(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するヘッダ間に複数のフィンチューブを配設すると共に前記各ヘッダ間に所定間隔をおいて前記各フィンチューブを支持する管支持部を設けてなる管束と、前記管束に対して冷却エアを供給する冷却ファンとを含む空冷式熱交換器を使用する際に、前記管束の前記フィンチューブに発生する振動を抑制するために適用される空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法であって、
前記ヘッダと前記管支持部との間、及び、前記管支持部同士の間のうち、少なくとも１箇所で、前記各フィンチューブの移動を規制する防振工程を含み、
前記防振工程では、前記管束に対して一対のフレームを互いに対向するように配置すると共に、前記一対のフレームに対して複数のワイヤを前記フレームの間を往復するように前記フレームに対して斜めに張設して、前記各フィンチューブを支持することを特徴とする空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法。
【請求項２】
互いに対向するヘッダ間に複数のフィンチューブを配設すると共に前記各ヘッダ間に所定間隔をおいて前記各フィンチューブを支持する管支持部を設けてなる管束と、前記管束に対して冷却エアを供給する冷却ファンとを含む空冷式熱交換器を使用する際に、前記管束の前記フィンチューブに発生する振動を抑制するために適用される空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法であって、
前記ヘッダと前記管支持部との間、及び、前記管支持部同士の間のうち、少なくとも１箇所で、前記各フィンチューブの移動を規制する防振工程を含み、
前記防振工程では、前記各フィンチューブ同士の隙間に防振部材を配置し、前記防振部材は、前記管束に対して互いに対向するように配置される一対のフレームに固定されて、前記各フィンチューブを支持することを特徴とする空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空冷式熱交換器の使用時に管束のフィンチューブに発生する振動を抑制するために適用される空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、発電所や化学プラント等では、例えば、圧縮機からガスタービンに供給される圧縮流体を冷却するために空冷式熱交換器が用いられている。この種の空冷式熱交換器は、互いに対向するヘッダ間に複数のフィンチューブを配設させてなる管束を備える。また、互いに対向するヘッダ間には、各フィンチューブを支持する管支持部が所定間隔をおいて複数設けられている。更に、管束の上方又は下方には、押込み通風方式又は吸込み通風方式の冷却ファンが配置されている。このような構成を有する空冷式熱交換器を運転する場合、何れか一方のヘッダから各フィンチューブ内に高温流体を流通させると共に、冷却ファンを作動させる。これにより、管束に対しては、冷却ファンによって押込まれ、又は、吸込まれた空気（冷却エア）が供給され、管束を通過する冷却エアによって、各フィンチューブ内を流通する高温流体の熱が奪われることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の空冷式熱交換器を所定の設置箇所に据え付け、実際に運転した場合、次のような問題が生じてしまうことがある。すなわち、管束に対して供給された冷却エアの流速分布は、管束の周囲で不均一となり、また、管束周囲の温度や湿度等も常時変化する。この結果、各フィンチューブに振動（流体によって誘起される振動）が発生してしまい、発生した振動が共振によって増幅されてしまうと、フィンチューブの損傷や騒音の問題を招くおそれがある。また、実際に空冷式熱交換器を稼働させた後、冷却能力が不足していることが判明した場合や、運用条件の変更によって冷却ファンの風量を増大させたような場合、当初見られなかった振動の問題が、冷却ファンの風量を変更した後に生じてしまうことも起こり得る。
【０００４】
そこで、本発明は、空冷式熱交換器の運転中、管束のフィンチューブに発生する振動を簡易かつ確実に抑制することが可能な空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明による空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法は、互いに対向するヘッダ間に複数のフィンチューブを配設すると共に各ヘッダ間に所定間隔をおいて各フィンチューブを支持する管支持部を設けてなる管束と、管束に対して冷却エアを供給する冷却ファンとを含む空冷式熱交換器を使用する際に、管束のフィンチューブに発生する振動を抑制するために適用される空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法であって、ヘッダと管支持部との間、及び、管支持部同士の間のうち、少なくとも１箇所で、各フィンチューブの移動を規制する防振工程を含むものである。
【０００６】
この種の空冷式熱交換器を運転する場合、何れか一方のヘッダから各フィンチューブ内に高温流体を流通させると共に、冷却ファンを作動させる。この際、冷却ファンによって供給される冷却エアが管束の周囲を流通することに起因して、各フィンチューブに振動（流体によって誘起される振動）が発生することがある。このような場合に、本発明によるフィンチューブ防振方法のように、ヘッダと管支持部との間、及び、管支持部同士の間のうち、少なくとも１箇所で、各フィンチューブの移動を規制すれば、ヘッダ間における各フィンチューブの支持ピッチが実質的に変更されることになる。従って、各フィンチューブの固有振動数（共振振動数）を変化させることが可能となり、空冷式熱交換器を作動させた際にフィンチューブに振動が発生してしまった場合であっても、容易かつ確実に振動を抑制することができる。
【０００７】
この場合、各フィンチューブの移動を規制するための防振工程として、次のような手法を採用すると好ましい。
【０００８】
すなわち、防振工程では、管束に対して一対のフレームを互いに対向するように配置すると共に、一対のフレームに対して複数のワイヤを張設して、前記各フィンチューブを支持すると好ましい。
【０００９】
また、防振工程では、各フィンチューブ同士の隙間に防振部材を配置して、各フィンチューブを支持すると好ましい。
【００１０】
更に、防振工程では、冷却エアの流れ方向における上流側及び下流側の少なくとも一方に冷却エア遮断部材を配置して、管束に対する冷却エアの流入流速分布を規制すると好ましい。
【００１１】
これらの方法は、いずれも、既設の空冷式熱交換器に対して簡易に適用可能なものである。従って、空冷式熱交換器の常用条件下で振動の問題が生じたような場合や、冷却能力の不足を補うべく冷却ファンの風量を増大させた後に、振動の問題が生じたような場合であっても、管束のフィンチューブに発生する振動を簡易かつ確実に抑制することができる。また、設計時に各フィンチューブを支持する管支持部の数を予め減らしておいて、運転条件に応じて、適宜、防振工程を施すことも可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明によるフィンチューブ防振方法を適用可能な空冷式熱交換器を示す模式図である。同図に示す空冷式熱交換器１は、互いに対向し合うヘッダ２を含み、各ヘッダ２には、それぞれ管板３が取り付けられている。管板３には、図２に示すように、多数の孔部３ａがマトリックス状に配設されており、各孔部３ａには、フィンチューブ４が、いわゆる拡管法等によって取り付けられている。このように互いに対向するヘッダ２同士の間に複数のフィンチューブ４を配設することにより、管束５が構成される。また、互いに対向するヘッダ２間には、各フィンチューブ４を支持する所定の管支持部６が所定間隔をおいて複数（この場合、３個所）設けられている。更に、管束５の下方には、吸込み通風方式の冷却ファン７が配置されている。なお、本発明は、押込み通風方式の冷却ファンをもった空冷式熱交換器に対しても適用可能である。
【００１４】
この空冷式熱交換器１を運転する場合、図１における左側のヘッダ２から各フィンチューブ４内に冷却対象となる高温流体を流通させると共に、冷却ファン７を作動させる。これにより、管束５に対しては、冷却ファン７によって吸込まれた空気（冷却エア）が供給され、管束５を通過する冷却エアによって、各フィンチューブ４内を流通する高温流体の熱が奪われることになる。この際、管束５の周囲における冷却エアの流速変化、温度変化、湿度変化等に起因して、各フィンチューブ４に振動（流体によって誘起される振動）が発生することがある。
【００１５】
本発明によるフィンチューブ防振方法では、ヘッダ２と管支持部６との間、及び、管支持部６同士の間のうち、少なくとも１箇所（例えば、図１において白抜き矢印にて示す箇所）で、各フィンチューブ４の移動を規制する（防振工程）。これにより、ヘッダ２同士の間における各フィンチューブ４の支持ピッチが実質的に変更されることになるので、各フィンチューブ４の固有振動数（共振振動数）を変化させることが可能となり、空冷式熱交換器１を作動させた際にフィンチューブ４に振動が発生してしまった場合であっても、容易かつ確実に振動を抑制することができる。この場合、冷却エアの流れ方向における各フィンチューブ４の移動を規制するための防振工程としては、次のような具体的手法を採用することが可能である。
【００１６】
〔第１の手法〕
この場合は、図３及び４に示すように、管束５に一対のフレームｆを互いに対向するように配置する。すなわち、冷却エアの流れ方向における最上流側（図１における上側）の段に位置する各フィンチューブ４と、冷却エアの流れ方向における最下流側（図１における下側、すなわち、冷却ファン７側）の段に位置する各フィンチューブ４とに対して、それぞれフレームｆを配置する。また、各フレームｆには、ワイヤＷを挿通させるための孔部を所定数だけ穿設しておく。
【００１７】
そして、管束５に対して配置された一対のフレームｆに対して、複数のワイヤＷを張設する。すなわち、図３に示すように、各ワイヤＷは、一対のフレームｆの間を往復するように斜めに張設され、何れか１本のフィンチューブ４の母管４ａが２本のワイヤＷと接触する状態とする。これにより、各フィンチューブ４は、各ワイヤＷによって冷却エアの流れ方向における下流側から支持されることになり、各フィンチューブ４の移動を規制することが可能となる。なお、ワイヤＷには、図３に示すように、適宜ターンバックルＴを装着するとよい。これにより、時間の経過によって張設されたワイヤＷが緩んでも、ターンバックルＴを締め付けることにより、再度ワイヤＷを引張ることが可能となる。
【００１８】
〔第２の手法〕
この場合は、図６に示すような防振部材１０を用いる。防振部材１０は、細幅かつ肉薄に形成された２枚の板材１１を平行に並べると共に、連結棒１２によって連結したものである。防振部材１０（板材１１）の幅ｄは、冷却エアの流れ方向におけるフィンチューブ４の配設間隔と略同一に設定されている。そして、図７及び８に示すように、管束５の側方から、上段側のフィンチューブ４の下部と、下段側のフィンチューブの上部とに当接するように防振部材１０を挿入する。これにより、各フィンチューブ４は、各防振部材１０によって冷却エアの流れ方向における下流側から支持されることになる。この結果、冷却エアの流れ方向における各フィンチューブ４の移動を規制することが可能となる。なお、防振部材１０を配置する箇所では、図７に示すように、フィンチューブ４からフィン４ｆを適宜除去しておくとよい。
【００１９】
図９及び１０に、防振部材の他の態様を示す。これらの図面に示す防振部材１０Ａは、細幅かつ肉薄に形成された平板材１４と、平板材１４と係合する段部をもった段付板材１５とからなる。平板材１４及び段付板材１５の厚さは、フィンチューブ４のフィン４ｆの配設間隔よりも薄く設定されている。また、平板材１４の下縁部には、各フィンチューブ４の母管４ａと係合する切欠き部１４ａが所定ピッチを隔てて形成されており、段付板材１５の上縁部には、各フィンチューブ４の母管４ａと係合する切欠き部１５ａが所定ピッチを隔てて形成されている。
【００２０】
防振部材１０Ａを用いる場合、まず、管束５の側方から平板材１４を挿入すると共に、下段側に位置する各フィンチューブ４の上部と各切欠き部１４ａとを係合させる。続いて、管束５の側方から段付板材１５を挿入し、上段側に位置する各フィンチューブ４の下部と各切欠き部１５ａとを係合させると共に、平板材１４と係合させる。平板材１４と段付板材１５とは、管束５の両側部に設けられている側部フレームｓｆにボルト等を介して固定する。これにより、各フィンチューブ４は、各防振部材１０Ａによって冷却エアの流れ方向における下流側から支持されることになる。この結果、冷却エアの流れ方向における各フィンチューブ４の移動を規制することが可能となる。
【００２１】
図１１に、防振部材の更に他の態様を示す。同図に示す防振部材１０Ｂは、一対の挟持板１６と、各挟持板１６を互いに固定するための連結板１７とからなる。各挟持板１６の一縁部には、耐熱ゴム材１６ａが固定されている。この防振部材１０Ｂを用いる場合、管束５に対して、水平に並んでいる各フィンチューブ４を挟むように、かつ、耐熱ゴム材１６ａと母管４ａとが当接するように各挟持板１６を配置する。そして、両挟持板１６ａを連結板１７によって互いに固定する。これにより、各フィンチューブ４は、少なくとも、各防振部材１０Ａによって冷却エアの流れ方向における下流側から支持されることになり、冷却エアの流れ方向における各フィンチューブ４の移動を規制することが可能となる。この場合、防振部材１０Ｂは、少なくとも、冷却エアの流れ方向における最上流側の段に位置する各フィンチューブ４に対して設ければよい。
【００２２】
〔第３の手法〕
この場合は、図１２に示すように、管束５よりも冷却エアの流れ方向における上流側に冷却エア遮断部材１８を配置する。また、管束５を挟んで、冷却エア遮断部材１８と対向する位置に第２冷却エア遮断部材１９を配置する。これにより、冷却エア遮断部材１８によって、管束５に対する冷却エアの流入が規制され、冷却エア遮断部材１８よりも冷却エアの流れ方向における下流側に位置する各フィンチューブ４には、冷却ファン７によって供給される冷却エアが流れ込まない（当たらない）ことになる。また、管束５と冷却ファン７との間に第２冷却エア遮断部材１９を配置することにより、冷却ファン７によって第２冷却エア遮断部材１９の上流側から空気が吸引されることが抑制される。このような手法によっても、各フィンチューブ４の移動を規制することが可能となる。
【００２３】
以上説明した第１〜第３の手法は、いずれも、既設の空冷式熱交換器１に対して簡易に適用可能なものである。従って、空冷式熱交換器１の常用条件下で振動の問題が生じたような場合や、冷却能力の不足を補うべく冷却ファン７の風量を増大させた後に、振動の問題が生じたような場合であっても、管束５のフィンチューブ４に発生する振動を簡易かつ確実に抑制することができる。また、設計時に各フィンチューブ４を支持する管支持部６の数を予め減らしておいて、運転条件に応じて、適宜、これらの防振工程を施すことも可能である。
【００２４】
〔他の手法〕
上述した各手法は、既設の空冷式熱交換器１に対して適用するのに好適なものであるが、空冷式熱交換器を製造する際に、次にような対策を予め講じておいてもよい。すなわち、図１３に示す空冷式熱交換器１Ａは、ヘッダ２に取り付けられた管板３の側方に配置されると共に各フィンチューブ４を支持する補助防振板２０を備える。補助防振板２０は、マトリックス状に配設された多数の孔部２０ａを有し、各孔部２０ａには、フィンチューブ４が、いわゆる拡管法等によって固定されている。これにより、各フィンチューブ４の取付剛性が高まるので、管束５のフィンチューブ４に発生する振動を未然に防止することが可能となる。なお、空冷式式熱交換器１Ａの他の構成は、図１等に示した空冷式熱交換器１と同一である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した本発明に係る空冷式熱交換器のフィンチューブ防振方法によれば、ヘッダ間の少なくとも１箇所で、各フィンチューブの移動を規制することにより、管束のフィンチューブに発生する振動を簡易かつ確実に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフィンチューブ防振方法を適用可能な空冷式熱交換器を示す模式図である。
【図２】図１の空冷式熱交換器に含まれる管板を示す模式図である。
【図３】本発明による第１のフィンチューブ防振方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明による第１のフィンチューブ防振方法を説明するための模式図である。
【図５】本発明による第１のフィンチューブ防振方法を説明するための模式図である。
【図６】本発明による第２のフィンチューブ防振方法において用いる防振部材を示す斜視図である。
【図７】本発明による第２のフィンチューブ防振方法を説明するための模式図である。
【図８】本発明による第２のフィンチューブ防振方法を説明するための模式図である。
【図９】本発明による第２のフィンチューブ防振方法の他の態様を説明するための模式図である。
【図１０】図９のＸ方向矢視図である。
【図１１】本発明による第２のフィンチューブ防振方法の更に他の態様を説明するための模式図である。
【図１２】本発明による第３のフィンチューブ防振方法を説明するための模式図である。
【図１３】空冷式熱交換器に講じることが可能な防振対策を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１，１Ａ…空冷式熱交換器、２…ヘッダ、３…管板、４…フィンチューブ、４ａ…母管、４ｆ…フィン、５…管束、６…管支持部、７…冷却ファン、１０，１０Ａ，１０Ｂ…防振部材、１８…冷却エア遮断部材、１９…第２冷却エア遮断部材、２０…補助防振板、Ｗ…ワイヤ、ｆ…フレーム。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004138161.tif 000011
【図１１】
0004138161.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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