(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流に対して直交する方向に互いに平行に配置された多数の管からなる管群と、該管群を内蔵する流路とを備えたボイラにおいて、
ガス流に沿って管に平行な複数の防振板を備え、該防振板をガス流と管に直交する方向に不均等に配置し、かつガス流に沿った隣接する位置で不均等に配置する、ことを特徴とする管群の防振板配置方法。
【請求項２】
下方に流れるガス流に対して水平に配置されかつ互いに平行に配置された多数の管からなる管群と、該管群を内蔵する流路とを備えたボイラにおいて、
管に平行な複数の垂直防振板を備え、該防振板を管に直交する方向に不均等に配置し、かつ上下に隣接する位置で不均等に配置する、ことを特徴とする管群の防振板配置方法。
【請求項３】
防振板で区画された複数の隣接する気柱の固有振動数が相違するように防振板間の間隔を定める、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の管群の防振板配置方法。
【請求項４】
ガス流に沿った隣接する位置で交互に異なる間隔で防振板を配置する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の管群の防振板配置方法。
【請求項５】
ガス流に沿った隣接する位置で防振板の端部を互いにオーバラップさせる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の管群の防振板配置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラにおける管群の防振板配置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、伝熱管により周囲が囲まれた火炉１と後部伝熱部２とからなるボイラの全体構成図である。ボイラでは、重油や微粉炭を火炉１で燃焼させて燃焼ガスを発生させ、後部伝熱部２に配置された再熱器３ａ，過熱器３ｂ，節炭器３ｃ（エコノマイザ）等の伝熱管により燃焼ガスの熱を回収した後、排ガス通路４を介して排ガス処理設備（図示せず）等に導びくようになっている。
【０００３】
再熱器３ａ，過熱器３ｂ，節炭器３ｃ等の伝熱管３は、図３に例示するように、多数の水平管の両端部を連結した水平ループ管であり、水平ループ管は全体で垂直な伝熱管群を構成し、各水平管相互間の間隔は、十分な伝熱面積を有するように密に配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、図３のＡ−Ａ線における断面図である。この図において、上から下に向かって燃焼ガス５が流れると、伝熱管３の下流側にはいわゆるカルマン渦が周期的に発生し、伝熱管３に水平方向の揚力が作用し、伝熱管３が剥離周波数ｆk で振動する。この剥離周波数ｆk は、式１で表すことができる。ここで、Ｓはストロハル数、Ｖはガス流速（ｍ／ｓ）、Ｄは管外径（ｍ）である。
【０００５】
（式１）  ｆk ＝Ｓ×Ｖ／Ｄ
一方、図４において、炉壁６の間に形成される気柱は、一定の固有振動数を有しており、この固有振動数が伝熱管の振動数と一致すると、共鳴現象を生じ、低周波の不快音を発生させ、甚だしい場合には、炉壁を構成する部材が振動により損傷することがある問題があった。この問題を以下「気柱振動問題」と称する。
【０００６】
かかる気柱振動による騒音レベルは、ボイラの壁面に沿って周期的に変化するが、例えば低い部分でも約９０ｄＢに達し、非常に大きな問題となっていた。
この問題を解決するために、従来、炉壁６の間に防振板７を一定の間隔で挿入し、防振板間或いは炉壁と防振板の間に形成される気柱の固有振動数ｆg を高めて、伝熱管の剥離周波数ｆk と一致しないようにすることが行われていた。この気柱の固有振動数ｆg は、式２で表すことができる。ここで、Ｔはガス温度（Ｋ）、Ｌは防振板で仕切られた部分の最大寸法、すなわち防振板間距離（ｍ）である。
【０００７】
（式２）  ｆg ＝９．６７×Ｔ1/2 ／Ｌ
【０００８】
図５は、ボイラの負荷（横軸）と振動数（縦軸）との関係図である。この図に示すように、気柱の固有振動数ｆg には式２で示す一次振動数の他に、その２倍，３倍，４倍等の振動数の２次，３次，４次振動数ｆg1, ｆg2, ｆg3, ｆg4が存在する。また、剥離周波数ｆk は、式１から明らかなように、ガス流速に比例し、ボイラ負荷を変化させると燃焼ガス量が変化し剥離周波数ｆk も負荷と共に増大する。従って、上述した従来の方法では、防振板をある程度挿入しても、図に破線の円で示すように気柱の固有振動数ｆg1〜ｆg4と剥離周波数ｆk とが一致又は近い部分ができ、ボイラにおける気柱振動問題を完全に解決することは不可能に近いものと考えられていた。
【０００９】
なお、原理的には、式２で示す気柱の一次固有振動数ｆg1を最大負荷時の剥離周波数ｆk よりも大きくすれば、気柱振動問題を避けることが可能であるが、この場合には、多数の防振板７を挿入する必要があり、ボイラの製造コストを高め、メンテナンスを困難にする等の問題が発生するため、実用上適用できなかった。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、多数の防振板を用いることなく、ボイラの負荷範囲全体にわたり気柱振動と伝熱管振動の共鳴を防止し、共鳴現象による不快音を大幅に低減することができる管群の防振板配置方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ガス流に対して直交する方向に互いに平行に配置された多数の管からなる管群と、該管群を内蔵する流路とを備えたボイラにおいて、ガス流に沿って管に平行な複数の防振板を備え、該防振板をガス流と管に直交する方向に不均等に配置し、かつガス流に沿った隣接する位置で不均等に配置する、ことを特徴とする管群の防振板配置方法が提供される。すなわち、上から下に下方にガス流が流れる場合に、水平に配置されかつ互いに平行に配置された多数の管からなる管群と、該管群を内蔵する流路とを備えたボイラにおいて、管に平行な複数の垂直防振板を備え、該防振板を管に直交する方向に不均等に配置し、かつ上下に隣接する位置で不均等に配置する、ことを特徴とする管群の防振板配置方法が提供される。
【００１２】
上記本発明の方法によれば、防振板の間に形成される気柱の幅（防振板間距離）が、ガス流と管に直交する方向（例えば水平方向）とガス流に沿った隣接する位置（例えば上下位置）で不均等に配置されるので、隣接する気柱の固有振動数が異なり、ある気柱の固有振動数があるボイラ負荷における剥離周波数と一致して共鳴しても、そのまわりの気柱の固有振動数が異なるので、まわりの気柱がその共鳴を減衰させ、共鳴現象による不快音を大幅に低減することができる。従って、多数の防振板を用いることなく、ボイラの負荷範囲全体にわたり気柱振動と伝熱管振動の共鳴をほぼ完全に防止することができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、防振板で区画された複数の隣接する気柱の固有振動数が相違するように防振板間の間隔を定める。すなわち、２次以上の高次の固有振動数も含めて隣接する気柱の固有振動数が相違するように防振板間の間隔を定めることにより、気柱共鳴の減衰を効果的に行うことができる。
【００１４】
また、ガス流に沿った隣接する位置で交互に異なる間隔で防振板を配置する、ことが好ましい。すなわち、ガス温度はガス流に沿って変化するので、ガス流に沿った隣接する位置（例えば上下）で交互に異なる間隔で防振板を配置すれば、同一間隔の気柱が離れた位置にあっても、ガス温度が相違するため、式２で示す気柱の固有振動数ｆg が相違する。従って、この方法により、防振板の配置の種類を少なく（例えば２種類）することができ、設計やメンテナンスを容易にすることができる。
【００１５】
更にまた、ガス流に沿った隣接する位置で防振板の端部を互いにオーバラップさせる、ことが好ましい。この方法により、ある気柱で発生した気柱振動を隣接する気柱に伝搬させにくくすることができ、防振板の防振効果を更に高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明による管群の防振板配置方法を示す図４と同様の図である。図１において、２はボイラの後部伝熱部、３は伝熱管、５はガス流、６は炉壁、７は防振板である。すなわち、このボイラは、ガス流５に対して直交する方向（図で紙面に垂直な方向）に互いに平行に配置された多数の伝熱管３からなる管群１２と、炉壁６に囲まれ管群１２を内蔵する流路１４とを備えている。また、この図において、ガス流は上から下に下方に流れ、伝熱管３は水平に配置されている。管群１２は、例えば再熱器，過熱器，節炭器等の水平ループ管である。
【００１７】
本発明の方法によれば、ガス流５に沿って伝熱管３に平行な複数の防振板７を備える。この防振板７はガス流５と伝熱管３に直交する方向に不均等に配置され、かつガス流５に沿った隣接する位置で不均等に配置されている。すなわち、図１において、伝熱管３に平行な複数の垂直防振板７を備え、この防振板７を図で左右方向に不均等に配置し、かつ上下に隣接する位置で不均等に配置している。
【００１８】
上述した本発明の方法により、防振板７の間に形成される気柱（例えば図でａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）の幅Ｌ（防振板間距離）が、ガス流５と伝熱管３に直交する方向（例えば水平方向）とガス流５に沿った隣接する位置（例えば上下位置）で不均等に配置されるので、隣接する気柱ａ〜ｆの固有振動数が異なり、ある気柱ｇの固有振動数があるボイラ負荷における剥離周波数と一致して共鳴しても、そのまわりの気柱ａ〜ｆの固有振動数が異なるので、まわりの気柱ａ〜ｆがその共鳴を減衰させ、共鳴現象による不快音を大幅に低減することができる。従って、多数の防振板７を用いることなく、ボイラの負荷範囲全体にわたり気柱振動と伝熱管振動の共鳴をほぼ完全に防止することができる。
【００１９】
更に図１において、防振板７で区画された複数の隣接する気柱ａ〜ｆの固有振動数が２次以上の高次の固有振動数も含めて相違するように防振板７の間の間隔を定めることが好ましい。この構成により、気柱共鳴の減衰を効果的に行うことができる。
【００２０】
また、ガス流５に沿った隣接する位置（すなわち図で上下）で交互に異なる間隔（図ではＡ，Ｂ，Ａ，Ｂ）で防振板７を配置することが好ましい。この構成により、ガス温度はガス流５に沿って変化するので、ガス流５に沿った隣接する位置（例えば上下）で交互に異なる間隔で防振板７を配置すれば、同一間隔の気柱が離れた位置にあっても、ガス温度が相違するため、式２で示す気柱の固有振動数ｆg が相違する。従って、この方法により、防振板の配置の種類を少なく（例えば２種類）することができ、設計やメンテナンスを容易にすることができる。
【００２１】
更に、ガス流５に沿った隣接する位置（すなわち図で上下）で防振板７の端部を互いにオーバラップさせる、ことが好ましい。この方法により、ある気柱ｇで発生した気柱振動を隣接する気柱ａ〜ｆに伝搬させにくくすることができ、防振板７の防振効果を更に高めることができる。
【００２２】
図２は、本発明の実際の適用例を従来の気柱振動問題が発生したボイラの騒音レベルとの比較で示したものである。この図で実線が従来の騒音レベル、破線が本発明の管群の防振板配置方法を適用した後の騒音レベルであり、横軸はボイラの幅方向を示している。この図から明らかなように、本発明の適用前には、最低でも約９０ｄＢの騒音レベルに達していたものが、本発明の適用により、平均で騒音レベルを１０ｄＢ以上下げることができ、最大騒音レベルを約８５ｄＢ以下に抑えることができた。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の管群の防振板配置方法は、多数の防振板を用いることなく、ボイラの負荷範囲全体にわたり気柱振動と伝熱管振動の共鳴を防止し、共鳴現象による不快音を大幅に低減することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による管群の防振板配置方法を示す図である。
【図２】本発明の適用結果を示す計測データの一例である。
【図３】ボイラの全体構成図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】ボイラの負荷と振動数の関係図である。
【符号の説明】
１  火炉
２  後部伝熱部
３  伝熱管
４  排ガス通路
５  ガス流（燃焼ガス）
６  炉壁
７  防振板
１２  管群
１４  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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