ケーススタディ：配管支持構造における共振

 

はじめに

大型商業用チラーは施設運営にとって重要であり、広範な配管ネットワークを通じて何千トンもの冷却を供給します。機械自体は信頼性を考慮して設計されていますが、周囲の支持構造はより脆弱である可能性があります。JetTech Mechanicalは、アリゾナ州のステートファーム・アリーナで定期的な振動分析を行うよう依頼されました。このアリーナでは、共通の冷水ヘッダーに接続された6台のチラーを運転しています。

 

ハードウェア

定期的なデータ収集は、以下のハードウェアを使用して行われました：

分析

定期的な振動データ収集の際、過剰な振動が検出されました—冷凍機本体ではなく、配管支持構造でです。最新のユニットであるTrane 862 kW（約1,156 HP）のチラーは、4160 V・3570 RPMで稼働しており、既存のチラーと並んでヘッダーに配管されていました。冷却水ラインはH型鋼の支柱で支持されています。支柱はしっかりしているように見えましたが、振動モニタリングではそうではないことが明らかになりました。

根本原因を確認するために、JetTechチームは次のハードウェアを使用してインパクトテストを実施しました。

衝撃試験により原因が確認されました：構造共振です。結果は、H型鋼支持材が約59〜60 Hzの固有振動数を持っており、チラーのモーターの運転速度3570 RPM（59.5 Hz）とほぼ同一であることを示しました。チラーが稼働中、支持フレームの上部での振動は、1x運転速度でピーク約0.7 in/secに達しました。振幅は下から上へ増加しており、構造が第一曲げモードで共振していることを示しています。

 

結論

共振がチラーの運転速度で配管支持構造を振動させていることが判明しました。チラー自体には影響はありませんでしたが、修正しないままだと施設は重大な構造的リスクに直面する可能性があります。

潜在的な長期的影響には以下が含まれます:

• 配管がマウントにこすれて、断熱材や配管の壁がすり減っている
• 溶接部およびアンカーの疲労亀裂
• 緩んだハンガーと配管支持
• 冷却水配管に穴が開くリスクがあり、壊滅的な洪水につながる可能性があります
• フランジおよびノズル接続部の漏れ

ジェットテックは是正措置として以下を推奨しました:

• 自然周波数を約75Hz以上に上げるために、ガセット、クロスブレース、またはタイバックで支持フレームを強化すること
• 制約層材料や粘弾性パッドを使用した制動の追加
• フレームの上部近くに、約60 Hzに調整された調整済み質量ダンパー（TMD）を設置する
• スプリングハンガーまたはアイソレーターで配管を隔離する（ノズル荷重の制限内で）
• バランス／位置合わせの確認による励起の低減

 

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