WO2019138667A1 - ボイラ構造 - Google Patents

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WO2019138667A1
WO2019138667A1 PCT/JP2018/041005 JP2018041005W WO2019138667A1 WO 2019138667 A1 WO2019138667 A1 WO 2019138667A1 JP 2018041005 W JP2018041005 W JP 2018041005W WO 2019138667 A1 WO2019138667 A1 WO 2019138667A1
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steel frame
support
seismic isolation
supporting steel
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将樹 下野
基規 加藤
邦宏 森下
達也 天野
邦旬 本江
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
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    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/24—Supporting, suspending, or setting arrangements, e.g. heat shielding

Definitions

  • the present invention relates to a boiler structure.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2018-001273, filed January 9, 2018, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 includes a support steel frame for supporting a boiler can by suspending it and a seismic isolation device for supporting each of a plurality of columns, and each seismic isolation device is a horizontal reaction force generated in a plurality of column bases. Accordingly, the seismic isolation structure of the boiler support steel frame in which the seismic isolation characteristics are set is described. In this case, due to the effect of seismic isolation, it is possible to significantly reduce the seismic force acting on the supporting steel frame.
  • Patent Document 2 describes a configuration in which a chimney can be rockably supported by a chimney support structure in a structure configured of a boiler can, a boiler support frame, a chimney supported on top of a boiler support steel frame, and a chimney support frame. It is done.
  • a damping mechanism including a viscous damper and a spring is installed between the chimney and the chimney support structure, and the chimney and the boiler support structure are vibrated in synchronization by adjusting the spring constant of the spring.
  • the conventional boiler structure has the following problems. That is, in the case of Patent Document 1, in order to further reduce the seismic force acting on the supporting steel frame, it is necessary to significantly prolong the natural period of the supporting steel frame when seismic isolation is made. The amount of cyclical movement tends to increase the response displacement of the supporting steel frame during an earthquake. As described above, when the response displacement of the supporting steel frame at the time of the earthquake becomes large, a large relative displacement occurs between the peripheral equipment installed in the supporting steel frame (or the boiler can) and the piping and the supporting steel frame (or the boiler can). Peripheral equipment and piping could be damaged.
  • Patent Document 2 The structure described in Patent Document 2 is configured to aim at reducing seismic response by vibrating the chimney and the boiler support frame in synchronization.
  • the chimney support frame side has a complicated structure and vibration characteristics that are greatly influenced by higher order modes, there is a possibility that the chimney and the chimney support frame do not synchronize well at the time of an earthquake.
  • the vibration characteristics of the chimney support structure are determined by the cross-sectional shape of the steel frame, and it is difficult to change, so it may not be possible to synchronize by just adjusting the spring constant of the damping mechanism. There was room.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a boiler structure capable of preventing damage to peripheral devices and piping by effectively reducing the response displacement of a supporting steel frame. I assume.
  • a boiler structure comprises a seismic isolation device disposed on a foundation, a support steel frame whose lower end is supported by the seismic isolation device, and horizontal rocking with respect to the support steel frame. It is characterized in that it comprises a boiler body having an upper end supported thereon, and a damper which is connected to the support steel frame and the boiler body and operates in a horizontal direction.
  • the vibration of the supporting steel frame is absorbed by the damper connected to the supporting steel frame and the boiler main body and damping is added because the boiler body and the supporting steel frame vibrate in synchronization.
  • the natural period of the supporting steel frame is dominated by the mode in which the seismic isolation layer swings, and is hardly affected by the higher-order modes, so the vibration of the supporting steel frame is less likely to cause variations in characteristics, which is efficient An additional damping effect is obtained.
  • the boiler main body can be supported in a suspended state by the support steel frame via the first spring.
  • the rigidity of the first spring By adjusting the spring constant, it is possible to easily adjust the natural period of the boiler body. As a result, it is possible to easily synchronize the natural cycle of the boiler body and the natural cycle of the seismically isolated supporting steel frame. Therefore, there is an advantage that it is not necessary to change the length of the hanging portion of the boiler body when adjusting the natural cycle of the boiler body, as in the case where the boiler body is suspended from the supporting steel and vibrates as a pendulum.
  • the first spring may be a multistage pendulum.
  • the boiler structure according to the present invention is configured to be connected to the support steel frame and the boiler main body and operated in the horizontal direction, and provided with a second spring arranged in parallel to the damper. It is also good.
  • an additional mass may be provided to the boiler body.
  • the effect as the tuning mass damper is increased, and the additional damping effect can be improved.
  • the boiler body is a suspended structure and the natural cycle is determined only by the hanging length, the natural cycle does not change even if the additional mass is added to the boiler body, and the additional damping effect can be enhanced.
  • a stopper that restricts horizontal swinging of the boiler body is provided between the support steel frame and the boiler body.
  • the side surface of the boiler body or the anti-vibration portion installed on the boiler body abuts on the stopper, and the movement in the horizontal direction is restricted. Therefore, the contact between the boiler body and the support steel can be prevented. Therefore, it also becomes possible to prevent damage to peripheral equipment and piping installed in the supporting steel frame.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a boiler structure according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic diagram which shows the acceleration response spectrum of a seismic wave. It is a schematic diagram which shows the displacement response spectrum of a seismic wave. It is the side view which showed the boiler structure by 2nd Embodiment typically. It is the side view which showed the boiler structure by 3rd Embodiment typically. It is the side view which showed the boiler structure by 4th Embodiment typically. It is the side view which showed the boiler structure by 5th Embodiment typically. It is a side view which shows the detail of the stopper shown in FIG. It is the side view which provided the buffer member in the contact plate shown to FIG. 8A. It is the side view which showed the boiler structure by 6th Embodiment typically. It is a side view which shows the detailed structure of the multistage pendulum shown in FIG.
  • the boiler structure 1 As shown in FIG. 1, the boiler structure 1 according to the first embodiment is provided on the foundation 10, and the seismic isolation device 2 disposed on the foundation 10 and the lower end of the seismic isolation device 2 Is connected to the supporting steel frame 3 supported, the boiler can 4 which is a boiler body supported at its upper end so as to be horizontally swingable with respect to the supporting steel frame 3, the supporting steel frame 3 and the boiler can 4; And a damper 11 operating in the horizontal direction.
  • the supporting steel frame 3 combines a plurality of vertically extending columns 31, 31, ..., a plurality of horizontally extending beams 32, 32, ..., and a plurality of vertical braces 33, 33, ... It is configured.
  • the boiler structure 1 is erected on the foundation 10 with the seismic isolation device 2 interposed between the boiler structure 1 and a column base 31 a which is the lower end portion of the column 31 that constitutes the support steel frame 3.
  • the boiler can 4 is suspended from the top of the support steel 3 via a plurality of suspension bars 34 fixed to the uppermost layer beam 32 so as not to restrain thermal expansion during operation.
  • the hanging bar 34 is, for example, a linear member such as a hanging rod, is supported in a state of being hung from the beam 32 of the uppermost layer, and the lower end is fixed to the upper end of the boiler can 4.
  • the damper 11 is a damping element that absorbs displacement energy, and in order to damp horizontal swing of the boiler can 4, the horizontal direction is between the boiler can 4 and the pillar 31 located at the outermost periphery of the support steel 3 It is intervened to be bridged.
  • the damper 11 for example, one having no rigidity such as an oil damper may be mentioned.
  • the seismic isolation device 2 is installed between the column base 31 a of each column 31 and the foundation 10 as described above.
  • the seismic isolation characteristics of the seismic isolation device 2 are set according to the magnitude of the horizontal reaction force (hereinafter simply referred to as the column base reaction force) generated on the column base 31a by the seismic force acting on the support steel frame 3, and all The seismic isolation device 2 is set to behave in synchronization.
  • various seismic isolation apparatuses such as a slide combined combined seismic isolation system, a lead rubber cored rubber bearing system, a high damping laminated rubber bearing system, etc., can be adopted, for example.
  • the natural period Tb of the structure formed of the boiler can 4 and the hanging bar 34 and the natural period Ts of the structure formed of the seismic isolation device 2 and the support steel 3 are equal.
  • the characteristics (stiffness etc.) of the hanging bar 34 and the seismic isolation device 2 are adjusted. It is preferable that the natural period Tb and the natural period Ts do not match the natural period of the internal element of the boiler can 4.
  • the natural period Tb of the structure configured of the boiler can 4 and the hanging bar 34 can be adjusted by changing the length of the hanging bar 34 that suspends the boiler can 4.
  • the vibration energy of the support steel frame 3 is absorbed by the dampers 11 connected to the support steel frame 3 and the boiler can 4 by the vibration of the boiler can 4 and the support steel frame 3 in synchronization and damping is added.
  • the natural period of the supporting steel frame 3 is dominated by the mode in which the seismic isolation layer swings and is hardly affected by the higher mode, so the vibration of the supporting steel frame 3 has less variation in characteristics, The additional damping effect can be obtained efficiently.
  • the supporting steel frame is not seismic isolation, the vibration characteristics of the supporting steel frame become complicated, so even if a design aimed at causing the boiler can and the supporting steel frame to vibrate in unison, the actual earthquake Sometimes, the supporting steel frame side is affected by the higher order mode, causing variations in vibration characteristics, and it may not be possible to synchronize well.
  • the boiler can 4 behaves as a tuned mass damper (TMD) at the time of the earthquake.
  • M weight
  • K spring coefficient
  • C damping coefficient
  • the boiler structure 1 of the present embodiment has a structure in which the response acceleration and response displacement of the support steel frame are reduced by both the seismic isolation and the effect of TMD.
  • the boiler can 4 and the boiler suspension spring are used.
  • a hanging bar 34 can be used.
  • FIG. 2 shows a schematic view of an acceleration response spectrum of seismic waves.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a displacement response spectrum of seismic waves.
  • the response (comparative example 1) of the supporting steel frame before seismic isolation is shown by the point A, and the supporting steel frame when seismic isolation is carried out like prior art (Unexamined-Japanese-Patent No. 2015-121045)
  • the response (comparative example 2) is indicated by point B, and the response (example 1) of the supporting steel frame 3 according to the present embodiment is indicated by point C.
  • the characteristic period Ts of the structure composed of the seismic isolation device 2 and the supporting steel frame 3 (Ts A at point A of Comparative Example 1, Ts B at point B of Comparative Example 2, Ts C at point C of Example 1) is long Since response acceleration tends to decrease and response displacement tends to increase with periodicity, in the case of the seismic isolation structure of comparative example 2 (point B), it is compared with comparative example 1 (point A) that is not seismic isolation.
  • the response acceleration decreases from Sa A to Sa B
  • FIG. 3 the response displacement increases from Sd A to Sd B.
  • Example 1 the damping can be imparted by the synchronization of the boiler can 4 and the supporting steel frame 3, so that both the acceleration response spectrum and the displacement response spectrum are reduced.
  • the response acceleration is reduced from Sa B to Sa C as shown in FIG. 2 and the response displacement is reduced from Sd B to Sd C as shown in FIG. 3 than in the base isolation structure of B). Therefore, in the case of Example 1 (Point C), compared with the seismic isolation structure of Comparative Example 2 (Point B), peripheral equipment and piping installed in the supporting steel frame 3 (or the boiler can 4); Since the relative displacement between the support steel frames 3 (or the boiler can 4) is reduced, it is possible to prevent damage to peripheral equipment and piping.
  • the boiler structure 1A according to the second embodiment is replaced by the boiler bar 4 (boiler main body) in place of the hanging bar 34 (see FIG. 1) of the first embodiment described above.
  • a shear spring 12 that is a first spring that elastically deforms in the horizontal direction
  • a slider 13 that can move in the horizontal direction.
  • the shear springs 12, 12 are disposed on both sides in the horizontal direction, and two sliders 13, 13 are disposed between the shear springs 12, 12.
  • the shear spring 12 and the slider 13 are vertically connected between the beam 32 of the uppermost layer of the support steel frame 3 and the upper end of the boiler can 4 and arranged to damp the vibration in the horizontal direction.
  • the slider 13 is movable in the horizontal direction, and is a mechanism capable of supporting the vertical load of the boiler can 4.
  • the boiler can 4 does not vibrate as a pendulum during an earthquake, but vibrates due to the deformation of the shear spring 12 and the slider 13 connected between the boiler can 4 and the support steel 3.
  • the rigidity (spring constant) of the shear spring 12 and the slider 13 the natural cycle Tb of the boiler can 4 can be easily adjusted.
  • the natural cycle Tb of the boiler can 4 can be easily adjusted.
  • the number of shear springs 12 is reduced, and the slider 13 which can move in the horizontal direction and can support the vertical load of the boiler can 4 is provided, so the rigidity of the suspension portion is reduced. can do.
  • the boiler structure 1B according to the third embodiment shown in FIG. 5 is a spring which is a second spring in parallel with the damper 11 serving as a damping element of the boiler structure 1 (see FIG. 1) of the first embodiment described above.
  • a member 14 is provided.
  • the spring member 14 is provided for each of the dampers 11 and is a pillar positioned at the outermost periphery of the boiler can 4 and the support steel 3 in order to damp horizontal vibration of the boiler can 4 and absorb displacement energy. It is interposed so as to be bridged horizontally between 31 and.
  • the natural period Tb of the boiler can 4 can be easily adjusted by adjusting the spring constant of the spring member 14 disposed in parallel with the damper 11.
  • the boiler structure 1C according to the fourth embodiment shown in FIG. 6 has a weight 41 (additional mass ⁇ M) indicated by a two-dot chain line in the boiler can 4 in the boiler structure 1 (see FIG. 1) of the first embodiment described above. It is the composition provided by adding). That is, the weight of the boiler can 4 is the weight Mb before the addition and the weight of the additional mass ⁇ M (Mb + ⁇ M).
  • the configuration of the weight 41 (additional mass ⁇ M), shape, number, mounting position and the like of the weight 41 of the boiler can 4 can be appropriately set according to the desired additional damping effect.
  • the larger the vibrating mass the larger the effect of the TMD. Therefore, the additional damping effect can be improved.
  • the natural cycle Tb is determined by the hanging length (that is, equivalent to the length of the hanging bar 34), so a weight 41 (added mass) is added to the boiler can 4
  • the natural period Tb does not change, and the additional damping effect can be enhanced. This effect is limited to the case where the boiler can 4 is suspended and supported by the suspension bar 34 as in the present embodiment.
  • FIG. 6 has shown an example which added the weight 41 to the boiler can 4 in the boiler structure 1 of 1st Embodiment, the boiler structure 1A of 2nd Embodiment mentioned above (refer FIG. 4)
  • the weight 41 can be provided on the boiler can 4 of the boiler structure 1B (see FIG. 5) of the third embodiment as in the sixth embodiment.
  • the boiler structure 1D according to the fifth embodiment shown in FIG. 7 is a pillar 31 positioned at the outermost periphery of the boiler can 4 and the supporting steel frame 3 in the boiler structure 1 (see FIG. 1) of the first embodiment described above. Between the above, a stopper 15 for restricting the horizontal movement of the boiler can 4 is provided.
  • the stopper 15 includes a support portion 151 having a base end 151a fixed to the inner peripheral surface of the column 31 and extending in the horizontal direction, and an abutment plate 152 provided at the projecting end of the support portion 151.
  • the contact plate 152 is disposed such that the contact surface 152 a faces the side surface 4 a of the boiler can 4 at a predetermined interval.
  • the distance between the contact surface 152 a of the stopper 15 and the side surface 4 a of the boiler can 4 can be set arbitrarily.
  • a thin plate-like buffer member 153 made of, for example, rubber may be provided as an energy absorbing element on the contact surface 152a of the contact plate 152.
  • a hysteresis type damper using lead such as an elastic-plastic damper or a shape memory alloy may be installed on the surface 153 a of the buffer member 153.
  • the side surface 4a of the boiler can 4 abuts on the contact plate 152 of the stopper 15, and the movement in the horizontal direction is restricted.
  • the contact between the boiler can 4 and the pillars 31 of the support steel frame 3 can be prevented.
  • the shock absorbing member 153 is provided on the contact plate 152 of the stopper 15, the collision energy of the stopper 15 with respect to the boiler can 4 can be absorbed, so an excessive rise in the collision reaction force is suppressed. be able to.
  • the hysteresis type damper is provided on the surface 153a of the buffer member 153, energy absorption after contact can also be expected.
  • FIG. 7 shows an example in which the stopper 15 is provided in the boiler structure 1 according to the first embodiment (see FIG. 1), the boiler structure 1A according to the second embodiment described above (FIG. 4) Refer to), the boiler structure 1B of the third embodiment (see FIG. 5), and the boiler structure 1C of the fourth embodiment (see FIG. 6) as well as applying the stopper 15 as in the present embodiment It is possible.
  • the boiler structure 1E according to the sixth embodiment shown in FIG. 9 suspends the boiler can 4 (boiler main body) instead of the suspension bar 34 (see FIG. 1) of the first embodiment described above
  • a multistage pendulum 16 is adopted.
  • the multistage pendulum 16 is vertically connected to the topmost beam 32 of the rigid supporting steel frame 3 and the boiler can 4.
  • the multistage pendulum 16 includes a rigid first stepped support 161, a rigid second stepped support 162 disposed below the first stepped support 161, and a first stepped support 161.
  • the first stepped support body 161 has a concave shape that opens downward, and the lower end of the first cable 163 suspended from the beam 32 is supported by the overhanging portions 161 b at both ends.
  • the second stepped support 162 has a concave shape that opens downward, and the lower end of the second cable 164 suspended from the top surface portion 161 a of the first stepped support 161 is supported by the overhanging portions 162 b at both ends.
  • the lower end of the third cable 165 suspended from the top surface portion 162 a of the second stepped support 162 is supported on the boiler can 4.
  • the boiler can 4 since the boiler can 4 is suspended by the multistage pendulum 16, the boiler can can be mounted without changing the length of the hanging portion of the boiler can 4 and without being restricted by the installation space.
  • the natural cycle of 4 can be easily adjusted.
  • the seismic isolation device 2 is directly provided on the foundation 10
  • the present invention is not limited to this, and the seismic isolation device 2 is installed in the middle layer of supporting steel It is also good.
  • the slider 13 is employ
  • the stopper 15 is provided in the support steel frame 3 in 5th Embodiment, the stopper may be attached to the boiler can 4 side. Further, the configuration of the shape, size, number, etc. of the stopper 15 can be set arbitrarily.
  • the shape and size of the boiler can 4, the configuration of the support steel frame 3, the configuration of the space between the boiler can 4 and the support steel frame 3, and the like are not particularly limited, and are arbitrarily set.
  • the present invention is applicable to a boiler structure.

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Abstract

基礎（１０）上に配置された免震装置（２）と、免震装置（２）に下端が支持された支持鉄骨（３）の柱（３１）と、支持鉄骨（３）に対して水平方向に揺動可能に、上端が支持されたボイラ缶（４）と、支持鉄骨（３）とボイラ缶（４）とに接続されて、水平方向に作動するダンパ（１１）と、を備えるボイラ構造を提供する。

Description

ボイラ構造
　本発明は、ボイラ構造に関する。
　本願は、２０１８年１月９日に、日本に出願された特願２０１８－００１２７３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、発電用石炭焚きボイラ、重油焚きボイラといった大型ボイラは、通常、脱硝装置、エアヒータをはじめとする附帯機器とともに支持鉄骨に支持されている。このような支持鉄骨にボイラ缶が支持されたボイラ構造としては、例えば特許文献１、２に示すような構造が知られている。
　特許文献１には、ボイラ缶を吊り下げて支持する支持鉄骨と、複数の柱の各々を支持する免震装置と、を備え、各々の免震装置が複数の柱脚に生じる水平反力に応じて、免震特性が設定されるボイラ支持鉄骨の免震構造について記載されている。この場合には、免震化した効果により、支持鉄骨に作用する地震力を大幅に低減することが可能となっている。
　特許文献２には、ボイラ缶、ボイラ支持架構、ボイラ支持鉄骨の上部に支持される煙突、及び煙突支持架構で構成された構造において、煙突を煙突支持架構に揺動可能に支持する構成について記載されている。特許文献２では、煙突と煙突支持架構との間に、粘性ダンパとばねで構成された減衰機構が設置され、そのばねのバネ定数を調整することにより煙突とボイラ支持架構を同調して振動させ、地震エネルギーを低減する構造となっている。
特開２０１５－１２１０４５号公報 特開２００６－２３８７号公報
　しかしながら、従来のボイラ構造では、以下のような問題があった。
　すなわち、特許文献１の場合には、支持鉄骨に作用する地震力をより大きく低減させるためには、免震化したときの支持鉄骨の固有周期を顕著に長周期化する必要があるが、長周期化した分、地震時における支持鉄骨の応答変位が大きくなる傾向になる。
　このように地震時の支持鉄骨の応答変位が大きくなると、支持鉄骨（もしくはボイラ缶）に設置されている周辺機器、配管と支持鉄骨（もしくはボイラ缶）との間に大きな相対変位が生じるため、周辺機器、配管が損傷する可能性があった。
　特許文献２に記載の構造では、煙突とボイラ支持架構を同調して振動させ地震応答を低減することを狙った構成となっている。ところが、煙突支持架構側は、構造が複雑であり、高次モードの影響が大きい振動特性となるため、地震時において煙突と煙突支持架構がうまく同調しない可能性がある。また、煙突支持架構の振動特性は鉄骨断面形状により決められており、変更することが困難であるため、減衰機構のバネ定数の調整だけでは同調させることができない場合があり、その点で改善の余地があった。
　本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、支持鉄骨の応答変位を効果的に低減することで、周辺機器や配管の損傷を防止することができるボイラ構造を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係るボイラ構造は、基礎上に配置された免震装置と、該免震装置に下端が支持された支持鉄骨と、該支持鉄骨に対して水平方向に揺動可能に、上端が支持されたボイラ本体と、前記支持鉄骨と前記ボイラ本体とに接続されて、水平方向に作動するダンパと、を備えることを特徴としている。
　本発明によれば、地震時には、ボイラ本体と支持鉄骨とが同調して振動することで、支持鉄骨とボイラ本体とに接続されるダンパによって支持鉄骨の振動エネルギーが吸収されて減衰が付加される。このとき、支持鉄骨の固有周期は、免震層が揺動するモードが支配的となり、高次モードの影響をほとんど受けることがないため、支持鉄骨の振動は特性のばらつきが少なくなり、効率的に付加減衰効果が得られる。これにより、従来のボイラ免震構造よりも、支持鉄骨の応答変位を低減することが可能となるため、支持鉄骨（もしくはボイラ本体）に設置されている周辺機器や配管と、支持鉄骨（もしくはボイラ本体）の間の相対変位が小さくなるため、上述した機器や配管の損傷を防止することができる。
　そして、免震装置で支持されている支持鉄骨の固有周期を免震装置の剛性を変更することにより調整することが可能となるから、支持鉄骨の固有周期を変更することが困難となる免震化されていない場合に比べて、ボイラ本体の固有周期と支持鉄骨の固有周期を容易に同調させることができる。
　また、本発明に係るボイラ構造は、前記ボイラ本体は、第１ばねを介して前記支持鉄骨に吊り下げられた状態で支持させることもできる。
　このような構成によれば、地震時にボイラ本体が振り子として振動するのではなく、ボイラ本体と支持鉄骨との間に接続される第１ばねの変形により振動するため、この第１ばねの剛性（ばね定数）を調整することにより、ボイラ本体の固有周期を容易に調整することができる。これにより、ボイラ本体の固有周期と免震化した支持鉄骨の固有周期を同調させることを容易に行うことができる。したがって、ボイラ本体が支持鉄骨から吊り下げられて振り子として振動する場合のように、ボイラ本体の固有周期を調整する際にボイラ本体の吊り部の長さを変更する必要がなくなる利点がある。
　また、本発明に係るボイラ構造は、前記第１ばねは、多段式振り子であることを特徴としてもよい。
　このような構成によれば、ボイラ本体が多段式振り子によって吊り下げられているので、ボイラ本体の吊り部の長さを変更することなく、設置スペースの制約を受けることなく、ボイラ本体の固有周期を容易に調整することができる。
　また、本発明に係るボイラ構造は、前記支持鉄骨と前記ボイラ本体とに接続されて、水平方向に作動するとともに、前記ダンパと並列に配置される第２ばねが設けられている構成であってもよい。
　このような構成によれば、ダンパと並列に配置される第２ばねのばね定数を調整することにより、ボイラ本体の固有周期を容易に調整することが可能となる。これにより、ダンパのみが設けられるボイラ構造に比べて、ボイラ本体と支持鉄骨を同調させて振動させることが容易になる。
　また、本発明に係るボイラ構造は、前記ボイラ本体には、付加質量が設けられていることを特徴としてもよい。
　本発明によれば、ボイラ本体の重量が大きくなるので、同調質量ダンパとしての効果が大きくなり、付加減衰効果を向上させることができる。
　また、ボイラ本体が吊り構造で、固有周期が吊り長さのみで決まる場合、ボイラ本体に付加質量を追加しても、固有周期は変化せず、付加減衰効果を高めることができる。
　また、本発明に係るボイラ構造は、前記支持鉄骨と前記ボイラ本体との間には、前記ボイラ本体の水平方向の揺動を規制するストッパーが設けられていることが好ましい。
　本発明によれば、ボイラ本体が想定以上に水平方向に振れ過ぎた際に、ボイラ本体の側面もしくはボイラ本体に設置される振れ止め部がストッパーに当接し、その水平方向の移動が規制されるので、ボイラ本体と支持鉄骨との接触を防ぐことができる。そのため、支持鉄骨に設置されている周辺機器や配管の損傷を防止することも可能となる。
　本発明のボイラ構造によれば、支持鉄骨の応答変位を効果的に低減することで、周辺機器や配管の損傷を防止することができる。
本発明の第１の実施の形態によるボイラ構造を模式的に示した側面図である。 地震波の加速度応答スペクトルを示す模式図である。 地震波の変位応答スペクトルを示す模式図である。 第２の実施の形態によるボイラ構造を模式的に示した側面図である。 第３の実施の形態によるボイラ構造を模式的に示した側面図である。 第４の実施の形態によるボイラ構造を模式的に示した側面図である。 第５の実施の形態によるボイラ構造を模式的に示した側面図である。 図７に示すストッパーの詳細を示す側面図である。 図８Ａに示す当接板に緩衝部材を設けた側面図である。 第６の実施の形態によるボイラ構造を模式的に示した側面図である。 図９に示す多段式振り子の詳細構成を示す側面図である。
　以下、本発明の実施の形態によるボイラ構造について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
　（第１の実施の形態）
　図１に示すように、本第１の実施の形態によるボイラ構造１は、基礎１０の上に設けられるものであり、基礎１０上に配置された免震装置２と、免震装置２に下端が支持された支持鉄骨３と、支持鉄骨３に対して水平方向に揺動可能に、上端が支持されたボイラ本体であるボイラ缶４と、支持鉄骨３とボイラ缶４とに接続されて、水平方向に作動するダンパ１１と、を備えている。
　支持鉄骨３は、鉛直方向に延びる複数本の柱３１、３１、…と、水平方向に延びる複数本の梁３２、３２、…と、複数本の鉛直ブレース３３、３３、…と、を組み合わせて構成されている。ボイラ構造１は、支持鉄骨３を構成する柱３１の下端部分である柱脚３１ａとの間に免震装置２を介在させて基礎１０に立設されている。
　ボイラ缶４は、運転中の熱膨張を拘束しないようにするために、最上層の梁３２に固定される複数本の吊下げバー３４を介して支持鉄骨３の頂部から吊り下げられている。吊下げバー３４は、例えば吊り棒等の線状部材であり、最上層の梁３２から吊られた状態で支持され、下端がボイラ缶４の上端に固定されている。
　ダンパ１１は、変位エネルギーを吸収する減衰要素であって、ボイラ缶４の水平方向の揺動を減衰させるため、ボイラ缶４と支持鉄骨３の最外周に位置する柱３１との間に水平方向に架け渡されるように介在されている。ダンパ１１としては、例えばオイルダンパ等の剛性を有さないものが挙げられる。
　免震装置２は、上述したように各柱３１の柱脚３１ａと基礎１０との間に設置されている。免震装置２の免震特性は、支持鉄骨３に地震力が作用して柱脚３１ａに発生する水平反力（以下、単に柱脚反力）の大きさに応じて設定されており、全ての免震装置２が同調して挙動するよう設定されている。
　免震装置２としては、例えば、すべり併用複合免震方式、鉛プラグ入り積層ゴム支承方式、高減衰積層ゴム支承方式などの種々の免震装置を採用することができる。
　本実施の形態のボイラ構造１では、ボイラ缶４と吊下げバー３４で構成される構造の固有周期Ｔｂと、免震装置２と支持鉄骨３で構成される構造の固有周期Ｔｓが等しくなるように、吊下げバー３４と免震装置２の特性（剛性等）が調整されている。これら固有周期Ｔｂと固有周期Ｔｓは、ボイラ缶４の内部要素の固有周期と合致しないようにすることが好ましい。
　ボイラ缶４と吊下げバー３４で構成される構造の固有周期Ｔｂは、ボイラ缶４を吊り下げる吊下げバー３４の長さを変更することで調整することができる。
　地震時には、ボイラ缶４と支持鉄骨３が同調して振動することで、支持鉄骨３とボイラ缶４とに接続されるダンパ１１によって支持鉄骨３の振動エネルギーが吸収されて減衰が付加される。このとき、支持鉄骨３の固有周期は、免震層が揺動するモードが支配的となり、高次モードの影響をほとんど受けることがないため、支持鉄骨３の振動は特性のばらつきが少なくなり、効率的に付加減衰効果が得られる。
　一方で、支持鉄骨を免震化しない場合、支持鉄骨の振動特性は複雑なものとなるため、ボイラ缶と支持鉄骨が同調して振動することを狙った設計を実施しても、実際の地震時には、支持鉄骨側が高次モードの影響を受けて振動特性にばらつきが生じ、うまく同調させることができない可能性がある。
　そして、上述した本実施の形態のボイラ構造１では、図１に示すように、免震装置２で支持されている支持鉄骨３の固有周期Ｔｓを免震装置２の剛性を変更することにより調整することが可能となるから、免震化されていない構造のように支持鉄骨３の固有周期Ｔｓを変更することが困難な場合に比べて、ボイラ缶４と吊下げバー３４で構成される構造の固有周期Ｔｂと、免震装置２と支持鉄骨３で構成される構造の固有周期Ｔｓを容易に同調させることができる。
　これにより、本実施の形態では、従来のボイラ免震構造よりも、支持鉄骨３の応答変位を低減することが可能となるため、支持鉄骨３（もしくはボイラ缶４）に設置されている周辺機器や配管と、支持鉄骨３（もしくはボイラ缶４）との間の相対変位が低減されるため、従来のボイラ免震構造よりも、周辺機器や配管の損傷を防止することができる。
　さらに具体的には、地震時において、ボイラ缶４と支持鉄骨３とが同調して振動すると、ボイラ缶４が地震時に同調質量ダンパ（ＴＭＤ：Ｔｕｎｅｄ　Ｍａｓｓ　Ｄａｍｐｅｒ）として挙動するため、支持鉄骨３に減衰が付加されるＴＭＤとして、ボイラ缶４がＭ（重量）、ボイラ缶４の吊り棒がＫ（ばね係数）、ボイラ缶４と支持鉄骨３との間の減衰がＣ（減衰係数）の役割を果たすことになる。そのため、本実施の形態のボイラ構造１は、免震化とＴＭＤの効果の両者で支持鉄骨の応答加速度、応答変位を低減する構造となっている。
　なお、通常のＴＭＤには構造体とは別に重量Ｍ、ばね係数Ｋ、減衰係数Ｃの系を搭載する必要があるが、本実施の形態のボイラ構造１では、ボイラ缶４とボイラ吊りばねをなす吊下げバー３４を利用することができる。
　このような本実施の形態の効果について、図２及び図３を用いて具体的に説明する。図２は、地震波の加速度応答スペクトルの模式図を示している。図３は、地震波の変位応答スペクトルの模式図を示している。なお、地震波の特性により、地震波ごとに差はあるものの、一般的には、図に示すように、周期が長くなるほど地震動による応答加速度は小さくなり、逆に応答変位は大きくなる。
　図２及び図３において、免震化する前の支持鉄骨の応答（比較例１）を点Ａで示し、従来技術（特開２０１５－１２１０４５号公報）のように免震化したときの支持鉄骨の応答（比較例２）を点Ｂで示し、本実施の形態による支持鉄骨３の応答（実施例１）を点Ｃで示している。
　免震装置２と支持鉄骨３で構成される構造の固有周期Ｔｓ（比較例１の点ＡでＴｓＡ、比較例２の点ＢでＴｓＢ、実施例１の点ＣでＴｓＣ）が長周期化すると、応答加速度は低減し、応答変位は増加する傾向にあるため、比較例２（点Ｂ）の免震構造の場合は、免震化していない比較例１（点Ａ）と比較して、図２に示すように応答加速度はＳａＡからＳａＢに減少するが、図３に示すように応答変位はＳｄＡからＳｄＢに増加する。
　一方で、実施例１の応答（点Ｃ）では、ボイラ缶４と支持鉄骨３が同調することにより減衰が付与されるため、加速度応答スペクトルおよび変位応答スペクトルが共に低減し、比較例２（点Ｂ）の免震構造よりも、応答加速度は図２に示すようにＳａＢからＳａＣに低減し、図３に示すように応答変位はＳｄＢからＳｄＣに低減する。
　したがって、実施例１（点Ｃ）とした場合は、比較例２（点Ｂ）の免震構造と比較して、支持鉄骨３（もしくはボイラ缶４）に設置されている周辺機器や配管と、支持鉄骨３（もしくはボイラ缶４）の間の相対変位が低減されるため、周辺機器、配管の損傷を防止することが可能となる。
　上述した本実施の形態によるボイラ構造では、支持鉄骨３の応答変位を効果的に低減することで、周辺機器や配管の損傷を防止することができる。
　次に、本発明のボイラ構造による他の実施の形態及び変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
　（第２の実施の形態）
　次に、図４に示すように、第２の実施の形態によるボイラ構造１Ａは、上述した第１の実施の形態の吊下げバー３４（図１参照）に代えて、ボイラ缶４（ボイラ本体）を吊り下げている部材を、水平方向に弾性変形する第１ばねであるせん断ばね１２と水平方向に移動可能なスライダー１３とを組み合わせた構成を採用したものである。図４では、水平方向で両側にせん断ばね１２、１２が配置され、それらせん断ばね１２、１２間に２つのスライダー１３、１３が配置されている。
　せん断ばね１２及びスライダー１３は、支持鉄骨３の最上層の梁３２とボイラ缶４の上端との間に上下方向に接続されるとともに、水平方向に振動を減衰するように配置されている。スライダー１３は、水平方向に可動可能であり、ボイラ缶４の鉛直荷重を支持可能な機構となっている。
　このような構成のせん断ばね１２及びスライダー１３を梁３２とボイラ缶４との間に介在させたことにより、地震時にボイラ缶４に地震力が作用して揺動が発生すると、その揺動により地震力のエネルギーが消費されて小さくなる。
　第２の実施の形態では、地震時にボイラ缶４が振り子として振動するのではなく、ボイラ缶４と支持鉄骨３との間に接続されるせん断ばね１２及びスライダー１３の変形により振動するため、これらせん断ばね１２及びスライダー１３の剛性（ばね定数）を調整することにより、ボイラ缶４の固有周期Ｔｂを容易に調整することができる。
　これにより、ボイラ缶４の固有周期Ｔｂと、免震装置２と支持鉄骨３で構成される構造（免震化した支持鉄骨３）の固有周期Ｔｓを同調させることを容易に行うことができる。
　したがって、ボイラ缶４が支持鉄骨３から吊り下げられて振り子として振動する場合のように、ボイラ缶４の固有周期Ｔｂを調整する際にボイラ缶４の吊り部の長さを変更する必要がなくなる利点がある。
　また、本実施の形態では、せん断ばね１２の数量を減らして、水平方向に可動可能で、かつボイラ缶４の鉛直荷重を支持可能なスライダー１３が設けられているので、吊り部の剛性を低減することができる。
　（第３の実施の形態）
　図５に示す第３の実施の形態によるボイラ構造１Ｂは、上述した第１の実施の形態のボイラ構造１（図１参照）の減衰要素をなすダンパ１１と並列に、第２ばねであるばね部材１４を設けた構成となっている。
　ばね部材１４は、各ダンパ１１のそれぞれとで設けられ、ボイラ缶４の水平方向への振動を減衰し、変位エネルギーを吸収するために、ボイラ缶４と支持鉄骨３の最外周に位置する柱３１との間に水平方向に架け渡されるように介在されている。
　第３の実施の形態によるボイラ構造１Ｂでは、ダンパ１１と並列に配置されるばね部材１４のばね定数を調整することにより、ボイラ缶４の固有周期Ｔｂを容易に調整することが可能となる。これにより、上述した第１の実施の形態においてダンパ１１のみが設けられるボイラ構造１に比べて、ボイラ缶４と支持鉄骨３を同調させて振動させることが容易になる。
　（第４の実施の形態）
　図６に示す第４の実施の形態によるボイラ構造１Ｃは、上述した第１の実施の形態のボイラ構造１（図１参照）において、ボイラ缶４に二点鎖線で示す重り４１（付加質量ΔＭ）を追加することにより設けた構成となっている。すなわち、ボイラ缶４の重量は、付加前の重量Ｍｂと、付加質量ΔＭの重量（Ｍｂ＋ΔＭ）となる。ボイラ缶４の重り４１の重量（付加質量ΔＭ）、形状、数量、取付け位置等の構成は、所望の付加減衰効果に応じて適宜設定することができる。
　第４の実施の形態では、ＴＭＤは振動マスが大きい方が効果が大きくなることから、付加減衰効果を向上することができる。
　また、ボイラ缶４は吊り構造であることから、固有周期Ｔｂは吊り長さ（すなわち、吊下げバー３４の長さに相当）で決まるため、ボイラ缶４に重り４１（付加質量）を追加しても、固有周期Ｔｂは変化せず、付加減衰効果を高めることができる。なお、この効果は、本実施の形態のようにボイラ缶４が吊下げバー３４によって吊り支持された構造の場合に限定される。
　なお、図６は、第１の実施の形態のボイラ構造１においてボイラ缶４に重り４１を付加した一例を示しているが、上述した第２の実施の形態のボイラ構造１Ａ（図４参照）、及び第３の実施の形態のボイラ構造１Ｂ（図５参照）のボイラ缶４にも本第６の実施の形態のように重り４１を設けることが可能である。
　（第５の実施の形態）
　図７に示す第５の実施の形態によるボイラ構造１Ｄは、上述した第１の実施の形態のボイラ構造１（図１参照）において、ボイラ缶４と支持鉄骨３の最外周に位置する柱３１との間に、ボイラ缶４の水平方向の移動を規制するストッパー１５が設置された構成となっている。
　ストッパー１５は、図８Ａに示すように、基端１５１ａが柱３１の内周面に固定され水平方向に延びる支持部１５１と、支持部１５１の突出端に設けられた当接板１５２と、を有している。当接板１５２は、当接面１５２ａがボイラ缶４の側面４ａに所定間隔をあけて対向するように配置されている。ストッパー１５の当接面１５２ａとボイラ缶４の側面４ａとの間隔は、任意に設定することができる。
　また、図８Ｂに示すように、当接板１５２の当接面１５２ａに、エネルギー吸収要素として例えばゴム製の薄板状の緩衝部材１５３を設けるようにしてもよい。さらに、緩衝部材１５３の表面１５３ａに弾塑性ダンパ等の鉛や形状記憶合金を使用した履歴型ダンパを設置してもよい。
　第５の実施の形態では、ボイラ缶４が水平方向に振れ過ぎた際に、ボイラ缶４の側面４ａがストッパー１５の当接板１５２に当接し、その水平方向の移動が規制されるので、ボイラ缶４と支持鉄骨３の柱３１との接触を防ぐことができる。
　また、図８Ｂに示すように、ストッパー１５の当接板１５２に緩衝部材１５３を設けた場合には、ボイラ缶４に対するストッパー１５の衝突エネルギーを吸収できるため、過度の衝突反力の上昇を抑えることができる。また、緩衝部材１５３の表面１５３ａに履歴型ダンパを設ける場合には、接触後のエネルギー吸収も期待することができる。
　なお、図７は、第１の実施の形態のボイラ構造１（図１参照）において、ストッパー１５を設けた一例を示しているが、上述した第２の実施の形態のボイラ構造１Ａ（図４参照）、第３の実施の形態のボイラ構造１Ｂ（図５参照）、第４の実施の形態のボイラ構造１Ｃ（図６参照）にも本実施の形態のようにストッパー１５を適用することが可能である。
　（第６の実施の形態）
　図９に示す第６の実施の形態によるボイラ構造１Ｅは、上述した第１の実施の形態の吊下げバー３４（図１参照）に代えて、ボイラ缶４（ボイラ本体）を吊り下げている部材を、多段式振り子１６を採用したものである。
　多段式振り子１６は、図１０に示すように、剛性を有する支持鉄骨３の最上段の梁３２と、ボイラ缶４とに鉛直方向に接続されている。多段式振り子１６は、剛性を有する第１段状支持体１６１と、第１段状支持体１６１の下方に配置される剛性を有する第２段状支持体１６２と、第１段状支持体１６１を梁３２から吊り下げる第１ケーブル１６３と、第２段状支持体１６２を第１段状支持体１６１から吊り下げる第２ケーブル１６４と、ボイラ缶４を第２段状支持体１６２から吊り下げる第３ケーブル１６５と、を備えている。
　第１段状支持体１６１は、下向きに開口する凹形状をなし、両端の張出し部１６１ｂに梁３２から垂下される第１ケーブル１６３の下端が支持されている。第２段状支持体１６２は、下向きに開口する凹形状をなし、両端の張出し部１６２ｂに第１段状支持体１６１の天面部１６１ａから垂下される第２ケーブル１６４の下端が支持されている。ボイラ缶４は、第２段状支持体１６２の天面部１６２ａから垂下される第３ケーブル１６５の下端が支持されている。
　第６の実施の形態では、ボイラ缶４が多段式振り子１６によって吊り下げられているので、ボイラ缶４の吊り部の長さを変更することなく、設置スペースの制約を受けることなく、ボイラ缶４の固有周期を容易に調整することができる。
　以上、本発明によるボイラ構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施の形態では、免震装置２が基礎１０上に直接設けられているが、これに限定されることはなく、支持鉄骨の中間層に免震装置２を設置した構成であってもよい。
　また、第２の実施の形態におけるばね部材としてスライダー１３を採用しているが、水平方向に可動可能な機構であって、ボイラ缶４の鉛直荷重を支持することが可能な機構であれば、どのような機構としてもよい。
　また、第５の実施の形態において、ストッパー１５は支持鉄骨３に設けられているが、ボイラ缶４側にストッパーが取り付けられていてもよい。また、ストッパー１５の形状、大きさ、数量等の構成は、任意に設定することができる。
　さらに、ボイラ缶４の形状、大きさ、支持鉄骨３の構成、ボイラ缶４と支持鉄骨３との間隔等の構成は、とくに制限されることはなく、任意に設定されるものである。
　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
　本発明は、ボイラ構造に適用可能である。
　１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ　　ボイラ構造
　２　　免震装置
　３　　支持鉄骨
　４　　ボイラ缶
　４ａ　　側面
　１０　　基礎
　１１　　ダンパ
　１２　　せん断ばね
　１３　　スライダー
　１４　　ばね部材
　１５　　ストッパー
　１６　　多段式振り子
　３１　　柱
　３１ａ　　柱脚
　３２　　梁
　３４　　吊下げバー
　４１　　重り
　１５１　　支持部
　１５１ａ　　基端
　１５２　　当接板
　１５２ａ　　当接面
　１５３　　緩衝部材
　１５３ａ　　表面
　１６１　　第１段状支持体
　１６１ａ、１６２ａ　　天面部
　１６１ｂ、１６２ｂ　　張出し部
　１６２　　第２段状支持体
　１６３　　第１ケーブル
　１６４　　第２ケーブル
　１６５　　第３ケーブル
　Ｔｂ、Ｔｓ　　固有周期

Claims (6)

  1. 　基礎上に配置された免震装置と、
    　該免震装置に下端が支持された支持鉄骨と、
    　該支持鉄骨に対して水平方向に揺動可能に、上端が支持されたボイラ本体と、
    　前記支持鉄骨と前記ボイラ本体とに接続されて、水平方向に作動するダンパと、
    　を備えるボイラ構造。
  2. 　前記ボイラ本体は、第１ばねを介して前記支持鉄骨に吊り下げられた状態で支持されている請求項１に記載のボイラ構造。
  3. 　前記第１ばねは、多段式振り子である請求項２に記載のボイラ構造。
  4. 　前記支持鉄骨と前記ボイラ本体とに接続されて、水平方向に作動するとともに、前記ダンパと並列に配置される第２ばねが設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のボイラ構造。
  5. 　前記ボイラ本体には、付加質量が設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のボイラ構造。
  6. 　前記支持鉄骨と前記ボイラ本体との間には、前記ボイラ本体の水平方向の揺動を規制するストッパーが設けられた請求項１乃至５のいずれか１項に記載のボイラ構造。
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