DOI QR코드

DOI QR Code

배관 진동저감 마찰 지지대 최적 위치 선정

Optimum positioning of friction support for vibration reduction in piping system

  • 허재석 (부산대학교 기계공학부) ;
  • 장용훈 (연세대학교 기계공학부) ;
  • 백승훈 (부산대학교 기계공학부)
  • 투고 : 2022.09.23
  • 심사 : 2022.11.23
  • 발행 : 2022.11.30

초록

일반적으로 배관에서 발생하는 진동은 배관을 파손시키는 문제를 넘어 배관 파손으로 유발되는 다른 위험한 문제의 원인이 된다. 배관 진동의 원인 분석과 이를 줄이기 위한 수많은 연구들이 존재하는데, 그 중 마찰 지지대를 이용한 배관 진동저감에 대한 연구가 소수 진행되고 있다. 하지만 마찰 지지대에 관한 연구들은 마찰 지지대 성능 예측과 평가에만 집중하였고, 지지대 설치 위치에 따라 달라지는 마찰 지지대의 효과는 고려하지 않았다. 따라서, 본 연구에서는 마찰 지지대의 설치 위치에 따른 배관 진동 저감 효과를 입증하고 전체 시스템의 진동을 줄이기 위한 마찰 지지대 위치 선정 방법을 제시한다. 설계단계에서 최적화 방법을 효과적으로 적용하기 위해 선형 해석으로만 마찰 지지대의 최적 위치를 예측하고, 설계된 마찰 지지대를 시간 영역 해석을 통해 방법론의 타당성을 입증하였다. 또한, 배관 시스템에서 마찰 지지대의 우수한 진동 저감 효과를 정량적으로 해석하여, 지지대 설치 위치를 예측하는 방법의 효용성을 증명하였다.

Vibrations in the pipe system trigger fatigue-related issues and lead to fatal other problems caused by pipe damage. There are numerous studies to analyze and reduce the cause of pipe vibration, among which a small number of studies are being conducted on pipe vibration reduction using friction supports. The study of friction supports, however, focused only on predicting and evaluating the performance of the friction supports and seldomly considered the design perspective of the install location of the supports. Therefore, this study intends to suggest the optimization process for finding the best installation region of friction support to attenuate the vibration of entire piping system. The optimal position of the friction support is predicted only by linear analysis to guarantee optimization efficiency in the design process. The designed friction support location is verified by time domain analysis.

키워드

과제정보

이 과제는 부산대학교 기본연구지원사업(2년)에 의하여 연구되었음

참고문헌

  1. S. H. Lee, S. M. Ryu, and W. B. Jeong, "Vibration analysis of compressor piping system with fluid pulsation," JMST, 26, 3903-3909 (2012).
  2. D. G. Gorman, J. M. Reese, and Y. L. Zhang, "Vibration of a flexible pipe conveying viscous pulsating fluid flow," J. Sound Vib. 230, 379-392 (2000). https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2607
  3. S. Li, G. Liu, and W. Kong, "Vibration analysis of pipes conveying fluid by transfer matrix method," Nucl. Eng. Des. 266, 78-88 (2014). https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2013.10.028
  4. H. W. Lee, S. M. Ryu, W. B. Jeong, H. S. Han, J. W. Ahn, and S. W. Jeong, "Force identification of a rotary compressor and prediction of vibration on a pipe" (in Korean), Trans. Korean. Soc. Noise. Vib. Eng. 20, 953-959 (2010). https://doi.org/10.5050/KSNVE.2010.20.10.953
  5. H. Matsuda, S. Hayama, and S. Yamamoto, "A method for calculating pressure pulsations taking dynamic compressor-piping interaction into account : vibration, control engineering, engineering for industry," JSME, Int. J. 30, 491-499 (1987). https://doi.org/10.1299/jsme1987.30.491
  6. H. Lu, X. Wu, and K. Huang, "Study on the effect of reciprocating pump pipeline system vibration on oil transportation stations," Energies, 11, 132 (2018).
  7. L. Bai, L. Zhou, X. Jiang, Q. Pang, and D. Ye, "Vibration in a multistage centrifugal pump under varied conditions," Shock. Vib. 2019, 1-9 (2019).
  8. K. Kerkhof, "Identification and reduction of piping vibrations in plants," Proc. 38th MPA-Seminar, 516-530 (2012).
  9. J. Tan, S. C. Michael Ho, P. Zhang, and J. Jiang, "Experimental study on vibration control of suspended piping system by single-sided pounding tuned mass damper," Appl. Sci. 9, 285 (2019).
  10. A. E. Mamaghani, S. E. Khadem, and S. Bab, "Vibration control of a pipe conveying fluid under external periodic excitation using a nonlinear energy sink," NODY, 86, 1761-1795 (2016).
  11. N. Duan, B. Fang, and Y. Teng, "Passive vibration control of pipes conveying fluid with parallel nonlinear energy sinks," Proc. ICCAE, 407-412 (2016).
  12. S. K. S. Shokouhi, A. Dolatshah, H. R. Vosoughifar, and Y. Rahnavard, "The influence of viscous dampers on the better performance of water pipelines subjected to near-fault earthquakes," Proc. PVP, 7 (2013).
  13. I. Lopez and H. Nijmeijer, "How important is the friction model on the modeling of energy dissipation," Proc. 5th ENOC, 363-368 (2005).
  14. I. Lopez, J. M. Busturia, and H. Nijmeijer, "Energy dissipation of a friction damper," J. Sound Vib. 278, 539-361 (2004).
  15. V. Barzegar, S. Laflamme, A. Downey, M. Li, and C. Hu, "Numerical evaluation of a novel passive variable friction damper for vibration mitigation," Eng. Struct. 220, 110920 (2020).
  16. H. Jarrahi, A. Asadi, M. Khatibinia, and S. Etedali, "Optimal design of rotational friction dampers for improving seismic performance of inelastic structures," JOBE, 27, 100960 (2020).
  17. C. F. Beards, "The damping of structural vibration by controlled interfacial slip in joints," J. Vib. Acoust. Stress, and Reliab. 105, 369-373 (1983). https://doi.org/10.1115/1.3269115
  18. H. Kobayashi, R. Yokoi, T. Chiba, K. Suzuki, N. Shimizu, and C. Minowa, "Experimental study on seismic responses of piping systems with friction- Part 2: Simplified analysis method on the effect of friction," J. Pressure Vessel Technol. 117, 250-255 (1995). https://doi.org/10.1115/1.2842119
  19. S. V. Bakre, R. S. Jangid, and G. R. Reddy, "Response of piping system on friction support to bi-directional excitation," Nucl. Eng. Des. 237, 124-136 (2007). https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2005.12.012
  20. J. Arguelles and E. Casanova, "Steady-state response of a piping system under harmonic excitations considering pipe-support friction with variable normal loads," J. Press. Vessel Technol. 137, 1-10 (2015).