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プランジャポンプ脈動による配管振動
- プランジャポンプの脈動により、給水配管と高圧配管が振動し、溶接部に割れが発生しています
- ポンプの共振やエア噛みにより振幅が大きくなっている可能性があります
- 強度計算には繰り返し応力から金属疲労を計算する方法が一般的です
- 溶接・組立技術
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>割れの断面を確認すると具体的に何が分かるのですか？ 溶接が確実な場合、溶接部本体の割れはあまり生じません。周辺部が先ずやられます。もし割れが発生した場合は割れ面を正面から眺めると貝殻状の紋様が見られた場合は疲労破壊になります（割と平滑な面です）。この紋様の様子から割れの起点を求めてゆくことが可能です。紋様が見られない場合は疲労ではなく、何らかの単なる外力（共振もありえます）による破損になります。 鋼製配管のフランジ部、コネクタ部は共振の波は伝播して行くだけの場合が多く、共振は先ず外部との固定部分（クランプ部）で破壊を生じます。バルブなどのフランジ取り付け面の場合は、バルブ本体のボルト締結部とか、ブラケットとかがやられます。ホースの場合は共振そのものがホースの振動を発生し、ホースの補強金網が外部にめくれたりします。 もし、配管の溶接部の破損が共振による疲れ破壊である場合は外部との固定部分が共振のサイクルに対して充分すぎる強度があると考えたりします。また、配管そのものが例えば熱膨張の伸縮などの逃げ場などがない構成の場合は、配管本体の破損（溶接部を含む）もあり得ます。
共振による疲労が原因であれば、測定結果で応力が算出可能です。その数値を元にS-N直線などで検討するのは間違っていません。割れの断面を顕微鏡なりでよく調べてください。 溶接部に割れが生じたという原因は、共振が原因でない可能性もあります。共振の場合は配管のクランプ部 が先ずやられます。溶接の場合は施工不良の可能性も結構高いものです。 #1さんの指摘は、わかりやすくいえば、アキュームレータの利用です。これも一つの対策ですが、共振の性格によっては、対策にならない場合もあります。それ程共振の効果（規模）は大きくなることがあります。 （本当に共振であればその効果が大きい場合、ブラケットが外れる、溶接部ではなく部品そのものに割れが走ったりします。） 改めて溶接部の破断箇所の確認をお勧めします。
お礼
有難う御座います。 #2さん追加で教えていただきたいのですが、割れの断面を確認すると具体的に何が分かるのですか？ 確かに、施工・溶接不良は考えられます。 施工は、工期が短いため少々無理をしてでも付けているのが現状ですね。 溶接は従来、TIG溶接で1層だけでしたが、バックシールドと2層溶接にし、放射線透過試験を抜き打ちで標準化しようと考えています。
回答としては、的外れかも知れませんが、船舶では昔から、ウェアスポンプ、ウォーシントンポンプと言う蒸気を利用した同様のポンプが使われてきました。脈動、振動をなくして、使います。その方法は、ポンプ直後にタンクを設けます。電気の整流回路で使われる、コンデンサーと同じ役目を果たします。タンクの上部には、空気を入れておきます。脈動に対抗して、剛性でこれを押さえ込もうとするのは、良くないと思います。
お礼
早速の回答有難う御座います。 脈動吸収用にアキュームレータは使用していますが、仕様の再検討も必要と考えます。 有難う御座いました。
お礼
解りやすい御説明有難う御座いました。 早速、割れた配管の断面を観察し、疲労破壊かどうか確認してみます。 補足ですが、割れの箇所は、サポートやバルブの荷重が掛かる継手部（エルボやティー）の溶接が大半です。 配管の固定方法は、5年前にUボルトから樹脂クランプ（NHK製）にし半減しました。