(57)【要約】【課題】ブースタの不意な座屈圧壊を防止することを目的としている。【解決手段】真空脱ガス装置の真空排気系に配置される管構造のブースタ１に対する補強構造であって、ブースタ１内の磨耗が相対的に多いと推定されるブースタ部分である補強対象位置Ｘの外周面に対し、ブースタ１の軸方向に沿って間隔を開けて配置されると共にそれぞれブースタの周方向に延在する複数の補強部材１０を配置し、その複数の補強部材１０は、上記補強対象位置Ｘが座屈するまで薄肉に磨耗しても、その補強対象位置Ｘの形状を保持可能な強度構造を有することを特徴とする。【選択図】        図４
2013108362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空脱ガス装置の真空排気系に配置される管構造のブースタに対する補強構造であって、
ブースタ内の磨耗が相対的に多いと推定されるブースタ部分である補強対象位置の外周面に対し、ブースタの軸方向に沿って間隔を開けて配置されると共にそれぞれブースタの周方向に延在する複数の補強部材を配置し、
その複数の補強部材は、上記補強対象位置が座屈するまで薄肉に磨耗しても、その補強対象位置の形状を保持可能な強度構造を有することを特徴とするブースタの補強構造。
【請求項２】
上記補強対象位置における座屈が発生すると推定される肉厚限界をｔｐ、当該補強対象位置を含むブースタ部分の最大直径をＤ、ブースタの縦弾性係数をＥとしたときに、
上記隣り合う補強部材の各間隔を、ゼロより大きく且つ下記式で求まる値Ｌ以下としたことを特徴とする請求項１に記載したブースタの補強構造。
Ｌ  ＝Ｄ×｛２．６０×Ｅ×（ｔｐ／Ｄ）２．５＋０．４５×（ｔｐ／Ｄ）０．５｝
【請求項３】
更に、ブースタの周方向に沿って間隔を開けて配置されると共にそれぞれブースタの軸方向に沿って延在する複数の補強部材を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したブースタの補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空脱ガス装置に設けられる真空排気装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空脱ガス装置で用いられる真空排気装置は、例えば特許文献１に記載されているような構造となっている。すなわち、真空脱ガス装置は、通常、直列に接続された複数段のブースタを備える。
各ブースタの前部内には、噴出ノズルが配置されている。その噴出ノズルには蒸気導管を通じてエジェクタ蒸気が送られることで、当該噴出ノズルから噴射される蒸気によって、真空脱ガス装置からガスを同伴吸引する。なお、一般には、真空脱ガス工程の初期においてはガスの排出量が多いために、一部のブースタのみを作動させ、真空脱ガス装置からのガス排出量が減少するにつれて、作動させるブースタを増やす。
ブースタは、通過するガスによって磨耗（腐食磨耗を含む。）が発生する。これに対し、特許文献１では、磨耗が発生するブースタ内面に対して、円周状の突起物を複数設けて、ブースタ内面の磨耗を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１００３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術を採用することで磨耗が低減されて、ブースタの寿命向上に繋がるが、磨耗の進行を止めることは出来ない。そして磨耗現象が激しく起こる部分では、磨耗によってブースタの肉厚が肉厚限界を下回ると、座屈圧壊する。
ブースタに孔が開口した場合には、その開口に対しプラズマガス溶射などで一時的なパッチをあてて部分補修することで、例えば次回の定期メンテナンス時に必要に応じて部品取り替えなどを実施すればよいが、ブースタの一部に不意な座屈圧壊が発生すると、操業を長時間（例えば３日間など）停止せざるを得ない。
本発明は、上記のような点に着目したもので、不意な座屈圧壊を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、真空脱ガス装置の真空排気系に配置される管構造のブースタに対する補強構造であって、
ブースタ内の磨耗が相対的に多いと推定されるブースタ部分である補強対象位置の外周面に対し、ブースタの軸方向に沿って間隔を開けて配置されると共にそれぞれブースタの周方向に延在する複数の補強部材を配置し、
その複数の補強部材は、上記補強対象位置が座屈するまで薄肉に磨耗しても、その補強対象位置の形状を保持可能な強度構造を有することを特徴とする。
【０００６】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記補強対象位置における座屈が発生すると推定される肉厚限界をｔｐ、当該補強対象位置を含むブースタ部分の最大直径をＤ、ブースタの縦弾性係数をＥとしたときに、
上記隣り合う補強部材の各間隔を、ゼロより大きく且つ下記式で求まる値Ｌ以下としたことを特徴とする。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、更に、ブースタの周方向に沿って間隔を開けて配置されると共にそれぞれブースタの軸方向に沿って延在する複数の補強部材を設けたことを特徴とする。これによって、補強部材が格子状に配置されることとなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、座屈圧壊するほどブースタの一部が薄肉になっても、上記複数の補強部材で形状が保持される。更に磨耗が進行するとブースタに孔が開き、補強部材間の隙間で孔が開くと、その孔から吹き出すガスによって、ブースタにおける座屈圧壊が発生する箇所を、当該座屈圧壊を抑えつつ検出可能となる。
請求項２に係る発明によれば、ブースタの軸方向に並んだ補強部材によって確実に補強部材だけで、大気圧に対して形状保持が可能となる。
請求項３に係る発明によれば、上記ブースタの軸方向に並んだ補強部材間の間隙を広くしても補強部材だけで、大気圧に対して形状保持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に基づく実施形態に係るブースタの配置構造及び補強対象位置を例示する図である。
【図２】補強対象位置の例を示す斜視図である。
【図３】複数の補強部材を配置した状態を示す斜視図である。
【図４】複数の補強部材を配置した状態を示す断面図である。
【図５】側圧を受ける薄肉円筒の座屈荷重係数を説明する図である。
【図６】別例での補強部材の配置を示す周方向に展開した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（構成）
図１は、本実施形態に係る真空脱ガス装置に設けられる真空排気装置のブースタ１部分を例示する図である。
図１では、３段構成のブースタ１、２，３が例示されており、各ブースタ１、２，３の前部１ａ内には、それぞれ下流側に向けて蒸気を噴出する噴出ノズルが配置されると共にそのブースタ１、２，３の長手方向中途部の径が小径に絞られて小径部１ｃ、２ｃ，３ｃが形成されている。第１段目のブースタ１の前部１ａには、真空脱ガス装置からの排ガスをブースタ１に導く管路の下流側が接続されている。その第１段目のブースタ１の後部１ｂが、第２段目のブースタ２の前部２ａに接続され、該第２段目のブースタ２の後部２ｂが第３段目のブースタ３の前部３ａに接続され、その第３段目のブースタ３の後部３ｂがコンデンサ７に接続されている。コンデンサ７は、ガス中から蒸気は回収する復水器である。
【００１０】
ここで、ブースタ１内の磨耗は、ダストカットによる磨耗と蒸気による磨耗の２形態が想定され、排ガス流速が速いほど、ダストカットによる磨耗が支配的になると考えられる。
具体的には、次の（ａ）〜（ｃ）の箇所で、ブースタ１内の磨耗が相対的に多いと推定される。
（ａ）ガス流が衝突する内壁面
（ｂ）ガス流の流速が相対的に高くなる部分の内壁面
（ｃ）噴出ノズルからの蒸気ドレンが掛かる位置（蒸気ドレンで腐食する位置）
これらの箇所が、補強対象位置となる。
図１に示すブースタ１の配置では、（ａ）の箇所は、ブースタ１にガスを導入する際に衝突するブースタ１の前部１ａの上部又は下部と、次段のブースタ１にガスを誘導するためにガス流路の向きが変更される位置であるブースタ１後部１ｂである。
また（ｂ）の位置は、ブースタ１中途部の径が小径に絞られた位置である。また（ｃ）の位置は、噴出ノズル前側下部の内壁面である。
【００１１】
上記のような補強対象位置に対して、それぞれ補強部材１０を配置する。
次に、第１段目のブースタ１のおける前部１ａの上部を補強対象位置とした場合の補強構造について説明する。その他の補強対象位置に対しても同様に補強すればよい。
図２は、補強対象となる補強対象位置Ｘを示す図である。そして、図２に示す補強対象の位置全体を覆うようにして補強対象位置Ｘのブースタ１外周面に対して、複数の補強部材１０を配置する。
【００１２】
図３及び図４は、本実施形態における補強部材１０の配置を示す図である。
本実施形態の補強部材１０の配置は、複数の補強部材１０が、図３及び図４に示すように、補強対象位置Ｘのブースタ１外周面に対し、ブースタ１の軸方向に向けて間隔Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を開けて並ぶと共に、各補強部材１０はそれぞれ、ブースタ１の周方向に延在する板状部材である。補強部材１０の材質や板厚は、ブースタ１外周面に掛かる圧力である大気圧に対し、補強対象位置Ｘのブースタ１の形状を保持可能なだけの強度を有していれば特に限定されない。本実施形態では、ブースタ１を構成する鉄皮と同等以上の強度を有する鋼材を使用し、板厚をブースタ１の初期板厚よりも厚く設定した。
【００１３】
そして、各補強部材１０をブースタ１外周に対し、全周溶接によって溶接して取り付けた。
上記間隔Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、ゼロより大きく且つ下記式で求まる値Ｌ以下とした。この例では、下記式から求まるＬそのものを使用した。
Ｌ  ＝Ｄ×｛２．６０×Ｅ×（ｔｐ／Ｄ）２．５＋０．４５×（ｔｐ／Ｄ）０．５｝
ここで、
ｔｐ：補強対象位置Ｘにおける座屈が発生すると推定される肉厚限界［ｍｍ］
Ｄ  ：当該補強対象位置Ｘでの外周面の直径［ｍｍ］
Ｅ  ：ブースタ１の縦弾性係数［Ｎ／ｍｍ２］
である。
上記肉厚限界ｔｐは、薄肉円筒形状の構造体においては、下記式によって表現出来ることが分かっている。
【００１４】
【数１】
2013108362.tif 000003
【００１５】
ここで、
Ｅ：縦弾性係数［Ｎ／ｍｍ２］
（一般のブースタ１の材料であれば、Ｅ＝２．１×１０５を例示出来る）
ν：ポアソン比
κ：座屈荷重係数
である。
座屈荷重係数κは、図５で表される。
ここで、
ｒ：円筒の半径［ｍｍ］
ｌ：円筒長さ（ブースタダクトを円筒と見立てた場合の補強材間の長さ）［ｍｍ］
ｔ：肉厚［ｍｍ］
である。
また、上記式は下記の式から求めたものである。
すなわち、薄肉円筒形状の圧力容器構造規格の式は、下記式で表される。
【００１６】
【数２】
2013108362.tif 000004
【００１７】
ここで、
Ｄ：最大径［ｍｍ］
Ｌ：間隔［ｍｍ］
ｔｐ：肉厚限界［ｍｍ］
Ｅ：縦弾性係数［Ｎ／ｍｍ２］
Ｐｚ：負荷される圧力［Ｎ／ｍｍ２］
である。
本実施形態では、負荷される圧力は大気圧であるので、Ｐｚ＝１とおいて整理すると上述の式となる。
【００１８】
上記説明では、ブースタ１の前部１ａでの流入したガスが衝突する部分を本発明に基づく補強を実施した場合で説明した。他の補強対象位置Ｘのブースタ１部分についても、同様な考えで補強すれば良い。上記例では、ブースタ１の全周が補強対象位置Ｘでないので、ブースタ１の周方向全周に亘って補強部材１０を配置していない。全周に亘って取り付けても良いが、その分、重量が増大してしまう。少なくとも補強対象位置Ｘを覆うように複数の補強部材１０を配置すれば良い。ただし、各補強部材の少なくとも一端部は、補強対象位置をこえた位置となるように設定することが好ましい。
【００１９】
（使用例その他）
ブースタ１は、使用によって上記補強部材１０で補強した補強対象位置Ｘが、相対的に磨耗が激しく、他の部位よりも薄肉となる。
そして、上記補強対象位置Ｘの肉厚が、肉厚限界ｔｐ以下となると、補強部材１０が無いと座屈が発生するが、補強部材１０によって形状が保持されている。続いて、孔が開くほど薄くなると、補強部材１０が外周にある位置では孔が開口しても補強部材１０で塞がれているが、補強部材１０間では孔が大気に露出してブースタ１内を流れるガスがその孔から外部に吹き出す。
【００２０】
そのブースタ１からのガスの吹出を定期的若しくは不定期に確認し、そのガスの吹出を検出したら、一時的に操業を停止して、その穴あき部を補修したのち操業を再開する。補修だけであるので、操業停止時間は短時間となる。そして、例えば、次の定期メンテナンス時に部品交換などの対応をすればよい。
これによって、本実施形態では、座屈が発生するほどブースタ１の肉厚が薄くなっても、部分補修だけで使用することが出来る。また、補強部材１０で補強しても、隙間を形成することで、補強部材が無ければ座屈するほど薄くなった位置を、ガスの噴き出しで確認出来る結果、本来、座屈圧壊するはずのところを、座屈圧壊を抑えつつ検出することが出来る。すなわち、座屈圧壊の発生を抑えつつブースタ１の座屈を検出可能となる。
【００２１】
ここで、補強部材１０は、図６のように、上記ブースタ１の軸方向に配列した補強部材１０と交差するように、ブースタ１の周方向に沿って配列する第２の補強部材１１を配置して、格子状に補強部材１０を配置しても良い。
この場合には、重量が増大するが、上述の補強構造に比べてブースタ１の形態保持効果が高くなる。また、この場合には、第２の補強部材１１は第１の補強部材１０に溶接によって接合すると、補強部材１０間では、第２の補強部材１１とブースタ１外周面との間に空隙が形成されるので、その位置でのブースタ１の孔開口によるガス噴き出しは検知出来る。
【符号の説明】
【００２２】
１、２，３    ブースタ
１ａ   前部
１ｂ   後部
１ｃ   小径部
７     コンデンサ
１０   補強部材
１１   第２の補強部材
Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３     間隔
ｔｐ   肉厚限界
【図１】
2013108362.tif 000005
【図２】
2013108362.tif 000006
【図３】
2013108362.tif 000007
【図４】
2013108362.tif 000008
【図５】
2013108362.tif 000009
【図６】
2013108362.tif 000010