
【図８】金属エキスパンションのベロー１山当りの許容圧縮荷重と金属エキスパンションの長さの関係を、ベローキャップありの場合とベローキャップ無しの場合について示す概念図である。
【図９】ベローの蛇行を示す斜視図である。
【図１０】金属エキスパンションのたわみ状態を示す断面図である。
【図１１】従来の金属エキスパンションを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  金属エキスパンション
２  ベロー
３  金属エキスパンション側取合フランジ
４  垂れ下がり防止金具
４ａ  上側支持材
４ｂ  支柱
４ｃ  下側支持材
４ｄ，４ｅ  逆Ｕ形吊り金具
４ｆ，４ｇ  Ｕ形吊り金具
５  保温外装板取付金具
６  保温外装板
７  煙道設備側取合フランジ
８  ケーシング
９  保温材
１０  たわみ
１１  ガス流れ方向
１２  伸縮方向
１３  蛇行
１４  下方向
１５  間口
１６  横方向
１７  垂れ下がり防止金具の幅方向取り付けピッチ
１８  ベローキャップ
【図１】
2005180470.tif 000003
【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】
2005180470.tif 000009
【図８】
2005180470.tif 000010
【図９】
2005180470.tif 000011
【図１０】
2005180470.tif 000012
【図１１】
2005180470.tif 000013