JP2012158941A - 集合煙突 - Google Patents

Abstract

【課題】振動減衰装置などを不要にし得る集合煙突を提供する。
【解決手段】３本の鋼製筒身２が並設されてなる集合煙突であって、各筒身２からなる煙突全体における中心軸ａと各筒身２の中心軸ｂとを結ぶ連結線ｃ上で各筒身２の煙突中心寄りの内側表面および煙突中心から離れた外側表面に、防振用板材６を取り付け、且つこの防振用板材６を筒身２の上部１／３の範囲内に取り付けるとともに、筒身２の寸法および筒身２，２同士の設置寸法を、筒身２の直径Ｄに対する筒身２，２同士の中心間距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）が２．５より小さくなるように、選定したものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数本の筒身が並設されてなる集合煙突に関するものである。

例えば、火力発電所などに設置される煙突としては、筒身が２〜３本並設された集合煙突が用いられており、またこれら各筒身はその直径に比べて非常に背が高く、風などに起因して発生する振動を抑制するために、振動対策が施されている。

従来の振動対策として、２本の筒身の間にオイルダンパーなどの振動抑制装置が設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１４８２５２号公報

上述したように、筒身同士間にオイルダンパーなどの振動抑制装置を設置した場合、当然ながら、機械設備費が高くつくとともに装置の保守点検も必要になるという問題がある。

そこで、本発明は、振動減衰装置などを不要にし得る集合煙突を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の集合煙突は、少なくとも３本の鋼製筒身が並設されてなる集合煙突であって、
各筒身からなる煙突全体における中心軸と各筒身の中心軸とを結ぶ線上で各筒身の外面に、防振用板材を取り付けたものである。

また、上記防振用板材を筒身の上部１／３の範囲内に取り付けるようにしたものであり、
さらに上記筒身の寸法および筒身同士の設置寸法を、筒身の直径Ｄに対する筒身同士の中心間距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）が２．５より小さくなるように、選定したものである。

上記集合煙突によると、少なくとも３本の筒身からなる集合煙突全体における中心軸と各筒身の中心軸とを結ぶ線上で各筒身の外面に、所定高さの防振用板材を取り付けることにより、例えばオイルダンパーなどの振動抑制装置を設けなくても、煙突に発生する渦励振を抑制することができ、したがって機械設備費も安価にし得るとともに機械の保守点検についても不要にすることができる。

本発明の実施例に係る集合煙突の概略構成を示す斜視図である。 同集合煙突の側面図である。 同集合煙突の平面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 同集合煙突における板材の配置状態を説明する概略平面図である。 同集合煙突の振動実験における比較のための板材の配置状態を示す概略平面図である。 同集合煙突の振動実験での構造軸を説明する模式平面図である。 同集合煙突における構造軸１での振動結果を示すグラフである。 同集合煙突における構造軸２での振動結果を示すグラフである。 同集合煙突における構造軸３での振動結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態に係る集合煙突を具体的に示した実施例に基づき説明する。
図１および図２に示すように、本実施例に係る集合煙突１は３本の鋼製筒身２が並設されたもので、しかも、図２および図５に示すように、所定高さＨで且つ所定直径Ｄの筒身２が、一辺が所定長さＬにされた正三角形の各頂点Ａの位置で立設されるとともに、これら各筒身２の上方に集合用短筒部３がそれぞれ設けられたものである。なお、図３に示すように、集合用短筒部３における各上端開口部（つまり、筒身の上端開口部である）３ａは１２０度の扇形状にされて一つの円形開口部を形成するように各筒身２が配置される。

上記各筒身２の寸法としては、例えば高さＨが８０ｍ、直径Ｄが６．１ｍにされており、隣接する一対の筒身２，２同士は、図２および図４に示すように、高さ方向の中間位置（イ）および上端位置（正確には、上端近傍である）（ロ）にて、例えば鋼製の連結部材４により互いに一体化されている。また、各筒身２における連結位置（イ，ロ）には補強用リング５がそれぞれ設けられている。なお、連結部材４と補強用リング５との接合は、補強用リング５に連結部材４を接合してもよく、または連結部材４を筒身２に直接接合した状態でその周囲に補強用リング５を巻き付けるようにしてもよい。

そして、上記各筒身２からなる集合煙突１全体における中心軸（鉛直軸である）ａと各筒身２の中心軸（鉛直軸である）ｂとを結ぶ線（以下、連結線という）ｃ上、すなわち連結線ｃを含む鉛直面内にて、各筒身２の外面２箇所（中心軸ａ側の内側と、その反対側の外側との２箇所）に且つ各筒身２の上部１／３の高さ範囲内で、所定幅例えば筒身２の直径の１／１０程度の幅を有する細長い防振用板材（制振用板材ともいい、以下、単に、板材ともいう）６が溶接などにより取り付けられている。

ここで、集合煙突の具体的寸法について述べておく。
例えば、筒身２の高さが８０ｍ、直径が６．１ｍ、筒身２，２同士の中心間距離Ｌが１２．５ｍとされ、また板材６の長さは２７ｍ程度およびその幅は０．６１（６．１／１０）ｍにされている。

そして、筒身２の直径Ｄに対する筒身２，２同士の中心間距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）が２．５より小さくなるように、例えば２．０となるように、それぞれの寸法が選定されている。本実施例では、２．０５（１２．５／６．１）にされている。

ここで、板材６が取り付けられた集合煙突（板材有り）１と、板材６が取り付けられていない集合煙突（板材無し）とについて、風による応答、すなわち振動の実験を行った結果について説明する。なお、このような煙突に発生する振動は、カルマン渦による渦励振である。

ところで、本実施例に係る板材の配置に対する比較を行うために、図６に示すように、筒身２，２同士を結ぶ正三角形の各辺を含む鉛直面内に配置した場合についても実験を行った。本実施例の配置をＰ１パターン、この比較の配置をＰ２パターンと呼ぶことにする。Ｐ１パターンを図５に、Ｐ２パターンを図６にそれぞれ示す。

そして、図７の（ａ）〜（ｃ）に示すように、３種類の構造軸について、すなわち集合煙突１に対する３つの風向（矢印ｅ）に対して実験を行った。なお、構造軸とは、対象となる振動モードの主振動方向を示す。

この振動実験の結果を下記の表１および図８〜図１０のグラフに示す。この振動実験は１／７６．２５に縮小された模型で行ったものであるが、表１および図８〜図１０には、模型での実験結果そのものではなく、実機に換算した値を示している。図８〜図１０において、グラフの横軸は風速を、縦軸は振幅（ＲＭＳ：平均自乗根）を示し、また図８〜図１０においては、板材有り（Ｐ１パターン）で境界層乱流、板材有り（Ｐ２パターン）で境界層乱流、板材無しで境界層乱流の場合をそれぞれ示している。

なお、３種類の構造軸１，構造軸２および構造軸３は以下の通りである。
構造軸１：Ｙ軸の＋方向からＹ軸の−方向に向かう風
構造軸２：Ｘ軸の＋方向からＸ軸の−方向に向かう風
構造軸３：Ｙ軸の−方向からＹ軸の＋方向に向かう風

表１および図８〜図１０に示すグラフから、板材が設けられている方（板材有り）が設けられていないもの（板材無し）に比べて、渦励振による振幅が大幅に減っていることが分かるとともに、その渦励振が発生したときの風速が上昇していることが分かる。

なお、Ｐ２パターンで且つ構造軸２の場合、振幅はほぼ消滅しているが、構造軸１および構造軸３においては、大きい振幅が発生しているため、このＰ２パターンの配置では方位性が有るため不適当である。

また、構造軸３の第１ピークにおいて、板材無しの時は風上側の２つの筒身の最外殻から発生するカルマン渦の影響が大きいので振幅が発生しないが、板材有りのＰ１パターンの時は風上側の２つの筒身ではカルマン渦は防振板により乱されるものの、風上側の２つの筒身間を流れる風が風下側の筒身で渦を発生させてしまい、結果として僅かながら振動が発生していると考えられる。

なお、振動実験においては、構造軸１〜構造軸３において、風向をその両側に少し振った場合（例えば、±５°程度）でも、ほぼ同様の防振効果（振動抑制効果）が得られた。
また、板材の設置範囲を全高の上側１／３（上部１／３と称す）とした理由は、構造物の高い部分に当たる風は低い部分よりも強く、振動を起こすのに支配的であるからである
。
さらに、例えば単筒の場合には、方位性が無いため、全方位に対して有効となるように、多数の板材を設置する必要があるが、集合煙突の場合では、風向きによっては、カルマン渦が発生しにくいとともに、この集合煙突に、非常に細長い板材を取り付けることにより、全方位についての制振効果が得られる。

このように、３本の筒身２からなる集合煙突全体における中心軸ａと各筒身２の中心軸ｂとを結ぶ連結線ｃ上で各筒身２の内側および外側の外周面に、防振用板材６を取り付けるとともに、防振用板材６を筒身２の上部１／３の範囲内に取り付けるようになし、さらに筒身２の寸法および筒身２，２同士の設置寸法を、筒身２の直径Ｄに対する筒身２，２同士の中心間距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）が２．５より小さくなるように、選定したことにより、下記のような効果を有する。

すなわち、従来のように、例えばオイルダンパーなどの振動抑制装置を設けなくても、集合煙突に発生する渦励振を抑制することができ、したがって機械設備費も安価にし得るとともに機械の保守点検についても不要にすることができる。

ところで、上記実施例においては、各筒身の連結線上で、集合煙突の中心寄りの内側および中心から離れた外側に防振用板材を取り付けたが、例えば各筒身の内側または外側のいずれか一方に防振用板材を取り付けるようにしてもよい。

また、上記実施例では、３本の筒身からなる集合煙突について説明したが、４本以上の筒身からなる集合煙突であってもよい。

１ 集合煙突
２ 筒身
３ 集合用短筒部
４ 連結部材
５ 補強用リング
６ 防振用板材

Claims (3)

1. 少なくとも３本の鋼製筒身が並設されてなる集合煙突であって、
   各筒身からなる煙突全体における中心軸と各筒身の中心軸とを結ぶ線上で各筒身の外面に、防振用板材を取り付けたことを特徴とする集合煙突。
2. 防振用板材を筒身の上部１／３の範囲内に取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の集合煙突。
3. 筒身の寸法および筒身同士の設置寸法を、筒身の直径Ｄに対する筒身同士の中心間距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）が２．５より小さくなるように、選定したことを特徴とする請求項１または２に記載の集合煙突。
   

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