配管振動解析

概要

配管振動は,脈動,二相流,流れの乱れ等の管内部流れや風による管外部流れにより励起されることがあります。このような振動は一般に流体励起振動(FIV)と称されており,配管系損傷の原因となる可能性を持っています。
したがって,配管サポートを含む配管系は,予想されるFIVの特性を反映しこれが発生しないように設計することが非常に重要となります。配管振動解析は設計の健全性を確かなものとするため,あるいはFIVの対策を決定するための重要な解析手法です。

配管の固有振動モード解析の適用事例

脈動解析により,往復動圧縮機廻り配管(図1)の激しい振動が懸念されました。振動の原因となる脈動の支配的な加振振動数は22Hz以下に存在していることが予測されました。配管系の機械的固有振動数はこの脈動による加振振動数の閫値である22Hzより高くなければなりませんが,オリジナル配管系の機械的固有振動数は最低で8Hzでした。したがって,配管系の機械的固有振動数と支配的な脈動振動数との共振を避けるために配管サポートの追加といくつかのサポートのタイプ変更が必要であると判断し,配管設計の改良を実施しました。このような設計改良を実施した配管系(図2)において、配管系の脈動による振動はプラントの実商業運転で観測されませんでした。
東洋エンジニアリングは、このような振動解析技術を駆使して、エンジニアリングの円滑な遂行と問題解決を行っています。

(a) 配管形状とサポートの配置

(a) 配管形状とサポートの配置

(b) 最低機械的固有振動モード(8Hz)図1 オリジナル配管設計

(b) 最低機械的固有振動モード(8Hz)
図1 オリジナル配管設計

(a) 配管形状とサポートの配置

(a) 配管形状とサポートの配置

(b) 低機械的固有振動モード(27Hz)図2 改良後の配管設計

(b) 低機械的固有振動モード(27Hz)
図2 改良後の配管設計