2級ボイラー技士 2023年(R5)4月-問5 過去問の解説【ボイラーの構造に関する知識】

問題

ボイラー各部の構造及び強さについて、誤っているものは次のうちどれか。

1.	皿形鏡板は、球面殻、環状殻及び円筒殻から成っている。
2.	胴と鏡板の厚さが同じ場合、圧力によって生じる応力について、胴の周継手は長手継手より２倍強い。
3.	皿形鏡板に生じる応力は、すみの丸みの部分において最も大きい。この応力は、すみの丸みの半径が大きいほど大きくなる。
4.	平鏡板の大径のものや高い圧力を受けるものは、内部の圧力によって生じる曲げ応力に対して、強度を確保するためステーによって補強する。
5.	管板には、煙管のころ広げに要する厚さを確保するため、一般に平管板が用いられる。

回答

正解は（3）

1. 皿形鏡板は、球面殻、環状殻及び円筒殻から成っている。
→ 正しい
鏡板は、ボイラー胴の両端に配置される部材です。皿形鏡板では、中央の「球面殻」、その周囲の「環状殻」、そして胴部と接続する「円筒殻」の三つの部分で構成されています。

その他の種類の鏡板については令和4年10月問7参照

2. 胴と鏡板の厚さが同じ場合、圧力によって生じる応力について、胴の周継手は長手継手より２倍強い。
→ 正しい
まず下の図を見てください。

ボイラーの円筒胴の内部には、水圧によって周方向（円周方向）と長手方向（軸方向）の2種類の引張応力が発生します。
このうち、胴の円周を広げようとする周方向にかかる応力は、胴の両端を引き伸ばそうとする長手方向にかかる応力の約2倍となります。
そのため、「長手方向の応力」に耐える周継手は、「周方向の応力」に耐える長手継手の2分の1の応力がかかるということになります。
つまり、問題文にあるように同じ強度の継手であれば、周継手のほうが応力に対して2倍強いということになります。

3. 皿形鏡板に生じる応力は、すみの丸みの部分において最も大きい。この応力は、すみの丸みの半径が大きいほど大きくなる。
→ 不適当
皿形鏡板のすみの丸みの部分（環状殻部）は、応力集中が生じやすい部分です。
この応力ですが、環状部分の丸みが大きいほど緩和され小さくなります。逆に丸みが小さくなる（直角に近づく）と応力は大きくなっていきます。
したがって、「半径が大きいほど応力が大きくなる」は誤りです。

4. 平鏡板の大径のものや高い圧力を受けるものは、内部の圧力によって生じる曲げ応力に対して、強度を確保するためステーによって補強する。
→ 正しい
平鏡板は、各種鏡板の中でも強度が弱く、内部の圧力よって変形しやくなります。そのため、ステー（補強材）を取り付けて強度を高める必要があります。

ステーについては令和4年10月問7参照

5. 管板には、煙管のころ広げに要する厚さを確保するため、一般に平管板が用いられる。
→ 正しい
炉筒煙管ボイラーのように煙管を取り付ける鏡板のことを管板といいます。管板には、無数の穴が開いておりそこに煙管を差し込むのですが、ただ差し込んだだけだと隙間が出来てしまいますので、管の径を広げて隙間を埋めます。
これを「ころ広げ」といい、管板にはこの加工に耐える十分な厚さが求めらるため、厚みのある平管板（平鏡板）が使われます。

平管板（平鏡板）は、ドーム状の皿形鏡板などと比較して、容易に厚さを確保できる