JPH04184231A - 配管装置の締結構造及びその方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、機器と配管装置とを管フランジを介して接続
するようにした高圧配管装置に使用して最適な配管装置
の締結装置及びその方法に関する。

（従来の技術） プラント装置或いは産業機械等の制御機器においては、
機器のコンパクト化及び高性能化の要求から、機器の作
動油圧の高圧化が進んでいる。

ここに、油圧発生装置と機器間の作動油の接続、或いは
機器と機器間の作動油の接続には、配管装置を用いるこ
とが一般に行われ、配管に鋼管を用いた場合の殆どは、
機器と配管との継手として、管フランジが用いられてい
る。この管フランジの構造は、高圧化に対応したフラン
ジ設計となっているが、この管フランジの機器への締結
がうまくいかないと油洩れ等のトラブルを起こすことに
なる。

フランジ継手においても、配管内を流れる流体、或いは
流体の圧力によって、フランジの形状、シール材等を変
化させることが広く行われている。

例えば、低圧の油、水、蒸気等の流体の場合、フランジ
の形状としては全面座の管フランジで、シール材として
シートパツキンを用いることが一般的であり、高圧の油
の場合は、Ｏリング溝付の油圧用管フランジを用い、シ
ール材としてＯリングを用いることが一般的である。ま
た、高圧の蒸気の場合、溝付管フランジを用い、シール
材としてスプパイラルガスケットを用いる場合が多い。

いずれにしても、配管内を流れる流体の圧力が高くなる
と、継手でのシール性が、プラント或いは装置の信頼性
を左右することになる。

この継手でのトラブルは、締結作業時の管理方法に起因
するものと、フランジの材料或いはシール材の品質に起
因するものとがあるが、フランジ材或いはシール材につ
いては、年々改良されてきており、その頻度は非常に少
なくなってきている。

しかし、締結作業は作業者の技能に頼るところが多く、
それ程改善されていないのが現状である。

第７図及び第８図に従来の一般的な上記管フランジを用
いた配管装置の締結構造を示す。また、同図によって従
来一般に行われている管フランジの締結方法について説
明する。

機器１の管フランジ取合部には、流体通路用穴１ａと締
付はボルト２を介して管フランジ３を締付は固定するた
めのボルト穴１ｂが形成されている。この機器１の管フ
ランジ取合面は、管フランジ３及びシール材である０リ
ング４とのシール性を良くするために仕上げ精度が良く
なるような仕上げ加工が施されている。また、管フラン
ジ３と配管５とは、溶接６で結合されている。

ここに、管フランジ３と配管５とを溶接６て接合する際
、管フランジ３のシール面に熱による変形が生じる。こ
のため、溶接後の管フランジ３のシール面を機械加工で
修正することが一般に行われている。また、機器１と管
フランジ３とのシール面は、シール材であるＯリング４
を挿入しない状態で、当りの確認を行うことも一般に行
われている。

そして、この当り確認後、管フランジ３に設けられたＯ
リング溝りａ内にＯリング４を挿入した後、締付はボル
ト２を介して機器１に配管５を溶接６によって接合した
管フランジ３を締付は固定するのであるが、この締付は
ボルト２の締付は力は、トルクレンチによって管理され
る。そして、この締付はボルト２を締付けた後、この締
付はトルク値を記録用紙に記録し、その後、機器１と管
フランジ３との間隙を隙見ゲージ等でチエツクし締結作
業を完了するようなされていた。

ここに、高圧配管装置の場合、以上のような浪費を費や
した締結作業管理を行っても、作業上の不具合により油
等の流体の漏洩を起こすことがしばしばである。

このため、締結作業の良否を判定する意味で、締結部に
耐圧をかけ、流体の漏洩を検査することも一般に行われ
ていた。

しかし、０リング４でシールを行った場合、管フランジ
３の片締めの状態によっては、耐圧試験では確認できな
いことも、締結作業の健全性を確認する上で大きな障害
となっている。

第９図は、健全な締結状態におけるＯリング４によるシ
ール状態を示す。

渡体７が配管５側から機器１側に流れ、締結部に内圧が
かかると、機器１と管フランジ３の接合面に僅かな間隙
が生じ、流体７はこの間隙からＯリング４側に流れ込み
、０リング４は、管フランジ３の０リング溝３ａの外周
側面に向かって押出される。このため、０リング４は、
機器１と管フランジ３との接合部の僅かな間隙を塞ぐ形
に変形しシールするのであるが、隙間は僅かであるので
、Ｏリング３のかみ込み現象は生じない。従って、長時
間運転されても、締結部の形状はそのまま保持され、締
結部からの漏洩は生じない。

第１０図は、片締め状態における０リング４によるシー
ル状態を示す。

流体７が配管５側から機器１側に流れ、締結部に内圧が
かかると、Ｏリング４は管フランジ３の０リング溝３ａ
の外周側面に向かって押出されると同時に、管フランジ
３が片締めのため、管フランジ３は、内圧によって機器
１と管フランジ３との接合部を押し拡げる方向に動き、
機器１と管フランジ３との接合部に隙間が生じる。この
隙間が大きいと、０リング４と管フランジ３のＯリング
溝３ａの底面との間に圧力が加わり、Ｏリング３は機器
１側に押し上げられながら、機器１と管フランジ３の隙
間を塞ぐようにＯリング４は変形する。つまり、かみ込
み現象が発生する。

しかし、かみ込み現象が即０リング４の破断、流体の漏
洩に到る訳でなない。もし、即０リング４の破断に到る
のであれば締結後の耐圧試験で締結部の健全性が容易に
確認できるが、０リング４のかみ込みによる破断は、か
み込み量によって破断までの時間が異なってくる特異性
があるために耐圧試験時に漏洩の確認ができる場合とで
きない場合とが生じる。

即ち、このかみ込み現象が発生すると、０リング４に流
体７の圧力が働いて、機器１と管フランジ３との間隙に
押し込まれていく。そして、Ｏリング４の弾性限度内で
は、０リング４は破断せず間隙を塞ぎ流体の漏洩を防い
でいるが、０リング４の伸びが弾性限度を越えると、０
リング４は内圧に耐えきれず破断し、流体の漏洩に到る
ことになるのである。

以上のように、高圧配管装置における管フランジの締結
作業は、確実に行われない限り漏洩トラブルを起こすこ
とになり、またその管理も、片締めの状態によっては耐
圧試験では確認できず、人間系に頼らざるを得ないのが
現状であった。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、高圧配管装置における管フランジの締結
作業は、作業者の技能に頼るところが多く、それ程改善
されていない。そのため管理方法の強化に頼らざるを得
ないのが現状であり、例えば締付はトルクの記録、或い
は作業者と監督者とによる締付は状態のダブルチエツク
等がそれである。しかし、いずれも根本的な解決策では
ないのが現状であった。

本発明は、以上のような問題点に鑑み、締結作業時の締
結管理を人間系にのみ頼らず、具体的な数値として管理
するようにしたものを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明にかかる配管装置の締結装置は、機器と配管装
置とをシール材を介在させつつ該機器に面接合させた管
フランジを介して接続する配管装置の締結構造において
、前記シール材の外側の前記機器と前記管フランジとの
間に該管フランジの面圧を検出するための圧電素子を備
えたリング状の検出器を介装したものである。

この発明にかかる配管装置の締結方法は、機器と配管装
置とをシール材を介在させつつ該機器に面接合させた管
フランジを介して接続する配管装置の締結構造において
、前記シール材の外側の前記機器と前記管フランジとの
間に圧電素子を備えたリング状の検出器を介装し、締結
作業完了後、前記検出器の圧電素子の起電力又は抵抗値
を計測することで締結作業後の管フランジの面圧を検出
するようにしたものである。

（作用） 上記のように構成した本発明によれば、管フランジの機
器への締付は作業完了後、管フランジと機器との間に介
装した検出器を介して電気的なチエツクにより締結部の
良否を判断することができ、これにより締結作業の信頼
性の向上及び具体的な検査方法の確立による検査の信頼
性の向上を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第４図を参照して
説明する。

本実施例は、管フランジ３の取合面に形成したＯリング
溝３ａの外側に、締付は状態を検出する検出器８を挿入
するためのリング状の検出器用溝３ｂを設け、この検出
器用溝３ｂの中に検出器８を挿入したものである。締結
作業手順は、前記従来例で説明した方法と同じである。

この検出器８は、第２図及び第３図に示すように、計５
個の圧電素子８ａ〜８ｅをリング状に対角方向に等ピッ
チで配列し、これを配線８ｆで直列に接続するとともに
、一対のリード線８ｇで外部に取り出すようにしたもの
である。そして、この圧電素子８ａ〜８ｅに圧力が加わ
ると、圧電素子８ａ〜８ｅに起電力が発生するか、また
は圧電素子８ａ〜８ｅの抵抗が変化する現象を用いるよ
うにしたものである。

即ち、もし起電力であれば、上記のように圧電素子８ａ
〜８ｅを対角方向に等ピッチで配列しであるため、均一
に締付けが行われれば、検出器８には１ケの圧電素子に
規定の圧力が加わったことで発生する起電力の４倍の起
電力が発生することになる。この圧電素子８ａ〜８ｅは
、加えられる圧力に比例した起電力を発生するため、も
し片線め等、不均一な締付は作業が発生すると、各圧電
素子８ａ〜８ｅには均一な圧力が加わらないため、規定
の起電力を検出することができず、締結作業が完全でな
いことが確認できる。

また、圧電素子８ａ〜８ｅは、これ加わる圧力に比例し
て抵抗値が変化する機能を有しており、この特性を利用
してフランジの締付は状態の管理もできる。

この方法は、上記起電力を用いた場合と同じであり、検
出器８はリング状に対角等ピッチに配列された圧電素子
８ａ〜８ｅを直列で接続して構成されており、管フラン
ジ３が機器１に均一に規定のトルクで締付けた場合、各
圧電素子８ａ〜８ｅの抵抗値は、それぞれ締付は力によ
る圧力に比例した抵抗値を示すことになり、全体の抵抗
値は、各圧電素子８ａ〜８ｅの抵抗値の和となる。

配管装置に使用される管フランジ３は、ＪＩＳ規格等で
決められており、また管フランジ３を締付ける締付はボ
ルト２の締付はトルクも規定されている。従って、規定
のトルクで締付けた場合の管フランジの面圧は容易に算
出することができる。

もし、片線め等の不完全な締結作業が発生すると、圧電
素子８ａ〜８ｅに加わる圧力は、規定の圧力以下となり
、圧電素子８ａ〜８ｅの抵抗値の低減量も少なく、完全
な締結作業を行った場合の抵抗値の和に比べて、高い抵
抗値を示すことになり、締結作業が良好でないことを確
認することができる。

第４図及び第５図は、全面が圧電素子の機能を持った検
出器８′を示す。この場合も、前述の検出器８と同様、
圧力の変化を起電力又は抵抗値の変化として検出するも
のである。

但し、前述の場合は、各圧電素子８ａ〜８ｅを配線８ｆ
で結線していたのに比べ、一体形であるため、検出器８
′の品質の向上を望める利点がある。

起電力の測定及び抵抗値の計測をするための計測器は、
最近の技術の進歩で非常に小形化されており、締結作業
者が容易に携帯することができ、締結作業者の作業性を
落とすことはない。

なお、この計測器に警報設定器等を設けることにより、
規定の面圧で管フランジ３を締付けた場合、正常である
あることを警報等で作業者に指示するようにすることに
より、作業者は直ちにその判断ができることになる。

また、記憶機能を有する測定器を用いることにより、締
付は状態、例えば起電力の値或いは抵抗値として、それ
ぞれの管フランジの締付は状態を記憶しておくことがで
き、後で管フランジの締付は記録を作成するすることも
容易となる。

更に、最近のパソコン等のコンピュータ機能を用いれば
、記録の自動作成も容易であり、また作業後の締付は忘
れ等のチエツクも容易となる。

また、検出器とモニタ装置を接続することで、遠隔で運
転状態における管フランジの締付けの緩みの監視も可能
となる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、管フランジの締付は面
圧と締付は状態（片線めでないこと）を圧電素子を用い
て直接定量的に計測し判断することができ、これによっ
て、従来の目視管理に重点をおいた締結管理方法と比べ
、具体的な評価ができる。従って、従来、人間系に頼っ
た管理から数値管理へと変えることができ、締結管理の
信頼性の向上を図ることができる。

確かに、検出器等の構成品が増えるため、コストアップ
の要因となるが、従来の監督者等による締結管理コスト
等を考慮すると、トータルコストで比較した場合、それ
程のコストアップに繋がるものではない。例えば、プラ
ント装置における制御装置で油漏洩を起こした場合、プ
ラント停止に到ることがしばしばであり、プラント停止
による損害は多大である。しかし、前述したように、制
御装置に要求される機能も複雑化してきており、これに
加えて高圧化へと進んでいる現状では、配管装置の信頼
性は締結管理に左右される。従って、本願発明のような
締結管理が重要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図（第２図のＩ−
Ｉ線断面図）、第２図は第１図の右側面図、第３図及び
第４図は検出器を示し、第３図は平面図、第４図は正面
図、第５図及び第６図は検出器の他の例を示し、第５図
は平面図、第６図は正面図、第７図は従来例を示す断面
図（第８図の■−■線断面図）、第８図は第７図の右側
面図、第９図及び第１０図は０リングのシール状態を示
す拡大断面図である。 １・・・機器、３・・・管フランジ、３ａ・・・０リン
グ溝、３ｂ・・・検出器用溝、４・・・０リング、５・
・・配管、８．８′・・・検出器、８ａ〜８ｅ・・・圧
電素子、８ｇ・・・リード線。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機器と配管装置とをシール材を介在させつつ該機器
   に面接合させた管フランジを介して接続する配管装置の
   締結構造において、前記シール材の外側の前記機器と前
   記管フランジとの間に該管フランジの面圧を検出するた
   めの圧電素子を備えたリング状の検出器を介装したこと
   を特徴とする配管装置の締結構造。 ２、機器と配管装置とをシール材を介在させつつ該機器
   に面接合させた管フランジを介して接続する配管装置の
   締結構造において、前記シール材の外側の前記機器と前
   記管フランジとの間に圧電素子を備えたリング状の検出
   器を介装し、締結作業完了後、前記検出器の圧電素子の
   起電力又は抵抗値を計測することで締結作業後の管フラ
   ンジの面圧を検出することを特徴とする配管装置の締結
   方法。