JP4709706B2

JP4709706B2 - ダイナミックダンパ

Info

Publication number: JP4709706B2
Application number: JP2006206150A
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: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008032117A

Description

本発明は、ダイナミックダンパ、より詳しくは、ディーゼル発電機関などの低速ディーゼル機関の排気集合管を支持している架台の振動を抑制するダイナミックダンパに関する。

近年、燃費が安く、かつ、保守が容易なことから低速２サイクル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。これらの大型の低速ディーゼル発電機関は、一般に、定格回転数が１００〜２００ｒｐｍで、かつ、出力数が数千ｋＷ〜５万ｋＷ前後である。この種の大型の低速ディーゼル機関においては、運転時にディーゼル機関の排気側の上部に設置されている排気集合管が振動するため、排気集合管を支持している架台にクラックが発生し、強いては、前記架台が損傷するなどの問題があった。

大型の低速ディーゼル機関の防振手段としては、各シリンダの着火順序を変更したり、或いは、各種ダンパを適用することが検討されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、シリンダの着火順序を変更するには、その検討にかなりの時間を要するばかりでなく、適切な着火順序を見出せない場合もある。また、特許文献１のように、ディーゼル機関の前後両端に、直接、ダイナミックダンパを設ける場合は、大型のダイナミックダンパが必要であった。また、このダイナミックダンパは、ケーシング内にウエイトを吊り下げると共に、ウエイトとケーシングとの間にコイルスプリングを多段に設け、更に、駆動部が磨耗しないように油を供給するようにしているので、油洩れが生じた場合、火災が発生する虞れがある。

小型のダイナミックダンパについては、自動車用動力伝達系、橋梁構造物などに数多く見られるが、課題は多い。例えば、特許文献２のダイナミックダンパは、コンパクトであるが、ケーシング内に粘性体を収容しているので、洩れの心配がある。また、特許文献３の制振ダンパー装置は、固有振動数を変えるためには、部材の間隔を変えることができると記述されているが、粘弾性体を含めてどのようにダイナミックダンパを構成するのか明示されていない。更に、特許文献３のダイナミックダンパの製造方法は、固有振動数を調整するためにアウタパイプ（ケーシング）を変更することが述べられているが、発電用機関などでは、取付け個所が制限されているので、外形寸法が変化（特に、大きくなる）ことは好ましくない。
特開平５−１８７３１４号公報実開平６−４４４５号公報特開２００３−２８２３７号公報特開２００４−１５０５４４号公報

そこで、本発明者は、減衰用の油を必要としない乾式タイプのダイナミックダンパについて研究開発を行い、筒状のケース内に固有振動数調整用のウエイトとコイルスプリングとを内蔵したダイナミックダンパを作成した。しかし、このダイナミックダンパは、固有振動数を調整する場合、筒状のケース内からコイルスプリングとウエイトとを引き出し、そのウエイトの一部を重量の異なる別のウエイトと交換した後、ケース内に再セットする必要があるため、調整作業が面倒であった。

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、その目的は、筒状のケースからウエイト及びコイルスプリングを引き出さなくても固有振動数を調整できるダイナミックダンパを提供することにある。

このような課題を解決するため、請求項１に係るダイナミックダンパは、筒状のケースと、該ケースの軸芯部に設けたガイドバーと、該ガイドバーに摺動自在に設けた固有振動数調整用のウエイトと、該ウエイトの両側に設けたスプリングと、前記ケースの両側に設けたガイドバー支持体とから成り、更に、前記ケースの横腹に開口部を設けたダイナミックダンパにおいて、
前記ウエイトを、中央のウエイトとその両側に設けた複数のウエイトで構成すると共に、前記中央のウエイトを半径方向に分割し、一方の分割ウエイトを更に中央のウエイトの軸心と交差する方向に分割後、細分化されていない他方の分割ウエイトに着脱自在に装着し、
前記ガイドバーに遊嵌されている筒状のブッシュに前記分割ウエイトを装着し、かつ、前記ブッシュの両端を中央のウエイトの両側に位置するウエイトによって支持することを特徴とするものである。

請求項２に係るダイナミックダンパは、前記分割ウエイトを中央のウエイトの軸心と交差する方向に分割して成るウエイト片を、ブッシュの外周部に設けたウエイト取付溝に嵌合させることを特徴としている。

請求項３に係るダイナミックダンパは、前記ウエイトにメジャリングピンを立設し、かつ、前記開口部を覆うカバーにメジャリングピン往復運動用の長穴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、筒状のケースと、該ケースの軸心部に設けたガイドバーと、該ガイドバーに摺動自在に設けた固有振動数調整用のウエイトと、該ウエイトの両側に設けたスプリングと、前記ケースの両端に設けたガイドバー支持体とから成るダイナミックダンパにおいて、前記ケースの横腹に開口部を設け、該開口部より前記ウエイトの重量を調整するようにしたので、ウエイトを、その都度、ケースの外に取り出して交換しなくても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可能になった。

従って、定格運転するディーゼル機関の排気集合管を支持している架台に上記ダイナミックダンパを取り付けた場合、運転中でも、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ようになった。その際、ウエイトを交換するだけであるから、ダイナミックダンパ自体の外形寸法に変わりがない。更に、このダイナミックダンパは、配管用の鋼管を使用して筒状のケースを形成するため、容易に、かつ、安価に製造することが可能である。

請求項２に記載の発明は、前記ウエイトを、第１及び第２の複数のウエイトで構成すると共に、第１のウエイトを半径方向の分割部で分割された複数の分割ウエイトによって構成し、かつ、これらの分割ウエイトを筒状のウエイト取付用ブッシュに着脱自在に取り付けたので、第１のウエイトの一部を交換するだけで第１のウエイトの重量を簡単に調整することができるようになった。

請求項３に記載の発明は、前記第１のウエイトを構成している複数の分割ウエイトのうち、少なくとも一方の分割ウエイトを第１のウエイトの軸心と交差する方向の分割部で分割された複数のウエイト片によって構成したので、ウエイト片を交換するだけで第１のウエイトの重量を簡単に調整することができるようになった。

請求項４に記載の発明は、前記ウエイト片を、前記ウエイト取付用ブッシュの周面に設けたウエイト取付溝に嵌合させるようにしたので、ウエイト片をウエイト取付用ブッシュに簡単に取り付けることが可能になった。

請求項５に記載の発明は、前記ウエイト取付用ブッシュを、第１のウエイトの両側に位置する第２のウエイトによって支持するようにしたので、ウエイト取付用ブッシュの軸受が不要になった。

請求項６に記載の発明は、前記ウエイトにメジャリングピンを立設し、かつ、前記開口部を覆うカバーにメジャリングピン往復運動用の長穴を設けたので、ウエイトの稼働状態を外部から確認することが可能になった。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１に示すように、本発明に係るダイナミックダンパ１は、円筒状のケース２と、このケース２の軸心部に設けた丸棒状のガイドバー３と、このガイドバー３に摺動自在に設けた円筒状の固有振動数調整用ウエイト４と、この固有振動数調整用ウエイト４の両側に設けたコイルスプリング５と、前記ケース２の両端に嵌合させたキャップ状のガイドバー支持体６とから構成されている。

ガイドバー支持体６は、ガイドバー３の両端のねじ部７に螺着させたナット８によって締め付けられている。また、ケース２の横腹には、図２に示すように、固有振動数調整用ウエイト交換作業用の開口部９と、この開口部９を覆うカバー１０とを設けている。開口部９は、後述する第１固有振動数調整用ウエイト４０に対峙する個所に設けられている。ここで、固有振動数調整用ウエイト４と、その両側に設けた一対のコイルスプリング５，５によって振動系を構成するようになっている。

上記固有振動数調整用ウエイト４は、図１に示すように、複数（例えば、３個）の固有振動数調整用ウエイト４０，５０，５０により構成されている。つまり、固有振動数調整用ウエイト４は、中央に位置する一つの第１固有振動数調整用ウエイト４０と、その両側に設けた二つの第２固有振動数調整用ウエイト５０，５０により構成されている。

第１固有振動数調整用ウエイト４０は、図３に示すように、半径方向の第１分割部４１によって２分割された二個の分割ウエイト４２，４３によって構成され、全体的に円筒状を呈するようになっている。更に詳しく説明すると、第１の分割ウエイト４２は、図２に示すように、第１固有振動数調整用ウエイト４０の軸心（図示せず）と交差する方向（例えば、直交する方向）の第２分割部４４によって分割された複数（例えば、４個）のウエイト片４２ａによって構成されている。なお、第２の分割ウエイト４３は、細分化されず、一つのブロックとしてウエイト片保持部を構成するようになっている。

上記ウエイト片４２ａは、図３に示すように、複数の締付けボルト４５によってウエイト片保持部である第２の分割ウエイト４３に結合されている。その際、複数のウエイト片４２ａとウエイト片保持部を構成している第２の分割ウエイト４３によってガイドバー３に遊嵌されている円筒状のウエイト取付用ブッシュ４６を締め付けるようになっている。このウエイト取付用ブッシュ４６は、図１に示すように、その長手方向に対して複数（例えば、４本）のウエイト取付溝４７を等間隔に設けている。このウエイト取付溝４７は、ウエイト取付用ブッシュ４６の外周部に半周状に設けられ、ウエイト片４２ａの内面に設けた凸状の嵌合部４８を嵌合するようになっている。

上記第２固有振動数調整用ウエイト５０は、それぞれ、図１に示すように、その内端部に貫通孔５１と軸心を同じくする円形の穴５２を備え、これらの穴５２，５２によって上記ウエイト取付用ブッシュ４６の両端部を支持するようになっている。また、第２固有振動数調整用ウエイト５０は、給油が不要なリニアブッシュ５３を上記貫通孔５１の壁面に設けている。なお、上記コイルスプリング５の両端は、それぞれ、スプリング受け１７によって支持されている。このスプリング受け１７は、ガイドバー３に遊嵌されている。

更に、このダイナミックダンパ１は、図３に示すように、第１固有振動数調整用ウエイトのウエイト片４２ａの一つにメジャリングピン１１を立設すると共に、カバー１０にメジャリングピン突出用の長穴１２を設けている。この長穴１２は、メジャリングピン１１の往復運動を妨げないようになっている。なお、メジャリングピン１１は、ミニチュアベアリング１３を備え、往復運動を円滑に行うようになっている。このカバー１０は、図３に示すように、横断面半円弧状に形成され、通常は複数のボルト１４によってケース２に固定されている。上記ケース２は、図３に示すように、ブラケット１５を介してベースプレート１６に固定されている。

ここで、振動モデルを考えた場合、本発明のダイナミックダンパ１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：排気集合管を搭載する架台のばね定数
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、このダイナミックダンパ１の振動系を構成している第１固有振動数調整用ウエイト４０の重量を増減することによって当該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。なお、この発明によれば、第１固有振動数調整用ウエイト４０の重量を増減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。

第１固有振動数調整用ウエイト４０の重量を減少する場合は、図４（ａ）に示すように、ケース２からカバー１０を取り外した後、ウエイト片保持部を構成している第２の分割ウエイト４３から所定重量（例えば、１０ｋｇ）のウエイト片４２ａを取り外す。しかる後に、図４（ｂ）に示すように、山形の出っ張り部分ｎを除去した軽量（例えば、５ｋｇ）のウエイト片４２ｂをウエイト片表示部を構成している第２の分割ウエイト４３にボルト止めした後、カバー１０をケース２にボルト止めする。

他方、第１固有振動数調整用ウエイト４０の重量を増加する場合は、ウエイト片４２ａを、例えば、ウエイト片４２ａの半径よりも半径を拡大して重量増加を図ったウエイト片（図示せず）と交換する。

次に、上記ダイナミックダンパを用いて低速ディーゼル機関の排気集合管を支持している架台の振動を抑制する場合について説明する。

図５は、低速ディーゼル発電プラント（例えば、定格回転数が１００〜２００ｒｐｍ、出力数が数千ｋＷ〜５万ｋＷ程度）における低速ディーゼル機関の上端部分を示し、低速ディーゼル機関２０の排気集合管２１は、低速ディーゼル機関２１の排気側に設けた架台２２の天板２３上に設置されている。上記ダイナミックダンパ１は、天板２３の前後両端に横向き、つまり、低速ディーゼル機関２０のクランク軸（図示せず）と直交する平面内に水平に設けられている（図５及び図６参照）。

この低速ディーゼル機関２０について簡単に説明すると、架台２２内にある排気レシーバ２４は、複数（例えば、８〜１２基）のシリンダー（図示せず）に対して共通のものであり、これらのシリンダー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。上記排気レシーバ２４で均等化された排気ガスは、過給機２５及びダクト２６を経て上記排気集合管２１へ供給されるようになっている。

ここで、上記低速ディーゼル機関２０が稼働すると、図５及び図７に示すように、排気集合管２１を支持している架台２２の天板２３が矢印Ａ及びＢの方向に振動すると共に、天板２３に固定されているダイナミックダンパ１のケース２と、このケース２に固定されているガイドバー３とが架台２２の天板２３と一体的に振動する。

ここで、ダイナミックダンパ１のケース２及びガイドバー３が矢印Ａの方向に変位すると、右側のコイルスプリング５ａがケース２の右端にあるガイドバー支持体６ａによって圧縮され、その反発力によって固有振動数調整用ウエイト４が２点鎖線ａで示すように矢印Ａの方向に移動する。これとは逆に、ダイナミックダンパ１のケース２及びガイドバー３が矢印Ｂの方向に変位すると、左側のコイルスプリング５ｂがケース２の左端にあるガイドバー支持体６ｂによって圧縮され、その反発力によって固有振動数調整用ウエイト４が２点鎖線ｂで示すように矢印Ｂの方向に移動する。

上記のように、架台２２の天板２３が矢印Ａ及びＢの方向に振動すると、その振動エネルギーの一部が左右のコイルスプリング５ａ，５ｂの圧縮に消費されると共に、天板２３の矢印Ａ及びＢの方向の振動と固有振動数調整用ウエイト４の矢印Ａ及びＢの方向の振動との間にタイムラグがあるため、低速ディーゼル機関２０の集合排気管２１を支持している天板２３、強いては架台２２の振動を低減させることができる。なお、固有振動数調整用ウエイト４、つまり、第１固有振動数調整用ウエイト４０の重量調整は、運転中であっても図４（ａ）及び（ｂ）の方法によって行うことができる。

尚、ダイナミックダンパのケースやウエイトの形状としては、円筒状以外の形状でも支障がない。また、このダイナミックダンパ１をディーゼル機関の排気集合管などの高温部に設置する場合は、高温対策のために、ケースの外側に遮熱板を取り付けたり、或いは、ケースに放熱孔（図示せず）を設けることが望ましい。

本発明に係るダイナミックダンパの断面図である。同ダイナミックダンパの要部を示す一部断面を含む正面図である。図２のＸ−Ｘ断面図である。（ａ）カバー及びウエイト片の取り外し作業説明図、（ｂ）カバー及びウエイト片の取り付け作業説明図である。低速ディーゼル発電プラント用低速ディーゼル機関の上端部分を示す正面図である。同低速ディーゼル機関の要部側面図である。本発明に係るダイナミックダンパの作用説明図である。

符号の説明

１ダイナミックダンパ
２ケース
３ガイドバー
４ウエイト
５スプリング
６ガイドバー支持体
９開口部

Claims

筒状のケースと、該ケースの軸芯部に設けたガイドバーと、該ガイドバーに摺動自在に設けた固有振動数調整用のウエイトと、該ウエイトの両側に設けたスプリングと、前記ケースの両側に設けたガイドバー支持体とから成り、更に、前記ケースの横腹に開口部を設けたダイナミックダンパにおいて、
前記ウエイトを、中央のウエイトとその両側に設けた複数のウエイトで構成すると共に、前記中央のウエイトを半径方向に分割し、一方の分割ウエイトを更に中央のウエイトの軸心と交差する方向に分割後、細分化されていない他方の分割ウエイトに着脱自在に装着し、
前記ガイドバーに遊嵌されている筒状のブッシュに前記分割ウエイトを装着し、かつ、前記ブッシュの両端を中央のウエイトの両側に位置するウエイトによって支持することを特徴とするダイナミックダンパ。
前記分割ウエイトを中央のウエイトの軸心と交差する方向に分割して成るウエイト片を、ブッシュの外周部に設けたウエイト取付溝に嵌合させることを特徴とする請求項１記載のダイナミックダンパ。
前記ウエイトにメジャリングピンを立設し、かつ、前記開口部を覆うカバーにメジャリングピン往復運動用の長穴を設けたことを特徴とする請求項１記載のダイナミックダンパ。