JPH0546883B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0546883B2 JPH0546883B2 JP60196956A JP19695685A JPH0546883B2 JP H0546883 B2 JPH0546883 B2 JP H0546883B2 JP 60196956 A JP60196956 A JP 60196956A JP 19695685 A JP19695685 A JP 19695685A JP H0546883 B2 JPH0546883 B2 JP H0546883B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase fluid
- group
- vibration
- tubes
- void
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、管群等の異常振動診断方法および装
置に係り、特に、原子力発電プラントにおける冷
却水系統のように、流体が管が構造物の外側を流
れしかもその流体が気体と液体の混在するいわゆ
る二相流体の状態にあるときに、管群や構造物に
発生する異常振動の診断方法および装置に関す
る。
置に係り、特に、原子力発電プラントにおける冷
却水系統のように、流体が管が構造物の外側を流
れしかもその流体が気体と液体の混在するいわゆ
る二相流体の状態にあるときに、管群や構造物に
発生する異常振動の診断方法および装置に関す
る。
〔発明の背景〕
熱交換器中の伝熱管群が原子炉内の構造物は、
その外側を流れる流体が、二相流動雰囲気になつ
ている部分が多い。
その外側を流れる流体が、二相流動雰囲気になつ
ている部分が多い。
管内を流れる二相流に関する研究や文献は数多
い。ところが、管外を流れる場合については、気
泡流、スラグ流、フロス流、環状流等の流動様式
の分類さえも正確には定められておらず、その判
定も定性的な状態にある。
い。ところが、管外を流れる場合については、気
泡流、スラグ流、フロス流、環状流等の流動様式
の分類さえも正確には定められておらず、その判
定も定性的な状態にある。
本発明は、主に管外を流れる二相流に関するも
のであるが、上記のような研究の現状であるか
ら、とりあえず、管内垂直上昇流における二相流
の流動様式を参考として第２図に示す。これら二
相流状態においては、流れの乱れにより、定常的
な励振力が発生し、管や構造物が加振され、振動
する。二相流体の乱れにより発生する累振力の周
波数が管群や構造物の固有振動数に一致したと
き、管群や構造物の振動が大きくなり、異常振動
発生の原因ともなる。異常振動の結果、管と管と
の衝突、あるいは管または構造物支持部の破損が
生ずる惧れがある。
のであるが、上記のような研究の現状であるか
ら、とりあえず、管内垂直上昇流における二相流
の流動様式を参考として第２図に示す。これら二
相流状態においては、流れの乱れにより、定常的
な励振力が発生し、管や構造物が加振され、振動
する。二相流体の乱れにより発生する累振力の周
波数が管群や構造物の固有振動数に一致したと
き、管群や構造物の振動が大きくなり、異常振動
発生の原因ともなる。異常振動の結果、管と管と
の衝突、あるいは管または構造物支持部の破損が
生ずる惧れがある。
第３図に、ａ気泡流およびｂスラグ流の流動様
式に対する励振力のパワースペクトル密度を示
す。気泡流においては、10Hz以下のピークと60Hz
付近のピークをが存在する。スラグ流において
は、５Hz以下のピークが存在する。一般に、機器
における二相流には、第２図に示した各二相流の
流動様式が単独に存在するわけではなく、むしろ
混在していることが多い。このため二相流体の励
振力の周波数も上記混在する流動様式に対応する
スペクトルを有する。一方、管群または構造物の
固有振動数は、気体と液体の混合割合を示すボイ
ド率により変化する。
式に対する励振力のパワースペクトル密度を示
す。気泡流においては、10Hz以下のピークと60Hz
付近のピークをが存在する。スラグ流において
は、５Hz以下のピークが存在する。一般に、機器
における二相流には、第２図に示した各二相流の
流動様式が単独に存在するわけではなく、むしろ
混在していることが多い。このため二相流体の励
振力の周波数も上記混在する流動様式に対応する
スペクトルを有する。一方、管群または構造物の
固有振動数は、気体と液体の混合割合を示すボイ
ド率により変化する。
そこで、二相流体の励振力により発生する管群
や構造物の振動周波数分析とボイド率を考慮した
固有振動数の解析結果とを比較すると、管群や構
造物に発生した異常振動の原因が、過大な励振力
か共振現象かを判別可能になると考えられる。
や構造物の振動周波数分析とボイド率を考慮した
固有振動数の解析結果とを比較すると、管群や構
造物に発生した異常振動の原因が、過大な励振力
か共振現象かを判別可能になると考えられる。
なお、上記文献の一例としては、白木他、「二
相流を受ける熱交換器管群の振動」、三菱重工技
報、Vol.19、No.５がある。
相流を受ける熱交換器管群の振動」、三菱重工技
報、Vol.19、No.５がある。
本発明の目的は、二相流体の状態にある管群ま
たは構造物の異常振動発生の原因を特定するため
の異常振動診断方法および装置を提供することで
ある。
たは構造物の異常振動発生の原因を特定するため
の異常振動診断方法および装置を提供することで
ある。
上記目的を達成するために、本発明は、管群ま
たは構造物の二相流体中の振動を計測しその周波
数を分析する一方、二相流体のボイド率を計測し
このボイド率に対応する管群または構造物の固有
振動数を算出して、振動周波数および固有振動数
を比較することにより、異常振動発生原因を診断
することを特徴とする。
たは構造物の二相流体中の振動を計測しその周波
数を分析する一方、二相流体のボイド率を計測し
このボイド率に対応する管群または構造物の固有
振動数を算出して、振動周波数および固有振動数
を比較することにより、異常振動発生原因を診断
することを特徴とする。
管外を流れる二相流体に適用した本発明の実施
例を、第１図を参照して詳細に説明する。第１図
は、本発明による異常振動診断装置のブロツク図
である。図において、１は管または構造物、２は
気体と液体の混在する気液二相流体、３はボイド
センサ、４は振動センサ、５は振動計、６は振動
分析器、７はボイド計、８は演算器、９は表示器
である。
例を、第１図を参照して詳細に説明する。第１図
は、本発明による異常振動診断装置のブロツク図
である。図において、１は管または構造物、２は
気体と液体の混在する気液二相流体、３はボイド
センサ、４は振動センサ、５は振動計、６は振動
分析器、７はボイド計、８は演算器、９は表示器
である。
二相流体２の乱れによつて発生した管または構
造物１の振動信号は、振動センサ４により検出さ
れ、振動計５で増幅され、振動分析器６において
周波数分析にかけられる。一方、二相流体２のボ
イド信号はボイドセンサ３により検出され、ボイ
ド計７においてボイド率を算出される。演算器８
は、このボイド率を用いて、管または構造物の固
有振動数を求める。固有振動数の求め方について
は後述する。求めた固有振動数と先の振動分析結
果と演算器９に同時に表示する。
造物１の振動信号は、振動センサ４により検出さ
れ、振動計５で増幅され、振動分析器６において
周波数分析にかけられる。一方、二相流体２のボ
イド信号はボイドセンサ３により検出され、ボイ
ド計７においてボイド率を算出される。演算器８
は、このボイド率を用いて、管または構造物の固
有振動数を求める。固有振動数の求め方について
は後述する。求めた固有振動数と先の振動分析結
果と演算器９に同時に表示する。
第４図にその表示例を示す。第４図の表示例に
おいて、分析結果と二相流体のボイド率から得ら
れる固有振動数が一致しているとき、管は共振状
態にあると診断できる。一方、分析結果の振動ピ
ークが固有振動数と一致しないとき、管に作用す
る励振力は二相流特有の異常な励振力であると診
断できる。
おいて、分析結果と二相流体のボイド率から得ら
れる固有振動数が一致しているとき、管は共振状
態にあると診断できる。一方、分析結果の振動ピ
ークが固有振動数と一致しないとき、管に作用す
る励振力は二相流特有の異常な励振力であると診
断できる。
次に、演算器８を用いて管または構造物の固有
振動数を求める簡易計算方法について述べる。
振動数を求める簡易計算方法について述べる。
まず、記号の定義をしておくと、
ｍ：管の質量
mTP、ma、mw：付加質量
ｋ：管のばね定数
ρ：液体密度
γ：ボイド率
ω、ωa、ωw、ωTP：管の固有振動数
ａ：空気中
ｗ：水中
TP：二相流体中
さて、管または構造物がばね−質量系の力学モ
デルに置き換えられたとすると、管の固有振動数
ωは、 ω2＝ｋ／ｍ ……(1) で与えられる。また水中における管の固有振動数
ωwは、水の付加質量をmwとすると、 ωw 2＝ｋ／（ｍ＋mw） ……(2) で得られる。二相流体中の付加質量mTP、空気中
および水中の付加質量にボイド率を導入して、 mTP＝γma＋（１−γ）mw ……(3) となる。この結果、二相流体中の管の固有振動数
ωTPは ωTP 2＝ｋ／（ｍ＋mTP ＝ｋ／ｍ＋γma＋（１−γ）mw ……(4) で求められる。式(4)は書き換えると、次式にな
る。
デルに置き換えられたとすると、管の固有振動数
ωは、 ω2＝ｋ／ｍ ……(1) で与えられる。また水中における管の固有振動数
ωwは、水の付加質量をmwとすると、 ωw 2＝ｋ／（ｍ＋mw） ……(2) で得られる。二相流体中の付加質量mTP、空気中
および水中の付加質量にボイド率を導入して、 mTP＝γma＋（１−γ）mw ……(3) となる。この結果、二相流体中の管の固有振動数
ωTPは ωTP 2＝ｋ／（ｍ＋mTP ＝ｋ／ｍ＋γma＋（１−γ）mw ……(4) で求められる。式(4)は書き換えると、次式にな
る。
ωTP 2＝ｋ／ｍ｛１＋γma／ｍ＋（１−γ）mw／ｍ｝
……(5) 空気中の付加質量maは微小であり、この結果
maｍ≪１≒０となる。これより式(5)は、 ωTP 2＝ｋ／ｍ｛１＋（１−γ）mw／ｍ｝ ＝ω2／１＋（１−γ）mw／ｍ ……(6) となる。式(2)より、 mw／ｍ＝（ω／ωw）2−１ ……(7) を得る。式(7)を式(6)を代入して ωTP 2＝ω2／１＋（１−γ）｛（ω／ωw）2−１｝……
(8) を得る。また管の空気中の固有振動数はma／ｍ
≪１の関係から、近似的に式(1)で得られる値と同
じである。この結果、管１の空気中および水中の
固有振動数を事前に求めておけば、ボイド率γに
おける管の固有振動数を容易に算出できる。
……(5) 空気中の付加質量maは微小であり、この結果
maｍ≪１≒０となる。これより式(5)は、 ωTP 2＝ｋ／ｍ｛１＋（１−γ）mw／ｍ｝ ＝ω2／１＋（１−γ）mw／ｍ ……(6) となる。式(2)より、 mw／ｍ＝（ω／ωw）2−１ ……(7) を得る。式(7)を式(6)を代入して ωTP 2＝ω2／１＋（１−γ）｛（ω／ωw）2−１｝……
(8) を得る。また管の空気中の固有振動数はma／ｍ
≪１の関係から、近似的に式(1)で得られる値と同
じである。この結果、管１の空気中および水中の
固有振動数を事前に求めておけば、ボイド率γに
おける管の固有振動数を容易に算出できる。
式(8)中において、空気中および水中にある管の
固有振動数算出にあたつては、実験的あるいは構
造解析等の計算プログラムを用いてもよい。また
空気中（気体）の付加質量が無視できない場合、
式(8)は次式で置き換えられる。
固有振動数算出にあたつては、実験的あるいは構
造解析等の計算プログラムを用いてもよい。また
空気中（気体）の付加質量が無視できない場合、
式(8)は次式で置き換えられる。
ωTP 2＝ω2／１＋γ｛（ω／ωa）2−１｝＋
（１−γ）｛（ω／ωw）2−１｝……(9) 式(9)によれば、二相流体中において気体中の付
加質量効果を無視できない場合の固有振動数が求
められる。
（１−γ）｛（ω／ωw）2−１｝……(9) 式(9)によれば、二相流体中において気体中の付
加質量効果を無視できない場合の固有振動数が求
められる。
本発明の異常振動診断方法および装置において
は、二相流体中の管群等の振動を計測してその振
動周波数を分析する一方、二相流体のボイド率を
計算して管の固有振動数を求め、これら振動周波
数と固有振動数とを比較するので、二相流体によ
り発生した管の異常振動が管の固有振動数との共
振によるものか二相流体の異常励振力によるもの
かを適確に診断できる。
は、二相流体中の管群等の振動を計測してその振
動周波数を分析する一方、二相流体のボイド率を
計算して管の固有振動数を求め、これら振動周波
数と固有振動数とを比較するので、二相流体によ
り発生した管の異常振動が管の固有振動数との共
振によるものか二相流体の異常励振力によるもの
かを適確に診断できる。
第１図は本発明による異常振動診断装置の一実
施例を示すブロツク図、第２図は管内垂直上昇流
における二相流の流動様式を示す図、第３図は気
泡流およびスラグ流の流動様式に対する励振力の
パワースペクトル密度を示す図、第４図は振動分
析結果と固有振動数とを表示器に同時に表示した
例を示す図である。 １……管群、２……二相流体、３……ボイドセ
ンサ、４……振動センサ、５……振動計、６……
振動分析器、７……ボイド計、８……演算器、９
……表示器。
施例を示すブロツク図、第２図は管内垂直上昇流
における二相流の流動様式を示す図、第３図は気
泡流およびスラグ流の流動様式に対する励振力の
パワースペクトル密度を示す図、第４図は振動分
析結果と固有振動数とを表示器に同時に表示した
例を示す図である。 １……管群、２……二相流体、３……ボイドセ
ンサ、４……振動センサ、５……振動計、６……
振動分析器、７……ボイド計、８……演算器、９
……表示器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 二相流体中の管群等の振動を計測しその周波
数を分析する一方、二相流体のボイド率を計測し
このボイド率に対応する管群等の固有振動数を算
出して、前記周波数分析結果とこの固有振動数と
を比較し、二相流体中の管群等の振動の原因が管
群等の共振か二相流体の異常励振力かを判定する
ことを特徴とする管群等の異常振動診断方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、空気中の管
群等の固有振動数と水中の管群等の固有振動数と
を予め求めておき、二相流体のボイド率に応じて
それらの算入比率を変え、二相流体中の管群等の
固有振動数を算出することを特徴とする管群等の
異常振動診断方法。 ３ 二相流体中に置かれた管群等の振動を検出す
る振動センサと、検出振動信号を増幅する振動計
と、増幅された信号を周波数分析する振動分析器
と、前記二相流体のボイドを検出するボイドセン
サと、ボイドセンサの信号からボイド率を得るボ
イド計と、そのボイド率をもとに二相流体中の管
群等の固有振動数を算出する演算器と、前記振動
分析器と演算器との出力を重ね合わせて表示する
表示器とからなり、周波数分析結果に生じたピー
ク値と固有振動数とが一致するか否かにより二相
流体中の管群等の振動原因を特定することを特徴
とする管群等の異常振動診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60196956A JPS6256825A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 管群等の異常振動診断方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60196956A JPS6256825A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 管群等の異常振動診断方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6256825A JPS6256825A (ja) | 1987-03-12 |
| JPH0546883B2 true JPH0546883B2 (ja) | 1993-07-15 |
Family
ID=16366442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60196956A Granted JPS6256825A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 管群等の異常振動診断方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6256825A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003344363A (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-03 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 気液二相流のフローパターン判別方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010271074A (ja) | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 二相流励振力評価方法及び二相流励振力評価装置 |
| JP5785468B2 (ja) * | 2011-09-29 | 2015-09-30 | アズビル株式会社 | 気液二相流体状態制御装置および気液二相流体状態制御方法 |
| US9188471B2 (en) | 2014-04-22 | 2015-11-17 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Two-phase flow sensor using cross-flow-induced vibrations |
-
1985
- 1985-09-06 JP JP60196956A patent/JPS6256825A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003344363A (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-03 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 気液二相流のフローパターン判別方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6256825A (ja) | 1987-03-12 |
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