JP3781410B2 - ジェットファン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネル内のトンネル天井壁に吊り下げて設置されるジェットファンの羽根車などの回転体に、異常が発生した場合にこれを検出できるようにしたジェットファンに関するものである。また、ジェットファンの吊設部材や規制動材などの支持構造に、緩みなどの異常が発生した場合にこれを検出することができるようにしたジェットファンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路トンネル内の換気を行うために、道路トンネルのトンネル天井壁にジェットファンが吊り下げて設置される。このジェットファンを吊り下げて設置するための従来のジェットファンの支持構造の一例を、図２５および図２６を参照して説明する。図２５は、従来のジェットファンの支持構造の一例を円筒状ケーシングの横から見た図である。図２６は、図２５のジェットファンを軸方向から見た図である。
【０００３】
図２５および図２６において、ジェットファン１０の円筒状ケーシング１２の軸方向中央部で軸方向から見て両側に軸方向にずらして２ヶ所の側部外壁に、側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄがそれぞれ設けられ、これらの略上方位置のトンネル天井壁１６に、側部吊持部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄがそれぞれ設けられる。そして、対応する側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと側部吊持部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでそれぞれに連結される。また、円筒状ケーシング１２の軸方向両端部の端部外壁の頂部に、頂部支持部材２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられ、これらの略軸方向斜め上方位置のトンネル天井壁１６に、頂部吊持部材２４ａ，２４ｂがそれぞれ設けられる。そして、対応する頂部支持部材２２ａ，２２ｂと頂部吊持部材２４ａ，２４ｂが規制部材２６ａ，２６ｂでそれぞれに連結される。さらに、円筒状ケーシング１２内に駆動モータ４０が配設され、駆動モータ４０の回転軸に羽根車４２が固定される。そして、駆動モータ４０が運転されると、羽根車４２が回転され、図２５の矢印の方向に送風が行われる。
【０００４】
ところで、ジェットファンにおいて、羽根車４２などの回転体はバランス調整がなされていて、正常状態であれば、運転中に大きな振動や騒音を発生することがない。しかるに、羽根車４２に異物などが付着するなどして回転体にアンバランスを生ずると、運転中に異常振動を生じ、この振動によって回転体自体が損傷を受ける虞がある。また、回転体の異常振動が支持構造に伝わり、支持構造の吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄや規制部材２６ａ，２６ｂを連結固定するボルトナットなどに、緩みを生じさせる虞がある。そして、特に吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれかに緩みを生ずると、その分の荷重が他の吊設部材の負担となり、極端な場合には吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび規制部材２６ａ，２６ｂが破損し、ジェットファン１０が落下して大事故となる虞がある。
【０００５】
なお、ジェットファン１０の支持構造は、正常状態にあっては、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによりジェットファン１０の重量が支持され、規制部材２６ａ，２６ｂにより円筒状ケーシング１２が軸方向ならび上下に揺動するのが規制される。なお、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにはジェットファン１０の重量を支持するだけの大きな引張荷重が加わることは勿論である。そして、規制部材２６ａ，２６ｂは、ターンバックルを軽く締め付けて長さの調整がなされ、その引張荷重は零ではないが、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに作用する引張荷重に対して僅かな値である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のジェットファン１０において、羽根車４２などの異物の付着の有無または羽根車４２などの損傷の有無および支持構造の緩みの有無を、定期的に点検確認しなければならない。しかるに、ジェットファン１０は道路トンネル内の高い位置に吊り下げられており、点検者が道路上から目視により点検作業をすることができない。そのため、点検者が作業車に乗って高い所から点検を行わなければならない。このためには、道路トンネル内の交通規制が必要であり、点検作業が大がかりとなり、また時間的にも制約を受けるために、頻繁には点検ができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来のジェットファンの事情に鑑みてなされたもので、羽根車などの回転体の異常を簡単に検出できるようにした、ジェットファンを提供することを目的とする。さらに、支持構造の緩みなどの異常を簡単に検出できるようにしたジェットファンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のジェットファンは、円筒状ケーシングの軸方向中央部の外壁とその略上方位置のトンネル天井壁とを吊設部材で連結してジェットファンの重量を支持するとともに、前記円筒状ケーシングの軸方向両端部の外壁とその軸方向斜め上方位置のトンネル天井壁とを規制部材で連結して前記円筒状ケーシングの揺動を規制する支持構造を有するジェットファンにおいて、前記吊設部材または規制部材の少なくともいずれか１つに荷重を検出する荷重検出手段を設け、前記荷重検出手段の検出出力から荷重変動成分を得る荷重変動検出手段を設け、前記荷重変動成分から回転体の異常を判別する判別手段を設けて構成されている。
【０００９】
そして、前記荷重検出手段の検出出力から引張荷重成分を得る引張荷重検出手段を設け、前記引張荷重成分から前記支持構造の異常を判別する第２の判別手段を設けて構成しても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図１１を参照して説明する。図１は、図２５と図２６で示すジェットファンの構造で正常状態の支持構造において、羽根車に種種の重さのアンバランスウエイトを付加した場合の風上側の規制部材２６ａの荷重変動を示すグラフである。図２は、風上側の１本の吊設部材２０ｃの荷重変動を示すグラフである。図３は、風下側の１本の吊設部材２０ｄの荷重変動を示すグラフである。図４は、風下側の規制部材２６ｂの荷重変動を示すグラフである。図５は、風下側の他の１本の吊設部材２０ｂの荷重変動を示すグラフである。図６は、風上側の他の１本の吊設部材２０ａの荷重変動を示すグラフである。図７は、図１ないし図６に示す各吊設部材および規制部材のアンバランスウエイトの重さと荷重変動の関係を示すグラフである。図８は、図２５と図２６で示すジェットファンの構造で、羽根車などの回転体が正常な状態において、風上側の１本の吊設部材２０ｃのターンバックルを緩めた場合のその吊設部材２０ｃの引張荷重に対する他の吊設部材および規制部材の引張荷重のグラフである。図９は、風上側の他の１本の吊設部材２０ａのターンバックルを緩めた場合のその吊設部材２０ａの引張荷重に対する他の吊設部材および規制部材の引張荷重のグラフである。図１０は、本発明のジェットファンの第１実施例の構造を示す図である。図１１は、図１０の歪みゲージ式ロートセルの検出出力を処理する一例のブロック回路図である。図１２は、荷重変動成分を示す図である。図１０において、図２５と図２６に示す部材と同じまたは均等なものには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００１１】
まず、発明者らは、図１ないし図６に示すごとく、ジェットファン１０の羽根車４２に各種の重さのアンバランスウエイトを付加して運転すると、羽根車４２の振動により、各吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび規制部材２６ａ，２６ｂに生ずる荷重変動の変化を、実験により明らかとした。すなわち、図７に示すごとく、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、アンバランスウエイトの重さの増加に伴い、一度荷重変動成分の大きさが低下するもののその後は増大する。そして、風下側の規制部材２６ｂも吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと同様の傾向が認められるが、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄほど顕著でない。また、風上側の規制部材２６ａは、最初は変化なく途中で増加し再び変化しない状態となる。なお、図７は荷重変動の振幅は、全振幅のピークツーピークの値で示されている。
【００１２】
また、発明者らは、ジェットファン１０の重量を支持する吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれか１本が緩むことによる他の残りの吊設部材および規制部材２６ａ，２６ｂに作用する引張荷重の変化を、実験により明らかとした。すなわち、１本の吊設部材２０ｃのターンバックルを徐々に緩めてゆくと、図８に示すごとく、緩める吊設部材２０ｃに作用する引張荷重の低下にともない斜め対向位置の吊設部材２０ｂの引張荷重が低下し、他の残りの２本の吊設部材２０ａ，２０ｂの引張荷重が増加し、規制部材２６ｃ，２６ｂはいずれも引張荷重が増加する。また、別の１本の吊設部材２０ａのターンバックルを徐々に緩めてゆくと、図９に示すごとく、斜め対向位置の吊設部材２０ｄの引張荷重が低下し、他の残りの２本の吊設部材２０ｂ，２０ｃの引張荷重が増加し、規制部材２６ａ，２６ｂはいずれも引張荷重が増加する。
【００１３】
これらの実験結果に基づいて、発明者らは吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび規制部材２６ａ，２６ｂの荷重変動の変化から羽根車４２などの回転体がアンバランスであるか否かを検出できる、との知見を得た。また、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの緩みを、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０および規制部材２６ａ，２６ｂの引張荷重の変化から検出できるとの知見を得た。そこで、図１０に示すごとく、風下側の１本の規制部材２６ｂに荷重検出手段としての歪みゲージ式ロードセル３０が設けられる。そして、図１１に示すごとく、歪みゲージ式ロードセル３０からの検出出力が増幅手段３２に与えられ、その増幅出力が荷重変動検出手段３４と引張荷重検出手段３６とに与えられる。ここで、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力は、交流成分としての荷重変動が直流成分としての引張荷重に重畳されたものである。そこで、荷重変動検出手段３４によって検出出力より、図１２のごとき荷重変動成分のみが抽出される。この荷重変動検出手段３４は、具体的一例として、直流阻止のコンデンサであり、またはハイパスフィルタなどで形成される。また、引張荷重検出手段３６は、検出出力を平均化するもので、具体的一例として、適宜な平滑回路や積分回路で形成される。そして、荷重変動検出手段３４の振幅のピーク高さが予め設定された第１基準値と比較手段３８で比較され、ピーク値が基準値を越えるとその信号が警報手段４４に与えられる。なお、比較手段３８では、図１２に示すごとく、振幅のピーク高さが上限基準値または下限基準値のいずれと比較されても良い。そして、この比較手段３８は、羽根車４２などの回転体に異常の有無を判別する判別手段として作用する。また、引張荷重検出手段３６の出力が予め設定された第２基準値と比較手段４６で比較され、引張荷重成分の出力が第２基準値を越えるとその信号が警報手段４４に与えられる。ここで、比較手段４６は、支持構造の異常の有無を判別する第２の判別手段として作用する。そして、警報手段４４は、比較手段３８，４６の出力により同様の警報信号を発しても良く、また異なる警報信号を発しても良い。
【００１４】
なお、歪みゲーシ式ロードセル３０の検出出力を、上記実施例では、アナログ的に処理する構造で説明したが、デジタル的に処理しても良いことは勿論である。すなわち、増幅手段３２からの増幅出力を、１秒間に例えば２５０回ほどサンプリングしてデジタル値として演算手段に取り込み、適宜に荷重変動成分と引張荷重成分に分けて、それぞれを予め設定した基準値と比較するようにしても良いことは勿論である。また、歪みゲージ式ロードセル３０に代えて、規制部材２６ａ，２６ｂおよび吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれかの適宜な場所に、歪みゲージを直接に張り付けて、この歪みゲージに作用する荷重変動成分と引張荷重成分とを検出するようにしても良い。
【００１５】
次に、本発明の第２実施例を図１３を参照して説明する。図１３は、本発明のジェットファンの第２実施例のブロック回路図である。図１３において、図１１と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００１６】
第２実施例では、荷重変動成分から回転体の異常の有無の判別する構造が、第１実施例と相違し、他の構造は同様である。図１３において、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力が、増幅手段３２で増幅されて荷重変動検出手段３４と引張荷重検出手段３６にそれぞれ与えられ、荷重変動成分と引張荷重成分が抽出されることは、第１実施例と同様である。そして、抽出された荷重変動成分から回転体の異常の有無の判別方法が、以下のごとく第１実施例と相違する。
【００１７】
荷重変動検出手段３４から出力された荷重変動成分が比較手段３８で第１基準値と比較され、第１基準値を超えた信号の個数が計数手段４８で計数される。さらに、計数手段４８の所定時間当たりの計数値が他の比較手段５０により予め設定された第３基準値と比較され、計数値が第３基準値を超えると、警報手段４４に信号が与えられて回転体に異常があることが示される。比較手段３８，５０および計数手段４８によって判別手段が形成されている。
【００１８】
この第２実施例の判別手段による回転体の異常の有無の判別は、以下のごとき理由よるものである。まず、荷重変動成分は、図１２に示されるごとく、種々の周波数成分が合成されていて、振幅のピーク高さが一定でなく、時々ヒゲのごとくピーク高さが高いものが生ずる。そこで、このヒゲ様のピーク高さに対して基準値を超える毎に回転体に異常があると判別すると、安定した判別が得られない。そこで、基準値を超えたピーク高さが所定時間当たりに何個あったかを計数手段４８で計数することで、荷重変動成分が全体的に大きいほど大きな計数値が得られる。そこで、この計数値の大小を第３基準値と比較手段５０で比較し、基準値を超えると回転体の異常として判別され、警報手段４４に信号が与えられる。この第２実施例では、荷重変動成分をデジタル値で処理する場合に好適である。
【００１９】
また、本発明の第３実施例を図１４および図１５を参照して説明する。図１４は、本発明のジェットファンの第３実施例のブロック回路図である。図１５は、図１２の荷重変動成分を正側を包絡線検波した検波出力を示す図である。図１４において、図１１と図１３と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２０】
第３実施例では、荷重変動成分から回転体の異常の有無を判別する構造が第１および第２実施例と相違し、他の構造は同様である。図１４において、荷重変動検出手段３４から出力される荷重変動成分が包絡線検波手段５２に与えられ、正側または負側の包絡線検波がなされ、図１５のごとき包絡線検波出力が出力される。図１５では、正側の包絡線検波出力が比較手段５４で予め設定された第４基準値と比較され、基準値を超えると、警報手段４４に信号が与えられる。包絡線検波手段５２および比較手段５４によって、判別手段が形成されている。
【００２１】
この第３実施例にあっては、荷重変動成分が各種の周波数成分からなっていても、包絡線検波することで荷重変動成分のパワーの大小に応じた出力が得られる。そこで、これと第４基準値を比較することで、所定の大きさを超えた荷重変動成分が検出されると、回転体に異常が有ると判別する。
【００２２】
さらに、本発明の第４実施例を図１６および図１７を参照して説明する。図１６は、本発明のジェットファンの第４実施例のブロック回路図である。図１７は、図１６の周波数分析手段から得られる荷重変動成分のスペクトラム図である。図１６において、図１１と図１３および図１４と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２３】
第４実施例では、増幅手段３２の増幅出力が周波数分析手段５６と引張荷重検出手段３６に与えられる。周波数分析手段５６は、荷重検出出力に含まれる各周波数成分を図１７のごとく周波数分析し、この分析結果が演算手段５８に与えられてオーバーオール値が演算される。このオーバーオール値は、各周波数成分のピーク高さを合計した値から算出される。図１７（ａ）示すごとく、回転体にアンバランスが生じてない状態では、周波数分析で分析される各周波数成分のピーク高さは極めて低く、振動がないことが示される。そして、演算手段５８により算出されるオーバーオール値も０．０１１と低い値となっている。しかるに、回転体にアンバランスウエイトを付した一例の図１７（ｂ）にあっては、回転体にアンバランスを生じて振動が発生し、周波数分析手段５６で分析される各周波数成分のピーク高さも運転周波数およびその高調波成分で高く示される。そして、演算手段５８によるオーバーオール値も０．０７２と大きな値となる。そこで、このオーバーオール値を予め設定した第５基準値と比較手段６０で比較することで、回転体の異常の有無を判別できる。第４実施例では、周波数分析手段５６が荷重検出出力から荷重変動成分を抽出する作用も奏するとしてブロック回路図が構成されているが、第１実施例のごとく、荷重検出出力を荷重変動検出手段３４に与えて荷重変動成分を抽出し、この荷重変動成分を周波数分析手段５６に与えるように構成しても良い。そして、演算手段５８および比較手段６０によって、回転体の異常の有無を判別する判別手段が形成されている。
【００２４】
さらにまた、本発明の第５実施例を図１８を参照して説明する。図１８は本発明のジェットファンの第５実施例のブロック回路図である。図１８において、図１６とブロック回路図は全く同じであるが、演算手段の作用が相違する。図１８で、図１６と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２５】
図１８の第５実施例にあっては、周波数分析手段５６で分析された各周波数成分から、演算手段６２により例えば運転周波数を中心とする狭い帯域幅内にある各周波数成分のピーク高さを合計した値を演算する。そして、この演算値が第６基準値と比較手段６４で比較される。演算手段６２および比較手段６４で判別手段が形成されている。
【００２６】
第５実施例では、回転体にアンバランスを生ずるとその回転体が回転される運転周波数の振動が発生することから、この基本的な運転周波数の荷重変動成分の大小から回転体の異常の有無を判別し得る。
【００２７】
そしてさらに、本発明の第６実施例を図１９を参照して説明する。図１９は、本発明のジェットファンの第６実施例のブロック回路図である。図１９において、図１１と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２８】
図１９に示す第６実施例では、増幅手段３２の増幅出力が荷重変動検出手段３４と引張荷重検出手段３６に与えられる。そして、荷重変動検出手段３４から出力される荷重変動成分がバンドパスフィルタ６６に与えられ、例えば運転周波数を中心とする狭い帯域幅内にある周波数成分のみが抽出され、その抽出された周波数成分の大きさが予め設定された第７基準値と比較手段６８で比較される。バンドパスフィルタ６６および比較手段６８によって判別手段が形成される。
【００２９】
第６実施例では、第５実施例と同様に回転体のアンバランスで生ずる運転周波数の荷重変動成分の大小によって回転体の異常の有無を判別できる。上記第５実施例および第６実施例では、比較手段６４，６８に与えらる周波数成分は、運転周波数の荷重変動成分に限られず、運転周波数の高調波成分であっても良い。さらに、１つの帯域幅の周波数成分に限られず、運転周波数とその高調波のそれぞれの帯域幅の周波数成分の合計が比較手段６４，６８に与えられても良い。
【００３０】
上記第１ないし第６実施例では、いずれも歪みゲージ式ロードセル３０が風下側の規制部材２６ｂに設けられていた。そこで、風上側の１本の吊設部材２０ａに歪みゲージ式ロードセル３０を設けた実施例につき、以下説明する。
【００３１】
本発明の第７実施例を図２０および図２１を参照して説明する。図２０は、本発明のジェットファンの第７実施例の構造を示す図である。図２１は、図２０の歪みゲージ式ロードセルの検出出力を処理する一例のブロック回路図である。図２０と図２１において、図１０と図１１と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３２】
第７実施例の本発明のジェットファンの構造は、図２０に示すごとく、風上側の１つの吊設部材２０ａに、歪みゲージ式ロードセル３０が設けられる。なお、風上側の他方の吊設部材２０ｃおよび風下側の２つの吊設部材２０ｂ，２０ｄのいずれに歪みゲージ式ロードセル３０を設けても良い。そして、図２１に示されるごとく、増幅手段３２の増幅出力が荷重変動検出手段３４と引張荷重検出手段３６に与えられる。そして、引張荷重検出手段３６からの引張荷重成分から予め設定された第８基準値が減算手段７０で減算され、減算値の絶対値が第９基準値と比較手段７２で比較される。この第８基準値は、支持構造の正常状態における歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力に応じた引張荷重成分に設定される。そして、減算手段７０から出力される絶対値の大きさは、支持構造に異常が生ずると大きなものとなる。そこで、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力の引張荷重成分が正常状態の大きさから大きくずれて第９基準値を超えると、支持構造の異常と判別される。第７実施例において、減算手段７０と比較手段７２によって、支持構造の異常を判別する第２の判別手段が形成されている。なお、第７実施例のごとく吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれかに設けられた歪みゲージ式ロードセル３０に加わる引張荷重成分は、図８と図９に示すごとく、大きくなる場合もあれば、小さくなる場合もある。いずれにしろ正常状態における引張荷重成分とは異なる値となることから、その変化分の大きさから異常の有無を判別すれば良い。
【００３３】
本発明の第８実施例を図２２を参照して説明する。図２２は、図２０の歪みゲージ式ロードセルの検出出力を処理する他の一例のブロック回路図である。図２２において、図２１と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３４】
図２２の第８実施例にあっては、引張荷重検出手段３６の引張荷重成分がウィンドコンパレータ手段７４に与えられる。このウィンドコンパレータ手段７４には上限基準値と下限基準値がそれぞれ予め設定されており、引張荷重成分の大きさが上限基準値を超えまたは下限基準値を下回ると警報手段４４に信号が与えられて支持構造の異常が示される。ウィンドコンパレート手段７４が第２の判別手段を形成している。
【００３５】
上記実施例では、引張荷重成分の変化分から支持構造の異常の有無を判別するものである。しかるに、支持構造に異常を生ずると、支持構造の剛性が変化し、ジェットファン１０の固有振動が変化する。そこで、この固有振動の変化から支持構造の異常の有無を判別することも可能である。
【００３６】
本発明の第９実施例を図２３および図２４を参照して説明する。図２３は、１本の吊設部材を緩めてその引張荷重を徐々に小さなものとしたときの固有振動数の変化を示す一例である。図２４は、本発明の第９実施例の歪みゲージ式ロードセルの検出出力から固有振動数の変化を求めて支持構造の異常の有無を判別するブロック回路図である。歪みゲージ式ロードセル３０は、図１０のごとく規制部材に設けられても良く、また図２０のごとく吊設部材に設けられても良い。
【００３７】
まず、図２３に示すごとく、１本の吊設部材を緩めてその引張荷重を徐々に小さなものとして、駆動モータ４０を停止させた際に減少していく回転数に対していつ共振現象を生ずるか実験を行った。駆動モータ４０の回転数は、支持構造が正常なジェットファン１０の固有振動数よりも高い。そこで、駆動モータ４０を停止させ、その回転数が変化減少し、ジェットファン１０の固有振動数と一致すると、共振現象によって振動が大きくなることから、固有振動数を検出できる。図２３で、（ア）は駆動モータ４０の停止後の時間経過に対するモータ回転数の変化である。そして（イ）〜（カ）は吊設部材の引張荷重を順次に変化させて共振現象を生ずる時点を検出したものであるが、特に共振現象の生ずる時点が１２１５回転で変化がなく、固有振動数も変化がないことが示される。しかるに、更に引張荷重を小さくしてほぼ０としたところ、（キ）のごとく、共振現象が１０９５回転で生じ、固有振動数が変化したことが示される。そこで、支持構造が正常な状態で予め固有振動数を記録し、定期的にその時の固有振動数を検出して、両固有振動数が一致すれば正常であり、不一致であれば支持構造が異常であると判別できる。
【００３８】
図２４において、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力は増幅手段３２で増幅され、その増幅出力が荷重変動検出手段３４に与えられて、その荷重変動成分が比較手段３８と固有振動数検出手段７６に与えられる。比較手段３８は、第１実施例と同じ回転体の異常の有無を判別する判別手段である。固有振動数検出手段７６は、図２３に示すごとく、共振現象からその時点における固有振動数を適宜に検出する。そして、固有振動数検出手段７６で検出された固有振動数が、予め測定された支持構造が正常な状態における固有振動数と比較手段７８で比較される。固有振動数検出手段７６からの固有振動数と正常状態における固有振動数が一致しないと、警報手段４４に比較手段７８より信号が与えられ、支持構造が異常であることが示される。
【００３９】
第９実施例において、増幅手段３２の増幅出力を第４実施例のごとく周波数分析手段５６で周波数分析し、その周波数分析結果から固有振動検出手段７６で固有振動数を検出しても良い。また上記実施例は、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力に含まれる荷重変動成分から固有振動数の検出を行っているが、いずれかの吊設部材に加速度型振動センサーを設け、その出力から固有振動数を検出しても良い。そして、駆動モータ４０の停止による回転数の減少によって共振現象を生じさせるものに限られず、駆動モータ４０の起動による回転数の増加によって共振現象を生じさせても良い。さらに、第９実施例では、支持構造の異常の有無を判別するのに引張荷重成分を必要としないので、歪みゲージ式ロードセル３０に代えて、振動のみを検出できる加速度型振動センサーを設けて、その出力から回転体と支持構造の異常の有無を判別でするようにしても良い。
【００４０】
上記第７ないし第９実施例において、歪みゲージ式ロードセル３０を吊設部材に設けても、歪みゲージ式ロードセル３０による検出出力には、荷重変動成分が含まれており、第１ないし第６実施例のごとく、回転体などの異常の有無を判別できることは勿論である。
【００４１】
そして、上記実施例において、荷重検出手段の検出出力から回転体の異常を判別し、また支持構造の異常の有無を判別する構成は、上記実施例に限られず、荷重検出手段の検出出力を直接または増幅してコンピュータに入力させて、適宜なプログラムによるデジタル処理によって回転体および支持構造の異常の有無を判別するようにしても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のジェットファンは構成されているので、以下のごとき格別な作用効果を奏する。
【００４３】
請求項１記載のジェットファンにあっては、吊設部材または規制部材のいずれかに設けた荷重検出手段から得られる荷重変動成分から、羽根車などの回転体の異常の有無を判別することできる。そこで、回転体の異常の有無を常時監視することもできる。しかも、異常の有無の点検に、ジェットファンが吊下げられた道路トンネル内の交通規制をする必要がなく、保守点検および管理が容易である。
【００４４】
請求項２ないし８記載のいずれのジェットファンにあっても、荷重変動成分から回転体の異常の有無を確実に判別することができる。
【００４５】
請求項９記載のジェットファンにあっては、吊設部材または規制部材のいずれかに設けた荷重検出手段から得られる荷重変動成分と引張荷重成分から、それぞれ回転体の異常の有無を判別できるとともに支持構造の異常の有無を判別することができる。そこで、ジェットファンの回転体と支持構造の異常の有無をともに常時監視することができ、保守管理が容易である。
【００４６】
請求項１０ないし１２記載のいずれのジェットファンにあっても、引張荷重成分の大きさから支持構造の異常の有無を確実に判別することができる。
【００４７】
請求項１３記載のジェットファンにあっては、荷重検出手段から得られる荷重変動成分により、ジェットファンの固有振動数を検出し、この固有振動数の変化から支持構造の異常を判別できる。そこで、荷重変動成分から回転体の異常の有無と支持構造の異常の有無をともに監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２５と図２６で示すジェットファンの構造で正常状態の支持構造において、羽根車に種種の重さのアンバランスウエイトを付加した場合の風上側の規制部材２６ａの荷重変動を示すグラフである。
【図２】風上側の１本の吊設部材２０ｃの荷重変動を示すグラフである。
【図３】風下側の１本の吊設部材２０ｄの荷重変動を示すグラフである。
【図４】風下側の規制部材２６ｂの荷重変動を示すグラフである。
【図５】風下側の他の１本の吊設部材２０ｂの荷重変動を示すグラフである。
【図６】風上側の他の１本の吊設部材２０ａの荷重変動を示すグラフである。
【図７】図１なし図６に示す各吊設部材および規制部材のアンバランスウエイトの重さと荷重変動の関係を示すグラフである。
【図８】図２５と図２６で示すジェットファンの構造で、羽根車などの回転体が正常な状態において、風上側の１本の吊設部材２０ｃのターンバックルを緩めた場合のその吊設部材２０ｃの引張荷重に対する他の吊設部材および規制部材の引張荷重のグラフである。
【図９】風上側の他の１本の吊設部材２０ａのターンバックルを緩めた場合のその吊設部材２０ａの引張荷重に対する他の吊設部材および規制部材の引張荷重のグラフである。
【図１０】本発明のジェットファンの第１実施例の構造を示す図である。
【図１１】図１０の歪みゲージ式ロートセルの検出出力を処理する一例のブロック回路図である。
【図１２】荷重変動成分を示す図である。
【図１３】本発明のジェットファンの第２実施例のブロック回路図である。
【図１４】本発明のジェットファンの第３実施例のブロック回路図である。
【図１５】図１２の荷重変動成分を正側を包絡線検波した検波出力を示す図である。
【図１６】本発明のジェットファンの第４実施例のブロック回路図である。
【図１７】図１６の周波数分析手段から得られる荷重変動成分のスペクトラム図である。
【図１８】本発明のジェットファンの第５実施例のブロック回路図である。
【図１９】本発明のジェットファンの第６実施例のブロック回路図である。
【図２０】本発明のジェットファンの第７実施例の構造を示す図である。
【図２１】図２０の歪みゲージ式ロードセルの検出出力を処理する一例のブロック回路図である。
【図２２】本発明のジェットファンの第８実施例のブロック回路図である。
【図２３】１本の吊設部材を緩めてその引張荷重を徐々に小さなものとしたときの固有振動数の変化を示す一例である。
【図２４】本発明の第９実施例の歪みゲージ式ロードセルの検出出力から固有振動数の変化を求めて支持構造の異常の有無を判別する一例のブロック回路図である。
【図２５】従来のジェットファンの支持構造の一例を円筒状ケーシングの横から見た図である。
【図２６】図２５のジェットファンを軸方向から見た図である。
【符号の説明】
１０ ジェットファン
１２ 円筒ケーシング
１６ トンネル天井壁
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 吊設部材
２６ａ，２６ｂ 規制部材
３０ 歪みゲージ式ロードセル
３４ 荷重変動検出手段
３６ 引張荷重検出手段
３８，４６，５０，５４，６０，６４，６８，７２，７８ 比較手段
４０ 駆動モータ
４２ 羽根車
４４ 警報手段
４８ 計数手段
５２ 包絡線検波手段
５６ 周波数分析手段
５８，６２ 演算手段
６６ バンドパスフィルタ
７０ 減算手段
７４ ウィインドコンパレータ手段
７６ 固有振動数検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネル内のトンネル天井壁に吊り下げて設置されるジェットファンの羽根車などの回転体に、異常が発生した場合にこれを検出できるようにしたジェットファンに関するものである。また、ジェットファンの吊設部材や規制動材などの支持構造に、緩みなどの異常が発生した場合にこれを検出することができるようにしたジェットファンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路トンネル内の換気を行うために、道路トンネルのトンネル天井壁にジェットファンが吊り下げて設置される。このジェットファンを吊り下げて設置するための従来のジェットファンの支持構造の一例を、図２５および図２６を参照して説明する。図２５は、従来のジェットファンの支持構造の一例を円筒状ケーシングの横から見た図である。図２６は、図２５のジェットファンを軸方向から見た図である。
【０００３】
図２５および図２６において、ジェットファン１０の円筒状ケーシング１２の軸方向中央部で軸方向から見て両側に軸方向にずらして２ヶ所の側部外壁に、側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄがそれぞれ設けられ、これらの略上方位置のトンネル天井壁１６に、側部吊持部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄがそれぞれ設けられる。そして、対応する側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと側部吊持部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでそれぞれに連結される。また、円筒状ケーシング１２の軸方向両端部の端部外壁の頂部に、頂部支持部材２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられ、これらの略軸方向斜め上方位置のトンネル天井壁１６に、頂部吊持部材２４ａ，２４ｂがそれぞれ設けられる。そして、対応する頂部支持部材２２ａ，２２ｂと頂部吊持部材２４ａ，２４ｂが規制部材２６ａ，２６ｂでそれぞれに連結される。さらに、円筒状ケーシング１２内に駆動モータ４０が配設され、駆動モータ４０の回転軸に羽根車４２が固定される。そして、駆動モータ４０が運転されると、羽根車４２が回転され、図２５の矢印の方向に送風が行われる。
【０００４】
ところで、ジェットファンにおいて、羽根車４２などの回転体はバランス調整がなされていて、正常状態であれば、運転中に大きな振動や騒音を発生することがない。しかるに、羽根車４２に異物などが付着するなどして回転体にアンバランスを生ずると、運転中に異常振動を生じ、この振動によって回転体自体が損傷を受ける虞がある。また、回転体の異常振動が支持構造に伝わり、支持構造の吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄや規制部材２６ａ，２６ｂを連結固定するボルトナットなどに、緩みを生じさせる虞がある。そして、特に吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれかに緩みを生ずると、その分の荷重が他の吊設部材の負担となり、極端な場合には吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび規制部材２６ａ，２６ｂが破損し、ジェットファン１０が落下して大事故となる虞がある。
【０００５】
なお、ジェットファン１０の支持構造は、正常状態にあっては、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによりジェットファン１０の重量が支持され、規制部材２６ａ，２６ｂにより円筒状ケーシング１２が軸方向ならび上下に揺動するのが規制される。なお、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにはジェットファン１０の重量を支持するだけの大きな引張荷重が加わることは勿論である。そして、規制部材２６ａ，２６ｂは、ターンバックルを軽く締め付けて長さの調整がなされ、その引張荷重は零ではないが、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに作用する引張荷重に対して僅かな値である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のジェットファン１０において、羽根車４２などの異物の付着の有無または羽根車４２などの損傷の有無および支持構造の緩みの有無を、定期的に点検確認しなければならない。しかるに、ジェットファン１０は道路トンネル内の高い位置に吊り下げられており、点検者が道路上から目視により点検作業をすることができない。そのため、点検者が作業車に乗って高い所から点検を行わなければならない。このためには、道路トンネル内の交通規制が必要であり、点検作業が大がかりとなり、また時間的にも制約を受けるために、頻繁には点検ができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来のジェットファンの事情に鑑みてなされたもので、羽根車などの回転体の異常を簡単に検出できるようにした、ジェットファンを提供することを目的とする。さらに、支持構造の緩みなどの異常を簡単に検出できるようにしたジェットファンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のジェットファンは、円筒状ケーシングの軸方向中央部の外壁とその略上方位置のトンネル天井壁とを吊設部材で連結してジェットファンの重量を支持するとともに、前記円筒状ケーシングの軸方向両端部の外壁とその軸方向斜め上方位置のトンネル天井壁とを規制部材で連結して前記円筒状ケーシングの揺動を規制する支持構造を有するジェットファンにおいて、前記吊設部材または規制部材の少なくともいずれか１つに荷重を検出する荷重検出手段を設け、前記荷重検出手段の検出出力から荷重変動成分を得る荷重変動検出手段を設け、前記荷重変動成分から回転体の異常を判別する判別手段を設けて構成されている。
【０００９】
そして、前記荷重検出手段の検出出力から引張荷重成分を得る引張荷重検出手段を設け、前記引張荷重成分から前記支持構造の異常を判別する第２の判別手段を設けて構成しても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図１１を参照して説明する。図１は、図２５と図２６で示すジェットファンの構造で正常状態の支持構造において、羽根車に種種の重さのアンバランスウエイトを付加した場合の風上側の規制部材２６ａの荷重変動を示すグラフである。図２は、風上側の１本の吊設部材２０ｃの荷重変動を示すグラフである。図３は、風下側の１本の吊設部材２０ｄの荷重変動を示すグラフである。図４は、風下側の規制部材２６ｂの荷重変動を示すグラフである。図５は、風下側の他の１本の吊設部材２０ｂの荷重変動を示すグラフである。図６は、風上側の他の１本の吊設部材２０ａの荷重変動を示すグラフである。図７は、図１ないし図６に示す各吊設部材および規制部材のアンバランスウエイトの重さと荷重変動の関係を示すグラフである。図８は、図２５と図２６で示すジェットファンの構造で、羽根車などの回転体が正常な状態において、風上側の１本の吊設部材２０ｃのターンバックルを緩めた場合のその吊設部材２０ｃの引張荷重に対する他の吊設部材および規制部材の引張荷重のグラフである。図９は、風上側の他の１本の吊設部材２０ａのターンバックルを緩めた場合のその吊設部材２０ａの引張荷重に対する他の吊設部材および規制部材の引張荷重のグラフである。図１０は、本発明のジェットファンの第１実施例の構造を示す図である。図１１は、図１０の歪みゲージ式ロートセルの検出出力を処理する一例のブロック回路図である。図１２は、荷重変動成分を示す図である。図１０において、図２５と図２６に示す部材と同じまたは均等なものには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００１１】
まず、発明者らは、図１ないし図６に示すごとく、ジェットファン１０の羽根車４２に各種の重さのアンバランスウエイトを付加して運転すると、羽根車４２の振動により、各吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび規制部材２６ａ，２６ｂに生ずる荷重変動の変化を、実験により明らかとした。すなわち、図７に示すごとく、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、アンバランスウエイトの重さの増加に伴い、一度荷重変動成分の大きさが低下するもののその後は増大する。そして、風下側の規制部材２６ｂも吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと同様の傾向が認められるが、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄほど顕著でない。また、風上側の規制部材２６ａは、最初は変化なく途中で増加し再び変化しない状態となる。なお、図７は荷重変動の振幅は、全振幅のピークツーピークの値で示されている。
【００１２】
また、発明者らは、ジェットファン１０の重量を支持する吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれか１本が緩むことによる他の残りの吊設部材および規制部材２６ａ，２６ｂに作用する引張荷重の変化を、実験により明らかとした。すなわち、１本の吊設部材２０ｃのターンバックルを徐々に緩めてゆくと、図８に示すごとく、緩める吊設部材２０ｃに作用する引張荷重の低下にともない斜め対向位置の吊設部材２０ｂの引張荷重が低下し、他の残りの２本の吊設部材２０ａ，２０ｂの引張荷重が増加し、規制部材２６ｃ，２６ｂはいずれも引張荷重が増加する。また、別の１本の吊設部材２０ａのターンバックルを徐々に緩めてゆくと、図９に示すごとく、斜め対向位置の吊設部材２０ｄの引張荷重が低下し、他の残りの２本の吊設部材２０ｂ，２０ｃの引張荷重が増加し、規制部材２６ａ，２６ｂはいずれも引張荷重が増加する。
【００１３】
これらの実験結果に基づいて、発明者らは吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび規制部材２６ａ，２６ｂの荷重変動の変化から羽根車４２などの回転体がアンバランスであるか否かを検出できる、との知見を得た。また、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの緩みを、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０および規制部材２６ａ，２６ｂの引張荷重の変化から検出できるとの知見を得た。そこで、図１０に示すごとく、風下側の１本の規制部材２６ｂに荷重検出手段としての歪みゲージ式ロードセル３０が設けられる。そして、図１１に示すごとく、歪みゲージ式ロードセル３０からの検出出力が増幅手段３２に与えられ、その増幅出力が荷重変動検出手段３４と引張荷重検出手段３６とに与えられる。ここで、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力は、交流成分としての荷重変動が直流成分としての引張荷重に重畳されたものである。そこで、荷重変動検出手段３４によって検出出力より、図１２のごとき荷重変動成分のみが抽出される。この荷重変動検出手段３４は、具体的一例として、直流阻止のコンデンサであり、またはハイパスフィルタなどで形成される。また、引張荷重検出手段３６は、検出出力を平均化するもので、具体的一例として、適宜な平滑回路や積分回路で形成される。そして、荷重変動検出手段３４の振幅のピーク高さが予め設定された第１基準値と比較手段３８で比較され、ピーク値が基準値を越えるとその信号が警報手段４４に与えられる。なお、比較手段３８では、図１２に示すごとく、振幅のピーク高さが上限基準値または下限基準値のいずれと比較されても良い。そして、この比較手段３８は、羽根車４２などの回転体に異常の有無を判別する判別手段として作用する。また、引張荷重検出手段３６の出力が予め設定された第２基準値と比較手段４６で比較され、引張荷重成分の出力が第２基準値を越えるとその信号が警報手段４４に与えられる。ここで、比較手段４６は、支持構造の異常の有無を判別する第２の判別手段として作用する。そして、警報手段４４は、比較手段３８，４６の出力により同様の警報信号を発しても良く、また異なる警報信号を発しても良い。
【００１４】
なお、歪みゲーシ式ロードセル３０の検出出力を、上記実施例では、アナログ的に処理する構造で説明したが、デジタル的に処理しても良いことは勿論である。すなわち、増幅手段３２からの増幅出力を、１秒間に例えば２５０回ほどサンプリングしてデジタル値として演算手段に取り込み、適宜に荷重変動成分と引張荷重成分に分けて、それぞれを予め設定した基準値と比較するようにしても良いことは勿論である。また、歪みゲージ式ロードセル３０に代えて、規制部材２６ａ，２６ｂおよび吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれかの適宜な場所に、歪みゲージを直接に張り付けて、この歪みゲージに作用する荷重変動成分と引張荷重成分とを検出するようにしても良い。
【００１５】
次に、本発明の第２実施例を図１３を参照して説明する。図１３は、本発明のジェットファンの第２実施例のブロック回路図である。図１３において、図１１と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００１６】
第２実施例では、荷重変動成分から回転体の異常の有無の判別する構造が、第１実施例と相違し、他の構造は同様である。図１３において、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力が、増幅手段３２で増幅されて荷重変動検出手段３４と引張荷重検出手段３６にそれぞれ与えられ、荷重変動成分と引張荷重成分が抽出されることは、第１実施例と同様である。そして、抽出された荷重変動成分から回転体の異常の有無の判別方法が、以下のごとく第１実施例と相違する。
【００１７】
荷重変動検出手段３４から出力された荷重変動成分が比較手段３８で第１基準値と比較され、第１基準値を超えた信号の個数が計数手段４８で計数される。さらに、計数手段４８の所定時間当たりの計数値が他の比較手段５０により予め設定された第３基準値と比較され、計数値が第３基準値を超えると、警報手段４４に信号が与えられて回転体に異常があることが示される。比較手段３８，５０および計数手段４８によって判別手段が形成されている。
【００１８】
この第２実施例の判別手段による回転体の異常の有無の判別は、以下のごとき理由よるものである。まず、荷重変動成分は、図１２に示されるごとく、種々の周波数成分が合成されていて、振幅のピーク高さが一定でなく、時々ヒゲのごとくピーク高さが高いものが生ずる。そこで、このヒゲ様のピーク高さに対して基準値を超える毎に回転体に異常があると判別すると、安定した判別が得られない。そこで、基準値を超えたピーク高さが所定時間当たりに何個あったかを計数手段４８で計数することで、荷重変動成分が全体的に大きいほど大きな計数値が得られる。そこで、この計数値の大小を第３基準値と比較手段５０で比較し、基準値を超えると回転体の異常として判別され、警報手段４４に信号が与えられる。この第２実施例では、荷重変動成分をデジタル値で処理する場合に好適である。
【００１９】
また、本発明の第３実施例を図１４および図１５を参照して説明する。図１４は、本発明のジェットファンの第３実施例のブロック回路図である。図１５は、図１２の荷重変動成分を正側を包絡線検波した検波出力を示す図である。図１４において、図１１と図１３と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２０】
第３実施例では、荷重変動成分から回転体の異常の有無を判別する構造が第１および第２実施例と相違し、他の構造は同様である。図１４において、荷重変動検出手段３４から出力される荷重変動成分が包絡線検波手段５２に与えられ、正側または負側の包絡線検波がなされ、図１５のごとき包絡線検波出力が出力される。図１５では、正側の包絡線検波出力が比較手段５４で予め設定された第４基準値と比較され、基準値を超えると、警報手段４４に信号が与えられる。包絡線検波手段５２および比較手段５４によって、判別手段が形成されている。
【００２１】
この第３実施例にあっては、荷重変動成分が各種の周波数成分からなっていても、包絡線検波することで荷重変動成分のパワーの大小に応じた出力が得られる。そこで、これと第４基準値を比較することで、所定の大きさを超えた荷重変動成分が検出されると、回転体に異常が有ると判別する。
【００２２】
さらに、本発明の第４実施例を図１６および図１７を参照して説明する。図１６は、本発明のジェットファンの第４実施例のブロック回路図である。図１７は、図１６の周波数分析手段から得られる荷重変動成分のスペクトラム図である。図１６において、図１１と図１３および図１４と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２３】
第４実施例では、増幅手段３２の増幅出力が周波数分析手段５６と引張荷重検出手段３６に与えられる。周波数分析手段５６は、荷重検出出力に含まれる各周波数成分を図１７のごとく周波数分析し、この分析結果が演算手段５８に与えられてオーバーオール値が演算される。このオーバーオール値は、各周波数成分のピーク高さを合計した値から算出される。図１７（ａ）示すごとく、回転体にアンバランスが生じてない状態では、周波数分析で分析される各周波数成分のピーク高さは極めて低く、振動がないことが示される。そして、演算手段５８により算出されるオーバーオール値も０．０１１と低い値となっている。しかるに、回転体にアンバランスウエイトを付した一例の図１７（ｂ）にあっては、回転体にアンバランスを生じて振動が発生し、周波数分析手段５６で分析される各周波数成分のピーク高さも運転周波数およびその高調波成分で高く示される。そして、演算手段５８によるオーバーオール値も０．０７２と大きな値となる。そこで、このオーバーオール値を予め設定した第５基準値と比較手段６０で比較することで、回転体の異常の有無を判別できる。第４実施例では、周波数分析手段５６が荷重検出出力から荷重変動成分を抽出する作用も奏するとしてブロック回路図が構成されているが、第１実施例のごとく、荷重検出出力を荷重変動検出手段３４に与えて荷重変動成分を抽出し、この荷重変動成分を周波数分析手段５６に与えるように構成しても良い。そして、演算手段５８および比較手段６０によって、回転体の異常の有無を判別する判別手段が形成されている。
【００２４】
さらにまた、本発明の第５実施例を図１８を参照して説明する。図１８は本発明のジェットファンの第５実施例のブロック回路図である。図１８において、図１６とブロック回路図は全く同じであるが、演算手段の作用が相違する。図１８で、図１６と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２５】
図１８の第５実施例にあっては、周波数分析手段５６で分析された各周波数成分から、演算手段６２により例えば運転周波数を中心とする狭い帯域幅内にある各周波数成分のピーク高さを合計した値を演算する。そして、この演算値が第６基準値と比較手段６４で比較される。演算手段６２および比較手段６４で判別手段が形成されている。
【００２６】
第５実施例では、回転体にアンバランスを生ずるとその回転体が回転される運転周波数の振動が発生することから、この基本的な運転周波数の荷重変動成分の大小から回転体の異常の有無を判別し得る。
【００２７】
そしてさらに、本発明の第６実施例を図１９を参照して説明する。図１９は、本発明のジェットファンの第６実施例のブロック回路図である。図１９において、図１１と同じまたは均等な回路ブロックには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２８】
図１９に示す第６実施例では、増幅手段３２の増幅出力が荷重変動検出手段３４と引張荷重検出手段３６に与えられる。そして、荷重変動検出手段３４から出力される荷重変動成分がバンドパスフィルタ６６に与えられ、例えば運転周波数を中心とする狭い帯域幅内にある周波数成分のみが抽出され、その抽出された周波数成分の大きさが予め設定された第７基準値と比較手段６８で比較される。バンドパスフィルタ６６および比較手段６８によって判別手段が形成される。
【００２９】
第６実施例では、第５実施例と同様に回転体のアンバランスで生ずる運転周波数の荷重変動成分の大小によって回転体の異常の有無を判別できる。上記第５実施例および第６実施例では、比較手段６４，６８に与えらる周波数成分は、運転周波数の荷重変動成分に限られず、運転周波数の高調波成分であっても良い。さらに、１つの帯域幅の周波数成分に限られず、運転周波数とその高調波のそれぞれの帯域幅の周波数成分の合計が比較手段６４，６８に与えられても良い。
【００３０】
上記第１ないし第６実施例では、いずれも歪みゲージ式ロードセル３０が風下側の規制部材２６ｂに設けられていた。そこで、風上側の１本の吊設部材２０ａに歪みゲージ式ロードセル３０を設けた実施例につき、以下説明する。
【００３１】
本発明の第７実施例を図２０および図２１を参照して説明する。図２０は、本発明のジェットファンの第７実施例の構造を示す図である。図２１は、図２０の歪みゲージ式ロードセルの検出出力を処理する一例のブロック回路図である。図２０と図２１において、図１０と図１１と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３２】
第７実施例の本発明のジェットファンの構造は、図２０に示すごとく、風上側の１つの吊設部材２０ａに、歪みゲージ式ロードセル３０が設けられる。なお、風上側の他方の吊設部材２０ｃおよび風下側の２つの吊設部材２０ｂ，２０ｄのいずれに歪みゲージ式ロードセル３０を設けても良い。そして、図２１に示されるごとく、増幅手段３２の増幅出力が荷重変動検出手段３４と引張荷重検出手段３６に与えられる。そして、引張荷重検出手段３６からの引張荷重成分から予め設定された第８基準値が減算手段７０で減算され、減算値の絶対値が第９基準値と比較手段７２で比較される。この第８基準値は、支持構造の正常状態における歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力に応じた引張荷重成分に設定される。そして、減算手段７０から出力される絶対値の大きさは、支持構造に異常が生ずると大きなものとなる。そこで、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力の引張荷重成分が正常状態の大きさから大きくずれて第９基準値を超えると、支持構造の異常と判別される。第７実施例において、減算手段７０と比較手段７２によって、支持構造の異常を判別する第２の判別手段が形成されている。なお、第７実施例のごとく吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれかに設けられた歪みゲージ式ロードセル３０に加わる引張荷重成分は、図８と図９に示すごとく、大きくなる場合もあれば、小さくなる場合もある。いずれにしろ正常状態における引張荷重成分とは異なる値となることから、その変化分の大きさから異常の有無を判別すれば良い。
【００３３】
本発明の第８実施例を図２２を参照して説明する。図２２は、図２０の歪みゲージ式ロードセルの検出出力を処理する他の一例のブロック回路図である。図２２において、図２１と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３４】
図２２の第８実施例にあっては、引張荷重検出手段３６の引張荷重成分がウィンドコンパレータ手段７４に与えられる。このウィンドコンパレータ手段７４には上限基準値と下限基準値がそれぞれ予め設定されており、引張荷重成分の大きさが上限基準値を超えまたは下限基準値を下回ると警報手段４４に信号が与えられて支持構造の異常が示される。ウィンドコンパレート手段７４が第２の判別手段を形成している。
【００３５】
上記実施例では、引張荷重成分の変化分から支持構造の異常の有無を判別するものである。しかるに、支持構造に異常を生ずると、支持構造の剛性が変化し、ジェットファン１０の固有振動が変化する。そこで、この固有振動の変化から支持構造の異常の有無を判別することも可能である。
【００３６】
本発明の第９実施例を図２３および図２４を参照して説明する。図２３は、１本の吊設部材を緩めてその引張荷重を徐々に小さなものとしたときの固有振動数の変化を示す一例である。図２４は、本発明の第９実施例の歪みゲージ式ロードセルの検出出力から固有振動数の変化を求めて支持構造の異常の有無を判別するブロック回路図である。歪みゲージ式ロードセル３０は、図１０のごとく規制部材に設けられても良く、また図２０のごとく吊設部材に設けられても良い。
【００３７】
まず、図２３に示すごとく、１本の吊設部材を緩めてその引張荷重を徐々に小さなものとして、駆動モータ４０を停止させた際に減少していく回転数に対していつ共振現象を生ずるか実験を行った。駆動モータ４０の回転数は、支持構造が正常なジェットファン１０の固有振動数よりも高い。そこで、駆動モータ４０を停止させ、その回転数が変化減少し、ジェットファン１０の固有振動数と一致すると、共振現象によって振動が大きくなることから、固有振動数を検出できる。図２３で、（ア）は駆動モータ４０の停止後の時間経過に対するモータ回転数の変化である。そして（イ）〜（カ）は吊設部材の引張荷重を順次に変化させて共振現象を生ずる時点を検出したものであるが、特に共振現象の生ずる時点が１２１５回転で変化がなく、固有振動数も変化がないことが示される。しかるに、更に引張荷重を小さくしてほぼ０としたところ、（キ）のごとく、共振現象が１０９５回転で生じ、固有振動数が変化したことが示される。そこで、支持構造が正常な状態で予め固有振動数を記録し、定期的にその時の固有振動数を検出して、両固有振動数が一致すれば正常であり、不一致であれば支持構造が異常であると判別できる。
【００３８】
図２４において、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力は増幅手段３２で増幅され、その増幅出力が荷重変動検出手段３４に与えられて、その荷重変動成分が比較手段３８と固有振動数検出手段７６に与えられる。比較手段３８は、第１実施例と同じ回転体の異常の有無を判別する判別手段である。固有振動数検出手段７６は、図２３に示すごとく、共振現象からその時点における固有振動数を適宜に検出する。そして、固有振動数検出手段７６で検出された固有振動数が、予め測定された支持構造が正常な状態における固有振動数と比較手段７８で比較される。固有振動数検出手段７６からの固有振動数と正常状態における固有振動数が一致しないと、警報手段４４に比較手段７８より信号が与えられ、支持構造が異常であることが示される。
【００３９】
第９実施例において、増幅手段３２の増幅出力を第４実施例のごとく周波数分析手段５６で周波数分析し、その周波数分析結果から固有振動検出手段７６で固有振動数を検出しても良い。また上記実施例は、歪みゲージ式ロードセル３０の検出出力に含まれる荷重変動成分から固有振動数の検出を行っているが、いずれかの吊設部材に加速度型振動センサーを設け、その出力から固有振動数を検出しても良い。そして、駆動モータ４０の停止による回転数の減少によって共振現象を生じさせるものに限られず、駆動モータ４０の起動による回転数の増加によって共振現象を生じさせても良い。さらに、第９実施例では、支持構造の異常の有無を判別するのに引張荷重成分を必要としないので、歪みゲージ式ロードセル３０に代えて、振動のみを検出できる加速度型振動センサーを設けて、その出力から回転体と支持構造の異常の有無を判別でするようにしても良い。
【００４０】
上記第７ないし第９実施例において、歪みゲージ式ロードセル３０を吊設部材に設けても、歪みゲージ式ロードセル３０による検出出力には、荷重変動成分が含まれており、第１ないし第６実施例のごとく、回転体などの異常の有無を判別できることは勿論である。
【００４１】
そして、上記実施例において、荷重検出手段の検出出力から回転体の異常を判別し、また支持構造の異常の有無を判別する構成は、上記実施例に限られず、荷重検出手段の検出出力を直接または増幅してコンピュータに入力させて、適宜なプログラムによるデジタル処理によって回転体および支持構造の異常の有無を判別するようにしても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のジェットファンは構成されているので、以下のごとき格別な作用効果を奏する。
【００４３】
請求項１記載のジェットファンにあっては、吊設部材または規制部材のいずれかに設けた荷重検出手段から得られる荷重変動成分から、羽根車などの回転体の異常の有無を判別することできる。そこで、回転体の異常の有無を常時監視することもできる。しかも、異常の有無の点検に、ジェットファンが吊下げられた道路トンネル内の交通規制をする必要がなく、保守点検および管理が容易である。
【００４４】
請求項２ないし８記載のいずれのジェットファンにあっても、荷重変動成分から回転体の異常の有無を確実に判別することができる。
【００４５】
請求項９記載のジェットファンにあっては、吊設部材または規制部材のいずれかに設けた荷重検出手段から得られる荷重変動成分と引張荷重成分から、それぞれ回転体の異常の有無を判別できるとともに支持構造の異常の有無を判別することができる。そこで、ジェットファンの回転体と支持構造の異常の有無をともに常時監視することができ、保守管理が容易である。
【００４６】
請求項１０ないし１２記載のいずれのジェットファンにあっても、引張荷重成分の大きさから支持構造の異常の有無を確実に判別することができる。
【００４７】
請求項１３記載のジェットファンにあっては、荷重検出手段から得られる荷重変動成分により、ジェットファンの固有振動数を検出し、この固有振動数の変化から支持構造の異常を判別できる。そこで、荷重変動成分から回転体の異常の有無と支持構造の異常の有無をともに監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２５と図２６で示すジェットファンの構造で正常状態の支持構造において、羽根車に種種の重さのアンバランスウエイトを付加した場合の風上側の規制部材２６ａの荷重変動を示すグラフである。
【図２】風上側の１本の吊設部材２０ｃの荷重変動を示すグラフである。
【図３】風下側の１本の吊設部材２０ｄの荷重変動を示すグラフである。
【図４】風下側の規制部材２６ｂの荷重変動を示すグラフである。
【図５】風下側の他の１本の吊設部材２０ｂの荷重変動を示すグラフである。
【図６】風上側の他の１本の吊設部材２０ａの荷重変動を示すグラフである。
【図７】図１なし図６に示す各吊設部材および規制部材のアンバランスウエイトの重さと荷重変動の関係を示すグラフである。
【図８】図２５と図２６で示すジェットファンの構造で、羽根車などの回転体が正常な状態において、風上側の１本の吊設部材２０ｃのターンバックルを緩めた場合のその吊設部材２０ｃの引張荷重に対する他の吊設部材および規制部材の引張荷重のグラフである。
【図９】風上側の他の１本の吊設部材２０ａのターンバックルを緩めた場合のその吊設部材２０ａの引張荷重に対する他の吊設部材および規制部材の引張荷重のグラフである。
【図１０】本発明のジェットファンの第１実施例の構造を示す図である。
【図１１】図１０の歪みゲージ式ロートセルの検出出力を処理する一例のブロック回路図である。
【図１２】荷重変動成分を示す図である。
【図１３】本発明のジェットファンの第２実施例のブロック回路図である。
【図１４】本発明のジェットファンの第３実施例のブロック回路図である。
【図１５】図１２の荷重変動成分を正側を包絡線検波した検波出力を示す図である。
【図１６】本発明のジェットファンの第４実施例のブロック回路図である。
【図１７】図１６の周波数分析手段から得られる荷重変動成分のスペクトラム図である。
【図１８】本発明のジェットファンの第５実施例のブロック回路図である。
【図１９】本発明のジェットファンの第６実施例のブロック回路図である。
【図２０】本発明のジェットファンの第７実施例の構造を示す図である。
【図２１】図２０の歪みゲージ式ロードセルの検出出力を処理する一例のブロック回路図である。
【図２２】本発明のジェットファンの第８実施例のブロック回路図である。
【図２３】１本の吊設部材を緩めてその引張荷重を徐々に小さなものとしたときの固有振動数の変化を示す一例である。
【図２４】本発明の第９実施例の歪みゲージ式ロードセルの検出出力から固有振動数の変化を求めて支持構造の異常の有無を判別する一例のブロック回路図である。
【図２５】従来のジェットファンの支持構造の一例を円筒状ケーシングの横から見た図である。
【図２６】図２５のジェットファンを軸方向から見た図である。
【符号の説明】
１０ ジェットファン
１２ 円筒ケーシング
１６ トンネル天井壁
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 吊設部材
２６ａ，２６ｂ 規制部材
３０ 歪みゲージ式ロードセル
３４ 荷重変動検出手段
３６ 引張荷重検出手段
３８，４６，５０，５４，６０，６４，６８，７２，７８ 比較手段
４０ 駆動モータ
４２ 羽根車
４４ 警報手段
４８ 計数手段
５２ 包絡線検波手段
５６ 周波数分析手段
５８，６２ 演算手段
６６ バンドパスフィルタ
７０ 減算手段
７４ ウィインドコンパレータ手段
７６ 固有振動数検出手段
Claims (13)
- 円筒状ケーシングの軸方向中央部の外壁とその略上方位置のトンネル天井壁とを吊設部材で連結してジェットファンの重量を支持するとともに、前記円筒状ケーシングの軸方向両端部の外壁とその軸方向斜め上方位置のトンネル天井壁とを規制部材で連結して前記円筒状ケーシングの揺動を規制する支持構造を有するジェットファンにおいて、前記吊設部材または規制部材の少なくともいずれか１つに荷重を検出する荷重検出手段を設け、前記荷重検出手段の検出出力から荷重変動成分を得る荷重変動検出手段を設け、前記荷重変動成分から回転体の異常を判別する判別手段を設けて構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項１記載のジェットファンにおいて、前記判別手段は、前記荷重変動成分が予め設定された上限基準値を越えまたは下限基準値より下回ると、前記回転体が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項１記載のジェットファンにおいて、前記判別手段は、前記荷重変動成分が所定時間内に予め設定された上限基準値を越えまたは下限基準値を下回る回数を検出するとともに、この検出回数が所定の基準回数を超えると、前記回転体が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項１記載のジェットファンにおいて、前記判別手段は、前記荷重変動成分の正側または負側を包絡線検波し、この包絡線検波出力が予め設定された上限基準値を越えまたは下限基準値を下回ると、前記回転体が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項１記載のジェットファンにおいて、前記判別手段は、前記荷重変動成分を周波数分析手段で周波数分析し、さらに演算手段で各周波数成分のピーク高さを合計したオーバーオール値を算出し、このオーバーオール値が予め設定された基準値より大きいと、前記回転体が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項１記載のジェットファンにおいて、前記判別手段は、前記荷重変動成分を周波数分析手段で周波数分析し、さらに所定の周波数成分のピーク高さが予め設定された基準値より大きいと、前記回転体が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項１記載のジェットファンにおいて、前記判別手段は、前記荷重変動成分からバンドパスフィルタにより所定の周波数成分を抽出し、この所定の周波数成分のピーク高さが予め設定された基準値より大きいと、前記回転体が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項６または７記載のジェットファンにおいて、前記所定の周波数成分を前記回転体の運転周波数に設定して構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項１ないし８記載のいずれかのジェットファンにおいて、前記荷重検出手段の検出出力から引張荷重成分を得る引張荷重検出手段を設け、前記引張荷重成分から前記支持構造の異常を判別する第２の判別手段を設けて構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項９記載のジェットファンにおいて、前記荷重検出手段を前記規制部材のいずれかに設け、前記第２の判別手段は、前記引張荷重成分が予め設定された基準値を越えると、前記支持構造が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項９記載のジェットファンにおいて、前記荷重検出手段を前記吊設部材のいずれかに設け、前記第２の判別手段は、前記引張荷重成分と前記支持構造が正常状態で予め測定された引張荷重成分との差の絶対値が、予め設定された基準値を越えると、前記支持構造が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項９記載のジェットファンにおいて、前記荷重検出手段を前記吊設部材のいずれかに設け、前記第２の判別手段は、前記引張荷重成分が予め設定された上限基準値を越えまたは下限基準値を下回ると、前記支持構造が異常と判別するように構成したことを特徴とするジェットファン。
- 請求項５または６記載のジェットファンにおいて、前記ジェットファンの起動または停止の際の駆動モータの回転数の変化に対して、前記ジェットファンの固有振動数で共振現象により振動が増大することにより、前記周波数分析手段で周波数分析された各周波数成分のピーク高さから前記固有振動数を検出する固有振動数検出手段を設けるとともに、前記固有振動数検出手段で検出された固有振動数と前記支持構造が正常状態で予め測定された固有振動数とを比較して変化があると前記支持構造が異常であると判別する第２の判別手段を設けて構成したことを特徴とするジェットファン。
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