JPH03152301A - 石炭燃焼ボイラの免震形支持構造および免震形支持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は石炭焚ボイラ支持構造に係り、特に耐震性の向
上に好適な石炭焚ボイラ支持構造物に関する。

（従来の技術〕 従来のボイラ支持構造では石炭焚の場合は第４図、その
他の場合は第６図に示すように、ボイラ１あるいは石炭
バンカ３に作用する水平方向地震荷重は、開な結合部材
であるサイスミツクタイ９あるいはバンカ固定部材１１
によりボイラ支持建屋２あるいはバンカ支持建屋４に伝
達する構造となっている。これに対し、発明者の発明に
かかる特願昭６３−３０５５２７号において、第５図に
示すように、サイスミツクタイ９よりも陣１性が小さく
、かつ地震エネルギ吸収機能を有する免震デバイス、例
えばオイルダンパ、摩擦ダンパ等を介してボイラｌとボ
イラ支持建屋２の間を結合する方法を提案した。しかし
、最近ますます大型化し、１０１００Ｏ級以上の規模の
プラントも計画されつつある石炭焚ボイラにおいては、
石炭満杯時の石炭バンカ３の重量がボイラ本体１の重量
とほぼ等しくなることがある。

第１表は、ボイラ本体に対する支持家屋、バンカ本体、
補機等の重量比を石炭焚とそれ以外の場合について示し
たものである。

第１表　ボイラ本体に対する重量比 表において、石炭満杯時の石炭バンカの重量がボイラ本
体の重量とほぼ等しくなっている。このために、第３図
に示すようにボイラ１のみに免震対策を施した場合、石
炭焚以外のボイラに比べて免震構造の効果が小さいこと
、また、石炭バンカ３の重量が貯炭量に応じて変化し、
従ってボイラ構造物全体としての振動特性が変動すると
いう石炭焚ボイラ特有の現象に対する考慮がなされてい
ないことの２点の問題が残っていた。

前述のように石炭焚ボイラが大型化する傾向にあること
、他の燃料のボイラに比べて大きな火炉を必要とするた
め、構造的にも大型化せざるを得ないこと（１００ＯＭ
Ｗ級のボイラ構造物の高さの観点から見ると、例えば重
油焚では高さが６５ｍ程度であるのに対し、石炭焚では
約９０ｍとなる）、また敷地難から埋立地などの軟弱地
盤上への建設のケースが増加することなどを考えると、
上記の２点の問題は建設のためのコスｌ−（特に杭、コ
ンクリートマット等の基礎構造）、耐震信頼性の両面か
ら重要な課題として残されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記技術は石炭焚ボイラにおける石炭バンカの重量とそ
の変動に対する配慮がなされておらず、十分な免震効果
が期待できないという問題があった。本発明の目的は、
石炭焚ボイラにも適用可能な免震形ボイラ構造および免
震形支持方法を提供することにある。

（課Ｕを解決するための手段〕 上記した技術の課題は、伝熱管で構成した水壁で四項さ
れたボイラ本体を吊持する鉄骨構造のボイラ支持建屋と
、ボイラへ供給する石炭を貯蔵する石炭バンカを支持す
る鉄骨で構成するバンカ支持建屋からなる石炭燃焼ボイ
ラの支持構造において、石炭バンカおよびボイラ本体を
免震デバイスを介して石炭バンカ支持建屋およびボイラ
支持建屋と結合したことを特徴とする石炭燃焼ボイラの
免震形支持横遣、および ボイラ本体を鉄骨構造のボイラ支持建屋で吊持し、ボイ
ラへ供給する石炭を貯蔵する石炭ノインカを鉄骨で構成
した石炭バンカ支持建屋で支持する石炭燃焼ボイラの支
持方法において、ボイラ本体および石炭バンカをそれぞ
れ免震デバイスを介してボイラ支持建屋および石炭バン
カ支持建屋に結合するとともに、石炭バンカ内の石炭量
を計測し１、その計測値に基づき石炭バンカをその支持
建屋に結合する免震デバイスの特性を制御するようにし
たことを特徴とする石炭燃焼ボイラの免震形支持方法に
より解決される。

〔実施例〕

本発明の具体的な実施例を第１図により説明する。図に
おいてボイラ１と石炭バンカ３は低剛性でかつ地震エネ
ルギ吸収機能を有する免震デバイス８により結合されて
いる。免震デバイスとしては、オイルダンパ、摩擦ダン
パ、塑性ダンパ等がある。

次に免震デバイス８の配置について述べる。石炭バンカ
３はその形状から重量分布は上方に行くほど大きくなる
。これに対応して免震デバイス８を重心位置か、それよ
りも上方に配置し、下方は従来の直間性を有するバンカ
固定部材１１で拘束する。このようにすることにより、
地震時の石炭バンカ３とバンカ支持建屋４間の相対変位
は上部で大、下部で小となる。特に石炭バンカ３の下端
は石炭粉砕機に配管で結合しているため、相対変位を拘
束する必要がある。石炭バンカ３の自重は従来通りバン
カ固定部材１１を介してバンカ支持建屋４で支持する。

また、ボイラ１についてもスーパーヒータ、リヒータ等
の伝熱管やヘッダの存在のため重量分布が上部に行くほ
ど大きくなるため、サイスミツクタイ９および免震デバ
イス８の配置は石炭バンカ３の場合と同様である。

また、石炭バンカ３の貯炭量の変動によりボイラ構造物
全体としての振動特性が変化し、従って免震効果も変動
することになる。これに対処するためには石炭バンカ３
に対しては、免震デバイス８０代わりにその特性が可変
で制御可能な免震デバイス１０（可制御型免震デバイス
）を使用し、その特性（岡１１性、減衰性能）を貯炭量
に応じて制御することが必要となる。このようなデバイ
スの一例として、減衰可変オイルダンパがある。

本発明になるボイラ免震構造による地震応答低減のメカ
ニズムを振動モードの考え方を用いて説明する。第９図
は従来構造における振動モードを示す。石炭バンカ３０
、バンカ建屋３１、ボイラ建屋３２およびボイラ３３を
上下の線分で示し、各々点線の位置が基準線（変形なし
の状態）を示す、また簡単のためにボイラとボイラ支持
建屋間、石炭バンカとバンカ支持建屋間の結合位置は上
下２か所とする。従来構造では上下の結合とも免震デバ
イスの５〜１０倍の高剛性を有するサイスミツクタイ３
４、バンカ固定部材３６を使用しているため、石炭バン
カ３０、バンカ支持建屋３１、ボイラ３３およびボイラ
支持建屋３２の４つの構造物が同一方向に変形している
。これは、大重量構造物であるボイラ３３および石炭バ
ンカ３０に作用する地震荷重がそのままボイラ建屋３２
、バンカ支持建屋３１に作用していることを示している
。

これに対し、本発明になる免震構造では第１０図に示す
ように、第９図の基本振動モードに対応する２つの振動
モードが生じる。つまり、ボイラ３３の変形が卓越する
１次モードと石炭バンカ３０の変形が卓越する２次モー
ドに分離される。その場合の地震応答は、以下の騨由に
より低減される。

（１）第１０図の２つの振動モードでは、ボイラ３３と
石炭バンカ３０が各々逆位相で運動し、相互に運動を抑
制する方向に作用する。

（２）ボイラ３３ボイラ支持建屋３２間、石炭バンカ３
０バン力支持建屋３１間の相対変形により、免震デバイ
ス３５のタイプに応じた粘性、摩擦あるいは塑性等のメ
カニズムにより地震エネルギーが吸収される（熱エネル
ギーに変換される）。従って構造物としての減衰性能が
向上する。

（３）２つの振動モードの固有振動数が一般に異なるた
め、これらの振動モード間での位相差が生じ、相互に打
消し合う。

次に実際の地震応答について、支持建屋に作用するせん
断力とモーメント荷重のシミュレーション結果を述べる
。支持建屋の構造は主にせん断力によって決定される。

また高さＯｍ（基礎上）でのモーメントは転倒モーメン
トと呼ばれ、主にこの値に基づいて杭、コンクリートマ
ット等の基礎の構造が決定される。まず第８図は石炭焚
以外のボイラにおける地震応答を示し、Ｂｏは第６図の
従来構造、Ｂｔは第５図の免震支持構造の地震応答を示
す、せん断力、モーメントとも顕著な差異があり、特に
転倒モーメントは免震構造の採用により、約４５％小さ
（なっている０次に本発明の対象となる石炭焚ボイラの
場合を第７図に示す。

八〇は第４図の従来の支持構造、Ａ、は第３図のように
ボイラのみを免震構造にした場合を示し、八〇は第１図
〜第２図のように本発明になる、ボイラ、石炭バンカの
両者を免震構造にした場合について比較して示している
。Ａ、では免震効果はあるものの、第８図の石炭焚以外
のボイラの場合に比べてその効果は小さいが、本発明に
なる第１図、第２図の支持構造についての特性Ａ！ある
いはＡ８°では石炭焚以外のボイラの場合とほぼ同様の
免震効果が得られる。

以上は石炭がバンカ３に満杯の状態を想定したものであ
るが、以下、石炭の量が変動した場合の石炭バンカ３−
バンカ支持建屋４間の免震デバイス１０の制御方法につ
いて、簡単のために１質点モデルにより考察する。可制
御型免震デバイス１０として前述のオイルダンパの使用
を仮定する。

従って、運動方程式 ％式％（１） ここにｍ：質量 Ｃ：減衰係数 に：剛性係数 ｘｏ　：地震入力加速度 Ｘ：地震応答変位 において、ｍが変化した場合の適切なＣの値を設定する
ことになる。ここで、地震入力Ｘ０に対する地震応答変
位Ｘの周波数応答関数Ｇ　（ｗ）は、に 二にＷ；入力振動数 Ｗｏ　：固有振動数 であり、その最大値は となる。従ってｋを一定とした場合、ｍが変化してもＧ
ｍａｘを一定に保つには、 Ｃｃｃｍコ／！　　　　　　　　　　　　　　　　（４
）の関係を保つようにすればよい。つまり、貯炭Ｖに対
して（４）式に基づいてオイルダンパの減衰性能を制御
することにより、貯炭量の変動にかかわらず最適な免震
効果が保障されることになる。

最後に免震デバイスの特性の設定においては、石炭バン
カ３やボイラ１に付属する配管類等の取り合いを考慮し
た場合、各々の支持建屋との相対変位は１０ｃｍ程度以
下となるように留意する必要がある。

石炭バンカ９の貯炭量は、バンカを支えるバンカ固定部
材１１に荷重計（ロードセル）を取付けて測定する。す
なわち、ロードセルの出力によりバンカ重量ｍを求め、
（４）式によりその際の最適のＣの値を求める。第１２
図は第１１図のような可変型オイルダンパを使用した免
震デバイスである。オイルダンパのインチピストンの回
転により、オイルの流路面積θ１を変化させることによ
り、減衰係数Ｃをコントロールする。Ｃとθ１の関係を
第１３図に示す。従って、バンカ重量ｍをロードセルよ
り求め、（４）式よりその際の最適なＣを算出し、第１
３図よりこのＣに対応するθ１に設定することになる。

第７図および第８図に示した特性の数多くの検討の結果
、ボイラあるいは石炭バンカの各重心位置より上部の結
合装置の剛性の合計値が、重心位置より下方に設けた結
合装置の剛性の合計値の１１５〜１／５〜１／１０程度
にするとよい結果が得られることがわかった。この場合
、結合装置としては石炭バンカの下部に設けた石炭バン
カ固定部材（第１図の符号１１）や、ボイラ本体下部に
設けたサイスミツクタイ９（第１図）をも含むことはも
ちろんである。

本発明の他の実施例を第２図に示す。本実施例は石炭バ
ンカ３は従来の高剛性なバンカ固定部材１１により支持
し、バンカ支持建屋４−ボイラ支持建屋２間を低剛性の
免震デバイス８あるいは可制御型免震デバイス１０で結
合するものであり、前述の本発明の実施例と同程度の免
震効果が期待できる。また第１図の場合には、複数台の
石炭バンカ３の免震デバイス８を同時に最適化、または
制御しなければならないが、本例では石炭バンカ３とバ
ンカ支持建屋４が一体となって運動するため、上記の問
題点が生じず、耐震設計上有利である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、石炭燃焼ボイラの支持構造物における
石炭バンカ支持建屋、ボイラ支持建屋および基礎に作用
する地震荷重の低減の効果があり、鉄骨および基礎構造
の重量低減が達成できるとともに、耐震性の向上に寄与
する。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明になる石炭燃焼ボイラの支持構
造説明図、第３図と第５図は本出願人の先願に係るボイ
ラ支持構造説明図、第４図と第６図は従来技術になるボ
イラ支持構造説明図、第７図、第８図は地震応答シミュ
レーションデータ説明図、第９図と第１Ｏ図は振動モー
ドのシミュレーションデータ図、第１１図は本発明で使
用する免震デバイス用オイルダンパの概要図、第１２図
はオイルダンパを使った免震デバイスの概要図、第１３
図は第１１図のオイルダンパの特性説明図である。 １・・・ボイラ、２・・・ボイラ支持建屋、３・・・石
炭バンカ、４・・・石炭バンカ支持建屋、５・・・脱硝
装置、６・・・空気予熱器、７・・・ペースマット、８
・・・免震デバイス、９・・・サイスミツクタイ、１０
・・・可制御型免震デバイス、１１・・・石炭バンカ固
定部材、１２・・・吊りボルト。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）伝熱管で構成した水壁で囲繞されたボイラ本体を
   吊持する鉄骨構造のボイラ支持建屋と、ボイラへ供給す
   る石炭を貯蔵する石炭バンカを支持する鉄骨で構成する
   バンカ支持建屋からなる石炭燃焼ボイラの支持構造にお
   いて、石炭バンカおよびボイラ本体を免震デバイスを介
   して石炭バンカ支持建屋およびボイラ支持建屋と結合し
   たことを特徴とする石炭燃焼ボイラの免震形支持構造。
2. （２）ボイラ本体を鉄骨構造のボイラ支持建屋で吊持し
   、ボイラへ供給する石炭を貯蔵する石炭バンカを鉄骨で
   構成した石炭バンカ支持建屋で支持する石炭燃焼ボイラ
   の支持方法において、ボイラ本体および石炭バンカをそ
   れぞれ免震デバイスを介してボイラ支持建屋および石炭
   バンカ支持建屋に結合するとともに、石炭バンカ内の石
   炭量を計測し、その計測値に基づき石炭バンカをその支
   持建屋に結合する免震デバイスの特性を制御するように
   したことを特徴とする石炭燃焼ボイラの免震形支持方法
   。
3. （３）請求項（１）において、ボイラまたは石炭バンカ
   の各重心位置より上部の結合装置の剛性の合計値を、重
   心位置より下方に設けた結合装置の剛性の合計値の１／
   ５〜１／１０としたことを特徴とする石炭燃焼ボイラの
   免震形支持構造。