JPH1114447A - Columnar structure - Google Patents
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- 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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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a columnar structure installed at right angles or obliquely in a stream.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Columnar structures installed at right angles or obliquely to a flow are supporting structures for buildings such as towers and bridges, and instrumentation tubes such as thermometer wells, sampling nozzles, and conductivity meters in plant piping. It is widely used in piping structures such as valves and valves, and preventing structural damage due to flow vibration is an important technical issue. Generally, Karman vortices are generated in the wake of a columnar structure installed at right angles in the flow, so that the natural frequency of the columnar structure is higher than the Karman vortex frequency so that the columnar structure and the Karman vortex do not resonate. Designed to be. In addition, even at the time of non-resonance, excitation vibration (forced vibration) due to Karman vortex and turbulent excitation vibration due to turbulence of flow occur. Therefore, structurally, these vibration stresses are designed to be equal to or less than fatigue limit stress.
【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。[0003] With respect to the prior art for preventing the flow vibration of a columnar structure installed in a flow, Japanese Patent Laid-Open Nos. 55-36568 and 59-126875 disclose the prior art. A structure is disclosed in which a plate is provided spirally and in the longitudinal direction to reduce the excitation force due to Karman vortices. Further, as described in JP-A-61-38240,
A structure that suppresses the generation of Karman vortices by disposing an odd-numbered polygonal cross section of the columnar body itself installed in the flow is disclosed.
【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。[0004] Generally, the soundness of a columnar structure existing in a pipe with respect to flow vibration is evaluated from data such as the fluid flow velocity in the pipe and the natural frequency of the columnar structure. ASME code Section III, Appendix N-132 is a method for evaluating the soundness of a columnar structure with respect to flow vibration from data such as the fluid flow velocity in the pipe and the natural frequency of the columnar structure.
In 4.1, by the following two dimensionless parameters,
It is defined to determine the possibility of resonance (lock-in) with Karman vortex lift and drag.
【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。[0005] Conversion flow rate (Reduced Velocity): V = U / (f n · D) ... ( Equation 1) Conversion attenuation factor (Reduced Damping): C n = 4π · ζ n · M n / (ρ · D 2 · ∫ Le φ n 2 (x) dx) (Equation 2) M n = ∫ L m (x) φ n 2 (x) dx (Equation 3) where U is the local average flow velocity and f n is the nth order natural frequency of the mode, D is a thermometer well outside diameter, zeta n attenuation factor at the natural frequency of the n-th order mode, [rho is the fluid density, m (x) is per thermometer well unit length x mass, phi n (x) is the vibration mode function of the nth mode. Also, ∫ Le dx is the integral of the longitudinal direction of the submerged portion of the fluid in a thermometer well, ∫ L dx is the integral over the entire length of the thermometer well.
【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。[0006] The following are shown as conditions for determining the possibility of resonance due to Karman vortices.
【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。(A) V <1: Resonance due to lock-in is avoided in both the lift and drag directions. (b) C n > 64: Damping is sufficient, and lock-in resonance is suppressed in both lift and drag directions.
【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。(C) V <3.3 and C n > 1.2: Resonance due to lock-in in the lift direction is avoided, and resonance due to lock-in in the drag direction is suppressed by damping.
【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。[0009] (d) f n / f s <0.7 or f n / f s> 1.
3: resonance has been avoided due to: (f s Karman vortex frequency) lift direction lock-in.
【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。However, (a) describes that the eigenfrequency of the primary vibration mode (n = 1) is used when the dimensionless flow velocity V is evaluated. This is because the natural frequency of the higher-order vibration mode with n> 1 is generally higher than the natural frequency of the first-order vibration mode, and it is recommended that the natural frequency of the first-order vibration mode be used as a safe reference. It is thought that it is.
【００１１】[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。However, in the above method of evaluating the soundness of the flow vibration of the existing columnar structure in the pipe from the data such as the fluid flow velocity in the pipe and the natural frequency of the columnar structure, It is difficult to use the actual flow velocity data at an arbitrary time at the position where each columnar structure is installed, and it is difficult to use the flow velocity measurement data and design data at other parts of the piping and the flow analysis data by the computer to determine the flow velocity. Is taken. The same applies to the change in the vibration mode due to the change in the flow velocity.
【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。Generally, in order to avoid the influence of these instability factors, in a columnar structure installed at right angles or obliquely to the flow in the piping, in many cases, the design flow rate is added to the design flow velocity with a sufficient degree of safety at the design stage. It is devised to ensure the soundness of the flow vibration.
【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。An object of the present invention is to provide a structure in which the soundness of a columnar structure existing in a pipe with respect to flow vibration is evaluated in time series, and damage to the columnar structure due to flow vibration can be prevented beforehand. With the goal.
【００１４】[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。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention relates to a columnar structure installed at right angles or obliquely to a flow, wherein at least one vibration A detector is provided. Thereby, the amplitude of the flow vibration of each columnar structure installed in the pipe can be monitored in time series.
【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。In a second aspect based on the first aspect, the signal of the vibration detector is subjected to time-series frequency analysis. Thereby, the vibration frequency f s of the Karman vortex in each columnar structure installed in the pipe can be evaluated, and the reduced velocity V can be evaluated using the Reynolds number-dependent data of the Strouhal number. The flow vibration evaluation of each columnar structure can be directly performed in time series.
【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。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the vibration detector is installed at a portion protruding outside the pipe in a direction of flow and a direction perpendicular to the flow. This allows
Vibration frequency f s of the detected Karman vortices, lift, another drag direction become apparent.
【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。In a fourth aspect, according to the first to fourth aspects, the soundness of the columnar structure with respect to the flow vibration is monitored,
A flow vibration evaluation system for a columnar structure in a pipe, characterized in that damage due to flow vibration of the columnar structure is prevented beforehand.
【００１８】[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。FIG. 1 shows an embodiment of a columnar structure according to the present invention. In the columnar structure 1 installed at right angles or obliquely to the flow 2 in the pipe, at least one vibration detector 4 at a portion protruding out of the pipe 3 is installed, and a signal from the vibration detector 4 is The signal is converted into a digital signal by a single-channel or multi-channel data logger 5, further subjected to frequency analysis by a frequency analyzer 6, and analyzed / monitored by an arithmetic processing unit 7.
【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。Since the columnar structure 1 installed at a right angle or obliquely to the flow 2 in the pipe receives the excitation vibration by the Karman vortex due to the flow 2 in the pipe, the vibration frequency spectrum by the frequency analyzer 6 shows the Karman vortex frequency. A peak is detected at the position of f s . Further, if the flow is turbulent state, peaks at the position of the natural frequency f n of the pillar structure 1 by the disturbance component of the flow is detected. Here, the Strouhal number St relating to the Karman vortex is represented by the outer diameter D of the columnar structure.
And for using a flow rate U is given by St = U / (f s · D) ... ( Equation 4), using the data of the Strouhal number St columnar structure, a Karman vortex frequency f s in the vibration frequency spectrum , The flow velocity U at an arbitrary time (Equation 4)
Can be determined.
【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。[0020] Thus, by using the natural frequency f n of the pillar structure 1 natural frequency f n, or otherwise measured or estimated columnar structure 1 in the vibration frequency spectrum,
According to (Equation 1), the reduced flow velocity (Reduced) of the columnar structure is obtained.
Velocity) V can be determined. This makes it possible to evaluate whether resonance with the Karman vortex or occurrence of in-line self-excited vibration has occurred. Further, from the amplitude data from the data logger 5 to the frequency analyzer 6, information on the vibration amplitude of the columnar structure can be obtained. By performing these processes in the arithmetic processing unit 7, it becomes possible to evaluate the flow vibration of the columnar structure 1 installed at right angles or obliquely to the flow 2 in the pipe in a time-series manner.
【００２１】[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。According to the first to fourth aspects of the present invention, it is possible to constantly monitor the vibration of the columnar structure installed in the pipe due to the flow of the fluid, and to install the columnar structure installed in the pipe. Damage due to the flow vibration of the object can be prevented from occurring.
【図１】本発明の一実施例を示す柱状構造物である。FIG. 1 is a columnar structure showing one embodiment of the present invention.
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。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Column-shaped structure, 2 ... Pipe flow, 3 ... Pipe, 4 ... Vibration detector, 5 ... Single-channel or multi-channel data logger, 6 ... Frequency analyzer, 7 ... Operation processing device.
───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing from the front page (72) Inventor Iwao Yokoyama 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref.
Claims (4)
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。In a columnar structure installed at right angles or obliquely to a flow in a pipe, at least one vibration detector is installed at a portion of the columnar structure protruding outside the pipe. Columnar structure.
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。2. The columnar structure according to claim 1, wherein the frequency of a signal from the vibration detector is analyzed in time series.
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。3. The columnar structure according to claim 1, wherein the vibration detector is installed at a portion protruding outside the pipe in a direction of flow of the vibration detector and in a direction perpendicular to the flow. Stuff.
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。4. A columnar structure according to claim 1, further comprising a flow vibration evaluation system for monitoring the soundness of the columnar structure with respect to the flow vibration from time series data of the amplitude and frequency of the signal of the vibration detector. Characteristic columnar structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165599A JPH1114447A (en) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | Columnar structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165599A JPH1114447A (en) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | Columnar structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114447A true JPH1114447A (en) | 1999-01-22 |
Family
ID=15815420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9165599A Pending JPH1114447A (en) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | Columnar structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1114447A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007046926A (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Gunma Prefecture | Method and device for estimating in-river-channel condition when flooding using vertical-directional oscillation signal |
| JP2013504062A (en) * | 2009-09-03 | 2013-02-04 | ローズマウント インコーポレイテッド | Thermowell frequency diagnostic system |
| CN103630230A (en) * | 2013-01-18 | 2014-03-12 | 中电投工程研究检测评定中心 | Vibration detecting method for high tower structure |
| CN109764957A (en) * | 2019-01-29 | 2019-05-17 | 浙江大远智慧制药工程技术有限公司 | A kind of equipment goes out liquid process monitoring equipment and method |
-
1997
- 1997-06-23 JP JP9165599A patent/JPH1114447A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007046926A (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Gunma Prefecture | Method and device for estimating in-river-channel condition when flooding using vertical-directional oscillation signal |
| JP2013504062A (en) * | 2009-09-03 | 2013-02-04 | ローズマウント インコーポレイテッド | Thermowell frequency diagnostic system |
| US10156480B2 (en) | 2009-09-03 | 2018-12-18 | Rosemount Inc. | Thermowell vibration frequency diagnostic |
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