JP4517113B2 - 煙突用制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、煙突用制振装置にかかり、特に、外筒及び内筒からなる２重構造の煙突に設置する煙突用制振装置に関する。

重要な都市基盤施設の一つとしてごみ焼却施設があり、かかる施設には排煙用の煙突が備えられている。この排煙用煙突は、近年では、排煙による大気汚染や排煙の高カロリー化、さらには、焼却炉の設備構造上の問題から、高層化、大型化している。そして、例えば、高さ５０ｍ〜１００ｍの高層煙突は、外筒と、その内部に配備された１つあるいは複数の内筒と、を備えた構造となっている。ここで、内筒は、排煙を通過させるため、防錆・耐熱性の優れたスチール製大型ダクトであり、外筒は、内筒を覆い、かつ、支持する鉄筋コンクリート造である。

そして、上記のようなごみ焼却施設は、老朽化によって１０年から２０年の周期で新型設備への更新が行われる。しかし、煙突は高層構造であることから解体費用が高額であるため、解体促進が図られていない。ましてや、もはや使用しない設備に対してはなおさらである。さらには、近年のダイオキシン対策のための規制により、稼動が停止したゴミ処理施設が増加しており（例えば、６５０箇所）、上記同様に、その解体は促進されていない。以上のことから、未使用となった高層煙突が放置されており、設備投資の無駄や、景観を損ねる、といった問題が生じる。

ここで、上述したような２重構造の煙突では、内筒では直接排煙を通過させるため、その内面には排煙に含まれる有害物質が付着する。このことから、内筒は一定期間の使用により更新せざるを得ないが、鉄筋コンクリート造の外筒は、継続的に利用することができる。しかし、その一方で、高層煙突には、常時、風による外力が全方向から付勢されるため、微小振動が生じ、この振動によって経年劣化が生じうる。従って、外筒を再利用するに当たっては、高寿命化を図ることが必要とされる。

これに対し、高層煙突の経年劣化を抑制する技術が、下記の特許文献１，２に開示されている。これら特許文献には、外筒と内筒との間に、主にバネとダンパーとからなる制振装置を設置している。これにより、外筒と内筒との間に相対的に生じる振動を減衰し、煙突全体の安全性の向上を図ろうとしている。

特開平８−５３９５５号公報 特開平８−３０３０５８号公報

しかしながら、上記従来例では、全方向の振動に対応すべく、制振装置を複数箇所に設置しなければならない、という問題が生じる。例えば、特許文献１，２に示す例では、４方向に対応するよう設置しているが、複数箇所に設置することで装置コスト及び設置コストが増大する、という問題が生じる。さらには、設置した複数の制振装置間の調整も複雑化し、取り扱いが困難となる。

このため、本発明では、設置が容易であり、１体（１個）の制振装置によって全方向に対する振動吸収を可能とし、煙突外筒の高寿命化を図る煙突用制振装置を提供することをその目的とする。

そこで、本発明の一態様である煙突用制振装置は、
外筒と内筒とを備えた２重構造煙突に設置される煙突用制振装置であって、
外筒の内部に形成された床部に固定される支持部材と、この支持部材上を水平方向に移動可能な質量部材と、この質量部材を支持部材上の所定の位置に復元させるよう付勢するバネ部材と、を有する動吸振器を備え、
バネ部材は、略半円形状の湾曲部を有する線状バネ部材であり、
この線状バネ部材の湾曲部にて形成される面が支持部材とほぼ水平となるよう線状バネ部材を配設し、前記略半円形状の湾曲部を有する２個の線状バネ部材を、それぞれの前記湾曲部の開口箇所を互いに対向させて略円形状を形成する向きに配設すると共に、前記２個の線状バネ部材の対を、前記質量部材の中心部から放射状に複数対設置し、各線状バネ部材の一端部を前記支持部材に固定し他端部を前記質量部材に固定した、
ことを特徴とする煙突用制振装置。

上記発明によると、１つの動吸振器を外筒の内床部に固定することで、当該外筒の振動を吸収することができる。従って、既存の煙突の外筒にも容易に設置することができるため、低コストにて煙突の振動を制振することができる。そして、特に、動吸振器を半円弧バネを用いて構成しているため、全水平方向の荷重に対して略均等なバネ定数を有し、支持部材に対する全水平方向の振動に対して同等の振動吸収を実現できる。従って、簡易な構成にて、常時、風などの外力によって煙突に全方向に生じうる微小振動を効果的に吸収することができ、外筒の高寿命化を図ることができる。

また、上記略半円形状の湾曲部を有する２個の線状バネ部材を、それぞれの湾曲部の開口箇所を互いに対向させて略円形状を形成する向きに配設すると共に、２個の線状バネ部材の対を、質量部材の中心部から放射状に複数対設置した、ことを特徴としている。これにより、さらに効果的に水平方向の全方向の振動に対して同等の振動吸収を実現できる。

また、支持部材上を質量部材が水平方向に移動する際に、当該質量部材の移動に対する減衰力を付勢する減衰手段を備えた、ことを特徴としている。また、動吸振器を構成する支持部材と質量部材との間に、当該質量部材の移動に対する抵抗力を付勢する抵抗手段を設けた、ことを特徴としている。これにより、動吸振器が振動を打ち消すよう作用すると共に、その過程において、質量部材の移動に対する減衰力（抵抗力によるものも含む）をも付勢することができ、さらに効果的に振動吸収を図ることができる。

また、支持部材を、煙突の最も高い位置に形成された床部に固定する、ことを特徴としている。これにより、動吸振器による振動吸収効果をより効果的に発生させることができ、特に、高層の煙突には有効である。

また、支持部材を、床部の下面側に固定してもよい。このように、床部の下面側、すなわち、床部の裏面側に設置しても、上述同様に制振効果を得ることができると共に、上面側（表面側）に設置する必要がないことから、煙突のメンテナンスなどの所定の作業スペースを確保することができる。

本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、煙突の外筒に容易に設置することができ、全水平方向の振動に対して同等の振動吸収を実現できるため、外筒の高寿命化を図ることができることから、煙突を有する施設の製造コスト、運営コストの低減を図ることができる、という従来にない優れた効果を有する。

本発明は、内筒とその内筒を支持する外筒との２重構造を有する煙突に、半円弧バネを用いた動吸振器を設置した、ことをその特徴としている。以下、実施例にて詳細な構成の一例を説明する。

本発明の第１の実施例を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、煙突の構成を示す断面図である。図２は、煙突を上方から見た平面図である。図３は、本発明である制振装置の構成を示す斜視図である。図４は、制振装置の側面図であり、図５は、そのＢ−Ｂ断面図である。

［構成］
本発明は、煙突２に設置される煙突用制振装置であり、この煙突用制振装置は、具体的には、質量部材と、これを復元させるバネ部材と、さらには質量部材の振動量を低減させる減衰部材と、を備えた動吸振器１により構成されている。以下、動吸振器１の構成と、当該動吸振器１が設置される煙突２の構成と、を詳細に説明する。

まず、煙突２は、例えば、図示しない焼却施設に設置されたものであり、外筒２１と内筒２２とを有する２重構造の煙突２である。ここで、図２には、煙突２を上方（上端）から見た図を示し、この図におけるＡ−Ａ断面図を図１に示す。これらの図に示すように、外筒２１の内部には、３本の内筒２２が備えられている。

そして、内筒２２には、焼却後などの排煙が通過し、その上端部から大気中に排出される。このため、内筒２２は、防錆・耐熱性の優れたスチール製大型ダクトであり、長期使用することにより内壁に有害物質が付着することから、一定期間の使用によって交換される。なお、内筒２２の設置数は、３本であることに限定されない。

また、外筒２１は、上記内筒２２の外周を覆い、かつ、当該内筒２２を支持し、内筒２２を保護すべく鉄筋コンクリート造となっている。そして、この外筒２１の内部には、筒状の空洞部を遮るよう床部２１ａが構成されている。この床部２１ａは、作業者が煙突２のメンテナンスを行うために形成されているものであって、人が立ち入って作業することも可能な強度を有する。また、床部２１ａは、任意の間隔にて複数形成されているものの、それぞれには、内筒２２を貫通させる貫通孔が形成されている。従って、図１，２に示す煙突２では、各床部２１ａに３本の内筒２２を貫通させる３つの貫通孔が形成されている。なお、この貫通孔は、内筒２２の外径よりも広く形成されており、当該貫通孔と内筒２２との間には空間が形成されており、外筒２１あるいは内筒２２に振動が生じたとしても、内筒２２が床部２１ａに接触しないよう構成されている。

そして、本実施例においては、図１に示すように、煙突２の最も高い位置に形成された床部２１ａ、すなわち、最上段に位置する床部２１ａのほぼ中央には、動吸振器１が設置されている。但し、動吸振器１が設置される床部２１ａは、煙突２の最上段に位置するものに限定されない。また、動吸振器１は、必ずしも床部２１ａのほぼ中央に設置されていることに限定されない。以下、動吸振器１について詳述する。

動吸振器１の構成を、図３乃至図５を参照して説明する。動吸振器１は、図３に示すように、床部２１ａに固定される支持台１１（支持部材）と、この支持台１１上を水平方向に移動可能な質量部１２（質量部材）と、この質量部１２を支持台１１上にてスライド移動させると共に移動に対する抵抗力を付勢するスライド機構部１３（抵抗手段）と、移動した質量部１２に対して支持台上の所定の位置に復元させるよう付勢するバネ部１４（バネ部材）と、を備えている。そして、上記スライド機構部１３は、質量部１２の振動量を低減させるよう減衰力を付勢する減衰部（減衰手段）としても作用する。以下、各構成について詳述する。

上記支持台１１は、板状の部材であって、外筒２１の床部２１ａに固定される。例えば、ボルトにて床部２１ａに固定されたり、接着剤にて固定される。そして、この支持台１１の上面には、煙突２に生じた振動を効果的に吸収するための質量を有する質量部１２が載置されることとなる。但し、この質量部１２は、スライド機構部１３を介して支持台１１に載置されている。なお、質量部１２は、本実施例では厚みのある略正方形状であるが、図３においては一部を省略して図示している。

スライド機構部１３は、上部で質量部１２を固着して支持する支柱部１３ａと、この支柱部１３ａの下端に備えられたスライドプレート１３ｂと、その下面に複数備えられた球体受け及び当該球体受けに回転自在に保持された球体１３ｃと、によって構成されている。上記構成により、スライド機構部１３は球体１３ｃが回転することで支持台１１上をスライド移動可能なことから、当該スライド機構部１３に支持された質量部１２も支持台１１上をスライド移動可能となっている。ここで、上記球体１３ｃは、弾性体にて構成されているため、質量部１２を支持する球体１３ｃはその重みによって変形する。従って、スライド機構部１３と一体化した質量部１２が支持台１１上を移動すると、球体１３ｃと支持台１１との間に摩擦が生じることで移動に対する抵抗力が発生し、この抵抗力が振動に対する減衰力が生じることとなる。なお、質量部１２が移動することによってスライド機構部１３に発生する抵抗力は、上述した摩擦によるものに限定されない。例えば、回転時に摩擦以外に球体１３ｃに対してかかる負荷であってもよい。

そして、上記減衰力は、本実施例では、磁気減衰によるものでもある。このため、上記スライド機構部１３を構成するスライドプレート１３ｂには、複数の永久磁石１３ｄが備え付けられており、これに伴い、支持台１１は永久磁石１３ｄと引き合うよう鉄板にて構成されている。これにより、スライド機構部１３と一体化した質量部１２が磁石の引き合う力に抗して支持台１１上を移動することで磁気減衰が生じ、振動を適度に減衰させることができる。なお、上述した磁気減衰を生じさせる構成は一例であって、他の構成によって磁気減衰力を発生させてもよい。さらには、オイルダンパなどの粘性による減衰が生じる構成としてもよい。

また、上記スライド機構部１３を構成する支柱部１３ａと、支持台１１に固定して装備されたバネ固定部材１５と、にバネ部１４が固定されて配置されている。このバネ部１４は、具体的には、略半円形状の湾曲部１４ａを有する線状バネ１４（線状バネ部材）である。そして、この線状バネ１４は、半円弧状である湾曲部１４ａにて形成される面を、支持台１１に対してほぼ水平となる向きで配設されている。換言すると、湾曲部１４ａを形成する円弧の半径方向が支持台１１の表面に対してほぼ水平となる。これにより、線状バネ１４の一端部は、バネ固定部材１５すなわち支持台１１に固定され、他端部は質量部１２を支持する支柱部１３ａすなわちスライド機構部１３に固定されている。

そして、上記線状バネ１４は、２つで一対となっており、略半円形状の湾曲部１４ａの開口箇所を互いに対向させて、これにより略円形状を形成する向きに配設されている。さらに、この２つで一対の線状バネ１４は、支柱部１３ａを中心として放射状に複数配設されている。図５に示す例では、ほぼ９０度の間隔にて４対の線状バネ１４（合計８本）が配設されている。また、これら４対の線状バネ１４を、動吸振器１の高さ方向に複数個重ねて、後述するばねによる復元力を調整することも可能である。

［設置動作］
次に、上記構成の動吸振器１を設置する際の動作を説明する。まず、煙突２すなわち外筒２１の総質量に対応して適切な制振効果を得られる質量の質量部１２を支柱部１３ａに固定して装備する。

そして、動吸振器１を外筒２１の最上階に位置する床部２１ａに運び、支持台１１と床部２１ａとをボルトなどで固定する。なお、上記質量部１２の質量の設定や線状バネ１４の固有振動数の設定を、動吸振器１を外筒２１の床部２１ａに設置した後に行ってもよい。また、動吸振器１自体の組み付け作業自体を、床部２１ａ上にて行ってもよい。

［制振動作］
次に、動吸振器１による制振動作を説明する。まず、煙突２すなわち外筒２１に、風などの外力によってあらゆる方向に微小振動が生じると、その振動の移動方向に動吸振器１の支持台１１は移動する。一方、支持台１１上にスライド機構部１３を介して載置されている質量部１２は、球体１３ｃが回転することにより、当該支持台１１の移動には追従しない。すると、質量部１２及びスライド機構部１３と支持台１１とは相対的に移動することとなる。このとき、スライド機構部１３の球体１３ｃが支持台１１上を転がるため、その摩擦により、振動に対する減衰力を得ることができる。また、磁気減衰の作用により、さらに大きな減衰力を得ることができる。

さらにこのとき、質量部１２を支持している支柱部１３ａと、支持台１１に固定されているバネ固定部材１５と、に線状バネ１４の両端部が固定されているため、上記質量部１２と支持台１１との相対的な移動により、線状バネ１４は変形し、これにより復元力が生じる。

ここで、上述したように、線状バネ１４は半円弧状であるため、全水平方向の荷重に対して略均等なバネ定数を有するため、全水平方向の振動に対して同等の振動吸収を実現できる。特に、本実施例では、略円形に配置した一対の線状バネ１４を放射状に複数配置していることにより、より効果的に全水平方向の動作に対して略等しいバネ定数となっている。従って、上記構成の動吸振器１は、風などの外力にて任意の方向に常時微動を繰り返す煙突２に対して、上述した線状バネ１４の復元力と、球体１３ｃの摩擦とが繰る返しかかることとなるため、迅速に制振させることができ、さらに磁気減衰などが付加されることで、きわめて有効に制振作用を果たす。また、線状バネ１４を用いた動吸振器１によると、平面上における回転方向の振動（動き）をも吸収することができる。

以上より、本発明である煙突用の動吸振器１は、既存の煙突２の外筒２１に容易に設置することができるため、低コストにて外筒２１の微小振動を効果的に吸収することができ、外筒２１の高寿命化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施例を、図６を参照して説明する。この図に示すように、本実施例においては、動吸振器１００を外筒２１の床部２１ａの下面側、すなわち、裏面側に設置している。

ここで、本実施例における動吸振器１００の構成は、上記実施例１にて説明した動吸振器１とほぼ同様である。但し、質量部１２が落下せず、当該質量部１２と一体化しているスライド機構部１３が支持台１１から離間しないよう、質量部１２と支持台１１とを連結する部材を備えた構成となっている。例えば、質量部１２が支持台１１に対して自由に水平移動可能なよう、支持台１１に対してワイヤーにて吊り下げられていてもよい。あるいは、質量部１２を移動可能としつつ、動吸振器１自体を覆う筐体を設け、当該筐体ごと床部２１ａの裏面に設置してもよい。

このようにすることで、上述同様に外筒２１の制振効果を得ることができると共に、床部２１ａの上面側（表面側）に設置する必要がないことから、外筒２１内での作業者による所定の作業スペースを確保することができる。

本発明は、内筒と当該内筒を支持する外筒とからなる２重構造の高層煙突の外筒に設置することで、当該外筒の振動を抑制し、外筒の高寿命化を図ることができ、産業上の利用可能性を有する。

煙突の構成を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す煙突を上方から見た平面図である。 制振装置の構成を示す斜視図である。 図３に示す制振装置の側面図であり、 図３に示す制振装置の図４におけるＢ−Ｂ断面図である。 実施例２における煙突の構成を示す断面図であり、制振装置の設置箇所を説明する図である。

符号の説明

１ 動吸振器（制振装置）
２ 煙突
１１ 支持台（支持部材）
１２ 質量部（質量部材）
１３ スライド機構部（抵抗手段）
１４ 線状バネ、バネ部（バネ部材）
１３ａ 支柱部
１３ｂ スライドプレート
１３ｃ 球体
１３ｄ 永久磁石（減衰手段）
１４ａ 湾曲部
１５ バネ固定部材
２１ 外筒
２２ 内筒
２１ａ 床部

Claims (5)

1. 外筒と内筒とを備えた２重構造煙突に設置される煙突用制振装置であって、
   前記外筒の内部に形成された床部に固定される支持部材と、この支持部材上を水平方向に移動可能な質量部材と、この質量部材を前記支持部材上の所定の位置に復元させるよう付勢するバネ部材と、を有する動吸振器を備え、
   前記バネ部材は、略半円形状の湾曲部を有する線状バネ部材であり、
   この線状バネ部材の前記湾曲部にて形成される面が前記支持部材とほぼ水平となるよう前記線状バネ部材を配設し、前記略半円形状の湾曲部を有する２個の線状バネ部材を、それぞれの前記湾曲部の開口箇所を互いに対向させて略円形状を形成する向きに配設すると共に、前記２個の線状バネ部材の対を、前記質量部材の中心部から放射状に複数対設置し、各線状バネ部材の一端部を前記支持部材に固定し他端部を前記質量部材に固定した、
   ことを特徴とする煙突用制振装置。
2. 前記支持部材上を前記質量部材が水平方向に移動する際に、当該質量部材の移動に対する減衰力を付勢する減衰手段を備えた、ことを特徴とする請求項１記載の煙突用制振装置。
3. 前記動吸振器を構成する前記支持部材と前記質量部材との間に、当該質量部材の移動に対する抵抗力を付勢する抵抗手段を設けた、ことを特徴とする請求項２記載の煙突用制振装置。
4. 前記支持部材を、前記煙突の最も高い位置に形成された前記床部に固定する、ことを特徴とする請求項１，２又は３記載の煙突用制振装置。
5. 前記支持部材を、前記床部の下面側に固定した、ことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の煙突用制振装置。

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