Utmatting i rørsystemer

Abstract

Denne rapporten er todelt i en del om strømningsindusert turbulens, og en del om akustisk utmatting. Dokumentet "guidelines for the avoidance of vibration induced fatigue failure in process pipework" av Energy Institute London har blitt evaluert med tanke på strømningsindusert turbulens, og det er funnet at dette dokumentet gir en bedre tilnærming til problemer knyttet til strømningsindusert turbulens en det anbefalingen fra NORSOK om en øvre grense på det dynamiske trykket. Det er også vist at det og supportere målrettet mot å hindre utsving der det er fare for at det blir påført eksitasjonskraft er en god måte å redusere responsen i rørsystemet. Men dette må undersøkes nærmere med tanke på andre faktorer som påvirker hvordan support blir plassert. Effekten av tykkelsen på spenningsnivået i rørsystemer utsatt for akustisk utmatting er undersøkt gjennom bruk av FE analyse. Analysene hentyder at det forhold mellom tykkelse og spenning som ligger til rette for design grensene som brukes i dag gjennom tr1951 ikke er for konservative. Det er funnet at dette skyldes at faren for utmatting i stor grad avhenger av hvilken mode som eksiteres. Men analysene er utført ved enkelte begrensninger, så det er viktig og nevne at resultatene i denne rapporten bare kan antyde en sammenheng. Analysene har også vist at rørsystemer uten diskontinuiteter har vanskeligere for å bli eksitert av en indre trykkpulsering en det rørsystem med diskontinuiteter har. Dette stemmer bra med empiriske erfaringer der det ikke er registrert utmating i rørsystemer uten diskontinuiteter. Gjennom litteratur har det vist seg at ved hvilken frekvens de høyere ordens akustiske modene avhenger av den indre diameteren til røret. Dette antyder at det i rør med mindre indre diameter kreves høyere frekvenser for å få eksitasjon av de radielle svingemodene, som da senker faren for utmatting som følge av lavere respons.

This rapport is divided into two main parts, on that covers flow – induced turbulence and one that covers acoustic fatigue. The document "Guidelines for the avoidance of vibration induced fatigue failure in process pipework" by Energy Institute London has been evaluated in respect to flow – induced turbulence, and it has been found that this method gives a better approximation to the problems connected to flow induced turbulence than the recommendation given by NORSOK of a maximal design limit of the dynamic pressure. It has also been shown that support placed such that it restricts the movement where excitation forces might be generated, is a good way of reducing the structural response of the piping system. But this has to be investigated further in respect to other factors that affects the support placement. The effect of increased thickness on stress in piping systems exposed to acoustic fatigue has been evaluated through t the use of FE analysis. The analysis indicates that the relationship between thickness and stress that is indicated in the design limits presented in tr1951 is not too conservative. The reason for this is found to be that the stress is strongly dependent on the form of the eigenmode round the non - axial discontinuity. But it is important to point out that the analysis has been executed with certain limitations, and that the solution can only be used to indicate not as an absolute. The analysis has also shown that piping systems without discontinuities is harder to excite with an internal pressure pulsation than piping systems with discontinuities. This correlates well with experiences with acoustic fatigue where there are no registered incidents of acoustic fatigue in piping systems without discontinuities. Through literature has it been shown that the higher order acoustic modes depends on the internal diameter of the pipe. This indicates that in pipes with smaller internal diameter the frequency has to be higher to excite the radial modes of the pipes, this then lowers the danger of acoustic fatigue because of lower response.