2017 Fiscal Year Research-status Report
減圧弁を用いたパイプラインの圧力脈動と疲労破壊の機序解明および防止策の確立
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15K07650
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
稲垣 仁根 宮崎大学, 農学部, 教授 (30325732)
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2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 減圧弁 / 低圧化パイプライン / 自励振動的圧力脈動 / 固有振動周期 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究での成果は，減圧弁の設置位置により規定される低圧化パイプラインの固有振動周期と自励振動的圧力脈動発生の関連を明らかにし，自励振動の発生予測とその対応策を提供するものである．
①減圧弁に起因する自励振動的圧力脈動の成長メカニズムの解明
現地実測のデータと数値モデルによる再現計算を用いて検証を行い，低圧化システムの下流部に微小な圧力変動が発生する場合，減圧弁がこの圧力変動を増幅して上流側に伝播すること，さらに，減圧弁が管路の中間地点に設置されている場合には，減圧弁上下流部の圧力変動が管内を往復する間に，上流部において自励的圧力脈動として成長する可能性があることを明らかにした．さらに，バルブに作用する水圧の増加により通水面積が減少するような特性のあるバルブが，下流端に設置されている場合には，減圧弁下流側における外乱発生の要因となることを示した．
②管の固有振動周期に基づいた自励振動的圧力脈動の発生予測
減圧弁を管路の中央に設置した低圧化システムについて，管路の固有振動周期を管路の伝達マトリックスによる方法と現地計測した波形のスペクトル解析による方法により求めた．減圧弁の上下流部の固有振動周期は，ほぼ同じであり，自励振動的な圧力脈動現象の発生は，減圧弁を挟んだ上下流の管路の固有振動周期の一致に起因すること，さらに，管路の固有振動周期の理論値は，管路の周期性を示す指標となることを明らかにした．パイプラインの施設諸元を用いて，固有振動周期に基づく，自励振動的圧力脈動発生の可能性の評価方法を提案した．さらに，安全弁やエアーステッキの設置により，管路の圧力振動周期の同期を防ぐことで，自励振動の発生を抑制できることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
自動減圧弁を用いた低圧化パイプラインの自励振動的圧力脈動の発生について，「減圧弁に起因する自励振動的圧力脈動の成長メカニズムの解明」と「管の固有振動周期に基づいた自励振動的圧力脈動の発生予測」の研究を完了し，減圧弁の設置位置により規定される低圧化パイプラインの固有振動周期と自励振動的圧力脈動発生の関連を明らかにして，自励振動の発生予測とその対応策を提案している．
塩化ビニル管の疲労破壊試験については，実験を継続中であるが，データ収集に長期間を要しており，データ分析に至っていないため，今後もデータ収集を継続する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
自動減圧弁を用いた低圧化パイプラインの自励振動的圧力脈動の発生については，研究成果が学術論文として公表され，まとまっている．
塩化ビニル管の疲労破壊試験については，実験を継続中であるが，データ収集に長期間を要しており，データ分析に至っていないため，今後もデータ収集を継続すると同時に，破壊靱性試験の実施を検討する．
破壊靱性は，亀裂が生じた場合の亀裂伝播に対する材料の抵抗性を表す特性であり，塩ビ管のひび割れ拡大に対する抵抗性（強靱性）を測定して，管の靱性レベルを評価することで，紹介の破損事故発生の可能性を予測する．
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| Causes of Carryover |
塩化ビニル管の疲労破壊試験については，実験を継続中であるが，データ収集に長期間を要しており，データ分析に至っていないため，今後もデータ収集を継続するための諸費用を必要とした．
さらに，新たに，破壊靱性試験の実施を検討しており，実験装置作成等に必要な費用を確保している．
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