JPS62194088A - ベロ−ズ型伸縮管継手 - 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、プラント等の配管系に使用されるベローズ型
伸縮継手に係り、特にベローズの端部をとめる短管等と
の接合に溶接を用いずに接合するに好適な接合方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

原子カプラント又は化学プラント等において。

配管が高温で使用される場合には、配管はその周辺環境
の温度変化、あるいは管内を流れる流体の温度変化によ
って熱膨張又は収縮する。これによる配管の寸法変化に
よって配管に過大な応力が生じたり、機器類に大きな荷
重を与えたりして配管・機器を破損させる可能性がある
。このため寸法変化を吸収する手段を講じなければなら
ない。このような問題を回避するために、ベンド等によ
る配管引用しやベローズ型伸冷管継手が一般に用いられ
る。このうち、ベンド管による配管引用しは、そのため
の一定のスペースが必要であり、スペースが制限された
経済的配慮も必要とする大規模プラントになると実際的
でない。

ベローズには一層ベローズと二層以上の多層ベローズが
あり、多層ベローズはベローズ表面に生じる応力を軽減
するために用いられる。即ち、ベローズの表面に生じる
応力σ　はベローズの板厚しに比例し、 σ）（ｔ となる。したがって、ベローズの板Ｊ１′ｉ、を薄くし
、層数を増やせば目的のバネ定数が得られると共に。

応力の軽減が可能となる。さらに、層を複数設けること
により、ベローズ全体の貫通き裂の発生を未然に防ぐこ
とができる。また、各層間の空間をあらかじめ真空又は
加圧して、その圧力変化により各層の破断を検出できる
というメリットがある。

以上のようなことから、原子力又は化学プラント等の配
管系にベローズ、特に多層ベローズ型伸縮管継手を使用
することにより配管の伸縮を吸収し、ベローズに発生す
る応力を低減することができ、また貫通き裂の発生を未
然に防ぐことができるので安全性が大巾に向上する。

このような多層ベローズ型伸縮管継手において。

成形加工が容易な二層ベローズが最もよく用いられてい
る。ところでベローズ１端部を短管２等に接続する場合
には、第８図に示すように突合わせ溶接が一般的に行な
われており、さらに二層ベローズでも第９図に示すよう
に外層ベローズ４と内層ベローズ５の端部を短管２等と
同一箇所で溶接する突合わせ溶接が行なわれている。第
９図の溶接部に拡大図を第１０図に示す、このような二
層ベローズの溶接方法では溶接部におけるベローズ及び
短管等の母材への熱影響はもちろんのこと、片面より溶
接が行われるため短管等に各層のベローズを均一に溶接
することが難しく、溶接部に欠陥が生じる可能性があっ
た。その結果、ベローズ伸縮時の引張及び圧縮変形に対
して強度が低下することがあり、これを極力抑えるため
の溶接作業は熟練を要した。さらに、溶接部の健全性評
価のためのＸ線等による放射線透過試験では二層ベロー
ズの溶接位置が同じであるため、どのベローズに欠陥が
あるか区別できない。そこで、特願昭５８−２２４２３
６に示されるごとく二層ベローズ溶接部の溶接位置をず
らすことにより溶接部の機械的強度の低下を防止し、放
射線透過試験における欠陥の位置を明確にできるような
溶接方法を採ったベローズ型伸縮管継手が考案された。

第１１図はその実施例の一つで、外層ベローズ４の長さ
を内層ベローズ５の長さより短かくシ、それぞれの端部
を短管２に溶接した場合の例を示したものであり。

この逆に外層ベローズ４の長さを内層ベローズ５の長さ
より長くして短管２に溶接した場合もある。

また、第１２図に示すように、一方のベローズを溶接す
る場合に、他のベローズに熱影響を与えないために短管
２に薄い突起６を設け、それをベローズ４と５の間に差
込み溶接するものもあった。

一方、ベローズ本体に、あるいは溶接箇所に欠陥を生じ
た場合等は、一般に溶接箇所またはその近傍等を切断し
、新しいベローズに交換して取付ける際にも２上記従来
例で示したような方法で再度短管等と溶接し、接合して
直していた。

なお、この種の技術として関連するものには例えば特開
昭　　　　　　号がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例ではベローズ、特に多層ベローズを例え各層
のベローズ長さを変えて別々の箇所で短管等に溶接した
としても、各溶接部におけるベローズ及び短管等の母材
への熱影響をまったく回避することはできず溶接欠陥が
生じる可能性がある。

また、溶接箇所が複数となり、特に小口径ベローズの場
合には内層ベローズの短管等への溶接作業がしずらく、
接合部を均一に溶接するのが困難である等、溶接作業工
程の複雑さと作業性の悪さをもたらすとともに、溶接作
業に熟練を要する問題があった。

また、ベローズ取外し交換等に際しては溶接箇所等での
切断作業を必要とし、また切断作業は切断箇所及び周辺
への熱的９機械的悪影響を回避するために熟練を要し、
かつ新しいベローズを取付ける際の再溶接作業時にも、
やはり上記溶接上の１．１ ４．・問題が再度生じていた。

と 本発明の目的は、ベローズ、特に多層ベローズの端部を
短管等に溶接、あるいは切断を行わずに確実に、また熟
練を要さずに短時間に接合、取外しができる接合方法を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題はベローズ、多層ベローズと接合する短管等の
ベローズを二方向形状記憶合金製材料で製作することに
より、達成される。

〔作用〕

二方向形状記憶合金で作られた短管等の多層ベローズと
の接合部は、ベローズを挿入してはさみ込むような溝穴
等を有しており、接合作業時の環境界囲気温度より高い
温度に加熱することによって短管等の接合部の形状が小
さくなり、また逆に十分低い温度に冷却することによっ
て大きくなるように二方向の形状を記憶させ、接合前に
はさみ込むベローズの肉厚よりも大きな巾の溝穴等とな
るように加工する。このようにして作られた短管等の接
合部の溝穴等にベローズ端部を挿入して加熱すると、接
合部は形状が小さくなって溝穴等の内壁面がはさみ込ま
れるベローズの外表面と密着し、接合される。この状態
にあるものを冷却すると、接合部は形状が大きくなって
溝穴等の内壁面がはさみ込んだベローズの外表面より離
れ、外れる。

本発明では、記憶させる形状変化温度を適当に選ぶこと
によって各種作業環境条件に適した加熱。

冷却の温度条件が設定でき、不必要な時に短管等の接合
部の形状が小さくなったり、大きくなったりすることが
防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。実施例で用いる符号は従来例と同部品は同符号で示
しである。第１図は本発明による外層ベローズ４と内層
ベローズ５よりなる二層ベローズの端部と形状記憶合金
製短管７との接合部の断面図である。第２図（ａ）に示
すように、二層ベローズはこの二層の肉厚よりもギヤツ
ブ巾が大きな、また加熱されると形状が変化してギャッ
プｔｆＪが二層の肉厚より小さくなるよう形状を記憶し
たニッケル（Ｎｉ）　　・チタン（Ｔ１）系合金からな
る形状記憶合金製短管７の溝穴８に挿入されている。こ
の状態で加熱すると形状記憶合金製短管７の形状が変化
し、形状記憶合金製短管７の溝穴８の内壁面９が外層・
内層ベローズ４，５の外表面１０に密着するように小さ
くなる。かつ、密着面にかかる圧力により外層・内層ベ
ローズ４゜５のベローズ接触面１１は密着されて第２図
（ｂ）のごとく接合状態になる。第３図は、この時の温
度上昇に伴う形状記憶合金製短管７の形状変化を二層ベ
ローズとの寸法関係で示したものであり、説明をわかり
やすくするために二層ベローズを溝穴８外に図示してい
る。第３図（ａ）に示すように二層ベローズの全肉厚ｔ
より形状記憶合金製短管７の溝穴８のギヤツブ巾ωが大
きく作られている。温度が上昇すると形状記憶合金製短
管７のみが第３図（ｂ）で示すような形に変化し、溝穴
８のギヤツブ巾が二層ベローズの全肉厚ｔよりも小さな
ギヤツブ巾ω′となり、第２図（ｂ）で示した状態が完
成する。この形状記憶合金製短管７に形状を記憶させる
には一旦室温で第３図（ｂ）の形状に加工したものを約
８００℃以上に昇温することにより行なえる。そして形
状が記憶された後、降温しで第３図（ａ）の形状に加工
するものである。前記材質の場合プラント運転中あるい
は停止中の接合部及びその周辺環ｎｔ雰囲気温度より十
分直い、例えば約１００℃に再加熱することにより４温
時の形状させろことができる。なお、第３図に示すよう
に溝穴８の深さｄは変形した時に溝穴８の底部】−２が
第２図（ｂ）に示すように二層ベローズ端の断面部１３
に密着する寸法ｄ′になるようにあらかじめ調整加工す
ることが望ましいが、わずかなすき間が生じてもさしつ
かえない。これは、一般にＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金の
形状回復力が約６０ｋｇ／１ＴＩ１１２に達することか
ら形状記憶合金製短管７の溝穴８の内壁面９と二層ベロ
ーズの外表面１０との密着力が強く、この密着部から内
外環境雰囲気の流体や気体等は侵入せず、溝穴８の底部
１２と二層ベローズ端の断面部１３にわずかなすき間が
生じても問題ないことによる。

第４図は第１２図で示した従来例のにうに形状記憶合金
製短管７に薄い突起６を設けた場合の一実施例を示した
ものである。この場合、形状記憶合金製短管７に外層ベ
ローズ４と内層ベローズ５の端部をそれぞれ挿入できる
溝穴８が二箇所平行に設けられており、接合方法は第２
図〜第３図に示した実施例と同じである。

本発明による形状記憶合金製短管７で接合した二層ベロ
ーズを実プラント等の配管系に応用した場合の実施例を
第５〜第７図に示す。第５図では配管系と接続するため
のフランジ１４を有した接続配管１５の端部を本発明の
形状記憶合金製短管７としたものである。第６図は形状
記憶合金製短管７の両端部に溝穴を設け、一方は二層ベ
ローズの端部を、他方はフランジ１４を有した接続配管
１５の端部を本発明による接合方法でそれぞれ接合した
場合の一実施例であり、第７図は第６図の一部拡大図で
ある。第６図の実施例を用いると形状記憶合金製短管７
と接続配管１５を別々に加工製作でき、第５図に示した
ような接続配管１５の一部を形状記憶合金製配管７に加
工製作する場合の手間と加工費用が軽減できる。

上記実施例は加熱により形状記憶合金製配管７の形状を
小さくシ、二層ベローズの端部を接合する方法に関した
ものであった。しかるに、形状記憶合金製短管７に用い
る材質を日本金属学会誌の特集・形状記憶合金とその応
用（Ｖｏｌ、２４．　＆１）の２５ページに記載されて
いる全方位形状記憶導出熱処理を応用した二方向形状記
憶合金を用いた場合、加熱時のみならず冷却時に形状記
憶合金短管７の形状を変化させることができる。その実
施例を上記で示した第２図で説明する。即ち、第２図に
示したように、形状記憶合金製短管７が加熱によりその
形状が小さくなって第２図（ａ）から第２図（ｂ）へ黒
矢印で示した方向に変化して溝穴８の内壁面９が二層ベ
ローズの外表面１０に密着し接合されるが、逆に第２図
（ｂ）の状態がら、こんどは第２図（ａ）の方向、即ち
白ぬき矢印の方向へ形状が大きく変化して溝穴８の内壁
面９が二層ベローズの外表面１０から離れ、第２図（ａ
）の状態に戻る０本実施例における形状記憶合金製短管
７の材質はやはりＮｉ−Ｔｉ系合金を用い、加熱時の変
化温度は約１００℃で、冷却時の変化温度はプラント運
転中、あるいは停止中の接合部及びその周辺環境雰囲気
温度よりも十分低い温度、例えば運転中、あるいは停止
中の温度が常温以上ならば零度以下でそれぞれの形状を
記憶させておく、これによって得られる利点は、二層ベ
ローズに欠陥が生じた場合や、特に内層ベローズの保守
点検に際し切断作業を行うことなくプラント等の配管系
より簡単に二層ベローズを取り外すことができ、また再
組込みができる。

以上のように、本発明の実施例では本発明をベローズ型
伸縮管継手、特に多層ベローズ端部と短管との接合に適
用した場合について説明したが、本発明はこのほかにも
、原子力や火力、その他化学プラント等の溶接による接
合をさけたい配管等の接合方法として広く適用できるこ
とは勿論である。

〔発明の効果〕

以上記述した如く、本発明による接合方法は多層ベロー
ズ端部と短管等とを溶接、あるいは切断することなく加
熱、冷却することで接合したり取外したりでき、接合作
業や取外し作業に熟練を要すことなく藺導に短時間に確
実に行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の実施例を示し、第３図は第２
図の寸法関係の詳細図、第５図〜第７図は本発明をプラ
ント等の配管系に用いる伸縮管継手に用いた場合の実施
例の部分図、第８図〜第１２図は従来の接合法の実施例
を示した説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プラント等の配管系に使用されるベローズ型伸縮管
   継手において、ベローズと短管等の接合及び取外しに溶
   接や切断を必要としない接合方法を採ることを特徴とす
   るベローズ型伸縮管継手。