KR20210080031A - 배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법 - Google Patents

배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210080031A
KR20210080031A KR1020190172387A KR20190172387A KR20210080031A KR 20210080031 A KR20210080031 A KR 20210080031A KR 1020190172387 A KR1020190172387 A KR 1020190172387A KR 20190172387 A KR20190172387 A KR 20190172387A KR 20210080031 A KR20210080031 A KR 20210080031A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pipe
vibration
kinetic energy
equation
turbulence
Prior art date
Application number
KR1020190172387A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102289173B1 (ko
Inventor
아부시나
김주열
이동형
Original Assignee
삼성물산 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성물산 주식회사 filed Critical 삼성물산 주식회사
Priority to KR1020190172387A priority Critical patent/KR102289173B1/ko
Publication of KR20210080031A publication Critical patent/KR20210080031A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102289173B1 publication Critical patent/KR102289173B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 장치는 배관의 설계정보를 추출하는 추출부, 상기 설계정보를 이용하여 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교하는 비교부, 및 상기 비교의 결과에 기초하여 배관의 진동 안정성을 분석하는 분석부를 포함한다.

Description

배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR THE ANALYSING VIBRATION STABILITY OF PIPE}
본 발명은 배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 진동 기준을 에너지 단위로 변환하여 배관의 진동 상태를 예측 및 검증하기 위한 배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
배관은 다양한 요인에 의하여 진동에 대한 영향을 받고 있다. 특히, 발전소용 터빈, 펌프, 보일러 등과 같이 유체의 상태변화나 운동에너지를 발생시키는 기기가 운전될 때 배관의 진동 발생 여부에 큰 영향을 미친다.
이러한 배관의 진동을 분석하는 방법으로, EI(Energy Institute) 가이드라인의 LOF(Likelihood of Failure) Assessment가 있다.
LOF Assessment는 LOF 수치에 따라 진동 안정성을 판단하는 방법으로 실제 배관의 형상, 무게를 고려하지 않기 때문에 분석 정확도가 낮은 단점이 있다. 또한, 수 많은 작업시간이 소요되기 때문에 경제성 및 효율성을 고려하여 설계 단계에서 적용하기가 불가능하다. 이에 따라, 설비 운전 시 진동 관련 현안들이 지속적으로 발생하고 있는 실정이다.
관련 선행기술로는, 한국 등록특허공보 제10-1097414호(발명의 명칭: 배관진동 평가방법, 공고일자: 2011년 12월 23일)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 산업기준으로 적용되는 허용 변위, 진동 주기와 같은 진동 기준을 에너지 단위로 변환하고 진동 에너지에 관한 수식을 적용함으로써 진동 안정성을 예측 및 검증하기 위한 배관의 진동 안정성 분석 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 장치는 배관의 설계정보를 추출하는 추출부, 상기 설계정보를 이용하여 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교하는 비교부, 및 상기 비교의 결과에 기초하여 배관의 진동 안정성을 분석하는 분석부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 비교부는 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분석부는 하기 수학식 1에 기초하여, 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지가 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지보다 큰 경우, 상기 배관의 진동상태가 불안정적인 것으로 분석할 수 있다.
[수학식 1]
α(kf/kpi) > 1, when 0 Hz < fi < 50 Hz
여기서, kf는 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지이고, kpi는 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지이고, α는 보정계수를 의미함.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지는 하기 수학식 2로 나타낼 수 있고, 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지는 하기 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00001
[수학식 3]
Figure pat00002
여기서, u'는 난류의 파동 속도의 제곱 평균이고, U는 상기 배관의 내부 유체의 축 방향 평균 속도이고, Re는 레이놀즈 상수를 의미하고, ml은 상기 배관의 단위 길이 당 질량이고, ωi는 i번째 진동모드의 고유 진동 주파수이고, δi는 i번째 진동 주파수에 따라 허용 가능한 변위를 나타내는 스케일링 종속 변수이고, θi는 상기 배관의 진동에 따른 변위를 나타내도록 단위 표준화된 진동 벡터를 의미함.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 방법은 배관의 설계정보를 추출하는 단계, 상기 설계정보를 이용하여 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교하는 단계, 및 상기 비교의 결과에 기초하여 배관의 진동 안정성을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 비교하는 단계는 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분석하는 단계는 하기 수학식 1에 기초하여, 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지가 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지보다 큰 경우, 상기 배관의 진동상태가 불안정적인 것으로 분석할 수 있다.
[수학식 1]
α(kf/kpi) > 1, when 0 Hz < fi < 50 Hz
여기서, kf는 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지이고, kpi는 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지이고, α는 보정계수를 의미함.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지는 하기 수학식 2로 나타낼 수 있고, 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지는 하기 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00003
[수학식 3]
Figure pat00004
여기서, u'는 난류 속도 변동의 제곱 평균이고, U는 상기 배관의 내부 유체의 축 방향 평균 속도이고, Re는 레이놀즈 상수를 의미하고, ml은 상기 배관의 단위 길이 당 질량이고, ωi는 i번째 진동의 고유 진동 주파수이고, δi는 i번째 진동 주파수에 따라 허용 가능한 변위를 나타내는 스케일링 종속 변수이고, θi는 상기 배관의 진동에 따른 변위를 나타내도록 단위 표준화된 진동 벡터를 의미함.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시운전 단계에서 진동에 관한 현안이 발생한 후에 알 수 있었던 진동 발생 여부를 설계 단계에서부터 운전 조건과 실제 배관의 데이터를 함께 이용하여 반영함으로써, 신뢰 높은 분석 결과를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배관에 발생되는 진동의 잠재적 위험을 사전에 예측 및 제거하여 운전 단계에서 진동으로 인해 발생하는 사고를 미연에 방지함으로써 비용 및 시간에 관한 잠재적 손실을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 고유 주파수에 따른 진동 모드에 대한 배관의 모델링 샘플을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배관의 진동 안정성을 분석한 표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 고유 주파수에 따른 진동 모드에 대한 배관의 모델링 샘플을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배관의 진동 안정성을 분석한 표이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 장치는 추출부(110), 비교부(120) 및 분석부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
추출부(110)는 진동 안정성 분석의 대상이 되는 배관의 설계정보를 추출한다.
즉, 추출부(110)는 배관에서 발생되는 진동의 안정성을 사전에 분석하기 위해 실제 배관의 설계정보를 미리 추출할 수 있다.
일반적으로, 배관의 진동 상태를 측정하는 경우에는 진동이 발생되고 난 후의 관련 데이터를 이용하기 때문에 원인 분석을 위한 참고 정보로 사용하였다. 또한, 실제 배관의 이론 데이터가 아닌 경험적 혹은 확률적 데이터를 반영하기 때문에 분석 정확도가 떨어질 수 밖에 없다.
그러나, 본 발명에서는 설계 단계에서부터 운전조건과 실제 배관의 데이터를 함께 이용함으로써 신뢰할 수 있는 분석 결과를 획득할 수 있는 것이다.
예컨대, 추출부(110)는 배관의 형상, 길이, 단면적, 두께, 질량, 외부 온도 등에 관한 수치정보를 추출할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 배관과 관련된 다양한 설계정보를 추가로 추출할 수 있다.
비교부(120)는 설계정보를 이용하여 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 배관을 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교한다.
본 발명에서는, 배관의 진동 기준을 난류라는 유체 흐름을 고려한 에너지 관점에서 접근하여 분석에 활용 하였다. 다시 말해, 진동 허용 변위, 진동 주기, 진동 속도와 같이 산업 전반에서 적용되는 허용 가능한 진동 기준을 배관의 난류 운동 에너지에 관한 수식으로 변환하여 분석에 적용 하였다.
구체적으로, 비교부(120)는 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 허용되는 진동 임계치를 초과하여 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교할 수 있다.
이는, 진동 발생의 기준인 진동 임계치를 초과하는 에너지가 배관에 발생하면 배관 손상을 일으킬 수 있는 수준의 진동이 발생한다는 것을 고려한 것이며, 진동 임계치는 사전에 설정될 수 있다.
비교부(120)는 진동 해석 프로그램을 이용하여 해당 배관 시스템에서 발생 가능한 다양한 고유 진동 주파수들을 산출함으로써 배관 파손을 일으킬 수 있는 수준의 진동을 발생시키기 위한 운동 에너지를 여러 모드에서 측정한다.
이에 따라, 비교부(120)는 발생 가능한 여러 고유 진동 모드에 의해 계산된 허용 가능한 수준의 운동 에너지를 배관 내 난류 운동 에너지와 각각 비교하는 시뮬레이션 과정을 수행할 수 있다.
분석부(130)는 하기 수학식 1에 기초하여, 배관의 난류에 따른 운동 에너지가 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지보다 큰 경우, 배관의 진동상태가 불안정적인 것으로 분석할 수 있다.
반면에, 분석부(130)는 하기 수학식 1에 기초하여, 배관의 난류에 따른 운동 에너지가 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지보다 작은 경우, 배관의 진동상태가 안정적인 것으로 분석할 수 있다.
[수학식 1]
α(kf/kpi) > 1, when 0 Hz < fi < 50 Hz
여기서, kf는 배관의 난류에 따른 운동 에너지이고, kpi는 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동 시키기 위해 필요한 운동 에너지이고, α는 보정계수를 의미한다.
구체적으로, α는 두 운동 에너지를 비교하기 위해 설정되는 보정계수로서 α = afi + b 를 만족할 수 있으며, 본 발명에서는 a 계수값이 0.0012를 가지고 b 계수값이 0.0105를 가지는 것이 바람직하다.
배관의 난류에 따른 운동 에너지는 하기 수학식 2로 나타낼 수 있고, 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지는 하기 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00005
[수학식 3]
Figure pat00006
여기서, u'는 난류의 파동 속도의 제곱 평균이고, U는 배관의 내부 유체의 축 방향 평균 속도이고, Re는 레이놀즈 상수를 의미하고, ml은 배관의 단위 길이 당 질량이고, ωi는 i번째 진동의 진동 주파수이고, δi는 i번째 진동 주파수에 따라 허용 가능한 변위를 나타내는 스케일링 종속 변수이고, θi는 배관의 진동에 따른 변위를 나타내도록 단위 표준화된 진동 벡터를 의미한다.
수학식 2와 관련하여, 난류의 파동 속도의 제곱 평균을 의미하는 u'는 하기 수학식에 의해 도출될 수 있다.
Figure pat00007
수학식 3과 관련하여, 배관을 진동시키기 위한 운동 에너지는 하기 수학식에 의해 i번째 진동 모드를 배관 길이에 따라 적분하고 배관의 질량을 곱하여 도출될 수 있다.
Figure pat00008
난류에 따른 운동 에너지는 난류 강도의 스케일링 법칙에 관한 하기 수학식 4에 기초하여 도출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00009
여기서, Isp는 상기 배관의 난류 강도이고, Redh는 상기 배관의 수력학적 직경이 반영된 레이놀즈 상수를 의미한다.
배관 내 유체의 관성에 의한 힘과 점성에 의한 힘의 비로서 두 힘의 상대적인 중요도를 정량적으로 나타내는 레이놀즈 수를 고려하여 난류 강도의 스케일링 법칙이 도출될 수 있다.
이렇게 도출된 난류 강도의 스케일링 법칙에 관한 수학식 4와 난류의 파동 속도에 관한 수학식을 이용하여 난류에 따른 운동 에너지가 도출될 수 있다.
배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지는 하기 수학식 5에 기초하여 스케일링 과정을 수행함에 따라 도출될 수 있다.
[수학식 5]
δi = 0.381*(fi)-0.514 (mm)
여기서, δi는 i번째 진동 주파수에 따라 허용 가능한 변위를 나타내는 스케일링 종속 변수이고, fi는 고유 진동수를 의미한다.
본 발명에서는, 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 난류에 따른 운동 에너지와 통일된 에너지 단위로서 비교하기 위해 스케일링 작업을 수행한다.
수학식 5에 의해 스케일링 된 후의 진동 모드들에 대한 진동 변위는 δ1θ1, δ2θ2, δ3θ3, …, δnθn과 같이 고유 진동수에 따라 허용 가능한 진동 벡터(δiθi)로 나타낼 수 있으며, 각각 i번째 모드에 대하여 배관의 변위를 나타내되 최대 변위는 각 진동 주파수 내에서 허용 가능한 변위를 의미한다.
참고로, 진동 해석 프로그램을 이용하기 위한 배관의 모델링 샘플은 도 2에서와 같이 나타낼 수 있다.
결과적으로, 비교부(120)가 하기 수학식 6에 의해 두 운동 에너지를 비교할 수 있고, 분석부(130)가 그에 따른 비교 결과를 분석할 수 있는 것이다.
[수학식 6]
Figure pat00010
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 (α.kf/kpi)>1인 제1 조건과 LOF>1인 제2 조건에 해당되는 진동모드에 대하여 보정계수(α)를 설정하였다.
즉, 기존의 LOF(Likelihood of Failure Assessment)에 따른 계산결과는 고유 진동수(서포트 간 거리와 배관 직경만 고려한 결과값)를 구간화하기 때문에, 진동수가 달라지더라도 특정 구간에서는 동일한 값만 측정되는 반면에, α.kf/kpi 조건을 함께 고려한 계산결과는 진동수를 구간화하여 산출하는 것이 아닌 모든 개별 고유 진동수(상용 프로그램의 시뮬레이션을 통해 얻은 결과값)를 그대로 반영하고 진동의 형상 및 하중요소까지 함께 반영하기 때문에 보다 정확하고 세분화된 진동 안정성 평가 결과를 얻을 수 있다.
구체적으로, LOF에 따른 계산은 배관 지지대의 간격만 고려하여 고유 진동수를 구하는 것으로 실제 배관의 형상 및 하중과 상관없이 고유 진동수에 의해서만 진동 안정성 여부가 분석되는 반면에, α.kf/kpi 조건을 함께 고려한 에너지 계산은 고유 진동수가 높더라도 진동의 발생 위치에 따라 상대적으로 불안정하다는 결과를 나타낼 수 있으며 이는 실제 배관의 형상과 하중을 함께 고려함으로써 진동의 영향력을 보다 정확하게 분석할 수 있음을 의미한다.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, LOF 값은 고유 진동수가 낮아지는 경우 LOF 계산식에서 정하고 있는 진동수 구간에 따라 비례하여 높아지는 것을 알 수 있다. 그러나, α.kf/kpi 값은 고유 진동수가 높은 진동모드에서도 상대적으로 높은 값을 가지는 것으로 확인됨에 따라, 고유 진동수가 높더라도 실제 배관의 형상 및 하중요소를 고려하여 진동이 취약한 위치에서의 진동 발생 시 불안정하다는 분석 결과가 나올 수 있음을 보여준다. 한편, 도 3에서의 분석 결과는 다양하게 발생할 수 있는 진동모드 중 하나의 모드에 관한 것으로, 진동모드의 발생위치에 따라 각 계산값은 변동될 수 있다.
참고로, LOF 및 kf 계산 시 사용된 유체조건은 다음과 같다.
8인치 탄소강 표준두께(8.18mm) 배관 내 유체특성이 -140 화씨온도의 -250 psi 기압에서 유량속도가 -6 fps이며, 물 부피 계수가 -313000 psi 기압인 조건(8" CS Std Wall; Fluid Properties: -250 psi ＠ 140℉ Flow, Velocity -6 fps and Water Bulk Modulus -313000 psi).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 단계(S110)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 장치(100)의 추출부(110)는 배관의 설계정보를 추출할 수 있다.
다음으로, 단계(S120)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 장치(100)의 비교부(120)는 설계정보를 이용하여 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교할 수 있다.
다음으로, 단계(S130)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진동 안정성 분석 장치(100)의 분석부(130)는 비교의 결과에 기초하여 배관의 진동 안정성을 분석할 수 있다.
배관의 난류에 따른 운동 에너지와 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교하기 위해 사용되는 관련 수학식은 본 발명의 배관의 진동 안정성 분석 장치의 비교부(120)에 관한 설명에서 명시된 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하고자 한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 배관의 진동 안정성 분석 장치
110 : 추출부
120 : 비교부
130 : 분석부

Claims (8)

  1. 배관의 설계정보를 추출하는 추출부;
    상기 설계정보를 이용하여 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교하는 비교부; 및
    상기 비교의 결과에 기초하여 배관의 진동 안정성을 분석하는 분석부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 진동 안정성 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비교부는
    상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교하는 것을 특징으로 하는 배관의 진동 안정성 분석 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분석부는
    하기 수학식 1에 기초하여, 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지가 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지보다 큰 경우, 상기 배관의 진동상태가 불안정적인 것으로 분석하는 것을 특징으로 하는 배관의 진동 안정성 분석 장치.
    [수학식 1]
    α(kf/kpi) > 1, when 0 Hz < fi < 50 Hz
    여기서, kf는 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지이고, kpi는 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지이고, α는 보정계수를 의미함.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지는 하기 수학식 2로 나타낼 수 있고, 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지는 하기 수학식 3으로 나타내는 것을 특징으로 하는 배관의 진동 안정성 분석 장치.
    [수학식 2]
    Figure pat00011

    [수학식 3]
    Figure pat00012

    여기서, u'는 난류의 파동 속도의 제곱 평균이고, U는 상기 배관의 내부 유체의 축 방향 평균 속도이고, Re는 레이놀즈 상수를 의미하고, ml은 상기 배관의 단위 길이 당 질량이고, ωi는 i번째 진동의 고유 진동 주파수이고, δi는 i번째 진동 주파수에 따라 허용 가능한 변위를 나타내는 스케일링 종속 변수이고, θi는 상기 배관의 진동에 따른 변위를 나타내도록 단위 표준화된 진동 벡터를 의미함.
  5. 배관의 설계정보를 추출하는 단계;
    상기 설계정보를 이용하여 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교하는 단계; 및
    상기 비교의 결과에 기초하여 배관의 진동 안정성을 분석하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 진동 안정성 분석 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비교하는 단계는
    상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지와 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 상기 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지를 비교하는 것을 특징으로 하는 배관의 진동 안정성 분석 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 분석하는 단계는
    하기 수학식 1에 기초하여, 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지가 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지보다 큰 경우, 상기 배관의 진동상태가 불안정적인 것으로 분석하는 것을 특징으로 하는 배관의 진동 안정성 분석 방법.
    [수학식 1]
    α(kf/kpi) > 1, when 0 Hz < fi < 50 Hz
    여기서, kf는 상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지이고, kpi는 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지이고, α는 보정계수를 의미함.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배관의 난류에 따른 운동 에너지는 하기 수학식 2로 나타낼 수 있고, 상기 허용 가능한 진동 임계치를 기준으로 배관을 진동시키기 위해 필요한 운동 에너지는 하기 수학식 3으로 나타내는 것을 특징으로 하는 배관의 진동 안정성 분석 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00013

    [수학식 3]
    Figure pat00014

    여기서, u'는 난류의 파동 속도의 제곱 평균이고, U는 상기 배관의 내부 유체의 축 방향 평균 속도이고, Re는 레이놀즈 상수를 의미하고, ml은 상기 배관의 단위 길이 당 질량이고, ωi는 i번째 진동의 고유 진동 주파수이고, δi는 i번째 진동 주파수에 따라 허용 가능한 변위를 나타내는 스케일링 종속 변수이고, θi는 상기 배관의 진동에 따른 변위를 나타내도록 단위 표준화된 진동 벡터를 의미함.
KR1020190172387A 2019-12-20 2019-12-20 배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법 KR102289173B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190172387A KR102289173B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190172387A KR102289173B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210080031A true KR20210080031A (ko) 2021-06-30
KR102289173B1 KR102289173B1 (ko) 2021-08-13

Family

ID=76602493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190172387A KR102289173B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102289173B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114877135A (zh) * 2022-05-10 2022-08-09 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 电池包水管的固定方法、装置、电子设备和可读存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08201163A (ja) * 1995-01-25 1996-08-09 Hitachi Ltd 配管系の振動・騒音評価装置及び評価方法
KR101097414B1 (ko) * 2010-01-15 2011-12-23 한국전력기술 주식회사 배관진동 평가방법
JP2013037649A (ja) * 2011-08-11 2013-02-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 配管系の振動解析方法
KR101650486B1 (ko) * 2015-09-01 2016-08-31 울산대학교 산학협력단 난류 운동 에너지 획득 장치 및 그 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08201163A (ja) * 1995-01-25 1996-08-09 Hitachi Ltd 配管系の振動・騒音評価装置及び評価方法
KR101097414B1 (ko) * 2010-01-15 2011-12-23 한국전력기술 주식회사 배관진동 평가방법
JP2013037649A (ja) * 2011-08-11 2013-02-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 配管系の振動解析方法
KR101650486B1 (ko) * 2015-09-01 2016-08-31 울산대학교 산학협력단 난류 운동 에너지 획득 장치 및 그 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114877135A (zh) * 2022-05-10 2022-08-09 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 电池包水管的固定方法、装置、电子设备和可读存储介质
CN114877135B (zh) * 2022-05-10 2024-04-05 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 电池包水管的固定方法、装置、电子设备和可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
KR102289173B1 (ko) 2021-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tygesen et al. The true digital twin concept for fatigue re-assessment of marine structures
Franc Incubation time and cavitation erosion rate of work-hardening materials
JP3917113B2 (ja) 高温高圧水素環境で供用される材料の水素脆化割れ判定方法
KR102289173B1 (ko) 배관의 진동 안정성 분석 장치 및 그 방법
JP7066374B2 (ja) 乱流評価装置、乱流評価方法及びプログラム
CN104134013A (zh) 一种风力机叶片模态分析方法
Cao et al. Mechanical behaviors of pipeline inspection gauge (pig) in launching process based on Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) method
Sarkar et al. Wiener chaos expansions for estimating rain-flow fatigue damage in randomly vibrating structures with uncertain parameters
Liu et al. Dynamic analysis of monopile-type offshore wind turbine under sea ice coupling with fluid-structure interaction
Poursaeidi et al. Fatigue crack growth simulation in a generator fan blade
CN111222277B (zh) 输气站增压泵进出口管道的振动评价方法
Chica et al. Detailed FSI analysis methodology for subsea piping components
Rinn et al. Stochastic method for in-situ damage analysis
Gislason et al. Rapid and automated damage detection in buildings through ARMAX analysis of wind induced vibrations
KR102496663B1 (ko) 유체유발진동 평가장치에서 분기배관 유체유발진동 평가방법
JP2010020452A (ja) エロージョン予測・評価方法および装置
Nie et al. Baseline-free structural damage detection using PCA-Hilbert transform with limited sensors
Riddle et al. Effects of Defects Part A: Stochastic Finite Element Modeling of Wind Turbine Blades with Manufacturing Defects for Reliability Estimation
CN109798451B (zh) 油气集输管道泄漏位置的确定方法
Pingle et al. Limited experimental displacement data used for obtaining full-field dynamic stress strain information
Macchion et al. Addressing Uncertainties Within Flow Induced Vibrations in Subsea Piping
US11946603B2 (en) Facility state analyzing device, facility state analyzing method, and recording medium storing facility state analyzing program thereon
CN113591355B (zh) 基于大数据的桥梁拉索钢丝腐蚀程度智能自动测量平台
Kelly et al. Pressure transient identification of depleted appliance trap seals: a sinusoidal wave technique
CN110427652B (zh) 一种基于频率特征曲线的梁式结构损伤初步定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right