JP2014126122A - 配管振動の抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の任意の場所に取り付け可能で、且つ、振動数に関わらず配管の振動を確実に抑制可能な配管振動の抑制装置を提供する。
【解決手段】配管振動の抑制装置１であって、互いに隣り合う配管２の外周の一部にそれぞれ巻き付けられた弾性体からなる制振材１０と、制振材１０同士を連結する連結材２０と、連結材２０に接続されて、質量を付加する付加質量体３０と、を有している。各配管２の両端がそれぞれ支持される支持点６ａ、６ｂ間の配管２の質量ｐを、互いに隣り合う配管２同士で合算した総質量をｔとし、付加質量体の質量をｍとすると、１ｔ≦ｍ≦１０ｔが成り立つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管に取り付けて当該配管の振動を抑制する配管振動の抑制装置に関するものである。

船舶、建設機械、産業機械、車両等に接続された配管は、燃料の供給やエンジンの回転等によって振動するため、この振動を抑制する振動の抑制装置が設けられている。
例えば、図７に示すように、配管の外周の一部に巻き付けられた弾性体からなる制振材と、当該制振材が巻き付けられた各部位を固定する支持台とを有する振動の抑制装置が用いられている。この抑制装置は、長い配管の複数カ所に設けられている。

また、特許文献１には、図８に示すように、熱交換器の配管の振動を抑制する抑制装置が開示されている。この抑制装置は、互いに隣り合う配管同士を巻き付けて拘束する帯状の制振材を有している。制振材は帯状の弾性体であり、制振材の復元力で配管同士を拘束している。

そして、特許文献２には、図９に示すように、略Ω形状を有する錘と、錘の内周面の複数カ所に取り付けられて振動数を調整する調整用板バネと、錘の内周面の複数カ所に取り付けられて振動を減衰させる減衰用板バネと、を備えた振動の抑制装置が開示されている。
この抑制装置は、調整用板バネを介して配管にボルト及びナットで締め付けられ、固有振動数で振動する配管の振動を抑制するものである。

特開平３−１２９１９６号公報 特許第３２２９２０１号公報

しかしながら、制振材が巻き付けられた部位を支持台で支持する方法では、最も配管が振動する支持台間の中央部分の振動を抑制することができないため、振動を抑制する効果が低いという問題点があった。
また、特許文献１に記載の抑制装置では、複数の配管の形状はほぼ同一であり、それぞれの固有振動数が近いため、互いに隣り合う配管同士を拘束しても、一体となって同位相で振動するおそれがあり、振動抑制効果はほとんど期待できないという問題点があった。
そして、特許文献２に記載の抑制装置では、振動数を調整した調整用板バネを用いているため、特定の固有振動数に対しては有効であるが、特定の固有振動数以外では、振動を抑制する効果が低いという問題点があった。

そこで本発明は、上述したような従来技術の状況の下になされた発明であって、配管の任意の場所に取り付け可能で、且つ、振動数に関わらず配管の振動を確実に抑制可能な配管振動の抑制装置を提供することを目的としている。

本発明は、上述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明の配管振動の抑制装置は、複数の支持点で支持された配管の振動を抑制する配管振動の抑制装置であって、
互いに隣り合う前記配管の外周の一部にそれぞれ巻き付けられた弾性体からなる制振材と、
前記制振材同士を連結する連結材と、
前記連結材に接続されて、質量を付加する付加質量体と、を有しており、
前記複数の支持点のうち２つの前記支持点間の前記配管の質量を、互いに隣り合う前記配管同士で合算した総質量をｔとし、前記付加質量体の質量をｍとすると、
１ｔ≦ｍ≦１０ｔが成り立つことを特徴とする。

本発明の配管振動の抑制装置によれば、付加質量体を備えているため、各配管の固有振動数を低下させることができる。互いに隣り合う配管同士と付加質量体とを接続して一体化しているため、各配管が振動しても付加質量体の慣性の法則によって各配管の振動数を低下させることができる。また、配管の外周の一部に制振材を巻き付けているため、振動変位を減少させることができる。さらに、付加質量体の質量ｍを配管の総質量ｔの１倍以上且つ１０倍以下とすることで、配管の振動変位を効率良く減少させることができる。そして、これらが相俟って、配管の振動を効果的に抑制することができる。

また、前記付加質量体は、前記互いに隣り合う前記配管間で、且つ前記連結材の途中に設けられていてもよい。

このように、付加質量体は、互いに隣り合う配管間に設けられているため、新たに付加質量体を配置するスペースを設ける必要がない。このため、配管の位置を変更する等の設計変更を行う必要がない。

また、前記連結材は、前記制振材から前記隣り合う前記配管と反対側へ向かって延設された延設部を有しており、
前記付加質量体は、前記延設部に接続されていてもよい。

互いに隣り合う配管間の距離が短くて当該配管間に付加質量体を配置できない場合には、付加質量体を両配管の外方に設けてもよい。係る場合にも、配管間に付加質量体を配置した場合と同様の振動抑制効果が得られる。

また、前記付加質量体を弾性的に吊支する弾性支持手段を更に有していてもよい。
このように、付加質量体を弾性支持手段にて吊支しているため、配管に作用する付加質量体の荷重を低減することができる。これにより、付加質量体の質量によって配管が損傷することを防止できる。
また、付加質量体を弾性支持手段で弾性的に吊支しているため、付加質量体の上下方向及び左右方向への移動を妨げない。これにより、配管の振動に伴って付加質量体が移動することを妨げないため、効率良く配管の振動を抑制することができる。

また、前記配管の半径をｒとし、前記制振材の厚さをｄとすると、０．１５ｒ≦ｄ≦０．２５ｒが成り立つこととしてもよい。

このように、制振材の厚さｄを配管の半径ｒの０．１５倍以上且つ０．２５倍以下とすることで、配管の振動を効率良く抑制することができる。
また、制振材が厚くなると材料費が高くなるが、制振材の厚さｄを配管の半径ｒの０．１５倍以上、且つ０．２５倍以下として配管の半径に比べて薄くすることで安価に構築することができる。

また、前記配管の半径をｒとし、前記制振材の前記配管の軸方向の長さをｈとすると、０．５ｒ≦ｈ≦１．５ｒが成り立つこととしてもよい。

このように、制振材の長さｈを配管の半径ｒの０．５倍以上且つ１．５倍以下とすることで、配管に作用する付加質量体の荷重を分散させて支持することができる。これにより、付加質量体の質量によって配管が損傷することを防止できる。

本発明によれば、配管の任意の場所に取り付け可能で、且つ、振動数に関わらず配管の振動を確実に抑制可能な配管振動の抑制装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る配管振動の抑制装置を配管に設置した状態を示す斜視図である。 Ａ−Ａ矢視図である。 本実施形態に係る配管振動の抑制装置と配管との位置関係を示す概略側面図である。 本実施形態に係る配管質量に対する付加質量の比と振動振幅との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る配管振動の抑制装置を配管に設置した状態を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る配管振動の抑制装置を配管に設置した状態を示す斜視図である。 従来の配管振動の抑制装置を示す図である。 従来の配管振動の抑制装置を示す図である。 従来の配管振動の抑制装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る配管振動の抑制装置を配管に設置した状態を示す斜視図である。また、図２は、Ａ−Ａ矢視図である。

図１及び図２に示すように、配管振動の抑制装置１は、互いに隣り合う配管２にそれぞれ巻き付けられた制振材１０と、制振材１０同士を連結する連結材２０と、連結材２０の途中に設けられた付加質量体３０と、を有している。
複数の配管２は上下方向に配置されている。そして、各配管２は、それぞれ所定の距離間隔で複数の管板４にて支持されている。図１中には、複数の管板４のうち、２枚（上側管板４ａ及び下側管板４ｂ）を示している。
なお、本実施形態では、配管２を所定の距離間隔で管板４にて支持する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、熱交換器等内に配置される配管２の場合には両端部を支持してもよい。要は、配管２を支持する支持部材が設けられていればよい。

制振材１０は、配管２の外周の一部を覆うように巻き付けられている。管板４に支持されている配管２は、管板４間の中央付近の振動振幅が最も大きくなるため、制振材１０は管板４間の中央部分付近に設けられることが好ましい。

制振材１０として、本実施形態では帯状のゴム板を用いた。なお、制振材１０はゴム板に限定されるものではなく、弾性体であればよい。

また、制振材１０の配管２の軸方向の長さｈは、次の（１）式を満たすように形成されている。
０．５ｒ≦ｈ≦１．５ｒ ・・・（１）式
ここで、ｒは配管２の半径、ｈは制振材１０の長さである。
（１）式に示すように、制振材１０の長さｈを配管２の半径ｒの０．５倍以上、且つ１．５倍以下とすることで、配管２に作用する付加質量体３０の荷重を分散させて支持することができる。これにより、付加質量体３０の質量によって配管２が損傷することを防止できる。

さらに、制振材１０の厚さｄは、次の（２）式を満たすように形成されている。
０．１５ｒ≦ｄ≦０．２５ｒ ・・・（２）式
（２）式に示すように、制振材１０の厚さｄを配管２の半径ｒの０．１５倍以上、且つ０．２５倍以下とすることで、配管２の振動を効率良く抑制することができる。

配管２に巻き付けられた制振材１０は、略円筒状のカバー１２にて覆われている。
カバー１２は、一対の円弧状の半割れ材１４と、各半割れ材１４の一方の端部１４ａ同士を回動可能に連結するピン１５と、を有している。

また、各半割れ材１４の他方の端部１４ｂには、径外方向へ延設されたフランジ部１４ｃがそれぞれ設けられている。そして、各フランジ部１４ｃには共に貫通孔１４ｄが設けられている。
一対の半割れ材１４を互いに対向する位置に配置して両フランジ部１４ｃを当接させた状態でボルト１６を両貫通孔１４ｄ内に挿通させるとともに、ボルト１６にナット１８を螺合することで、カバー１２を配管２に取り付けることができる。

各配管２に巻き付けられた制振材１０はカバー１２を介して連結材２０で連結されている。本実施形態では、連結材２０として鋼管を用いた。なお、連結材２０は鋼管に限定されるものではなく、剛性を有するものであればよい。

付加質量体３０は、円柱状の鋼材で構成されており、互いに隣り合う配管２間に設けられ、ボルト１６や溶接等により連結材２０に接続されている。
本実施系形態では、円柱状の付加質量体を用いたが、この形状に限定されるものではなく、互いに隣り合う配管２間に収容できる形状であればよい。

上述した構成からなる配管振動の抑制装置１によって、互いに隣り合う配管２と付加質量体３０とは一体に接続されている。

図３は、本実施形態に係る配管振動の抑制装置１と配管２との位置関係を示す概略側面図である。
図３に示すように、上側管板４ａで支持される第１支持点６ａから下側管板４ｂで支持される第２支持点６ｂまでの各配管２の質量ｐを、互いに隣り合う配管２同士で合算した総質量をｔ（＝ｐ＋ｐ）とすると、付加質量体３０の質量ｍは、次の（３）式を満たすように形成されている。
１ｔ≦ｍ≦１０ｔ ・・・（３）式
（３）式に示すように、付加質量体３０の質量ｍを配管２の総質量ｔの１倍以上、且つ１０倍以下とすることで、配管２の振動変位を効率良く減少させることができる。

次に、付加質量体３０を設けた場合の振動の抑制効果について検討した結果について説明する。

具体的には、互いに隣り合う配管２間に質量の異なる複数種類の付加質量体３０を設け、各付加質量体３０毎の振動振幅を算出した。
振動振幅を算出するにあたって、図３に示すように、互いに隣り合う配管２間の距離を０．５ｍ、上側管板４ａから下側管板４ｂまで（即ち第１支持点６ａから第２支持点６ｂまで）の距離を２ｍとした。
また、配管２は、その材質を一般構造用圧延鋼材として、外径、内径をそれぞれ５ｃｍ、４ｃｍとした。なお、配管２の固有振動数は２８．６Ｈｚである。

上述した条件に基づいて、上側管板４ａから下側管板４ｂまでの各鋼管の質量ｐを算出するとともに、隣り合う配管２同士の質量を合算して総質量ｔを算出した。
続いて、固有振動数で振動させるとともに、付加質量体３０の質量ｍを変化させて、総質量ｔに対する付加質量体３０の質量ｍの比率が０から１２までの振動振幅を算出した。総質量ｔに対する付加質量体３０の質量ｍの比率と、算出された振動振幅の関係を図４で示す。
図４に示すように、総質量ｔに対する付加質量体３０の質量ｍの比率が増加する、即ち、付加質量体３０の質量ｍが大きくなると、振動振幅は小さくなることがわかる。特に、総質量ｔに対する付加質量体３０の質量ｍの比率が１以上、且つ１０以下の場合に、振動振幅が低下していることがわかる。
したがって、総質量ｔと付加質量体３０の質量ｍとの関係が、上記（３）式を満たす場合に効果的に振動振幅を低下させることができる。

また、上述した条件とは異なる条件で解析を行った際には、付加質量体３０の質量ｍを総質量ｔの５倍とした場合に、固有振動数が５６Ｈｚから２２Ｈｚとなり、当該固有振動数における振動変位が５％低下した結果を得ている。さらに、付加質量体３０の質量ｍを総質量ｔの１０倍とした場合に、固有振動数が５６Ｈｚから１６Ｈｚとなり、当該固有振動数における振動変位が１３％低下した結果を得ている。

上述した本実施形態に係る配管振動の抑制装置１によれば、付加質量体３０を備えているため、各配管２の固有振動数を低下させることができる。互いに隣り合う配管２同士と付加質量体３０とを接続して一体化しているため、各配管２が振動しても付加質量体３０の慣性の法則によって各配管２の振動数を低下させることができる。また、配管２に制振材１０を巻き付けているため、振動変位を減少させることができる。さらに、付加質量体３０の質量ｍを配管２の総質量ｔの１倍以上、且つ１０倍以下とすることで、配管２の振動変位を効率良く減少させることができる。そして、これらが相俟って、配管２の振動を効果的に抑制することができる。

また、付加質量体３０は、互いに隣り合う配管２間に設けられているため、新たに付加質量体３０を配置するスペースを設ける必要がない。このため、配管２の位置を変更する等の設計変更を行う必要がない。

そして、制振材１０の厚さｄを配管２の半径ｒの０．１５倍以上且つ０．２５倍以下とすることで、配管２の振動を効率良く抑制することができる。また、制振材１０が厚くなると材料費が高くなるが、配管２の半径ｒに比べて薄くすることで安価に構築することができる。

さらに、制振材１０の長さｈを配管２の半径ｒの０．５倍以上且つ１．５倍以下とすることで、配管２に作用する付加質量体３０の荷重を分散させて支持することができる。これにより、付加質量体３０の質量によって配管２が損傷することを防止できる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述した第１実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る配管振動の抑制装置４０を配管２に設置した状態を示す斜視図である。
図５に示すように、配管振動の抑制装置４０の連結材４２は、カバー１２を介して制振材１０同士を連結する本体部４２ａと、カバー１２を介して制振材１０から隣り合う配管２と反対側へ向かって延設された一対の延設部４２ｂと、を有している。

また、各延設部４２ｂには、それぞれ付加質量体３０が接続されている。各付加質量体３０は、ボルト１６や溶接等により延設部４２ｂに接続されている。本実施形態では、両付加質量体３０の質量ｍを合算した総質量ｇｍが、次の（４）式を満たしている。
１ｔ≦ｇｍ≦１０ｔ ・・・（３）式
なお、本実施形態において、各付加質量体３０は、全て同一質量であることが好ましい。

上述した本実施形態に係る配管振動の抑制装置４０によれば、互いに隣り合う配管２間の距離が短くて当該配管２間に付加質量体３０を配置できない場合でも、付加質量体３０を両配管２の外方に配置することができる。付加質量体３０を両配管２の外方に配置しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。

図６は、本発明の第３実施形態に係る配管振動の抑制装置５０を配管２に設置した状態を示す斜視図である。
図６に示すように、配管振動の抑制装置５０は、付加質量体３０を弾性的に吊支する弾性支持手段５２を有している。
弾性支持手段５２は、その上端が天盤５４に接続され、下端が付加質量体３０に接続されている。付加質量体３０は、弾性支持手段５２により吊支されているため、上下方向及び水平方向へ移動自在である。
本実施形態では、弾性支持手段５２として、コイルバネを用いたが、これに限定されるものではない。

上述した本実施形態に係る配管振動の抑制装置５０によれば、付加質量体３０を弾性支持手段５２にて吊支しているため、配管２に作用する付加質量体３０の荷重を低減することができる。これにより、付加質量体３０の質量によって配管２が損傷することを防止できる。
また、付加質量体３０を弾性支持手段５２で弾性的に吊支しているため、付加質量体３０の上下方向及び左右方向への移動を妨げない。これにより、配管２の振動に伴って付加質量体３０が移動することを妨げないため、効率良く配管２の振動を抑制することができる。

複数の配管を有する船舶、建設機械、産業機械、車両等に適用できる。

１ 抑制装置
２ 配管
４ 管板
４ａ 上側管板
４ｂ 下側管板
６ａ 第１支持点
６ｂ 第２支持点
１０ 制振材
１２ カバー
１４ 半割れ材
１４ａ 一方の端部
１４ｂ 他方の端部
１４ｃ フランジ部
１４ｄ 貫通孔
１５ ピン
１６ ボルト
１８ ナット
２０ 連結材
３０ 付加質量体
４０ 抑制装置
４２ 連結材
４２ａ 本体部
４２ｂ 延設部
５０ 抑制装置
５２ 弾性支持手段
５４ 天盤

Claims (6)

1. 配管の振動を抑制する配管振動の抑制装置であって、
   互いに隣り合う前記配管の外周の一部にそれぞれ巻き付けられた弾性体からなる制振材と、
   前記制振材同士を連結する連結材と、
   前記連結材に接続されて、質量を付加する付加質量体と、を有しており、
   前記各配管の両端がそれぞれ支持される支持点間の前記配管の質量を、互いに隣り合う前記配管同士で合算した総質量をｔとし、前記付加質量体の質量をｍとすると、
   １ｔ≦ｍ≦１０ｔが成り立つことを特徴とする配管振動の抑制装置。
2. 前記付加質量体は、
   前記互いに隣り合う前記配管間で、且つ前記連結材の途中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の配管振動の抑制装置。
3. 前記連結材は、前記制振材から前記隣り合う前記配管と反対側へ向かって延設された延設部を有しており、
   前記付加質量体は、前記延設部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の配管振動の抑制装置。
4. 前記付加質量体を弾性的に吊支する弾性支持手段を更に有することを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の配管振動の抑制装置。
5. 前記配管の半径をｒとし、前記制振材の厚さをｄとすると、０．１５ｒ≦ｄ≦０．２５ｒが成り立つことを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項に記載の配管振動の抑制装置。
6. 前記配管の半径をｒとし、前記制振材の前記配管の軸方向の長さをｈとすると、０．５ｒ≦ｈ≦１．５ｒが成り立つことを特徴とする請求項１〜５のうち何れか一項に記載の配管振動の抑制装置。

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