JPS62147198A - 配管脈動防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、配管に加わる振動によって生じる圧力脈動を
防止する配管構造に関する。

〔従来の技術〕

まず圧力計装用配管を例にとって説明する。従来の圧力
計装は第２図に示すように、圧力計装用配管４の一端に
計測対象となる主配管５があり、他端に圧力変換器６等
の針側装置が付いた構造となっていた。

また一般的な配管２の端部は第３図に示すように単に円
板等を付けるような構造になっていた。

〔発明が解決しようとした問題点〕

上記従来技術の配管に地震、他の場所で発生したウォー
タハンマ等により振動が加わると、加振周波数が、配管
の固有振動数に１値すると定在波が発生し共振を起こし
、大きな圧力脈動を発生する。

上記従来技術のように配管の一方が開放、或は大容量の
配管、もう一方が閉じているか、小容量の体積が持つ場
合、−次モードの圧力波形は第４図のようになる。この
場合の共振周波数ｆは次式％式％ Ｃ′ ４Ｌ’ ここに、ｃ’：Ｆｒ速、Ｌ′　：配管の長さである。

０次モードの周波数は次式のようになる。

４Ｌ’ また、配管の両端が開放、或は大容量の配管の場合の共
振周波数は次式で求められる。なおこの場合の圧力変形
は第５図のようになる。

４Ｌ’ このような共振を防ぐためには、配管にどのような振動
が加わるか解析し、共振点を避けてその長さＬ′を決め
る必要がある。しかし、地震等の未知の振動が加わった
場合は、共振を避けることば回連になる。また配管の支
持方法を変えることによって振動を抑制することも考え
られるが、支持構造が複雑になるという問題がある。

本発明は配管に振動が加わった場合、共振によって発生
する圧力脈動をなくすことを目的とした。

さらに、配管の長さによらず、上記目的が達成されるこ
とを特徴とした。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、まず第６図に示すような
等価回路を考える。図中インダクタンス７は流体の償性
に、コンダクタンス８は流体の圧縮性に対応する。この
ような回路において共振をなくすためには、回路の端部
に次式で表すインピーダンスを持つ抵抗Ｒ９を付加する
ばよいことが知られている。

ここにＬ：インダクタンス、Ｃ：コンダクタンスである
。

この等価回路の考察に基づいて、配管端部に配管の音響
インピーダンスと整合するインピーダンスを持つ抵抗を
付加することにより、共振をなくすことができる。ここ
で音響インピーダンスＺは次式で表される。

　ｕ ここに、△ｐ：圧力変化分、ｕ：流速変化分Ｓ：管断面
積である。

〔作用〕

配管端部に配管の音響インピーダンスと整合するインピ
ーダンスを持つ抵抗を付加することにより、圧力波は配
管端部で吸収され１反射しない。

したがって定在波がなくなり、共振による大きな圧力脈
動がなくなる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１実施例である。配管２の端部に、
層流の管路摩擦抵抗を利用した抵抗体１を付加し、空気
層を持ったタンク３に溶接する構造となっている。層流
の管路マサツを利用する場合の抵抗体の形状は以下の手
順で求められろ。配管の￥ｆ響インピーダンスＺを密度
δ、流体音速Ｃ２配管直径りによって表すと次式のよう
になる。

抵抗体１での圧力損失△ｐは次式のようになる。

ｄ ここに、Ｕ：流速、ｆ：摩擦損失係数、Ｑ：抵抗体の長
さ、ｄ：抵抗体内径である。流れは層流であるので摩擦
損失係数ｆはレイノルズ数Ｒｅを用いて次式のようにな
る。

ｅ レイノルズ数Ｒｅは定義より ■ と表される。ここに■：動粘性係数である。以上より（
４）式は次のように表せる。

このときインピーダンスは次式のようになる。

Ｓ　ｕ　　　　７ｃｄ４ （３）式と（８）式を等しくすることにより、目的とし
たインピーダンスを持つ抵抗体の寸法（内径ｄ）を求め
ることができる。すなわち、（１２）式より抵抗体１の
内径ｄは配管の長さによらない。すなわち、共振周波数
がどのような値をとっても同径の配管には、同じ抵抗体
を付けることによって共振を防ぐことが可能である。

実際に一般的な圧力計装配管の径Ｄ＝７ｗ＋＋を代入し
、流体を水とし、Ｑ＝２０ｎｎ＋とじて計算するとｄ　
＝　０　、３８　ｎｗｎとなる。

この内径ｄの穴を抵抗体１に設けることにより、配管２
の音響インピーダンスと、抵抗体１のインピーダンスを
整合させることが可能となる。

以下、本実施例の動作を説明する。

空気層を有するタンクを付けることにより急激な圧力変
動が生じても、空気層によってそれを吸収でき流体もあ
ふれない。このタンクを端部に付ける場合は配管内に流
体がない状態で、タンク空気を満たし、溶接すればよい
。配管に流体が入り圧力が高くなるとその圧力に応じて
空気が圧縮され、空気の圧力が流体の圧力とつり合った
ところで圧縮が止まり、一定の体積を持った空気層が形
成される。配管内の流体の圧力に応じてタンクの容積の
大きさを設計すれば、任意の体積を持つ空気層が得られ
る。

第７図は本発明の第２実施例である。配管２端部を上向
きとし、抵抗体１の外周にネジを切り、タンク３下部に
上記ネジ部とかみ合うネジ穴を設けたところに特徴があ
る。この構造により、タンク３を抵抗体１に付ける際に
ネジ込むだけでよく、溶接の必要がなくなり工程を簡単
にできる。本実施例の場合も、タンクを抵抗体に付ける
ときは、タンク内に空気を満たしておけばよい。

本実施例においても、第１実施例同様に圧力をタンク３
内の空気圧で保持できる。

第８図、第９図は、本発明の第３実施例である。

本第３実施例の構成は以下のようになっている。

第８図に示すように、まず層流の管路摩擦抵抗を利用し
た細長い円管状の抵抗体１を、銀ロウ等により、円板１
０に接着する。その後１円板１０を配Ｉ′ｉ７２の端部
に取付けた後、空気で満されたタンク３内に挿入し、配
管２をタンク３に溶接してタンク３内を密封状態とした
。

なお抵抗体１として採用する円管は、ダイスを用いて引
抜いたキャピラリイチューブ（毛細管）を使用するもの
とした。

なせならば、一般的に円柱状の構造物は、（］２）式で
与えられるような微小な穴を加工するのが困難である。

そこで、引抜き加工を用いることにより、容易に微小な
穴を有した円管が製作できることに着目して、本発明の
抵抗体１に適用することにした。

また、第９図は第３実施例の変形例を示している。この
変形例では、抵抗体１先端の外周部分にネジ部を設け、
円板１０に設けたネジ穴にかみ合わせて取付けるように
したものである。

以下、本実施例の動作を説明する。前記の第１゜第２実
施例と同様に、抵抗体１を先端部に有する４配管２を、
空気層を有したタンク３に挿入することにより空気圧で
圧力を保持でき配管２の音響インピーダンスと整合す５
るインピーダンスを有する円管状の抵抗体１によって、
配管端部における圧力波の反射を防止でき、配管内の圧
力脈動がなくなｌる。

なお、以上の第１〜第３実施例においてタンク３内の空
気を、水に対してより溶解度の小さな気体と置換するこ
とにより、長期間にわたって安定した圧力保持層を維持
できる。

第１０図は本発明の第４の実施例である。本実施例は、
気体の圧力で流体を押さえろかわりにバネの復元力を用
いて流体を押さえろところに特徴がある。本実施例は、
加圧部を押さえるコイルバネ１２と、加圧部を分離する
ベローズ１１、仕切板１；３で構成される。

次に本実施例の作動原理を説明する。配管内に流体がな
く圧力が加わっていない状態では、第１１図に示すよう
に、仕切板１３はバネコイル１２によって抵抗体１に押
し付けられている。配管内に流体が入り加圧されると、
その圧力によってバネ１２は圧縮しバネ１２の圧縮によ
って生じる力と、流体の圧力がつり合うところで静止す
る。

本実施例は、コイルバネ１２の機械的な力を利用してい
るので、前述の実施例のように気体が流体がとけ込むこ
とによって生じる圧力保持力の低下が少なくなるという
利点がある。

本実施例の変形例としては、コイルバネ１２の替りに、
空気バネ、板バネ等を使用することが考えられる。また
、バネの圧縮力でなく引張り力を利用する変形例もある
。

さらに本実施例を用いろことによって、圧力が変化した
場合、剛性の異るバネを使用することによって対応でき
使用条件が広がる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、配管端部に設けた配管のインピーダン
スと整合したインピーダンスを有する流動抵抗体を設け
ることにより、抵抗体で圧力波の反射を防止できるので
、共振による配管内圧力脈動を防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す縦断面図、第２図は
圧力計装配管の概略図、第３図は配管端部を示す縦断面
図、第４図は一端が閉じた配管内の圧力波形を示す概略
図、第５図は両端が開放している配管内の圧力波形を示
す概略図、第６図は配管系の等価回路図、第７図は本発
明の第２実施例を示す縦断面図、第８図は本発明の第３
実施例を示す縦断面図、第９図は第３実施例の変形例を
示す縦断面図、第１０図、第１１図は本発明の第４実施
例を示す縦断面図である。 １・・・抵抗体、２・・配管、３・・・タンク、４・・
・圧力計装配管、５・・・主配管、６・・・圧力変換器
、７・・・インダクタンス、８・・・コンダクタンス、
９・・・抵抗、１−一一汗四九体 ２−一一白己管 ３−−−９ンフ ゑ３図 ２−一一届こ管 ４−ｍ−圧力計３１￥ ５−ｍ−工面己″菅”。 ６−−−尻力受オ朶稔１、 Ｚ−ｍ−へ己菅 ワーー−イシｆフタン丞 ８−−−　コンブフフノス ９−ｍ−抵抗 躬″′１図 ／　　−−一　　才さ、抗イ本 ２−ｍ−配７ ３−ｍ−フンク １　−−一　　　才ｅく　す１Ｌイ４（Ｚ−ｍ−凸己！ ３−ｍ−夕、ワ １０−一一円庫交 高ｃ　　図 １　　　−−−　　　ｉで（↑１Ｌイ本２−−一　　西
こ　￥ ３−ｍ−タシフ １０−　　円十及 １１０図 ６１１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、配管において端部に当該配管の音響インピーダンス
   と整合したインピーダンスを有する流動抵抗を設けたこ
   とを特徴とした配管脈動防止装置。 ２、前記流動抵抗が配管よりも細くした流路であること
   を特徴とした特許請求の範囲の第１項に記載の配管脈動
   防止装置。 ３、前記配管が圧力測定用配管であることを特徴とした
   特許請求の範囲の第１項に記載の配管脈動防止装置。 ４、配管において端部に気相部を持つ容器を設け配管と
   この容器の間に配管の音響インピーダンスと整合したイ
   ンピーダンスを有する流動抵抗を設けたことを特徴とし
   た配管脈動防止装置。