(57)【要約】【課題】容易に取り付けが可能であり、所定周波数で共振する複数の配管における振動の増幅を減衰させることによって制振作用が得られる配管制振装置を提供する。【解決手段】配管制振装置（１）は、所定周波数で共振する複数の配管（１ａ,１ｂ）に取り付けることによって、共振振動を抑制する。特に、複数の配管（１ａ,１ｂ）間を互いに連結するサポート部材（１２）と、配管（１ａ）のうちいずれか一つに取り付けることによって、互いの固有振動数を異ならしめる質量を有する付加質量部材（１１）とを備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数で共振する複数の配管に取り付けることによって、前記複数の配管における共振振動を抑制可能な配管制振装置であって、
前記複数の配管間を互いに連結するサポート部材と、
前記複数の配管のうちいずれか一つに取り付けることによって、該取り付けられた配管の固有振動数を他の配管と異ならしめる質量を有する付加質量部材と
を備えたことを特徴とする配管制振装置。
【請求項２】
前記サポート部材は、前記複数の配管の各々に対して弾性を有する制振剤を介して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の配管制振装置。
【請求項３】
前記サポート部材は、前記配管の外周に沿って設けられた環状の取付部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の配管制振装置。
【請求項４】
前記付加質量部材は弾性を有する制振剤を介することなく、前記複数の配管のいずれか一つに固持されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の配管制振装置。
【請求項５】
前記付加質量部材は、該負荷質量部材が取り付けられた配管の延在方向に沿って複数取り付けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配管制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定周波数で共振する複数の配管に取り付けることによって、前記複数の配管における共振振動を抑制可能な配管制振装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプなどの駆動によって内部に流体が送り込まれる配管では、流体の脈動周波数が配管の固有振動数と一致すると、共振によって大きな振動が発生し、配管の劣化進行、騒音の増大、場合によっては亀裂や損傷などの不具合が生じてしまうため問題となる。このような不具合を防止するために、この種の配管では配管設計を工夫することによって、配管の固有振動数を脈動周波数と異ならしめ、共振発生を防止する措置が講じられることがある。しかしながら、このように固有振動数を異ならしても、脈動周波数が可変な場合には、全ての固有振動数を回避するように配管設計を行うことは現実的には困難である。
【０００３】
このような困難を克服するために、配管に取り付けることによって、仮に共振が生じたとしても減衰作用によって配管振動の増幅を抑制可能な配管制振装置が用いられる場合がある。例えば特許文献１には、この種の配管制振装置の一例として、配管同士をゴム状弾性体で連結することにより制振作用を得る配管制振装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１２９１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に係る配管制振装置では、所定間隔で並置された配管間の制振を図ることはできるものの、それ以外の形態で設置された配管については物理的構造的に取り付けが困難であり、対応することができないという技術的問題点がある。また特許文献１では制振対象の配管同士が近い固有振動数を有している場合には、連結された配管がそれぞれ同じ周波数で共振するため、結果的に全体として振動することとなり、減衰効果が得られないという問題点もある。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、広い態様の配管構造に対して容易に取り付け可能であり、減衰作用によって共振時に発生する振動を効果的に抑制可能な配管制振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る配管制振装置は上記課題を解決するために、所定周波数で共振する複数の配管に取り付けることによって、前記複数の配管における共振振動を抑制可能な配管制振装置であって、前記複数の配管間を互いに連結するサポート部材と、前記複数の配管のうちいずれか一つに取り付けることによって、該取り付けられた配管の固有振動数を他の配管と異ならしめる質量を有する付加質量部材とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、付加質量部材をいずれか一つの配管に取り付けることによって、複数の配管の固有振動数を互いに異ならしめることができる。そして、このように互いに異なる固有振動数を有する複数の配管をサポート部材によって連結することによって、所定周波数の振動が生じた場合に全ての配管が同時に共振することを防止することができる。そのため、仮に特定の配管が共振状態に陥った場合であっても、サポート部材によって共振状態にない他の配管と連結されているので、共振状態にある配管の振動を増幅させることなく、減衰させることができる。また、このようなサポート部材及び質量部材は、配管の設置形態による取り付け制約がきわめて少なく、様々な設置形態の配管に対して広く適用することが可能である。
【０００９】
本発明の一態様では、前記サポート部材は、前記複数の配管の各々に対して弾性を有する制振剤を介して固定されているとよい。この態様によれば、各配管において発生した振動を制振剤の弾性によって吸収できるため、上述の減衰作用をより効果的に得ることができる。
【００１０】
本発明の他の態様では、前記サポート部材は、前記配管の外周に沿って設けられた環状の取付部を有しているとよい。この態様によれば、サポート部材は各配管を環状の取付部で取り囲むように保持することによって、配管の表面との接触面積を多く確保できるので、上述の減衰作用をより効果的に得ることができる。
【００１１】
また、前記付加質量部材は弾性を有する制振剤を介することなく、前記複数の配管のいずれか一つに固持されているとよい。仮に付加質量部材を制振剤を介して特定の配管に固定すると、制振剤の弾性の影響から十分に固有振動数を異ならしめることができなくなってしまう。その点、この態様によれば、付加質量部材は特定の配管に剛的に固持されるため、当該配管の固有振動数を他の配管と効果的に異ならしめることができる。
【００１２】
また、前記付加質量部材は、該負荷質量部材が取り付けられた配管の延在方向に沿って複数取り付けられていてもよい。この態様によれば、付加質量部材の数量を変更することによって、複数の付加質量部材の総質量を段階的に調整することができる。これにより、固有振動数の細かい調整が可能となり、減衰作用が効果的に得られるように調整することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、付加質量部材をいずれか一つの配管に取り付けることによって、複数の配管の固有振動数を互いに異ならしめることができる。そして、このように互いに異なる固有振動数を有する複数の配管をサポート部材によって連結することによって、所定周波数の振動が生じた場合に全ての配管が同時に共振することを防止することができる。そのため、仮に特定の配管が共振状態に陥った場合であっても、サポート部材によって共振状態にない他の配管と連結されているので、共振状態にある配管の振動を増幅させることなく、減衰させることができる。また、このようなサポート部材及び質量部材は、配管の設置形態による取り付け制約がきわめて少なく、様々な設置形態の配管に対して広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る配管制振装置が取り付けられた二本の配管の正面図である。
【図２】図１において右側から見た側面図である。
【図３】本発明に係る配管制振装置の構造を拡大して示す斜視図である。
【図４】サポート部材の取付部近傍の断面構造を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】本発明に係る配管制振装置が取り付けられた二本の配管の等価図である。
【図６】図６は本発明に係る配管制振装置が取り付けられる前後に、二本の配管で共振が発生した際の振動の様子を示す実験結果である。
【図７】各配管の固有振動数の比率と振動の減衰率の関係に関する実験結果を示すグラフ図である。
【図８】配管において脈動周波数を変化させた際に、本発明に係る配管制振装置が取り付けられる前後の配管に発生する振動数をそれぞれ示すキャンベル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１６】
図１は本発明に係る配管制振装置１０が取り付けられた二本の配管１ａ，１ｂの正面図であり、図２は図１において右側から見た側面図である。尚、以下の説明では、配管制振装置１０の取り付け対象の配管の本数が二本である場合を例に詳述するが、これに限らず二本以上の配管においても同様に適用可能である。
【００１７】
配管１ａはその各端がフランジ部２ａ１，２ａ２を介して、又、配管１ｂはその各端がフランジ部２ｂ１，２ｂ２を介して、壁部に取り付けられている。各配管１ａ，１ｂの一端が取り付けられた壁部の先には、各配管１ａ，１ｂに流体を送り込むためのポンプ（図不示）が配置されている。即ち、配管１ａにはフランジ２ａ１側から所定の脈動周波数で流体が流れ込んでおり、配管１ａの内部を通ってフランジ２ａ２側へと排出される。同様に、配管１ｂにはフランジ２ｂ１側から所定の脈動周波数で流体が流れ込んでおり、配管１ｂの内部を通ってフランジ２ｂ２側へと排出される。
【００１８】
各配管１ａ，１ｂを流れる流体は、ポンプの駆動によって所定の脈動周波数を有している。ここで、各配管１ａ，１ｂは共通の固有振動数を有しており、流体の脈動周波数が固有振動数に近づくにつれて共振が生じる。本発明に係る配管制振装置１０が取り付けられていない場合、配管１ａ，１ｂは大きく振動し、配管の劣化進行、騒音の増大、場合によっては亀裂や損傷などの不具合が生じてしまうため問題となる。
【００１９】
このような共振による不具合を回避するために、各配管１ａ，１ｂには本発明に係る配管制振装置１０が取り付けられている。図３は本発明に係る配管制振装置１０の構造を拡大して示す斜視図である。
【００２０】
配管制振装置１０は、一方の配管１ｂに取り付けられた付加質量部材１１と、配管１ａ，１ｂ間を互いに連結するサポート部材１２とからなる。
【００２１】
付加質量部材１１は一方の配管１ｂに取り付けることによって、他方の配管１ａと固有振動を異ならしめる機能を有している。本実施例では特に、付加質量部材１１は配管１ｂの外周を取り囲むように設けられており、ネジ止めなどによって配管１ｂに剛的に固持されている。
尚、配管の本数が３本以上ある場合には、複数の配管のうちいずれか一つを選択して負荷質量部材１１を取り付けるとよい。この場合、負荷質量部材１１が取り付けられる配管は、その周囲の構造などを考慮して、取り付けやすい位置に配置された配管を選択するとよい。このように複数の配管が存在する場合であっても、いずれか一つの配管に負荷質量部材１１を取り付ければ済むので、本発明に係る配管制振装置１０は、様々な形態で配置された複数の配管にも、容易に適用可能である。
【００２２】
サポート部材１２は、棒状の本体部１２ａとその両端に設けられた取付部１２ｂとからなる。取付部１２ｂは各配管１ａ，１ｂの外周を取り囲むように環状に形成されており、制振剤１８を介して配管１ａ，１ｂを固定している。上述したように、本来共通の固有振動数を有している二本の配管１ａ，１ｂの一方に付加質量部材１１を取り付けることによって、二本の配管１ａ，１ｂの固有振動数を互いに異ならしめることができる。そして、このように互いに異なる固有振動数を有する二本の配管１ａ，１ｂをサポート部材１２によって連結することによって、所定周波数の振動が生じた場合に二本の配管１ａ，１ｂが同時に共振することを防止することができる。即ち、仮に一方の配管１ａが共振状態に陥った場合であっても、サポート部材１２によって共振状態にない他方の配管１ｂに連結されているので、共振状態にある一方の配管１ａの振動を増幅させることなく、減衰することができる。
【００２３】
ここで図４はサポート部材１２の取付部１２ｂ近傍の断面構造を拡大して示す拡大断面図である。取付部１２ｂは２つの半環状部材１３，１４のそれぞれの一端が支点１５を中心に回転可能に連結されており、他端がボルト１６及びナット１７によって締め付け固定可能なように構成されている。
【００２４】
ここで、半環状部材１３，１４の内側（配管に面する側）にはゴム材からなる制振剤１８が配管１の外周表面に沿って設けられている。これにより、サポート部材１２は、各配管１ａ，１ｂに対して弾性を有する制振剤１８を介して固定されている。従って、各配管１ａ，１ｂにおいて発生した振動を制振剤１８の弾性によって吸収できるため、上述の減衰作用をより効果的に得ることができる。
【００２５】
続いて、図５を参照して、本発明に係る配管制振装置１０が取り付けられた配管１ａ，１ｂにおいて共振が発生した際の振動減衰メカニズムについて物理的に説明する。図５は本発明に係る配管制振装置１が取り付けられた二本の配管１ａ，１ｂの一次モードをバネマス系でモデル化した等価図である。
【００２６】
図５では付加質量部材１１が取り付けられた一方の配管１ｂの質量をＭ（＝ｍ＋ｍ´：ｍは配管１ｂの質量であり、ｍ´は付加質量部材１１の質量である）、他方の配管１ａの質量をｍとし、各配管１ａ，１ｂに共通な振動係数をｋとしてモデル化している。ここで、共通の振動係数ｋは実測固有振動数ｆを用いて次式により表わされる。
2012145146.tif 000003
また、図５においてサポート部材１２は、剛性係数Ｋを有する剛性成分と、弾性係数Ｃを有する弾性成分とで表わされる。ここで、サポート部材１２の剛性係数Ｋ、弾性係数Ｃは次式により表わされる。
2012145146.tif 000004
2012145146.tif 000005
ここで、Ｅはサポート部材１２のヤング率であり、Ｆ（＝８６０）は制振剤１８の材料に固有のパラメータであり、ｂ及びｈはそれぞれ制振剤１８の幅及び直径である。
【００２７】
図５に示す等価図において、各配管１ａ，１ｂの振動モード毎の運動方程式は、次式のように求められる。
2012145146.tif 000006
ここで、この系の固有振動数をωとすると、各振動モードの変位ｘ１、ｘ２は次式により表わされる。
2012145146.tif 000007
（６）（７）を（４）（５）に代入すると、上記運動方程式は下記のように変形される。
2012145146.tif 000008
【００２８】
上記２つの運動方程式（８）（９）を行列でまとめて表現すると、次式のようになる。
2012145146.tif 000009
そして、（１０）式の行列式を算出すると、以下のようになる。
2012145146.tif 000010
この（１１）式をωについて解くことによって、虚数部から固有振動数、実数部から減衰比を算出することができる。
【００２９】
次に実験結果に基づいて、本発明に係る配管制振装置１０による減衰効果について説明する。図６は本発明に係る配管制振装置１０が取り付けられた配管１ａ，１ｂにおける振動振幅の経時的変化の様子を示す実験結果である。ここでは、各配管１ａ，１ｂに共通の固有振動数（即ち配管制振装置１０が取り付けられていない状態の固有振動数）が２００Ｈｚである。
【００３０】
図６（ａ）は（１１）式により算出される減衰比が１％である条件下で発生する振動振幅の経時的変化の様子を示している。この場合、減衰比が１％と小さいため、共振によって発生した大きな振動は時間が経過しても大きな振幅を有しており、配管の劣化進行、騒音の増大、場合によっては亀裂や損傷などの不具合が生じてしまう。
【００３１】
図６（ｂ）は（１１）式により算出される減衰比が５％である条件下で発生する振動振幅の経時的変化の様子を示している。この場合、減衰比が５％と大きいため、共振によって当初は大きな振動が発生するものの、その振幅は時間の経過に従って次第に減衰していく。（１１）式により算出される減衰比は付加質量部材１１の質量の関数として算出されるため、減衰比が大きくなるように付加質量部材１１の質量を調整するとよい。
【００３２】
続いて、図７は実験的に得られた、各配管１ａ，１ｂの固有振動数の比率と発生した振動の減衰率との関係を示すグラフ図である。図７の横軸は、各配管１ａ，１ｂの固有振動数の比率を示しており、縦軸は振幅の減衰率を示している。
【００３３】
この結果によれば、各配管１ａ，１ｂの固有振動数の比率が小さくなるに従い、減衰率が大きくなることが実験的にも示されている。即ち、付加質量部材１２を一方の配管１ｂに取り付けることによって、他方の配管１ａの固有振動数からの乖離度を大きくするに従い、大きな制振効果を得ることができる。
【００３４】
図８は配管において脈動周波数を変化させた際に、本発明に係る配管制振装置１０が取り付けられる前後において、配管１ａ，１ｂに発生する振動数をそれぞれ示すキャンベル線図である。図８の横軸は流体の脈動周波数を表しており、縦軸は配管１ａ，１ｂの振動数を示している。
【００３５】
図８（ａ）は配管制振装置１０が取り付けられていない配管１ａ，１ｂに発生する振動数を示すキャンベル線図である。この場合、二本の配管１ａ，１ｂの共振周波数は共通しているため、脈動周波数が共振周波数に近づくと振動が急激に増大してしまうことが示されている。
【００３６】
図８（ｂ）は配管制振装置１０が取り付けられた配管１ａ，１ｂに発生する振動数を示すキャンベル線図である。この場合、配管制振装置１０による制振作用のために、脈動周波数が本来の共振周波数に近づいてもその振動が抑制されている。このように、脈動周波数が変動することによって仮に共振が発生したとしても、その振動は増幅されることなく、効果的に減衰される。
【００３７】
以上説明したように、本実施例に係る配管制振装置１によれば、付加質量部材１１を一方の配管１ｂに取り付けることによって、二本の配管１ａ，１ｂの固有振動数を互いに異ならしめることができる。そして、このように互いに異なる固有振動数を有する二本の配管１ａ，１ｂをサポート部材１２によって連結することによって、所定周波数の振動が生じた場合に二本の配管１ａ，１ｂが同時に共振することを防止することができる。そのため、仮に一方の配管１ｂが共振状態に陥った場合であっても、サポート部材１２によって共振状態にない他方の配管１ａに連結されているので、共振状態にある一方の配管１ａの振動を増幅させることなく、減衰できる。また、このようなサポート部材１２及び付加質量部材１１は、配管１ａ，１ｂの設置形態による取り付け制約がきわめて少なく、様々な設置形態の配管１ａ，１ｂに対して広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、所定周波数で共振する複数の配管に取り付けることによって、前記複数の配管における共振振動を抑制可能な配管制振装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  配管
２  フランジ
１０  配管制振装置
１１  付加質量部材
１２  サポート部材
１２ａ  本体部
１２ｂ  取付部
１３，１４  半環状部材
１５  支点
１６  ボルト
１７  ナット
１８  制振剤
【図１】
2012145146.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012145146.tif 000015
【図６】
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【図７】
2012145146.tif 000017
【図８】
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