(57)【要約】【課題】手間をかけず簡易にかつ低コストで発生した亀裂の伸展を抑制又は防止し、亀裂が発生した構造体の交換頻度を低減する。【解決手段】保護筒１０の端部１２から奥側に向けて、等間隔に複数のスリット１４を設ける。スリット１４の奥側端部に跨るように、リング形状の亀裂伸展阻止部材１６を保護筒１０の外周面に溶着する。スリット１４を設けることで、熱応力の発生を緩和させると共に、端部１２に発生した疲労亀裂ｃの伸展を亀裂伸展阻止部材１６の配置位置で阻止する。保護筒１０に発生する熱応力σと、Ａ＝（スリット長さＬ）／（スリット間隔Ｂ）との関係から、熱応力の発生を極力抑制できる前記Ａの値を選定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱環境下に置かれた構造体の端部に発生した亀裂の進行方向に、亀裂伸展抑制領域を形成するようにした構造体の亀裂伸展抑制方法において、
構造体の端部から奥側に向って並列に設けられた複数のスリットによって構造体に発生した熱応力を抑制する第１工程と、
該複数のスリットの奥側端部に連結するように構造体の表面に亀裂伸展阻止部材を溶着し、該亀裂伸展阻止部材の溶着ラインで亀裂の伸展を阻止する第２工程と、からなることを特徴とする構造体の亀裂伸展抑制方法。
【請求項２】
（構造体の端部と前記亀裂伸展阻止部材との間隔）／（前記複数のスリット間の間隔）の値を小さくして、構造体に発生する熱応力を低減するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の構造体の亀裂伸展抑制方法。
【請求項３】
加熱環境下に置かれ、端部に発生した亀裂の進行方向に亀裂伸展抑制領域を形成した構造体において、
構造体の端部から奥側に向って並列に設けられた複数のスリットと、該複数のスリットの奥側端部に連結するように構造体の表面に溶着された亀裂伸展阻止部材と、を備え、
該亀裂伸展阻止部材の溶着域によって亀裂の伸展を阻止するように構成したことを特徴とする構造体。
【請求項４】
前記構造体が、加熱流体が流れる配管内で冷却媒体が注入される部位の下流側に設けられた円筒形状の保護筒であることを特徴とする請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
前記配管がボイラ設備に設けられた加熱蒸気が流れる配管であり、前記冷却媒体が冷却水であることを特徴とする請求項４に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばボイラ設備に付設されたボイラ配管のように、加熱環境に曝される構造体に適用され、該構造体に発生する亀裂の伸展を抑制可能にする方法及び亀裂の伸展を抑制可能にした構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ設備に付設された配管には、高温の蒸気が流れるため、熱応力が発生する。この熱応力等に起因して配管端部等から亀裂が発生し、この亀裂が伸展して破損が生じる場合がある。破損が生じると、破損した部分が蒸気等の流れに運ばれて、下流側にある他の部品を傷付けるおそれがある。また、破損部品の撤去や補修作業に時間を要し、その間、ボイラ設備の運転を停止せざるを得ない。例として、加熱蒸気が流れるボイラ配管に設けられた保護筒に発生する亀裂の状況を図３及び図４により説明する。
【０００３】
図３及び図４において、高温蒸気ｓが流れるボイラ配管１００の周囲に、ジャケット１０２が設けられている。ジャケット１０２には、冷却水ｂを供給する供給管１０４が接続されている。ボイラ配管１００には、ジャケット１０２の内側に複数の導入孔１０６が穿設されている。ボイラ配管１００の高温状態を緩和するため、供給管１０４に冷却水ｗが供給される。冷却水ｂは、ジャケット１０２を介し導入孔１０６からボイラ配管１００内に供給される。
【０００４】
冷却水ｗを供給することで、導入孔１０６の下流側領域では、温度変化の激しい環境に曝され、冷却水ｂの注入時に急激な温度変動で熱衝撃を受ける。そのため、冷却水注入部の下流側領域でボイラ配管１００の内部に保護筒１０８が配設されている。保護筒１０８は、周方向に配置された複数のセットボルト１１０により、ボイラ配管１００の内壁に固定され、ボイラ配管１００の内壁を熱衝撃から保護している。
【０００５】
温度変化の激しい環境下にある保護筒１０８には、繰り返し熱歪が発生するので、先端部を起点として、疲労亀裂ｃが発生する。疲労亀裂ｃは、そのまま放っておくと伸展し、終には保護筒１０８の破損に至る。破損が生じると、破損部品の撤去や補修作業に時間を要し、その間、ボイラ設備の運転を停止せざるを得ない。そのため、保護筒１０に疲労亀裂ｃが発生したとき、保護筒１０を消耗品として交換する。保護筒１０の交換のため、ボイラ設備の運転を停止しなければならないため、発生した疲労亀裂ｃがなるべく伸展しない処置を施す必要がある。
【０００６】
特許文献１には、かかる疲労亀裂の伸展を抑制防止する手段が開示されている。この手段は、発生した疲労亀裂の先端を囲むように、板状の構造体にストップホールを穿孔すると共に、該ストップホールの近傍に複数の円孔を穿孔するものである。該円孔は、ストップホールと相互に干渉し合って応力低減効果をもたらす位置に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１０２９６１号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された亀裂伸展防止手段は、発生した亀裂の周囲に多数の円孔を穿孔する必要があるため、母材となる構造体の強度を低下させるおそれがある。また、ストップホールとストップホールの近傍に穿孔される円孔とは、相互に干渉し合って応力低減効果をもたらす位置に配置する必要があるため、それらの位置を正確に算出する必要があり、その作業に多くの手間がかかるという問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、手間をかけず簡易にかつ低コストな手段で、発生した亀裂の伸展を抑制又は防止し、亀裂が発生した構造体の交換頻度を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するため、本発明の亀裂伸展抑制防止方法は、加熱環境下に置かれた構造体の端部に発生した亀裂の進行方向に、亀裂伸展抑制領域を形成するようにした構造体の亀裂伸展抑制方法において、構造体の端部から奥側に向って並列に設けられた複数のスリットによって構造体に発生した熱応力を抑制する第１工程と、該複数のスリットの奥側端部に連結するように構造体の表面に亀裂伸展阻止部材を溶着し、該亀裂伸展阻止部材の溶着ラインで亀裂の伸展を阻止する第２工程と、からなるものである。
【００１１】
疲労亀裂は、構造体の端部を起点として発生しやすい。本発明方法では、構造体の端部から奥側に向って複数のスリットを並列に設けることにより、構造体に熱応力が発生するのを抑制するようにしている。また、疲労亀裂が発生したときでも、前記亀裂伸展阻止部材の溶着ラインで亀裂の伸展を阻止するようにしている。
【００１２】
本発明者等が行なった試験及び考察によって、構造体の端部と亀裂伸展阻止部材との間隔と、スリット間の間隔との比は、構造体に発生する熱応力の程度と相互関係があることがわかった。即ち、構造体の端部と亀裂伸展阻止部材との間隔をＬとし、スリット間の間隔をＢとすると、Ａ＝Ｌ／Ｂが小さいほど、熱応力は大きくなり、Ａの値が大きいほど、熱応力は小さくなることがわかった。
そのため、本発明方法では、Ａ＝Ｌ／Ｂを大きくして、構造体に発生する熱応力を極力小さくするとよい。
【００１３】
次に、本発明の構造体は、加熱環境下に置かれ、端部に発生した亀裂の進行方向に亀裂伸展抑制領域を形成した構造体において、構造体の端部から奥側に向って並列に設けられた複数のスリットと、該複数のスリットの奥側端部に連結するように構造体の表面に溶着された亀裂伸展阻止部材と、を備え、該亀裂伸展阻止部材の溶着域によって亀裂の伸展を阻止するように構成したものである。
【００１４】
本発明の構造体は、前記スリットを設けたことにより、熱応力の発生を緩和することができる。また、万一端部を起点として疲労亀裂が発生した場合であっても、前記亀裂伸展阻止部材の溶着域によって亀裂の伸展を阻止できる。このように、構造体の端部にスリットや亀裂伸展阻止部材を設けただけの簡易かつ低コストな手段で、発生した亀裂の伸展を防止できる。
【００１５】
本発明の構造体は、例えば、加熱流体が流れる配管内で冷却媒体が注入される部位の下流側に設けられた円筒形状の保護筒に適用されて好適である。該保護筒は、例えば、ボイラ設備に設けられた加熱蒸気が流れる配管に設けられ、該配管には、保護筒が配設された上流側で冷却水が注入されて、冷却処置が講じられる。かかる温度変化が激しい環境下に設けられ熱衝撃を受けても、本発明の構造体によれば、発生した亀裂の伸展を効果的に防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明方法によれば、加熱環境下に置かれた構造体の端部に発生した亀裂の進行方向に、亀裂伸展抑制領域を形成するようにした構造体の亀裂伸展抑制方法において、構造体の端部から奥側に向って並列に設けられた複数のスリットによって構造体に発生した熱応力を抑制する第１工程と、該複数のスリットの奥側端部に連結するように構造体の表面に亀裂伸展阻止部材を溶着し、該亀裂伸展阻止部材の溶着ラインで亀裂の伸展を阻止する第２工程と、からなるので、構造体にスリットや亀裂伸展阻止部材を設けただけの簡易かつ低コストな手段で、構造体に発生する熱応力を低減でき、疲労亀裂の発生を抑制できると共に、万一疲労亀裂が発生したときでも、亀裂伸展阻止部材の溶着ラインで、亀裂の伸展を防止できる。
【００１７】
本発明の構造体によれば、加熱環境下に置かれ、端部に発生した亀裂の進行方向に亀裂伸展抑制領域を形成した構造体において、構造体の端部から奥側に向って並列に設けられた複数のスリットと、該複数のスリットの奥側端部に連結するように構造体の表面に溶着された亀裂伸展阻止部材と、を備え、該亀裂伸展阻止部材の溶着域によって亀裂の伸展を阻止するように構成したので、簡易かつ低コストな手段で、構造体に発生する熱応力を低減でき、疲労亀裂の発生を抑制できると共に、疲労亀裂が発生したときでも、亀裂伸展阻止部材の溶着部で亀裂の伸展を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明構造体の一実施形態に係る配管端部の斜視図である。
【図２】熱応力と本発明を適用した配管の構成との関係を示す線図である。
【図３】保護筒を設けたボイラ配管の構成を示す断面図である。
【図４】疲労亀裂が発生した保護筒の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２０】
本発明方法及び本発明の構造体を、高温蒸気ｓが流れるボイラ配管の内部に配設される前記保護筒に適用した一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１において、円筒形状の保護筒１０の端部１２に、４本のスリット１４を穿設している。該スリット１４は、保護筒１０の軸方向に配置され、保護筒端部１２から奥側へ向けて互いに等間隔に配置されている。
【００２１】
端部１２から距離Ｌだけ離れた位置で、保護筒１０の外周面に、保護筒１０の周方向にリング形状の亀裂伸展阻止部材１６を溶着している。亀裂伸展阻止部材１６は、四角断面を有し、保護筒１０の横断方向に配置され、スリット１４の奥側端部を接続した位に配置されている。亀裂伸展阻止部材１６は、その両側溶着域ｗ１及びｗ２で、保護筒１０の外周面に溶着されている。この亀裂伸展阻止部材１６を保護筒１０の外周面に溶着することにより、保護筒１０の剛性を補うと共に、端部１２に発生した疲労亀裂の伸展を、亀裂伸展阻止部材１６の配置位置で停止させる役目をもつ。
【００２２】
スリット間隔Ｂとスリット長さＬとは、保護筒１０の外径及び板厚を考慮して、適宜に決定される。また、周囲の温度変化によって保護筒１０に発生する熱応力σと、Ａ＝Ｌ／Ｂとの関係は、図２に示される関係にあることが、本発明者等の試験及び考察によって判明した。そのため、この関係に基づいて、保護筒１０に発生する熱応力がなるべく低減されるように、Ａ＝Ｌ／Ｂの値を決定するようにしている。
【００２３】
また、端部１２から亀裂が発生しないように、スリット１４の角部ａは、すべてＲ１〜R３程度のＲ仕上げを行なっている。溶着部ｗ１及びｗ２は、これらの部位で応力集中が起きないように滑らかな曲面に仕上げられている。亀裂伸展阻止部材１６の配置位置は、スリット間隔Ｂとスリット長さＬとの関係、及び図２に示すように、これらと発生する熱応力σとの関係から適正値に決定される。
【００２４】
本実施形態によれば、保護筒１０の端部１２に複数のスリット１４が保護筒１０の軸方向に向けて設けられているので、保護筒１０に発生する熱応力を緩和できる。また、保護筒１０の端部１２からＬだけ離れた位置に、リング形状の亀裂伸展阻止部材１６を設けているので、万一端部１２に疲労亀裂が発生した場合であっても、亀裂伸展阻止部材１６の配置位置で疲労亀裂の伸展を阻止できる。また、保護筒１０の外周面に亀裂伸展阻止部材１６を溶着したことにより、保護筒１０の強度を増強できる。
【００２５】
また、図２に示す熱応力σとＡ＝Ｌ／Ｂとの関係から、保護筒端部１２に発生する熱応力が極力低減されるように、Ａ＝Ｌ／Ｂの値を決定している。そのため、保護筒１０に発生する熱応力を極力低減できる。さらには、スリット１４の角部ａをすべてＲ１〜R３程度のＲ仕上げを行なっているので、保護筒１０の端部１２で亀裂を発生しにくくしており、また、溶着部ｗ１及びｗ２を滑らかな曲面に仕上げているので、該溶着部での応力集中を防止できる。
【００２６】
かかる構成の保護筒１０をボイラ配管の内部に配置したとき、高温蒸気や冷却水に接触して激しい温度変化や熱衝撃を受けても、疲労亀裂の発生を抑制でき、かつ疲労亀裂が派生しても、その伸展を抑制できるので、保護筒１０の交換頻度を低減できる。そのため、ボイラ設備の運転を停止する頻度を低減でき、ボイラ設備の運転効率を向上することができる。
【００２７】
前記実施形態において、スリット１４の数を４本としたが、他の適用例では、このスリットの数に限定されない。また前記実施形態は、本発明をボイラ設備に設けられたボイラ配管の内部に設けられる保護筒に適用した例であるが、本発明はこれに限定されず、熱応力が発生する環境下にある任意の形状の構造体に適用可能できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、簡易かつ低コストな手段で、構造体に発生した疲労亀裂の伸展を抑制又は防止できる。
【符号の説明】
【００２９】
１０，１０８              保護筒
１２                      保護筒端部
１４                      スリット
１６                      亀裂伸展阻止部材
１００                    ボイラ配管
１０２                    ジャケット
１０４                    供給管
１０６                    導入孔
１１０                    固定ボルト
ａ                        角部
ｂ                        冷却水
ｃ                        疲労亀裂
ｓ                        高温蒸気
ｗ１、ｗ２                溶着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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