JP7541646B2

JP7541646B2 - Expansion joint and method for adjusting expansion joint

Info

Publication number: JP7541646B2
Application number: JP2021182359A
Authority: JP
Inventors: 翔一江波戸; 俊介湊; 克巳小ノ澤; 竜也岩▲瀬▼
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2024-08-29
Anticipated expiration: 2041-11-09
Also published as: JP2023070283A

Description

本発明は、排気ダクト等に使用される伸縮継手および伸縮継手の調整方法に関する。 The present invention relates to an expansion joint used in exhaust ducts, etc., and a method for adjusting the expansion joint.

火力発電所、製鉄所、ゴミ焼却場等の燃焼装置から排出された比較的高温の排気ガス（以下、単にガスと記す。）が流動するダクト同士の連結部には、ダクトの振動やガスの熱によるダクトの熱膨張等を吸収する目的で伸縮継手が使用されている。上記のガスに腐食性物質が含まれている場合には、当該ガスを排出するダクトには、耐食性に優れた金属材料によって構成された金属製ベローズを用いた伸縮継手が適用される場合が多い。なお、ダクトを振動させる起振源としては、ガスの圧力変動や流量の変動、あるいは、外部の機器などを挙げることができる。 At the joints between ducts through which relatively high-temperature exhaust gas (hereafter simply referred to as gas) discharged from combustion equipment such as thermal power plants, steelworks, and waste incinerators flows, expansion joints are used to absorb duct vibration and thermal expansion of the duct due to the heat of the gas. When the gas contains corrosive substances, expansion joints using metal bellows made of metal materials with excellent corrosion resistance are often used for the ducts that discharge the gas. Sources of vibration that cause duct vibration include fluctuations in gas pressure and flow rate, and external equipment.

金属製ベローズを用いた伸縮継手は、蛇腹構造を有する伸縮部と、ガスの流動方向で上流側ダクトと下流側ダクトとに対して前記伸縮部を接続する接続部とを有する。伸縮部の軸方向での両端部は、溶接やろう付け等により接続部に対してそれらの間の気密を確保するように接続されている。接続部には、ダクトとの接続を容易にするためにフランジ部が設けられている。また、当該フランジ部と同様のフランジ部が上流側ダクトと下流側ダクトとのそれぞれに設けられている。そして、各ダクトのフランジ部と接続部のフランジ部との間にパッキン等を挟み込んだ状態でそれらを互いに接続することにより各ダクトと接続部との間の気密を確保するように構成されている。なお、伸縮継手の接続部は、ダクトと溶接により接続される構造であってもよい。 The expansion joint using a metal bellows has an expansion section having a bellows structure and a connection section that connects the expansion section to the upstream duct and the downstream duct in the gas flow direction. Both axial ends of the expansion section are connected to the connection section by welding, brazing, or the like to ensure airtightness between them. The connection section is provided with a flange section to facilitate connection to the duct. In addition, a flange section similar to the flange section is provided on each of the upstream duct and the downstream duct. Then, the flange sections are connected to each other with a packing or the like sandwiched between them, thereby ensuring airtightness between each duct and the connection section. The connection section of the expansion joint may be structured to be connected to the duct by welding.

ここで、接続継手に用いられる金属製ベローズの材料には、高温環境下でも耐食性に優れるステンレス鋼が用いられることが多い。金属製ベローズの板厚は０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下程度である。また、製鉄プラント等に使用される伸縮継手の内径は概ね７５０ｍｍ以上４５００ｍｍ以下のものが使用されることが多い。 Here, the material used for the metal bellows used in the connection joints is often stainless steel, which has excellent corrosion resistance even in high-temperature environments. The plate thickness of the metal bellows is about 0.5 mm to 3.5 mm. Furthermore, the inner diameter of expansion joints used in steel plants and the like is often generally 750 mm to 4500 mm.

しかしながら、金属製ベローズの素材として耐食性に優れたステンレス鋼を使用したとしても、金属製ベローズにおける伸縮性を確保するためには、比較的板厚が薄いステンレス鋼を用いざるを得ない。一方、発電プラント等において、発電機の運転および停止のサイクルに伴う温度変化によって金属製ベローズに結露が生じると、当該結露によって生じた水にガス中の腐食性物質が溶解し、これが伸縮部に滞留してしまう可能性がある。このような事態が生じると、金属製ベローズが腐食して板厚が薄くなる減肉が生じ、また、金属製ベローズの板厚が薄いことと相まって、孔食が生じやすくなってしまう。 However, even if stainless steel, which has excellent corrosion resistance, is used as the material for the metal bellows, a stainless steel with a relatively thin plate thickness must be used to ensure the elasticity of the metal bellows. On the other hand, in a power generation plant or the like, when condensation occurs on the metal bellows due to temperature changes accompanying the on-off cycle of the generator, corrosive substances in the gas dissolve in the water produced by the condensation, and this may become trapped in the elastic section. When this occurs, the metal bellows corrodes and reduces in thickness, and this, combined with the thin plate thickness of the metal bellows, makes them more susceptible to pitting corrosion.

なお、ダクト内を一酸化炭素のような有毒ガスが流動している場合に、金属製ベローズが腐食して穴が開いてしまうと、ダクトの外部に有毒ガスが排出されることになってしまい、安全性の観点で問題が生じる。また、ダクト内を有毒ガスが流動しない場合であっても、ダクトに穴が開いてダクトの外部に高温排気ガスが排出されてしまうと、放熱ロスによりエネルギの損失が生じるため、プラント操業の効率が低下するという問題がある。 If a toxic gas such as carbon monoxide is flowing through the duct, and the metal bellows corrodes and develops a hole, the toxic gas will be discharged outside the duct, causing a safety problem. Even if no toxic gas is flowing through the duct, if a hole develops in the duct and high-temperature exhaust gas is discharged outside the duct, energy will be lost due to heat radiation loss, which will cause a problem of reduced efficiency in plant operation.

この種の伸縮継手の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された伸縮継手は、ベースとなる耐熱層の板厚方向での両側面のそれぞれに金属層が設けられている。こうすることにより、伸縮継手の内部つまり耐熱層の内部への水や埃などの侵入を防止すると共に、排気ガスや熱が外部に漏洩することを防止するように構成されている。また、特許文献２には、金属製ベローズの内周を全周に亘って覆うように、ガラス繊維やセラミックス繊維等の無機質繊維製織布が設けられた伸縮継手が開示されている。無機質繊維製織布によって金属製ベローズの下部の凹み部にダストが堆積せず、ダストの除去に要する清掃時間を短縮できることが開示されている。 One example of this type of expansion joint is described in Patent Document 1. The expansion joint described in Patent Document 1 has a metal layer on each of both sides in the plate thickness direction of the base heat-resistant layer. This prevents water, dust, etc. from entering the inside of the expansion joint, i.e., the inside of the heat-resistant layer, and is configured to prevent exhaust gas and heat from leaking to the outside. Patent Document 2 also discloses an expansion joint in which an inorganic fiber woven fabric such as glass fiber or ceramic fiber is provided to cover the entire inner circumference of a metal bellows. It is disclosed that the inorganic fiber woven fabric prevents dust from accumulating in the recessed portion at the bottom of the metal bellows, and the cleaning time required to remove dust can be shortened.

特開２００９－２９９７３１号公報JP 2009-299731 A 特開２０００－２２０７７７号公報JP 2000-220777 A

特許文献１に記載された伸縮継手に用いる各金属層は、伸縮継手の伸縮性を確保するために可及的に薄いことが好ましい。したがって、腐食性を有する高温排気ガスの流動するダクトでの使用に対しては、必要な耐食性や耐久性を具備することが困難となる可能性がある。 The metal layers used in the expansion joint described in Patent Document 1 are preferably as thin as possible to ensure the expansion joint's flexibility. Therefore, it may be difficult to provide the necessary corrosion resistance and durability for use in ducts through which corrosive high-temperature exhaust gas flows.

また、特許文献２に記載された伸縮継手は、ダクト内を流動するガスにダストのような固体物が含まれている場合に、金属製ベローズに当該固体物が堆積することを低減するものであり、結露によって水滴が生じるような環境での使用を想定したものではない。そのため、結露によって水滴が生じるような環境で使用した場合においては、結露によって生じた水に起因する金属ベローズの腐食を抑制することが困難となる可能性がある。 The expansion joint described in Patent Document 2 is intended to reduce the accumulation of solid matter such as dust on the metal bellows when the gas flowing inside the duct contains such solid matter, and is not intended for use in environments where water droplets are formed due to condensation. Therefore, if used in an environment where water droplets are formed due to condensation, it may be difficult to suppress corrosion of the metal bellows caused by water generated by condensation.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、腐食性物質を含有する流体によって伸縮部に腐食が生じて穴が生じた場合であっても、前記流体が外部に漏洩することを抑制することができると共に、伸縮継手の補修または交換頻度などのメンテナンス負荷を軽減できる伸縮継手および伸縮継手の調整方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide an expansion joint and an adjustment method for an expansion joint that can prevent leakage of a fluid to the outside even if a fluid containing a corrosive substance corrodes the expansion section and creates a hole, and can reduce the maintenance burden, such as the frequency of repairing or replacing the expansion joint.

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
［１］流体が流動しかつ前記流体の流動方向で前後に配置された一対のダクト同士の間に設けられており、前記ダクトの振動や前記流体の温度に応じた前記ダクトの伸縮を吸収する伸縮部と、前記流動方向で前記伸縮部の前後のそれぞれに設けられていて前記伸縮部と前記ダクトとを接続する接続部とを有する伸縮継手であって、前記ダクトの半径方向で内側から予め定めた隙間をあけて前記伸縮部を覆うカバー部をさらに有し、前記流動方向で上流側の前記カバー部の一方の端部は、前記半径方向で前記カバー部の一方の端部に対応する前記伸縮部の一方の端部と、前記流動方向で前記伸縮部の上流側の前記接続部とのうちの一方に接続され、前記流動方向で下流側の前記カバー部の他方の端部は、前記半径方向で前記カバー部の他方の端部に対応する前記伸縮部の他方の端部から離隔され、前記ダクトの軸線方向に直交する平面に沿う前記カバー部の内側部分の断面積は、前記平面に沿う前記隙間の断面積よりも大きい、伸縮継手。
［２］前記半径方向で前記カバー部の他方の端部における外周面と、前記半径方向で前記カバー部の他方の端部における内周面と、前記半径方向で前記伸縮部の他方の端部の内周面とのうち、いずれか一つの面に、前記隙間の断面積と、前記カバー部の内側部分の断面積との比率を変化させる突出部が前記半径方向に突出して設けられている、上記の［１］に記載の伸縮継手。
［３］前記隙間の断面積Ａ２と、前記カバー部の内側部分の断面積Ａ３との関係が、
０．０００２≦Ａ２／Ａ３≦０．０４５である、上記の［１］または［２］に記載の伸縮継手。
［４］前記伸縮部は、当該伸縮部の板厚方向に貫通して形成された貫通孔を有している、上記の［１］ないし［３］のいずれかに記載の伸縮継手。
［５］前記カバー部の一方の端部は、前記伸縮部の一方の端部と前記流動方向で前記伸縮部の上流側の前記接続部とのうちの一方に対して、前記流動方向に移動可能に接続されている、上記の［１］ないし［４］のいずれかに記載の伸縮継手。
［６］前記カバー部の他方の端部は、前記流動方向で前記伸縮部の下流側の前記接続部にまで延びている、上記の［１］ないし［５］のいずれかに記載の伸縮継手。
［７］流体が流動しかつ前記流体の流動方向で前後に配置された一対のダクト同士の間に設けられており、前記ダクトの振動や前記流体の温度に応じた前記ダクトの伸縮を吸収する伸縮部と、前記流動方向で前記伸縮部の前後のそれぞれに設けられていて前記伸縮部と前記ダクトとを接続する接続部とを有する伸縮継手の調整方法であって、前記伸縮継手は、前記ダクトの半径方向で内側から予め定めた隙間をあけて前記伸縮部を覆うカバー部さらに有し、前記流動方向で前記カバー部における下流側の他方の端部の板厚を変更することによって、もしくは、前記半径方向で前記他方の端部における外周面と内周面とのうちの一方の面に前記半径方向に突出する突出部を設けることによって、前記ダクトの軸線方向に直交する平面に沿う前記隙間の断面積Ａ２と、前記平面に沿う前記カバー部の内側部分の断面積Ａ３との関係が、下記の式を満足するように調整する、伸縮継手の調整方法。
０．０００２≦Ａ２／Ａ３≦０．０４５ The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] An expansion joint having an expansion section that is provided between a pair of ducts through which a fluid flows and that are arranged one behind the other in the flow direction of the fluid, absorbing the expansion and contraction of the duct in response to vibrations of the duct and the temperature of the fluid, and connection sections that are provided respectively before and after the expansion section in the flow direction and connect the expansion section and the duct, further having a cover section that covers the expansion section from the inside in the radial direction of the duct with a predetermined gap, one end of the cover section on the upstream side in the flow direction is connected to one of the one end of the expansion section corresponding to the one end of the cover section in the radial direction and the connection section on the upstream side of the expansion section in the flow direction, the other end of the cover section on the downstream side in the flow direction is separated from the other end of the expansion section corresponding to the other end of the cover section in the radial direction, and a cross-sectional area of an inner part of the cover section along a plane perpendicular to the axial direction of the duct is larger than a cross-sectional area of the gap along the plane.
[2] The expansion joint described in [1] above, in which a protrusion that protrudes in the radial direction and changes the ratio between the cross-sectional area of the gap and the cross-sectional area of the inner part of the cover portion is provided on any one of the outer circumferential surface at the other end of the cover portion in the radial direction, the inner circumferential surface at the other end of the cover portion in the radial direction, and the inner circumferential surface at the other end of the expansion portion in the radial direction.
[3] The relationship between the cross-sectional area A2 of the gap and the cross-sectional area A3 of the inner portion of the cover portion is:
The expansion joint according to the above [1] or [2], wherein 0.0002≦A2/A3≦0.045.
[4] The expansion joint according to any one of [1] to [3] above, wherein the expansion section has a through hole formed penetrating the expansion section in the plate thickness direction.
[5] An expansion joint as described in any of [1] to [4] above, wherein one end of the cover portion is connected to one of one end of the expansion portion and the connection portion upstream of the expansion portion in the flow direction so as to be movable in the flow direction.
[6] An expansion joint as described in any one of [1] to [5] above, wherein the other end of the cover portion extends to the connection portion downstream of the expansion portion in the flow direction.
[7] A method for adjusting an expansion joint having an expansion section, which is provided between a pair of ducts through which a fluid flows and which are arranged one behind the other in the flow direction of the fluid, absorbing the expansion and contraction of the duct in accordance with vibrations of the duct and the temperature of the fluid, and connection sections which are provided respectively before and after the expansion section in the flow direction and connect the expansion section and the duct, wherein the expansion joint further has a cover section which covers the expansion section from the inside in the radial direction of the duct with a predetermined gap, and by changing the plate thickness of the other end section of the cover section on the downstream side in the flow direction, or by providing a protrusion protruding in the radial direction on one of the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the other end section in the radial direction, the relationship between the cross-sectional area A2 of the gap along a plane perpendicular to the axial direction of the duct and the cross-sectional area A3 of the inner part of the cover section along the plane is adjusted so as to satisfy the following formula:
0.0002≦A2/A3≦0.045

本発明によれば、腐食によって伸縮部に穴が生じた場合には、当該穴を介して伸縮部の外側から内側に向けて外気が吸引される。具体的には、カバー部の内側部分の断面積は、カバー部と伸縮部との間の隙間の断面積よりも大きいため、カバー部の内側部分を流体が流動すると、当該カバー部材の内側部分での流体圧は、カバー部と伸縮部との間の隙間における流体圧よりも低くなる。そのため、上述した流体圧の差に起因して前記隙間からカバー部材の内側部分に向かう流体流が生じ、これによって穴から外気が吸引される。こうして伸縮継手の内部を流動する腐食性物質を有する流体の漏洩を防止もしくは抑制できる。また、半径方向で伸縮部の内側部分は、その全周に亘ってカバー部によって覆われるから、伸縮部に流体に含まれる固体物が堆積し、それが要因となって腐食が生じることを抑制でき、耐久性を向上できる。それらの結果、伸縮継手の補修または交換頻度などのメンテナンス負荷を低減することができる。 According to the present invention, when a hole is formed in the expansion section due to corrosion, outside air is sucked in from the outside of the expansion section to the inside through the hole. Specifically, since the cross-sectional area of the inner part of the cover is larger than the cross-sectional area of the gap between the cover and the expansion section, when a fluid flows in the inner part of the cover, the fluid pressure in the inner part of the cover member is lower than the fluid pressure in the gap between the cover and the expansion section. Therefore, due to the above-mentioned difference in fluid pressure, a fluid flow is generated from the gap toward the inner part of the cover member, and outside air is sucked in through the hole. In this way, leakage of a fluid containing a corrosive substance flowing inside the expansion joint can be prevented or suppressed. In addition, since the inner part of the expansion joint in the radial direction is covered by the cover over its entire circumference, it is possible to suppress the accumulation of solids contained in the fluid in the expansion section, which causes corrosion, and improve durability. As a result, it is possible to reduce the maintenance load, such as the frequency of repair or replacement of the expansion joint.

本発明の第１実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a first embodiment of the present invention. 図１に示すI―I線に沿う矢視断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line II shown in FIG. 1 . 伸縮部に穴が形成された状態で各ダクトおよび伸縮継手の内部を高温のガスが流動している状態を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a state in which a hole is formed in the expansion section and high-temperature gas flows inside each duct and the expansion joint. 伸縮部に穴から外気が吸引されている状態を説明するための図である。13 is a diagram illustrating a state in which outside air is sucked into the expansion/contraction section through a hole. FIG. 本発明の第１実施形態に係る伸縮継手の他の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another example of the expansion joint according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第３実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第４実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第５実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る伸縮継手の他の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing another example of an expansion joint according to an embodiment of the present invention.

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。図１に示す伸縮継手１は、比較的高温の流体が流動しかつ流体の流動方向で前後に配置された一対のダクト２，３同士を接続するものである。各ダクト２，３はそれらの内部を流動する流体の温度に応じて熱膨張しまた熱収縮するから、伸縮継手１は各ダクト２，３の軸線方向における各ダクト２，３の伸縮や振動を吸収するように構成されている。また、伸縮継手１は流体の圧力変動や流量の変動、あるいは、外部の機器の振動などに起因する各ダクト２，３の振動を吸収するように構成されている。上記の流体の例としては、火力発電所や製鉄所、ゴミ焼却場等（以下、プラントと記す。）から排出される比較的高温であってかつ腐食性物質を含む排気ガス（以下の説明では、単にガスと記す。）を挙げることができる。 First Embodiment
FIG. 1 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a first embodiment of the present invention. The expansion joint 1 shown in FIG. 1 connects a pair of ducts 2, 3 through which a relatively high-temperature fluid flows and which are arranged in front and behind in the direction of the fluid flow. Since each of the ducts 2, 3 thermally expands and contracts depending on the temperature of the fluid flowing therein, the expansion joint 1 is configured to absorb the expansion and contraction and vibration of each of the ducts 2, 3 in the axial direction of each of the ducts 2, 3. The expansion joint 1 is also configured to absorb the vibration of each of the ducts 2, 3 caused by pressure fluctuations and flow rate fluctuations of the fluid, or vibrations of external equipment. An example of the above fluid is exhaust gas (hereinafter simply referred to as gas) that is relatively high temperature and contains corrosive substances and is discharged from a thermal power plant, a steelworks, a waste incineration plant, etc. (hereinafter referred to as a plant).

このように、本発明の第１実施形態における各ダクト２，３は高温であってかつ多量のガスが流動する可能性があるダクトである。図１に示す例では、各ダクト２，３は円筒状を成しており、各ダクト２，３の内径は０．５ｍ以上１０ｍ以下程度に設定されている。また、各ダクト２，３を構成する材料としては、耐食性の点でステンレス鋼が好ましい。なお、各ダクト２，３の形状は円筒状に限定されないのであって、例えば、角筒状であってもよい。各ダクト２，３が角筒状を成す場合には、各ダクト２，３の軸線方向に直交する断面における一辺はそれぞれ０．５ｍ以上１０ｍ以下程度に設定される。要は、各ダクト２，３は高温かつ多量のガスを流動させることができるように構成されていればよい。上記の各ダクト２，３を流動するガスの流量は一例として、５００ｍ^３／ｍｉｎ以上５０００ｍ^３／ｍｉｎ以下程度である。 Thus, each of the ducts 2, 3 in the first embodiment of the present invention is a duct through which a large amount of gas may flow at high temperature. In the example shown in FIG. 1, each of the ducts 2, 3 is cylindrical, and the inner diameter of each of the ducts 2, 3 is set to about 0.5 m or more and 10 m or less. In addition, stainless steel is preferable as a material for forming each of the ducts 2, 3 in terms of corrosion resistance. The shape of each of the ducts 2, 3 is not limited to a cylindrical shape, and may be, for example, a rectangular tube. When each of the ducts 2, 3 is a rectangular tube, each side of the cross section perpendicular to the axial direction of each of the ducts 2, 3 is set to about 0.5 m or more and 10 m or less. In short, each of the ducts 2, 3 may be configured to be able to flow a large amount of gas at high temperature. The flow rate of the gas flowing through each of the ducts 2, 3 is, for example, about 500 m ³ /min or more and 5000 m ³ /min or less.

伸縮継手１は、いわゆるベローズタイプの伸縮継手として従来知られたものと同様に構成されている。図１に示す例では、ガスの流動方向つまり各ダクト２，３の軸線方向に伸縮可能に構成された蛇腹状の伸縮部４と、ガスの流動方向で伸縮部４の前後にそれぞれ設けられている接続部５，６とを有している。また、図１に示す伸縮部４の内径Ｄは、各ダクト２，３の内径とほぼ同じ内径に設定されている。ここで、伸縮部４の内径Ｄとは、蛇腹状を成す伸縮部４の内径のうち、最小の内径を意味している。また、伸縮部４の最小の内径は各ダクト２，３の内径とほぼ同じ内径に設定されている。伸縮部４は、腐食性物質を含むガスと接触する可能性があるので、伸縮部４を構成する材料としては、例えば、耐食性のあるステンレス鋼が好ましい。さらに、伸縮部４の板厚は、ダクト２，３の伸縮に伴う当該伸縮部４の伸縮性、および、ガスによる腐食に対する耐食性、ならびに、繰り返し伸縮することによる疲労に対する耐久性などの点で、０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下程度に設定されていることが好ましい。 The expansion joint 1 is configured in the same manner as a conventionally known so-called bellows type expansion joint. In the example shown in FIG. 1, it has a bellows-shaped expansion section 4 that is configured to be expandable and contractable in the gas flow direction, i.e., the axial direction of each duct 2, 3, and connection sections 5, 6 that are provided before and after the expansion section 4 in the gas flow direction. In addition, the inner diameter D of the expansion section 4 shown in FIG. 1 is set to be approximately the same as the inner diameter of each duct 2, 3. Here, the inner diameter D of the expansion section 4 means the smallest inner diameter among the inner diameters of the expansion section 4 that forms the bellows shape. In addition, the smallest inner diameter of the expansion section 4 is set to be approximately the same as the inner diameter of each duct 2, 3. Since the expansion section 4 may come into contact with gas containing corrosive substances, for example, corrosion-resistant stainless steel is preferable as a material for the expansion section 4. Furthermore, the plate thickness of the expansion section 4 is preferably set to about 0.5 mm or more and 3.5 mm or less in terms of the expansion and contraction of the expansion section 4 as the ducts 2 and 3 expand and contract, corrosion resistance to gas corrosion, and durability against fatigue due to repeated expansion and contraction.

なお、伸縮部４はベローズタイプに替えて、いわゆるスリーブタイプであってもよい。スリーブタイプの伸縮部４は、例えば、２つのパイプを備え、一方のパイプの内側に気密状態を維持しかつ軸線方向に移動可能に他方のパイプを配置して構成される。したがって、各ダクト２，３が軸線方向に伸縮あるいは振動すると、それに伴って各パイプが互いに相対移動して各ダクト２，３の伸縮あるいは振動を吸収するようになっている。要は、伸縮部４は、軸線方向における各ダクト２，３の伸縮や振動を吸収できるように構成されていればよい。 In addition, the telescopic section 4 may be a so-called sleeve type instead of a bellows type. A sleeve type telescopic section 4 is configured, for example, with two pipes, one of which is arranged inside the other pipe so that the other pipe can move in the axial direction while maintaining an airtight state. Therefore, when each duct 2, 3 expands and contracts or vibrates in the axial direction, the pipes move relative to each other accordingly, absorbing the expansion and contraction or vibration of each duct 2, 3. In short, the telescopic section 4 needs only to be configured to absorb the expansion and contraction and vibration of each duct 2, 3 in the axial direction.

接続部５，６のうち、一方の接続部（以下、上流側接続部と記す。）５は、ガスの流動方向で伸縮部４の上流側に位置している。流動方向で上流側接続部５における伸縮部４とは反対側の端部に、半径方向で外側に突出するフランジ部７が一体に形成されている。これと同様のフランジ部８が、流動方向で伸縮継手１の上流側に位置する上流側ダクト２における伸縮継手１側の端部に形成されている。それらのフランジ部７，８同士の間に図示しないパッキンあるいはガスケットなどのガスの漏洩を抑制する部材を挟みつけた状態でフランジ部７，８同士が図示しない所定の連結手段によって互いに連結されている。これによりそれらの間の気密状態を維持するようになっている。連結手段は従来知られたものであってよく、例えば、ボルト止めや、リベット止め、溶接、ロウ付けなどを挙げることができる。また、伸縮部４と上流側接続部５とは、溶接やロウ付けなどによって気密状態を維持するように一体化されている。 Of the connection parts 5 and 6, one connection part (hereinafter referred to as the upstream connection part) 5 is located upstream of the expansion part 4 in the gas flow direction. A flange part 7 that protrudes outward in the radial direction is integrally formed at the end of the upstream connection part 5 opposite the expansion part 4 in the flow direction. A similar flange part 8 is formed at the end of the expansion joint 1 side of the upstream duct 2 located upstream of the expansion joint 1 in the flow direction. The flange parts 7 and 8 are connected to each other by a predetermined connecting means not shown in the figure with a member for suppressing gas leakage such as a packing or gasket not shown sandwiched between them. This maintains an airtight state between them. The connecting means may be a conventionally known one, for example, bolting, riveting, welding, brazing, etc. In addition, the expansion part 4 and the upstream connection part 5 are integrated to maintain an airtight state by welding, brazing, etc.

接続部５，６のうち、他方の接続部（以下、下流側接続部と記す。）６は、ガスの流動方向で伸縮部４の下流側に位置しており、当該下流側接続部６における伸縮部４とは反対側の端部に、半径方向で外側に突出するフランジ部９が一体に形成されている。これと同様のフランジ部１０が、流動方向で伸縮継手１の下流側に位置する下流側ダクト３における伸縮継手１側の端部に形成されている。それらのフランジ部９，１０同士の間に図示しないパッキンあるいはガスケットなどを挟みつけた状態でフランジ部９，１０同士が図示しない連結手段によって互いに連結されている。これによりそれらの間の気密状態を維持するようになっている。また、伸縮部４と下流側接続部６とは、溶接やロウ付けなどによって気密状態を維持するように一体化されている。 The other of the connections 5, 6 (hereinafter referred to as the downstream connection) 6 is located downstream of the expansion section 4 in the gas flow direction, and a flange 9 that protrudes outward in the radial direction is integrally formed at the end of the downstream connection 6 opposite the expansion section 4. A similar flange 10 is formed at the end of the downstream duct 3 on the expansion joint 1 side, which is located downstream of the expansion joint 1 in the flow direction. The flanges 9, 10 are connected to each other by a connecting means not shown in the figure with a packing or gasket not shown sandwiched between them. This maintains an airtight state between them. The expansion section 4 and the downstream connection 6 are also integrated by welding, brazing, etc. to maintain an airtight state.

また、本発明の実施形態では、ダクト２，３の半径方向で伸縮部４の内側に、予め定めた隙間Ｓをあけて伸縮部４を覆うようにカバー部１１が配置されている。ここで、「伸縮部４を覆うように」とは、各ダクト２，３の軸線方向で伸縮部４の全長の８割以上の部分において、伸縮部４の全周に亘って、半径方向で伸縮部４とカバー部１１とが互いに重なりあっていることを意味している。カバー部１１によって軸線方向で伸縮部４の全長の８割以上の部分を覆う理由は、プラントの運転中においては、プラントから排出される高温のガスによって各ダクト２，３が熱膨張し、それに伴って伸縮部４が収縮し、その結果、伸縮部４の長さが当該伸縮部４の設計上、定めた長さつまり全長の８割程度になる場合があるためである。また、腐食性物質を含有する高温のガス等が伸縮部４から漏出する可能性があるのは、前記ガスが排出されているプラントの運転中であるから、プラントの運転中における伸縮部４を、その長さ方向の全体に亘って覆うためである。そのため、カバー部１１は、少なくとも伸縮部４の全長の８割以上の部分を覆うように構成されていることが好ましい。 In addition, in the embodiment of the present invention, the cover part 11 is arranged inside the expansion section 4 in the radial direction of the ducts 2 and 3 so as to cover the expansion section 4 with a predetermined gap S. Here, "covering the expansion section 4" means that the expansion section 4 and the cover part 11 overlap each other in the radial direction over the entire circumference of the expansion section 4 in a portion of 80% or more of the total length of the expansion section 4 in the axial direction of each duct 2 and 3. The reason why 80% or more of the total length of the expansion section 4 in the axial direction is covered by the cover part 11 is that during operation of the plant, each duct 2 and 3 thermally expands due to high-temperature gas discharged from the plant, and the expansion section 4 contracts accordingly, and as a result, the length of the expansion section 4 may become the length determined by the design of the expansion section 4, that is, about 80% of the total length. In addition, there is a possibility that high-temperature gas containing corrosive substances may leak from the expansion section 4 when the plant is operating and the gas is being discharged, and therefore the expansion section 4 is covered over its entire length while the plant is operating. Therefore, it is preferable that the cover section 11 is configured to cover at least 80% or more of the total length of the expansion section 4.

図１に示す例では、カバー部１１の全長Ｍは、伸縮部４の全長Ｌよりも長く設定されている。また、図１に示す例では、カバー部１１は各ダクト２，３の軸線方向で伸縮部４の全長Ｍに亘って覆っている。さらにカバー部１１は、カバー部１１の内側部分におけるガスの流路断面積を、カバー部１１と伸縮部４との間の隙間Ｓの断面積よりも大きくするように構成されている。これによりカバー部１１の内側部分におけるガスの流速を、上記の隙間Ｓにおけるガスの流速よりも高くしている。なお、上述した隙間Ｓの断面積は軸線方向に直交する平面に沿う隙間Ｓの断面積であり、カバー部１１の内側部分における流路断面積は前記平面に沿うカバー部１１の内側部分の断面積である。なおまた、カバー部１１の全長Ｍ、および、伸縮部４の全長Ｌは設計上、定められた長さである。 1, the total length M of the cover portion 11 is set to be longer than the total length L of the telescopic portion 4. Also, in the example shown in FIG. 1, the cover portion 11 covers the total length M of the telescopic portion 4 in the axial direction of each duct 2, 3. Furthermore, the cover portion 11 is configured so that the gas flow passage cross-sectional area in the inner portion of the cover portion 11 is larger than the cross-sectional area of the gap S between the cover portion 11 and the telescopic portion 4. This makes the gas flow rate in the inner portion of the cover portion 11 higher than the gas flow rate in the above-mentioned gap S. Note that the cross-sectional area of the above-mentioned gap S is the cross-sectional area of the gap S along a plane perpendicular to the axial direction, and the flow passage cross-sectional area in the inner portion of the cover portion 11 is the cross-sectional area of the inner portion of the cover portion 11 along the plane. Note that the total length M of the cover portion 11 and the total length L of the telescopic portion 4 are lengths determined by design.

カバー部１１の断面形状はダクト２，３の断面形状に応じた断面形状つまり各ダクト２，３の断面形状に合致した断面形状を成していることが好ましい。これにより、隙間Ｓの断面積を特定することが容易になり、カバー部１１の設計や調整が行いやすくなる。また、カバー部１１は、ガスの流動に伴って各ダクト２，３に生じる振動によって振動する可能性があると共に、腐食性物質を含む高温のガスに対して直接、曝される。そのため、カバー部１１は、上記の振動に耐え得る強度、および、上記のガスに対する耐食性を有していることが好ましい。したがって、カバー部１１は強度、および、耐食性などの点でステンレス鋼によって構成されていることが好ましい。また、カバー部１１の板厚は１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下程度であることが好ましい。 It is preferable that the cross-sectional shape of the cover part 11 corresponds to the cross-sectional shape of the ducts 2 and 3, that is, that the cross-sectional shape matches the cross-sectional shape of each duct 2 and 3. This makes it easier to specify the cross-sectional area of the gap S, and makes it easier to design and adjust the cover part 11. In addition, the cover part 11 may vibrate due to the vibrations generated in each duct 2 and 3 due to the flow of gas, and is directly exposed to high-temperature gas containing corrosive substances. Therefore, it is preferable that the cover part 11 has a strength that can withstand the above vibrations and corrosion resistance against the above gas. Therefore, it is preferable that the cover part 11 is made of stainless steel in terms of strength, corrosion resistance, etc. In addition, it is preferable that the plate thickness of the cover part 11 is about 1.0 mm or more and 10.0 mm or less.

ガスの流動方向におけるカバー部１１の両端部のうち、上流側の一方の端部は、ここに示す例では、リング状のリンク１２を介して上流側接続部５に固定されている。そのため、カバー部１１の一方の端部は固定端部と称することができる。以下の説明では、カバー部１１の一方の端部を固定端部１１Ａと記載する。リンク１２は、ここに示す例では、固定端部１１Ａを伸縮部４に対して接続すると共に、半径方向でカバー部１１と伸縮部４との間に隙間Ｓを生じさせ、かつ、隙間Ｓに対するガスの侵入を抑制するように構成されている。そのため、固定端部１１Ａとリンク１２とは気密状態を維持するように接続され、また、リンク１２と上流側接続部５とは気密状態を維持するように接続されている。さらに、固定端部１１Ａとリンク１２との接続、および、リンク１２と上流側接続部５との接続は、上記の振動に耐え得る強度、および、上記のガスに対する耐食性を有していれば、従来知られた接続方法であってよい。具体的には、溶接やロウ付け、ボルト止め、リベット止めなどであってよい。 Of the two ends of the cover part 11 in the gas flow direction, the upstream end is fixed to the upstream connection part 5 via a ring-shaped link 12 in the example shown here. Therefore, one end of the cover part 11 can be referred to as a fixed end. In the following description, one end of the cover part 11 is described as a fixed end 11A. In the example shown here, the link 12 connects the fixed end 11A to the expansion part 4, creates a gap S between the cover part 11 and the expansion part 4 in the radial direction, and is configured to suppress the intrusion of gas into the gap S. Therefore, the fixed end 11A and the link 12 are connected to maintain an airtight state, and the link 12 and the upstream connection part 5 are connected to maintain an airtight state. Furthermore, the connection between the fixed end 11A and the link 12 and the connection between the link 12 and the upstream connection part 5 may be a conventionally known connection method as long as it has a strength that can withstand the above vibration and corrosion resistance to the above gas. Specifically, this may be by welding, brazing, bolting, riveting, etc.

ガスの流動方向でカバー部１１の両端部のうち、下流側の他方の端部は、ここに示す例では、下流側接続部６から離隔してフリーになっている。そのため、カバー部１１の他方の端部は自由端部と称することができる。以下の説明では、カバー部１１の他方の端部を自由端部１１Ｂと記載する。そのため、図１に示す例では、半径方向で自由端部１１Ｂと下流側接続部６との間に開口部１３が形成されている。半径方向での開口部１３の開口幅を図１に符号「Ｇ」で記載してある。伸縮部４は蛇腹状を成しているため、開口部１３の開口幅Ｇは、伸縮部４の内周面のうち、半径方向で最も内側の部分と、半径方向で当該伸縮部４の最も内側の部分に対応するカバー部１１の外周面との間の距離である。 In the example shown here, the other downstream end of the cover part 11 in the gas flow direction is free and separated from the downstream connection part 6. Therefore, the other end of the cover part 11 can be called the free end. In the following description, the other end of the cover part 11 is described as the free end 11B. Therefore, in the example shown in FIG. 1, an opening 13 is formed between the free end 11B and the downstream connection part 6 in the radial direction. The opening width of the opening 13 in the radial direction is indicated by the symbol "G" in FIG. 1. Since the expansion part 4 is bellows-shaped, the opening width G of the opening 13 is the distance between the radially innermost part of the inner peripheral surface of the expansion part 4 and the outer peripheral surface of the cover part 11 corresponding to the radially innermost part of the expansion part 4.

ここで、上記の隙間Ｓの断面積（以下、単に断面積と記す）Ａ２と、カバー部１１の内側部分の断面積（以下、単に流路断面積と記す）Ａ３との相関関係について説明する。図２は、図１に示すI―I線に沿う矢視断面図である。図２に示す断面積Ａ２と流路断面積Ａ３との関係は、下記の（１）式の関係を満足することが好ましい。
０．０００２≦Ａ２／Ａ３≦０．０４５・・・（１）
なお、断面積Ａ２および流路断面積Ａ３は各ダクト２，３の軸線方向に直交する平面に沿う断面積や流路断面積である。 Here, the correlation between the cross-sectional area A2 of the gap S (hereinafter simply referred to as the cross-sectional area) and the cross-sectional area A3 of the inner portion of the cover portion 11 (hereinafter simply referred to as the flow path cross-sectional area) will be described. Figure 2 is a cross-sectional view taken along line I-I shown in Figure 1. The relationship between the cross-sectional area A2 and the flow path cross-sectional area A3 shown in Figure 2 preferably satisfies the relationship of the following formula (1).
0.0002≦A2/A3≦0.045 (1)
The cross-sectional area A2 and the flow passage cross-sectional area A3 are cross-sectional areas along a plane perpendicular to the axial direction of each duct 2, 3, and the flow passage cross-sectional areas.

断面積Ａ２と流路断面積Ａ３との関係について、上記の（１）式を指標に用いるのは、伸縮部４の内径Ｄは、各ダクト２，３内を流動するガスの流量や流速と相関関係があり、また、（１）式に示す比（Ａ２／Ａ３）は、伸縮継手１のカバー部１１の外側の領域（後述する領域Ｂ）における静圧と関連するためである。具体的に説明する。上記の（１）式に示す比つまり断面積Ａ２を流路断面積Ａ３で除算した値（Ａ２／Ａ３）が０．０００２よりも小さい場合とは、断面積Ａ２が流路断面積Ａ３の０．０２％程度の場合である。このような場合に、伸縮部４に穴１４が生じると、穴１４を介して吸引された外気はカバー部１１と伸縮部４との間の狭い隙間Ｓを流動することになる。つまり隙間Ｓが狭いことが要因となって、隙間Ｓを外気が流動するときの圧力損失が増加してしまう。その結果、下流側ダクト３内に外気を吸引しにくくなるためである。つまり、外気の吸引効果が低下してしまう。 Regarding the relationship between the cross-sectional area A2 and the flow path cross-sectional area A3, the above formula (1) is used as an index because the inner diameter D of the expansion and contraction section 4 is correlated with the flow rate and flow velocity of the gas flowing in each duct 2, 3, and the ratio (A2/A3) shown in formula (1) is related to the static pressure in the area outside the cover section 11 of the expansion joint 1 (area B described later). A specific explanation will be given. The ratio shown in formula (1) above, that is, the value (A2/A3) obtained by dividing the cross-sectional area A2 by the flow path cross-sectional area A3, is smaller than 0.0002 when the cross-sectional area A2 is about 0.02% of the flow path cross-sectional area A3. In such a case, if a hole 14 is formed in the expansion and contraction section 4, the outside air sucked in through the hole 14 will flow through the narrow gap S between the cover section 11 and the expansion and contraction section 4. In other words, the narrow gap S causes an increase in pressure loss when the outside air flows through the gap S. As a result, it becomes difficult to suck the outside air into the downstream duct 3. In other words, the effectiveness of sucking in outside air decreases.

これに対して（１）式に示す比の値（Ａ２／Ａ３）が０．０４５よりも大きい場合とは、断面積Ａ２が流路断面積Ａ３の４．５％程度の場合である。このような場合においては、ガスの流量や流速によっては、半径方向でカバー部１１の内側部分やその近傍での静圧が十分低下せず、外気の吸引が十分でなくなる場合があるからである。具体的には、上記の隙間Ｓの断面積Ａ２がある程度大きい場合、隙間Ｓを外気は流動しやすく、圧力損失はある程度小さくなる。つまり、外気の流速はある程度高くなり、隙間Ｓでの静圧はある程度低くなる。この状態で、各ダクト２，３内を流動するガスの流量や流速が低下すると、前記ガスの流量や流速が高い場合と比較して、半径方向でカバー部１１の内側部分やその近傍での静圧は高くなる。それらの結果、隙間Ｓでの静圧と上述したカバー部１１の内側部分やその近傍での静圧との差が減少し、下流側ダクト３内に外気を吸引しにくくなるためである。したがって、断面積Ａと流路断面積Ａ３との関係が、上記の（１）式の関係を満たすように、カバー部１１の内径や外径を設定することが好ましい。 On the other hand, when the ratio (A2/A3) shown in formula (1) is greater than 0.045, the cross-sectional area A2 is about 4.5% of the flow path cross-sectional area A3. In such a case, depending on the gas flow rate and flow velocity, the static pressure in the inner part of the cover part 11 and its vicinity in the radial direction may not be sufficiently reduced, and the outside air may not be sufficiently sucked in. Specifically, when the cross-sectional area A2 of the above-mentioned gap S is relatively large, the outside air flows easily through the gap S, and the pressure loss is relatively small. In other words, the flow rate of the outside air becomes relatively high, and the static pressure in the gap S becomes relatively low. In this state, when the flow rate and flow rate of the gas flowing through each duct 2, 3 decreases, the static pressure in the inner part of the cover part 11 and its vicinity in the radial direction becomes higher than when the flow rate and flow rate of the gas are high. As a result, the difference between the static pressure in the gap S and the static pressure in the inner part of the cover part 11 and its vicinity described above decreases, making it difficult to suck in the outside air into the downstream duct 3. Therefore, it is preferable to set the inner and outer diameters of the cover portion 11 so that the relationship between the cross-sectional area A and the flow path cross-sectional area A3 satisfies the above formula (1).

上述した本発明の実施形態に係る伸縮継手１の作用について説明する。図示しないプラントが運転を開始すると、例えば、外気温よりも高温のガスが各ダクト２，３を介して外部に排出される。当該ガスには、煤や、固体物状あるいはガス状の腐食性物質が含まれている場合がある。本発明の実施形態では、伸縮継手１の伸縮部４はカバー部１１によってほぼ覆われているから、ガス中に煤や固体物状の腐食性物質などが含まれている場合であっても、伸縮部４に煤や固体物状の腐食性物質などが堆積することを抑制できる。そのため、煤や固体物状の腐食性物質などの堆積物による伸縮部４の腐食を抑制できる。 The operation of the expansion joint 1 according to the embodiment of the present invention described above will be described. When a plant (not shown) starts operation, for example, gas with a temperature higher than the outside air temperature is discharged to the outside through each duct 2, 3. The gas may contain soot and solid or gaseous corrosive substances. In the embodiment of the present invention, since the expansion section 4 of the expansion joint 1 is almost covered by the cover section 11, even if the gas contains soot or solid corrosive substances, the accumulation of soot or solid corrosive substances in the expansion section 4 can be suppressed. Therefore, corrosion of the expansion section 4 due to accumulation of soot or solid corrosive substances can be suppressed.

また、伸縮部４にいわゆる孔食が生じた場合について説明する。プラントの停止に伴って、伸縮部４が外気温より低くなると、伸縮部４に結露が生じ、その結露によって生じた水が伸縮部４に滞留する場合がある。なお、当該水は、鉛直方向で伸縮部４の下部に主として滞留する。上記の水に対して、伸縮継手１内に拡散したガス状の腐食性物質が溶解すると、腐食性物質の溶解した水によって伸縮部４が徐々に腐食して板厚が薄くなり、ついには伸縮部４を板厚方向に貫通して伸縮部４に穴が形成される場合がある。 Next, we will explain the case where so-called pitting corrosion occurs in the expansion section 4. When the expansion section 4 becomes colder than the outside air temperature due to the plant shutdown, condensation occurs in the expansion section 4, and the water generated by the condensation may accumulate in the expansion section 4. The water mainly accumulates in the lower part of the expansion section 4 in the vertical direction. When gaseous corrosive substances diffused in the expansion joint 1 dissolve in the water, the water with the corrosive substances dissolved therein gradually corrodes the expansion section 4, causing the plate thickness to become thinner, and eventually a hole may be formed in the expansion section 4 by penetrating the expansion section 4 in the plate thickness direction.

図３は、伸縮部４に穴１４が形成された状態で各ダクト２，３および伸縮継手１の内部を高温のガスが流動している状態を示す図である。図３に示すように、カバー部１１の固定端部１１Ａと上流側接続部５とはリンク１２を介して気密状態を維持するように互いに接続されているため、ガスは、カバー部１１と伸縮部４との間の隙間Ｓに、ガスの流動方向で上流側から入り込むことなく、カバー部１１に沿って下流側に流動する。なお、カバー部１１は半径方向で各ダクト２，３の内側に突出しているから、カバー部１１の内側を流動するガスの流速は、各ダクト２，３の内側を流動するガスの流速よりも若干増大している。 Figure 3 shows the state in which high-temperature gas flows inside each duct 2, 3 and the expansion joint 1 with a hole 14 formed in the expansion section 4. As shown in Figure 3, the fixed end 11A of the cover section 11 and the upstream connection section 5 are connected to each other via the link 12 to maintain an airtight state, so that the gas flows downstream along the cover section 11 without entering the gap S between the cover section 11 and the expansion section 4 from the upstream side in the gas flow direction. Note that since the cover section 11 protrudes radially to the inside of each duct 2, 3, the flow rate of the gas flowing inside the cover section 11 is slightly higher than the flow rate of the gas flowing inside each duct 2, 3.

上記のようにしてガスが流動すると、ベルヌイの定理によって、図３に符号「Ａ」で示す点線で囲った領域（以下、単に領域Ａと記す。）におけるガスの圧力（静圧）は、図３に符号「Ｂ」で示す点線で囲った領域（以下、単に領域Ｂと記す。）におけるガスの圧力（静圧）よりも低くなる。その結果、圧力差によって領域Ｂから領域Ａに向かうガス流が生じる。また、領域Ｂにおけるガスが領域Ａに向かって流動すると、領域Ｂに対してその周辺のガスや、穴１４を介して外気が流れ込む。こうして穴１４を介して伸縮継手１の内部にガスが取り込まれ、その外気が各ダクト２，３内を流動するガスに合流する。図４はその状態を示している。このような原理により、図４に示すように、伸縮部４に腐食が生じて穴１４が形成された場合であっても、各ダクト２，３や伸縮継手１の内部を流動するガスが外部に漏洩することを抑制できる。また、伸縮部４はカバー部１１によって覆われているから、煤や固体物状の腐食性物質などの堆積を抑制できる。そのため、煤や固体物状の腐食性物質を要因とする腐食を抑制でき、全体として伸縮継手１の耐久性を向上できる。その結果、伸縮継手１の補修や交換などのメンテナンス負荷を軽減できる。なお、プラントから排出されるガスの熱によって各ダクト２，３が熱膨張すると、その分、伸縮継手１の伸縮部４が収縮する。また、ガスの圧力変動や流量の変動などによって軸線方向に各ダクト２，３が振動すると、それに伴って伸縮部４が伸長あるいは収縮して各ダクト２，３の振動を吸引あるいは低減できる。 When the gas flows as described above, according to Bernoulli's theorem, the gas pressure (static pressure) in the area surrounded by the dotted line indicated by the symbol "A" in FIG. 3 (hereinafter simply referred to as area A) is lower than the gas pressure (static pressure) in the area surrounded by the dotted line indicated by the symbol "B" in FIG. 3 (hereinafter simply referred to as area B). As a result, a gas flow from area B to area A occurs due to the pressure difference. Also, when the gas in area B flows toward area A, the surrounding gas and the outside air flow into area B through the hole 14. In this way, gas is taken into the inside of the expansion joint 1 through the hole 14, and the outside air merges with the gas flowing in each duct 2, 3. FIG. 4 shows this state. Due to this principle, even if the expansion section 4 corrodes and a hole 14 is formed, as shown in FIG. 4, it is possible to suppress the gas flowing inside each duct 2, 3 and the expansion joint 1 from leaking to the outside. In addition, because the expansion section 4 is covered by the cover section 11, the accumulation of soot and solid corrosive substances can be suppressed. Therefore, corrosion caused by soot and solid corrosive substances can be suppressed, and the durability of the expansion joint 1 can be improved overall. As a result, the maintenance load such as repair and replacement of the expansion joint 1 can be reduced. When the ducts 2, 3 thermally expand due to the heat of the gas discharged from the plant, the expansion section 4 of the expansion joint 1 contracts accordingly. In addition, when the ducts 2, 3 vibrate in the axial direction due to fluctuations in gas pressure or flow rate, the expansion section 4 expands or contracts accordingly, and the vibration of the ducts 2, 3 can be absorbed or reduced.

上述した第１実施形態では、各ダクト２，３とカバー部１１とは同心円上に配置されているが、これに替えて、各ダクト２，３に対して、鉛直方向で下側にカバー部１１を偏らせて配置してよい。これは、主として鉛直方向で下側の伸縮部４に結露によって生じた水が滞留しやすく、またそれによる孔食が生じやすいためである。図５はその例を示しており、図５に示すように、各ダクト２，３に対して、鉛直方向で下側にカバー部１１を偏らせて配置すると、鉛直方向でカバー部１１の上側の開口部１３の開口幅Ｇupよりも、鉛直方向でカバー部１１の下側の開口部１３の開口幅Ｇdownが狭くなる。そのため、鉛直方向で下側の伸縮部４に腐食による穴１４が形成された場合に、カバー部１１の下側で上述した圧力差が生じやすくなり、穴１４を介した外気の吸引を促進できる。 In the first embodiment described above, the ducts 2, 3 and the cover portion 11 are arranged on a concentric circle. Alternatively, the cover portion 11 may be arranged vertically downward with respect to the ducts 2, 3. This is because water generated by condensation tends to remain mainly in the lower expandable portion 4 in the vertical direction, and pitting corrosion is likely to occur as a result. FIG. 5 shows an example of this. As shown in FIG. 5, when the cover portion 11 is arranged vertically downward with respect to the ducts 2, 3, the opening width Gdown of the lower opening 13 of the cover portion 11 in the vertical direction becomes narrower than the opening width Gup of the upper opening 13 of the cover portion 11 in the vertical direction. Therefore, when a hole 14 due to corrosion is formed in the lower expandable portion 4 in the vertical direction, the above-mentioned pressure difference is likely to occur below the cover portion 11, and the suction of outside air through the hole 14 can be promoted.

（第２実施形態、および、第３実施形態）
図６は本発明の第２実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。図６に示す例は、カバー部１１の内周面のうち、ガスの流動方向で下流側の内周面に、半径方向で内側に突出するように突出部１５を設けて、上記の（１）式を満たすように構成した例である。図７は本発明の第３実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。図７に示す例は、カバー部１１の外周面のうち、流動方向で下流側の外周面に、半径方向で外側に突出するように突出部１５を設けて、上記の（１）式を満たすように構成した例である。突出部１５は一例としてブロック状の構造体であってよいが、ガスの流動方向に連通する多数の貫通孔を有するハニカム構造体であることが好ましい。これは、ハニカム構造体とすることによって上記の隙間Ｓを外気が流動する際の圧力損失をある程度調整できるためである。隙間Ｓを外気が流動する際の圧力損失が調整されると、カバー部１１の内側におけるガスの圧力（静圧）と隙間Ｓを流動する外気の圧力（静圧）との圧力差が変化することにより、外気の吸引効果が変化する。 (Second and third embodiments)
FIG. 6 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a second embodiment of the present invention. The example shown in FIG. 6 is an example in which a protruding portion 15 is provided on the inner peripheral surface of the cover portion 11 on the downstream side in the flow direction of the gas, so as to protrude inward in the radial direction, and is configured to satisfy the above formula (1). FIG. 7 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a third embodiment of the present invention. The example shown in FIG. 7 is an example in which a protruding portion 15 is provided on the outer peripheral surface of the cover portion 11 on the downstream side in the flow direction, so as to protrude outward in the radial direction, and is configured to satisfy the above formula (1). As an example, the protruding portion 15 may be a block-shaped structure, but it is preferable that the protruding portion 15 is a honeycomb structure having a large number of through holes communicating in the gas flow direction. This is because the honeycomb structure can adjust the pressure loss when the outside air flows through the gap S to a certain extent. When the pressure loss when the outside air flows through the gap S is adjusted, the pressure difference between the pressure (static pressure) of the gas inside the cover portion 11 and the pressure (static pressure) of the outside air flowing through the gap S changes, and the suction effect of the outside air changes.

具体的には、例えば、カバー部１１の外周面に、突出部１５として孔径のある程度大きい貫通孔を有するハニカム構造体を配置すると、外気の一部は、前記孔径の大きい貫通孔を有するハニカム構造体の内部を流動する。その結果、全体として圧力損失が小さくなる。これに対して、孔径のある程度小さい貫通孔を有するハニカム構造体やブロック状の構造体などを配置すると、外気は孔径の小さい貫通孔を流動しにくく、主としてそれらの構造体によって狭められた開口部１３を流動する。その結果、孔径の大きい貫通孔を有するハニカム構造体を設ける場合と比較して、上記の隙間Ｓを外気が流動する際の圧力損失は大きくなる。他の構成は、図１に示す構成と同様であるため、図１に示す構成と同様の構成については図１と同様の符号を付してその説明を省略する。 Specifically, for example, when a honeycomb structure having a through hole with a relatively large diameter is arranged as a protrusion 15 on the outer peripheral surface of the cover portion 11, a part of the outside air flows inside the honeycomb structure having the through hole with the large diameter. As a result, the overall pressure loss is reduced. In contrast, when a honeycomb structure having a through hole with a relatively small diameter or a block-shaped structure is arranged, the outside air does not flow easily through the through hole with a small diameter, and mainly flows through the opening 13 narrowed by the structure. As a result, the pressure loss when the outside air flows through the above gap S is larger than when a honeycomb structure having a through hole with a large diameter is provided. Since the other configurations are the same as those shown in FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used for the same configurations as those shown in FIG. 1, and their explanations are omitted.

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。図８に示す例は、ガスの流動方向でカバー部１１における上流側の板厚を、下流側の板厚よりも半径方向で外側に向かって増大させた例である。すなわち、カバー部１１の内径はその全長に亘ってほぼ同じ内径に設定されており、外周面をいわゆるテーパー状に構成した例である。外周面のいわゆるテーパー角度を大小に変化させることによって、半径方向での隙間Ｓの幅を大小に変化させることができ、これによりカバー部１１と伸縮部４との間の隙間Ｓを外気が流動するときの圧力損失を調整できる。他の構成は、図１に示す構成と同様であるため、図１に示す構成と同様の構成については図１と同様の符号を付してその説明を省略する。 Fourth Embodiment
FIG. 8 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a fourth embodiment of the present invention. The example shown in FIG. 8 is an example in which the plate thickness of the upstream side of the cover part 11 in the gas flow direction is increased radially outwardly compared to the plate thickness of the downstream side. That is, the inner diameter of the cover part 11 is set to be substantially the same over its entire length, and the outer circumferential surface is configured in a so-called tapered shape. By changing the so-called taper angle of the outer circumferential surface, the width of the gap S in the radial direction can be changed, thereby adjusting the pressure loss when the outside air flows through the gap S between the cover part 11 and the expansion part 4. Since the other configurations are the same as those shown in FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used for the configurations similar to those shown in FIG. 1, and their description will be omitted.

第２実施形態ないし第４実施形態であっても、伸縮部４に孔食が生じて穴１４が形成された場合には、上述した原理と同様の原理によって穴１４から外気が吸引されるから、ガスの漏洩を抑制できる。すなわち、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。また、特に、第２実施形態および第３実施形態では、カバー部１１の製造後に、カバー部１１の内周面や外周面に突出部１５を配置することによって、隙間Ｓでの圧力損失や、穴１４を介した外気の吸引量などを適宜変更することができる。つまり、各ダクト２，３内を流動するガスの流量や流速に応じて、隙間Ｓでの圧力損失や外気の吸引量などをチューニングすることができるから、より効果的にガスの漏洩を抑制できる。 Even in the second to fourth embodiments, when pitting occurs in the expandable portion 4 and a hole 14 is formed, outside air is sucked in through the hole 14 by the same principle as described above, so gas leakage can be suppressed. That is, the same action and effect as the first embodiment can be obtained. In particular, in the second and third embodiments, by arranging the protrusions 15 on the inner and outer circumferential surfaces of the cover portion 11 after manufacturing the cover portion 11, the pressure loss in the gap S and the amount of outside air sucked in through the hole 14 can be appropriately changed. In other words, the pressure loss in the gap S and the amount of outside air sucked in can be tuned according to the flow rate and flow speed of the gas flowing in each duct 2, 3, so gas leakage can be more effectively suppressed.

（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態に係る伸縮継手の一例を示す図である。図９に示す例は、各ダクト２，３の軸線方向にカバー部１１を移動可能に構成した例である。具体的には、例えば、リンク１２とカバー部１１との間に図示しないスライダーが設けられ、スライダーを介してリンク１２に対してカバー部１１が軸線方向に移動可能になっている。上記のスライダーは、一例として、リンク１２に対してカバー部１１が軸線方向に滑動するように構成されたものであってよい。あるいは、ラックアンドピニオンを備えたものであってよい。後者の場合、例えば、リンク１２に対してピニオンを回動可能に取り付け、当該ピニオンに噛み合う歯が形成された板状のラックをカバー部１１に取り付ける。そして、ピニオンにトルク伝達可能に連結された図示しないモータの回転を制御することによってリンク１２に対して軸線方向にカバー部１１を移動させる。また、カバー部１１は、軸線方向で下流側接続部６側に最も移動した状態で、各ダクト２，３の熱膨張に伴って収縮した伸縮部４を、その長さ方向の全体に亘って覆うように構成されている。他の構成は、図１に示す構成と同様であるため、図１に示す構成と同様の構成については図１と同様の符号を付してその説明を省略する。 Fifth Embodiment
FIG. 9 is a diagram showing an example of an expansion joint according to a fifth embodiment of the present invention. The example shown in FIG. 9 is an example in which the cover part 11 is configured to be movable in the axial direction of each duct 2, 3. Specifically, for example, a slider (not shown) is provided between the link 12 and the cover part 11, and the cover part 11 is movable in the axial direction relative to the link 12 via the slider. The slider may be configured, for example, so that the cover part 11 slides in the axial direction relative to the link 12. Alternatively, the slider may be equipped with a rack and pinion. In the latter case, for example, a pinion is rotatably attached to the link 12, and a plate-shaped rack having teeth meshing with the pinion is attached to the cover part 11. Then, the cover part 11 is moved in the axial direction relative to the link 12 by controlling the rotation of a motor (not shown) connected to the pinion so as to be able to transmit torque. Moreover, the cover portion 11 is configured to cover, over the entire length of the expandable portion 4 that has contracted due to thermal expansion of each duct 2, 3 when it has moved furthest in the axial direction toward the downstream connection portion 6. Since the other configuration is similar to that shown in Fig. 1, the same reference numerals as those in Fig. 1 are used for the same configuration as in Fig. 1 and the description thereof will be omitted.

第５実施形態であっても、伸縮部４に孔食が生じて穴１４が形成された場合には、上述した原理と同様の原理によって穴１４から外気を吸引でき、ガスの漏洩を抑制できる。すなわち、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。また、ガスの流量や流速などに応じて軸線方向にカバー部１１を移動させることによって、隙間Ｓにおける圧力損失、外気の吸引量などを調整できるから、より効果的にガスの漏洩を抑制できる。 Even in the fifth embodiment, if pitting occurs in the expandable portion 4 and a hole 14 is formed, outside air can be sucked in through the hole 14 using the same principle as described above, thereby suppressing gas leakage. In other words, the same action and effect as the first embodiment can be obtained. In addition, by moving the cover portion 11 in the axial direction according to the gas flow rate and flow speed, the pressure loss in the gap S and the amount of outside air sucked in can be adjusted, so gas leakage can be suppressed more effectively.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されないのであって、例えば、図１０に示すように、伸縮部４に板厚方向に貫通する貫通孔１６を予め形成しておいてもよい。すなわち、各ダクト２，３が水平方向に延びて配置されている場合に、鉛直方向で伸縮部４の下側における、蛇腹構造の頂点部分に図１０に示すように、貫通孔１６を形成することが好ましい。これは、頂点部分に結露によって生じた水が滞留して腐食しやすいためである。また、貫通孔１６の大きさは直径５ｍｍ以上５００ｍｍ以下程度であることが好ましい。これは貫通孔１６を介した外気の吸引量を適正な流量にするためである。さらに、上記の貫通孔１６は、製品としての伸縮継手１に予め形成されていなくてもよく、伸縮継手１によって各ダクト２，３同士を接続する段階で、鉛直方向で伸縮部４の下側における、蛇腹構造の頂点部分にドリルなどによって形成してよい。さらに、鉛直方向で貫通孔１６の下側にドレン１７が設けられている。 The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, as shown in FIG. 10, a through hole 16 penetrating the expansion section 4 in the plate thickness direction may be formed in advance. That is, when the ducts 2 and 3 are arranged extending horizontally, it is preferable to form the through hole 16 at the apex of the bellows structure below the expansion section 4 in the vertical direction, as shown in FIG. 10. This is because water generated by condensation is likely to remain at the apex and cause corrosion. In addition, the size of the through hole 16 is preferably about 5 mm or more and 500 mm or less in diameter. This is to ensure that the amount of outside air sucked through the through hole 16 is an appropriate flow rate. Furthermore, the above-mentioned through hole 16 does not have to be formed in advance in the expansion joint 1 as a product, and may be formed by a drill or the like at the apex of the bellows structure below the expansion section 4 in the vertical direction at the stage of connecting the ducts 2 and 3 with each other by the expansion joint 1. Furthermore, a drain 17 is provided below the through hole 16 in the vertical direction.

図１０に示す構成の場合には、各ダクト２，３内をガスが流動している状態では、常に、貫通孔１６から外気が吸引されるから、プラントの運転時において、高温のガスの漏洩を抑制できる。また、プラントの停止時に結露が生じ、それによって水が生じた場合には、その水は貫通孔１６を介して伸縮部４から外部に排出され、鉛直方向で貫通孔１６の下側に設けられたドレン１７に貯留される。そのため、伸縮部４に水が滞留して腐食の原因となることを抑制できる。 In the case of the configuration shown in FIG. 10, when gas is flowing through each duct 2, 3, outside air is always drawn in through the through hole 16, so leakage of high-temperature gas can be suppressed when the plant is operating. Also, if condensation occurs when the plant is stopped and water is generated as a result, the water is discharged to the outside from the expansion section 4 through the through hole 16 and is stored in a drain 17 provided vertically below the through hole 16. This prevents water from accumulating in the expansion section 4 and causing corrosion.

さらに、各実施形態において、半径方向でカバー部１１の外周面に断熱材を配置してよい。断熱材は従来知られたものであってよい。こうすることによって、伸縮継手１の断熱性能が向上し、伸縮継手１でガスの熱エネルギが放散され難くなる。その結果、全体として省エネルギ化することができ、プラント操業の効率の低下を抑制できる。 Furthermore, in each embodiment, a heat insulating material may be disposed on the outer peripheral surface of the cover portion 11 in the radial direction. The heat insulating material may be any conventionally known material. This improves the heat insulating performance of the expansion joint 1, making it difficult for the thermal energy of the gas to dissipate in the expansion joint 1. As a result, energy can be saved overall, and a decrease in the efficiency of plant operation can be suppressed.

次に、本発明の実施形態に係る伸縮継手１の効果を確認するために行った実施例について説明する。ＳＳ４００製であって板厚１．２ｍｍの角型ダクトを水平方向に延びるように配置し、当該角型ダクトの内側に、前記角型ダクトの外形と合致する、角型ダクトより僅かに小さいＳＳ４００製の角筒状のカバー部を配置した。角型ダクト内を流動するガスの流動方向で、カバー部の上流側の端部は、角型ダクトの内周面に気密状態を維持するように固定した。流動方向でカバー部の下流側の端部は、角型ダクトの内周面から離隔させた。角型ダクトとカバー部とによって形成される開口部の開口幅は、０．００３ｍであった。当該開口部の断面積Ａ２と、カバー部の内側部分の流路断面積Ａ３との比率（Ａ２／Ａ３）は、０．０００８である。ガス流量は、３３３３ｍ^３／ｍｉｎに設定した。そして、角型ダクトの内部にカバー部を配置した場合と、そうでない場合とで、角型ダクトを板厚方向に貫通する穴が形成されるまでに要する時間すなわち寿命をシミュレーションによって求めた。その結果、角型ダクトの内部にカバー部を配置した場合の寿命は、角型ダクトの内部にカバー部を配置しない場合のほぼ２倍になることが分かった。また、穴が形成されたときには、穴を介して角型ダクト内に外気が吸引され、ガスの漏洩を抑制できることが確認できた。 Next, an example conducted to confirm the effect of the expansion joint 1 according to the embodiment of the present invention will be described. A square duct made of SS400 and having a plate thickness of 1.2 mm was arranged to extend horizontally, and a square tubular cover part made of SS400 that matches the outer shape of the square duct and is slightly smaller than the square duct was arranged inside the square duct. In the flow direction of the gas flowing through the square duct, the upstream end of the cover part was fixed to the inner peripheral surface of the square duct so as to maintain an airtight state. In the flow direction, the downstream end of the cover part was separated from the inner peripheral surface of the square duct. The opening width of the opening formed by the square duct and the cover part was 0.003 m. The ratio (A2/A3) of the cross-sectional area A2 of the opening to the flow path cross-sectional area A3 of the inner part of the cover part was 0.0008. The gas flow rate was set to 3333 m ³ /min. Then, the time required for a hole penetrating the rectangular duct in the thickness direction to form, i.e., the lifespan, was calculated by simulation when a cover part was placed inside the rectangular duct and when it was not placed inside the rectangular duct. As a result, it was found that the lifespan when a cover part was placed inside the rectangular duct was almost twice as long as when a cover part was not placed inside the rectangular duct. It was also confirmed that when a hole was formed, outside air was sucked into the rectangular duct through the hole, and gas leakage could be suppressed.

１伸縮継手
２，３ダクト
４伸縮部
５上流側接続部
６下流側接続部
７，８，９，１０フランジ部
１１カバー部
１２リンク
１３開口部
１４穴
１５突出部
１６貫通孔
Ａ２隙間の断面積
Ａ３カバー部の内側部分の流路断面積
Ｓ隙間 REFERENCE SIGNS LIST 1 expansion joint 2, 3 duct 4 expansion section 5 upstream connection section 6 downstream connection section 7, 8, 9, 10 flange section 11 cover section 12 link 13 opening 14 hole 15 protrusion 16 through hole A2 cross-sectional area of gap A3 flow path cross-sectional area S of inner portion of cover section gap

Claims

An expansion joint having an expansion section that is provided between a pair of ducts through which a fluid flows and that are arranged one behind the other in a flow direction of the fluid, and that absorbs expansion and contraction of the duct in response to vibration of the duct and temperature of the fluid, and connection sections that are provided respectively before and after the expansion section in the flow direction and that connect the expansion section and the duct,
The duct further includes a cover portion that covers the expandable portion from the inside in the radial direction of the duct with a predetermined gap therebetween,
One end of the cover portion on the upstream side in the flow direction is connected to one of one end of the stretchable portion corresponding to one end of the cover portion in the radial direction and the connection portion on the upstream side of the stretchable portion in the flow direction,
The other end of the cover portion downstream in the flow direction is spaced apart from the other end of the stretchable portion corresponding to the other end of the cover portion in the radial direction,
A cross-sectional area A3 of an inner portion of the cover portion along a plane perpendicular to the axial direction of the duct is larger than a cross-sectional area A2 of the gap along the plane,
The relationship between the cross-sectional area A2 of the gap and the cross-sectional area A3 of the inner portion of the cover portion is as follows:
0.0002≦A2/A3≦0.045
That is, an expansion joint.

The expansion joint according to claim 1, in which a protrusion that changes the ratio between the cross-sectional area of the gap and the cross-sectional area of the inner part of the cover part is provided protruding in the radial direction on one of the outer peripheral surface at the other end of the cover part in the radial direction, the inner peripheral surface at the other end of the cover part in the radial direction, and the inner peripheral surface at the other end of the expansion part in the radial direction.

The expansion joint according to claim 1 or 2 , wherein the expansion section has a through hole formed penetrating the expansion section in a plate thickness direction.

4. The expansion joint according to claim 1, wherein one end of the cover portion is connected to one of one end of the expansion portion and the connection portion upstream of the expansion portion in the flow direction so as to be movable in the flow direction.

5. The expansion joint according to claim 1 , wherein the other end of the cover portion extends to the connection portion downstream of the expansion portion in the flow direction.

1. A method for adjusting an expansion joint having an expansion section that is provided between a pair of ducts through which a fluid flows and that are arranged one behind the other in a flow direction of the fluid, and that absorbs expansion and contraction of the duct in response to vibration of the duct and temperature of the fluid, and connection sections that are provided respectively before and after the expansion section in the flow direction and that connect the expansion section and the duct,
The expansion joint further includes a cover portion that covers the expansion portion from the inside in the radial direction of the duct with a predetermined gap,
By changing the plate thickness of the other end portion on the downstream side of the cover portion in the flow direction, or by providing a protruding portion protruding in the radial direction on one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface at the other end portion in the radial direction,
A method for adjusting an expansion joint, comprising adjusting a relationship between a cross-sectional area A2 of the gap along a plane perpendicular to the axial direction of the duct and a cross-sectional area A3 of an inner portion of the cover part along the plane so as to satisfy the following formula.
0.0002≦A2/A3≦0.045