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機器と配管の振動対策についてプラントエンジニアが簡単に解説するよ!

2019年12月22日

皆さんこんにちは、プラントエンジニアのヤンです。

今回はプラントを稼働した際に問題になりやすく、一度問題が起こるとなかなか解決が難しい振動対策について説明します。

なお、この記事の内容は私が実際にプラントを据えた際に発生した問題や、対策に基づいて説明していますが、実際の設計や対策は専門家に聞くのがおすすめです。

振動対策の誤解について

まず、ありがちな間違いというか誤解について説明したいと思います。

機器や配管の振動対策はについては大きく分けて2つの方法がありますが、これらは大きく違います。

機械基礎に配管や機器を固定する。

この場合はうまくいけば機器や配管は(ほとんど)振動しません。ただし、失敗したり、無理やりサポートなどを追加すると振動が色々なところに逃げてえらいことになります。

防振架台や防振サポートを使用する。

この場合は基礎や建屋と聞きや配管を縁切りします。そのため、建屋などに振動はほとんど伝わりませんが、機器や配管は振動します。

そのため、機器と配管の接続はフレキを使用したり、配管サポートも全て防振架台にするなど設備全体として振動対策をする必要があります。

つまり強固な基礎に固定するのと防振架台などを使用するのはそもそもの考え方が違うのです。

  • 機械基礎:その基礎の質量で振動を無理やり抑え込む。
  • 防止架台:振動をゴムなどで吸収して振動を絶縁する(伝えない)。つまり機器や配管は揺れるけど建物などに振動を伝えない

ということになります。

これらをよく理解していないと客先要求と違う仕様のものを納入してしまいえらいことになるかもしれません。

では実際の施工方法です。

機械基礎に固定する。

これはその文字が示す通り、強固な基礎に固定します。

振動の大きな機械だと土間コンクリートよりもはるかに厚い鉄筋コンクリートの基礎を作成したりします。

このような設計はゼネコンで設計してくれますが、必ず機器の運転重量(静荷重)と動荷重が必要になります。

動荷重とは機器が振動した際に、基礎に与える力のようなものと覚えておいてください。

機器によっては「静荷重×係数=動荷重」というように係数が決められている機器もあるようですが、念のためメーカーに確認するようにしましょう。

後はゼネコンまかせとなりますが、ゼネコンによっては機械基礎と土間コンをアスファルトや防振ゴムで絶縁するところもありますが、ゼネコンにより考えは様々ですね。

この方法の良いところは建築と同時に基礎の施工もできますし、基礎の上に機器おいて終わりなので(そんな単純じゃないですけど)機器の据え付けも楽な点があります。

ただし、もしこちらから提示した条件が違っていたり、ゼネコンの設計がミスしていたりすると振動が発生してえらいことになる事があります。

防振架台

専用の防振架台の上に機器を置くことで、地面と機器を絶縁します。その為この方式だと床が本当に振動しません。

こちらも同様に 必ず機器の運転重量(静荷重)と動荷重が必要になり、さらに重心位置も防振架台メーカーに提示する必要があります。

また防振架台自体が結構な値段がします。

ちなみに、防振架台を入れたからといって機械基礎を薄くできる事はありません。最低でも静荷重を支える強度+αの強度が必要です。

その為、場合によってはかなりな高額になる事もあります。

この方法の良いところは、地面と完全に絶縁するので機器の近くでもほとんど振動を感じません。

ただし、この方法は「機器はある程度揺らして防振ゴムなどで振動を吸収する」という感じなので、そのまま配管をつなぐと配管は振動します。

そのため、フレキによる絶縁や場合によっては配管サポートなども防振施工する必要があります。

防振対策の失敗例

強固な機械基礎や防振架台で防振対策をしてもその後の施工では不具合を生じる可能性があります。

ここでは私が実際に経験した不具合を紹介します。

配管サポート位置の間違い

せっかく機械基礎の上に据え付けたのに、フレキで絶縁する前の配管から配管サポートをこれまた土間コンにアンカーを打ち込んだので、そこから振動が逃げてしまいました。

おかげでそこらじゅうの配管が振動して、ひどいところは配管が割れてしまいました。

もうこの時は大変で試運転が夜だったので、昼間に振動する部分に配管サポートを追加していったのですが

  • 夜:あそこが揺れてる!
  • 昼:配管サポート追加。
  • 夜:今度はあそこが!
  • 昼:配管サポート追加
  • 夜:今度はこっちが・・・。

みたいな感じでいたちごっこのような感じにあり、結局丸々1週間を対策工事に当てていました。

それからはフレキで絶縁してからサポートを取るように徹底しました。

回転数変更による共振

ルーツブロワを防振架台の上において使用していましたが、プラント全体のバランスを考えて、ルーツブロワの風量を下げる事にしました。

その為プーリーを交換して運転した所、防振架台の振れ止めに衝突するくらいの振動が発生しました。

防振架台のメーカーの担当者によると、回転数が変わったことにより振動も変わったので運悪く共振したとの事。

絶縁ゴムの位置を変更したりしましたが全く解決できなかったので、結局プーリーを元に戻し問題を解決しました。

今となってはいい経験ですが、当時はかなり焦りました。

振動対策まとめ

振動対策は事後で対応しようとするとかなりな労力・時間・お金を消費する事になります。

また、せっかく対策をしてもその後の工事の仕方では振動が発生してしまうことがあります。

設計段階から基礎や架台だけでなく配管サポートの位置や、機器の使い方なども考慮して設計する事が必要です。

不明確な部分は専門業者に聞くこともおすすめです。

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