JP2001324134A

JP2001324134A - ルーバーダンパ

Info

Publication number: JP2001324134A
Application number: JP2000139582A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukuchi; 健福地
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】流体のはく離渦によるダンパ羽根の振動を抑
制し、ダクト構造の共振を防止する。【解決手段】流路の図示された翼列方向に配列され中
心軸のダンパ軸6bとともに回動するダンパ羽根6cを備
え、ダンパ羽根6cをダンパ開度θに応じて回動し流体の
流量を制御するルーバーダンパであって、ダンパ羽根6c
の翼列方向の一端に支持された一方側の浮動軸21aと、
ダンパ羽根6cの翼列方向の他端に支持された他方側の浮
動軸21bと、ダンパ軸6bの流体の下流に所定の設定距離T
で設置された固定軸22と、固定軸22と一方側の浮動軸21
aとに軸支され互いにスライドして長さS1が可変の一方
側の一対の整流板20aと、固定軸22と他方側の浮動軸21b
とに軸支され互いにスライドして長さS2が可変の他方側
の一対の整流板20bとを設け、一方側の一対の整流板20a
および他方側の一対の整流板20bは、流体の下流に配設
されるとともにダンパ羽根6cと三角柱を形成し、かつダ
ンパ開度θに応じて三角柱の形状を可変とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電用ボイラなど
のダクト内に配列されて燃焼ガスなどの流量を制御する
ルーバダンパに係り、特に、ダンパ羽根の下流で流体の
はく離渦の発生を抑制しかつダンパ羽根の振動を防止す
るルーバダンパに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のルーバダンパにおいては、発電用
ボイラの概略構成を示す断面図である図8に示すよう
に、ボイラ1には火炉2が設けられ、火炉2の下部にバー
ナ3が配置されている。火炉2の燃焼ガスの流れ方向の下
流側には複数の熱交換器4がそれぞれダクト5の内部に配
置され、ダクト5の出口側にルーバダンパ6が配列されて
いる。そしてダクト5の出口端には排気ダクト7が接続さ
れている。なお、ダクト5の内部空間をキャビティ8とい
い、バーナ3で燃料が燃焼されることにより生成した燃
焼ガスはダクト5に流入し、キャビティ8を流れる間に熱
交換器4群を加熱し排気ダクト7より外部へ放出される。
ルーバダンパ6は、ダクト5によって分割されたキャビテ
ィ8内を流れる燃焼ガスの流量を制御し、各キヤビテイ8
内の熱交換器4の伝熱量をそれぞれ制御するものであ
る。

【０００３】図9はルーバダンパ6の平面図であり、図10
は正面図である。ダンパ枠6aは、ダクト5に固定されて
いる。発電用ボイラなどの大型プラントの場合、ダクト
5の断面形状は10m×10m四方程度であり、ダクト5の断面
に取り囲んで設けられるダンパ枠6aもダクト5とほぼ同
じ大きさである。燃焼ガスは図9における紙面と垂直の
方向に流れており、図10における紙面と平行の方向で矢
印で示す上方より下方へ流れている。ルーバダンパ6
は、図9の紙面と平行の方向に設けられ、上下方向をス
パン方向、左右方向を翼列方向という。ダンパ軸6bは、
複数がスパン方向に配置され、それぞれがダンパ枠6aに
回転自在に支持されている。ダンパ羽根6cは、中心軸と
するダンパ軸6bに固定されている。ダンパ羽根6cのスパ
ン方向と直角方向の断面はスパン方向に関して同一形状
に形成されている。

【０００４】次にダンパ羽根6cの開閉動作を説明する。
図11はダンパ羽根6cの開閉方向を示す図であり、隣り合
うダンパ羽根6cの開く角度を燃焼ガスの流れる方向に対
して対称とする対向配置が通常は実施されている。ダン
パ羽根6cの端部間の距離をdとし、ダンパ軸6b間のピッ
チをLとしたとき、d/Lを開口比と呼び、d/L=0がダンパ
羽根6cの全閉、d/L=1.0がダンパ羽根6cの全開である。
開口比d/Lはダンパ羽根6cの角度θ（ダンパ開度θ）に
より調整され、θ=0°が全閉、θ=90°が全開である。
ダンパ開度及び開口比はいずれも流量制御に際してのめ
やすを与える。

【０００５】図12，図13はダンパ羽根6c廻りの時間平均
の流れ（流線）の数値解析結果を示す図である。ダンパ
開度θ=5°〜60°について図示したが、いずれの場合も
ダンパ羽根6cの後流にはく離渦が形成されている。実際
の流れでは、はく離渦が周期的に下流に放出され、はく
離渦の発生、放出が繰り返される。そして、ダンパ羽根
6cは非定常的な流体力を受けて振動する。この振動によ
り、全てのダンパ羽根6cが共振したり、ルーバダンパ6
の前後のキャビティ8及び熱交換器4の管群まわりの非定
常流れや構造物と共振すると、装置の運転が妨げられた
り、ダンパ羽根6cやその他の構造物に大きな流体力が周
期的に作用して構造物の破壊を引き起こす恐れがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のルーバダンパに
あっては、ダンパ開度θ=5°〜60°のいずれの場合も下
流にはく離渦が形成されている。実際の流れでは、はく
離渦が周期的に下流に放出され、はく離渦の発生，放出
が繰り返されている。そして、ダンパ羽根は非定常的な
流体力を受けて振動し、この振動により全てのダンパ羽
根が共振したり、ルーバダンパの前後のキャビティ及び
熱交換器の管群まわりの非定常流れや構造物と共振する
と、装置の運転が妨げられたり、ダンパ羽根やその他の
構造物に大きな流体力が周期的に作用して構造物の破壊
を引き起こす問題点がある。

【０００７】本発明の課題は、流体の下流で発生するは
く離渦によるダンパ羽根の振動を抑制し、ダクト構造の
共振を防止したルーバダンパを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を達成するた
め、本発明に係るルーバダンパは、流路の翼列方向に配
列され中心軸のダンパ軸とともに回動するダンパ羽根を
備え、ダンパ羽根をダンパ開度に応じて回動し流体の流
量を制御するルーバーダンパにおいて、ダンパ羽根の翼
列方向の一端に支持された一方側の浮動軸と、ダンパ羽
根の翼列方向の他端に支持された他方側の浮動軸と、ダ
ンパ軸の流体の下流に所定の設定距離で設置された固定
軸と、固定軸と一方側の浮動軸とに軸支され互いにスラ
イドして長さが可変の一方側の一対の整流板と、固定軸
と他方側の浮動軸とに軸支され互いにスライドして長さ
が可変の他方側の一対の整流板とを設け、一方側の一対
の整流板および他方側の一対の整流板は、流体の下流に
配設されるとともにダンパ羽根と三角柱を形成し、かつ
ダンパ開度に応じて三角柱の形状を可変とするものであ
る構成とする。

【０００９】前記の課題を達成するため、第１の手段
は、流路に配置され流体の流量を制御する流量調整用の
ルーバダンパにおいて、ダンパ羽根のりょうがらの端部
の下流側に２枚の整流板を設置して、3角柱を形成させ
る。整流板はスライド機構により長さが可変であり、ダ
ンパ開度の変化に応じて3角柱が変形可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図1を参
照しながら説明する。図1は本発明の実施の形態に係る
ルーバーダンパの正面図である。図1に示すように、流
路の図示された翼列方向に配列され中心軸のダンパ軸6b
とともに回動するダンパ羽根6cを備え、ダンパ羽根6cを
ダンパ開度θに応じて回動し流体の流量を制御するルー
バーダンパであって、ダンパ羽根6cの翼列方向の一端に
支持された一方側の浮動軸21aと、ダンパ羽根6cの翼列
方向の他端に支持された他方側の浮動軸21bと、ダンパ
軸6bの流体の下流に所定の設定距離Tで設置された固定
軸22と、固定軸22と一方側の浮動軸21aとに軸支され互
いにスライドして長さS1が可変の一方側の一対の整流板
20aと、固定軸22と他方側の浮動軸21bとに軸支され互い
にスライドして長さS2が可変の他方側の一対の整流板20
bとを設け、一方側の一対の整流板20aおよび他方側の一
対の整流板20bは、流体の下流に配設されるとともにダ
ンパ羽根6cと三角柱を形成し、かつダンパ開度θに応じ
て三角柱の形状を可変とするものである構成である。

【００１１】すなわち、ダンパ枠6aは、ダクト5に固定
されている。燃焼ガスは図1において紙面と平行の矢印
方向に上方より下方へ流れている。図1のルーバダンパ
を上から見た平面図は図9と同様である。ダンパ軸6b
は、複数軸がスパン方向に向けて配列され、両端がダン
パ枠6aに回転自在に支持されている。ダンパ羽根6cは、
中心軸であるダンパ軸6bに中心を固定されている。整流
板20a，20bは、後記のようなスライド機構により上下方
向の長さS1，S2が可変である。固定軸22は、両端をダン
パ枠6aに固定されている。整流板20a，20bは、2枚1組よ
りなる一対であって下端を固定軸22に角度可変に軸支さ
れ、上端を浮動軸21a，21bに角度可変に軸支されてい
る。

【００１２】1枚のダンパ羽根6cと、ダンパ羽根6cの一
端側の2枚の整流板20aと、ダンパ羽根6cの他端側の2枚
の整流板20bとが1組で変形可能な3角柱を形成するが、
その断面を図2に示した。図示しないダンパ枠6aに固定
されたダンパ軸6bに、ダンパ羽根6cの中心が回転自在に
取り付けられている。以上は従来技術と同様であるが、
本発明ではさらに、ダンパ羽根6cの両端で浮動軸21a，2
1bを介して2組の整流板20a，20bが接合されている。ま
た、1組の整流板20aのうちの下方の整流板20aの下端
は、共通の固定軸22に接合している。ダンパ軸6b及び固
定軸22はダンパ枠6aに両端を固定されており、浮動軸21
a，21bはダンパ羽根6cと上方の整流板20a，20bとにより
支えられており、位置は変化する。ダンパ羽根6cと2組
の整流板20a，20bとにより三角柱が形成されるが、図2
に示した断面の3角形は、ダンパ開度θの変化に応じて
変形する。なお、整流板20a，20bはスライド機構によ
り、幅S1，S2が可変である。この断面の三角形は、θ=0
°の全閉時には二等辺三角形、θ=90°の全開時にはほ
ぼ平板となる。固定軸22はダンパ軸6bに対して、ほぼ直
下でダクト内流体の下流方向に配置される。

【００１３】整流板20a，20bのスライド機構の一例とし
て、その断面図を図3に示す。整流板20aには溝が切ら
れ、整流板20bに固定された留め具23が溝にはまってい
る。溝と留め具はスライド可能であるため、整流板20a
と20bとが上下方向（矢印方向）へスライド可能であ
る。図3では最も単純なスライド機構を示した。潤滑性
に優れた材質の使用や小径タイヤによる支持、弾性体
（バネなど）を用いたガタつきを防止する支持機構の使
用も考えられる。

【００１４】ダンパ軸6bと固定軸22との間の設定距離T
（図2参照）は、装置小型化の観点からは小さいことが
望ましいが、全閉と全開を実現するためにはダンパ羽根
6cの幅（図10に示すのダンパ軸ピッチLとほぼ等しい）
よりも大きくする必要がある。また、後記の整流作用に
おいても、設置距離Tは大きいことが望ましい。図2にお
いて、ダンパ羽根幅L=2r、ダンパ軸6bと固定軸22の設置
距離T、整流板20a，20bの長さS1、S2を定義する。ここ
で長さS1、S2は可変である。図2に示す断面形状を単純
な三角形で近似したとき、 S1² = r² + 2Tr sin(θ) + T² S2² = r² + 2Tr sin(-θ) + T² なる関係がある（θ=0゜〜90゜）。T=3r=1.5Lの場合を例
に、本発明の実施の形態のダンパ羽根の動作を図4に示
す。全閉，中間開度，全開（θ=0°〜30°〜90°）の場
合の断面形状及び羽根長さS1，S2を同図に示した。ま
た、整流板S1を1.5Lの長さの整流板2枚で、整流板S2を
0.9Lの長さの整流板2枚で形成したときの、整流板の重
なりの様子と重なり長さの数値を図4に示す。この重な
り長さは、スライド機構を実現するために、事前に評価
する必要がある。

【００１５】整流板20の整流効果を、流動数値解析によ
り確認した結果を図5，図6に示す。ここでは、寸法T=1.
5Lとした。ダンパ開度θ=5°〜60°の範囲における流線
を示した。いずれのダンパ開度においても、整流板20の
後流で多少の流れのよどみが見られるが、顕著なはく離
流れは見られず、整流効果が確認できた。すなわち、本
発明によれば、はく離渦の放出が防止できるため、プラ
ント運転の妨げとなるダクトの共振を回避できる。

【００１６】なお、流れが整流されるということは、ダ
ンパによる圧力損失が低下して、ダンパとしての機能、
特性が損なわれる懸念がある。圧力損失は抵抗係数ζと
して無次元化すると、一般論の議論が可能である。

【００１７】ζ=（圧力損失）／（0.5×流体密度×ダク
ト内平均速度の2乗）図7に、従来構造の平板の場合と、本発明との場合の計
算結果を示した。抵抗係数ζがダンパ開度θに依存する
様子は両者でほぼ等しい。

【００１８】本発明によれば、ダンパとしての機能、特
性を保持したまま、ダンパ羽根などの有害な振動の発生
を防止可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、ダンパ羽根の流体の下
流に長さ可変の整流板を設けたことにより、ダンパ羽根
からのはく離渦の放出が抑制され、ダンパ羽根やダクト
構造との共振を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す整流板を設置した
ルーバーダンパの正面図である。

【図２】図１に示す整流板を設置したダンパ羽根の拡大
図である。

【図３】整流板のスライド機構の一例を示す図である。

【図４】ダンパ羽根と整流板の動作を示す図である。

【図５】図１の整流効果を示す流線の計算結果である。

【図６】図１の整流効果を示す流線の計算結果である。

【図７】従来技術と図１に示すダンパとの抵抗係数を示
す図である。

【図８】従来の技術を示す発電用ボイラの断面図であ
る。

【図９】従来の技術を示すルーバーダンパの平面図であ
る。

【図１０】図９の正面図である。

【図１１】図９のダンパ羽根の動きと開口部を説明する
図である。

【図１２】従来の技術の燃焼ガス流の数値解析結果を示
す図である。

【図１３】従来の技術の燃焼ガス流の数値解析結果を示
す図である。

【符号の説明】

１ボイラ２火炉３バーナ４熱交換器５ダクト６ルーバダンパ６ａダンパ枠６ｂダンパ軸６ｃダンパ羽根７排気ダクト８キャビティ２０ａ，２０ｂ整流板２１ａ，２１ｂ浮動軸２２固定軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路の翼列方向に配列され中心軸のダン
パ軸とともに回動するダンパ羽根を備え、該ダンパ羽根
をダンパ開度に応じて回動し流体の流量を制御するルー
バーダンパにおいて、前記ダンパ羽根の前記翼列方向の
一端に支持された一方側の浮動軸と、前記ダンパ羽根の
前記翼列方向の他端に支持された他方側の浮動軸と、前
記ダンパ軸の前記流体の下流に所定の設定距離で設置さ
れた固定軸と、該固定軸と前記一方側の浮動軸とに軸支
され互いにスライドして長さが可変の一方側の一対の整
流板と、前記固定軸と前記他方側の浮動軸とに軸支され
互いにスライドして長さが可変の他方側の一対の整流板
とを設け、前記一方側の一対の整流板および前記他方側
の一対の整流板は、前記流体の下流に配設されるととも
に前記ダンパ羽根と三角柱を形成し、かつ前記ダンパ開
度に応じて該三角柱の形状を可変とするものであること
を特徴とするルーバーダンパ。