(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度上昇による熱膨張を伴う配管に付与される振動を抑制する配管の制振装置において、前記配管の熱膨張方向に対向して制振ストッパを備えた振動抑制装置を設置し、該振動抑制装置は前記制振ストッパと前記配管との間に、前記熱膨張方向における配管の熱膨張量と前記振動の振幅との差に相当する隙間を存して設置されてなることを特徴とする配管の制振装置。
【請求項２】
前記振動抑制装置は、建屋等の支持構造物に前記制振ストッパを固着してなることを特徴とする請求項１記載の配管の制振装置。
【請求項３】
前記振動抑制装置は、前記制振ストッパをケース内に前記配管側からの加振方向に移動可能に嵌合された質量体に構成するとともに、該制振ストッパと前記ケースとの間に介装された制振用のばねを備えてなることを特徴とする請求項１記載の配管の制振装置。
【請求項４】
前記振動抑制装置は、前記制振ストッパをケース内に前記配管側からの加振方向に移動可能に嵌合して該制振ストッパにより前記ケース内を２つの油室に区画するとともに、該制振ストッパに前記２つの油室間を連通する小孔を穿設したダッシュポット機構に構成されてなることを特徴とする請求項１記載の配管の制振装置。
【請求項５】
前記振動抑制装置を、前記配管の曲管部を挟んで異なる方向に２組設置してなることを特徴とする請求項２、３、４の何れかの項に記載の配管の制振装置。
【請求項６】
温度上昇による熱膨張を伴う配管に付与される振動を抑制する配管の制振装置において、前記配管の熱膨張方向に対向して制振ストッパを前記配管の熱膨張方向に移動可能に設置するとともに、前記配管の温度を検出する配管温度検出器と、該配管温度検出器から入力される配管温度の検出値により前記制振ストッパの配管に対する位置を算出するストッパ位置制御装置と、該ストッパ位置制御装置からの制御信号により前記制振ストッパが前記配管の変位を拘束し、かつ配管の応力が予め設定された応力以下となる位置とする駆動装置を備えてなることを特徴とする配管の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力プラントの配管等に適用され、温度上昇による熱膨張を伴う配管に付与される振動を抑制する配管の制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力プラントの配管設備において、配管は該配管内を流れる流体により温度上昇して熱膨張するとともにポンプ等の回転機器による振動及び弁の絞りにともなう流体による振動が付与されるため、該配管の随所に振動を抑制する制振装置が設置されている。
図６はかかる火力プラントの配管設備における配管の制振装置の１例を示し、図において、１は複数の機器２間を接続する蒸気管等の配管であり、内部を蒸気等の高温流体が通流している。５は該配管１と機器２との接続部に介装されたフランジである。
【０００３】
０１はばね防振器で、前記配管１の振動が大きい部位の適所に配置され該配管１と建屋等の支持構造物４との間に介装されており、内部に収納されたばねにより配管の振動を吸収するようになっている。
また、前記ばね防振器０１に代えて，油圧シリンダを備えた油圧式防振器を設けたものも、多く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記ばね防振器０１を用いた配管設備においては、該ばね防振器０１を配管１と支持構造物４との間に設置するにあたって、配管１が温度上昇（運転状態）した状態で該ばね防振器をセットしている。該防振器０１はこの状態で制振機能を発揮する。
このため、設備の稼動停止等によって配管の温度が下がった際には、ばね防振器０１は移動可能量が少ないため、配管１の移動を拘束することから配管に大きな反力が発生し、機器２側の許容反力を超え、機器２に無理な力が作用してフランジ５部からの流体漏れ等の発生や、該機器２が回転機器の場合には、回転軸のアライメントに狂いを生ずる、等の不具合の発生をみる。
【０００５】
また、前記油圧式防振器は、配管１の作動油をオリフィスを通過させることにより低速移動を許容し高速移動に対し作動油の圧縮／膨張（一種のばね）を利用して制止力を出しているが、高サイクルの微小移動では圧縮膨張力は小さく、つまり高周波の振動は制振困難であるという欠点を有している。
【０００６】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、温度上昇による熱膨張を伴い振動が付与される配管装置において、配管の熱膨張を適当値に許容しつつ低周波から高周波までの広い周波域の振動を低減可能として、配管振動及び熱応力による配管系及びこれに接続される機器類の不具合の発生を防止して配管系の信頼性を向上し得る配管の制振装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、温度上昇による熱膨張を伴う配管に付与される振動を抑制する配管の制振装置において、前記配管の熱膨張方向に対向して制振ストッパを備えた振動抑制装置を設置し、プラント冷態（停止）時に、該振動抑制装置は前記制振ストッパと前記配管との間に、前記熱膨張方向における配管の熱膨張量と前記振動の振幅との差に相当する隙間を存して設置されてなることを特徴とする配管の制振装置を提案する。
【０００８】
請求項２ないし５記載の発明は、前記振動抑制装置の具体的構成に係り、請求項２記載の発明は請求項１において、前記振動抑制装置は、建屋等の支持構造物に前記制振ストッパを固着してなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は請求項１において、前記振動抑制装置は、前記制振ストッパをケース内に前記配管側からの加振方向に移動可能に嵌合された質量体に構成するとともに、該制振ストッパと前記ケースとの間に介装された制振用のばねを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は請求項１において、前記振動抑制装置は、前記制振ストッパをケース内に前記配管側からの加振方向に移動可能に嵌合して該制振ストッパにより前記ケース内を２つの油室に区画するとともに、該制振ストッパに前記２つの油室間を連通する小孔を穿設したダッシュポット機構に構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２、３、４において、請求項５記載のように、前記振動抑制装置を、前記配管の曲管部を挟んで異なる方向に２組設置することもできる。
【００１２】
かかる発明によれば、プラント定格運転時の熱膨張した配管に対向して制振ストッパを備えた振動抑制装置を設置し、すなわち前記制振ストッパと配管との間に、配管の熱膨張方向における熱膨張量と振動の振幅との差に相当する隙間（Ｃ）が形成されるように該振動抑制装置を配置したことにより、配管の冷態時から温態時に前記隙間（Ｃ）が消滅するまでの間における配管の熱膨張が許容されて該隙間（Ｃ）の範囲においては熱膨張の拘束が回避され、前記隙間（Ｃ）が消滅した状態（Ｃ＝０の状態）からの振動振幅に相当する配管の変位（振動）が前記振動抑制装置によって拘束される。
【００１３】
従って、かかる発明によれば、配管系全体をばねとして扱い該配管系のばね定数を用いて、制振ストッパと配管との間に、配管の熱膨張方向における熱膨張量と振動の振幅との差に相当する隙間（Ｃ）が形成されるように該振動抑制装置を配置したことにより、前記隙間（Ｃ）の範囲内において温態時での配管の熱膨張が冷態時には拘束されることなく該配管が元の位置に戻されるので配管の拘束による熱応力の発生を回避でき、また前記隙間（Ｃ）が消滅した状態（Ｃ＝０の状態）からの振動振幅に相当する配管の振動変位は振動抑制装置によって拘束することによって抑制することができる。
【００１４】
これにより、配管の冷態時における拘束に伴う熱応力を低減できるとともに配管の拘束による配管接続機器側の反力を低減でき、配管系の熱応力破壊の発生及び前記反力の発生に伴う機器側フランジ部からの流体漏れ等の発生や機器が回転機器の場合における回転軸のアライメントの狂い等の不具合の発生を防止できる。
またこれとともに、前記隙間（Ｃ）が消滅した状態からの大きい振動つまり振動振幅の大きい部分は振動抑制装置によって抑制できるため、配管振動による配管系の破損の発生も確実に防止できる。
さらに前記振動抑制装置の制振ストッパに配管を当接させることにより配管振動を抑制するので、低周波のみならず高周波の振動も確実に制止できる。
【００１５】
また請求項３のように構成すれば、制振ストッパを質量体に構成し制振用のばねを該制振ストッパとケースとの間に介装したので、該制振ストッパとばねとにより配管の振動を減衰することができ、配管系の振動抑制効果が上昇する。
【００１６】
また請求項４のように構成すれば、前記制振ストッパに小孔を設けてケース内に移動可能に嵌合しケース内を２つの油室に区画したダッシュポット機構による油圧減衰作用によって配管の振動を減衰することができ、前記ばねを用いたものよりも広い周波数領域にて配管系の振動抑制効果が上昇する。
【００１７】
さらに請求項５のように構成すれば、１つの振動抑制装置でもって配管の曲管部を挟んで異なる２方向の振動を抑制することが可能となる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、温度上昇による熱膨張を伴う配管に付与される振動を抑制する配管の制振装置において、前記配管の熱膨張方向に対向して制振ストッパを前記配管側からの膨張方向に移動可能に設置するとともに、前記配管の温度を検出する配管温度検出器と、該配管温度検出器から入力される配管温度の検出値により前記制振ストッパの配管に対する位置を算出するストッパ位置制御装置と、該ストッパ位置制御装置からの制御信号により前記制振ストッパが前記配管の変位を拘束し、かつ配管の応力が予め設定された応力以下となる位置とする駆動装置を備えてなることを特徴とする。
【００１９】
かかる発明によれば、プラント運転中および停止時における配管の温度を常時検出し、ストッパ位置制御装置により制振ストッパ位置が配管の熱膨張量に対応する位置になるように制御するので、配管と制振ストッパとの関係位置を熱膨張量に適応した位置に正確に保持することができ、配管の熱膨張を考慮した振動抑制効果をさらに向上できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は本発明の実施例に係る配管系及び該配管の制振装置を示す系統図である。図２は振動抑制装置の第１実施例を示す要部側面図、図３は振動抑制装置の第２実施例を示す要部断面図、図４は振動抑制装置の第３実施例を示す要部断面図、
図５は振動抑制装置の第４実施例を示す要部構成を含むブロック図である。
【００２２】
本発明の実施例に係る配管系及び制振装置の全体構成を示す図１において、１は複数の機器２間を接続する蒸気管等の配管であり、内部を蒸気等の高温流体が通流している。５は該配管１と機器２との接続部に介装されたフランジである。
３は振動制御装置で、前記配管１の熱膨張に対向して、建屋等の支持構造物４との間に設置されている。
【００２３】
図２に示す振動抑制装置３の第１実施例において、３は振動抑制装置、７は該振動抑制装置の制振ストッパである。６は前記配管１の外周に巻装されたクランプで、前記制振ストッパ７に対向して設けられている。
該制振ストッパ７は前記支持構造物４に固着され、該制振ストッパ７と前記配管１のクランプ６との間の隙間８の距離Ｃは、前記配管１の熱膨張方向（図２のＸ矢方向）における配管１の熱膨張量と予め設定された振動振幅との差に相当する距離に設定されている。
【００２４】
かかる構成からなる振動抑制装置を備えた配管の制振装置において、配管１はプラントの稼動時には、冷態時から温度上昇とともに図２のＸ矢方向に熱膨張する。そして該配管１には、かかる熱膨張状態にて機器２等からの振動が付与される。
然るにかかる実施例においては、該配管１の熱膨張量方向に対向して前記制振ストッパ７を備えた振動抑制装置３を設置し、該制振ストッパ７とクランプ６との間に、プラント冷態時に配管１の熱膨張方向における熱膨張量と振動振幅との差に相当する距離Ｃの隙間８が形成されるように構成したので、配管１の冷態時から温態時に前記隙間８の値Ｃが消滅するまでの間における配管１の熱膨張が許容されて該隙間８の値Ｃの範囲における熱膨張の拘束が回避され、前記隙間８が消滅した状態（Ｃ＝０の状態）からの振動振幅に相当する配管１の変位（振動）が前記振動抑制装置３によって拘束される。
【００２５】
従って、かかる実施例によれば、配管系全体をばねとして扱い該配管系のばね定数を用いて、制振ストッパ７と配管１側のクランプ６との間に、配管１の熱膨張方向における熱膨張量と振動の振幅との差に相当する隙間８が形成されるように該振動抑制装置を配置したことにより、前記隙間８の範囲（距離Ｃの範囲）において、温態時での配管１の熱膨張が該冷態時に拘束されることなく該配管が元の位置に戻されるので、配管１の拘束による熱応力の発生を回避でき、また前記隙間８が消滅した状態（Ｃ＝０の状態）からの振動振幅に相当する配管１の振動変位は前記振動抑制装置３によって拘束することによって抑制することができる。
【００２６】
これにより、配管１の冷態時における拘束に伴う熱応力を低減できるとともに、該配管１の拘束による配管接続機器２側の反力を低減でき、配管系の熱応力破壊の発生及び前記反力の発生に伴う機器２側のフランジ部５からの流体漏れ等の発生や機器２が回転機器の場合における回転軸のアライメントの狂い等の不具合の発生を防止できる。
またこれとともに、前記隙間８が消滅した状態（Ｃ＝０）からの大きい振動つまり振動振幅の大きい部分は前記振動抑制装置３によって抑制できるため、配管１の振動による配管系の破損の発生も確実に防止できる。
さらに前記振動抑制装置３の制振ストッパ７にクランプ６を当接させることにより配管振動を抑制するので、低周波のみならず高周波の振動も確実に制止できる。
【００２７】
また、前記実施例において、図２に鎖線にて示すように、前記振動抑制装置３を、前記制振ストッパ７および７ａが配管１の曲管部１６を挟んで異なる方向（この例では直角方向）になるように２個設置した構造とすることもできる。
このように構成すれば、１つの振動抑制装置３でもって配管１の曲管部１６を挟んで異なる２方向の振動を抑制することが可能となる。
【００２８】
図３に示す振動抑制装置３の第２実施例において、３は振動抑制装置、１０は該振動抑制装置の制振ストッパである。６は前記配管１の外周に巻装されたクランプで、前記制振ストッパ１０に対向して設けられている。１１は前記支持構造物４に固着されたケースで、前記制振ストッパ１０に形成された質量部１２が該ケース１１内に往復摺動可能に嵌合されている。
１３は前記ケース１１の蓋部と前記制振ストッパ１０の質量部１２との間に介装されたばね（コイルばね）、１５は該質量部１２の反ばね（コイルばね）１３側とケース１１内面との間（取付長さＤ）に設けられたばね（皿ばね）であり、該ばね１３のばね定数をばね１５のばね定数よりも大きく採っている。
【００２９】
１４は前記ケース１１の蓋部に螺合された調整ねじで、該調整ねじ１４のねじ込み量を変化させて前記制振ストッパ１０との隙間Ｅを調整することにより、前記制振ストッパ１０のストロークを設定している。前記隙間Ｅは前記配管側の隙間Ｃよりも小さくなるように設定し、配管１側の振動を前記ばね（コイルばね）１３（及びばね１５）及び質量部１２により抑制可能としている。
【００３０】
かかる実施例においては、制振ストッパ１０を質量部１２が形成された質量体に構成するとともに、制振用のばね１３及び１５を該制振ストッパ７とケース１１との間に介装したので、前記質量体とばね１３（及び１５）とが直列に結合された振動減衰系を構成し、かかる振動減衰系により配管１の振動を減衰することができ、配管系の振動抑制効果が上昇する。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００３１】
図４に示す振動抑制装置３の第３実施例において、３は振動抑制装置で、次に示すようなダッシュポット機構に構成されている。
即ち、２０は該振動抑制装置３の制振ストッパである。６は前記配管１の外周に巻装されたクランプで、前記制振ストッパ２０に対向して設けられている。２１は前記支持構造物４に固着されたケースで、前記制振ストッパ２０に形成された大径部０２０が該ケース２１内に前記配管１側からの加振方向に往復摺動可能に嵌合されている。
そして該制振ストッパ２０の大径部０２０により前記ケース２１内を２つの油室２２及び２３に区画するとともに、該制振ストッパ２０の大径部０２０に前記２つの油室２２及び２３間を連通する小孔からなる油通路２４を穿設している。
【００３２】
２８は前記ケース２１の蓋部２５と前記制振ストッパ２０の大径部０２０との間に介装されたばね（コイルばね）、２９は該大径部０２０とケース２１内面との間に設けられたばね（コイルばね）である。
２６は前記ケース２１の蓋部２５に螺合された調整ねじで、該調整ねじ２６のねじ込み量を変化させて前記制振ストッパ２０との隙間Ｆを調整することにより、前記制振ストッパ２０のストロークを制限している。前記隙間Ｆは前記配管１側の隙間Ｃよりも大きくなるように設定し、配管１側の振動をかかるダッシュポット機構により抑制可能としている。
【００３３】
かかる実施例においては、振動抑制装置３を、前記制振ストッパ２０の大径部０２０に小孔を設けてケース２１内に移動可能に嵌合し、該ケース２１内を該大径部０２０によって２つの油室２２及び２３に区画したダッシュポット機構に構成したので、前記制振ストッパ２０と配管１側のクランプ６とが熱膨張による当接後、配管１の振動は、前記制振ストッパ２０の油通路２４を通って前記２つの油室２２、２３間を油が往復するダッシュポット効果により減衰せしめられ、前記第３実施例に係るばねを用いたものよりも広い周波数領域にて配管系の振動抑制効果が上昇する。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００３４】
図５に示す振動抑制装置の第４実施例において、３は振動抑制装置で、前記支持構造体４に螺合された（３１ａはねじ部）制振ストッパ３１及び該制振ストッパ３１の軸端部に固定されたピニオン３３を備えている。３２は該ピニオン３３に噛み合うラック、３５は後述するストッパ位置制御装置３０からの制御信号により前記ラック３２を往復動せしめるストッパ駆動装置である。
６は前記配管１の外周に巻装されたクランプで、前記制振ストッパ３１に対向して設けられている。
【００３５】
３４は前記配管１の温度を検出する配管温度検出器で、該配管温度検出器３４からの配管温度の検出値はストッパ位置制御装置３０の熱膨張量算出部３７に入力される。該熱膨張量算出部３７においては配管温度の検出値に相当する配管１の前記制振ストッパ３１に対応する部位の熱膨張量を算出し、ストッパ位置算出部３８に入力する。
該ストッパ位置算出部３８においては、前記熱膨張量算出部３７からの配管１の熱膨張量を算出して前記ストッパ駆動装置３５に出力する。
該ストッパ駆動装置３５は前記制振ストッパが常に前記配管の変位（振動）を拘束し、かつ配管の応力が予め定められた応力以下となる位置とするよう前記ラック３２及びピニオン３３を介して前記制振ストッパ３１を駆動する。
【００３６】
かかる実施例によれば、プラント運転中および停止時における配管１の温度を常時検出し、ストッパ位置制御装置３０により制振ストッパ３１の位置が配管１の熱膨張量に対応する位置になるように制御するので、配管１側と制振ストッパ３１との関係位置を熱膨張量に適応した位置に正確に保持することができ、配管１の熱膨張を考慮した振動抑制効果をさらに向上できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、配管系全体をばねとして扱い該配管系のばね定数を用いて、制振ストッパと配管との間に、配管の熱膨張方向における熱膨張量と振動の振幅との差に相当する隙間が形成されるように該振動抑制装置を配置したことにより、前記隙間の範囲内において温態時での配管の熱膨張が冷態時には拘束されることなく該配管が元の位置に戻されるので、配管の拘束による熱応力の発生を回避でき、また前記隙間が消滅した状態からの振動振幅に相当する配管の振動変位は振動抑制装置によって拘束することによって抑制することができる。
【００３８】
これにより、配管の冷態時における拘束に伴う熱応力を低減できるとともに配管の拘束による配管接続機器側の反力を低減でき、配管系の熱応力破壊の発生及び前記反力の発生に伴う機器側フランジ部からの流体漏れ等の発生や機器が回転機器の場合における回転軸のアライメントの狂い等の不具合の発生を防止できる。
またこれとともに、前記隙間が消滅した状態からの大きい振動つまり振動振幅の大きい部分は振動抑制装置によって抑制できるため、配管振動による配管系の破損の発生も確実に防止できる。
さらに前記振動抑制装置の制振ストッパに配管を当接させることにより配管振動を抑制するので、低周波のみならず高周波の振動も確実に制止できる。
【００３９】
また請求項３のように構成すれば、制振ストッパを質量体に構成し制振用のばねを該制振ストッパとケースとの間に介装したので、該制振ストッパとばねとにより配管の振動を減衰することができ、配管系の振動抑制効果が向上する。
また請求項４のように構成すれば、前記制振ストッパに小孔を設けてケース内に移動可能に嵌合しケース内を２つの油室に区画したダッシュポット機構による油圧減衰作用によって配管の振動を減衰することができ、前記ばねを用いたものよりも広い周波数領域にて配管系の振動抑制効果が上昇する。
また請求項５のように構成すれば、１つの振動抑制装置でもって配管の曲管部を挟んで異なる２方向の振動を抑制することが可能となる。
【００４０】
さらに請求項６のように構成すれば、プラント運転中および停止時における配管の温度を常時検出し、ストッパ位置制御装置により制振ストッパ位置が配管の熱膨張量に対応する位置になるように制御するので、配管と制振ストッパとの関係位置を熱膨張量に適応した位置に正確に保持することができ、配管の熱膨張を考慮した振動抑制効果をさらに向上できる。
以上により、本発明によれば、配管の熱膨張及び振動による配管系の不具合の発生を確実に防止でき、配管系の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係る配管系及び該配管の制振装置を示す系統図である。
【図２】  振動抑制装置の第１実施例を示す要部側面図である。
【図３】  振動抑制装置の第２実施例を示す要部断面図である。
【図４】  振動抑制装置の第３実施例を示す要部断面図である。
【図５】  振動抑制装置の第４実施例を示す要部構成を含むブロック図である。
【図６】  従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
１  配管
２  機器
３  振動制御装置
４  支持構造物
６  クランプ
７、１０、２０、３１  制振ストッパ
８  隙間
１１、２１  ケース
１６  曲管部
１２  質量部
１３、１５、２８、２９  ばね
１４、２６  調整ねじ
２２、２３  油室
２４  油通路
３０  ストッパ位置制御装置
３５  ストッパ駆動装置
【図１】
0003643812.tif 000002
【図２】
0003643812.tif 000003
【図３】
0003643812.tif 000004
【図４】
0003643812.tif 000005
【図５】
0003643812.tif 000006
【図６】
0003643812.tif 000007