Pipe Vibrations in Nuclear Power Plants
Merikoski, Mikko (2017)
Merikoski, Mikko
2017
Konetekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-08-16
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201708241742
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201708241742
Tiivistelmä
Pipe vibrations cause significant economic losses and safety hazards in nuclear power plants. Quick detection of and reaction to a pipe vibration problem cuts down the risk of failures and reduces the downtime. To reduce the time needed for solving pipe vibration problems, a holistic study of the field of pipe vibrations is performed in this thesis. Literature review and interviews were used as research methods.
Many handbooks of pipe vibrations exist, however, the problem is that education in mechanics is a prerequisite for understanding. The objective of the thesis was to create a tool and a handbook for solving pipe vibration problems, which can be used without expertise in the area. This thesis contains a theory part where vibration as a physical phenomenon is explained, but understanding of the theory is not necessary to be able to use the handbook. Naturally at some point in the process, expertise and simulations are still needed, nevertheless, the range where no expertise is needed, is extended with the thesis.
A systematic approach was developed to simplify the process. This was realized with a matrix tool which requires only marking of detections of continuous monitoring and findings of investigation of the system. The matrix tool guides the user through the process and recommends following actions. Based on the investigation findings the matrices suggest useful analysis methods and possible mitigation methods for the vibration problem.
Use of the matrices is simple and quick and does not require prior experience in solving pipe vibration problems. The matrices are the core of the thesis and contain references to the sections in the thesis, if the user needs additional information. Therefore, more than half of the thesis focuses on explaining the contents of the matrices. The actions in different phases are explained and a separate chapter of the thesis focuses on the phenomena which cause vibration problems.
As measurements are needed in solving pipe vibration problems, interpretation of basic measurement results is explained in the thesis. In addition, the piping in nuclear power plants vibrates inevitably and the severity of the measured amplitudes must be evaluated. Therefore, allowable vibration levels found from different standards and articles are included. Putkistovärähtelyt aiheuttavat huomattavia taloudellisia menetyksiä ja turvallisuusriskejä ydinvoimaloissa. Nopea ongelmien havaitseminen ja niihin reagointi pienentää vahinkojen riskiä ja lyhentää käyttökatkoja. Jotta nopeampi ongelmanratkaisu olisi mahdollista, diplomityössä käsitellään laajasti putkistovärähtelyjen syitä ja niiden tunnistuskeinoja. Työ tehtiin kirjallisuuskatsauksena, mutta myös asiantuntijoiden haastatteluja hyödynnettiin työssä.
Putkistovärähtelyistä on julkaistu monia käsikirjoja, mutta käsikirjojen ymmärtäminen vaatii koulutusta mekaniikan alalla. Tämän vuoksi työssä kehitettiin putkistovärähtelyjen tunnistamistyökalu, jonka käyttämiseen ei tarvita kokemusta alalla. Työkalua tukemaan työhön kerättiin laajasti tietoa putkistovärähtelyistä ja niiden vaimentamisesta.
Työn teoriaosuus koostuu värähtelyn teoriasta, mutta sen ymmärtäminen ei ole välttämätöntä muun työn ymmärtämiseksi. Tämän työn avulla ei luonnollisesti pystytä ratkaisemaan kaikkia putkistovärähtelyongelmia ilman asiantuntijoita, mutta kehitetyn matriisityökalun avulla on mahdollista selvittää värähtelyongelman tärkeimmät ominaisuudet ilman aiempaa kokemusta värähtelyongelmien ratkaisussa.
Matriisityökalun täyttämiseksi käyttäjän tarvitsee ainoastaan merkitä havaitut poikkeamat järjestelmässä, jonka jälkeen käyttäjä ohjataan tekemään tarkempia mittauksia. Mittauksista saatujen havaintojen perusteella voidaan päätellä ilmiö, joka on aiheuttanut värähtelyongelman. Koko ongelmanratkaisuprosessi ja sen vaiheet on kuvattu työssä siten, että matriisityökalun käyttäjä saa tarvittaessa lisätietoa jokaisessa vaiheessa.
Myös värähtelyongelmia aiheuttavat ilmiöt, niiden tunnusmerkit ja vaimennuskeinot käsitellään työssä kattavasti. Jotta mittaustuloksien perusteella pystytään päättelemään värähtelyä aiheuttava ilmiö, tulosten tulkinta on selitetty työssä. Koska putkistojen värähtelyä on mahdoton täysin estää, standardien ja artikkelien ohjearvoja sallitulle värähtelylle on kerätty työhön.
Many handbooks of pipe vibrations exist, however, the problem is that education in mechanics is a prerequisite for understanding. The objective of the thesis was to create a tool and a handbook for solving pipe vibration problems, which can be used without expertise in the area. This thesis contains a theory part where vibration as a physical phenomenon is explained, but understanding of the theory is not necessary to be able to use the handbook. Naturally at some point in the process, expertise and simulations are still needed, nevertheless, the range where no expertise is needed, is extended with the thesis.
A systematic approach was developed to simplify the process. This was realized with a matrix tool which requires only marking of detections of continuous monitoring and findings of investigation of the system. The matrix tool guides the user through the process and recommends following actions. Based on the investigation findings the matrices suggest useful analysis methods and possible mitigation methods for the vibration problem.
Use of the matrices is simple and quick and does not require prior experience in solving pipe vibration problems. The matrices are the core of the thesis and contain references to the sections in the thesis, if the user needs additional information. Therefore, more than half of the thesis focuses on explaining the contents of the matrices. The actions in different phases are explained and a separate chapter of the thesis focuses on the phenomena which cause vibration problems.
As measurements are needed in solving pipe vibration problems, interpretation of basic measurement results is explained in the thesis. In addition, the piping in nuclear power plants vibrates inevitably and the severity of the measured amplitudes must be evaluated. Therefore, allowable vibration levels found from different standards and articles are included.
Putkistovärähtelyistä on julkaistu monia käsikirjoja, mutta käsikirjojen ymmärtäminen vaatii koulutusta mekaniikan alalla. Tämän vuoksi työssä kehitettiin putkistovärähtelyjen tunnistamistyökalu, jonka käyttämiseen ei tarvita kokemusta alalla. Työkalua tukemaan työhön kerättiin laajasti tietoa putkistovärähtelyistä ja niiden vaimentamisesta.
Työn teoriaosuus koostuu värähtelyn teoriasta, mutta sen ymmärtäminen ei ole välttämätöntä muun työn ymmärtämiseksi. Tämän työn avulla ei luonnollisesti pystytä ratkaisemaan kaikkia putkistovärähtelyongelmia ilman asiantuntijoita, mutta kehitetyn matriisityökalun avulla on mahdollista selvittää värähtelyongelman tärkeimmät ominaisuudet ilman aiempaa kokemusta värähtelyongelmien ratkaisussa.
Matriisityökalun täyttämiseksi käyttäjän tarvitsee ainoastaan merkitä havaitut poikkeamat järjestelmässä, jonka jälkeen käyttäjä ohjataan tekemään tarkempia mittauksia. Mittauksista saatujen havaintojen perusteella voidaan päätellä ilmiö, joka on aiheuttanut värähtelyongelman. Koko ongelmanratkaisuprosessi ja sen vaiheet on kuvattu työssä siten, että matriisityökalun käyttäjä saa tarvittaessa lisätietoa jokaisessa vaiheessa.
Myös värähtelyongelmia aiheuttavat ilmiöt, niiden tunnusmerkit ja vaimennuskeinot käsitellään työssä kattavasti. Jotta mittaustuloksien perusteella pystytään päättelemään värähtelyä aiheuttava ilmiö, tulosten tulkinta on selitetty työssä. Koska putkistojen värähtelyä on mahdoton täysin estää, standardien ja artikkelien ohjearvoja sallitulle värähtelylle on kerätty työhön.