圧力容器/配管接合部の応力解析及び密封性能評価

keywords.jpg配管設備,圧力容器,ボルト締結体,密封性能,漏えい 

澤 俊行 

TOSHIYUKI SAWA

division.jpg工学研究院 機械システム・応用力学部門 設計工学講座

position.jpg特任教授

共同研究者 : 関口泰久、大宮祐也

研究概要

研究の背景

各種機械構造物の配管接合/閉止部では目視では確認できないほどの微小な漏えいは常に起きており、この微小な漏えいを考慮した合理的設計法が求められているため。

研究内容

曲げモーメント等の外荷重、ボルト初期締付け力ばらつきが内圧作用下の管フランジ締結体の密封性能や強度に及ぼす影響を各種解析及び実際の管フランジ締結体を用いた漏えい量測定実験により検討する。またボルト初期締付け力の設計指針確立のため解析によって得られたガスケット接触面応力分布を用いて締結体からの漏えい量推定し目標ボルト初期締め付け力と漏えい量との関係についても検討する。

成果

ボルト締付け工具及び締付け手順によって生じるボルト初期締付け力のばらつきにより、管フランジ締結体のガスケット接触面応力分布は大きくばらつくことで、漏えい量が、ボルト初期締付け力が一様な場合と比べ大きくなることが明らかとなった。また、この密封性能の差を検討することで、ボルト初期締付け力を設計するための締付け効率を提案した。

実用化に向けて(想定業界・用途、課題、企業への期待など)

石油精製、石油化学プラント及び電力プラントなどの設備設計において、配管設備が受ける外荷重を想定した合理的フランジ設計及びボルト初期締付け力設計法の確立に貢献すると考えられる。

本研究の特徴・優位性

ボルト初期締付け力と密封性能(微小な漏えい)の関係が明確化され、ボルト締結体の微小な漏えいを考慮した合理的設計法確立に大きな知見を与えている。

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K. Horiuchi, Y. Takagi & T. Sawa, FEM Stress Analysis and the Sealing Performance Evaluation of Pipe Flange Connections Subjected to External Bending Moments and Internal Pressure, PVP2011-57524, ASME

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