JP6824684B2 - 緩衝部材及びそれを備えたリンク式サイスミックタイ - Google Patents

Description

本発明は、緩衝部材及びそれを備えたリンク式サイスミックタイに関する。

節炭器、蒸発器、及び過熱器等の熱交換器が内部に搭載されたボイラ本体を、複数の鉄骨部材で形成された支持構造体の上部から吊り下げて用いるボイラ装置が知られている。このボイラ装置では、例えば地震や強風等の外力が加わった場合、支持構造体は地中に埋設された部分を基点として水平方向に撓み、支持構造体に支持されたボイラ本体も水平方向に振れてしまう。そこで、ボイラ本体と支持構造体との間に水平方向に架け渡されて振れを抑制するリンク式のサイスミックタイ（振れ止め構造体）が、ボイラ装置に設けられている。

例えば、特許文献１に記載されたリンク式サイスミックタイは、軸方向の中央部がボイラ本体側又は支持鉄骨側に取り付けられた２本の緩衝部材（ピン）と、これら２本の緩衝部材の上端同士及び下端同士をそれぞれ連結した平行な２本のリンク部材（連結部材）と、を備えている。２本の緩衝部材はそれぞれ、外径が軸方向の中央部から両端側に向かって漸次小さくなるように形成された紡錘形状部と、紡錘形状部の端部から軸方向の先端側に延在し、各リンク部材に摺動自在に接合されるリンク接合部と、を有している。

このリンク式サイスミックタイでは、連結部材の座屈強度が緩衝部材の最大曲げ強度よりも大きく設定されているため、緩衝部材がボイラ本体と支持構造体との間の相対変位を吸収して、ボイラ本体の水平方向の振れを抑制することができる。

特開平１−１５５１０４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、紡錘形状部とリンク接合部との接続が不連続であり、両者の間にはつなぎ目が形成されている。そのため、例えば地震や強風等によりリンク式サイスミックタイに外力が作用した場合には、紡錘形状部とリンク接合部との間のつなぎ目に応力が集中しやすく、緩衝部材の耐久性を改善して使用寿命を延ばすことが求められている。

そこで、本発明は、使用寿命を延ばすことが可能な緩衝部材、及びこれを備えたリンク式サイスミックタイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、リンク式サイスミックタイの一対のリンク部材同士にピン結合された緩衝部材であって、軸方向の中央から両端に向かうにつれて縮径する軸本体と、前記軸本体の両端に設けられ、前記一対のリンク部材と摺動自在に結合する一対のリンク接続体と、を備え、前記一対のリンク接続体は、それぞれ、前記軸本体の端部から前記軸方向の先端側に延在する連結部と、前記連結部の端部から連続して前記軸方向に延在すると共に、前記連結部から拡径するテーパ部を有するピン結合部と、を有し、前記連結部の中央部における外径は、前記軸本体と前記連結部との境界における外径以下であり、かつ、前記連結部と前記テーパ部との境界における外径以下であり、前記軸本体と前記連結部との境界では、前記軸本体の外面と前記連結部の外面とが曲面でつながっており、前記連結部と前記テーパ部との境界では、前記テーパ部の外面と前記連結部の外面とが曲面でつながっていることを特徴とする。

本発明によれば、上記の特徴により使用寿命を延ばすことができる。なお、上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るサイスミックタイを備えたボイラ装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るサイスミックタイの一例を示す概略構成図である。 図３Ａは本発明の実施形態に係るサイスミックタイの緩衝部材の一構成例を示す概略平面図、図３Ｂは比較例に係るサイスミックタイの緩衝部材を示す概略平面図である。 Ｌ２／Ｌ１の値と従来構造に対するエネルギー吸収量の比との関係を概念的に示すグラフである。 Ｌ２／Ｌ１の値と従来構造に対する寿命の比との関係を概念的に示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係るリンク式サイスミックタイ１０（以下、単にサイスミックタイ１０とする）について、図１〜図５を参照して説明する。

＜ボイラ装置１の構成＞
まず、ボイラ装置１の全体構成について、図１を参照して説明する。

図１は、実施形態に係るサイスミックタイ１０を備えたボイラ装置１の一例を示す全体構成図である。なお、以下の説明において、ボイラ装置１が設置された地面に対して平行な方向を「水平方向」とし、この水平方向に直交する方向を「鉛直方向」とする。

ボイラ装置１は、例えば火力発電プラント内に設置される大型のボイラ装置である。このボイラ装置１は、ボイラ本体１１と、ボイラ本体１１を支持する支持構造体１２と、ボイラ本体１１及び支持構造体１２の間に配置された複数のサイスミックタイ１０と、を備えている。

ボイラ本体１１は、化石燃料等の燃料を燃焼させる火炉や、節炭器、蒸発器、及び過熱器等の熱交換器が内部に搭載され、その周囲を伝熱性の壁で囲んだ筐体構造を有している。ボイラ本体１１は、支持構造体１２の上部から地面側に向かって鉛直方向に吊り下げられた状態で支持構造体１２に支持されている。

支持構造体１２は、複数の柱状部材１２０が組み合わされて形成されている。複数の柱状部材１２０には、それぞれ、例えば鉄骨部材等を用いることができる。

複数のサイスミックタイ１０は、例えば地震発生時等におけるボイラ本体１１及び支持構造体１２の水平方向の振れを抑制するためのものである。複数のサイスミックタイ１０は、それぞれ、ボイラ本体１１と柱状部材１２０との間を水平方向に接続するリンク式のサイスミックタイである。このリンク式のサイスミックタイ１０では、ボイラ本体１１と支持構造体１２との間に振動による水平方向の相対変位が生じたとき、その変位量に応じた振動エネルギーを吸収することができる。

＜サイスミックタイ１０の構成＞
次に、サイスミックタイ１０の具体的な構成について、図２〜図５を参照して説明する。

図２は、実施形態に係るサイスミックタイ１０の一例を示す概略構成図である。図３Ａは、実施形態に係るサイスミックタイ１０の緩衝部材３ａ，３ｂの一構成例を示す概略平面図であり、図３Ｂは、比較例に係るサイスミックタイの緩衝部材９を示す概略平面図である。図４は、Ｌ２／Ｌ１の値と従来構造（比較例）に対するエネルギー吸収量の比との関係を概念的に示すグラフである。図５は、Ｌ２／Ｌ１の値と従来構造（比較例）に対する寿命の比との関係を概念的に示すグラフである。

図２に示すように、サイスミックタイ１０は、水平方向に沿って延伸する一対のリンク部材２ａ，２ｂと、水平方向に直交する方向に沿って自身の軸方向が向くように配置された一対の緩衝部材３ａ，３ｂと、を備えている。なお、図２では、一対の緩衝部材３ａ，３ｂの軸方向が、水平方向に対して直交する方向（鉛直方向）に沿って配置されているが、これに限らず、少なくとも水平方向に交差する方向に沿って配置されていればよい。

一対のリンク部材２ａ，２ｂは、それぞれ、例えば鋼板等の鋼材を２枚１組として一体化して形成されたものである。具体的には、２枚の鋼材の長手方向（延伸方向）の一端部同士及び他端部同士を、これら２枚の鋼材の間に挿入された連結板を介して溶接し、一体化する。なお、一対のリンク部材２ａ，２ｂの形成方法については、必ずしもこれに限られない。

一対のリンク部材２ａ，２ｂは、図２に示すように、鉛直方向に間を空けて並べて配置されている。そして、一対のリンク部材２ａ，２ｂの延伸方向の一端部２０１ａ，２０１ｂ同士は連結ピン４ａによって一方の緩衝部材３ａとピン結合し、一対のリンク部材２ａ，２ｂの他端部２０２ａ，２０２ｂ同士は連結ピン４ｂによって他方の緩衝部材３ｂとピン結合している。したがって、一対の緩衝部材３ａ，３ｂは、それぞれ、一対のリンク部材２ａ，２ｂの間を連結している。なお、図２において、水平方向の左側を「一方側」とし、水平方向の右側を「他方側」としている。

以下の説明において、必要に応じて適宜、鉛直方向の上側に位置するリンク部材を上側リンク部材２ａとし、鉛直方向の下側に位置するリンク部材を下側リンク部材２ｂとする。

一方の緩衝部材３ａは、軸方向の中央部分に、軸方向に直交する方向（図２では水平方向）に延びる挿通孔３１ａが形成されている。そして、柱状部材１２０の側面から水平方向の他方側に向かって突出したブラケット１２１が挿通孔３１ａに挿通されることにより、一方の緩衝部材３ａは柱状部材１２０（支持構造体１２）と接続している。

同様に、他方の緩衝部材３ｂは、軸方向の中央部分に、軸方向に直交する方向（図２では水平方向）に延びる挿通孔３１ｂが形成されている。そして、ボイラ本体１１の外面に取り付けられたバックステー１１０の一部が挿通孔３１ｂに挿通されることにより、他方の緩衝部材３ｂはバックステー１１０（ボイラ本体１１）と接続している。

このようにして、サイスミックタイ１０は、ボイラ本体１１と支持構造体１２の柱状部材１２０との間において、水平方向に架け渡されるようにボイラ本体１１及び支持構造体１２のそれぞれと接続している。

一対のリンク部材２ａ，２ｂは、それぞれ、座屈強度（座屈耐力）が一対の緩衝部材３ａ，３ｂそれぞれの最大曲げ強度よりも大きく設定されている。したがって、地震等による振動が発生した場合には、ボイラ本体１１及び支持構造体１２から受ける外力によって、一対の緩衝部材３ａ，３ｂが曲げられて振動エネルギーを吸収する。なお、一対のリンク部材２ａ，２ｂは、それぞれ、引張強度が座屈強度よりも大きいため、一対の緩衝部材３ａ，３ｂとの間における強度比較においては、座屈強度で比較検討をすれば足りる。

図２に示すように、一対の緩衝部材３ａ，３ｂは、それぞれ、軸本体３１と、軸本体３１の軸方向の両端に設けられた一対のリンク接続体３２ａ，３２ｂと、を有している。なお、一対の緩衝部材３ａ，３ｂは、いずれも同一の構成を有しているため、一方の緩衝部材３ａ側を例に挙げて、以下説明する。

軸本体３１は、弾塑性を有する部材で形成されている。図３Ａに示すように、軸本体３１の外径は、軸方向の中央ＣＬ（図３Ａにおいて一点鎖線で示す）でもっとも大きくなっており、軸方向の両端に向かうにつれて漸次小さくなっている。すなわち、軸本体３１は、軸方向の中央ＣＬから両端に向かうにつれて縮径する紡錘形状である。

一対のリンク接続体３２ａ,３２ｂは、それぞれ、軸本体３１の端部から軸方向の先端側に延在する連結部３２１と、連結部３２１の端部から連続して軸方向に延在するピン結合部３２２と、を有している。連結部３２１は、軸本体３１とピン結合部３２２との間において、いわゆるアジャスタの役割を担っている。

なお、一対のリンク接続体３２ａ，３２ｂは、いずれも同一の構成を有しているため、図２に示す一方の緩衝部材３ａおいて、鉛直方向の下側に位置する下側リンク接続体３２ｂ側を例に挙げて、以下説明する。

ピン結合部３２２は、弾性を有する部材で形成されており、連結ピン４ａを介して下側リンク部材２ｂの一端部２０１ｂとピン結合している。これにより、一方の緩衝部材３ａの下側リンク接続体３２ｂと下側リンク部材２ｂとが、連結ピン４ａの回りに摺動自在に結合される。

ピン結合部３２２には、連結ピン４ａを挿通させるためのピン孔３２５が形成されている。本実施形態では、ピン孔３２５は、軸方向に直交する方向（図３Ａにおける紙面の表裏方向）に貫通しており、軸方向に交差する方向に貫通する貫通孔の一態様である。

ピン結合部３２２は、連結部３２１の端部から軸方向の先端側に向かうにつれて拡径するテーパ部３２３と、テーパ部３２３の端部から連続して先端まで延在する延在部３２４と、を有している。本実施形態では、延在部３２４は、その最外径が軸方向において一定に形成されている。

また、本実施形態では、ピン結合部３２２には、ピン孔３２５の周囲がピン孔３２５の貫通方向に垂直な平面となる平滑面３２６が形成されている。なお、この平滑面３２６は任意であり、必ずしもピン結合部３２２に形成されている必要はない。

図３Ａにおいてその一部を拡大して示すように、軸本体３１と連結部３２１との境界Ｂ１では、軸本体３１の外面３１ｓと連結部３２１の外面３２１ｓとが曲面でつながっている。同様に、連結部３２１とテーパ部３２３との境界Ｂ２では、連結部３２１の外面３２１ｓとテーパ部３２３の外面３２３ｓとが曲面でつながっている。

そして、連結部３２１の中央部における外径Ｄ１（以下、単に外径Ｄ１とする）は、軸本体３１と連結部３２１との境界Ｂ１における外径Ｄ２（以下、単に外径Ｄ２とする）よりも小さく（Ｄ１＜Ｄ２）、かつ、連結部３２１とテーパ部３２３との境界Ｂ２における外径Ｄ３（以下、単に外径Ｄ３とする）よりも小さい（Ｄ１＜Ｄ３）。したがって、軸本体３１の外面３１ｓ、連結部３２１の外面３２１ｓ、及びテーパ部３２３の外面３２３ｓは、円弧を描くように滑らかに連続している。

一方、図３Ｂに示すように、従来構造の一例である比較例に係る緩衝部材９では、本実施形態に係る緩衝部材３ａの構成と異なり、リンク接続体９２は連結部を有していない。したがって、軸本体９１の端部から軸方向の先端側に向かってテーパ部９２３が延在している。

図３Ｂにおいてその一部を拡大して示すように、軸本体９１とテーパ部９２３との間にはつなぎ目Ｊが形成されており、軸本体９１の外面９１ｓとテーパ部９２３の外面９２３ｓとは、つなぎ目Ｊを境として明確に分かれている。この場合において、緩衝部材９に振動による外力が加わると、つなぎ目Ｊに応力が集中し、例えば図３Ｂに示すようにつなぎ目Ｊから亀裂等が生じる可能性がある。

しかしながら、本実施形態に係る緩衝部材３ａでは、軸本体３１とテーパ部３２３との間に連結部３２１を設け、かつ、軸本体３１の外面３１ｓ、連結部３２１の外面３２１ｓ、及び連結部３２１の外面３２１ｓが滑らかに連続しているため、破損につながるつなぎ目が形成されていない。これにより、例えば繰り返し発生する地震等の振動によっても、緩衝部材３ａは破損しにくくなり、使用寿命を延ばすことができる。

なお、必ずしも、外径Ｄ１は、外径Ｄ２よりも小さく（Ｄ１＜Ｄ２）、かつ、外径Ｄ３よりも小さい（Ｄ１＜Ｄ３）必要はなく、例えば、外径Ｄ１、外径Ｄ２、及び外径Ｄ３が、すべて同じ大きさであってもよい（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３）。すなわち、少なくとも、外径Ｄ１は、外径Ｄ２以下であり（Ｄ１≦Ｄ２）、かつ、外径Ｄ３以下であればよい（Ｄ１≦Ｄ３）。

また、図３Ａに示すように、ピン孔３２５の中心と軸本体３１の中央ＣＬとの間における軸方向の距離をＬ１とし（以下、単に距離Ｌ１とする）、連結部３２１の軸方向の長さをＬ２としたとき（以下、単に長さＬ２とする）、距離Ｌ１と長さＬ２との間には、Ｌ２／Ｌ１≦０．４２の関係が成り立つことが望ましい。

図４のグラフに示すように、Ｌ２／Ｌ１≦０．４２となるように、距離Ｌ１及び長さＬ２を設定した緩衝部材３ａでは、図３Ｂに示す従来構造の緩衝部材９に対する振動エネルギーの吸収量の比が０．９〜１．０の間となっている。したがって、本実施形態に係る緩衝部材３ａのように連結部３２１を備えた場合であっても、緩衝部材３ａが吸収する振動エネルギーの吸収量が従来構造の緩衝部材９と比べて大きく低下することがない。

また、この場合において、図５のグラフに示すように、本実施形態に係る緩衝部材３ａでは、従来構造の緩衝部材９に対する寿命の比が１．０以上となっている。したがって、本実施形態に係る緩衝部材３ａの使用寿命は、従来構造の緩衝部材９の使用寿命の長さ以上となっている。

なお、距離Ｌ１と長さＬ２との間には、０．０３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．４６の関係が成り立つことがより望ましい。この場合において、本実施形態に係る緩衝部材３ａでは、図４のグラフに示す従来構造の緩衝部材９に対する振動エネルギーの吸収量の比が１．０に近い値となり、図５のグラフに示す従来構造の緩衝部材９に対する寿命の比が２．０以上となっている。

したがって、０．０３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．４６となる一対の緩衝部材３ａ，３ｂを備えたサイスミックタイ１０は、一対の緩衝部材３ａ，３ｂが吸収する振動エネルギーの吸収量を大きく低下させることなく、寿命を延ばすことが可能となる。

なお、本発明は上記した実施形態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、上記した実施形態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。

２ａ，２ｂ リンク部材
３ａ，３ｂ 緩衝部材
１０ サイスミックタイ（リンク式サイスミックタイ）
１１ ボイラ本体
１２ 支持構造体
３１ 軸本体
３１ｓ，３２１ｓ，３２３ｓ 外面
３２ リンク接続体
１２０ 柱状部材
２０１ａ，２０１ｂ 一端部
２０２ａ，２０２ｂ 他端部
３２１ 連結部
３２２ ピン結合部
３２３ テーパ部
３２５ ピン孔（貫通孔）
Ｂ１，Ｂ２ 境界
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 外径

Claims (5)

1. リンク式サイスミックタイの一対のリンク部材同士にピン結合された緩衝部材であって、
   軸方向の中央から両端に向かうにつれて縮径する軸本体と、
   前記軸本体の両端に設けられ、前記一対のリンク部材と摺動自在に結合する一対のリンク接続体と、
   を備え、
   前記一対のリンク接続体は、それぞれ、
   前記軸本体の端部から前記軸方向の先端側に延在する連結部と、
   前記連結部の端部から連続して前記軸方向に延在すると共に、前記連結部から拡径するテーパ部を有するピン結合部と、を有し、
   前記連結部の中央部における外径は、前記軸本体と前記連結部との境界における外径以下であり、かつ、前記連結部と前記テーパ部との境界における外径以下であり、
   前記軸本体と前記連結部との境界では、前記軸本体の外面と前記連結部の外面とが曲面でつながっており、前記連結部と前記テーパ部との境界では、前記テーパ部の外面と前記連結部の外面とが曲面でつながっている
   ことを特徴とするリンク式サイスミックタイの緩衝部材。
2. 請求項１に記載のリンク式サイスミックタイの緩衝部材であって、
   前記連結部の前記中央部における外径は、前記軸本体と前記連結部との境界における外径よりも小さく、かつ、前記連結部と前記テーパ部との境界における外径よりも小さい
   ことを特徴とするリンク式サイスミックタイの緩衝部材。
3. 請求項１に記載のリンク式サイスミックタイの緩衝部材であって、
   前記ピン結合部には、前記軸方向に交差する方向に貫通する貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔の中心と前記軸本体の中央との間における前記軸方向の距離をＬ１とし、前記連結部の前記軸方向の長さをＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１≦０．４２である
   ことを特徴とするリンク式サイスミックタイの緩衝部材。
4. 請求項３に記載のリンク式サイスミックタイの緩衝部材であって、
   前記貫通孔の中心と前記軸本体の中央との間における前記軸方向の距離Ｌ１と、前記連結部の前記軸方向の長さＬ２との関係が、０．０３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．４６である
   ことを特徴とするリンク式サイスミックタイの緩衝部材。
5. 複数の柱状部材が組み合わされて形成された支持構造体と、前記支持構造体の上部から吊り下げられたボイラ本体との間に配置され、前記支持構造体及び前記ボイラ本体の水平方向の振れを抑えるためのリンク式サイスミックタイであって、
   前記水平方向に沿って延伸する一対のリンク部材と、
   前記水平方向に交差する方向に軸方向を有し、前記一対のリンク部材の延伸方向における一端部同士及び他端部同士をピン結合する一対の緩衝部材と、
   を備え、
   前記一対の緩衝部材は、それぞれ、
   前記軸方向の中央から両端に向かうにつれて縮径する軸本体と、
   前記軸本体の両端に設けられ、前記一対のリンク部材と摺動自在に結合する一対のリンク接続体と、を有し、
   前記一対のリンク接続体は、それぞれ、
   前記軸本体の端部から前記軸方向の先端側に延在する連結部と、
   前記連結部の端部から連続して前記軸方向に延在すると共に、前記連結部から拡径するテーパ部を有するピン結合部と、を有し、
   前記連結部の中央部における外径は、前記軸本体と前記連結部との境界における外径以下であり、かつ、前記連結部と前記テーパ部との境界における外径以下であり、
   前記軸本体と前記連結部との境界では、前記軸本体の外面と前記連結部の外面とが曲面でつながっており、前記連結部と前記テーパ部との境界では、前記テーパ部の外面と前記連結部の外面とが曲面でつながっている
   ことを特徴とするリンク式サイスミックタイ。