JPH01266366A - 圧力容器の設計方法、及び圧力容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば蒸気原動機プラントにおける熱交換器
などの如く、高圧の流体が流入する鋼板製の容器に係り
、特に、高温高圧流体が流入する圧力容器として好適な
圧力容器に関するものである。

〔従来の技術〕

鋼板製の圧力容器は一般に溶接構成され、その外形は一
般に円筒状９球状、若しくはこれらの組み合わせよりな
り、また、これらの形状の一部を切り欠いた形の平面部
分が設けられる。

第３図は、円筒状の胴体２と、鏡板３と、管板１とを有
する圧力容器の１例を示す外観図である。

従来技術によってこのような圧力容器を構成した場合、
その横断面は第４図の如くである。胴体２は半周を越え
る円弧状断面を有し、管板１は直線状の断面を有してい
る。

本発明において直線状断面とは、厚さを有する直線（即
ち細長い長方形）の意である。同様に、円弧状も厚さを
有する形状の意である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上に述べたように、断面形状が円弧状をなす鋼板製部材
と、断面形状が直線状をなす鋼板製部材とを相互に接合
して圧力容器を構成する場合、その接合部付近に集中応
力を生ぜしめないことが必要である。

このため、従来一般に、第４図に矢印ｒで示した、いわ
ゆるアールを付している。このアールの曲率半径は一般
に板厚寸法程度で、大きくても板厚寸法の数倍程度であ
る。

このような従来技術によっては、圧力容器の耐圧性は主
として上記接合部の強度によって限界が定まり、耐圧性
を上げようとすると胴体部分（断面形状が円弧状をなす
部分）の板厚寸法を増加させるか、又は、使用鋼材の等
級を上げなければならなかった。

板厚寸法の増加は、製造コストを上昇させるのみでなく
、当該圧力容器の支承構造を強固にする必要や、耐震上
の困難を生じ、更゛に、温度が変化した場合に大きい熱
応力を生じさせる。

また、鋼板の等級を上げると、直接的に材料コストを上
昇させるのみでなく、溶接が難しくなり。

溶接欠陥を生じ易くなる。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、その目的
とするところは、断面形状が円弧と直線とによって形成
されている圧力容器の、円弧状部（胴体に相当する部分
）の板厚寸法を増加したり、鋼材等級を上げたりする必
要なく、接合部（円弧状断面を有する部材と直線状断面
を有する部材との接合部）の応力を低減せしめ得る。圧
力容器の設計方法、及び、同じく応力を低減せしめた圧
力容器を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために創作した本発明の基本的原
理について、本発明の一実施例に対応する第１図（Ａ）
を参照するとともに、従来例（第４図）に比較して説明
すると次の如くである。

従来例（第４図）における接続部のアール寸法（矢印ｒ
）は、板厚寸法ｔと同程度であり、胴体２の半径Ｒ＝Ｄ
／２に比して著しく小さい。点０は胴体２の中心である
。

本発明においては、接続部のアールの円弧４を、従来の
技術的常識を超越して大きくとり、Ｒ’＞Ｄ／２とする
。これに伴って、その曲率半径の中心点Ｑは、胴体２の
中心点よりも図の右側（管板１から遠ざかる方向）に位
置せしめる。

この場合、半径Ｒ′を定数として、接続円弧４を単一の
円弧にすると、接続円弧４と円周円弧５との交点に角（
不連続点）が出来、また、接続円弧４と内側直線６との
交点に角が出来る。

そこで本発明は、Ｒ′寸法を変数とし、若しくは中心点
Ｑを非定点として、前記の接続円弧を多重円弧とし、内
周円弧５と内側直線６とを多重円弧で接続する。

〔作用〕

上記の構成によれば、胴体２の内周円弧５と、管板１の
内側平面６とが、極端に曲率半径の大きい接合円弧４で
滑らかに結ばれる。

極端に曲率半径が大きいとは、板厚寸法ｔよりも遥かに
大きく、更に、胴体２の内周円弧の半径Ｒよりも大きい
との意である。

従って、この接続部に応力集中を生じる虞れが無く、胴
体厚さ寸法の増加や鋼板等級の上昇を必要とせずに耐圧
性能を上昇せしめ得る。

〔実施例〕

第１図（Ａ）は本発明に係る圧力容器の一実施例を示す
断面図である。

ｌは、鋼板製の管板で、その内側は内側平面６をなして
いる。

２は円筒状の胴体である。別個の図面を省略して説明す
るが、これと同様の断面形状を有する球状の胴体である
場合にも本発明を適用し得る。

５は、胴体２の断面形状における内周円弧である。

本第１図（Ａ）を立体的に見れば前記の内側直線６は内
側平面である。また本第１図（Ａ）を立体的に見れば前
記の内周円弧５は円筒内周面である。

以下、本項においては、本第１図（Ａ）を平面的に見た
場合の用語を用いて説明する。

点０は胴体２の中心点である。その内周円弧５の半径Ｒ
＝Ｄ／２である。図示の曲線４は、上記の内周円弧５と
内側平面６の直線とを接続する。

第１図（Ｂ）は上記接続円弧の説明図であって、第１図
（Ａ）に示した内側直線６と、内周円弧５とを実線で示
した。

点Ｏは内周円弧５の中心点であり、点ａは内周円ｆｉ５
と内側直線６との交点である。

点Ｏに比して内側直線６からの距離が大きい点Ｑを選び
、Ｒ’＞Ｒ＝Ｄ／２なる半径Ｒ′で円弧Ωを描く、点す
は内側直線６との交点であり。

点Ｃは内周円弧５との交点である。

上記の円弧ｂｃを求めれば、一応は内周円弧５と内側直
線６とを、Ｒよりも大きい半径の円弧で接続できるが、
点す１点Ｃ付近に角（不連続点）が出来る。これを修正
するために次のような設計的手順を履む。

内側直線６上に１点すに関して点ａと反対側に点りをと
り、内側面１Ｉｉ６に垂線を立てる１点Ｓは上記の垂線
と、半径Ｑｑとの交点である。

上記の点Ｓを中心とし、ｓｈを半径として点線円弧口を
描く、この円弧ｑは内側直線６に接して滑らかに繋がる
。

点Ｃの不連続点も、上記と同様にして滑らかに繋がるよ
うに修正する。

このようにして、内周円弧５と、内側゛直線６とを、Ｄ
／２よりも曲率半径の大きい多重円弧で滑らかに接続す
る。

本発明において多重円弧とは、（イ）相互に接する３個
以上の円弧、及び、（ロ）３個以上の円弧の包絡線を言
うものとする。ただし、本発明における円弧とは、半径
の無限大なる円弧（即ち直線）を含むものである。

第１図（Ａ）は、上述の設計手順によって接続円弧４を
構成した圧力容器の一実施例を示す断面図である。

第２図は、従来例の圧力容器（第４図）と、本実施例の
圧力容器（第１図（Ａ））とのそれぞれに内圧を加えた
ときのピーク応力比を示した棒グラフである。

従来例（ｉ）の応力を１として、本例の応力（３Ｘ）は
約０．７である。

比較対照のため、従来例の圧力容器（第４図）の胴体２
の肉厚寸法ｔを１．４倍にした場合の応力を（ｉｎ）に
示す。その値は約０．８３である。

本実施例においては、接続部の円弧を大径の多重円弧と
することにより、胴体肉厚の増加に比して格段に著しく
ピーク応力を低下せしめ得た。

〔発明の効果〕

本発明の圧力容器によれば、胴体肉厚を増加したり、鋼
板の等級を上げたりすることなく、ピーク応力を格段に
低減せしめることが出来る。

また、本発明の設計方法によれば、上記発明に係る圧力
容器を確実、容易に構成して、その効果を発揮せしめる
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧力容器の一実施例を示し、第１
図（Ａ）は断面図、第１図（Ｂ）は設計手順の説明図で
ある。 第２図は上記実施例の効果を示す図表である。 第３図及び第４図は従来例の圧力容器を示し、第３図は
外観斜視図、第４図は断面図である。 １・・・断面形状が直線状をなす部材としての管板、２
・・・断面形状が円弧状をなす部材としての胴体、３・
・・鏡板、４・・・接続円弧、５・・・内周円弧、６・
・・内側直線。 代理人弁理士　　秋　　本　　正　　実第　１　図 （Ｂ”） ＃７２図 第３回 第４Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、断面形状が１個の円弧と１本の割線とを有する鋼板
   製の圧力容器の、円弧と割線とが交わる部分の内周面の
   断面形状を設計する方法において、 前記円弧の半径をＤ／２とし、 該円弧の中心を点Ｏとし、 上記の点Ｏよりも割線から離れた個所に中心を位置せし
   めた、半径Ｄ／２よりも大なる多重円弧によって、前記
   半径Ｄ／２の円弧と割線とを滑らかに結ぶことを特徴と
   する、圧力容器の設計方法。 ２、断面形状が半周以上の円弧状をなす鋼板製部材と、
   断面形状が直線状をなす鋼板製部材とを相互に固着した
   圧力容器において、上記双方の部材の内周面を、前記円
   弧の半径よりも大なる曲率半径を有し該円弧に対して偏
   心した多重円弧によって滑らかに結んだことを特徴とす
   る圧力容器。 ３、前記の断面形状が円弧状の部材は円筒状部材である
   ことを特徴とする、請求項２に記載の圧力容器。 ４、前記の断面形状が円弧状の部材は球状部材であるこ
   とを特徴とする、請求項２に記載の圧力容器。 ５、前記の断面形状が直線状の部材は管板であることを
   特徴とする、請求項３又は同４に記載の圧力容器。