JPH09210120A - 円柱構造物の防振構造 - Google Patents

円柱構造物の防振構造

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JPH09210120A
JPH09210120A JP2091096A JP2091096A JPH09210120A JP H09210120 A JPH09210120 A JP H09210120A JP 2091096 A JP2091096 A JP 2091096A JP 2091096 A JP2091096 A JP 2091096A JP H09210120 A JPH09210120 A JP H09210120A
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JP
Japan
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flow
cylindrical structure
stagnation point
angle
longitudinal direction
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Pending
Application number
JP2091096A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsutomu Kawamura
勉 河村
Masanori Takahashi
正典 高橋
Iwao Yokoyama
巖 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09210120A publication Critical patent/JPH09210120A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/02Energy absorbers; Noise absorbers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pipe Accessories (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】カルマン渦による振動を低減した円柱構造物を
提供する。 【解決手段】流れ2に対する円柱1の前面に長さ方向に
複数の溝4を設け、背面には、各々の高さ位置で、任意
の長さの2本の突起物5をよどみ点3から任意の角度で
対称に長さ方向に設置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は流れの中に直角また
は斜めに設置された円柱状構造物に関する。
【0002】
【従来の技術】流れに直角または斜めに設置された円柱
状構造物は、塔,橋等の建築物の支持構造物及びプラン
ト配管中の計装管や弁等の配管内構造物で、数多く用い
られている。一般に、流れの中に直角に設置された円柱
構造物の後流ではカルマン渦が発生するため、円柱構造
物とカルマン渦が共振しないように、円柱構造物の固有
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。
【0003】流れの中に設置された円柱状構造物の従来
技術に関するものには、特開昭55−36568 号,特開昭59
−126875号公報に記載のように、円柱構造物表面に、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 号公報に記載のように、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】
【発明が解決しようとする課題】図5にストローハル数
とレイノズル数の関数を示す。ストローハル数Stは、
カルマン渦発生周波数fを円柱の直径dと流速Uを用い
て無次元化したものであり、次式で表される。
【0005】
【数1】 St=f・d/U …(数1) レイノルズ数Reは、流速Uを円柱の直径dと流体の動
粘性係数νを用いて無次元化したものであり、次式で表
される。
【0006】
【数2】 Re=U・d/ν …(数2) Re<2×105 では、円柱表面に衝突した流れは層流
境界層を形成して、流れが衝突するよどみ点から約78
度ではく離する。ストローハル数は約0.2 であり、次
式で表される変動揚力係数CL′は、約0.3である。
【0007】
【数3】 CL′=FL′/(1/2)・ρ・U2・d・L …(数3) ここで、FL′ はカルマン渦の発生により円柱構造物に
働く変動揚力、ρは流体密度、Lは円柱の長さである。
【0008】2×105<Re<5×105では、円柱表
面に衝突した流れは層流境界層を形成していったんはく
離した後、流れが壁に再付着し乱流境界層となり、よど
み点から130度付近ではく離する。この領域のレイノ
ルズ数は臨界レイノルズ数と呼ばれる。ストローハル数
は約0.45であり、変動揚力係数CL′は0.1 以下で
ある。
【0009】5×105<Re では、円柱表面に衝突し
た流れは乱流境界層を形成して、よどみ点から103度
付近ではく離する。ストローハル数は約0.3 であり、
変動揚力係数CL′は0.1以下である。
【0010】流れの中に直角または斜めに設置された円
柱構造物を設計する段階では円柱構造物とカルマン渦が
共振しないように、円柱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が、プラ
ント配管内の流れで、エルボ,分岐管等の下流では偏流
による流れの増速または減速により、臨界レイノルズ数
外の条件から臨界レイノルズ数の条件に移行した場合、
ストローハル数が大きくなるため、カルマン渦の発生周
波数が円柱構造物の固有振動数に近づく可能性がある。
【0011】本発明の目的はカルマン渦のストローハル
数を一定にし、かつ変動揚力を低減した円柱構造物を提
供することにある。
【0012】
【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、流れに対して直角または斜めに設置
された円柱構造物で、流れが衝突する前面は、長さ方向
に複数の溝または凹凸状の表面とし、かつ、背面は、2
本の突起物をよどみ点から任意の角度で対称に長さ方向
に設置した円柱構造物としたものである。
【0013】第2の発明では、流れに対して直角または
斜めに設置された円柱構造物で、流れが衝突する前面
は、長さ方向に複数の溝または凹凸状の表面とし、か
つ、背面は、任意の幅の平面をよどみ点から任意の角度
で対称に設置した円柱構造物としたものである。
【0014】第3の発明では、第1または第2の発明
で、背面の表面に設けられた任意の長さを有する突起物
または平面は、各高さ位置で、任意の角度に設置されて
いることを特徴とする円柱構造物としたものである。
【0015】第1の発明は、流れに対して直角または斜
めに設置された円柱構造物で、流れが衝突する前面は、
長さ方向に複数の溝または凹凸状の表面にすることによ
り、円柱表面に衝突した流れは撹乱され層流境界層にな
ることなく、ただちに乱流境界層を形成して、よどみ点
から90度以降ではく離する。これにより、変動揚力係
数は低減される。さらに、背面に2本の突起物をよどみ
点から任意の角度で対称に長さ方向に設置することによ
り、乱流境界層が突起物の位置ではく離することによ
り、はく離点を一定にし、カルマン渦の発生周波数を一
定にすることができる。
【0016】第2の発明は、流れに対して直角または斜
めに設置された円柱構造物で、流れが衝突する前面は、
長さ方向に複数の溝または凹凸状の表面にすることによ
り、円柱表面に衝突した流れは撹乱され層流境界層にな
ることなく、ただちに乱流境界層を形成して、よどみ点
から90度以降ではく離する。これにより、変動揚力係
数は低減される。さらに、背面に任意の幅の平面をよど
み点から任意の角度で対称に設置することにより、円柱
表面上を発達した乱流境界層が円柱表面から平面に変わ
る部分ではく離することにより、はく離点を一定にし、
カルマン渦の発生周波数を一定にすることができる。
【0017】第3の発明では、第1または第2の発明
で、図6に示すように背面の表面に設けられた任意の長
さを有する突起または平面を、各高さ位置で、任意の角
度に設置し、各高さで様々な周波数のカルマン渦を発生
させることにより、円柱構造物全体に同一周波数のカル
マン渦が発生する場合に比べて、変動揚力を低減するこ
とができる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の円柱構造物の一実施例を
図1に示す。流れ2に対して直角に設置された円柱構造
物1で、流れ2が衝突する前面の表面は、長さ方向に複
数の溝4が設けられている。また、背面の表面には、各
々の高さ位置で、任意の長さの2本の突起物5がよどみ
点3から任意の角度で対称に長さ方向に設置されてい
る。円柱構造物1の前面の表面に溝4を設けることによ
り、衝突した流れ2は撹乱され層流境界層になることな
く、ただちに乱流境界層を形成して、よどみ点から90
度以降ではく離する。これにより、変動揚力係数は低減
される。また、流れに対する背面の表面に突起物を設け
ることにより、はく離点を一定にし、カルマン渦の発生
周波数を一定にする。さらに、各高さで異なる周波数の
カルマン渦を発生させることにより、変動揚力を低減す
ることができる。
【0019】本発明の円柱構造物の一実施例を図2に示
す。流れ2に対して直角に設置された円柱構造物1で、
流れ2が衝突する前面の表面は、長さ方向に複数の溝4
が設けられている。また、背面の表面には、各々の高さ
位置で、任意の長さ及び幅の平面7がよどみ点3から任
意の角度で対称に設置されている。円柱構造物1の前面
の表面に溝4を設けることにより、衝突した流れは撹乱
され層流境界層になることなく、ただちに乱流境界層を
形成し、よどみ点から90度以降ではく離する。これに
より、変動揚力係数は低減される。また、流れに対する
背面の表面の一部を平面にすることにより、はく離点を
一定にし、カルマン渦の発生周波数を一定にすることが
できる。さらに、各高さで異なる周波数のカルマン渦を
発生させることにより、変動揚力を低減することができ
る。
【0020】本発明による円柱構造物を配管内の計装管
に適用した一実施例を図3に示す。配管8内の流れ2の
中に直角に挿入された円柱状の計装管9は、流れに対す
る前面は複数の溝4が長さ方向に設けられ、背面の表面
には、各々の高さ位置で、任意の長さの2本の突起物5
がよどみ点3から任意の角度で対称に長さ方向に設置さ
れている。この構造により、計装管9に働く変動揚力
は、低減される。
【0021】本発明による円柱構造物をY型玉型弁に適
用した一実施例を図4に示す。Y型玉型弁の円柱状の弁
体10は、配管内の流れ2に対して斜めに挿入される。
弁体10は弁棒11により駆動される。弁体の流れに対
する前面は複数の溝4が長さ方向に設けられ、背面の表
面には、各々の高さ位置で、任意の長さと幅の平面7が
よどみ点3から任意の角度で対称に設置されている。こ
の構造により弁体10に働く変動揚力は、低減される。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、カルマン渦の発生によ
る変動揚力を低減した信頼性の高い円柱構造物を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す円柱構造物の説明図。
【図2】本発明の一実施例を示す円柱構造物の説明図。
【図3】本発明の一実施例を示す配管内計装管の断面
図。
【図4】本発明の一実施例を示すY型玉型弁の断面図。
【図5】ストローハル数とレイノルズ数の関係を示す特
性図。
【図6】変動揚力を低減する方法を示す説明図。
【符号の説明】
1…円柱構造物、2…流れ、3…よどみ点、4…溝、5
…突起物、6…カルマン渦、7…平面、8…配管、9…
計装管、10…弁体、11…弁棒。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流れに対して直角または斜めに設置された
    円柱構造物において、流れが衝突する前面は、長さ方向
    に複数の溝または凹凸状の表面を有し、背面は、2本の
    突起物がよどみ点から任意の角度で対称に長さ方向に設
    置されていることを特徴とする円柱構造物。
  2. 【請求項2】流れに対して直角または斜めに設置された
    円柱構造物において、流れが衝突する前面は、長さ方向
    に複数の溝または凹凸状の表面を有し、背面は、任意の
    幅の平面がよどみ点から任意の角度で対称に設置されて
    いることを特徴とする円柱構造物。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、背面の表面に
    設けられた任意の長さを有する突起物または平面は、各
    高さ位置において、任意の角度に設置されている円柱構
    造物。
JP2091096A 1996-02-07 1996-02-07 円柱構造物の防振構造 Pending JPH09210120A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113047464A (zh) * 2021-04-02 2021-06-29 哈尔滨工业大学 一种用于大型建筑结构抑制风致振动的被动扫荡射流装置

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