JPH1114447A - 柱状構造物 - Google Patents
柱状構造物Info
- Publication number
- JPH1114447A JPH1114447A JP9165599A JP16559997A JPH1114447A JP H1114447 A JPH1114447 A JP H1114447A JP 9165599 A JP9165599 A JP 9165599A JP 16559997 A JP16559997 A JP 16559997A JP H1114447 A JPH1114447 A JP H1114447A
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- Japan
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- flow
- columnar structure
- vibration
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、配管内に既設の柱状構造物の流動振
動に関する健全性を時系列的に評価し、柱状構造物の流
動振動による損傷を未然に防止することができる構造を
提供することを目的とする。 【解決手段】配管内流れ２に対して直角または斜めに設
置された柱状構造物１において、配管３の外に突き出し
た部分の少なくとも一個の振動検出器４が設置し、デー
タロガー５乃至周波数分析器６からの振動周波数および
振幅データを演算処理装置７において時系列的に処理す
ることにより、柱状構造物の流体の流動に伴う振動を常
時監視できるようになっている。これにより、柱状構造
物の流動振動による損傷の発生を未然に防ぐことができ
る。
動に関する健全性を時系列的に評価し、柱状構造物の流
動振動による損傷を未然に防止することができる構造を
提供することを目的とする。 【解決手段】配管内流れ２に対して直角または斜めに設
置された柱状構造物１において、配管３の外に突き出し
た部分の少なくとも一個の振動検出器４が設置し、デー
タロガー５乃至周波数分析器６からの振動周波数および
振幅データを演算処理装置７において時系列的に処理す
ることにより、柱状構造物の流体の流動に伴う振動を常
時監視できるようになっている。これにより、柱状構造
物の流動振動による損傷の発生を未然に防ぐことができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は流れの中に直角又は
斜めに設置された柱状構造物に関する。
斜めに設置された柱状構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】流れに直角又は斜めに設置された柱状構
造物は、塔，橋等の建築物の支持構造物及びプラント配
管中の温度計ウェル，サンプリングノズル，導電率計等
の計装管や弁等の配管内構造物において、数多く用いら
れており、流動振動による構造物損傷防止は重要な技術
課題である。一般に、流れの中に直角に設置された柱状
構造物の後流ではカルマン渦が発生するため、柱状構造
物とカルマン渦が共振しないように、柱状構造物の固有
振動数がカルマン渦周波数より大きくなるように設計さ
れている。また、非共振時においても、カルマン渦によ
る励起振動（強制振動）や流れの乱れによる乱流励起振
動が生じるため、構造上これらの振動応力を疲労限界応
力以下に設計する工夫がなされている。
造物は、塔，橋等の建築物の支持構造物及びプラント配
管中の温度計ウェル，サンプリングノズル，導電率計等
の計装管や弁等の配管内構造物において、数多く用いら
れており、流動振動による構造物損傷防止は重要な技術
課題である。一般に、流れの中に直角に設置された柱状
構造物の後流ではカルマン渦が発生するため、柱状構造
物とカルマン渦が共振しないように、柱状構造物の固有
振動数がカルマン渦周波数より大きくなるように設計さ
れている。また、非共振時においても、カルマン渦によ
る励起振動（強制振動）や流れの乱れによる乱流励起振
動が生じるため、構造上これらの振動応力を疲労限界応
力以下に設計する工夫がなされている。
【０００３】流れの中に設置された柱状構造物の流動振
動を防止する従来技術に関しては、特開昭55−36568 号
公報，特開昭59−126875号公報記載のように、柱状構造
物表面に、螺旋状にかつ長手方向に板を設置することに
よりカルマン渦による励振力を低減する構造が開示され
ている。また、特開昭61−38240 号公報記載のように、
流れに設置された柱状体自体の断面形状を奇数個角の多
角形状とすることにより、カルマン渦の発生を抑制する
構造が開示されている。
動を防止する従来技術に関しては、特開昭55−36568 号
公報，特開昭59−126875号公報記載のように、柱状構造
物表面に、螺旋状にかつ長手方向に板を設置することに
よりカルマン渦による励振力を低減する構造が開示され
ている。また、特開昭61−38240 号公報記載のように、
流れに設置された柱状体自体の断面形状を奇数個角の多
角形状とすることにより、カルマン渦の発生を抑制する
構造が開示されている。
【０００４】配管に既設の柱状構造物の流動振動に関す
る健全性の評価は、一般に、配管内流体流速および柱状
構造物の固有振動数等のデータから評価されている。配
管内流体流速および柱状構造物の固有振動数等のデータ
から柱状構造物の流動振動に関する健全性を評価する方
法としては、ASME code Section III、Appendix N−132
4.1において、次の二つの無次元パラメータによって、
カルマン渦揚力および抗力との共振（ロックイン）を可
能性を判断する様に規定されている。
る健全性の評価は、一般に、配管内流体流速および柱状
構造物の固有振動数等のデータから評価されている。配
管内流体流速および柱状構造物の固有振動数等のデータ
から柱状構造物の流動振動に関する健全性を評価する方
法としては、ASME code Section III、Appendix N−132
4.1において、次の二つの無次元パラメータによって、
カルマン渦揚力および抗力との共振（ロックイン）を可
能性を判断する様に規定されている。
【０００５】 換算流速（Reduced Velocity）：Ｖ＝Ｕ／（ｆn・Ｄ） …（数１） 換算減衰率（Reduced Damping）： Ｃn＝４π・ζn・Ｍn／（ρ・Ｄ2・∫Leφn 2(ｘ）ｄｘ） …（数２） Ｍn＝∫Lｍ(ｘ)φn 2(ｘ)ｄｘ …（数３） ここで、Ｕは局所平均流速、ｆn はｎ次モードの固有振
動数、Ｄは温度計ウェル外径、ζn はｎ次モードの固有
振動数における減衰率、ρは流体密度、ｍ(ｘ)は温度計
ウェル単位長さｘ当たりの質量、φn(ｘ）はｎ次モード
の振動モード関数である。また、∫Leｄｘは、温度計ウ
ェルの流体中の浸漬された部分内の長さ方向の積分であ
り、∫Lｄｘ は温度計ウェルの全長に亙る積分である。
動数、Ｄは温度計ウェル外径、ζn はｎ次モードの固有
振動数における減衰率、ρは流体密度、ｍ(ｘ)は温度計
ウェル単位長さｘ当たりの質量、φn(ｘ）はｎ次モード
の振動モード関数である。また、∫Leｄｘは、温度計ウ
ェルの流体中の浸漬された部分内の長さ方向の積分であ
り、∫Lｄｘ は温度計ウェルの全長に亙る積分である。
【０００６】カルマン渦による共振の可能性に関する判
定条件として、以下が示されている。
定条件として、以下が示されている。
【０００７】(a）Ｖ＜１：揚力，抗力方向ともにロック
インによる共振は避けられている。 (b）Ｃn＞６４：ダンピングが十分であり、ロックイン
による共振は、揚力，抗力方向ともに抑制されている。
インによる共振は避けられている。 (b）Ｃn＞６４：ダンピングが十分であり、ロックイン
による共振は、揚力，抗力方向ともに抑制されている。
【０００８】(c）Ｖ＜３.３かつＣn＞１.２ ：揚力方向
のロックインによる共振は避けられており、抗力方向は
ダンピングによりロックインによる共振は抑制されてい
る。
のロックインによる共振は避けられており、抗力方向は
ダンピングによりロックインによる共振は抑制されてい
る。
【０００９】(d）ｆn／ｆs＜０.７またはｆn／ｆs＞１.
３：（ｆs ：カルマン渦周波数）揚力方向のロックイン
による共振は避けられている。
３：（ｆs ：カルマン渦周波数）揚力方向のロックイン
による共振は避けられている。
【００１０】ただし、(a）は無次元流速Ｖを評価する
際、１次振動モード（ｎ＝１）の固有振動数を用いる様
に記されている。これは、ｎ＞１の高次振動モードの固
有振動数は、一般に１次振動モードの固有振動数より高
い価となり、安全側基準として、１次振動モードの固有
振動数を用いることを推奨しているものと考えられる。
際、１次振動モード（ｎ＝１）の固有振動数を用いる様
に記されている。これは、ｎ＞１の高次振動モードの固
有振動数は、一般に１次振動モードの固有振動数より高
い価となり、安全側基準として、１次振動モードの固有
振動数を用いることを推奨しているものと考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
配管内流体流速および柱状構造物の固有振動数等のデー
タから配管に既設の柱状構造物の流動振動に関する健全
性を評価する方法では、流速に個々の柱状構造物が設置
された位置での任意の時間における実際の流速データを
用いることが困難であり、配管の他の部位での流速測定
データや設計データや、計算機による流れ解析データか
ら流速を推定する方法が取られる。また、流速の変化に
伴う振動形態の変化についても同様である。
配管内流体流速および柱状構造物の固有振動数等のデー
タから配管に既設の柱状構造物の流動振動に関する健全
性を評価する方法では、流速に個々の柱状構造物が設置
された位置での任意の時間における実際の流速データを
用いることが困難であり、配管の他の部位での流速測定
データや設計データや、計算機による流れ解析データか
ら流速を推定する方法が取られる。また、流速の変化に
伴う振動形態の変化についても同様である。
【００１２】一般に、これらの不安定要因の影響を回避
するため、配管内の流れに直角又は斜めに設置された柱
状構造物において、多くは、設計段階で、設計流速に十
分な安全度上乗せし、流動振動に関する健全性を確保す
るように工夫されている。
するため、配管内の流れに直角又は斜めに設置された柱
状構造物において、多くは、設計段階で、設計流速に十
分な安全度上乗せし、流動振動に関する健全性を確保す
るように工夫されている。
【００１３】本発明は、配管内に既設の柱状構造物の流
動振動に関する健全性を時系列的に評価し、柱状構造物
の流動振動による損傷を未然に防止することができる構
造を提供することを目的とする。
動振動に関する健全性を時系列的に評価し、柱状構造物
の流動振動による損傷を未然に防止することができる構
造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、流れに対して直角又は斜めに設置さ
れた柱状構造物において、配管外に突き出した部分に少
なくとも一個の振動検出器を設置することを特徴とする
ものである。これにより、配管内に設置された個々の柱
状構造物の流動振動の振幅が時系列的にモニターでき
る。
に、第１の発明は、流れに対して直角又は斜めに設置さ
れた柱状構造物において、配管外に突き出した部分に少
なくとも一個の振動検出器を設置することを特徴とする
ものである。これにより、配管内に設置された個々の柱
状構造物の流動振動の振幅が時系列的にモニターでき
る。
【００１５】第２の発明では、第１の発明において、振
動検出器の信号を時系列的に周波数解析するものであ
る。これにより、配管内に設置された個々の柱状構造物
におけるカルマン渦の振動周波数ｆs が評価でき、スト
ローハル数のレイノルズ数依存性データを用いて換算流
速（Reduced Velocity）Ｖが評価できるため、個々の柱
状構造物の流動振動評価を直接時系列的に行うことが可
能となる。
動検出器の信号を時系列的に周波数解析するものであ
る。これにより、配管内に設置された個々の柱状構造物
におけるカルマン渦の振動周波数ｆs が評価でき、スト
ローハル数のレイノルズ数依存性データを用いて換算流
速（Reduced Velocity）Ｖが評価できるため、個々の柱
状構造物の流動振動評価を直接時系列的に行うことが可
能となる。
【００１６】第３の発明では、第１の発明において、配
管外に突き出した部分に振動検出器を流れの方向および
流れと垂直な方向に設置するものである。これにより、
検出されたカルマン渦の振動周波数ｆs の、揚力，抗力
方向の別が明らかとなる。
管外に突き出した部分に振動検出器を流れの方向および
流れと垂直な方向に設置するものである。これにより、
検出されたカルマン渦の振動周波数ｆs の、揚力，抗力
方向の別が明らかとなる。
【００１７】第４の発明では、第１乃至第４の発明によ
り、柱状構造物の流動振動に係る健全性をモニターし、
柱状構造物の流動振動による損傷を未然に防止すること
を特徴とする配管内柱状構造物の流動振動評価システム
である。
り、柱状構造物の流動振動に係る健全性をモニターし、
柱状構造物の流動振動による損傷を未然に防止すること
を特徴とする配管内柱状構造物の流動振動評価システム
である。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の柱状構造物の一実施例を
図１に示す。配管内流れ２に対して直角または斜めに設
置された柱状構造物１において、配管３の外に突き出し
た部分の少なくとも一個の振動検出器４が設置されてお
り、振動検出器４からの信号はシングルチャネルまたは
マルチチャンネルデータロガー５によってデジタル信号
化され、更に周波数分析器６により周波数解析され、演
算処理装置７により解析／モニターされる。
図１に示す。配管内流れ２に対して直角または斜めに設
置された柱状構造物１において、配管３の外に突き出し
た部分の少なくとも一個の振動検出器４が設置されてお
り、振動検出器４からの信号はシングルチャネルまたは
マルチチャンネルデータロガー５によってデジタル信号
化され、更に周波数分析器６により周波数解析され、演
算処理装置７により解析／モニターされる。
【００１９】配管内流れ２に対して直角または斜めに設
置された柱状構造物１は、配管内流れ２によってカルマ
ン渦による励起振動を受けるため、周波数分析器６によ
る振動周波数スペクトルにはカルマン渦周波数ｆs の位
置にピークが検出される。また、流れが乱流状態の場
合、流れの乱れ成分によって柱状構造物１の固有振動数
ｆn の位置にもピークが検出される。ここで、カルマン
渦に関するストローハル数Ｓｔは、柱状構造物の外径Ｄ
および流速Ｕを用いて Ｓｔ＝Ｕ／（ｆs・Ｄ） …（数４） で与えられるため、柱状構造物のストローハル数Ｓｔの
データを用いて、振動周波数スペクトルにおけるカルマ
ン渦周波数ｆs から、任意の時間での流速Ｕを（数４）
より定めることができる。
置された柱状構造物１は、配管内流れ２によってカルマ
ン渦による励起振動を受けるため、周波数分析器６によ
る振動周波数スペクトルにはカルマン渦周波数ｆs の位
置にピークが検出される。また、流れが乱流状態の場
合、流れの乱れ成分によって柱状構造物１の固有振動数
ｆn の位置にもピークが検出される。ここで、カルマン
渦に関するストローハル数Ｓｔは、柱状構造物の外径Ｄ
および流速Ｕを用いて Ｓｔ＝Ｕ／（ｆs・Ｄ） …（数４） で与えられるため、柱状構造物のストローハル数Ｓｔの
データを用いて、振動周波数スペクトルにおけるカルマ
ン渦周波数ｆs から、任意の時間での流速Ｕを（数４）
より定めることができる。
【００２０】これにより、振動周波数スペクトルにおけ
る柱状構造物１の固有振動数ｆn あるいは別途測定また
は評価された柱状構造物１の固有振動数ｆn を用いて、
（数１）により、当該柱状構造物の換算流速（Reduced
Velocity）Ｖを定めることができる。これにより、カル
マン渦との共振やインライン自励振動の発生の有無を評
価することが可能となる。また、データロガー５乃至周
波数分析器６からの振幅データから、柱状構造物の振動
振幅に係る情報が得られる。これらの処理を演算処理装
置７において行うことにより、配管内流れ２に対して直
角または斜めに設置された柱状構造物１の流動振動評価
を時系列的に行うことが可能となる。
る柱状構造物１の固有振動数ｆn あるいは別途測定また
は評価された柱状構造物１の固有振動数ｆn を用いて、
（数１）により、当該柱状構造物の換算流速（Reduced
Velocity）Ｖを定めることができる。これにより、カル
マン渦との共振やインライン自励振動の発生の有無を評
価することが可能となる。また、データロガー５乃至周
波数分析器６からの振幅データから、柱状構造物の振動
振幅に係る情報が得られる。これらの処理を演算処理装
置７において行うことにより、配管内流れ２に対して直
角または斜めに設置された柱状構造物１の流動振動評価
を時系列的に行うことが可能となる。
【００２１】
【発明の効果】請求項１から４記載の発明によれば、配
管内に設置された柱状構造物の流体の流動に伴う振動を
常時監視することが可能となり、配管内に設置された柱
状構造物の流動振動による損傷の発生を未然に防ぐこと
ができる。
管内に設置された柱状構造物の流体の流動に伴う振動を
常時監視することが可能となり、配管内に設置された柱
状構造物の流動振動による損傷の発生を未然に防ぐこと
ができる。
【図１】本発明の一実施例を示す柱状構造物である。
１…柱状構造物、２…配管内流れ、３…配管、４…振動
検出器、５…シングルチャンネルまたはマルチチャンネ
ルデータロガー、６…周波数分析器、７…演算処理装
置。
検出器、５…シングルチャンネルまたはマルチチャンネ
ルデータロガー、６…周波数分析器、７…演算処理装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 巌 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内
Claims (4)
- 【請求項１】配管内の流れに対して直角又は斜めに設置
された柱状構造物において、前記柱状構造物の配管外に
突き出した部分に少なくとも一個の振動検出器を設置す
ることを特徴とする柱状構造物。 - 【請求項２】請求項１記載の柱状構造物において、振動
検出器の信号を時系列的に周波数解析することを特徴と
する請求項１記載の柱状構造物。 - 【請求項３】請求項１記載の柱状構造物において、配管
外に突き出した部分に振動検出器の流れの方向および流
れと垂直な方向に設置することを特徴とする請求項１記
載の柱状構造物。 - 【請求項４】請求項１記載の柱状構造物において、振動
検出器の信号の振幅および周波数の時系列データから柱
状構造物の流動振動に係る健全性をモニターする流動振
動評価システムを設けることを特徴とする柱状構造物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165599A JPH1114447A (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 柱状構造物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165599A JPH1114447A (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 柱状構造物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114447A true JPH1114447A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15815420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9165599A Pending JPH1114447A (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 柱状構造物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1114447A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007046926A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Gunma Prefecture | 鉛直方向の振動信号を用いた出水時の河道内状態推定方法及び推定装置 |
| JP2013504062A (ja) * | 2009-09-03 | 2013-02-04 | ローズマウント インコーポレイテッド | サーモウェルの振動数診断装置 |
| CN103630230A (zh) * | 2013-01-18 | 2014-03-12 | 中电投工程研究检测评定中心 | 一种高塔结构振动检测方法 |
| CN109764957A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-17 | 浙江大远智慧制药工程技术有限公司 | 一种设备出液过程监测装置及方法 |
-
1997
- 1997-06-23 JP JP9165599A patent/JPH1114447A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007046926A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Gunma Prefecture | 鉛直方向の振動信号を用いた出水時の河道内状態推定方法及び推定装置 |
| JP2013504062A (ja) * | 2009-09-03 | 2013-02-04 | ローズマウント インコーポレイテッド | サーモウェルの振動数診断装置 |
| US10156480B2 (en) | 2009-09-03 | 2018-12-18 | Rosemount Inc. | Thermowell vibration frequency diagnostic |
| CN103630230A (zh) * | 2013-01-18 | 2014-03-12 | 中电投工程研究检测评定中心 | 一种高塔结构振动检测方法 |
| CN109764957A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-17 | 浙江大远智慧制药工程技术有限公司 | 一种设备出液过程监测装置及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050728 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050809 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051220 |