JP7579890B2 - 配管支持構造及びガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、配管支持構造に関する。

内部にガス等の流体を流通させる配管を支持する構成として、例えば特許文献１に記載の構成が知られている。

特開平５－２６３９７１号公報

特許文献１に記載の配管支持構造は、配管をクランプし、サポートとの間に補強板を設ける構成であるが、製造工数が多くなってしまう。このため、配管の外周面に板状部材を溶接により固定し、板状部材に対して管状部材等の支持構造を溶接する構成が提案されている。

一方、配管の外周面に板状部材を溶接して固定する構成では、例えば配管の内部の温度と外部の温度とが異なる状態になると、配管と板状部材との間に温度差が生じる場合がある。この温度差により、板状部材が変形して熱応力が生じ、当該熱応力により、例えば板状部材が配管から剥離する等、配管支持構造が損傷を受ける可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、熱応力による損傷を抑制することが可能な配管支持構造を提供することを目的とする。

本発明に係る配管支持構造は、配管の外周面に当接される板状部材と、筒状であり、前記板状部材を支持する管状部材と、前記管状部材を支持する台座とを備え、前記板状部材は、前記管状部材に支持される被支持部分と、前記被支持部分に囲まれる内側部分とを有し、前記内側部分は、前記被支持部分に対して単位体積当たりの熱容量が小さい。

本発明によれば、熱応力による損傷を抑制することが可能な配管支持構造を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る配管支持構造がダクトの内部で配管を支持する一態様を示す図である。 図２は、配管支持構造の断面構成の一例を示す図である。 図３は、配管支持構造を配管側から見た状態を示す図である。 図４は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。 図５は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。 図６は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。 図７は、配管支持構造を配管側から見た状態の他の例を示す図である。 図８は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。 図９は、配管支持構造を配管側から見た状態の他の例を示す図である。 図１０は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。 図１１は、配管及び配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。

以下、本発明に係る配管支持構造の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る配管支持構造１００がダクト６０の内部で配管５０を支持する一態様を示す図である。配管支持構造１００は、ダクト６０の内部に挿入される配管５０を支持する。ダクト６０としては、例えばガスタービンの排気ダクトが挙げられる。この場合、ダクト６０の内部を流通するガスＧ１は高温ガスである。なお、ダクト６０は、ガスタービンの排気ダクトに限定されない。

配管５０としては、例えばガスタービンの抽気管が挙げられる。配管５０は、円筒状であってもよいし、角筒状であってもよい。配管５０は、ダクト６０を流通するガスＧ１の流通方向に対して傾いた状態で当該ダクト６０に挿入され、ダクト６０内でガスＧ１の流通方向に沿うように屈曲される。配管５０の内部を流通するガスＧ２は、例えば高温ガスであるガスＧ１よりも温度が低く、ガスＧ１に対して温度差を有する低温ガスである。なお、配管５０は、ガスタービンの抽気管に限定されない。

ダクト６０の内部と配管５０の内部との間、つまり配管５０の内部と外部との間には、ガスＧ１とガスＧ２の温度に応じて所定の温度差が生じる。本実施形態に係る配管支持構造１００において、ガスＧ１及びガスＧ２が流通する場合、配管５０の内部と外部との間に生じうる所定の温度差は、例えば１００℃以上である。この所定の温度差は、例えば夏季と冬季とで生じる温度差のような自然環境下で生じうる温度差よりも大きい。このように、配管５０は、内部と外部との間に自然環境下で生じうる温度差よりも大きい所定の温度差、例えば１００℃以上の温度差が生じる環境に配置される。

図２は、配管支持構造１００の断面構成の一例を示す図である。図３は、配管支持構造１００を配管５０側から見た状態を示す図である。図２及び図３に示すように、配管支持構造１００は、板状部材１０と、管状部材２０と、スライドプレート（第２板状部材）３０と、台座４０とを備える。配管支持構造１００は、配管５０の屈曲部分の先端側を支持する。

板状部材１０は、配管５０の外周面５１に当接され、例えば完全溶け込み溶接、隅肉溶接等の溶接により配管５０に接合される。板状部材１０は、配管５０を支持する支持方向、つまり、後述する管状部材２０の中心軸ＡＸの軸線方向から見た場合に円形状である。

板状部材１０は、被支持部分１１と、内側部分１２とを有する。被支持部分１１は、板状部材１０の外周面を含み、後述する管状部材２０に支持及び接合される環状の部分である。

内側部分１２は、配管５０の支持方向（中心軸ＡＸの軸線方向）から見た場合に被支持部分１１の内側に配置される円形状の部分である。内側部分１２は、被支持部分１１に対して、単位体積当たりの熱容量が小さい。本実施形態において、内側部分１２は、開口されている。このため、板状部材１０は、当該内側部分１２の単位体積当たりの熱容量が被支持部分１１と同様である構成に比べて、熱による変形量が小さくなっている。板状部材１０は、内側部分１２において熱変形が生じないため、全体として熱変形を抑制可能な構成となっている。

管状部材２０は、中心軸ＡＸを中心とした円筒状であり、例えば溶接等により板状部材１０に固定される。管状部材２０は、一方の端面２０ａが板状部材１０に当接された状態で板状部材１０を支持する。

スライドプレート３０は、管状部材２０と台座４０との間に配置される。スライドプレート３０は、管状部材２０の他方の端面２０ｂに当接された状態で管状部材２０を支持する。スライドプレート３０は、管状部材２０を支持する支持部分３１と、当該支持部分３１の内側に設けられる開口部分３２とを有する。スライドプレート３０に開口部分３２が設けられることにより、上記の板状部材１０と同様、スライドプレート３０における熱変形が抑制される。

台座４０は、スライドプレート３０を介して管状部材２０を支持する。台座４０は、スライドプレート３０を支持する支持部分（台座側支持部分）４１と、当該支持部分４１の内側に設けられる開口部分４２とを有する。台座４０に開口部分４２が設けられることにより、上記の板状部材１０及びスライドプレート３０と同様、台座４０における熱変形が抑制される。

上記の配管５０に配管支持構造１００を設置する場合、まず、配管５０の外周面５１の所定の位置に板状部材１０を位置決めし、当該板状部材１０を溶接により配管５０に接合する。板状部材１０を接合した後、当該板状部材１０の被支持部分１１に管状部材２０の端面２０ａを当接し、当該管状部材２０を完全溶け込み溶接により板状部材１０に接合する。

管状部材２０を接合した後、スライドプレート３０の支持部分３１を管状部材２０の他方の端面２０ｂに当接し、当該スライドプレート３０を完全溶け込み溶接により管状部材２０に接合する。スライドプレート３０を接合した後、当該スライドプレート３０を支持するように台座４０を配置する。このとき、開口部分４２がスライドプレート３０の開口部分３２と対応するように台座４０を配置する。

以上のように、本実施形態に係る配管支持構造１００は、配管５０の外周面５１に当接される板状部材１０と、筒状であり、中心軸ＡＸの軸線方向の一方の端面２０ａが板状部材１０に当接した状態で板状部材１０に固定される管状部材２０と、管状部材２０の軸線方向の他方の端面２０ｂを支持する台座４０とを備え、板状部材１０は、軸線方向に見て管状部材２０が当接する被支持部分１１の内側の内側部分１２が、被支持部分１１に対して単位体積当たりの熱容量が小さい。

この構成によれば、板状部材１０において熱変形が発生しやすい内側部分１２の熱容量を被支持部分１１に対して小さくすることにより、配管５０と板状部材１０との温度差による板状部材１０の熱変形を抑制できる。これにより、板状部材１０に熱応力が生じることを抑制できるため、当該熱応力による配管支持構造１００の損傷を抑制することが可能となる。

本実施形態に係る配管支持構造１００において、配管５０は、内部と外部との間に所定の温度差が生じうる環境に配置される。所定の温度差は、内部と外部との間に自然環境下で生じうる温度差よりも大きく、例えば１００℃以上の温度差である。この構成では、配管５０の内部と外部との間に自然環境下で生じうる温度差よりも大きい所定の温度差が生じる場合においても、配管５０と板状部材１０との温度差による板状部材１０の熱変形を抑制できる。

本実施形態に係る配管支持構造１００において、板状部材１０は、軸線方向に見た場合の外形が円形状である。従って、配管５０と板状部材１０との温度差による板状部材１０の熱変形をより確実に抑制できる。

本実施形態に係る配管支持構造１００において、板状部材１０は、内側部分１２が開口されている。従って、板状部材１０は、内側部分１２が開口されていない場合に比べて、熱変形を生じうる部分が少なくなるため、熱応力による配管支持構造１００の損傷をより確実に抑制できる。

本実施形態に係る配管支持構造１００において、管状部材２０と台座４０との間に配置されるスライドプレート３０を更に備え、スライドプレート３０は、管状部材２０を支持する支持部分３１の内側が開口されている。また、台座４０は、管状部材２０を支持する支持部分４１の内側が開口されている。従って、配管支持構造１００の全体において熱変形を生じうる部分が少なくなるため、熱応力による配管支持構造１００の損傷をより確実に抑制できる。

図４は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。図４に示す配管支持構造２００は、上記した配管支持構造１００と同様、板状部材１０と、管状部材２０と、スライドプレート３０と、台座４０とを備える。配管支持構造２００では、板状部材１０の被支持部分１１のうち、開口された内側部分１２に面する内周面１１ａが、配管５０に対して溶接部１３を介して溶接された状態となっている。このため、板状部材１０がより強固に配管５０に接合された構成となっている。他の構成については、上記した配管支持構造１００と同様である。

このように、本実施形態に係る配管支持構造２００では、板状部材１０の内周面１１ａが配管５０に対して溶接部１３を介して溶接されるため、板状部材１０をより強固に配管５０に接合することができる。従って、熱応力による配管支持構造２００の損傷をより確実に抑制できる。

図５は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。図５に示す配管支持構造３００は、板状部材１０と、管状部材３２０と、スライドプレート３０と、台座４０とを備え、板状部材１０の内側部分１２に面する内周面１１ａが、配管５０に対して溶接部１３を介して溶接された状態となっている。また、配管支持構造３００において、管状部材３２０は、軸線方向において板状部材１０側の第１管状部材２１と、軸線方向において台座４０側の第２管状部材２３との２つの部材が溶接部２２を介して溶接された状態で設けられる。他の構成については、上記した配管支持構造２００と同様である。

上記の配管５０に配管支持構造３００を設置する場合、上記同様に、まず、配管５０に完全溶け込み溶接により板状部材１０を接合し、当該板状部材１０の被支持部分１１に完全溶け込み溶接により第１管状部材２１を接合する。このとき、第１管状部材２１の台座側の端部から、第１管状部材２１と被支持部分１１との接合部分を内周側から確認することができる。これにより、第１管状部材２１と被支持部分１１との間の溶接に不具合がないかどうかを確認することができる。第１管状部材２１を接合した後、当該第１管状部材２１に第２管状部材２２を溶接により接合する。

このように、本実施形態に係る配管支持構造３００では、管状部材２０は、軸線方向において板状部材１０側の第１管状部材２１と、軸線方向において台座４０側の第２管状部材２３との２つの部材が溶接された状態で設けられるため、例えば板状部材１０に第１管状部材２１を接合した場合、第１管状部材２１と被支持部分１１との間の接合に不具合がないかどうかを確認することができる。

図６及び図７は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。図６は断面構成を示し、図７は配管５０側から見た構成を示す。図６及び図７に示す配管支持構造４００は、板状部材４１０と、管状部材２０と、スライドプレート３０と、台座４０とを備える。配管支持構造４００は、板状部材４１０の内側部分１４が多孔質状となっている。これにより、内側部分１４が多孔質状ではなく被支持部分１１と同様に中実状である場合に比べて、単位体積当たりの熱容量が小さくなる。このため、内側部分１４における熱変形を抑制し、熱応力の発生を抑制できる。

このように、本実施形態に係る配管支持構造４００において、板状部材４１０は、内側部分１４が多孔質状である。したがって、内側部分１４の単位体積当たりの熱容量を小さくすることができるため、内側部分１４における熱変形を抑制し、熱応力の発生を抑制できる。

図８及び図９は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。図８は断面構成を示し、図９は配管５０側から見た構成を示す。図８及び図９に示す配管支持構造５００は、板状部材５１０と、管状部材２０と、スライドプレート３０と、台座４０とを備える。

配管支持構造５００において、板状部材５１０は、複数の分割部材５１１を有する。複数の分割部材５１１は、内側部分５１２を囲うように中心軸ＡＸの軸回り方向に間隔５１３を空けて配置される（図９参照）。図９に示す例では、分割部材５１１が中心軸ＡＸの軸回り方向に４つ配置され、各間隔５１３が等しくなっている構成が示されているが、これに限定されない。分割部材５１１は、３つ以下又は５つ以上であってもよい。また、間隔５１３は、少なくとも１つが他と異なってもよい。

上記の間隔５１３は、熱変形が生じない部分である。このように、板状部材５１０においては、内側部分５１２の開口部分に加えて、中心軸ＡＸの軸回り方向についても熱変形が生じない間隔５１３を含んだ構成となる。このため、板状部材５１０は、より熱変形を抑制可能となる。

このように、本実施形態に係る配管支持構造５００において、板状部材５１０は、内側部分５１２を囲うように中心軸ＡＸの軸回り方向に間隔５１３を空けて配置された複数の分割部材５１１を有する。この構成により、板状部材５１０は、熱変形を生じうる部分をより少なくすることができるため、より熱変形を抑制可能となり、熱応力による配管支持構造５００の損傷をより確実に抑制できる。

図１０は、配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。図１０に示す配管支持構造６００は、板状部材６１０と、管状部材２０と、スライドプレート３０と、台座４０とを備える。配管支持構造６００では、板状部材６１０の内側部分６１２の厚さが被支持領域６１１の厚さに比べて薄くなっている。より具体的には、内側部分６１２は、管状部材２０側の面が凹んだ状態で形成される。なお、内側部分６１２は、配管５０側の面が凹んだ状態で形成されてもよいし、管状部材２０側及び配管５０側の面の両側が凹んだ状態で形成されてもよい。

このように、本実施形態に係る配管支持構造６００において、板状部材６１０は、軸線方向について内側部分６１２の厚さが被支持領域６１１の厚さに比べて薄い。この構成により、板状部材６１０は、熱変形を生じうる部分をより少なくすることができるため、熱応力による配管支持構造６００の損傷をより確実に抑制できる。

図１１は、配管及び配管支持構造の断面構成の他の例を示す図である。図１１に示す例では、配管５０Ａに開口部５２が設けられている。配管５０Ａを支持する配管支持構造としては、例えば配管支持構造１００を例に挙げて示しているが、これに限定されず、上記した配管支持構造２００、３００、４００、５００、６００のいずれかであってもよい。配管５０Ａは、板状部材１０の内側部分１２に対応する部分に開口部５２を有する。開口部５２は、板状部材１０の内側部分１２と寸法が対応するように形成される。なお、配管５０Ａは、板状部材１０に対応する部分が、他の部分に対して単位体積当たりの熱容量が小さい構成であればよい。つまり、配管５０Ａは、開口部５２に代えて、板状部材１０に対応する部分に、薄肉部（凹部）、多孔質部を有する構成であってもよい。なお、配管５０Ａに凹部が設けられる場合、凹部は配管５０Ａの内周面側に配置されてもよいし、外周面側に配置されてもよい。

この配管５０Ａに配管支持構造１００を設置する場合、まず、配管５０Ａの開口部５２と板状部材１０の内側部分１２との位置合わせを行う。その後、板状部材１０を配管５０Ａの外周面５１に当接し、完全溶け込み溶接により板状部材１０を配管５０Ａに接合する。その後、板状部材１０の被支持部分１１に完全溶け込み溶接により管状部材２０を接合する。

このように、配管５０Ａは、板状部材１０に対応する部分が、他の部分に対して単位体積当たりの熱容量が小さいため、配管５０Ａ側の熱変形を抑制できる。例えば、配管５０Ａに開口部５２が設けられる場合、当該開口部５２に対応する位置に配管支持構造１００を設置する。これにより、配管５０Ａ側においても、熱変形が生じうる部分を少なくすることができるため、熱応力による配管支持構造１００の損傷を抑制できる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、配管５０、５０Ａがダクト６０内に配置された構成を例に挙げて説明したが、ダクト６０に限定されない。配管５０、５０Ａは、内部と外部との間に、例えば１００℃以上の範囲であり夏季と冬季とで生じる温度差よりも大きい温度差が生じうる環境であれば、ダクト６０とは異なる配管内に配置された構成であってもよいし、配管内ではなく炉内又は室内の空間に配置された構成であってもよい。

また、上記実施形態では、ダクト６０に供給されるガスＧ１が高温ガスであり、配管５０、５０Ａを流通するガスＧ２が低温ガスである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ガスＧ１よりもガスＧ２の方が高温であってもよい。このように、配管５０、５０Ａの内部が高温であり、外部が低温となる場合においても、配管５０、５０Ａと板状部材１０との間に温度差が生じうるが、上記実施形態における構成により、当該温度差による板状部材１０の熱変形を抑制できる。なお、ガスＧ１よりもガスＧ２の方が高温である場合においても、上記同様に配管５０、５０Ａの内部と外部との間に生じうる所定の温度差は、例えば１００℃以上の範囲であり、夏季と冬季とで生じる温度差よりも大きい。

１０，４１０，５１０，６１０ 板状部材
１１ 被支持部分
１１ａ 内周面
１２，１４，５１２，６１２ 内側部分
１３，２２ 溶接部
２０，３２０ 管状部材
２０ａ，２０ｂ 端面
２１ 第１管状部材
２２ 第２管状部材
３０ スライドプレート（第２板状部材）
３１，４１ 支持部分
３２，４２ 開口部分
４０ 台座
５０，５０Ａ 配管
５１ 外周面
５２ 開口部
６０ ダクト
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 配管支持構造
５１１ 分割部材
５１３ 間隔
６１１ 被支持領域
ＡＸ 中心軸
Ｇ１，Ｇ２ ガス

Claims (14)

1. 第一配管の内部に配置される第二配管の外周面に当接される板状部材と、
   筒状であり、中心軸の軸線方向の一方の端部が前記板状部材に当接した状態で前記板状部材に固定される管状部材と、
   前記管状部材の前記軸線方向の他方の端部を支持する台座と
   を備え、
   前記台座は、前記第一配管の壁部に設けられ、
   前記板状部材及び前記管状部材は、前記第一配管の内部に配置され、
   前記板状部材は、前記管状部材に支持される被支持部分と、前記被支持部分に囲まれる内側部分とを有し、
   前記内側部分は、前記被支持部分に対して単位体積当たりの熱容量が小さい
   配管支持構造。
2. 前記第一配管は、第１ガスを流通させ、
   前記第二配管は、前記第１ガスとは温度が異なる第２ガスを流通させ、
   前記第二配管は、前記第１ガス及び前記第２ガスが流通することで、前記第二配管の内部と前記第二配管の外部である前記第一配管の内部との間に所定の温度差が生じる環境に配置される
   請求項１に記載の配管支持構造。
3. 前記第一配管は、第１ガスを流通させ、
   前記第二配管は、前記第１ガスとは温度が異なる第２ガスを流通させ、
   前記第二配管は、前記第１ガス及び前記第２ガスが流通することで、前記第二配管の内部と前記第二配管の外部である前記第一配管の内部との間に１００℃以上の温度差が生じる環境に配置される
   請求項１に記載の配管支持構造。
4. 前記板状部材は、前記軸線方向に見た場合の外形が円形状である
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の配管支持構造。
5. 前記板状部材は、前記内側部分が開口されている
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の配管支持構造。
6. 前記板状部材は、前記内側部分に面する内周面が前記配管に溶接された状態である
   請求項５に記載の配管支持構造。
7. 前記板状部材は、前記内側部分を囲うように前記中心軸の軸回り方向に間隔を空けて配置された複数の分割部材を有する
   請求項５又は請求項６に記載の配管支持構造。
8. 前記管状部材は、前記軸線方向の前記板状部材側に配置される第１管状部材と、前記軸線方向の前記台座側に配置される第２管状部材とが溶接された状態で設けられる
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の配管支持構造。
9. 前記板状部材は、前記内側部分が多孔質状である
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の配管支持構造。
10. 前記板状部材は、前記軸線方向について前記内側部分の厚さが前記被支持部分の厚さに比べて薄い
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の配管支持構造。
11. 前記管状部材と前記台座との間に配置される第２板状部材を更に備え、
    前記第２板状部材は、前記管状部材を支持する支持部分の内側が開口されている
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の配管支持構造。
12. 前記台座は、前記管状部材を支持する台座側支持部分の内側が開口されている
    請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の配管支持構造。
13. 前記配管は、前記板状部材に対応する部分が、他の部分に対して単位体積当たりの熱容量が小さい
    請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の配管支持構造。
14. 前記第一配管は排気ダクトであり、前記第二配管は抽気管である
    請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の配管支持構造
    を備えたガスタービン。

Images