JP4426540B2

JP4426540B2 - ディーゼル機関

Info

Publication number: JP4426540B2
Application number: JP2006084521A
Authority: JP
Inventors: 修平梶原
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: CN101410649B; CN101410649A; JP2007255679A

Description

本発明は、ダイナミックダンパをディーゼル機関の排気集合管の防振用に適用したディーゼル機関に関するものである。

近年、燃費が低く、かつ、保守が容易なことから大型低速ディーゼル機関を用いた発電プラントが注目されている。これらの大型低速ディーゼル発電機関は、一般に、定格回転数が１００〜２００ｒｐｍ、出力数が数千ｋＷ〜５万ｋＷ前後である。

ところが、この種の大型低速ディーゼル発電プラントの排気集合管は、主機（ディーゼル機関）の排気側の上部に設置されているため、主機の振動に伴って大きく振動し、排気集合管を支持している支持サポートにクラックが発生するなどの問題があった。

ディーゼル機関の排気集合管の振動を防止するため、排気集合管を支持している支持サポートに防振装置を取り付けることが考えられるが、潤滑油を循環させる湿式方式の防振装置、即ち、図１１に示すように、ケーシング１０１内に吊り具１０２を介してウエイト１０３を揺動自在に吊り下げると共に、ウエイト１０３の左右両側面とケーシング１０１の左右両内側面との間に多数のコイルスプリング１０４を横向きに、かつ、多段に設け、更に、配管１０７より前記ケーシング１０１内に潤滑油１０５を給油するようにした防振装置１０７（例えば、特許文献１参照。）を適用した場合には、ケーシング１０１と配管１０７の結合部、或いは配管１０７の破損個所などより潤滑油１０５が漏洩して周囲を汚染したり、或いは排気集合管が高温（例えば、８０〜２００℃程度）なことから漏洩した潤滑油１０５が火災の原因になるなどの虞がある。

また、上記のように、従来の主機用の防振装置は、ケーシング１０１内に大重量のウエイト１０３を吊り下げているため、防振装置全体の重量が過大となり、その取り扱いが困難になる一方、ディーゼル機関の排気集合管を支持している支持サポートを補強する必要があった。
特許第２６５５２９４号明細書

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、第１の目的は、比較的軽量で支持サポートを補強する必要がないばかりか、固有振動数の調整が容易なダイナミックダンパを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、ディーゼル機関の排気集合管の振動を抑制した排気集合管防振型のディーゼル機関を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。

本発明のディーゼル機関は、ディーゼル機関の排気集合管を、前記ディーゼル機関のクランク軸と平行に設けた架台上に設置する一方、前記架台を構成している長方形の天板の前後両端に前記ディーゼル機関のクランク軸と交差する方向に向けてウエイト及びばねにより振動系を構成してなるダイナミックダンパを設け、かつ、前記ダイナミックダンパ内に設けられている振動系ウエイトに隣接しているスプリングガイドに横手方向のメジャリングピンを設けると共に、ダイナミックダンパのケースにメジャリングピン突出用の細長い開口部を設けたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明に係るダイナミックダンパは、上記のように、筒状のケースと、該ケースの両端に着脱自在に設けたカバーと、該カバー及び前記ケースを貫通するガイドバーと、該ガイドバーの両端に着脱自在に設けた締付具と、前記ガイドバーに摺動自在に設けた複数のウエイトと、前記ケース内にあって前記ウエイトを対向する方向に付勢する一対のばねにより構成されているので、次のような効果を有する。

（１）小型、かつ、軽量なダイナミックダンパでありながら、ディーゼル機関の集合排気管などの大型対象物の振動を低減することが可能である。

（２）小型軽量のため、取り扱いが容易である。

（３）ウエイトを作動させるための動力源が不要である。

（４）ダイナミックダンパのケースとして、一般的な配管用の鋼管を使用しているため、容易に、かつ、安価に製造可能である。

（５）ウエイトの配置を変更することにより、ダイナミックダンパの固有振動数を容易に調整することができる。

（６）ウエイトの配置を変更してもダイナミックダンパの寸法が変わらない。

（７）主機本体（ディーゼル機関）の稼働開始後にディーゼル機関の排気集合管が振動してもウエイトの配置を変更することによってディーゼル機関の排気集合管の振動を抑制することが可能である。

請求項２に記載の発明は、前記ウエイト及び前記ばねにより振動系を構成したので、ダイナミックダンパの固有振動数の設定が容易である。

請求項３に記載の発明は、前記ウエイトにガイドバー貫通用の孔を設けると共に、前記孔内に摺動子を設けたので、給油装置が不要となるばかりでなく、給油装置の保守点検も不要となった。

請求項４に記載の発明は、前記ウエイトに隣接するスプリングガイドに横手方向のメジャリングピンを設けると共に、前記ケースにメジャリングピン突出用の長手方向に細長い開口部を設けたので、ウエイトの稼働状態を外部から容易に確認又は監視することが可能となった。

請求項５に記載の発明は、ディーゼル機関の排気集合管を前記ディーゼル機関のクランク軸と平行に設けた架台上に設置し、かつ、該架台の前後両端に請求項１に記載のダイナミックダンパを前記ディーゼル機関のクランク軸と交差する方向に設けたので、前記架台を強固なものにすることなく、ディーゼル機関の排気集合管の振動を容易に抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、前記架台を、前記ディーゼル機関のクランク軸と平行な長方形の天板と、該天板を支持する多数の支柱により形成し、かつ、前記天板の前後両端に請求項１に記載のダイナミックダンパを前記ディーゼル機関のクランク軸と交差する方向に設けたので、前記架台を特別強固なものにすることなく、ディーゼル機関の排気集合管の振動を容易に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１に示す如く、ダイナミックダンパ１は、ダンパ本体となる円筒状の細長いケース２に一般的な配管用の鋼管を使用している。

上記ケース２は、その一端にキャップ状のカバー３ａを着脱自在に嵌合し、他端にキャップ状のカバー３ｂを着脱自在に嵌合している。これらのカバー３ａ，３ｂは、その中心にガイドバー５を貫通させるための貫通孔４を有している。

このガイドバー５は、断面円形の細長い棒体からなり、カバー３ａと、ケース２と、カバー３ｂとを串刺しにしている。また、ガイドバー５は、その両端にそれぞれねじ部６を有すると共に、各ねじ部６に締付具としてのナット７を螺着させている。図中、符号８は、ロッキングワッシャを示している。

更に、上記ガイドバー５は、ケース２内に内蔵されているウエイト９ａ，９ｂ、コイルばね１０及びスプリングガイド１１ａ，１１ｂを串刺しにしている。ウエイト９ａ，９ｂは、ケース２の内径よりも直径の小さい鋼鉄製の円板を使用し、その中心にガイドバー５を貫通させるための貫通孔１２を有している。

上記ウエイト９ａは、厚肉の大重量のウエイト（以下、大重量のウエイトという。）であり、ウエイト９ｂは、大重量のウエイト９ａよりも薄肉の小重量のウエイト（以下、小重量のウエイトという。）である。そして、ガイドバー５の中央部分に、複数（例えば、５個）の大重量のウエイト９ａと、複数（例えば、４個）の小重量のウエイト９ｂとを設けている。

更に、上記ウエイト群の外側に一対のコイルばね１０，１０を設けている。コイルばね１０の両端は、それぞれ、中心にガイドバー５を貫通させるための貫通孔１３を有すると共に、外周部に鍔状のばね受け部１４を有する鉄道車輪型の一対のスプリングガイド１１ａ及び１１ｂによって支持されている。

更に、大重量のウエイト９ａ側（図の左側）には、カバー３ａと第１のスプリングガイド１１ａとの間に複数（例えば、３個）の小重量のウエイト９ｂを待機させている。また、小重量のウエイト９ｂ側（図の右側）には、第２のスプリングガイド１１ｂとカバー３ｂとの間に単数（例えば、１個）の小重量のウエイト９ｂを待機させている。

上記大重量のウエイト９ａに設けた貫通孔１２には、リニアブッシュ（摺動子）１５を設けて潤滑油の補給を不要にしている。また、大重量のウエイト９ａ及び小重量のウエイト９ｂに設けた貫通孔１２には、円筒状のスペーサ１６を設けている。

既に説明した左右一対のコイルばね１０，１０は、ガイドバー５の中央部分に設けた複数の大重量のウエイト９ａと、複数の小重量のウエイト９ｂとを対向する方向に付勢するようになっており、左右一対のコイルばね１０，１０と、その間に介在させた複数の大重量のウェイト９ａ及び複数の小重量のウエイト９ｂにより、振動系２０を構成するようになっている。

更に、左右両端に位置している大重量のウエイト９ａの片面（外端面）と、小重量のウエイト９ｂの内外両面と、スプリングガイド１１ａ，１１ｂの片面（背面）には、複数のピン孔１７を同芯状に設けている。その上、これらのピン孔１７には、連結ピン１８を装着して隣接する部材（ウエイト９ａ、ウエイト９ｂ、スプリングガイド１１ａ、スプリングガイド１１ｂ）を結合するようになっている。

更に、振動系２０を構成している小重量のウエイト９ｂに隣接している第１のスプリングガイド１１ａに横手方向のメジャリングピン１９を螺着すると共に、前記ケース２にメジャリングピン突出用の長手方向に細長い開口部２１を設けている。

図２に示すように、上記ケース２は、複数の支持板２２によって基盤２３に取り付けられている。また、この基盤２３は、ブラケット２４を介してプレート２５に取り付けられている。

尚、ケース２の形状は、円筒状に限らず、角筒状でも支障がない。但し、ケース２の形状を角筒状にした場合には、ウエイト９ａ，９ｂもケース２の形状に合わせて角型にするとよい。また、ディーゼル機関の排気集合管などの高温の機器に装着する場合には、高温になるのを防止するため、遮熱板を取り付けたり、ケース２に放熱孔（図示せず）を設ける必要がある。

ここで、図３に示すような振動モデルを考えた場合、ダイナミックダンパの固有振動数ｆは、次式で表すことができる。

すなわち、
ｆ ∝ √（Ｋ／Ｍ）＝√（ｋ／ｍ）
なお、
Ｍ：ディーゼル機関の排気集合管に相当する質量
Ｋ：排気集合管の架台のばね定数
ｍ：ダイナミックダンパの振動系に相当する質量
ｋ：ダイナミックダンパの振動系に相当するばね定数
である。

従って、本発明によれば、ダイナミックダンパ１の振動系２０を構成している小重量のウエイト９ｂの数量を増減することによってダイナミックダンパ１の固有振動数ｆを容易に変更することが可能である。

つまり、ダイナミックダンパ１の振動系２０を構成している小重量のウエイト９ｂを、矢印ａで示すように、ケース２の右側にある待機個所に移行してダイナミックダンパ１の振動系２０の質量ｍを軽減すると、ダイナミックダンパ１の固有振動数ｆを高くすることが可能である（図４参照。）。

他方、ケース２の左右両側の待機個所に待機している小重量のウエイト９ｂを、矢印ｂ及びｃで示すように、ダイナミックダンパ１の中央部に位置している振動系２０に移行してダイナミックダンパ１の振動系２０の質量ｍを増大すると、ダイナミックダンパ１の固有振動数ｆを低くすることが可能である（図５参照。）
なお、この発明によれば、ケース２内で小重量のウエイト９ｂを移行するだけであるから、ダイナミックダンパ１の寸法は不変である。

次に、本発明のダイナミックダンパによって大型低速ディーゼル機関の排気集合管を防振する場合について説明する。

図６は、定格回転数が１００〜２００ｒｐｍ、出力数が数千ｋＷ〜５万ｋＷ程度の大型低速ディーゼル発電プラントにおける大型低速ディーゼル機関の上方部分を示し、大型低速ディーゼル機関３０の排気集合管３１は、大型低速ディーゼル機関３０の排気側において、前記大型低速ディーゼル機関３０上に設けた架台５０上に設置されている。この架台５０は、図８に示すように、上記大型低速ディーゼル機関３０のクランク軸（図示せず）と平行に設けられている。

架台５０内に設けた排気レシーバ３２は、多数（例えば、８〜１２基）のシリンダー３３ａ〜３３ｌに対して共通のものであり、多数のシリンダー３３ａ〜３３ｌから排出された排気パルス間の圧力差を均等化するようになっている。排気レシーバ３２で均等化された排気ガスは、過給機３４へ送られ、過給機３４は、新鮮な空気を図示しない掃気レシーバへ供給するようになっている。

過給機３４は、図７に示すように、ガス入口ケーシング３５と、渦巻きケーシング３６と、サイレンサ３７などにより構成されている。過給機３４より排出された排気ガスは、ダクト３８を経て既に説明した排気集合管３１へ送られる。

この架台５０は、図７及び図８に示すように、大型低速ディーゼル機関３０の排気集合管３１を載せる長方形の天板５１と、天板５１を支持する多数の支柱５２と、天板５１と支柱５２との間に斜めに設けた第１の筋交５３と、大型低速ディーゼル機関３０と支柱５２との間に斜めに設けた第２の筋交５４により形成されている。

上記天板５０は、図８に示すように、矩形状に形成され、大型低速ディーゼル機関３０のクランク軸と平行な複数（例えば、２本）の梁５５と、大型低速ディーゼル機関３０のクランク軸と直交する方向の複数（例えば、６本）の桁５６と、梁５５と桁５６との間に斜めに設けた第３の筋交５７により形成されている。

そして、図６〜図８に示すように、上記ダイナミックダンパ１を架台５０の天板５１の前後両端にそれぞれ横向き、つまり、大型低速ディーゼル機関３０のクランク軸と直交する方向に向けて水平に設けている。更に詳しく説明すると、上記ダイナミックダンパ１を、図６〜図８に示すように、架台５０の天板５１の前後両端にある桁５６の外端面に、前記桁５６と平行で、かつ、大型低速ディーゼル機関３０のクランク軸と直交する方向に設けている。このダイナミックダンパ１は、図１０に示すように、架台５０の天板５１の桁５６にプレート２５が溶接により固定されている。

しかし、大型低速ディーゼル機関３０の集合排気管３１及び架台５０がＨ型（架台が振動方向に同位相で振動する）又はＸ型（架台が振動方向に逆位相で振動する）の振動を起すと、架台５０と一緒にダイナミックダンパ１のケース２及びガイドバー５が大型低速ディーゼル機関３０のクランク軸と直交する方向に振動するが、その振動は、ダイナミックダンパ１の振動系２０によって吸収されるので、大型低速ディーゼル機関３０の排気集合管３１及び架台５０のＨ型又はＸ型の振動を低減することができる。

本発明に係るダイナミックダンパの断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。ディーゼル機関の振動モデルである。ダイナミックダンパの固定振動数変更説明図である。ダイナミックダンパの固定振動数変更説明図である。ダイナミックダンパの正面図である。ダイナミックダンパの側面図である。図７のＢ−Ｂ断面図である。図６の符号Ｄの部分の拡大図である。図９のＥ−Ｅ断面図である。従来のダイナミックダンパの側面図である。

符号の説明

１ダイナミックダンパ
２ケース
３ａ，３ｂカバー
５ガイドバー
７締付具
９ａ，９ｂウエイト
１０ばね

Claims

ディーゼル機関の排気集合管を、前記ディーゼル機関のクランク軸と平行に設けた架台上に設置する一方、前記架台を構成している長方形の天板の前後両端に前記ディーゼル機関のクランク軸と交差する方向に向けてウエイト及びばねにより振動系を構成してなるダイナミックダンパを設け、かつ、前記ダイナミックダンパ内に設けられている振動系ウエイトに隣接しているスプリングガイドに横手方向のメジャリングピンを設けると共に、ダイナミックダンパのケースにメジャリングピン突出用の細長い開口部を設けたことを特徴とするディーゼル機関。