| 【発明の名称】 |
水圧鉄管の振動振幅抑制方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】原 忠彦
【氏名】小笠 勝
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、水圧鉄管の振動振幅を抑制することが出来る方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にに係る水圧鉄管の振動振幅抑制方法は、既設の水圧鉄管において、２Ｌ／ａ＝Ｔ0 ／２ 式（１） |
【特許請求の範囲】
【請求項１】既設の水圧鉄管において ２Ｌ／ａ＝Ｔ0 ／２ 式（１）
ただし、Ｌ はサージタンクの水表面から当該鉄管までの距離、ａ は圧力波の伝播速度、Ｔ0 は当該鉄管の固有周期、なる条件を満たす鉄管に、補強のためのリング（４）を設置することにより当該鉄管を補強し、当該鉄管の固有周期を変えることにより、水圧鉄管の振動振幅を抑制することを特徴とする水圧鉄管の振動振幅抑制方法。
【請求項２】サージタンク（３）の傾斜角度を可変にすることにより、サージタンク（３）の長さを調節可能にし、鉄管振動を抑制することを特徴とする水圧鉄管の振動振幅抑制方法。
【請求項３】サージタンク（３）の内部に楔状突起を複数そなえることにより、水撃による圧力波の伝播を減衰させることを特徴とする水圧鉄管の振動振幅抑制方法。
【請求項４】サージタンク（３）の一部にバイパス通路（Ｃ）を設け、圧力波を打ち消しあうことを特徴とする水圧鉄管の振動振幅抑制方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水力発電所等の揚水鉄管路における振動振幅の抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術を図６〜図７に示す。図６は従来の揚水式水力発電所の摸式図を示す。発電機の起動時や停止時には良く知られた水撃振動が発生する。
【０００３】水撃振動が発生する理由は次の様に説明される。ある一定の流速Ｖで流体が流れているときに、弁１を急激に締めると、流体の運動エネルギーの一部が圧力エネルギーに変換され、その圧力Ｐは、速度ａで管路内を上流側に伝播する。
【０００４】弁を急激に開放したときも同様である。弁の開放を緩やかにしても、ある一定時間内で流速の変化があれば同様の現象が生じる。
【０００５】図６に示した弁１で発生した圧力波は、速度ａで鉄管２の上流側に伝播し、サージタンク３の表面で反射し、符号をかえて下流側に伝播する。図７は圧力波の伝播をモデル化したものである。
【０００６】図７において、実線は正の圧力、点線は負の圧力を示す。鉄管のＢ点では時刻Ｔ１で（＋ｐ）が作用し、時刻Ｔ２では（−ｐ）が作用することになる。Ｂ点の鉄管の固有周期をＴ0 とするとき、（Ｔ0 ／２）＝（Ｔ２）−（Ｔ１）なる関係に近いと、鉄管には激しい振動が発生し、長期的には疲労損傷による破壊に至る事がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術には、次のような問題がある。
（１）図７において鉄管のＢ点では、時刻Ｔ１で（＋ｐの圧力）が作用し、時刻Ｔ２では（−ｐの圧力）が作用する。
（２）その為、図７のＢ点の鉄管の固有周期をＴ0 とするとき、（Ｔ0 ／２）＝（Ｔ２）−（Ｔ１）
なる関係に近いと、鉄管には激しい振動が発生し、長期的には疲労損傷による破壊に至る事がある。本発明は、これらの問題を解決することができる方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（第１の手段）本発明に係る水圧鉄管の振動振幅抑制方法は、既設の水圧鉄管において ２Ｌ／ａ＝Ｔ0 ／２ 式（１）
ただし、Ｌ はサージタンクの水表面から当該鉄管までの距離、ａ は圧力波の伝播速度、Ｔ0 は当該鉄管の固有周期、なる条件を満たす鉄管に、補強のためのリング（４）を設置することにより当該鉄管を補強し、当該鉄管の固有周期を変えることにより、水圧鉄管の振動振幅を抑制することを特徴とする。
（第２の手段）本発明に係る水圧鉄管の振動振幅抑制方法は、サージタンク３の傾斜角度を可変にすることにより、サージタンクの長さを調節可能にし、鉄管振動を抑制することを特徴とする。
（第３の手段）本発明に係る水圧鉄管の振動振幅抑制方法は、サージタンク３の内部に楔状突起を複数そなえることにより、水撃による圧力波の伝播を減衰させることを特徴とする。
（第４の手段）本発明に係る水圧鉄管の振動振幅抑制方法は、サージタンク３の一部にバイパス通路Ｃを設け、圧力波を打ち消しあうことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１〜図２に示す。図１は、第１の実施の形態にに係る鉄管の説明図。
【００１０】図２は、図１の斜線部の鉄管断面を示す。図１〜図２において、２は管路、３はサージタンク、４は補強のためのリングで１条また複数条設置する。
【００１１】５は管路の一部分の鉄管（斜線部）である。９は内部を流れる流体、Ｌはサージタンク３の水表面から当該鉄管までの距離、ａは圧力波の伝播速度である。
【００１２】通常、鉄管５は薄肉円筒で構成される。既設の鉄管では溶接工事は不可能なので、一般には鉄管の外側にリング状の補強４を行いボルトなどで締め付ける。
【００１３】補強リングは１条または複数条設置する。振動増幅の原因は、当該鉄管５の固有周期Ｔ0 の１／２と、圧力波が戻ってくる時間が一致しているためである。
【００１４】したがって当該鉄管とは ２Ｌ／ａ＝Ｔ0 ／２ 式（１）
となる位置に存在する鉄管である。
【００１５】本発明は式（１）の条件を満たす鉄管についてのみ、補強による固有周期を変えることを特徴とする。
（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図３に示す。
【００１６】図３は第２の実施の形態にに係る鉄管の説明図。図３において、２は管路、５は当該鉄管、３はサージタンク、６は回転機構を有する装置である。
【００１７】サージタンク３の基部には、回転機構６を有しており、任意に傾斜角度を変えることができる。サージタンク３の水表面と当該鉄管５までの距離をＬ0 とするとき、２Ｌ0 ／ａ＝Ｔ0 ／２なる関係のとき当該鉄管は振動を発生する。
【００１８】したがって、サージタンクの傾斜角度を変えることによって距離Ｌ0 をＬ1 へ変更することができるため、常に振動が発生しないようにすることが出来る。圧力波の伝播速度ａは、鉄管の振動数や内部圧力、特に水温の影響を受けるので、季節や時刻により異なる為、長さＬが可変であることは、有効である。
（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態を図４に示す。
【００１９】図４は第３の実施の形態にに係る鉄管の説明図である。図４において、２は水圧鉄管、５は振動する当該鉄管、７はサージタンク内部に設けた楔状突起物である。
【００２０】サージタンク３の内側の水面より下方に楔状突起を中心にむけて放射状に設置する。楔の数は多いほど効果があるので複数段設置する。
【００２１】楔の大きさは対象とする圧力波の周波数にもよるが、０．５ｍ〜１５ｍの高さの三角錐とする。水撃による圧力波は、管路２を伝わってサージタンク３に到達し、水面で反射するが、楔状突起があるとサージタンク３内部で圧力波は乱反射を繰り返し、急激に減衰する。
【００２２】たとえ水面で反射があったとしても、鉄管の振動を励起するには至らないため、振動を抑制することができる。
（第４の実施の形態）本発明の第４の実施の形態を図５に示す。
【００２３】図５は第４の実施の形態にに係る鉄管の説明図である。図５において、２は水圧鉄管、３はサージタンク、５は振動する当該鉄管、８はバイパス管路である。
【００２４】サージタンク３の一部にはバイパス管路８を設ける。管路の長さは有る特定の長さＬ0 が必要である。その特定の長さＬ0 は、サージタンク３内を直進した圧力波が反射してきてバイパス管路出口においてバイパス管路を進んだ圧力波とぶつかる長さでなければならない。
【００２５】すなわち、バイパス管出口Ｃからサージタンクの水表面までの往復距離と同じ長さがあればよい。圧力波はサージタンク内部で減少するため当該鉄管の振動は抑制される。
【００２６】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
（１）請求項１の発明の効果式（１）の条件を満たす鉄管、すなわち、２Ｌ／ａ＝Ｔ0 ／２ の条件を満たす鉄管についてのみ、補強のためのリングを設置し、補強により固有周期を変えることにより、水圧鉄管の振動振幅を抑制することが出来る。
（２）請求項２の発明の効果サージタンク３の基部に設けた回転機構６で、傾斜角度を変えることによりサージタンク３の表面と当該鉄管５までの距離を変更することができるため、常に振動が発生しないようにすることが出来る。
（３）請求項３の発明の効果水撃による圧力波は、管路２を伝わってサージタンク３に到達し、水面で反射するが、楔状突起があるとサージタンク３内部で圧力波は乱反射を繰り返し、急激に減衰する。そのため水圧鉄管の振動振幅を抑制することが出来る。
（４）請求項４の発明の効果サージタンク３の一部に設けたバイパス管路８により、サージタンク３内を直進した圧力波が、反射してきてバイパス管路出口においてバイパス管路を進んだ圧力波とぶつかり、サージタンク内部で減少する。そのため当該鉄管の振動は抑制される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−９４１８３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２５９９１７ |
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