JP2018113380A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】発明が解決しようとする課題は、製作費の上昇、工事期間の長期化を軽減し、タンク１の圧力容器としての強度を確保しつつ、タンク１の振動による騒音を低減することと、実稼働時の鉄心３ａや巻線３ｂの加振周波数とタンク１の固有振動数の一致によるタンク１の共振による騒音増加を回避することである。【解決手段】変圧器本体３を収容したタンク１を有する静止誘導電器であって、タンク底面１ａにおいて縁部近傍の少なくとも一部に振動抑制鋼材５を設けたことを特徴とする。また、前記振動抑制鋼材５の一部を着脱可能としたものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、変圧器に代表される静止誘導電器に関わるものであり、変圧器タンクの振動を抑制してタンクの放射音の低減を図る低騒音変圧器に関する。

変圧器の騒音は、鉄心の磁歪や巻線に働く電磁力による鉄心や巻線の振動に起因している。鉄心や巻線の振動は、鉄心や巻線を搭載するタンクの底面を振動させ、この振動がタンクの側面に伝達し、タンク底面、側面及び上面の振動が騒音として空間に放射されるものである。このような変圧器からの放射音を低減するために、変圧器をコンクリートや鉄板の防音建屋内に収納して、騒音を遮断する対策があるが、この方式では据付面積の増大や製作費の上昇及び工事期間の長期化などの課題がある。

特許文献１では、タンク底の補強リブを、中心部補強リブと周辺部補強リブに分離し、周辺部補強リブを基礎に固定する構造としている。加振源である鉄心を中心部補強リブ上に配置し、中心部補強リブと周辺部補強リブの間の、タンク底板を低剛性にしている。これにより鉄心からタンク側面への振動伝達を抑制し、タンク側面からの放射音を低減するとしている。

特開２００２−１３４３３６号公報

上記特許文献１でのタンク周辺部の全周を基礎に固定する構造では、施工上の難易度が高いため製作費の上昇、工事期間の長期化の課題がある。また、中心部補強リブと周辺部補強リブの間の低剛性化の一方で、タンクの圧力容器としての強度を確保するためには、タンク底板の板厚を厚くして強度を確保する必要があり、中心部補強リブと周辺部補強リブの間の低剛性化と相反する課題がある。

この他、タンクの固有振動数は非常に多く存在し、その全てを設計段階で予測することは極めて困難である。その結果として、実稼働時の鉄心や巻線に作用する加振力の周波数が、タンクの固有振動数と一致してしまった場合には、タンクが共振して放射音が増大するという課題がある。

変圧器本体を収容したタンクを有する静止誘導電器であって、タンク底面において縁部近傍の少なくとも一部に振動抑制鋼材を設けたことを特徴とする。

振動抑制鋼材の設置により、タンクの底面振動の側面への伝達が抑制され、タンクの側面の振動が減少し、騒音が低減する。

実施例１における静止誘導電器を下方から見た斜視図である。 実施例１の断面図である。 振動抑制鋼材を設置していない構造の摸式図である。 振動抑制鋼材を設置した実施例１の摸式図である。 先行技術文献の摸式図である。 実施例１の振動解析結果の例である。 実施例１の音響解析結果の例である。 実施例２における静止誘導電器を上方から見た斜視図である。 図８の破線部の拡大図である。 図９の断面図である。 実施例３の静止誘導電器の部分断面図である。 実施例４の静止誘導電器の部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

実施例１について、図１〜図７を参照して説明する。

図１は実施例１における静止誘導電器を下方から見た斜視図である。図２は実施例１の断面図である。

図１の静止誘導電器においては、変圧器本体３を収容しおおむね直方体形状のタンク１の外面には、タンク１の圧力容器としての強度を確保するためのステー２が溶接により設置されている。タンク１の板厚を単純に厚くすることで強度を確保するよりも、ステー２を設置するほうが重量増加を抑制でき製造費を軽減できるため本実施例ではコの字型のステー２を設置しているが、強度が十分であれば設置していなくても良い。また、ステー２の構造はコの字型に限るものではない。ステー２は、タンク１の底面１ａ、側面１ｂ、上面１ｃの各面に設置されており、各面の縁部ではなく面の内部位置に配置されている。面の内部位置に配置することにより、面外方向の変形を効果的に抑制できるからである。底面１ａに設置されているステー２は、接地ステー２ａと底ステー２ｂの２種類がある。接地ステー２ａは、基礎面８に接しており、底ステー２ｂは基礎面８から離間している。タンク１とステー２の材質は、鉄を用いている。

図２の静止誘導電器においては、タンク１内に収容されている変圧器本体３と冷却媒体４を示す。変圧器本体３は、タンク１内の底面１ａに配置されており、鉄心３ａ、巻線３ｂ等から構成されている。また、タンク１内は冷却媒体４が充填されている。

静止誘導電器においては、鉄心３ａの磁歪や巻線３ｂに働く電磁力により、変圧器本体３が振動する。この振動がタンク１の底面１ａを振動させ、側面１ｂに伝達し、底面１ａ及び側面１ｂの振動が、騒音として空間に放射される。

本実施例１においては、振動抑制鋼材５をタンク１の底面１ａに溶接により設置している。設置位置は、底面１ａの縁部の全周にわたり、底面１ａの側面１ｂとの接合部近傍であり、複数本設置されている接地ステー２ａと接地ステー２ａの間である。図２の通り振動抑制鋼材５の形状は、コの字型である。また、振動抑制鋼材５は基礎面８から離間している。

振動抑制鋼材５により、タンク１の底面１ａの振動の側面１ｂへの伝達が抑制され、タンク１の側面１ｂの振動が減少し、騒音が低減する。

図３、図４の摸式図を用いて、振動抑制鋼材５により、側面１ｂの振動が減少する作用を説明する。また、図５の模式図を用いて、先行技術文献との差異を説明する。

図３は、振動抑制鋼材５を設置していない構造である。振動抑制鋼材５などを設置しない場合、底面１ａが破線のように振動することにより、側面１ｂが面外方向に大きく振動する。一方、振動抑制鋼材５を設置した図４の構造では、底面１ａと側面１ｂの接合部近傍において底面１ａの傾斜角が抑制されるため、側面１ｂの振動が減少する。図５は、先行技術文献の摸式図である。先行技術文献においては、側面１ｂの下部（ハッチング部）を基礎面８にボルトにて固定して拘束することにより、側面１ｂを振動させない構造としている。

先行技術文献のように、側面１ｂの下部を基礎面８にボルトにて固定することは、側面１ｂを振動させない効果はあるが、施工上の難易度が高いため製作費の上昇、工事期間の長期化の課題がある。本実施例１における、タンク１の底面１ａに設置した振動抑制鋼材５は、基礎面８への固定が不要である。従って、施工上の難易度は振動抑制鋼材５などを設置しない場合と同様であり、製作費の上昇、工事期間の長期化をすることなく、側面１ｂの振動を減少し低騒音化を実現する。

先にも述べたが、振動抑制鋼材５は基礎面８から離間している。これは、図２に示した底面１ａと基礎面８の間の底面空間８ａの出口である空間の出口８ｂを塞がないためである。空間の出口８ｂを塞ぐ構造は、雨水が入り込んでしまった場合に、湿気がこもり、底面空間８ａのタンク１表面が錆びてしまうからである。タンク１の表面は一般的に塗装しているため、すぐに錆びることは無いが、長期的な信頼性確保のために、塞がない構造としている。振動抑制鋼材５を基礎面８と接するような寸法とした場合においても、振動は低減されるが、空間の出口８ｂを塞ぐ構造となってしまうため、あえて振動抑制鋼材５は基礎面８から離間している。しかしながら、振動抑制鋼材５の設置により、空間の出口８ｂの面積は、振動抑制鋼材５を設置しない構造よりも減少させられる。これにより、空間の出口８ｂからタンク１外表面の側方へ放射される騒音（底面１ａの振動による騒音）を低減する効果がある。

図６、図７は実施例１の振動解析結果と音響解析結果の例である。どちらとも、比較対象として振動抑制鋼材５を設置していない結果も示す。

図６に示した振動解析結果は、タンク１の底面１ａの鉄心搭載部分に一定の加振力を入力した場合の周波数応答解析結果である。振動応答の観測位置は図１のＡ点である。振動抑制鋼材５の設置により振動が低減している。

図７に示した音響解析結果は、先の振動解析結果を入力とした周波数応答解析結果である。音の観測位置は図１のＡ点から０．３ｍ離間した空間位置である。振動抑制鋼材５の設置により騒音が低減している。

振動抑制鋼材５は、底面１ａの縁部の全周に設置したが、縁部の全周ではなく、縁部の一部分に設置することでも良い。騒音低減効果は、底面１ａの縁部の全周に設置した場合より小さいが、製造費を抑えられる。また、振動抑制鋼材５の形状はコの字形状に限るものではなく、例えばＶ字形状とした場合においても、側面１ｂの振動を減少することができ、低騒音化を実現できる。また、振動抑制鋼材５は中空以外にも中身が詰まった中実であってもよい。ただし軽量化の観点からは中空の方が望ましい。

以上説明した実施例１によれば振動抑制鋼材の設置により、タンクの底面振動の側面への伝達が抑制され、タンクの側面の振動が減少し、騒音が低減する。また、振動抑制鋼材の設置により、底面の空間の出口面積は、振動抑制鋼材を設置しない構造よりも減少させられる。これにより、底面の空間の出口からタンク外表面の側方へ放射される騒音（底面の振動による騒音）が低減する。

実施例２について、図８〜図１０を参照して説明する。

図８は実施例２における静止誘導電器を上方から見た斜視図である。図９は図８の破線部の拡大図である。図１０は図９の断面図である。

実施例２においては、振動抑制鋼材５の一部を着脱可能な構造としたものである。振動抑制鋼材固定部５ａは溶接により設置し、振動抑制鋼材着脱部５ｂはボルト５ｃにより固定した構造である。

実施例２においても、実施例１と同様の作用により側面１ｂの振動を減少することができ、低騒音化を実現できる。

また、振動抑制鋼材着脱部５ｂは厚み寸法や長さ寸法の異なるものに付け替えることが可能である。厚み寸法や長さ寸法の異なるものに付け替えることにより、振動抑制鋼材着脱部５ｂの質量と剛性を変化させることができる。これにより、タンク１の固有振動数を変えることが可能となる。これにより、鉄心３ａや巻線３ｂの加振周波数とタンク１の固有振動数が一致することによる共振を回避することが可能である。

以上説明した実施例２によれば、実施例１での効果に加えて、振動抑制鋼材の一部を着脱可能としたことにより、タンクの固有振動数を変えることが可能となる。これにより、鉄心や巻線の加振力の周波数とタンクの固有振動数の一致による共振を回避することが可能である。

実施例３について、図１１を参照して説明する。

図１１は実施例３の静止誘導電器の部分断面図である。

実施例３においては、振動抑制鋼材５に塞ぎ部材６を設置したものである。塞ぎ部材６の材質はゴム等を用いる。塞ぎ部材６を設置することにより、空間の出口８ｂの面積を全て塞ぐことは、雨水侵入による錆びをおこし易くする問題があるため、通気のための穴やスリット等を設けている。

実施例３においても、側面１ｂの振動を減少することができ、低騒音化を実現できる。また、空間の出口８ｂの面積を減少させられることから、空間の出口８ｂからタンク１外表面の側方へ放射される騒音（底面１ａの振動による騒音）を低減する効果がある。

さらに、本実施例においては、底面空間８ａと空間の出口８ｂによりヘルムホルツの原理による消音器を構成している。消音特性は底面空間８ａの体積、空間の出口８ｂの断面積と長さによって決まる。この消音器は、タンク１の側面１ｂの振動による放射音を低減する効果を有する。

実施例４について、図１２を参照して説明する。

図１２は実施例４の静止誘導電器の部分断面図である。

実施例４においては、底面１ａに吸音材７を設置したものである。吸音材７により、底面空間８ａの騒音を吸音し騒音を低減可能である。一般的に吸音材７は、材質により騒音の周波数に対する吸音率が異なる。本実施例においては、変圧器の加振周波数に対する吸音率が高い材質が好ましい。また吸音材７は、空気の粒子の振動速度が高い位置に配置することが好ましい。本実施例においては、底面空間８ａよりも狭くなっている空間の出口８ｂに近い位置に配置している。

実施例４においても、側面１ｂの振動を減少することができ、低騒音化を実現できる。また、底面空間８ａの騒音を吸音し騒音を低減させられることから、空間の出口８ｂからタンク１外表面の側方へ放射される騒音（底面１ａの振動による騒音）を低減する効果がある。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：タンク
１ａ：底面
１ｂ：側面
１ｃ：上面
２：ステー
２ａ：接地ステー
２ｂ：底ステー
３：変圧器本体
３ａ：鉄心
３ｂ：巻線
４：冷却媒体
５：振動抑制鋼材
５ａ：振動抑制鋼材固定部
５ｂ：振動抑制鋼材着脱部
５ｃ：ボルト
６：塞ぎ部材
７：吸音材
８：基礎面
８ａ：底面空間
８ｂ：空間の出口

Claims (8)

1. 鉄心と前記鉄心に巻回される巻線からなる変圧器本体と、冷却媒体とを収容したタンクを有する静止誘導電器であって、タンク底面において縁部近傍の少なくとも一部に振動抑制鋼材を設けたことを特徴とする静止誘導電器。
2. 請求項１に記載の静止誘導電器において、
   前記振動抑制鋼材の形状をコの字型としたことを特徴とする静止誘導電器。
3. 請求項１に記載の静止誘導電器において、
   前記振動抑制鋼材の形状をＶ字型としたことを特徴とする静止誘導電器。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静止誘導電器において、
   前記振動抑制鋼材の一部を着脱可能としたことを特徴とする静止誘導電器。
5. 請求項４に記載の静止誘導電器において、
   前記振動抑制鋼材は振動抑制鋼材固定部と着脱可能とした振動抑制鋼材着脱部と前記振動抑制鋼材着脱部を固定するボルトから構成されることを特徴とする静止誘導電器。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静止誘導電器において、
   前記振動抑制鋼材と前記タンクが設置される基礎面との間が離間していることを特徴とする静止誘導電器。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の静止誘導電器において、
   前記タンク底面の空間の出口部の少なくとも一部に塞ぎ部材を設けたことを特徴とする静止誘導電器。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の静止誘導電器において、
   前記タンク底面の空間の少なくとも一部に吸音材を設けたことを特徴とする静止誘導電器。

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