特開 2022-190391 スナッバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022190391

(43)【公開日】2022-12-26

(54)【発明の名称】スナッバ

(51)【国際特許分類】

   F16F 9/30 20060101AFI20221219BHJP

   F16L 3/20 20060101ALI20221219BHJP

【ＦＩ】

F16F9/30

F16L3/20 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021098692

(22)【出願日】2021-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松原 史弥

(72)【発明者】

【氏名】小林 祐樹

【テーマコード（参考）】

3H023

3J069

【Ｆターム（参考）】

3H023AA05

3H023AB03

3H023AC46

3H023AC51

3H023AC64

3H023AE07

3J069AA50

3J069BB03

3J069CC15

3J069DD47

3J069EE62

(57)【要約】

【課題】より簡素な構成で長期間にわたり配管又は機器等の制振対象物に作用する応力を安定して低減することができるスナッバを提供する。
【解決手段】建屋の壁面側に固定されるシリンダと、ダイラタンシーを示す高分子流体で構成され、シリンダ内に液密に充填された作業流体とを備える。また、シリンダ内において、作業流体を押圧可能な押圧面を有すると共に、シリンダ内における作業流体の流動性を許容するように配置されたピストンと、一方の端部が制振対象物側に固定され、他方の端部がピストンに固定されるロッドとを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建屋の壁面側に固定されるシリンダと、
ダイラタンシーを示す高分子流体で構成され、前記シリンダ内に液密に充填された作業流体と、
シリンダ内において、前記作業流体を押圧可能な押圧面を有すると共に、前記シリンダ内における前記作業流体の流動性を許容するように配置されたピストンと、
一方の端部が制振対象物側に固定され、他方の端部がピストンに固定されるロッドと、
を備えるスナッバ。

【請求項2】

前記作業流体は、α-グルコース分子が共有結合にて重合した高分子材料で構成されている
請求項１に記載のスナッバ。

【請求項3】

前記シリンダは円筒形状で構成され、
前記シリンダの長手方向に沿う方向から見た前記ピストンの形状は、前記シリンダの内壁面に接触しない大きさの楕円形状である
請求項１に記載のスナッバ。

【請求項4】

前記ピストンの押圧面は、蛇腹形状を有する
請求項１に記載のスナッバ。

【請求項5】

前記ロッドの前記シリンダ内に配置される部分の側周面は蛇腹形状又はらせん形状を有する
請求項１に記載のスナッバ。

【請求項6】

前記シリンダの表面は、断熱材に覆われている
請求項１に記載のスナッバ。

【請求項7】

前記ピストンには、前記作業流体の移動を許容する貫通孔が設けられている
請求項１に記載のスナッバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各種プラントにおいて配管や機器等の制振対象物を支持するスナッバに関する。

【背景技術】

【0002】

原子力プラント等、温度変化の大きい環境下で使用される配管は、温度変化による熱膨張を緩和するため、柔構造となるよう支持されている。柔構造となるように支持された配管は、内部流体による振動や機械等振動を受けやすく、さらに、耐震性が問題となる。

【0003】

そこで、配管を支持する構造物として、加速度が小さい変位を拘束しない一方で、地震等の加速度が大きな変位に対して拘束力を作用させ、配管に作用する応力を抑制することができるスナッバと呼ばれる防振器が提案されている。このような特徴を持つスナッバとしては、機械的な機構を持つメカニカルスナッバや、流体の粘性抵抗を利用したオイルスナッバが実用化されている。

【0004】

特許文献１には、シリンダ内のロッド側圧力室とヘッド側圧力室とに急激な圧力差が生じた場合にシリンダの外側に設置されたスナッバ内弁が閉じることでピストンロッドが動かなくなるように構成されたオイルスナッバが開示されている。特許文献１では、スナッバ内弁はロッド側圧力室とヘッド側圧力室とをシリンダの外側で連通させる連通ラインに設けられている。

【0005】

また、特許文献２には、プラント等で使用される機器又は配管の振動を抑制するための回転型減衰装置（メカニカルスナッバ）が開示されている。特許文献２に記載の回転型減衰装置では、ボールナットとボールねじを組み合わせることにより、直線運動を回転運動に変換させることで振動を効果的に減衰させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１－３３７０００号公報

【特許文献2】特開２０１４－２０２２３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、特許文献１では、シリンダの外側に別途スナッバ内弁を設けるための連通ライン（配管）を設ける必要があり、全体の構成が大掛かりとなる。また、特許文献２では、ボールねじやボールナット等の機械的に動作する部品によって構成されているため、摩耗や疲労破壊等により、部品強度の低下が危惧される。

【0008】

そこで、本発明は、より簡素な構成で長期間にわたり配管又は機器等の制振対象物に作用する応力を安定して低減することができるスナッバを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のスナッバは、建屋の壁面側に固定されるシリンダと、ダイラタンシーを示す高分子流体で構成され、シリンダ内に液密に充填された作業流体とを備える。また、シリンダ内において、作業流体を押圧可能な押圧面を有すると共に、シリンダ内における作業流体の流動性を許容するように配置されたピストンと、一方の端部が制振対象物側に固定され、他方の端部がピストンに固定されるロッドとを備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、より簡素な構成で長期間にわたり、支持する制振対象物に作用する応力を安定して低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るスナッバの概略断面構成図である。

【図2】図１のＡ－Ａ´線上に沿う断面構成図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係るスナッバの概略断面構成図である。

【図4】本発明の第３の実施形態に係るスナッバの概略断面構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態に係るスナッバの一例を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。以下で説明する各図において、共通の部材には同一の符号を付している。

【0013】

１．第１の実施形態
１－１．スナッバの構成
まず、本発明の第１の実施形態に係るスナッバについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るスナッバ１の概略断面構成図である。また、図２は、図１のＡ－Ａ´線上に沿う断面構成図である。以下の説明では、制振対象物として配管を例に説明する。

【0014】

本実施形態のスナッバ１は、原子力プラント等において、配管を支持する防振装置である。図１に示すように、本実施形態のスナッバ１は、スナッバ本体１８と、第１固定部１６と、第２固定部１７とを備える。

【0015】

［スナッバ本体］
スナッバ本体１８は、シリンダ２と、シリンダ２内に充填された作業流体１０と、軸受１１と、封止部材１２と、ピストン７と、ロッド４と、断熱材１９とを備える。

【0016】

シリンダ２は、円筒状の部材で構成された本体部２ａと、本体部２ａの長手方向における一方の端部に設けられた第１側面部２ｂと、本体部２ａの長手方向における他方の端部に設けられた第２側面部２ｃとを備える。第１側面部２ｂは、本体部２ａと一体に構成された円形状の板状部材で構成されており、本体部２ａの一端部を閉じるように設けられている。第１側面部２ｂの本体部２ａ側とは反対側の面には、後述する第１固定部１６の固定軸８が固定されている。第２側面部２ｃは、本体部２ａと一体に構成された円形状の板状部材で構成されており、本体部２ａの他端部を閉じるように設けられている。また、第２側面部２ｃの中央部分には、ロッド４が挿通可能な貫通孔が設けられている。このように構成されたシリンダ２の内部には、後述する作業流体１０を保持可能な空間が構成される。

【0017】

軸受１１は、第２側面部２ｃの本体部２ａ側の内面に密着するように保持されている。そして、軸受１１は、第２側面部２ｃを貫通するロッド４を摺動可能に保持している。シリンダ２の内部に軸受１１が設けられることにより、ロッド４がシリンダ２の長手方向に摺動移動する。

【0018】

封止部材１２は、中央部にロッド４が貫通する貫通孔を有する円盤状の部材で構成されている。封止部材１２は、軸受１１の第２側面部２ｃ側とは反対側の面に密着するように設けられると共に、シリンダ２の本体部２ａの内周面に密着するように設けられている。封止部材１２は、シリンダ２の内部に保持される作業流体１０が軸受１１側に移動しないように、シリンダ２の内周面及びロッド４の外周面に液密に設けられている。封止部材１２は、例えば弾性部材で構成することができる。

【0019】

作業流体１０は、シリンダ２の内部に保持される液体状の材料であり、ダイラタンシーを示す高分子流体で構成されている。ダイラタンシーとは、圧縮等の所定の力が加わると、力が加わった面の液体が瞬時に凝固し固体のような抵抗力を発揮する性質のことである。ダイラタンシーを示す高分子流体としては、例えば、α-グルコース分子が共有結合にて重合した高分子材料を用いることができる。その他、例えば、シリコンオイル等、室温で安定してダイラタンシー現象を示す材料であれば種々の材料を適用することが可能である。

【0020】

ピストン７は、シリンダ２の第１側面部２ｂと封止部材１２の間に設けられる部材である。ピストン７は、シリンダ２の本体部２ａの長手方向に所定の厚みを有する板状部材で構成されている。また、図２に示すように、本実施形態では、ピストン７は、シリンダ２の内周面に接触しない大きさの楕円形状の部材で構成されている。

【0021】

ここで、ピストン７の第１側面部２ｂ側の面は、ピストン７が第１側面部２ｂ側に変位した際において、第１側面部２ｂとピストン７との間の作業流体１０を押圧する第１押圧面７ａとなる。また、ピストン７の第２側面部２ｃ側の面は、ピストン７が第２側面部２ｃ側に変位した際において、第２側面部２ｃとピストン７との間の作業流体１０を押圧する第２押圧面７ｂとなる。上述したように、ピストン７はシリンダ２の本体部２ａの内周面に接触しない大きさの楕円形状で構成されている。これにより、シリンダ２内における作業流体１０の流動性が、ピストン７よりも第１側面部２ｂ側の空間と、第２側面部２ｃ側の空間との間で許容される。

【0022】

ロッド４は、第２側面部２ｃ、封止部材１２、及び、軸受１１を貫通する棒状の円柱部材で構成されている。ロッド４は、軸受１１に摺動可能に保持されている。ロッド４の一方の端部はシリンダ２内部に保持されるピストン７の中央部に接続され、他方の端部は、後述する第２固定部１７に接続されている。ロッド４は、ピストン７を保持可能な剛性を有する部材で構成されており、シリンダ２の本体部２ａ内において、シリンダ２の内壁面に接触しない状態で保持する。本実施形態では、ロッド４が軸受１１に対して摺動移動することで、ピストン７がシリンダ２の内部で長手方向に沿う方向に移動する。

【0023】

なお、シリンダ２、ピストン７、及び、ロッド４は、腐食しにくい材料であればよく、例えば、ＳＵＳで構成することができる。

【0024】

断熱材１９は、シリンダ２の外周面全体を被覆するように設けられており、例えば、建築資材として一般的に用いられている材料を適用することができる。断熱材１９により、シリンダ２内部の温度を適正に保持することができる部材であれば種々の材料が適用可能である。

【0025】

［第１固定部］
第１固定部１６は、建屋の壁面１００にスナッバ本体１８を固定するための部材であり、固定ブラケット９と、固定軸８とを備える。固定ブラケット９は、建屋の壁面１００に固定されており、固定軸８を固定可能に構成されている。固定軸８は、一端が固定ブラケット９に固定され、他端がシリンダ２の第１側面部２ｂに固定されている。本実施形態では、例えば、固定軸８を固定ブラケット９に対してピン１５等で固定することで、壁面１００に対してスナッバ本体１８を固定することができる。

【0026】

［第２固定部］
第２固定部１７は、配管(図示を省略する)を支持する部材であり、配管支持部３と、連結部５とを備える。配管支持部３は、配管が挿通可能な円筒形状の配管支持部本体２０と配管支持部本体２０を連結部５に連結するための取付ブラケット１３で構成されている。配管支持部本体２０は、配管が挿通された状態で配管をシリンダ２に対して固定できる構成であればよく、例えば、配管を挟みこんで固定する構成であってもよい。取付ブラケット１３は、一端部が連結部５に連結され、他端部が配管支持部本体２０に固定されている。

【0027】

連結部５は、一方の端部が、連結ピン１４を介して取付ブラケット１３に連結され、他方の端部が、ターンバックル６を介してロッド４に連結されている。連結部５と取付ブラケット１３とは、例えば、連結部５と取付ブラケット１３とを貫通するように取り付けられる連結ピン１４によって連結されている。また、連結部５の他方の端部がターンバックル６を介してロッド４に接続されることにより、設置時において、配管位置と、建屋の壁面１００との間の距離に応じて、スナッバ１の全長を調節することができる。

【0028】

１－２．スナッバの動作
次に、本実施形態のスナッバ１の動作について説明する。まず、通常の運転時における配管の微小な振動や緩やかな振動が起こった場合について説明する。この場合、配管の振動に伴い、ロッド４を介してシリンダ２内のピストン７が移動する。微小な振動に対しては、ピストン７が緩やかに移動するため、作業流体１０は液体の状態を維持する。したがって、配管の微小な振動や緩やかな振動に対しては、スナッバ１において、ロッド４がシリンダ２に対して摺動移動する。

【0029】

一方、地震等の大きく急激な振動により配管が振動した場合について説明する。この場合、配管の振動に伴い、ロッド４を介してシリンダ２内のピストン７が急激に移動しようとする。このとき、シリンダ２内のピストン７には、ロッド４の長手方向に沿う方向に急激な力が加わる。このため、ピストン７に接している作業流体１０は、高分子流体が示すダイラタンシー現象により固体のような振る舞いをし、抵抗力を発揮する。

【0030】

例えば、ピストン７が第１側面部２ｂ側に変位（接近）しようとした場合には、ピストン７の第１押圧面７ａが作業流体１０を押圧する。そのため、第１押圧面７ａ付近の作業流体１０が、瞬時に凝固し抵抗力を発生させる。一方、ピストン７が第２側面部２ｃ側に急激に変位（接近）しようとした場合には、ピストン７の第２押圧面７ｂが作業流体１０を押圧する。そのため、第２押圧面７ｂ付近の作業流体１０が、急激に凝固し抵抗力を発生させる。これにより、ピストン７の急激な変位が阻止され、配管の変位を拘束することができる。

【0031】

このように、本実施形態におけるスナッバ１は、温度変化の大きい環境下で使用するために柔構造で支持されている配管に対して、加速度が小さい変異に対しては配管を拘束せず、地震等の加速度が大きな変位に対しては配管を瞬時に拘束することができる。また、本実施形態のスナッバ１は、シリンダ２内に封入する作業流体１０としてダイラタンシーを示す高分子流体を用いることで、上記の効果を得ることができるため、装置自体を簡素化することができる。

【0032】

例えば、従来のメカニカルスナッバでは、ボールナットやボールネジのような機械的な機構が必要であった。しかしながら、本実施形態のスナッバ１では、メカニカルスナッバのような機械的機構が必要ない。これにより、本実施形態のスナッバでは、機械的な摩耗や疲労破壊等による構成部品の強度の低下に対する懸念が低減されると共に、ボールネジの回転角に対するボールナットの移動量に非線形な関係が生じる、いわゆるロストモーションの懸念が無い。

【0033】

また、従来のオイルスナッバでは、オイルが封入されたシリンダの外側に、弁を有する連通ライン等を設ける必要があった。これに対し、本実施形態のスナッバ１では、シリンダ２の外側に他の連通ライン等を設ける必要がなく、装置自体が簡素であるため、他装置との干渉に対する懸念が低減される。

【0034】

２．第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態に係るスナッバについて説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係るスナッバ３０の概略断面構成図である。図３において、図１に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。第２の実施形態に係るスナッバ３０は、第１の実施形態に係るスナッバ１に対して、ピストン３７及びロッド３４の形状が異なる例である。

【0035】

図３に示すように、第２の実施形態に係るスナッバ３０では、ピストン３７における作業流体１０に接する表面に蛇腹加工が施されている。ピストン３７に施された蛇腹加工は、少なくとも、シリンダ２の第１側面部２ｂ側に位置する第１押圧面３７ａ、及び、第２側面部２ｃ側に位置する第２押圧面３７ｂに設けられていればよい。さらにピストン３７の側周部に対しても蛇腹加工を施してもよい。なお、ピストン３７の、シリンダ２の長手方向に沿う方向から見たときの形状は、第１の実施形態と同様、シリンダ２の内壁面に接触しない楕円形状に構成されている。

【0036】

また、ロッド３４におけるピストン３７に接続される側であるピストン側ロッド部３４ａの表面にも、蛇腹加工が施されている。ロッド３４において、蛇腹加工が施されるピストン側ロッド部３４ａは、ロッド３４が配管側に最大に移動した場合に、封止部材１２に接触しない範囲に設けられている。ロッド３４の蛇腹加工が施されるピストン側ロッド部３４ａ以外の部分は、第１の実施形態と同様、表面が滑らかな円柱部材で構成されている。したがって、ピストン側ロッド部３４ａの蛇腹加工は、軸受１１に対する摺動移動や、封止部材１２における作業流体１０の封止性を阻害しない範囲に設けられている。

【0037】

第２の実施形態では、ピストン３７の表面及びピストン側ロッド部３４ａに対して腹加工を施しているため、第１の実施形態に比較し、ピストン３７及びピストン側ロッド部３４ａにおいて、作業流体１０に接触する接触面積が大きくなる。これにより、配管における加速度の大きな変位に対して、ロッド３４及びピストン３７が大きく変位しようとする際に、ロッド３４及びピストン３７の変位に伴う圧縮力に伴って一時的に凝固する作業流体１０の面積が大きくなる。このため、より効果的に、急激なピストン３７の移動を阻止することができ、急激な振動に対して配管の変位を拘束することができる。

【0038】

なお、第２の実施形態では、ピストン３７の表面及びピストン側ロッド部３４ａを蛇腹加工する例としたが、らせん状に加工してもよく、表面積を大きくする加工であれば種々の形態を適用することができる。

【0039】

３．第３の実施形態
次に、本発明の第３の実施形態に係るスナッバについて説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係るスナッバ４０において、シリンダ２の長手方向に直交する方向においてピストン４７側の断面を見たときの概略断面構成図である。図４において、図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。また、第３の実施形態におけるシリンダ２の長手方向に沿う方向における概略断面構成図は図１と同様であるので、図示を省略する。第３の実施形態に係るスナッバ４０は、第１の実施形態に係るスナッバ１に対してピストン４７の形状のみが異なる例である。

【0040】

第３の実施形態に係るスナッバ４０のピストン４７は、真円状の板状部材で構成され、複数の貫通孔４８が設けられている。ピストン４７は、シリンダ２の内壁面に接触しない程度の大きで構成されている。また、貫通孔４８は、例えば、ピストン４７が接続される中心部の周囲に等間隔に設けられている。さらに、貫通孔４８の径は、緩やかなピストン４７の変位に対して、粘性のある作業流体１０が貫通孔４８内を移動できる大きさに構成されている。すなわち、ピストン４７は、作業流体１０の流動性を許容するように構成されている。

【0041】

第３の実施形態では、配管の微小な振動に起因するピストン４７の変位に対しては、作業流体１０が貫通孔４８を移動するため、ピストン４７を挟むシリンダ２内の領域において作業流体１０の流動性を阻害しない。このため、微小な振動に対しては配管の変位を拘束しない。一方、急激な振動に起因するピストン４７の変位に対しては、ピストン４７の第１押圧面４７ａや第２押圧面（図示を省略する）に接触している部分の作業流体１０が一時的に凝固することにより、ピストン４７の移動が制限される。これにより、急激な振動に起因する配管の変位を拘束することができる。

【0042】

上述した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成について他の構成を加えることも可能である。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0043】

１…スナッバ、２…シリンダ、２ａ…本体部、２ｂ…第１側面部、２ｃ…第２側面部、３…配管支持部、４…ロッド、５…連結部、６…ターンバックル、７…ピストン、７ａ…第１押圧面、７ｂ…第２押圧面、８…固定軸、９…固定ブラケット、１０…作業流体、１１…軸受、１２…封止部材、１３…取付ブラケット、１４…連結ピン、１５…ピン、１６…第１固定部、１７…第２固定部、１８…スナッバ本体、１９…断熱材、２０…配管支持部本体、１００…壁面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】