JP7308348B2 - 表面を打叩するためのスプリングハンマ - Google Patents

Description

発明の背景
[0001] 発明の分野
[0002] 本発明は、独立請求項の前提部に記載のスプリングハンマに関し、前記デバイスは、例えば、乾式冶金プロセス用の蒸気ボイラ又は熱回収管の伝熱面、プレート構造型の煙突、又はチャネルから付着物を除去するために適用可能である。したがって、本発明は特に、衝突面を有し打叩すべき表面に固定することができるアンビルと、動作時にアンビルの衝突面に向けて移動される第１の端部を有する可動ピストンと、アンビルに対して所定の方向に移動するようにピストンを案内するための案内構造と、ピストンをアンビルの衝突面に向けて移動させるためにピストンを発射するための手段とを備える装置に関する。

[0003] 関連技術の説明
[0004] 表面の付着物は、対象のプラントの動作を様々に妨害する可能性がある。例えば、熱回収管の汚れは、熱回収管の熱交換効率を低下させ、したがってプロセスの性能を低下させる。同時に、汚れは煙道ガスの温度を上昇させ、熱回収段階の下流にあるチャネル及びデバイスに悪影響を及ぼす。一方、例えば、煙道ガスチャネルの表面に付着した汚れは、煙道ガスの流れ抵抗をかなり増加させることがあり、これによりボイラの補助動力が増加される。最悪の場合には、汚れがチャネルを詰まらせ、それによりプラントを停止させるおそれさえある。付着物の付いた表面は、例えば、蒸気若しくは空気圧式スートブロワ又は音波スートブロワによって洗浄することができる。特に、化学的に反応する、粘性が高い、溶融若しくは半溶融のダスト粒子、又は凝縮ガス成分を含む、汚れが非常に強い状況におけるプロセスでは、表面の洗浄に機械的なスプリングハンマも使用される。そのようなデバイスによって、表面は打撃を受け、それにより、高速で小さい振幅振動が表面に引き起こされる。このようにして、表面に過剰な機械的応力を生じることなく、表面に付着した汚染物を効果的に緩めることが可能である。

[0005] 米国特許第４，９７４，４９４号には、ノックすべき表面に固定される底部プレートを備えた円筒形ハウジングを備える空気圧式ノッキングデバイスが開示されている。ハウジングは、ハウジングの底面に対してピストンを発射するためのばねを備えた細長いばね室を取り囲む。ピストンは、ばねの圧力に反して圧縮空気によってハウジングの上壁に向かって可動であり、高速作動する通気弁がピストンの下のチャンバからガス抜きし、それによりピストンが、底面に対して突き当たる。このデバイスでの問題は、激しい突き当たりによってピストン又はデバイスの他の部品が損傷する可能性があることである。

[0006] 米国特許第３，８３５，８１７号には、ボイラ管を洗浄するためのハンマシステムが開示されており、前記ハンマ手段は１対の皿ばねを有し、皿ばねは、ハンマ手段の打突端部に弾力的に取り付けられ、所望のパルス点を打突することによって管に機械的パルスを及ぼすように管に対して取り付けられ、前記パルスの周波数は、２００～２０００Ｈｚの範囲内である。

[0007] 欧州特許第２１０２５７７号には、円筒形ハウジングと、ハウジング内で可動であるように配置されたピストンと、アンビルと、アンビルの衝突面に対して移動するようにピストンを発射するためのばねと、ピストンとアンビルの衝突面との間に配置された１対の皿ばねからなるばねバンクとを備えるスプリングハンマが開示されている。ばねバンクは、ハンマ運動の減速をある程度遅くし、したがって力及び応力を減少させ、ハンマ及びアンビルを損傷するリスクを低減する。ばねバンクのばね定数は、好ましくは、ピストンの最大減速が５００～１０００ｇ程度になるようなものである。そのような減速された衝撃は、全く弾力性のない衝撃よりも、打叩すべき表面から汚染物をある程度効率的に除去することも実際に証明されている。従来のばねバンクの問題点は、皿ばねとばね固定要素とが、何らかの状況で動作中に破損する又は緩むことがあり得ることである。

[0008] 本発明の目的は、先行技術のデバイスの上述した問題が最小限に抑えられた、付着物の付いた表面のための効率的なスプリングハンマを提供することである。

[0009] 上述した先行技術の問題を最小限に抑えるために、装置が提供され、その特徴を、独立装置請求項の特徴部に開示する。

[0010] 一態様によれば、本発明は、表面を打叩するためのスプリングハンマであって、衝突面を有し打叩すべき表面に固定することができるアンビルと、動作時にアンビルの衝突面に向けて移動される第１の端部を有する可動ピストンと、アンビルに対して所定の方向に移動するようにピストンを案内するための案内構造と、ピストンをアンビルの衝突面に向けて移動させるためにピストンを発射するための手段とを備え、ピストンの第１の端部又はアンビルの衝突面が、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工されている、スプリングハンマを提供する。

[0011] スプリングハンマの動作時、ピストンがアンビルに打撃を及ぼし、衝突面は、ピストンからの打撃を受けるアンビルの表面である。所定の方向は、一般に、打撃が及ぼされる点での衝突面の垂線方向である。この方向は、アンビルのハンマ軸と呼ばれることもある。言い換えると、ピストンの第１の端部が、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工されているとき、衝突面はピストンから衝撃を受け、このとき、動作時にアンビルの衝突面に向けて移動される第１の端部は衝突面と直接接触する。具体的には、衝撃中、ピストンの弾力性ばね形状部が、衝突面と直接接触する。一方、アンビルの衝突面が、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工されているとき、（アンビルでの）一体化された弾力性ばね形状部はピストンの第１の端部から衝撃を受け、このとき、第１の端部は、衝撃中に（アンビルでの）一体化された弾力性ばね形状部と直接接触する。

[0012] 案内構造は、有利には、ピストンのすべての傾斜又は横方向運動が防止されるような円筒形状を有する。アンビルに対するピストンの所望の移動方向を保証するために、案内構造がアンビルに取り付けられる。アンビルへの案内構造の取付けは、有利には、ハンマ軸の方向で、ある程度の弾力性を有し、案内構造への打撃の影響を減衰させる。そのような構成により、案内構造に伝達される打撃の衝撃が減衰されると同時に、正しい方向へのピストンの運動を維持することが可能である。

[0013] スプリングハンマのハンマ運動は、例えば空気圧式に、又は電磁石によって提供することができる。しかし、ハンマ運動を生み出すために、使用される手段は、好ましくは、適切な駆動手段を介して張力デバイスによって張力付与されるばねを備える。ばねの張力は、好ましくは、調整可能な解放機構を所望の張力レベルで使用することによって解放することができ、解放されたハンマは、アンビルの衝突面に向かって高速で当たる。

[0014] ばねは、好ましくは、ピストン及びアンビルに関連する支持面の間に配置され、好ましくは、引張付与時には、ばねがハンマ軸の方向に圧縮又は伸長され、解放時にはその元の長さに戻るようになっている。スプリングハンマのサイズを小さく保つために、ハンマのストローク長は比較的短いことが好ましい。しかし、ストローク長は、ハンマが妥当な加速度、好ましくは１～５ｇ、最も好ましくは２～３ｇの加速度で十分な速度を実現することができる長さであることが好ましい。それにより、ばねのアンビルの支持面で引き起こされる反力は比較的小さいままであり、アンビルの支持面の耐久性が向上する。

[0015] ばねのばね力は、選択されたハンマ重量（通常は３０～４０ｋｇ）によって所望の加速度が実現されるように設定しなければならない。例えば、２．５ｇの初期加速度を実現するために、ばね力を、張力時に７５０～１０００Ｎにしなければならない。ばねは、好ましくは、衝撃の終了時にも、ハンマの重量よりも大きいばね力（例えば４００～５００Ｎ）が依然として残っているように選択され、スプリングハンマのハンマは、輸送時にも組立て時にも動かず、衝撃の方向が上向きであるとき、例えば煙突の底部の外面に向いているときにも安定した静止位置を有する。

[0016] ばねの張力デバイスは、好ましくは、例えばモータ、空気圧若しくは油圧シリンダ、又は電磁石でよい。本発明の好ましい実施形態によれば、張力デバイスの少なくとも最も壊れやすい部品、例えばモータ及びその歯車は、アンビルによって支持されず、外部支持構造によって別個に支持される。それにより、アンビルの振動が張力デバイスの壊れやすい部品に伝達せず、それらが破損されるリスクが低減する。ここで、張力デバイスの駆動機構は、弾力的に浮動していなければならず、又はそうでない場合には、打叩すべき表面の熱的運動によるスプリングハンマの動きを可能にしなければならない。

[0017] 従来の解決策によれば、ピストンとアンビルとの間にいわゆるばねバンクが配置され、ばねバンクは、言い換えると、ハンマ軸の方向で高いばね定数を備える弾力性要素である。従来のばねバンクは、１対の剛性の皿ばねである。ばねバンクは、ハンマ運動の減速をある程度遅くし、したがって力及び応力を減少させ、ハンマ及びアンビルを損傷するリスクを低減する。ばねバンクのばね定数は、好ましくは、ピストンの最大減速が５００～１０００ｇ程度になるようなものである。そのような減速された衝撃は、全く弾力性のない衝撃よりも、打叩すべき表面から汚染物をある程度効率的に除去することも実際に証明されている。

[0018] 本発明は、ばねバンクとピストンとのアセンブリ又はアンビルとばねバンクとのアセンブリが中実ブロックによって置き換えられている点で従来の解決策とは異なり、中実ブロックにおいて、ピストンの第１の端部又はアンビルの衝突面が、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工されて、別個のばねバンクの代わりとなっている。それにより、一体化された弾力性ばね形状部を有する中実ブロックピストン全体又はアンビルを機械加工によって得ることができる。これは、従来のばねバンクを省くことができるという効果があり、個別のばねバンクに関連する問題が大幅に解消される。さらに、個別の部品の量の減少により、一体化された弾力性ばね形状部を有するピストン又はアンビルアセンブリが中実ブロックであるスプリングハンマの寿命が延び、修理の必要性が減少する。特別に用意された旋削工具を使用することによって、及び機械加工された結果を入念に分析することによって、所望の特性を備えた弾力性ばね形状部を実現することができる。

[0019] スプリングハンマは、好ましくは、中実ブロック部分の端部に一体化された湾曲中空部分を備える。湾曲中空部分は、例えば旋削工具によって、例えばボウル形状を有する中空部分を形成するように彫ることができる。湾曲中空部分は、開いた自由端を有する。弾力性ばね形状部がハンマの一部である場合、開いた自由端は、衝撃中に衝突面に面する一体化された弾力性ばね形状部の端部に配置される。弾力性ばね形状部がアンビルの衝突面の一部である場合、開いた自由端は、ハンマの第１の端部に面する一体化された弾力性ばね形状部の端部に配置される。

[0020] 湾曲中空部分が中実ブロック部分の端部に一体化される場合、第１の端部の外面でピストンと一体化された弾力性ばね形状部とが成す角度は、所定の距離にわたって有利には１０～６０°である。

[0021] 本発明の実施形態によれば、ピストンの第１の端部での弾力性ばね形状部は、衝突面と間接的に接触することができ、したがって、弾力性ばね形状部とアンビルの衝突面との間に、衝撃力を伝達するための中間要素が位置され、又はアンビルの衝突面での弾力性ばね形状部は、ハンマの第１の端部と間接的に接触することができ、したがって、弾力性ばね形状部とアンビルの第１の端部との間に、衝撃力を伝達するための中間要素が位置される。

[0022] 本発明によるスプリングハンマのハンマの運動は、製造段階では、アンビルのハンマ軸に平行に向けられる。したがって、スプリングハンマは、デバイスを組み立てる場合、又は例えば打叩すべき熱交換管の温度を上昇させるときに位置合わせし直す場合に、アンビルとハンマとの間の位置合わせを必要としない。したがって、この装置は、ハンマの不正確な位置合わせによるアンビルに対する曲げモーメント、及びそれによるアンビルの損傷、並びに打叩すべき表面にアンビルを接続する接合部の損傷をなくす。正しい位置合わせでの衝撃は、打叩すべき表面への衝撃の伝達効率も改良する。

[0023] スプリングハンマは構造が単純であり、製造段階ですでに予め組み立てられていることがある。これにより、装置の組立てが単純化され、装置のコスト及び装置の保守の必要性が低減される。装置はコンパクトなユニットであり、簡単に騒音遮蔽され、必要とされる任意の位置に組み立てることができる。実際の用途では、通常、完全に個別であり得る多数のスプリングハンマがあり、又は多数のスプリングハンマが例えば共通の空気圧張力デバイスを有することがあり、空気圧張力デバイスは、異なるスプリングハンマに適切な順序で打叩パルスを案内する。小型で軽量であるため、必要であれば、狭いスペースでも組み立てることができ、互いに近接して組み立てることもできる。

[0024] 本発明を、添付図面を参照して以下に述べる。

[0025]本発明による１つのスプリングハンマの断面の概略図である。 [0025]本発明による１つのスプリングハンマの断面の概略図である。 [0025]本発明による１つのスプリングハンマの断面の概略図である。

[0026] 図１は、本発明の好ましい実施形態によるスプリングハンマ１０を示す。スプリングハンマは、アンビル１２を備え、アンビルの一端に衝突面１４がある。アンビルの他端は、溶接シーム１６によってハンマビーム１８に取り付けられている。打叩されるべき壁が、例えば反応器、チャネル、又は煙突の外壁である場合、ハンマビーム１８の他端（図１には図示せず）を壁に溶接することができる。代替として、そのような場合、別個のハンマビーム１８は必要でないこともあり、打叩されるべき壁にアンビル１２を直接取り付けることもできる。さらに、例えば、打叩されるべき反応器又は蒸気ボイラの気密空間に熱交換管バンクが存在する場合、ハンマビーム１８は、弾力性を有してガス空間の壁に封止され、熱交換管又はそれらの接続部片に溶接されることがある。ハンマビームの様々な封止及び取付け方法は既知の技法であるので、それらについて以下で詳細には述べない。

[0027] スプリングハンマは、弾力性ばね形状部を備えた第１の端部２２を有する可動ピストン２０を備える。弾力性ばね形状部は、有利には、アンビルの中実部分に一体化された、開いた自由端を有する湾曲中空部分を備える。第１の端部は、動作時、アンビルの衝突面１４に向けて移動される。

[0028] ピストンの材料は、有利には、ばね用途及び必要な機械加工に適した高級焼戻し鋼である。しかし、適度な反復的な引張及び圧縮荷重に耐え、適切な機械加工が容易である限り、広範な材料が適したものとなり得る。

[0029] スプリングハンマは、ピストン２０がアンビルに対して所定の方向にのみ移動できるようにする案内構造として作用する円筒形容器２４も備える。円筒形容器は、例えばボルト２６によってアンビル１２に取り付けられる。ボルトは、弾力性ブッシング２７など適切な弾力性要素を使用することによって所定位置に取り付けられ、案内構造への打撃の影響を減衰させる。ボルト２６は、ここではハンマ方向に垂直に配置されているが、代替として、接続部片の分野の当業者には明らかなように、ハンマ方向又はその反対方向で、適切なフランジを通して配置することができる。そのような場合、弾力性要素は、有利には、適切な皿ばねなどのばねである。

[0030] ピストンの第１の端部とは反対側のピストン２０の第２の端部は、エンドプレート２８に取り付けられる。エンドプレートは、円筒形容器２４の外端部２９の外側に配置される。円筒形容器２４のフランジ３２とエンドプレート２６との間に複数の引張ばね３０、例えば４つの引張ばねが配置される。

[0031] 図１のスプリングハンマ１０は、衝撃位置、言い換えると、ばね３０がそれらの最小長さであり、ピストン２０の弾力性ばね形状部を有する第１の端部２２がアンビル１２と接触している位置で示されている。スプリングハンマを使用するとき、ばね３０は、適切な張力デバイスによってピストン２０を外方向に引くことによって張力付与される。張力デバイス（図１には図示せず）は、通常は空気圧式であるが、代替として例えば電磁式でもよく、又は別個に支持されたモータの使用に基づくものでもよい。したがって、動作時、まず、ピストンをアンビルから離れるように移動させることによってピストン２０が励起され、その後、ばね３０が解放されて、アンビルの衝突面１４に向けて移動するようにピストンを発射する。ばね３０が所望の張力まで張力付与されると、ばねを解放することによって衝撃が引き起こされ、ピストン２０の第１の端部２２がアンビル１２の衝突面１４に高速で当たる。ハンマ１８のハンマ運動の方向は、案内手段、すなわち円筒形容器２４によって定義されるので、衝撃は、常にアンビルに対して適切に向けられる。

[0032] 可動ピストン２０の第１の端部２２の弾力性ばね形状部は、有利には、ピストン２０の停止を減衰させるように高いばね定数を有する。弾力性ばね形状部は、１回の衝撃の持続時間を延ばし、ハンマエネルギーの総量を実質的に減少しない。例示的な解決策によれば、ハンマ運動の減速は、好ましくは、せいぜい１０００ｇ程度である。

[0033] ストローク長、すなわち装置を使用するときに利用されるばねの長さの変化は、好ましくは５０～１００ｍｍ、例えば６０ｍｍである。好ましい実施形態によれば、ハンマの質量は約４０ｋｇであり、最大張力でのばね力は約１０００Ｎであり、衝撃の終了時に依然として約５００Ｎである。それにより、衝撃の初期加速度は２５ｍ／ｓ^２であり、衝撃エネルギーは１１２Ｎｍである。当然、スプリングハンマのストローク長を調整することによって、衝撃の強さを調整することができる。スプリングハンマのパラメータの有利な値は、スプリングハンマが使用される用途によって異なり、したがって上述した例示的な値から大きく逸脱することもある。

[0034] 本発明によるスプリングハンマの別の好ましい実施形態を示す図２では、図１に示されている部分に対応する部分が、図１と同じ参照番号で開示されている。

[0035] 図２は、本発明の第２の好ましい実施形態によるスプリングハンマ１０’を示す。スプリングハンマ１０’は、主に、引張ばね３０が、ピストンの第２の端部３４とエンドプレート２６との間に配置された圧縮ばね３０’に置き換えられている点で、図１に示されるスプリングハンマ１０とは異なる。したがって、ばね３０’は、空気圧などの適切な手段によってエンドプレート２６に向けて圧縮することによって張力付与される。それ以外の点では、スプリングハンマ１０’の動作は、図１に示されるスプリングハンマ１０の動作に対応する。

[0036] 図３は、本発明の第３の好ましい実施形態によるスプリングハンマ１０’’を示す。スプリングハンマ１０’’は、ピストン２０の第１の端部ではなく、アンビルの衝突面１４’に弾力性ばね形状部２２が配置されている点で、図１に示されるスプリングハンマ１０とは異なる。したがって、弾力性ばね形状部は、スプリングハンマの動作時に、ピストンと共に移動せずにアンビルと共に留まり、すなわち可動でない。しかし、そのような弾力性ばね形状部は、ピストンの打撃を減衰するという上述した解決策と同じ効果を有する。アンビルの衝突面１４’に配置された弾力性ばね形状部を有するアンビルは、当然、図２のように圧縮ばねを有するスプリングハンマに配置することもできる。

[0037] 本発明のさらなる態様によれば、図１及び２に示されるような、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工された第１の端部を備えるピストン、又は図３に示されるような、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工された衝突面を備えるアンビルは、既存のスプリングハンマとは別個の製品、例えばスペア部品にすることができる。

[0038] 例示的実施形態を参照して本発明を上述したが、本発明は、多くの他の実施形態及び変更形態も含む。したがって、開示される例示的実施形態は、本発明の範囲を制限することを意図されておらず、本発明が、添付の特許請求の範囲及びそこでの定義のみによって限定される多くの他の実施形態を含むことは明らかである。

Claims (14)

1. 表面を打叩するためのスプリングハンマ（１０）であって、衝突面を有し打叩すべき表面に固定することができるアンビルと、動作時に前記アンビルの前記衝突面に向けて移動される第１の端部を有する可動ピストンと、前記アンビルに対して所定の方向に移動するように前記ピストンを案内するための案内構造と、前記ピストンを前記アンビルの前記衝突面に向けて移動させるために前記ピストンを発射するための手段とを備え、前記ピストンの前記第１の端部又は前記アンビルの前記衝突面が、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工されていることを特徴とする、スプリングハンマ（１０）。
2. 前記弾力性ばね形状部のばね定数が、前記ピストンの最大減速が５００～１０００ｇ程度になるようなものであることを特徴とする、請求項１に記載のスプリングハンマ。
3. 前記弾力性ばね形状部が、前記ピストンの中実ブロック部分の端部に一体化された湾曲中空部分を備えることを特徴とする、請求項２に記載のスプリングハンマ。
4. 前記弾力性ばね形状部が、前記アンビルの中実部分に一体化された湾曲中空部分を備えることを特徴とする、請求項２に記載のスプリングハンマ。
5. 前記湾曲中空部分が、開いた自由端を有することを特徴とする、請求項３又は４に記載のスプリングハンマ。
6. 前記弾力性ばね形状部が、高級焼戻し鋼材料から製作されていることを特徴とする、請求項１に記載のスプリングハンマ。
7. 前記ピストンを発射するための前記手段が、ばね（３０、３０’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のスプリングハンマ。
8. 前記ばね（３０’）が圧縮ばねであることを特徴とする、請求項７に記載のスプリングハンマ。
9. 前記ばね（３０）が引張ばねであることを特徴とする、請求項７に記載のスプリングハンマ。
10. 前記案内構造（２４）の外側に配置された少なくとも２つの引張ばね（３０）を備えることを特徴とする、請求項９に記載のスプリングハンマ。
11. 前記ばね（３０、３０’）に張力付与するための手段を備えることを特徴とする、請求項７に記載のスプリングハンマ。
12. 前記ばね（３０、３０’）に張力付与するための前記手段が、空気圧式張力デバイスを備えることを特徴とする、請求項１１に記載のスプリングハンマ。
13. 前記ピストンの前記第１の端部が、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工されていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のスプリングハンマ用のピストン。
14. アンビル部片の前記衝突面が、一体化された弾力性ばね形状部を形成するように機械加工されていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のスプリングハンマ用のアンビル部片。

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