TWI606222B - boiler - Google Patents

Description

鍋爐

本發明是關於懸吊式的鍋爐，特別是關於具備有可降低設置於內部之機器類的地震反應的機構之鍋爐。

鍋爐，為了避免在運轉中妨礙鍋爐本體的熱膨脹，是利用支承鐵架來懸吊鍋爐本體。因此，當地震發生時，鍋爐本體會在支承鐵架的內部像吊鐘那樣進行鐘擺運動。這時，為了限制鍋爐本體和支承鐵架之相對移位，係設有止擺裝置。

例如，專利文獻1提供一種鍋爐止擺裝置，係在位於比鍋爐本體更外側的後支桿(back stay)和用於懸吊支承鍋爐本體的支承鐵架之間設置彈塑性構件，且將該彈塑性構件分割成複數群。

[專利文獻1]日本特開平5-340502號公報

當地震發生時，不僅在鍋爐本體和支承鐵架之間會產生相對移位，在構成鍋爐本體的外殻之鍋爐罐和設置於鍋爐罐的內部之機器類(以下，將設置於鍋爐罐的內部之機器類稱為「內部構件」)之間也會產生相對移位。又該內部構件主要是配管。然而，包含專利文獻1之迄今為止被提出的止擺裝置，雖然有考慮鍋爐本體和支承鐵架之相對移位，但找不到探討如何降低內部構件類的地震反應的例子。

於是，本發明的目的是為了提供一種懸吊式鍋爐，其可降低設置於鍋爐罐的內部之內部構件的地震反應。

本發明的鍋爐，其特徵在於，係具備鍋爐本體、以及將鍋爐本體予以懸吊支承之支承鐵架；鍋爐本體係具備火爐壁、內部構件以及緩衝機構，該火爐壁，係由水管和平板狀的鰭片交互組合而成；該內部構件，是收容於火爐壁的內部；該緩衝機構，當內部構件相對於火爐壁產生超過既定值的相對移位時，會與內部構件干涉而吸收振動能量。

依據本發明，由於具備有：當內部構件相對於火爐壁產生超過既定值的相對移位時會吸收振動能量之緩衝機構，可降低內部構件的地震反應。

本發明的緩衝機構較佳為，將基於內部構件 之主振動方向的相對移位之干涉所產生的荷重施加於鰭片。

此外，在本發明的鍋爐中，緩衝機構可具備：藉由干涉進行壓縮而產生塑性變形的能量吸收體。

作為該緩衝機構，當具備有：能量吸收體、以及支承能量吸收體且固定於火爐壁之架台的情況，較佳為將架台固定於火爐壁的鰭片。該架台也能具有：藉由干涉進行壓縮而產生塑性變形之能量吸收能力。

此外，作為能量吸收體，較佳為採用蜂巢構造體，該蜂巢構造體，可將軸線沿著主振動方向配置。

以上的緩衝機構較佳為，在主振動方向上之去程側和回程側的兩側設有一對。

在本發明的鍋爐中，緩衝機構可具備：固定於火爐壁而發生彎曲及切變之阻尼要素、以及固定於內部構件而與阻尼要素干涉之干涉體。

作為該干涉體較佳為，在主振動方向之去程側和回程側的兩側設有一對。

依據本發明可提供一種懸吊式鍋爐，由於具備有：當內部構件相對於火爐壁產生超過既定值的相對移位時會吸收振動能量的緩衝機構，可降低內部構件的地震反應。

1‧‧‧鍋爐

3‧‧‧鍋爐本體

4‧‧‧內部構件

4A‧‧‧下表面

5‧‧‧支承鐵架

5A‧‧‧柱

5B‧‧‧梁

7‧‧‧懸吊構件

10‧‧‧鍋爐罐

11‧‧‧火爐壁

12‧‧‧內表面

13‧‧‧外表面

15‧‧‧水管

16‧‧‧鰭片

20‧‧‧緩衝機構

21‧‧‧架台

22‧‧‧腹板

23‧‧‧翼板

25‧‧‧能量吸收體

26‧‧‧蜂巢芯

27‧‧‧單元

28‧‧‧貫通孔

30‧‧‧緩衝機構

31‧‧‧主阻尼要素

32‧‧‧第一臂

33‧‧‧第二臂

34‧‧‧補強臂

36‧‧‧固定部

37A、37B‧‧‧卡止片

38‧‧‧插入空隙

C‧‧‧間隙

圖1係顯示本實施形態的懸吊式鍋爐之概略構造。

圖2係顯示第1實施形態的緩衝機構，(a)為局部剖面圖，(b)為側視圖。

圖3(a)~(c)係第1實施形態受到地震動時之緩衝機構的作用及效果之說明圖。

圖4(a)(b)係顯示第1實施形態的較佳能量吸收體的例子。

圖5(a)~(d)係顯示圖4的能量吸收體之塑性變形過程。

圖6(a)(b)係顯示圖4的能量吸收體的變形例。

圖7(a)~(d)係顯示第2實施形態的緩衝機構之剖面圖。

以下，根據附圖所示的實施形態，對本發明做詳細的說明。

[第1實施形態]

本實施形態的懸吊式鍋爐1，如圖1及圖2所示般，係具備：鍋爐本體3、以及包圍鍋爐本體3之支承鐵架5，鍋爐本體3是透過懸吊構件7而懸吊於支承鐵架5。支承鐵架5，雖在圖1僅顯示局部，係將朝鉛直方向延伸 之複數根柱5A、和朝水平方向延伸之複數根梁5B等組合而構成。

鍋爐本體3係具備：鍋爐罐10、及設置於鍋爐罐10的內部之主要為配管構成的內部構件4。本實施形態具備有緩衝機構20，其利用與鍋爐罐10之火爐壁11的關係來降低內部構件4的地震反應。

火爐壁11是由膜式水冷壁構成，如圖2所示般，是將水管15和平板狀的鰭片16藉由焊接交互組合而成。因此，其內表面12及外表面13成為，水管15的外周面形狀的一部分和鰭片16之表面的形狀交互地反覆之凹凸形狀。火爐壁11係具備有水管15，水管的主要目的是用於防止其過熱、將熱回收有效利用，藉由在水管15中讓水、蒸汽通過來達成此目的。因此，在火爐壁11中，比起鰭片16，水管15可說是用於維持鍋爐1的功能之更重要的要素。

緩衝機構20，如圖2(a),(b)所示般，是固定於鍋爐罐10的火爐壁11。火爐壁11係具備：面對內部構件4的內表面12、及與內表面12對置之外表面13，緩衝機構20是固定於內表面12側。

緩衝機構20，在鍋爐1的構造設計上，是設置在內部構件4和由水管15及鰭片16所構成的火爐壁11之間的間隙C的範圍內。

緩衝機構20係具備：剖面呈門型的架台21、以及安裝於架台21之能量吸收體25，該能量吸收體25， 受到內部構件4的干涉會吸收干涉所產生的能量。

架台21是由橫剖面呈門型之例如槽鋼所構成，係具備：腹板(web)22、以及與腹板22的兩端相連之一對的翼板(flange)23,23，翼板23,23橫跨火爐壁11的水管15，例如藉由焊接固定於鰭片16。如此般，緩衝機構20固定成不致使荷重直接施加於水管15。

能量吸收體25，例如藉由焊接固定在架台21的腹板22。

能量吸收體25，當地震動發生而使內部構件4進行比所想像的更大的擺動，導致受到內部構件4的干涉時，藉由進行塑性變形，可吸收運動能量而降低地震時反應。因此，能量吸收體25具有特定的機械特性，當內部構件4干涉能量吸收體25時，能在內部構件4及火爐壁11發生損傷之前就屈服。

又當地震動發生時，在鍋爐本體3的構造上，圖2之空心箭頭A的方向的擺動會比與其正交的方向更大，將其稱為主振動方向A。

此外，構成緩衝機構20之架台21及能量吸收體25，是與內部構件4及火爐壁11同樣的由耐熱鋼所構成。

接著，參照圖3來說明，具備緩衝機構20之鍋爐1受到地震動時之緩衝機構20的作用及效果。

從圖3(a)所示的穩定狀態受到地震動而使內部構件4進行相對移位而接近能量吸收體25，當終於產生干 涉、碰撞時，如圖3(b)所示般能量吸收體25進行收縮而產生塑性變形，吸收地震動所產生的能量。藉由地震動的餘震而使內部構件4一度離開能量吸收體25，然後再度干涉能量吸收體25。這時之內部構件4的移位量是比先前的相對移位變得更大。因此，能量吸收體25是比先前干涉時產生更大的收縮，而吸收地震動能量。

能量吸收體25反覆以上的舉動，依圖3(c)所示之荷重-移位的關係降低內部構件4在地震時的反應。

在緩衝機構20中，雖能量吸收體25會吸收能量，但因為架台21也會承受荷重，該荷重會傳遞到用於固定架台21之火爐壁11。要求火爐壁11不致因該荷重而喪失其功能，本實施形態回應此要求，將架台21固定於鰭片16而由鰭片16承受荷重，在水管15則避免直接承受荷重。如前述般，水管15掌管鍋爐1的功能，架台21是橫跨水管15而將翼板23,23安裝於鰭片16，縱使萬一在鰭片16發生損傷的情況，仍能確保鍋爐1的功能。

如以上所說明，依據本實施形態，由於在間隙C內具有用於吸收能量的緩衝機構20，可降低內部構件4在地震時的反應，且利用能量吸收效果能使鍋爐1的支承鐵架5全體獲得地震反應降低效果。

再者，依據本實施形態是構成為，來自緩衝機構20的荷重由鰭片16承受而不致直接傳遞到水管15，因此可確保鍋爐1的功能。

以上雖是說明一個緩衝機構20，但按照依地震動所想像的荷重，可沿平面方向、高度方向設置複數個緩衝機構20，能夠根據內部構件4的振動模式，在認為最有效的位置設置適切的數量。一般而言，是確認內部構件4的振動模式變得最大的部位，而在此設置緩衝機構20。

此外，以上的說明，為了避免水管15損傷，雖構成為腹板22及翼板23,23不接觸水管15，但只要能維持水管15的功能，讓腹板22及翼板23,23接觸水管15是可容許的。然而，在此情況也是，前提是主要由鰭片16承受荷重。

此外，以上雖是使緩衝機構20的能量吸收體25產生塑性變形，但同時或是稍後使架台21產生塑性變形而吸收能量亦可。

本實施形態所使用的能量吸收體，只要可發揮以上所說明的作用能採用任意構造，參照圖4說明其較佳例。又在圖4中，對於與圖2所示的構成要素相同的構成要素，是賦予與圖2相同的符號。

作為能量吸收體的較佳例，係圖4(b)所示的蜂巢芯26。

蜂巢芯26係如圖4(b)所示般，具有由多數個例如六角形的單元(cell)27所集合而成的構造。在各單元27形成有沿其軸線L貫穿之六角形的貫通孔28，貫通孔28是在各單元27的兩端形成開口。

如圖4(a),(b)所示般，蜂巢芯26所構成的能量吸收體，是以內部構件4干涉蜂巢芯26時的壓縮方向與軸線L方向一致的方式固定於架台21。

蜂巢芯26，當受到內部構件4干涉時，會產生收縮、變形，藉此吸收內部構件4的碰撞力所產生的能量。參照圖5說明其變遷的一例。

受到內部構件4的干涉時，蜂巢芯26會從圖5(a)之虛線所示的初期狀態進行變形、收縮，終於如圖5(b)所示般成為完全壓扁狀態。蜂巢芯26在此時點失去能量吸收能力。然後當內部構件4進一步產生較大的相對移位時，如圖5(c)所示般，取代蜂巢芯26而使架台21產生塑性變形，使緩衝機構20全體發揮吸收能量的作用。該圖5(a),(b),(c)的變遷，可用圖5(d)之荷重-移位線圖表示。又圖5(d)中的(a),(b),(c)是對應於圖5(a),(b),(c)的狀態。

作為能量吸收體之蜂巢芯26也是與前述能量吸收體25同樣的具有特定的機械特性，能在內部構件4及火爐壁11發生損傷之前就屈服，此外，可根據內部構件4的振動模式，而在認為最有效的位置設置適切的數量。具體而言是如圖6(a)所示般，隔著間隔設置複數個緩衝機構20；或是如圖6(b)所示般，設置其尺寸可橫跨三個鰭片16之緩衝機構20。

[第2實施形態]

接著，關於本發明的第2實施形態，參照圖7做說明。又關於與第1實施形態相同的構造，是在圖7中賦予與圖2相同的符號。

第2實施形態的緩衝機構30構成為，採用產生彎曲及切變之阻尼構造，且對於地震動所造成的來回振動可進行能量吸收。

緩衝機構30係如圖7(a),(b)所示般，係具備主阻尼要素31及阻尼接受具35。該主阻尼要素31，是設於內部構件4之最靠近火爐壁11的水平(寬度)方向H的一端部，且位於鉛直(上下)方向V的下端部，其設置於火爐壁11側；該阻尼接受具35，是設於內部構件4側，在主振動方向A產生超過既定值的振動時會與主阻尼要素31產生干涉。

主阻尼要素31係具備第一臂32及第二臂33。第一臂32，其一端(固定端)側固定於火爐壁11的鰭片16，是從火爐壁11垂直地延伸；第二臂33，其一端(固定端)側固定於第一臂32的另一端(自由端)側，是與火爐壁11平行地延伸。

主阻尼要素31設置成，第一臂32位於離內部構件4之水平方向H的端部既定距離的位置，此外，第二臂33位於離內部構件4之鉛直方向V的下端部既定距離的位置。

阻尼接受具35係安裝於內部構件4的下表面4A之橫剖面呈門型的例如槽鋼所構成的構件。阻尼接受 具35係具備：固定於下表面4A之固定部36、以及從固定部36之寬度方向的兩端往下垂之一對的卡止片37A,37B。又在此指的寬度方向是與地震動所發生的方向一致。此外，固定部36及卡止片37A,37B雖是矩形的平板所構成，但這只不過是一例，只要能達成期望的目的，其形態沒有特別的限定。

阻尼接受具35，是在卡止片37A,37B之間設有插入空隙38，在該插入空隙38讓主阻尼要素31之第二臂33插入。插入空隙38的寬度W38設定為比內部構件4的厚度T更大，在穩定時，內部構件4是與卡止片37A,37B分離。

接下來說明，具備緩衝機構30之鍋爐1受到地震動時之緩衝機構30的作用及效果。

當從穩定狀態受到地震動而使內部構件4進行相對移位時，阻尼接受具35的卡止片37A會接近第二臂33，終於產生干涉。如此，使主阻尼要素31的第二臂33彎曲及切變而產生塑性變形，藉此吸收地震動所產生的能量。藉由地震動的餘震而使第二臂33一度離開卡止片37A，然後再度干涉卡止片37B。這時內部構件4的移位量是比先前的相對移位更大。因此，使第二臂33彎曲及切變而產生塑性變形，進行比先前干涉時更大幅地收縮而吸收地震動能量。

構成主阻尼要素31之第二臂33反覆以上的舉動，依圖7(d)所示的荷重-移位的關係將內部構件4在地震時 的反應降低。此外，如圖7(c)所示般，將用於補強第一臂32之補強臂34設置在第一臂32和鰭片16之間，藉此可縮小第一臂32的構造。

又雖然經由塑性變形來吸收能量主要是由第二臂33所進行，但如第一實施形態所示般，作為支承構件之圖7(a)、(b)的第一臂32、圖7(c)的第一臂32、補強臂34、卡止片37A、37B成為塑性化構造當然也可以。

如以上所說明，第2實施形態的緩衝機構30也是與第1實施形態的緩衝機構20同樣的，可降低內部構件4在地震時的反應，且利用能量吸收效果能使鍋爐1之支承鐵架5全體獲得地震反應降低效果。此外，因為採用使來自緩衝機構20的荷重由鰭片16承受而不致直接傳遞到水管15的構造，可確保鍋爐1的功能。

此外，在第2實施形態，由於在主振動方向A上隔著間隔具備一對的卡止片37A,37B，對於來回振動之去程側和回程側各個都能進行能量吸收，當像地震動那樣反覆產生來回振動的情況，能使能量吸收量變大，而提昇地震反應降低效果。

此外，第1實施形態的緩衝機構20必須設置在內部構件4和火爐壁11之間，因此其設置位置可能受內部構件4和火爐壁11之間的間隔之限制。相對於此，第2實施形態的緩衝機構30可設置在內部構件4的下表面4A，其設置位置幾乎沒有限制。此外，雖緩衝機構20之能量吸收體25的收縮量(變形量)必須比內部構件4和火爐 壁11之間的間隔更小，但阻尼接受具35設置在內部構件4的下表面4A之緩衝機構30則沒有這種限制，因此能使變形量擴大。

以上雖是說明本發明二個較佳實施形態，但在不脫離本發明主旨的範圍內，可將上述實施形態所舉的構造予以取捨選擇、或適宜地變更為其他構造。

1‧‧‧鍋爐

3‧‧‧鍋爐本體

5‧‧‧支承鐵架

5A‧‧‧柱

5B‧‧‧梁

7‧‧‧懸吊構件

10‧‧‧鍋爐罐

11‧‧‧火爐壁

Claims (18)

1. 一種鍋爐，其特徵在於，係具備鍋爐本體、以及將前述鍋爐本體予以懸吊支承之支承鐵架；前述鍋爐本體係具備火爐壁、內部構件以及緩衝機構，前述火爐壁，係由水管和平板狀的鰭片交互組合而成；前述內部構件，是收容於前述火爐壁的內部；前述緩衝機構，當前述內部構件相對於前述火爐壁產生超過既定值的相對移位時，會與前述內部構件干涉而吸收振動能量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鍋爐，其中，前述緩衝機構，係將基於前述內部構件之主振動方向的相對移位之前述干涉所產生的荷重施加於前述鰭片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鍋爐，其中，前述緩衝機構係具備：藉由前述干涉進行壓縮而產生塑性變形的能量吸收體。
4. 如申請專利範圍第2項所述之鍋爐，其中，前述緩衝機構係具備：藉由前述干涉進行壓縮而產生塑性變形的能量吸收體。
5. 如申請專利範圍第3項所述之鍋爐，其中，前述緩衝機構係具備：前述能量吸收體、及用於支承前述能量吸收體且固定於前述火爐壁之架台；前述架台係固定於前述火爐壁的前述鰭片。
6. 如申請專利範圍第4項所述之鍋爐，其中，前述緩衝機構係具備：前述能量吸收體、及用於支承前述能量吸收體且固定於前述火爐壁之架台；前述架台係固定於前述火爐壁的前述鰭片。
7. 如申請專利範圍第5項所述之鍋爐，其中，前述架台係具備：藉由前述干涉進行壓縮而產生塑性變形之能量吸收能力。
8. 如申請專利範圍第6項所述之鍋爐，其中，前述架台係具備：藉由前述干涉進行壓縮而產生塑性變形之能量吸收能力。
9. 如申請專利範圍第1項所述之鍋爐，其中，前述能量吸收體是由蜂巢構造體所構成，前述蜂巢構造體，係將軸線沿著前述主振動方向配置。
10. 如申請專利範圍第5項所述之鍋爐，其中，構成前述緩衝機構之前述能量吸收體及前述架台，是由耐熱鋼所構成。
11. 如申請專利範圍第5項所述之鍋爐，其中，前述架台係具備：腹板、以及與前述腹板的兩端相連之一對的翼板；前述能量吸收體係固定於前述架台的前述腹板；前述一對的翼板，係橫跨前述火爐壁的前述水管而固定於前述鰭片。
12. 如申請專利範圍第11項所述之鍋爐，其中， 前述能量吸收體是藉由焊接固定於前述架台的前述腹板；前述一對的翼板是藉由焊接固定於前述鰭片。
13. 如申請專利範圍第2項所述之鍋爐，其中，以前述干涉所產生的前述荷重不致直接施加於前述水管的方式，將前述緩衝機構固定於前述鰭片。
14. 如申請專利範圍第1項所述之鍋爐，其中，前述內部構件係配管。
15. 如申請專利範圍第2項所述之鍋爐，其中，前述緩衝機構係在前述主振動方向上之去程側和回程側的兩側設有一對。
16. 如申請專利範圍第1項所述之鍋爐，其中，前述緩衝機構係具備：固定於前述火爐壁而發生彎曲及切變之阻尼要素、以及固定於前述內部構件而與前述阻尼要素干涉之干涉體。
17. 如申請專利範圍第16項所述之鍋爐，其中，前述干涉體係在前述主振動方向上之去程側和回程側的兩側設有一對。
18. 如申請專利範圍第1、2、5~17項中任一項所述之鍋爐，其中，前述緩衝機構係具備：前述干涉進行壓縮而產生塑性變形的能量吸收體； 前述能量吸收體係構成為具有：在前述內部構件干涉前述能量吸收體時，前述內部構件及前述火爐壁發生損傷之前就屈服的機械特性。