JP3564779B2 - キャビティの共鳴音発生防止装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、キャビティの共鳴音と該共鳴音の発生原因である異常な圧力変動を防止するためのキャビティの共鳴音発生防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２７に示すように、ボイラ蒸気管の安全弁管台、或いは蒸気をブローするブロー管又は検査孔等のための枝管等は、一般に主管１に対して直角に交差するようにキャビティ２を形成している。
【０００３】
このようなキャビティ２を有する主管１に流体３を流すと、キャビティ２の存在によって大きな共鳴音（騒音）を発生することがしばしば起こっている。こうした共鳴音は、一般に１〜数ＫＨｚの可聴域にあり、耳障りで大きな騒音問題となっている。
【０００４】
キャビティ２による共鳴音は、キャビティ２と主管１内面に沿って流れる流体３によって生じる自励音であり、この自励音は、キャビティ２の開口部４を流れる流体にできる渦によって生じる励振周波数により笛吹きの原理に類似した現象を促して、前記励振周波数とキャビティの気柱共鳴周波数とが一致した時に共振状態となることによって大きな異音を発生するものと考えられる。
【０００５】
また、上記共鳴音の発生は、キャビティ２内の流体の異常な圧力変動に依っているものと考えられる。この圧力変動が大きくなると、その振動エネルギーによってキャビティ２に接続されるバルブや計測機器等に対する損傷或いは誤動作等といった悪影響を生じることになる。
【０００６】
従来、上記したようなキャビティ２による共鳴音及びその原因となっている圧力変動の発生を防止するために、図２７に示すように主管１内面とキャビティ２の開口部４との隅部を切り欠いてレジューサ形状５にすることが考えられている。
【０００７】
また、図２８に示すようにキャビティ２の途中にキャビティ２と直交するように枝管６を設けることによって、キャビティ２による共鳴音の発生を防止することが行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来装置の前者においては、充分な共鳴音の防止効果が確認されておらず、また後者においては、キャビティ２内の流体３と主管１内を流れる流体３との界面にできる渦によって生じる励振周波数が、キャビティ２の気柱共鳴周波数と一致しないように、枝管６によって気柱共鳴周波数をずらすことにより共鳴音の発生を防止するようにした方式であるため、主管１およびキャビティ２の径の変化や流体３の流速が変化した場合には、その都度枝管６の設計寸法や配置位置等を変更する必要があり、しかもそのための試作作業が非常に大変なものとなる等の問題を有していた。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、簡単な構成でしかも広い範囲の周波数に対して共鳴音発生防止効果を発揮し得るキャビティの共鳴音発生防止装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
【００１２】
本発明は、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、キャビティの設置位置と周方向同一位置において主管内に向けて突出する凸部を設けたことを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置、に係るものである。
【００１３】
本発明は、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、主管の内周方向に所要の間隔を有して主管内に向けて突出する複数の凸部を設けたことを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置、に係るものである。
【００１４】
本発明は、複数の凸部が千鳥状に配置されていることを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置、に係るものである。
【００１５】
本発明は、凸部がキャビティの内径の約２０％〜７０％の直径を有する円柱状をなし、且つ凸部の突出高さが前記キャビティの内径の約２０％以上であり、前記凸部がキャビティの内径の約５倍以内の間隔を有してキャビティより上流側位置に設置されていることを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置、に係るものである。
【００１６】
【作用】
【００１７】
【００１８】
第１の手段では、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、キャビティの設置位置と周方向同一位置において主管内に向けて突出する凸部を設けているので、凸部によって生じるカルマン渦により、キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面にできる渦によって生じる励振周波数を効果的に乱すことができ、これによりキャビティ内の流体も乱れて、キャビティの持つ気柱共鳴周波数との共鳴の発生が無くなり、よってキャビティによる共鳴音の発生が広い周波数の範囲で防止される。
【００１９】
第２の手段では、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、主管の内周方向に所要の間隔を有して複数の凸部を設けているので、複数の凸部から生じるカルマン渦により、前記キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面に発生する励振周波数が複雑に乱され、これによりキャビティによる共鳴音の発生が更に確実に防止される。
【００２０】
第３の手段では、複数の凸部を千鳥状に配置するようにしているので、複数の凸部から生じるカルマン渦が更に複雑になって、キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面における渦によって生じる励振周波数が更に複雑に乱され、これによりキャビティによる共鳴音の発生が更に確実に防止される。
【００２１】
第４の手段では、凸部がキャビティの内径の約２０％〜７０％の直径を有する円柱状をなし、且つ凸部の突出高さが前記キャビティの内径の約２０％以上であり、更に凸部がキャビティの内径の約５倍以内の間隔を有してキャビティより上流側位置に設置するようにしているので、凸部によるカルマン渦によってキャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面にできる渦によって生じる励振周波数を効果的に乱すことができる。
【００２２】
上記各手段によりキャビティによる共鳴音の発生を防止することができるので、前記共鳴音発生の原因となっている異常な圧力変動の発生も防止することができ、よってキャビティに接続されるバルブや計測機器等の安全性を高めることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
図１及び図２は本発明の一実施例を示したもので、主管１に交差するように形成されたキャビティ２を有する主管１内面における前記キャビティ２の上流側位置に、キャビティ２の設置位置と周方向同一位置（同一線Ｓ上）において、主管１内に向けて突出する凸部１０を設けている。
【００３３】
また、凸部１０がキャビティ２の内径Ｄの約２０％〜７０％の直径ｄを有する円柱状をなし、且つ凸部１０の突出高さＬ2が前記キャビティ２の内径Ｄの約２０％以上となるように形成されており、このような形状を有する凸部１０を、キャビティ２の内径Ｄの約５倍以内の間隔Ｌ3を有してキャビティ２の主管１上流側位置に設置している。
【００３４】
また、前記凸部１０は図示した円柱状以外に多角柱形状としても略同等の効果を奏することができる。
【００３５】
上記実施例では、主管１に交差するように形成されたキャビティ２を有する主管１内面における前記キャビティ２の上流側位置に、キャビティ２の設置位置と周方向同一位置において主管１内に向けて突出する凸部１０を設けているので、凸部１０によって生じるカルマン渦１１により、キャビティ２内の流体と主管１内を流れる流体との界面における渦Ｓによって生じる励振周波数を防止するように前記凸部１０によって流体の流れに乱れをつくることができ、これによりキャビティ２内の流体も乱れることになり、キャビティ２の持つ気柱共鳴周波数との共鳴の発生が無くなり、よってキャビティ２による共鳴音の発生が広い範囲の周波数において防止される。
【００３６】
この時、凸部１０がキャビティ２の内径Ｄの約２０％〜７０％の直径ｄを有する円柱状をなし、且つ凸部１０の突出高さＬ2が前記キャビティ２の内径Ｄの約２０％以上であり、前記凸部１０がキャビティ２の内径Ｄの約５倍以内の間隔Ｌ3を有してキャビティ２より上流側位置に設置していることにより、前記キャビティ２内の流体と主管１内を流れる流体３との界面における渦Ｓによって生じる励振周波数を前記凸部１０によるカルマン渦１１によって更に効果的に防止して、キャビティ２内の流体３の乱れも確実に保持することができ、キャビティ２による共鳴音の発生防止効果を更に高め得る。
【００３７】
即ち、図３は、無対策では主管流速Ｖが３５〜４０ｍ／ｓにおいて騒音レベルのピーク（共鳴音）を生じていたキャビティ２を有する主管１に、前記凸部１０を備えるようにした場合における騒音レベルの状態を、キャビティ２の内径Ｄ＝２５ｍｍにおいて凸部１０の直径ｄ及び突出高さＬ2を種々変化させた場合について調べた結果を示している。
【００３８】
図３から、凸部１０の直径ｄはキャビティ２の内径Ｄ＝２５ｍｍより大きい（図３では２８ｍｍ）と騒音レベルが増大することから、凸部１０の直径ｄはキャビティ２の内径Ｄより小さくする必要があり、また直径ｄが小さすぎても効果が期待できなくなるので前記凸部１０の直径ｄはキャビティ２の内径Ｄの２０〜７０％、好ましくはキャビティ２の内径Ｄの約５０％とする。
【００３９】
また、凸部１０の突出高さＬ2は、図３からキャビティ２の内径Ｄの２０％以上とすることにより騒音レベルを大幅に小さくできることが分かった。但し、突出高さＬ2を余り高くしてしまうと主管１内を流れる流体３に悪影響を及ぼすことが考えられるので、突出高さＬ2はできるだけ低く押えるようにすることが好ましい。
【００４０】
また、前記凸部１０を設置する位置は、該凸部１０によって生じるカルマン渦１１がキャビティ２に到達せずに消去して静圧が回復してしまうことがない範囲とする必要があり、この点について調べたところ、凸部１０はキャビティ２の内径Ｄの約５倍以内の間隔Ｌ3を有してキャビティ２より上流側位置に設置すると良いことが分かった。
【００４１】
図４はキャビティ２の内径Ｄが３９ｍｍ、凸部１０の直径ｄが２８ｍｍ、主管流速Ｖが４０ｍ／ｓのときに、キャビティ２と凸部１０の間隔Ｌ3が１５０ｍｍと６５ｍｍの場合について、凸部１０の突出高さＬ2を種々変えたときの騒音レベルを示したものである。図４の場合においても騒音レベルを低減できることが明らかであり、またＬ3＝１５０ｍｍのように間隔Ｌ3が長い場合には突出高さＬ2を高く（図４では６０ｍｍ以上）すれば良いことが明らかである。
【００４２】
図５は前記凸部１０をキャビティ２の上流に備えた本発明（丸印）と無対策（三角印）の場合において、主管１の流体３の流速Ｖを変化させた時の騒音レベル（破線）と周波数（実線）の変化について見た一例を示すもので、図示するように無対策においてはＩのように非常に大きな騒音レベルのピークＰが発生していたものを本発明によればＩＩのように騒音レベルを小さく押え込むことができる。この時、主管流速Ｖを高めていくと、無対策の場合ＩＩＩ及び本発明ＩＶの何れの場合も周波数が段階的に高くなって行くことが分かった。
【００４３】
また、図６、図７は前記凸部１０をキャビティ２に備えた本発明と、無対策の場合における周波数と騒音レベルとの関係を比較して示したものであり、この時の凸部１０の直径ｄが２２ｍｍ、突出高さＬ2が５ｍｍ、間隔Ｌ3が１１４ｍｍ、主管流速Ｖが４０ｍ／ｓの場合を示しており、図６の無対策の場合には大きな騒音レベルのピークＰが発生しているのに対して、図７の本発明においては騒音レベルのピークの発生がなく、これより共鳴音の発生が防止されたことが明らかである。
【００４４】
図８、図９及び図１０、図１１は、夫々本発明の他の実施例を示したもので、図８、図９では主管１に交差するように形成されたキャビティ２を有する主管１の内面における前記キャビティ２の上流側（図２のＬ3＝１２３ｍｍと同様）位置に、主管１の内周方向に間隔を隔てて主管１の中心Ｏを向くように２個の凸部１２ａ，１２ｂを形成した場合を示している。図示の場合、キャビティ２の内径Ｄ＝４０ｍｍ、凸部の直径ｄ＝１６ｍｍ、突出高さＬ2＝３０ｍｍ、凸部の挟み角θ1＝３２゜とした例を示している。図中１５は凸部１２ａ，１２ｂの取付け具である。
【００４５】
また図１０及び図１１は、キャビティ２を有する主管１の内面における前記キャビティ２の上流側位置に、主管１の内周方向に等しい間隔を隔てて主管１の中心Ｏを向くように３個の凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成した場合を示している。図示の場合、凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ相互の角度θ2を夫々３２゜とした例を示し、その他は前記図８、図９と同様としている。
【００４６】
また図１２及び図１３は、本発明の更に他の実施例を示したもので、キャビティ２を有する主管１の内面における前記キャビティ２の上流側位置に、主管１の内周方向に所要の間隔を有して２個の凸部１４ａ，１４ｂを挟み角θ3＝４４゜で形成し、更に該凸部１４ａ，１４ｂの上流側位置における前記凸部１４ａ，１４ｂとの間の位置に、１個の凸部１３ｃを形成することにより千鳥状の配置としている。
【００４７】
上記各実施例の構成について、図８、図９の装置の側面図を例に取って示している図１４に示すように、キャビティ２を形成する管台の底部に測定装置１６を設置して音圧レベル、圧力変動の大きさ、圧力変動幅、開口部４における流速変動スペクトルを測定した。
【００４８】
図１５は前記図８〜図１３の実施例と無対策の場合における主管１内の流体３の流速を変化した時の音圧レベルの計測結果を示したもので、図８、図９の直列３本の例Ｉ（丸印）と、図１０、図１１の直列２本の例ＩＩ（×印）と、図１２、図１３の千鳥３本の例ＩＩＩ（四角印）と、無対策ＩＶ（三角印）の場合を比較して示している。
【００４９】
図１５から明らかなように、無対策ＩＶにおいては非常に大きな音圧レベルが発生しているのに対して、前記各実施例においては、Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに示すように、騒音レベルを広い周波数域において小さく押え込むことができる。これにより、共鳴音による騒音を大幅な低減を図ることができる。
【００５０】
図１６は圧力変動の大きさξ＝ｇ・Δｐ／ａ・γ・Ｕ（ｇ：重力加速度、Δｐ：圧力変動幅、ａ：音速流体γ：ガス比重量、Ｕ：主管内平均流速）を調べた場合の一例を示したもので、図１５と同一の符号を付した付したものは、同じ意味を表している。
【００５１】
図１６から明らかなように、無対策ＩＶにおいては圧力変動の大きさが非常に大きくなっているのに対して、前記本発明の各実施例においては、Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに示すように、圧力変動の大きさが小さくなっている。
【００５２】
図１７、図１８は、従来の無対策の場合における圧力変動幅ΔＰを調べたものであって、図１７は流体３の平均流速Ｕを約４４ｍ／ｓとした場合、図１８は流体３の平均流速Ｕを約８５ｍ／ｓとした場合を示し、また図１９、図２０は、前記図１０、図１１の直列３本の凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えた場合において、前記無対策と同じ流体３の平均流速Ｕ約４４ｍ／ｓ、８５ｍ／ｓにして圧力変動幅ΔＰを調べたものである。
【００５３】
図１７と図１９の比較、図１８と図２０の比較から明らかなように、無対策（図１７、図１８）では非常に大きな圧力変動幅を生じていたものが、本発明（図１９、図２０）では圧力変動幅が非常小さくなっている。
【００５４】
図２１、図２２、図２３は、従来の無対策の場合における流速変動スペクトルを調べたものであって、図２１は流体３の平均流速Ｕを約５５ｍ／ｓとした場合、図２２は流体３の平均流速Ｕを約７０ｍ／ｓとした場合、図２３は流体３の平均流速Ｕを約８５ｍ／ｓとした場合を示し、また図２４、図２５、図２６は、前記図１０、図１１の直列３本の凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えた場合において、前記無対策と同じ流体３の平均流速Ｕ約５５ｍ／ｓ、７０ｍ／ｓ、８５ｍ／ｓにして流速変動スペクトルを調べたものである。
【００５５】
図２１と図２４の比較、図２２と図２５の比較、図２３と図２６の比較から明らかなように、無対策（図２１、図２２、図２３）では強力なスペクトルのピークＰが発生していたのに対して、本発明（図２４、図２５、図２６）ではスペクトルのピークが全く見られなくなった。
【００５６】
前記した図１６〜図２６の結果から、本発明によれば、無対策に対してキャビティ２における圧力変動を大幅に減少させることができ、従ってその振動エネルギーによってキャビティ２に接続されるバルブや計測機器等に対する損傷或いは誤動作等といった問題の発生を防止することができる。
【００５７】
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、凸部の設置数、設置位置、大きさ、形状等は本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更することができる。
【００５８】
【発明の効果】
【００５９】
【００６０】
請求項１の発明では、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、キャビティの設置位置と周方向同一位置において主管内に向けて突出する凸部を設けているので、凸部によって生じるカルマン渦により、キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面にできる渦によって生じる励振周波数を効果的に乱すことができ、これによりキャビティ内の流体も乱れて、キャビティの持つ気柱共鳴周波数との共鳴の発生が無くなり、よってキャビティによる共鳴音の発生が広い周波数の範囲で防止される。
【００６１】
請求項２の発明では、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、主管の内周方向に所要の間隔を有して複数の凸部を設けているので、複数の凸部から生じるカルマン渦により、前記キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面に発生する励振周波数が複雑に乱され、これによりキャビティによる共鳴音の発生が更に確実に防止される。
【００６２】
請求項３の発明では、複数の凸部を千鳥状に配置するようにしているので、複数の凸部から生じるカルマン渦が更に複雑になって、キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面における渦によって生じる励振周波数が更に複雑に乱され、これによりキャビティによる共鳴音の発生が更に確実に防止される。
【００６３】
請求項４の発明では、凸部がキャビティの内径の約２０％〜７０％の直径を有する円柱状をなし、且つ凸部の突出高さが前記キャビティの内径の約２０％以上であり、更に凸部がキャビティの内径の約５倍以内の間隔を有してキャビティより上流側位置に設置するようにしているので、凸部によるカルマン渦によってキャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面にできる渦によって生じる励振周波数を効果的に乱すことができる。
【００６４】
また、前記各発明により、キャビティによる共鳴音の発生を防止することができるので、前記共鳴音発生の原因となっている異常な圧力変動の発生も防止することができ、よってキャビティに接続されるバルブや計測機器等の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す切断側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向の切断平面図である。
【図３】凸部を備えた本発明における凸部の直径を種々変化させた場合について、主管流速を変化した時の騒音レベルを示すグラフである。
【図４】キャビティと凸部との間隔が異なる場合の、凸部の突出高さを変化した時の騒音レベルを示すグラフである。
【図５】凸部を備えた本発明と無対策の場合における主管流速を変化した時の騒音レベルと周波数の関係を示すグラフである。
【図６】無対策の時の周波数と騒音レベルの関係を示すグラフである。
【図７】凸部を備えた時の周波数と騒音レベルの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施例を示す切断正面図である。
【図９】図８の切断平面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施例を示す切断正面図である。
【図１１】図１０の切断平面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施例を示す切断正面図である。
【図１３】図１２の切断平面図である。
【図１４】キャビティの音圧レベル、圧力変動の大きさ、圧力変動幅、開口部における流速変動スペクトルを測定する例を示す側面図である。
【図１５】図８、図９の装置と、図１０、図１１の装置と、図１２、図１３の装置との場合と、従来の無対策の場合とについて音圧レベルを測定した結果を示す線図である。
【図１６】図８、図９の装置と、図１０、図１１の装置と、図１２、図１３の装置との場合と、従来の無対策の場合とについて圧力変動の大きさを測定した結果を示す線図である。
【図１７】従来の無対策の場合において平均流速が約４４ｍ／ｓのときの圧力変動幅を測定した結果の線図である。
【図１８】従来の無対策の場合において平均流速が約８５ｍ／ｓのときの圧力変動幅を測定した結果の線図である。
【図１９】図１０、図１１の装置において平均流速が約４４ｍ／ｓのときの圧力変動幅を測定した結果の線図である。
【図２０】図１０、図１１の装置において平均流速が約８５ｍ／ｓのときの圧力変動幅を測定した結果の線図である。
【図２１】従来の無対策の場合において平均流速が約５５ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２２】従来の無対策の場合において平均流速が約７０ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２３】従来の無対策の場合において平均流速が約８５ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２４】図８、図９の装置において平均流速が約５５ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２５】図８、図９の装置において平均流速が約７０ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２６】図８、図９の装置において平均流速が約８５ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２７】従来装置の一例を示す切断側面図である。
【図２８】従来装置の他の例を示す切断側面図である。
【符号の説明】
１ 主管
２ キャビティ
１０ 凸部
１２ａ 凸部
１２ｂ 凸部
１３ａ 凸部
１３ｂ 凸部
１３ｃ 凸部
１４ａ 凸部
１４ｂ 凸部
１４ｃ 凸部
Ｄ キャビティの内径
ｄ 凸部の直径
Ｌ2 凸部の突出高さ
Ｌ3 キャビティと凸部の間隔
【産業上の利用分野】
本発明は、キャビティの共鳴音と該共鳴音の発生原因である異常な圧力変動を防止するためのキャビティの共鳴音発生防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２７に示すように、ボイラ蒸気管の安全弁管台、或いは蒸気をブローするブロー管又は検査孔等のための枝管等は、一般に主管１に対して直角に交差するようにキャビティ２を形成している。
【０００３】
このようなキャビティ２を有する主管１に流体３を流すと、キャビティ２の存在によって大きな共鳴音（騒音）を発生することがしばしば起こっている。こうした共鳴音は、一般に１〜数ＫＨｚの可聴域にあり、耳障りで大きな騒音問題となっている。
【０００４】
キャビティ２による共鳴音は、キャビティ２と主管１内面に沿って流れる流体３によって生じる自励音であり、この自励音は、キャビティ２の開口部４を流れる流体にできる渦によって生じる励振周波数により笛吹きの原理に類似した現象を促して、前記励振周波数とキャビティの気柱共鳴周波数とが一致した時に共振状態となることによって大きな異音を発生するものと考えられる。
【０００５】
また、上記共鳴音の発生は、キャビティ２内の流体の異常な圧力変動に依っているものと考えられる。この圧力変動が大きくなると、その振動エネルギーによってキャビティ２に接続されるバルブや計測機器等に対する損傷或いは誤動作等といった悪影響を生じることになる。
【０００６】
従来、上記したようなキャビティ２による共鳴音及びその原因となっている圧力変動の発生を防止するために、図２７に示すように主管１内面とキャビティ２の開口部４との隅部を切り欠いてレジューサ形状５にすることが考えられている。
【０００７】
また、図２８に示すようにキャビティ２の途中にキャビティ２と直交するように枝管６を設けることによって、キャビティ２による共鳴音の発生を防止することが行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来装置の前者においては、充分な共鳴音の防止効果が確認されておらず、また後者においては、キャビティ２内の流体３と主管１内を流れる流体３との界面にできる渦によって生じる励振周波数が、キャビティ２の気柱共鳴周波数と一致しないように、枝管６によって気柱共鳴周波数をずらすことにより共鳴音の発生を防止するようにした方式であるため、主管１およびキャビティ２の径の変化や流体３の流速が変化した場合には、その都度枝管６の設計寸法や配置位置等を変更する必要があり、しかもそのための試作作業が非常に大変なものとなる等の問題を有していた。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、簡単な構成でしかも広い範囲の周波数に対して共鳴音発生防止効果を発揮し得るキャビティの共鳴音発生防止装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
【００１２】
本発明は、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、キャビティの設置位置と周方向同一位置において主管内に向けて突出する凸部を設けたことを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置、に係るものである。
【００１３】
本発明は、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、主管の内周方向に所要の間隔を有して主管内に向けて突出する複数の凸部を設けたことを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置、に係るものである。
【００１４】
本発明は、複数の凸部が千鳥状に配置されていることを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置、に係るものである。
【００１５】
本発明は、凸部がキャビティの内径の約２０％〜７０％の直径を有する円柱状をなし、且つ凸部の突出高さが前記キャビティの内径の約２０％以上であり、前記凸部がキャビティの内径の約５倍以内の間隔を有してキャビティより上流側位置に設置されていることを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置、に係るものである。
【００１６】
【作用】
【００１７】
【００１８】
第１の手段では、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、キャビティの設置位置と周方向同一位置において主管内に向けて突出する凸部を設けているので、凸部によって生じるカルマン渦により、キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面にできる渦によって生じる励振周波数を効果的に乱すことができ、これによりキャビティ内の流体も乱れて、キャビティの持つ気柱共鳴周波数との共鳴の発生が無くなり、よってキャビティによる共鳴音の発生が広い周波数の範囲で防止される。
【００１９】
第２の手段では、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、主管の内周方向に所要の間隔を有して複数の凸部を設けているので、複数の凸部から生じるカルマン渦により、前記キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面に発生する励振周波数が複雑に乱され、これによりキャビティによる共鳴音の発生が更に確実に防止される。
【００２０】
第３の手段では、複数の凸部を千鳥状に配置するようにしているので、複数の凸部から生じるカルマン渦が更に複雑になって、キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面における渦によって生じる励振周波数が更に複雑に乱され、これによりキャビティによる共鳴音の発生が更に確実に防止される。
【００２１】
第４の手段では、凸部がキャビティの内径の約２０％〜７０％の直径を有する円柱状をなし、且つ凸部の突出高さが前記キャビティの内径の約２０％以上であり、更に凸部がキャビティの内径の約５倍以内の間隔を有してキャビティより上流側位置に設置するようにしているので、凸部によるカルマン渦によってキャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面にできる渦によって生じる励振周波数を効果的に乱すことができる。
【００２２】
上記各手段によりキャビティによる共鳴音の発生を防止することができるので、前記共鳴音発生の原因となっている異常な圧力変動の発生も防止することができ、よってキャビティに接続されるバルブや計測機器等の安全性を高めることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
図１及び図２は本発明の一実施例を示したもので、主管１に交差するように形成されたキャビティ２を有する主管１内面における前記キャビティ２の上流側位置に、キャビティ２の設置位置と周方向同一位置（同一線Ｓ上）において、主管１内に向けて突出する凸部１０を設けている。
【００３３】
また、凸部１０がキャビティ２の内径Ｄの約２０％〜７０％の直径ｄを有する円柱状をなし、且つ凸部１０の突出高さＬ2が前記キャビティ２の内径Ｄの約２０％以上となるように形成されており、このような形状を有する凸部１０を、キャビティ２の内径Ｄの約５倍以内の間隔Ｌ3を有してキャビティ２の主管１上流側位置に設置している。
【００３４】
また、前記凸部１０は図示した円柱状以外に多角柱形状としても略同等の効果を奏することができる。
【００３５】
上記実施例では、主管１に交差するように形成されたキャビティ２を有する主管１内面における前記キャビティ２の上流側位置に、キャビティ２の設置位置と周方向同一位置において主管１内に向けて突出する凸部１０を設けているので、凸部１０によって生じるカルマン渦１１により、キャビティ２内の流体と主管１内を流れる流体との界面における渦Ｓによって生じる励振周波数を防止するように前記凸部１０によって流体の流れに乱れをつくることができ、これによりキャビティ２内の流体も乱れることになり、キャビティ２の持つ気柱共鳴周波数との共鳴の発生が無くなり、よってキャビティ２による共鳴音の発生が広い範囲の周波数において防止される。
【００３６】
この時、凸部１０がキャビティ２の内径Ｄの約２０％〜７０％の直径ｄを有する円柱状をなし、且つ凸部１０の突出高さＬ2が前記キャビティ２の内径Ｄの約２０％以上であり、前記凸部１０がキャビティ２の内径Ｄの約５倍以内の間隔Ｌ3を有してキャビティ２より上流側位置に設置していることにより、前記キャビティ２内の流体と主管１内を流れる流体３との界面における渦Ｓによって生じる励振周波数を前記凸部１０によるカルマン渦１１によって更に効果的に防止して、キャビティ２内の流体３の乱れも確実に保持することができ、キャビティ２による共鳴音の発生防止効果を更に高め得る。
【００３７】
即ち、図３は、無対策では主管流速Ｖが３５〜４０ｍ／ｓにおいて騒音レベルのピーク（共鳴音）を生じていたキャビティ２を有する主管１に、前記凸部１０を備えるようにした場合における騒音レベルの状態を、キャビティ２の内径Ｄ＝２５ｍｍにおいて凸部１０の直径ｄ及び突出高さＬ2を種々変化させた場合について調べた結果を示している。
【００３８】
図３から、凸部１０の直径ｄはキャビティ２の内径Ｄ＝２５ｍｍより大きい（図３では２８ｍｍ）と騒音レベルが増大することから、凸部１０の直径ｄはキャビティ２の内径Ｄより小さくする必要があり、また直径ｄが小さすぎても効果が期待できなくなるので前記凸部１０の直径ｄはキャビティ２の内径Ｄの２０〜７０％、好ましくはキャビティ２の内径Ｄの約５０％とする。
【００３９】
また、凸部１０の突出高さＬ2は、図３からキャビティ２の内径Ｄの２０％以上とすることにより騒音レベルを大幅に小さくできることが分かった。但し、突出高さＬ2を余り高くしてしまうと主管１内を流れる流体３に悪影響を及ぼすことが考えられるので、突出高さＬ2はできるだけ低く押えるようにすることが好ましい。
【００４０】
また、前記凸部１０を設置する位置は、該凸部１０によって生じるカルマン渦１１がキャビティ２に到達せずに消去して静圧が回復してしまうことがない範囲とする必要があり、この点について調べたところ、凸部１０はキャビティ２の内径Ｄの約５倍以内の間隔Ｌ3を有してキャビティ２より上流側位置に設置すると良いことが分かった。
【００４１】
図４はキャビティ２の内径Ｄが３９ｍｍ、凸部１０の直径ｄが２８ｍｍ、主管流速Ｖが４０ｍ／ｓのときに、キャビティ２と凸部１０の間隔Ｌ3が１５０ｍｍと６５ｍｍの場合について、凸部１０の突出高さＬ2を種々変えたときの騒音レベルを示したものである。図４の場合においても騒音レベルを低減できることが明らかであり、またＬ3＝１５０ｍｍのように間隔Ｌ3が長い場合には突出高さＬ2を高く（図４では６０ｍｍ以上）すれば良いことが明らかである。
【００４２】
図５は前記凸部１０をキャビティ２の上流に備えた本発明（丸印）と無対策（三角印）の場合において、主管１の流体３の流速Ｖを変化させた時の騒音レベル（破線）と周波数（実線）の変化について見た一例を示すもので、図示するように無対策においてはＩのように非常に大きな騒音レベルのピークＰが発生していたものを本発明によればＩＩのように騒音レベルを小さく押え込むことができる。この時、主管流速Ｖを高めていくと、無対策の場合ＩＩＩ及び本発明ＩＶの何れの場合も周波数が段階的に高くなって行くことが分かった。
【００４３】
また、図６、図７は前記凸部１０をキャビティ２に備えた本発明と、無対策の場合における周波数と騒音レベルとの関係を比較して示したものであり、この時の凸部１０の直径ｄが２２ｍｍ、突出高さＬ2が５ｍｍ、間隔Ｌ3が１１４ｍｍ、主管流速Ｖが４０ｍ／ｓの場合を示しており、図６の無対策の場合には大きな騒音レベルのピークＰが発生しているのに対して、図７の本発明においては騒音レベルのピークの発生がなく、これより共鳴音の発生が防止されたことが明らかである。
【００４４】
図８、図９及び図１０、図１１は、夫々本発明の他の実施例を示したもので、図８、図９では主管１に交差するように形成されたキャビティ２を有する主管１の内面における前記キャビティ２の上流側（図２のＬ3＝１２３ｍｍと同様）位置に、主管１の内周方向に間隔を隔てて主管１の中心Ｏを向くように２個の凸部１２ａ，１２ｂを形成した場合を示している。図示の場合、キャビティ２の内径Ｄ＝４０ｍｍ、凸部の直径ｄ＝１６ｍｍ、突出高さＬ2＝３０ｍｍ、凸部の挟み角θ1＝３２゜とした例を示している。図中１５は凸部１２ａ，１２ｂの取付け具である。
【００４５】
また図１０及び図１１は、キャビティ２を有する主管１の内面における前記キャビティ２の上流側位置に、主管１の内周方向に等しい間隔を隔てて主管１の中心Ｏを向くように３個の凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成した場合を示している。図示の場合、凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ相互の角度θ2を夫々３２゜とした例を示し、その他は前記図８、図９と同様としている。
【００４６】
また図１２及び図１３は、本発明の更に他の実施例を示したもので、キャビティ２を有する主管１の内面における前記キャビティ２の上流側位置に、主管１の内周方向に所要の間隔を有して２個の凸部１４ａ，１４ｂを挟み角θ3＝４４゜で形成し、更に該凸部１４ａ，１４ｂの上流側位置における前記凸部１４ａ，１４ｂとの間の位置に、１個の凸部１３ｃを形成することにより千鳥状の配置としている。
【００４７】
上記各実施例の構成について、図８、図９の装置の側面図を例に取って示している図１４に示すように、キャビティ２を形成する管台の底部に測定装置１６を設置して音圧レベル、圧力変動の大きさ、圧力変動幅、開口部４における流速変動スペクトルを測定した。
【００４８】
図１５は前記図８〜図１３の実施例と無対策の場合における主管１内の流体３の流速を変化した時の音圧レベルの計測結果を示したもので、図８、図９の直列３本の例Ｉ（丸印）と、図１０、図１１の直列２本の例ＩＩ（×印）と、図１２、図１３の千鳥３本の例ＩＩＩ（四角印）と、無対策ＩＶ（三角印）の場合を比較して示している。
【００４９】
図１５から明らかなように、無対策ＩＶにおいては非常に大きな音圧レベルが発生しているのに対して、前記各実施例においては、Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに示すように、騒音レベルを広い周波数域において小さく押え込むことができる。これにより、共鳴音による騒音を大幅な低減を図ることができる。
【００５０】
図１６は圧力変動の大きさξ＝ｇ・Δｐ／ａ・γ・Ｕ（ｇ：重力加速度、Δｐ：圧力変動幅、ａ：音速流体γ：ガス比重量、Ｕ：主管内平均流速）を調べた場合の一例を示したもので、図１５と同一の符号を付した付したものは、同じ意味を表している。
【００５１】
図１６から明らかなように、無対策ＩＶにおいては圧力変動の大きさが非常に大きくなっているのに対して、前記本発明の各実施例においては、Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに示すように、圧力変動の大きさが小さくなっている。
【００５２】
図１７、図１８は、従来の無対策の場合における圧力変動幅ΔＰを調べたものであって、図１７は流体３の平均流速Ｕを約４４ｍ／ｓとした場合、図１８は流体３の平均流速Ｕを約８５ｍ／ｓとした場合を示し、また図１９、図２０は、前記図１０、図１１の直列３本の凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えた場合において、前記無対策と同じ流体３の平均流速Ｕ約４４ｍ／ｓ、８５ｍ／ｓにして圧力変動幅ΔＰを調べたものである。
【００５３】
図１７と図１９の比較、図１８と図２０の比較から明らかなように、無対策（図１７、図１８）では非常に大きな圧力変動幅を生じていたものが、本発明（図１９、図２０）では圧力変動幅が非常小さくなっている。
【００５４】
図２１、図２２、図２３は、従来の無対策の場合における流速変動スペクトルを調べたものであって、図２１は流体３の平均流速Ｕを約５５ｍ／ｓとした場合、図２２は流体３の平均流速Ｕを約７０ｍ／ｓとした場合、図２３は流体３の平均流速Ｕを約８５ｍ／ｓとした場合を示し、また図２４、図２５、図２６は、前記図１０、図１１の直列３本の凸部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えた場合において、前記無対策と同じ流体３の平均流速Ｕ約５５ｍ／ｓ、７０ｍ／ｓ、８５ｍ／ｓにして流速変動スペクトルを調べたものである。
【００５５】
図２１と図２４の比較、図２２と図２５の比較、図２３と図２６の比較から明らかなように、無対策（図２１、図２２、図２３）では強力なスペクトルのピークＰが発生していたのに対して、本発明（図２４、図２５、図２６）ではスペクトルのピークが全く見られなくなった。
【００５６】
前記した図１６〜図２６の結果から、本発明によれば、無対策に対してキャビティ２における圧力変動を大幅に減少させることができ、従ってその振動エネルギーによってキャビティ２に接続されるバルブや計測機器等に対する損傷或いは誤動作等といった問題の発生を防止することができる。
【００５７】
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、凸部の設置数、設置位置、大きさ、形状等は本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更することができる。
【００５８】
【発明の効果】
【００５９】
【００６０】
請求項１の発明では、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、キャビティの設置位置と周方向同一位置において主管内に向けて突出する凸部を設けているので、凸部によって生じるカルマン渦により、キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面にできる渦によって生じる励振周波数を効果的に乱すことができ、これによりキャビティ内の流体も乱れて、キャビティの持つ気柱共鳴周波数との共鳴の発生が無くなり、よってキャビティによる共鳴音の発生が広い周波数の範囲で防止される。
【００６１】
請求項２の発明では、主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、主管の内周方向に所要の間隔を有して複数の凸部を設けているので、複数の凸部から生じるカルマン渦により、前記キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面に発生する励振周波数が複雑に乱され、これによりキャビティによる共鳴音の発生が更に確実に防止される。
【００６２】
請求項３の発明では、複数の凸部を千鳥状に配置するようにしているので、複数の凸部から生じるカルマン渦が更に複雑になって、キャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面における渦によって生じる励振周波数が更に複雑に乱され、これによりキャビティによる共鳴音の発生が更に確実に防止される。
【００６３】
請求項４の発明では、凸部がキャビティの内径の約２０％〜７０％の直径を有する円柱状をなし、且つ凸部の突出高さが前記キャビティの内径の約２０％以上であり、更に凸部がキャビティの内径の約５倍以内の間隔を有してキャビティより上流側位置に設置するようにしているので、凸部によるカルマン渦によってキャビティ内の流体と主管内を流れる流体との界面にできる渦によって生じる励振周波数を効果的に乱すことができる。
【００６４】
また、前記各発明により、キャビティによる共鳴音の発生を防止することができるので、前記共鳴音発生の原因となっている異常な圧力変動の発生も防止することができ、よってキャビティに接続されるバルブや計測機器等の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す切断側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向の切断平面図である。
【図３】凸部を備えた本発明における凸部の直径を種々変化させた場合について、主管流速を変化した時の騒音レベルを示すグラフである。
【図４】キャビティと凸部との間隔が異なる場合の、凸部の突出高さを変化した時の騒音レベルを示すグラフである。
【図５】凸部を備えた本発明と無対策の場合における主管流速を変化した時の騒音レベルと周波数の関係を示すグラフである。
【図６】無対策の時の周波数と騒音レベルの関係を示すグラフである。
【図７】凸部を備えた時の周波数と騒音レベルの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施例を示す切断正面図である。
【図９】図８の切断平面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施例を示す切断正面図である。
【図１１】図１０の切断平面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施例を示す切断正面図である。
【図１３】図１２の切断平面図である。
【図１４】キャビティの音圧レベル、圧力変動の大きさ、圧力変動幅、開口部における流速変動スペクトルを測定する例を示す側面図である。
【図１５】図８、図９の装置と、図１０、図１１の装置と、図１２、図１３の装置との場合と、従来の無対策の場合とについて音圧レベルを測定した結果を示す線図である。
【図１６】図８、図９の装置と、図１０、図１１の装置と、図１２、図１３の装置との場合と、従来の無対策の場合とについて圧力変動の大きさを測定した結果を示す線図である。
【図１７】従来の無対策の場合において平均流速が約４４ｍ／ｓのときの圧力変動幅を測定した結果の線図である。
【図１８】従来の無対策の場合において平均流速が約８５ｍ／ｓのときの圧力変動幅を測定した結果の線図である。
【図１９】図１０、図１１の装置において平均流速が約４４ｍ／ｓのときの圧力変動幅を測定した結果の線図である。
【図２０】図１０、図１１の装置において平均流速が約８５ｍ／ｓのときの圧力変動幅を測定した結果の線図である。
【図２１】従来の無対策の場合において平均流速が約５５ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２２】従来の無対策の場合において平均流速が約７０ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２３】従来の無対策の場合において平均流速が約８５ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２４】図８、図９の装置において平均流速が約５５ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２５】図８、図９の装置において平均流速が約７０ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２６】図８、図９の装置において平均流速が約８５ｍ／ｓのときの流速変動スペクトルを測定した結果の線図である。
【図２７】従来装置の一例を示す切断側面図である。
【図２８】従来装置の他の例を示す切断側面図である。
【符号の説明】
１ 主管
２ キャビティ
１０ 凸部
１２ａ 凸部
１２ｂ 凸部
１３ａ 凸部
１３ｂ 凸部
１３ｃ 凸部
１４ａ 凸部
１４ｂ 凸部
１４ｃ 凸部
Ｄ キャビティの内径
ｄ 凸部の直径
Ｌ2 凸部の突出高さ
Ｌ3 キャビティと凸部の間隔
Claims (4)
- 主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、キャビティの設置位置と周方向同一位置において主管内に向けて突出する凸部を設けたことを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置。
- 主管に交差するように形成されたキャビティを有する主管内面における前記キャビティの上流側位置に、主管の内周方向に所要の間隔を有して主管内に向けて突出する複数の凸部を設けたことを特徴とするキャビティの共鳴音発生防止装置。
- 複数の凸部が千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のキャビティの共鳴音発生防止装置。
- 凸部がキャビティの内径の約２０％〜７０％の直径を有する円柱状をなし、且つ凸部の突出高さが前記キャビティの内径の約２０％以上であり、前記凸部がキャビティの内径の約５倍以内の間隔を有してキャビティより上流側位置に設置されていることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のキャビティの共鳴音発生防止装置。
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