JP2021113582A - 配管制振装置および配管振動の制振方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプに接続する配管は、回転するポンプにより生じる振動が伝播することにより、ポンプの回転数に応じた一定の振動モードを有する振動を、配管の外周面に生じることがある。【解決手段】上記課題を解決するための配管制振装置は、発振源に接続する配管の外周面の振動を検知し、振動信号を出力する振動検出部と、前記振動信号を取得し、前記振動を制振させるための制振信号を出力する信号処理部と、前記振動検出部の位置に対応して配置され、前記制振信号に基づいて制振振動を発生する振動発生部と、を有し、前記信号処理部は、前記振動信号の振動モードを取得する振動特定手段と、実時間における前記振動信号の振幅がゼロ以上かを判定する判定手段と、前記振動を制振させるための前記制振信号を生成し、前記判定手段の判定結果に基づいて前記制振信号を出力する信号生成手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、配管制振装置および配管振動の制振方法に関する。

プラント等の設備の配管はポンプ等の発振源に接続しており、ポンプ等が生じる回転振動は、配管に伝播する。配管の外周面が振動することにより、配管溶接部等の脆弱部に損傷をきたすおそれがある。

特許文献１には、除振対象である振動の絶対速度等と、前記除振対象と弾性体を介して結合する中間プレートの振動の絶対速度等とに基づいてＰＩＤ補償器が生成した出力信号により駆動する圧電素子等によって中間プレートを駆動させ、除振対象を除振する能動振動絶縁装置が記載されている。

特開２０００−１３６８４４号公報

ポンプに接続する配管は、回転するポンプにより生じる振動が伝播することにより、ポンプの回転数に応じた所定の振動モードを有する振動を、配管の外周面に生じることがある。

本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、既存設備の配管に対しても簡便に取り付け可能な、配管制振装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するための配管制振装置は、発振源に接続する配管の外周面の振動を検知し、振動信号を出力する振動検出部と、前記振動信号を取得し、前記振動を制振させるための制振信号を出力する信号処理部と、前記振動検出部の位置に対応して配置され、前記制振信号に基づいて制振振動を発生する振動発生部と、を有し、前記信号処理部は、前記振動信号の振動モードを取得する振動特定手段と、実時間における前記振動信号の振幅がゼロ以上かを判定する判定手段と、前記振動を制振させるための前記制振信号を前記判定手段の判定結果に基づいて生成し、前記制振信号を出力する信号生成手段と、を備える。

上記課題を解決するための配管振動の制振方法は、発振源に接続する配管の外周面の振動を検知し、振動信号を取得するステップと、前記振動信号の振動モードを取得するステップと、実時間における前記振動信号の振幅がゼロ以上かを判定するステップと、前記振動を制振するための制振信号を前記判定の結果に基づいて生成し、前記制振信号を出力するステップと、前記制振信号に基づいて、前記配管の前記外周面に、前記制振信号に基づいて制振振動を付加するステップと、を備える。

本開示によれば、回転機械に接続される配管において、回転機械の回転に伴う振動により配管の外周面に生じる振動に対応する周波数および位相差を有する制振振動を、振動発生部により配管の外周面に付加することで、配管の外周面の制振が可能となる。

図１は、第１実施形態に係る配管制振装置のブロック図である。 図２は、振動検出器および振動発生器が配置された配管を示した図である。 図３は、第２実施形態に係るリブ付き円筒薄肉配管部を示した図である。 図４は、第２実施形態に係るリブ付き円筒薄肉配管部の、図３のＣ−Ｃ断面における平面断面図である。 図５は、第２実施形態の変形例に係る円筒薄肉配管部を有する配管制振装置を示した図である。 図６は、本開示の実施形態に係る配管振動の制振方法を示すフローチャートである。

以下に、本開示に係る実施例について、図を参照して詳細に説明する。以下の説明では、配管２０の長手方向を「軸線方向」、配管２０の長手方向と直交する方向を「径方向」、配管２０の軸線周りの方向を「周方向」と呼ぶことがある。本実施の形態で説明するのは、本開示の一実施例であり、これにより本発明が限定されるものではない。

本実施例においては、振動検出部１１０がひずみセンサの場合について説明する。但し、振動検出部１１０は、振動検出部１１０は、配管２０の外周面２２の振動を検出できればよく、ひずみセンサに限らない。振動検出部１１０は、例えば非接触方式の振動計でもよい。また、本実施例においては、振動発生部１２０が圧電駆動部の場合について説明する。但し、振動発生部１２０は所定の振動を配管２０の外周面２２に付加できればよく、圧電駆動部に限らない。

＜第１実施形態＞
以下に、配管制振装置１００の実施例について、図１および図２を参照して説明する。配管２０は、発振源１０である渦巻きポンプ（以下ポンプ１０と称する）と接続している。配管２０は、発振源１０と接続する反対側に屈曲部を有しており、配管２０の直管部と屈曲部との接続は溶接にて行われ、脆弱部２４を有している。配管２０は、流体である例えば空気を流通させる。配管２０の断面形状は、円筒形状をなしており、また配管２０の厚みが配管２０の直径に対して十分に小さい。すなわち、配管２０は、いわゆる薄肉配管である。配管２０の直径は、例えば１，０００ｍｍであり、配管２０の厚みは、例えば７ｍｍである。なお、配管２０の断面形状は、円筒形状に限らない。配管２０は、断面形状が矩形の配管であってもよい。

配管２０は、ポンプ１０の生じた振動が伝えられ、外周面２２に伝播する。ここで、ポンプ１０は、例えば内部に有する羽根車の回転数Ｎと、羽根車の翼の枚数Ｚとの積であるＮ・Ｚの周波数を有する、いわゆるＮ・Ｚ振動を生じる。例えば、羽根車の翼の枚数Ｚが４０枚であり、羽根車が５０ｒｐｍの回転数を有する場合にポンプ１０の生じるＮ・Ｚ振動の周波数は、２，０００Ｈｚである。

周波数を有する振動がポンプ１０から配管２０に伝わった場合、配管２０の外周面２２には、振動モードを有する振動Ｖｍが励起する。振動Ｖｍにより、配管２０の外周面２２は、振動Ｖｍの振動モードにおける節にあたる位置では配管２０の外周面２２は変位せず、振動モードにおける腹にあたる位置では、配管２０の外周面２２は山と谷の間で振幅を繰り返す挙動を示す。配管２０の断面形状が円筒形状の場合において、振動Ｖｍにより配管２０の外周面２２に生じる振動モードを有する振動は、オーバル振動とよばれる。

＜配管制振装置＞
配管制振装置１００は、図１に示すように、ひずみセンサ１１０と、圧電駆動部１２０と、信号処理部１３０と、センサ入出力部１４０と、制御部１５０と、記録部１６０と、外部入出力部１７０と、を有する。ひずみセンサ１１０と圧電駆動部１２０とは、ポンプ１０に接続する配管２０の外周面２２の、制振対象領域Ａに配置される。配管制振装置１００は、信号増幅器１１２を別に有し、ひずみセンサ１１０は、信号増幅器１１２を介して配管制振装置１００に接続してもよい。圧電駆動部１２０は、振動制御部１２１を別に有し、圧電駆動部１２０は、振動制御部１２１を介して配管制振装置１００に接続してもよい。

＜振動検出部＞
ひずみセンサ１１０（振動検出部）は、配管２０の外周面２２の振動Ｖｐを検出し、検出した振動Ｖｐに対応する振動信号Ｓｖを出力する。振動Ｖｐには、振動モードの振動Ｖｍが含まれている。振動モードの振動Ｖｍは、ひずみセンサ１１０により制振対象成分Ｓｐとして検知され出力される。ひずみセンサ１１０は、図２に示すように、配管２０の外周面２２に配置される。ひずみセンサ１１０は、例えば接着剤により固定される。ひずみセンサ１１０は、配管２０の外周面２２の振動による変形に伴って屈曲し、ひずみを生じる。ひずみセンサ１１０は、自らのひずみ方向およびひずみ量に応じた振動信号Ｓｖを出力する。

ひずみセンサ１１０は、複数から構成されてもよい。ひずみセンサ１１０は、後述する制振対象領域Ａ内または制振対象領域Ｂ内に配置されてもよい。ひずみセンサ１１０は、後述する配管２０の外周面２２の振動モードに対応した位置に配置されてもよい。

ひずみセンサ１１０から出力される振動信号Ｓｖは、配管２０の外周面２２が、配管２０の径方向における外側に突出した場合に、すなわち、ひずみセンサ１１０が引っ張られた場合、例えばマイナスの電圧値となる。また、逆に配管２０の外周面２２が、配管２０の径方向における内側に突出した場合、すなわち、ひずみセンサ１１０が縮められた場合、例えばプラスの電圧値となる。

＜振動発生部＞
圧電駆動部１２０（振動発生部）は、制振信号Ｓｄに基づいて振動を発生する。圧電駆動部１２０は、配管２０の外周面２２に配置される。圧電駆動部１２０は、ひずみセンサの位置に対応した位置に配置される。ここで、「ひずみセンサの位置に対応した位置」とは、ひずみセンサ１１０の位置から制振対象成分Ｓｐ波長λの整数倍分離間した位置であることを意味する。圧電駆動部１２０は、配管２０の外周面２２に、例えば接着剤により固定される。配管２０の外周面２２は、圧電駆動部１２０の変形に伴って変形する。圧電駆動部１２０により制振振動Ｖｄが付加される配管２０の外周面２２の領域は、制振対象領域Ａを構成する。圧電駆動部１２０は、配管２０の外周面２２における、振動モードに対応した位置に配置されてもよい。

圧電駆動部１２０は、配管２０の周方向に連なって配置された場合、圧電駆動部１２０が振動することにより振動を付加される配管２０の外周面２２の周方向の領域が制振対象領域Ａとなる。また、圧電駆動部１２０は、配管２０の軸方向に連なって配置された場合、圧電駆動部１２０により振動を付加される配管２０の外周面２２の軸方向の領域が、制振対象領域Ｂとなる。

圧電駆動部１２０は、例えばバイモルフ型の圧電素子を２層に積層させてなる。圧電駆動部１２０は、２層の圧電素子のうちの一方の層にプラスの極性の電圧を供給し、他方の層にマイナスの極性の電圧を供給すると、一方の層側に突出して変形し、逆に、２層のうちの一方の層にマイナスの極性の電圧を供給し、他方の層にプラスの極性の電圧を供給すると、他方の層側に突出して変形する。すなわち圧電駆動部１２０は、電圧の極性が所定の周期で連続して変化する交流電流を供給すると、供給する電圧の極性の変化に対応して突出する方向が変化する。ここで、圧電駆動部１２０は、供給される電圧値に応じて、突出する量が変化する。圧電駆動部１２０は、供給される電圧が正弦波のように周期的に変わる場合、圧電駆動部１２０の変形量も、供給される電圧に対応して、正弦波のように変化する。なお、圧電駆動部１２０は、バイモルフ型に限らない。

圧電駆動部１２０は、配管２０の外周面２２の振動が所定の振動モードを有する場合、配管２０の外周面２２の所定の振動モードの、例えば腹の位置に配置される。

圧電駆動部１２０は、第１圧電駆動部１２０Ａおよび第２圧電駆動部１２０Ｂから構成されてもよい。圧電駆動部１２０は、第１圧電駆動部１２０Ａおよび第２圧電駆動部１２０Ｂから構成される場合、センサ入出力部１４０において、第１圧電駆動部１２０Ａには第１制振信号Ｓｄ１が出力され、第２圧電駆動部１２０Ｂには第２制振信号Ｓｄ２が出力されるよう接続される。

圧電駆動部１２０が、第１圧電駆動部１２０Ａおよび第２圧電駆動部１２０Ｂから構成され、第１圧電駆動部１２０Ａおよび第２圧電駆動部１２０Ｂが、配管２０の外周面２２に連なって配置される場合、例えば第１圧電駆動部１２０Ａと第２圧電駆動部１２０Ｂとが交互に並ぶよう配置される。配管２０の外周面２２に連なって配置される第１圧電駆動部１２０Ａ同士の離間距離は、例えばひずみセンサ１１０の位置と、制振振動の波長λの整数倍であり、外周面２２に連なって配置される第２振動発生部１２０Ｂ同士の離間距離は、例えば制振振動Ｖｄの波長λの整数倍である。第１圧電駆動部１２０Ａは、例えばひずみセンサ１１０の位置に対応した位置に配置される。また、第２圧電駆動部１２０Ｂは、第１圧電駆動部１２０Ａと、制振対象成分Ｓｐの波長λの（整数倍＋１／２）分離間した位置に配置されてもよい。また、第２圧電駆動部１２０Ｂは、ひずみセンサ１１０の位置から制振対象成分Ｓｐの波長λの（整数倍＋１／２）分離間した位置に配置されてもよい。

＜信号処理部＞
信号処理部１３０は、図１に示すように、ひずみセンサ１１０から出力された振動信号Ｓｖに基づき、制振対象成分Ｓｐについての制振振動Ｖｄを出力する。信号処理部１３０は、振動特定手段１５２、判定手段１５４および信号生成手段１５６を有する。振動特定手段１５２、判定手段１５４および信号生成手段１５６は、信号処理部１３０が、記録部１６０に記録されているそれぞれのプログラムを実行することにより発現する。

＜振動特定手段＞
制御部１５０は、振動特定手段１５２により、ひずみセンサ１１０から取得した振動信号Ｓｖに基づき、振動モードの振動Ｖｍについての制振対象成分Ｓｐについての周波数および波長λを取得する。具体的には、制御部１５０は、振動特定手段１５２により、振動信号Ｓｖについて所定の検波処理を行った後、周波数分析を行い、制振対象成分Ｓｐの周波数を特定する。制御部１５０は、振動特定手段１５２により、特定した制振対象成分Ｓｐの周波数に基づいて波長λを取得する。

＜判定手段＞
制御部１５０は、判定手段１５４により、配管２０の外周面２２に配置されたひずみセンサ１１０により検出される振動信号Ｖｐについて、実時間における振幅がゼロ以上かの判定を行う。判定は、所定の周期にて行われる。ここで、「実時間における振幅」とは、制振対象成分Ｓｐの振動により時間経過とともに振幅を繰り返す配管２０の外周面２２の、所定の時点における振幅を意味する。「所定の時点」とは、例えば、制振振動Ｖｄが出力される時点である。「所定の周期」は、配管２０の外周面２２の振動の周波数、ひずみセンサ１１０の出力性能および制御部１５０の処理速度等に基づいて、予め設定される。

＜信号生成手段＞
制御部１５０は、信号生成手段１５６により、制振対象成分Ｓｐを制振させるための制振信号Ｓｄを判定手段１５４の判定結果に基づいて生成し、出力する。制御部１５０が、信号生成手段１５６により出力する制振信号Ｓｄは、電圧出力である。制御部１５０は、信号生成手段１５６における制振信号Ｓｄの出力を、判定手段１５４の判定結果に応じて行う。制御部１５０は、信号生成手段１５６により、判定手段１５４が所定の周期で判定するのに対応して制振信号Ｓｄの出力を行う。

制振信号Ｓｄは、制振信号Ｓｄが正弦波を有する場合、ひずみセンサ１１０と圧電駆動部１２０との位置関係に応じて、制振対象成分Ｓｐと同じ位相または異なる位相を有する。ここで、「同じ位相」とは、ひずみセンサ１１０と圧電駆動部１２０との距離が、制振対象成分Ｓｐの波長λの（整数倍＋１／２）分離間した位置において、制振対象成分Ｓｐと重なった場合に、互いに打ち消しあうことにより、制振対象成分Ｓｐを制振させる位相を意味する。また、「異なる位相」とは、ひずみセンサ１１０と圧電駆動部１２０との距離が、制振対象成分Ｓｐの波長λの整数倍分離間した位置において、制振対象成分Ｓｐと重なった場合に、互いに打ち消しあうことにより、制振対象成分Ｓｐを制振させる位相を意味する。つまり、振動信号Ｓｖと制振信号Ｓｄとが同じ位相の周波数となる場合、ひずみセンサ１１０と圧電駆動部１２０の位置を、波長λの１／２だけ位置を異ならせることで、互いに打ち消し合うものとなる。

制振信号Ｓｄが有する位相は、制振対象成分Ｓｐと同じ位相または制振対象成分Ｓｐの位相からπずれた位相である。また、制振信号Ｓｄが有する位相は、制振対象成分Ｓｐの位相から１／２πずれた位相であってもよい。

制御部１５０は、圧電駆動部１２０が振動制御部１２１を介して配管制振装置１００に接続する場合、振動特定手段１５２で特定された制振対象成分Ｓｐの周波数と、判定手段１５４の判定結果とを振動制御部１２１に対して出力する。すなわち、実時間における配管２０の外周面２２の振動の電圧出力についてゼロ以上と判定された場合、第１制振振動Ｖｄ１にマイナスを出力し、第２制振振動Ｖｄ２にプラスを出力し、また、判定結果で振動信号Ｓｖの電圧出力がゼロより少ないと判定された場合、第１制振振動Ｖｄ１にプラスを出力し、第２制振振動Ｖｄ２にマイナスを出力する。振動制御部１２１は、制振対象成分Ｓｐに基づく周波数を有し、かつ制御部１５０からの判定結果に基づき出力にされるプラスまたはマイナスを乗じた第１制振振動Ｖｄ１を生成して第１圧電駆動部１２０Ａに出力し、また、制振対象成分Ｓｐに基づく周波数を有し、かつ制御部１５０からの判定結果に基づき出力されるマイナスまたはプラスを振幅に乗じた第２制振振動Ｖｄ２を生成し、第２圧電駆動部１２０Ｂに出力する。

＜第２実施形態＞
＜円筒薄肉配管部＞
以下に、配管制振装置１００がリブ付き円筒薄肉配管部２１０を有する場合について、図３および図４を参照して説明する。図３には、リブ付き円筒薄肉配管部を有する配管制振装置２００について説明する。リブ付き円筒薄肉配管部２１０は、図３に示すように、の外周面２２０には、ひずみセンサ１１０、圧電駆動部１２０およびリブ２４０が配置されている。

リブ付き円筒薄肉配管部２１０は、図３に示すように、ポンプ１０と配管２０との間に介装されている。リブ付き円筒薄肉配管部２１０は、両端にフランジ継手２３０を有し、フランジ継手ｂをポンプ１０と、フランジ継手ａを配管２０と、それぞれフランジ接続され、ボルト２３２およびナット２３４で締結されている。リブ付き円筒薄肉配管部２１０とポンプ１０または配管２０との接続は、フランジ接続に限られない。

リブ付き円筒薄肉配管部２１０は、所定の直径を有する薄肉の円筒形状である。ここで、リブ付き円筒薄肉配管部２１０における「薄肉」とは、配管の厚みが配管の直径に対して十分に薄いことを意味する。リブ付き円筒薄肉配管部２１０における配管の直径と配管の厚みとの比は、例えば１００：１である。

リブ２４０は、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の軸方向に沿って、周方向において所定の間隔をおいて配置される。ここで、「所定の間隔」とは、例えばリブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０の、制振対象成分Ｓｐを有する振動モードの波長λの整数倍分の距離である。リブ２４０は、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の一端のフランジ継手２３０Ａからフランジ継手２３０Ｂに渡り配置されている。リブ２４０は、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に、例えば溶接により固定される。

リブ２４０は、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の周方向に沿って配置されてもよい。この場合においてリブ２４０は、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０の、振動モードにおける節にあたる位置に配置される。

リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に圧電駆動部１２０が配置されることにより、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０には、制振対象領域Ａが区画される。

圧電駆動部１２０は、図３に示すように、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に周方向に連なって配置される。すなわち、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に周方向の制振対象領域Ａを有する。

圧電駆動部１２０は、図４に示すように、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０の、リブ２４０に対応する位置に配置される。圧電駆動部１２０は、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０の、リブ２４０から制振対象成分Ｓｐを有する振動モードの波長λの１／２分の長さの範囲内に配置される。圧電駆動部１２０は、例えばリブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０の、制振対象成分Ｓｐを有する振動モードの腹にあたる位置に配置される。また、圧電駆動部１２０は、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０の、リブ２４０から制振対象成分Ｓｐの波長λの１／４分の長さの範囲内に配置されてもよい。

圧電駆動部１２０は、図３に示すように、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に、軸方向に複数の列をなして配置される。すなわち、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に軸方向の制振対象領域Ｂを有する。この場合において、圧電駆動部１２０は、リブ付き円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０の軸方向の振動モードにおける、例えば腹にあたる位置に配置される。

＜変形例＞
第２実施形態の変形例に係る円筒薄肉配管部を有する配管制振装置２５０について、図５を参照して説明する。円筒薄肉配管部を有する配管制振装置２５０は、円筒薄肉配管２６０の外周面２６２に、リブ２４０を有さない。

＜配管振動の制振方法＞
以下に、配管振動の制振方法について、図２および図６を参照して説明する。配管制振装置１００は、配管振動の制振方法により、配管の振動Ｖｐを検知し、振動Ｖｐに対応した振動信号Ｓｖを取得するステップ（Ｓ１０）と、振動信号Ｓｖに基づき振動Ｖｐの振動モードを特定するステップ（Ｓ２０）と、振動信号Ｓｖの振幅がゼロ以上かを判定するステップ（Ｓ３０）と、振動モードおよび判定結果に対応する制振信号Ｓｄを発生するステップ（Ｓ４０）と、制振信号Ｓｄにより振動発生器が変形するステップ（Ｓ５０）と、を有する。以下に説明する配管制振装置１００は、ひずみセンサ１１０と、圧電駆動部１２０と、信号処理部１３０と、センサ入出力部１４０と、制御部１５０と、記録部１６０と、外部入出力部１７０と、を有している。圧電駆動部１２０は、第１圧電駆動部１２０Ａと、第２圧電駆動部１２０Ｂとを有する。ここで、第１圧電駆動部１２０Ａは、配管２０の外周面２２に配置されるひずみセンサ１１０と、制振対象成分Ｓｐの波長λの整数倍分離間した位置に配置されており、第２圧電駆動部１２０Ｂは、制振対象成分Ｓｐの波長λの（整数倍＋１／２）分離間した位置に配置されている。

配管制振装置１００は、ひずみセンサ１１０により振動Ｖｐを検知し、振動Ｖｐに基づく振動信号Ｓｖを取得する（Ｓ１０）。ここで、配管制振装置１００が取得する振動信号Ｓｖには、ポンプ１０から伝播した振動に基づく制振対象成分Ｓｐを含む。取得した振動信号Ｓｖは、記録部１６０に記録される。

配管制振装置１００は、取得した振動信号Ｓｖから制振対象成分Ｓｐの振動モードを特定する（Ｓ２０）。具体的には、配管制振装置１００は、取得した振動信号Ｓｖについて所定の検波処理を行った後、周波数分析を行い、制振対象成分Ｓｐを特定する。配管制振装置１００は、特定した制振対象成分Ｓｐについて周波数、位相および振動モードを取得する。

配管制振装置１００は、振動信号Ｓｖから制振対象成分Ｓｐの実時間における振幅を取得し、ゼロ以上かを判定する（Ｓ３０）。

配管制振装置１００は、制振対象成分Ｓｐの実時間における振幅がゼロ以上と判定した場合（Ｓ３０のＹｅｓ）、すなわち、配管２０の外周面２０が円周方向における内側に突出していると判定した場合、第１制振信号Ｖｄ１にマイナス、第２制振振動Ｖｄ２にプラスを出力する（Ｓ４０）。配管制振装置１００は、振動制御部１２２において、第１制振振動Ｖｄ１にマイナスを乗じ、第２制振振動Ｖｄ２にプラスを乗じる。

第１圧電駆動部１２０Ａは、第１制振信号Ｓｄ１により配管２０の外周面２２の円周方向における外側に突出するよう屈曲する。また、第２圧電駆動部１２０Ｂは、第２制振信号Ｓｄ２に配管２０の外周面の２２の円周方向における内側に突出するよう屈曲する（Ｓ５０）。制御部１５０の判定手段１５４が判定する周期が制振対象成分Ｓｐと同じ場合、第１制振信号Ｓｄ１は、制振対象成分Ｓｐと同じ周波数で、かつ制振対象成分Ｓｐとπ異なる位相を有し、第２制振信号Ｓｄ２は、制振対象成分Ｓｐと同じ周波数で、かつ制振対象成分Ｓｐと同じ位相を有する。

配管制振装置１００は、制振対象成分Ｓｐの実時間における振幅がゼロより小さいと判定した場合（Ｓ３０のＮｏ）、すなわち、配管２０の外周面２０が円周方向における内側に突出していると判定した場合、第１制振信号Ｖｄ１に対しマイナス、第２制振信号Ｖｄ２に対しプラスを出力する（Ｓ４２）。配管制振装置１００は、振動制御部１２２において、第１制振振動Ｖｄ１にマイナスを乗じ、第２制振振動Ｖｄ２にプラスを乗じる。すなわち、第１制振信号Ｓｄ１は、制振対象成分Ｓｐと同じ周波数で、かつ制振対象成分Ｓｐと同じ位相を有し、第２制振信号Ｓｄ２は、制振対象成分Ｓｐと同じ周波数で、かつ制振対象成分Ｓｐとπ異なる位相を有する。

第１圧電駆動部１２０Ａは、第１制振信号Ｓｄ１により配管２０の外周面２２の円周方向における外側に突出するよう屈曲する。また、第２圧電駆動部１２０Ｂは、第２制振信号Ｓｄ２に配管２０の外周面の２２の円周方向における外側に突出するよう屈曲する（Ｓ５２）。

＜効果の説明＞
以下に本開示に係るそれぞれの態様についての効果を説明する。
本開示の第１の態様に係る配管制振装置１００は、発振源１０に接続する配管２０の外周面２２の振動Ｖｐを検知し、制振信号Ｓｄを出力する振動検出部１１０と、振動信号Ｓｐを取得し、振動Ｖｐを制振させるための制振信号Ｖｄを出力する信号処理部１３０と、振動検出部１１０の位置に対応して配置され、制振信号Ｓｄに基づいて制振振動Ｖｄを発生する振動発生部１２０と、を有し、信号処理部１３０は、振動信号Ｓｐの振動モードを取得する振動特定手段１５２と、実時間における振動信号Ｓｖの振幅がゼロ以上かを判定する判定手段１５４と、振動Ｖｐを制振させるための制振信号Ｓｄを判定手段１５４の判定結果に基づいて生成し、制振信号Ｓｖを出力する信号生成手段１５６と、を備える。

第１の態様によれば、配管制振装置１００は、発振源１０に接続する配管２０の外周面２２の振動Ｖｐを検知し、制振信号Ｓｄを出力する振動検出部１１０と、制振信号Ｓｄを取得し、振動Ｖｐを制振させるための制振信号Ｖｄを出力する信号処理部１３０と、振動検出部１１０の位置に対応して配置され、制振信号Ｓｄに基づいて制振振動Ｖｄを発生する振動発生部１２０と、を有し、信号処理部１３０は、振動信号Ｓｐの振動モードを取得する振動特定手段１５２と、実時間における振動信号Ｓｖの振幅がゼロ以上かを判定する判定手段１５４と、振動Ｖｐを制振させるための制振信号Ｓｄを判定手段１５４の判定結果に基づいて生成し、制振信号Ｓｖを出力する信号生成手段１５６と、を備えるので、振動Ｖｐを制振するための制振振動Ｖｄを配管２０の外周面２２に付加し、振動Ｖｐを制振することができる。

本開示の第２の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様において、振動発生部１２０は、複数で構成されており、振動発生部１２０は、配管２０の外周面２２の周方向または軸方向に連なって配置される。

第２の態様によれば、配管制振装置１００は、複数で構成されており、振動発生部１２１０は、配管２０の外周面２２の周方向または軸方向に連なって配置されるので、配管２０の外周面２２の周方向および軸方向において、振動Ｖｐを制振することができる。

本開示の第３の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、振動発生部１２０は、振動検出部１１０の位置に対応して配置され、第１制振振動Ｖｄ１を発生する第１振動発生部１２０Ａと、第１制振振動Ｖｄ１の位置に対応して配置され、第２制振振動Ｖｄ２を発生する第２振動発生部１２０Ｂと、から構成されており、信号生成手段１５６は、第１制振振動Ｖｄ１を発生させるための第１制振信号Ｓｄ１と、第１制振振動Ｖｄ１と異なる位相を有し、第２制振振動Ｖｄ２を発生させるための第２制振信号Ｓｄ１と、を生成して出力し、第１振動発生部１２０Ａと第２振動発生部１２０Ｂとは、配管２０の外周面２２に、交互に配置される。

第３の態様によれば、配管制振装置１００は、配管２０の外周面２２に交互に配置される第１振動発生部１２０Ａおよび第２振動発生部１２０Ｂを有し、第１振動発生部１２０Ａが発生する第１制振振動Ｖｄ１と、第２振動発生部１２０Ｂが発生する第１制振振動Ｖｄ１と異なる位相を有する第２制振振動Ｖｄ２とにより、配管２０の外周面２２の振動Ｖｐを効率的に制振することができる。

本開示の第４の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、外周面２２に連なって配置される第１振動発生部１２０Ａ同士の離間距離は、振動Ｖｐの波長の整数倍であり、外周面２２に連なって配置される第２振動発生部同士の離間距離は、振動Ｖｐの波長の整数倍である。

第４の態様によれば、配管制振装置１００は、第１振動発生部１２０Ａ同士の離間距離と、第２振動発生部１２０Ｂ同士の離間距離とを、振動Ｖｐの波長の整数倍分の距離で配置することができる。なお、第１振動発生部１２０Ａ同士の離間距離と、第２振動発生部１２０Ｂ同士の離間距離とは、振動Ｖｐについての振動信号Ｓｖに含まれる制振対象成分Ｓｐの波長の整数倍分の距離であってもよい。

本開示の第５の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第４の態様のいずれかにおいて、第１振動発生部１２０Ａと第２振動発生部１２０Ｂとは、配管２０の外周面２２の所定の振動モードに対応した位置にそれぞれ配置される。

第５の態様によれば、配管制振装置１００は、第１振動発生部１２０Ａと第２振動発生部１２０Ｂとは、配管２０の外周面２２の所定の振動モードに対応した位置で振動Ｖｐを制振することができる。

本開示の第６の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第５の態様のいずれかにおいて、制振信号Ｓｄの位相は、振動信号Ｓｐの位相に対してπ／２またはπの位相差を有する。

第６の態様によれば、配管制振装置１００は、制振信号Ｓｄの位相は、振動信号Ｓｐの位相に対してπ／２またはπの位相差を有するので、配管２０の外周面２２の振動Ｖｐを効果的に制振することができる。

本開示の第７の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第６の態様のいずれかにおいて、振動発生部１２０は、圧電センサにより構成される。

第７の態様によれば、配管制振装置１００は、圧電センサにより、配管２０の外周面２２に制振振動Ｖｄを付加することができる。

本開示の第８の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第７の態様のいずれかにおいて、振動検出部１１０は、ひずみセンサにより構成される。

第８の態様によれば、配管制振装置１００は、ひずみセンサにより、配管２０の外周面２２の振動Ｖｐを検出することができる。

本開示の第９の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第８の態様のいずれかにおいて、振動検出部１１０は、発振源１０から円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に伝わる振動Ｖｐを検出し、振動発生部１２０は、円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０に制振振動Ｖｄを付加する。

第９の態様によれば、配管制振装置１００は、円筒薄肉配管部２１０においても、第１の態様から第８の態様と同様の効果を奏することができる。

本開示の第１０の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第９の態様のいずれかにおいて、円筒薄肉配管部２１０は外周面２２２にリブ２４０を有し、リブ２４０は、振動Ｖｐの振動モードに対応した位置に配置される。

第１０の態様によれば、配管制振装置１００は、振動Ｖｐの振動モードに対応した位置に配置されるリブ２４０を有するため、振動Ｖｐの振動モードの節の位置を規定することができる。

本開示の第１１の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第１０の態様のいずれかにおいて、リブ２４０は、円筒薄肉配管部２１０の軸線方向または周方向に沿って配置される。

第１１の態様によれば、配管制振装置１００のリブ２４０は、円筒薄肉配管部２１０の軸線方向または周方向に沿って配置されるので、振動Ｖｐの軸線方向または周方向における振動モードの位置を規定することができる。

本開示の第１２の態様に係る配管制振装置１００は、第１の態様から第１１の態様のいずれかにおいて、振動発生部１２０は、円筒薄肉配管部２１０の外周面２２０の、リブ２４０の位置に対応して配置される。

第１２の態様によれば、配管制振装置１００の振動発生部１２０は、リブ２４０により規定された振動モードの節の位置に対応した位置で制振振動Ｖｄを付加することができるので、効果的に制振することができる。

本開示の第１３の態様に係る配管振動の制振方法は、発振源に接続する配管の外周面の振動を検知し、振動信号を取得するステップと、振動信号の振動モードを取得するステップと、実時間における振動信号の振幅がゼロ以上かを判定するステップと、振動を制振するための制振信号を判定の結果に基づいて生成し、制振信号を出力するステップと、制振信号に基づいて、配管の外周面に、制振信号に基づいて制振振動を付加するステップと、を備える。

第１３の態様によれば、配管制振装置１００は、配管振動の制振方法により、第１の態様に係る効果と同等の効果を奏することができる。

１０ 発振源、渦巻きポンプ、ポンプ
２０ 配管
２２ 外周面
１００ 配管制振装置
１１０ 振動検出部、ひずみセンサ
１１２ 信号増幅器
１２０ 振動発生部、圧電駆動部
１２０Ａ 第１振動発生部、第１圧電駆動部
１２０Ｂ 第２振動発生部、第２圧電駆動部
１２２ 振動制御部
１３０ 信号処理部
１４０ センサ入出力部
１５０ 制御部
１５２ 振動特定手段
１５４ 判定手段
１５６ 信号生成手段
１６０ 記録部
１７０ 外部入出力部
２００ 円筒薄肉配管部を有する配管制振装置
２１０ リブ付き円筒薄肉配管部
２２０ リブ付き円筒薄肉配管部の外周面
２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ フランジ継手
２３２ ボルト
２３４ ナット
２４０ リブ
２５０ 円筒薄肉配管部（リブ無し）を有する配管制振装置
２６０ 円筒薄肉配管部（リブ無し）
２６２ 円筒薄肉配管部（リブ無し）の外周面
Ｓ１０ 配管の外周面の振動を取得するステップ
Ｓ２０ 振動の振動モードを特定するステップ
Ｓ３０ 振動信号の振幅がゼロ以上か判定するステップ
Ｓ４０ 制振信号を出力するステップ、第１制振信号にマイナス、第２制振信号にプラスを出力するステップ
Ｓ４２ 第１制振信号にプラス、第２制振信号にマイナスを出力するステップ
Ｓ５０ 振動発生部が振動を発生するステップ、第１振動発生部が位相＋πで変形、第２振動発生部が位相ゼロで変形するステップ
Ｓ５２ 第１振動発生部が位相ゼロで変形、第２振動発生部が位相＋πで変形するステップ
Ａ 配管の周方向に区画される制振対象領域
Ｂ 配管の軸方向に区画される制振対象領域
Ｖｍ 振動モード（高次モード）の振動
Ｖｐ 配管の外周面の振動
Ｖｄ 制振振動
Ｖｄ１ 第１制振振動
Ｖｄ２ 第２制振振動
Ｓｖ 振動信号
Ｓｐ 制振対象成分
Ｓｄ 制振信号
Ｓｄ１ 第１制振信号
Ｓｄ２ 第２制振信号
λ 制振対象成分を有する振動モードの波長

Claims (13)

1. 発振源に接続する配管の外周面の振動を検知し、振動信号を出力する振動検出部と、
   前記振動信号を取得し、前記振動を制振させるための制振信号を出力する信号処理部と、
   前記振動検出部の位置に対応して配置され、前記制振信号に基づいて制振振動を発生する振動発生部と、を有し、
   前記信号処理部は、前記振動信号の振動モードを取得する振動特定手段と、
   実時間における前記振動信号の振幅がゼロ以上かを判定する判定手段と、
   前記振動を制振させるための前記制振信号を前記判定手段の判定結果に基づいて生成し、前記制振信号を出力する信号生成手段と、を備える配管制振装置。
2. 前記振動発生部は、複数で構成されており、
   前記振動発生部は、前記配管の前記外周面の周方向または軸方向に連なって配置される請求項１に記載の配管制振装置。
3. 前記振動発生部は、前記振動検出部の位置に対応して配置され、第１制振振動を発生する第１振動発生部と、
   前記第１制振振動の位置に対応して配置され、第２制振振動を発生する第２振動発生部と、から構成されており、
   前記信号生成手段は、前記第１制振振動を発生させるための第１制振信号と、
   前記第１制振振動と異なる位相を有し、前記第２制振振動を発生させるための第２制振信号と、を生成して出力し、
   前記第１振動発生部と前記第２振動発生部とは、前記配管の前記外周面に、交互に配置される請求項２に記載の配管制振装置。
4. 前記外周面に連なって配置される前記第１振動発生部同士の離間距離は、前記振動の波長の整数倍であり、
   前記外周面に連なって配置される前記第２振動発生部同士の離間距離は、前記振動の波長の整数倍である請求項３に記載の配管制振装置。
5. 前記第１振動発生部と前記第２振動発生部とは、所定の前記振動モードに対応した位置にそれぞれ配置される請求項３または請求項４に記載の配管制振装置。
6. 前記制振信号の位相は、前記振動信号の位相に対してπ／２またはπの位相差を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の配管制振装置。
7. 前記振動発生部は、圧電センサにより構成される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の配管制振装置。
8. 前記振動検出部は、ひずみセンサにより構成される請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の配管制振装置。
9. 前記発振源と配管との間に介装され、前記配管より薄肉である円筒薄肉配管部を有し、
   前記振動検出部は、前記発振源から前記円筒薄肉配管部の外周面に伝わる振動を検出し、
   前記振動発生部は、前記円筒薄肉配管部の前記外周面に前記制振振動を付加する請求項１から８のいずれか一項に記載の配管制振装置。
10. 前記円筒薄肉配管部は前記外周面にリブを有し、
    前記リブは、前記振動の前記振動モードに対応した位置に配置される請求項９に記載の配管制振装置。
11. 前記リブは、前記円筒薄肉配管部の軸線方向または周方向に沿って配置される請求項１０に記載の配管制振装置。
12. 前記振動発生部は、前記円筒薄肉配管部の前記外周面の、前記リブの位置に対応して配置される請求項１０または請求項１１に記載の配管制振装置。
13. 発振源に接続する配管の外周面の振動を検知し、振動信号を取得するステップと、
    前記振動信号の振動モードを取得するステップと、
    実時間における前記振動信号の振幅がゼロ以上かを判定するステップと、
    前記振動を制振するための制振信号を前記判定の結果に基づいて生成し、前記制振信号を出力するステップと、
    前記制振信号に基づいて、前記配管の前記外周面に、前記制振信号に基づいて制振振動を付加するステップと、を備える配管振動の制振方法。

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