ホースが振動する原因について

質問

配管と配管の間にU字でホースをつないでいるのですが、
そのホースが振動(脈動)します。
1s間に2回程度上下に約100mm振れます。
振動は回路内の増圧ﾊﾞﾙﾌﾞが作動(280kgf/mm^2→700kgf/mm^2)したときのみです。
ﾎｰｽ径が拡大収縮するからでしょうか？
発生する要因をご教示いただきたく。
このホース振動により配管がずれるようです。
どなたか分かる方回答よろしくお願い致します。

回答No.5

noname#230359

詳細情報で、イメージが少し変わりました。

★ 増圧弁（圧力面積差で作動するレシプロ式バルブ？？）
★ バッファタンク< 脈動（ウォーターハンマー）の抑制 >
★ 減圧弁
★ 自在ホース <振動吸収、振動の縁切り>

の構成ですか？

増圧弁のウォーターハンマーですが、連続して一定に発生する脈動ですか？、…。

補足

しばらく出張していたため返答が遅れました。
大変申し訳ありません。
お問い合わせの件、
1)増圧弁は面積差で作動するﾀｲﾌﾟです。
2)作動油ﾀﾝｸにはﾊﾞｯﾌｧが入っています。
3)減圧弁はありません。
4)概略構成は、
　増圧弁-切換弁-ﾎｰｽ-ﾁｭｰﾌﾞ-ﾎｰｽ-切換弁-ﾎﾟﾝﾌﾟ-ﾀﾝｸとなっています。
5)20回/sで約2秒間脈動が発生します。
　はさみを開閉させるのですが、閉じる際に力が必要なため増圧させます。
　その時に上記の脈動が発生します。開くときは発生しません。

回答No.4

noname#230359

発生要因は、水撃（ウォーターハンマー）です。

数年前？原子力発電所で、某重工（日本を代表する）が設計したホースが
振動で破損 ⇒ 事故が発生しています。

高圧なので、対策をした方が良いと考えます。

お礼

早々の回答ありがとうございます。
内容を補足しますと、
増圧ﾊﾞﾙﾌﾞはｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ側に取付けられており、
ﾎｰｽに280kgf/cm^2以上の圧力はかかりません。
しかしながらｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ増圧時に振幅60kgf/cm^2程度の脈動が発生し、
それがﾎｰｽを上下に振れます。

ﾎｰｽ内径を25.4mmとすると、
ｳｫｰﾀｰﾊﾝﾏｰとは、
+振れ圧力でまっすぐになろうとする力と
-振れ圧力で縮まろうとする力で、
それぞれPI()/4×2.54^2×60=300kgfの力が発生しているのでしょうか？

回答No.3

noname#230359

ホースは内圧がかかると拡大するので、液体の体積弾性率を等価的に下げて、管内の音速を下げます。このため、管路の強進展が下がり、振動モードが変わります。しかし、７００ｋｇｆ/ｍｍ＾2はかなりの高圧ですね。
ホースが持ちますか？　管路径はいくつでしょうか？

280kgf/cm^2でしたか。それでも高圧ですね。計算している場合ではなさそうです。ホースは補強コードで耐圧性を持たせますが、取り付け金具カシメ部分に圧力変動と変位強制を繰り返し入力すると　（特にねじり方向）耐久性が低下します。　レイアウトを変更すべきですね。
６０ｋｇｆ/ｃｍ＾２の圧力変動からの計算は　間違っていますが、
正確な計算は　コードバイアスなどパラメータが多いので、レイアウトごとに　台上計測で求めたほうがいいと思います。

補足

早々の回答ありがとうございます。
勉強になります。
補足しますと、
増圧ﾊﾞﾙﾌﾞはｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ側に取付けられており、
ﾎｰｽに280kgf/cm^2以上の圧力はかかりません。
しかしながらｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ増圧時に振幅60kgf/cm^2程度の脈動が発生し、
それがﾎｰｽを上下に振れます。
ﾎｰｽ内径を25.4mmです。
振れるホースの力はどのように算出したらよいのでしょうか？

回答No.2

noname#230359

現象としては圧力の急激な変化による水撃（ウォーターハンマー）でしょうね。

●圧力変化の波が伝搬して終端で反射し跳ね返ってくることで振動を起こしてる。

●それがきっかけとなりホース曲げ部の長さ方向の固有周波数の振動を促し、流れの渦がエネルギーを供給して振動を持続させている。

流体力学は頭から抜けてますので、これ以上は説明出来ません。。。。調べてください。

対策として、
・圧力変化を緩和する。
・固有振動数をずらす。どちらでも良いが、励振する作用が強ければ上げるのが良いか？
・ダンピングさせる。

取り敢えず、パイプ曲げ部に何らかの支えを付けることでしょうか？

お礼

早々の回答ありがとうございます。
ｳｫｰﾀｰﾊﾝﾏｰ勉強してみます。
助かります。

回答No.1

noname#230359

よく洗車などをする時に、水道用ゴムホースにいきなり蛇口を開くと
まるで生き物がのたうち回るかのように動くことを経験で知っている
理論的に説明するもは私には少し難しいが、原因は増圧バルブの動作と
ホースを使っている事が原因というのは、明白と思われます。従って、
自在に動かない配管にするしか無さそうに思います。もし逃げが必要
ならば伸縮継手のようなものを考えられたらよろしいかと思います。
そう、お祭りにある蝶のストロー状玩具は、圧力で直線になろうとする

お礼

早々回答ありがとうございます。
ホースを動かない構造にしたいと考えております。