Zmęczenie akustyczne – Acoustically Inducted Vibration

utworzone przez | 05.11.2023 | Z ŻYCIA RZECZOZNAWCY I PROJEKTANTA

Tego typu zmęczenie jest zjawiskiem, który należy brać pod uwagę także w rurociągach, choć najczęściej jest ono kojarzone z techniką lotniczą. Dotyczy ono przed wszystkim rurociągów procesowych o dużych średnicach większych niż 250 o bardzo dużej prędkości przepływu medium. Spadek ciśnienia na oporach miejscowych są proporcjonalne do kwadratu prędkości, wiec przy dużych prędkościach pojawia się w związku z ich istnieniem także bardzo duży hałas wysokich częstotliwości dochodzący. […]

Tego typu zmęczenie jest zjawiskiem, który należy brać pod uwagę także w rurociągach, choć najczęściej jest ono kojarzone z techniką lotniczą. Dotyczy ono przed wszystkim rurociągów procesowych o dużych średnicach większych niż 250 o bardzo dużej prędkości przepływu medium. Spadek ciśnienia na oporach miejscowych są proporcjonalne do kwadratu prędkości, wiec przy dużych prędkościach pojawia się w związku z ich istnieniem także bardzo duży hałas wysokich częstotliwości dochodzący. Przekłada się on na wibracje obwodowe o niewielkiej amplitudzie, ale wysokiej częstotliwości. W konsekwencji wystąpienia tego zjawiska (ang. Acoustically Inducted Vibration AIV) szybko zostaje wyczerpany zapas zmęczeniowy materiału rurociągu. Najbardziej narażone są rurociągi flar, zaworów bezpieczeństwa turbokompresorów, miejsca lokalizacji zwężeń przekroju takie jak grzybki zaworów regulacyjnych, spawane elementy rurociągu takie jak trójniki, weldolety i podpory.
W latach 80 XX wieku Carrucci i Muller zaproponowali metodę oceny podatności rurociągów na zmęczenie typu AIV, która doczekała się bogatej literatury . Jednym z głównych elementów jest wykres (ważny tylko dla konkretnego typu stali) oszacowujący zakres bezpiecznej pracy rurociągów. Należy zwrócić uwagę, że zgodnie z nim o wystąpieniu zjawiska AVI możemy mówić powyżej 150 dB mocy akustycznej oraz dla średnic większych niż DN 250. Nie oznacza to, że w wypadku konkretnej instalacji, której koszty awaryjnego postoju mogą być olbrzymie, nie należy te dwa warunki brzegowe znacznie obniżyć. Jest to jak zawsze zależy do wiedzy i doświadczenia projektanta. Cały problem jest w prawidłowym określeniu wartości ciśnienia wewnętrznego fali akustycznej generowanej wywnętrz rurociągu podczas wystąpienia zjawiska AIV.

Poniżej przedstawiam prostą symulację działania zmęczenia akustycznego. Jest to odcinek rurociągu zamocowany na dwóch końcach i poddany ciśnieniu wewnętrznemu. Naprężenie zredukowane  w odcinkach rurociągu zmienia się w zależności od częstotliwości, a wartość maksymalną wykazuje przy 1240 Hz.

Sprawdź te powiązane posty