JP3456711B2 - ボイラ装置 - Google Patents

ボイラ装置

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はボイラ装置に係り、特に
耐震性の向上に好適なボイラ装置に関する。 【0002】 【従来の技術】従来のボイラ支持方法は図5に示すよう
に、ボイラ本体2の自重は支持鉄構頂部に設けた吊ボル
ト21で支持し、ボイラ本体2に作用する水平方向地震
荷重は剛な結合部材であるサイスミツクタイ3により支
持鉄構1に伝達する構造となつている。4は基礎マツ
ト、5は配管(主蒸気管)である。 【0003】サイスミツクタイ3の構造は図6に示す挟
み込み方式、図7に示すリンク方式の2種類があり、い
ずれの方式においてもボイラ本体2の鉛直方向の熱膨張
を拘束することなく水平方向の荷重のみを伝達する。そ
の際、このサイスミツクタイ3の剛性が高いと地震時に
ボイラ本体2に作用する地震荷重はそのまま支持鉄構1
に作用することになる。 【0004】なお、これらの図において、10は挟み込
み式タイ、12はバツクステー、22はリンク、23は
ピンである。 【0005】支持鉄構1の強度設計上考慮すべき荷重と
して、自重、風荷重、地震荷重等が挙げられるが、地震
荷重が最大で荷重全体の約7割を占めるため、支持鉄構
1のサイジング、ブレース設置等に関する構造の合理化
を検討する上で地震荷重の低減方法の開発が求められて
いた。 【0006】このような背景の基に、サイスミツクタイ
3の工夫により支持鉄構1の地震荷重を低減する方法と
して、サイスミツクタイ3にオイルダンパを組み込んで
もの(実開昭47−8801号公報)、摩擦特性を有す
るもの(特開昭62−66004号公報)等が提案され
ている。 【0007】また発明者においても、サイスミツクタイ
3にオイルダンパを組み込み、かつその位置をボイラ本
体2下部の1個所に限定する方法を提案したが、オイル
ダンパの相対変位(あるいは相対速度)と抗力との関係
(以下、この関係をサイスミツクタイ特性と称す)を規
定していなかつた。 【0008】通常のサイスミツクタイ特性は図8の特性
1の曲線で示されるように、相対速度xの2乗に比例し
た抗力Fを生じる。 【0009】 F1 =C1 2 (1) この図で横軸として相対速度xとともに、相対変位x′
を併記したが、これは地震時に卓越する振動数がボイラ
装置の固有振動数に一致するとみなせることから、 x=2πf・x′ (2) ここにf=0.7Hz(1000MWクラスのボイラ装
置の固有振動数)の関係を用いて換算したものである。 【0010】この場合、次の問題点が生じる。つまり、
(1)式の特性のオイルダンパは振幅依存性が顕著であ
り、振幅レベルの小さい地震(例えば、5年に1回程度
の割合での発生が予測される地震、ボイラ耐震設計では
レベル1地震と称する)では、あまり大きな抵抗力を生
じないため、ボイラ本体2の振り子運動が大きくなる。
この結果、支持鉄構1に作用する地震荷重は低減するも
のの、ボイラ本体2に付属する配管、ダクト類の損傷の
おそれがある。 【0011】なお、レベル1地震では、通常、全ての機
器は損傷しないことを要求される。またボイラ本体2の
プラント寿命の期間中に1回あるかないかというような
大地震(これを、ボイラ耐震設計ではレベル2地震と称
する)では大きな抵抗力を生じ、従来の剛構造のサイス
ミツクタイ3と同様に作用し、支持鉄構1に過大な地震
荷重を生じることになる。 【0012】なお、レベル2地震では、局部的な部材
(例えば、サイスミツタタイ、配管サポート等)の損傷
は許されるが、鉄骨は弾性範囲にあることが要求され
る。 【0013】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、耐震
設計上考慮しなければならない種々の地震入力に対して
要求される耐震健全性の基準を満たすことが困難である
という問題点があつた。本発明の目的は、耐震設計上考
慮しなければならない種々の地震入力条件に対して支持
鉄構に作用する地震荷重を低減し、かつ配管、ダクト類
の耐震健全性に対する要求を満たすボイラ装置を提供す
ることにある。 【0014】 【課題を解決するための手段】上記目的は、支持鉄構
と、その支持鉄構により吊り下げられたボイラ本体と、
前記支持鉄構とボイラ本体との水平方向の相対変位を拘
束するためのサイスミツクタイとを備えたイラ装置に
おいて、前記サイスミツクタイが平行四辺形のリンク式
になっており、そのリンク式サイスミツクタイのうちの
水平方向に配置された2本のリンクバーの途中にそれぞ
れオイルダンパを組み込まれ、そのオイルダンパが、
震による前記支持鉄構とボイラ本体との相対変位時の相
対速度に正比例する抗力を発生する特性を有しているこ
とにより達成される。 【0015】 【作用】上記のサイスミツクタイは、地震応答振幅の大
小に拘らず、相対速度に比例した大きさの抵抗力を生じ
る。それによつて比較的小振幅の地震時には、ボイラ本
体の振り子運動を拘束するので配管やダクト類の損傷が
防止され、また大振幅の地震時でも過大な抗力を生じず
柔構造を保つので、支持鉄構に作用する地震荷重は軽減
され、塑性変形あるいは倒壊のおそれはない。 【0016】 【実施例】図1に本発明になる免震型のボイラ装置にお
けるサイスミツクタイの配置の平面図を、同じく図2に
その側面図を示す。 【0017】図2に示すように、サイスミツクタイ設置
レベルはボイラ本体の上部、下部に各々1個所とする
が、その理由は後で詳細に述べる。 【0018】次に、図1におけるサイスミツクタイ(以
下、単にタイと略称する)の構成について述べる。4個
の挟み込み式タイ10(10a,10b,10c,10
d)を4個所、4個のリンク式タイ11(11a,11
b,11c,11d)を同じく4個所に設置する。ここ
で、リンク式タイ11は図3に示すように、平行四辺形
をしており水平方向に配置された2本のリンクバー14
の途中にそれぞれオイルダンパ13を組み込んだ構造と
なっており、以下、オイルダンパ式タイと称することに
する。以上が本発明の全体の構成である。 【0019】まず最初に、ホイルダンパ式タイ11に組
み込まれているオイルダンパ13の特性について述べ
る。図8中、特性2として示すように抗力と相対速度は
比例関係にある。オイルダンパ13のオリフイスの形
状を工夫することによりこのような特性が実現できる
が、その詳細は省略する(振動工学ハンドブツクp86
7参照)。 【0020】図8中に示すように、耐震設計で想定する
小、中規模の地震(レベル1)、大規模地震(レベル
2)において予想される相対速度は各々50cm/s、
80cm/s程度である。特性1に示す従来のオイルダ
ンパでは、レベル1地震では抗力が低下し、レベル2地
震では逆に過大な抗力を生じて剛構造となり、支持鉄構
に過大な地震力を伝えてしまうことから、両レベルの地
震に対して安定な特性を与えることは困難であつた。 【0021】これに対し、特性2の速度比例型では両レ
ベルの地震に対して安定な特性を有することがわかる。 【0022】次に、図1における各サイスミツクタイの
機能について述べる。耐震設計では、水平2方向(図1
中、x,y方向)の地震入力を想定するが、ここではx
方向の地震を想定する。その際、4個所の挟み込み式タ
イ10のうち、10b,10dの2つのタイ、および4
個所のオイルダンパ式タイ11のうち、11c,11d
がボイラ本体のx方向の振り子運動を拘束する抗力を生
じる。挟み込み式タイ10は、それを構成する部材の弾
性変形により抗力を生じるので、弾性ばねとしてモデル
化できる。 【0023】またオイルダンパ式タイ11は相対速度に
比例する抗力を生じる。従つて、これらのタイは全体と
して図4に示すように、剛性係数kで表される弾性ばね
と減衰係数cで表されるダシユポツトの並列によりモデ
ル化できる。y方向の地震入力についても全く同様であ
る。 【0024】最後に、上記のような構成のタイの設置レ
ベルをボイラ本体2の上部、下部各1個所としたことの
根拠を、最適設計法と称する数値計算手法による計算結
果を用いて説明する。 【0025】まず最適設計法について述べる。これは、
「与えられた設計上の制約(制約条件)の範囲内で、あ
る目的を定量化したもの(目的関数)を最小または最大
にするような設計因子(設計パラメータ)を数理計画ア
ルゴリズムを使用して求める」方法であ。 【0026】図12はこれをボイラサイスミツクタイ特
性の最適化に適用する方法を概念的に示したものであ
る。その際、設計パラメータは各サイスミツクタイの特
性、つまり剛性と減衰係数である。また制約条件の代表
的なものとして、ボイラ−支持鉄構間の相対変位を考え
る。目的関数としては、各層に作用する層剪断の合計を
用いることにする。最適設計手法では、サイスミツクタ
イの初期値を与えることにより相対変位許容範囲内で、
逐次計算の継続により層剪断力合計値を最小にするサイ
スミツクタイ特性値が求まることになる。 【0027】図9、図10は実機への適用結果である。
20回の逐次計算により最適解を得るまでの層剪断力分
布、サイスミツクタイ特性の変化の過程を示している。
その際、サイスミツクタイ3は鉛直方向における4レベ
ルに配置し、各サイスミツクタイ3の特性は図4に示す
ように、剛性および減衰係数でモデル化している。 【0028】従つて、設計パラメータは合計8個であ
る。この例では従来のサイスミツクタイ設計法に基づく
値を初期条件して与えている。つまり、各サイスミツク
タイは剛性を有するが、減衰機能はないものとしてい
る。また剛性は初期条件における最大剛性値で、減衰係
数は最適化後の減衰係数最大値を用いて規格化して示し
ている。層剪断力は初期条件での最下層の値を用いて規
格化している。 【0029】これらの結果として、まず図9より最適化
後の層剪断力は従来構造(初期条件)に比較して平均し
て30%程度低減していることがわかる。また、図10
より、中段の2段のサイスミツクタイは不要であること
もわかる。 【0030】これらの結果は先に述べたサイスミツクタ
イの配置に関する本発明の内容を裏付けている。 【0031】 【発明の効果】本発明によれば、支持鉄構に作用する設
計地震荷重を約30%低減でき、またボイラ基礎設計荷
重としての転倒モーメントを約28%低減できる。 【0032】従つて、耐震健全性の向上または支持鉄
構、ボイラ基礎の軽量化に寄与することができる。
お、支持鉄構とボイラ本体の間に1本のサイスミツクタ
イを水平方向に設置し、サイスミツクタイの途中にオイ
ルダンパを組み込んだ場合、ボイラ本体が鉛直方向に熱
膨脹した際にオイルダンパの軸方向に無理な力が作用
し、オイルダンパの機能がスムーズに発揮されない。こ
れに対して本発明のようにサイスミツクタイをリンク式
にして、水平方向に配置された2本のリンクバーの途中
にそれぞれオイルダンパを組み込めば、ボイラ本体が鉛
直方向に延びた場合でもオイルダンパの機能がスムーズ
に発揮される。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明になるボイラ装置の平面図である。 【図2】本発明になるボイラ装置の側面図である。 【図3】本発明になるサイスミツクタイの構造図であ
る。 【図4】図1に示すサイスミツクタイの全体の挙動特性
の数学モデルを示す説明図である。 【図5】従来のボイラ装置の側面図である。 【図6】従来のサイスミツクタイの構造図である。 【図7】従来のサイスミツクタイの構造図である。 【図8】サイスミツクタイの特性図である。 【図9】本発明になるボイラ装置に関する数値シミユレ
ーシヨン結果の説明図である。 【図10】本発明になるボイラ装置に関する数値シミユ
レーシヨン結果の説明図である。 【図11】本発明になるボイラ装置に関する数値シミユ
レーシヨン結果の説明図である。 【図12】最適設計に関する概念図である。 【符号の説明】 1 支持鉄構 2 ボイラ本体 3 サイスミツクタイ 10 挟み込み式タイ 11 オイルダンパ式タイ 13 オイルダンパ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−225739(JP,A) 特開 昭63−194078(JP,A) 実開 昭63−154905(JP,U) 実開 平4−8846(JP,U) 実開 平1−88102(JP,U) 実開 昭47−8801(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F22B 37/24

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 支持鉄構と、その支持鉄構により吊り下
    げられたボイラ本体と、前記支持鉄構とボイラ本体との
    水平方向の相対変位を拘束するためのサイスミツクタイ
    とを備えたイラ装置において、 前記サイスミツクタイが平行四辺形のリンク式になって
    おり、そのリンク式サイスミツクタイのうちの水平方向
    に配置された2本のリンクバーの途中にそれぞれオイル
    ダンパが組み込まれ、そのオイルダンパが、地震による
    前記支持鉄構とボイラ本体との相対変位時の相対速度に
    正比例する抗力を発生する特性を有していることを特徴
    とするボイラ装置。
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