مدلسازی جاذب دینامیکی ارتعاش در سیستمهای لوله‌کشی با استفاده از نرم‌افزار CAESAR II

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری، هیئت علمی دانشگاه، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا همدان، همدان، ایران

2 کارشناس ارشد، واحد تعمیر و نگهداری، شرکت پالایش نفت کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

3 کارشناس ارشد، آموزش و پرورش کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

4 دکتری، واحد مهندسی طرحها، شرکت پالایش نفت کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

ارتعاشات خارج از محدوده مجاز در سیستمهای لوله‌کشی فرآیندی به دلیل ایجاد بارهای نوسانی منجر به خستگی، شکست و در نهایت توقف در تولید می‌شود. مطالعه حاضر بر روی کاهش ارتعاشات در یک سیستم لوله‌کشی واقعی در پالایشگاه نفت انجام شده است. سیستم با در نظر گرفتن دامنه جابجایی ماکزیمم لوله و فرکانس مربوطه در نرم‌افزارCAESAR II مدلسازی شده و تنشهای وارد بر فلنجها و تکیه‌گاهها، فرکانسهای طبیعی و شکل مودهای سیستم در تحلیل دینامیکی استخراج می‌گردد. جهت کاهش ارتعاشات، تیر یکسرگیردار با جرم متمرکز در انتها که در این مقاله beam DVA نام‌گذاری می‌شود، به عنوان جاذب ارتعاش طراحی و سپس کل مجموعه در نرم‌افزار CAESAR II مدلسازی می‌گردد. نتایج مدلسازی نشان می‌دهد استفاده از beam DVA با مشخصات بهینه می‌تواند منجر به کاهش 73% درصدی دامنه جابجایی در لوله شود. جهت صحه‌گذاری بر نتایج، beam DVA ساخته و در سیستم لوله‌کشی واقعی نصب می‌شود. اندازه‌گیری‌های تجربی نشان می‌دهد با نصب beam DVA سطح ارتعاشات لوله به میزان %69 پایین می‌آید. لذا تطابق قابل قبولی مابین نتایج مدلسازی و تجربی وجود دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of piping system with dynamic vibration absorber using CAESAR II

نویسندگان [English]

  • mahdi karimi 1
  • arash sharifi 2
  • Naghmeh firoozfam 3
  • mehrdad shemshadi 4
1 Department of Mechanical Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
2 Department of maintenance, Oil refinery, Kermanshah, Iran
3 Mathematics teacher, Department of Education, Kermanshah, Iran
4 Department of engineering, Oil refinery, Kermanshah , Iran
چکیده [English]

Vibrations exceeding the permissible limits in piping systems causes cyclic loads that lead to fatigue, damage, and fracture. The present study addresses vibration reduction in an actual piping system in a petroleum refinery. CAESAR II was used to model the piping system based on the maximum displacement and the corresponding frequency. The stresses exerted on the flanges and supports, displacements, natural frequencies, and system mode shapes are obtained from dynamic analysis. To reduce vibrations, we propose a cantilever beam with a lumped mass at the free end (named a “beam DVA” in this paper) as the vibration absorber. CAESAR II’s dynamic analysis results indicate that using an optimal beam DVA can lower pipe displacement by 73%. Next, the beam DVA is constructed and installed in the actual piping system to validate the modeling results. Experimental measurements show that installing the beam DVA reduces the vibration level of the pipe by 69%. Hence, a good agreement exists between the modeling and experimental results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vibration
  • Piping System
  • CAESAR II
  • Vibration Absorber
[1] Energy Institute, Guidelines for the Avoidance of Vibration Induced Fatigue Failure in Process Pipework, 2nd ed., 2008.
[2] G. B. Song, P. Zhang, L. Y. Li, M. Singla, D. Patil, H. N. Li., 2016. "Vibration Control of a Pipeline Structure Using Pounding Tuned Mass Damper," American Society of Civil Engineers (ASCE), J. Eng. Mech, Article ID04016031.
[3] Seongkyu Chang, Weipeng Sun, Sung GookCho and Dookie Kim., 2016. "Vibration Control of Nuclear Power Plant Piping System Using Stockbridge Damper under Earthquakes," Hindawi Publishing Corporation Science and Technology of Nuclear Installations; Vol. 2016, Article ID5014093.
[4] Yap Huey Tyng, Ong Zhi Chao, Kong Keen Kuan, Zubaidah Ismail, "Similitude Study of an in-Service Industrial Piping System under High Flow Induced Vibration", Journal of Mechanical Science and Technology, Published by Springer. Vol. 31, pp. 3705-3713, 2018.
[5] Mehrdad Shemshadi, Mahdi Karimi, Farzad Veysi, "A Simple Method to Design and Analyze Dynamic Vibration Absorber of Pipeline Structure Using Dimensional Analysis", Journal of Shock and Vibration, Vol. 202, 2018.
[6] M. Jamuna, and K. Ramanathan., "Design and Analysis of Piping System with Supports Using CAESAR-II," International Journal of Computer and Systems Engineering, 10(5), pp. 980-984, 2016
[7] Bhagwat B. Kedar, and Jayshri S. Gulave., "Mitigations to Flow Induced Vibration (FIV) in Control Valve Piping System using Visco-Elastic Damper & Neoprene pads, International Journal of Science Technology & Engineering, 3(7), pp. 40-46, 2017.
[8] Anestis P. and MohamdI A., "Piping Evaluation of Flow Induced Vibrations using Harmonic Loads," Proc. Pressure Vessels and Piping Conference, Prague, Czech Republic, 2018.
[9] Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf, VDI 3842:2004-6 Vibrations in piping systems, 2004.