JP2002310333A - 弁のメンテナンス時期予測方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】弁メンテナンス時期を主にガスケット交換周期
に拘束されることなく適切に設定。 【解決手段】弁に装着したガスケット６からの反力で歪
んだ弁蓋２の歪を歪センサ４で検出し、その検出値から
ガスケット６の面圧をガスケット面圧変換部５３で求
め、その求めた面圧に対応するガスケット６の劣化程度
からガスケットの交換時期をガスケット交換周期予測部
で予測し、そのガスケットの交換予測時期と他の弁構成
部品の各点検時期とのうちまじかに到来する点検時期を
弁メンテナンス時期予測部５５で求めて次回の点検時期
として表示部５６に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁のメンテナンス
時期をガスケットの劣化から予測する方法とそのシステ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】弁のメンテナンスでは、定期的に弁内部
を点検し、ガスケットを交換している。このメンテナン
ス周期は弁内部に異常がなければ、弁箱，弁蓋のフラン
ジ部に設置されているガスケットの交換周期によってい
る。

【０００３】このガスケットの交換はガスケットの製作
メーカからの推奨点検周期（２〜３年）をもとに弁の使
用者で交換周期をきめている。ガスケットは消耗品であ
り、弁を一度分解するとガスケットの劣化程度の如何に
よらずにガスケットを交換している。その為に、いまま
では、そのガスケットの劣化度を調べたことはない。そ
のため、ガスケット交換周期を基に決められた分解点検
時期になれば、正常なガスケットにもかかわらず新たな
ガスケットに交換している場合があり、無駄な分解点検
をしている場合が多々ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現状のガスケット交換
周期を基にした弁のメンテナンス周期では、メンテナン
ス対象弁が多くなること及び、弁が原子力発電所などの
放射線環境下で用いられている場合には、放射線被曝線
量も増加するため、メンテナンスに従事する作業員不足
がでてくる可能性がある。

【０００５】そのため、本発明の目的は、メンテナンス
が必要な分解対象弁を絞り込んで、メンテナンスが必要
な対象弁のみを選択して弁のメンテナンス作業を行うこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の弁のメンテナン
ス時期予測装置は、弁に装着されたガスケットの面圧を
求める手段と、時間の経過と前記ガスケットの面圧との
関係から設定した前記ガスケットの面圧に低下する第１
のメンテナンス時期を予測する手段と、前記ガスケット
に係る前記第１のメンテナンス時期と前記ガスケット以
外の前記弁の他の部品に係る第２のメンテナンス時期と
のうち早く到来するメンテナンス時期を決める手段と、
前記メンテナンス時期を出力又は表示する手段とを備
え、弁に装着されたガスケットの面圧を時間の経過に伴
なって複数回検出し、前記時間の経過と前記ガスケット
の面圧との関係から前記ガスケットの面圧が設定値まで
低下する第１のメンテナンス時期を予測し、前記ガスケ
ットに係る前記第１のメンテナンス時期と前記ガスケッ
ト以外の前記弁の他の部品に係る第２のメンテナンス時
期とのうち早く到来する時期を前記弁のメンテナンス時
期とする方法を実施する。

【０００７】このように、ガスケットの劣化度を時間の
経過に伴なって定期的に検知する必要がある。その手段
として、具体的には、ガスケット締付時の反発力を歪セ
ンサやボルトの超音波探傷により検出し、その反発力の
変化からメンテナンス時期を予測することにより、分解
対象弁を選定する方法とそのシステムを本発明の具体例
として提案出来る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施例について
図面を用いて以下に説明する。図４に示す弁は弁体３１
を上下に駆動して弁を開閉する弁駆動部２１を備える。
弁駆動部２１の駆動力伝達手段は弁蓋２を貫通して弁箱
１内の弁体３１に連結されている。

【０００９】図１のようにガスケット６は弁箱１と弁蓋
２のフランジシール部でその弁箱１と弁蓋２との間に挟
み込まれている。弁蓋２は複数の締付ボルト３により弁
箱１へ締結され、ガスケット６は締付ボルト３による締
付力で弁箱１と弁蓋２とに所定の面圧で接触して弁箱１
からの漏洩を防止する。ガスケットは締付ボルトによる
締付力を受けることによって、ガスケット締付時の反発
力を発生する。この反発力が所定の面圧となって発生す
る。

【００１０】弁蓋２のガスケット６に接触する一部分に
は図１，図２の配置で歪センサ４が埋め込まれる。その
歪センサ４の出力ケーブル４１は弁蓋２から外に出され
て歪信号受信部５１に接続されて、歪センサ４による歪
による検出出力が歪信号としてその歪信号受信部５１に
入力される構成を備える。

【００１１】５２は歪信号受信部５１に接続されてい
て、歪信号受信部から受けた歪信号を増幅する歪信号増
幅部である。５３は歪信号増幅部５２に接続されてい
て、歪信号増幅部５２から受けた増幅された歪信号から
ガスケット６の面圧を求めるガスケット面圧変換部であ
る。このガスケット面圧変換部５３では、予め判明して
いる歪信号とガスケット６の面圧との関係から今回検出
した歪信号に対応するガスケット６の面圧に変換する処
理を行う。

【００１２】ガスケット面圧変換部５３で採用出来る他
の処理方法としては、予め判明している歪信号と締付ボ
ルト３の軸力との関係から今回検出した歪信号に対応す
る締付ボルト３の軸力を求め、次に、予め判明している
締付ボルト３の軸力とガスケット６の面圧との関係から
今回求められた締付ボルト３の軸力に対応するガスケッ
ト６の面圧に変換する、という処理がある。いずれの処
理の場合も、歪センサ４の検出結果に基づきガスケット
６の面圧を求めている点では共通の処理である。

【００１３】５４はガスケット面圧変換部５３に接続さ
れたガスケット交換周期予測部である。ガスケット交換
周期予測部５４はガスケット面圧変換部５３で求められ
たガスケットの現時点の面圧を受けて、過去に求めた面
圧とともに現時点の面圧の各値（図３中の×印にて表示
した。）を図３のようなガスケット６の面圧と時間の経
過との関係のグラフで把握し、予め知り得ているガスケ
ットの劣化曲線４０に過去に求めた面圧とともに現時点
の面圧の値をフィッテングさせた上で、そのグラフを将
来方向に延長させることでガスケットの面圧が、ガスケ
ットの性能を発揮し難くなるしきい値、即ち予め設定し
た面圧に至る時間を求める処理を行う。その求めた時間
をガスケットの交換時期として予測する。

【００１４】５５はガスケット交換周期予測部５４に接
続されて、ガスケット交換周期予測部５４で求めたガス
ケット６の交換時期のデータを受ける弁メンテナンス時
期予測部である。弁メンテナンス時期予測部５５では、
弁の開閉回数などの運転履歴データや弁に関する過去の
点検データから弁を構成する各部の損耗や傷の進展加速
程度等を考慮して割り出された各部の次回の点検時期や
部品交換時期のデータが弁の点検や部品の交換時期ごと
に更新されて記憶されている。弁メンテナンス時期予測
部５５では、弁を構成する各部の次回の点検時期のデー
タやガスケット６の交換時期の情報から最も早く交換乃
至は点検しなければならない部品を判断し、その部品の
点検時期又は交換時期が弁メンテナンス時期として判断
される。その判断に際しては、弁を構成する各部品に、
弁の機能を維持するに重要な度合いに応じて点検や部品
交換の優先度をつけて判断しても良い。

【００１５】このように、弁メンテナンス時期予測部５
５で判断された弁メンテナンス時期は、弁メンテナンス
時期予測部５５に接続された表示器に表示出来る。

【００１６】このような、各部から構成される弁メンテ
ナンス時期予測システムは次のようなことができる。即
ち、弁の弁蓋２と弁箱１の間にガスケット６を入れ、締
付ボルト３で締込むとガスケット６が圧縮し、弁蓋２接
触面にガスケット６の反発力がかかって変位して歪む。

【００１７】ガスケット６の反発力は弁蓋２のガスケッ
ト６との接触部位で歪んで弁蓋２側に埋込まれた歪セン
サ４にてその歪が検出され、ケーブル４１を通して歪信
号受信部５１に受信される。受信された歪信号は歪信号
増幅部５２で増幅されてガスケット面圧変換部５３に送
られて対応するガスケット６の面圧に変換される。

【００１８】そのガスケット６の面圧のデータはガスケ
ット交換周期予測部５４に送られてその面圧データや過
去の同種の面圧データから予測されたガスケット６の交
換時期を求める。

【００１９】その求められたガスケット６の交換時期の
データは弁メンテナンス時期予測部５５に入力されて弁
の他の構成部品にかかわる点検又は部品交換時期との関
係で将来において最初に到来する点検時期又は部品交換
時期を判断する。

【００２０】弁メンテナンス時期予測部５５で判断した
点検時期又は部品交換時期は表示器５６に弁分解点検時
期として表示して弁メンテナンス時期予測システムで処
理した結果を知らせることができる。

【００２１】図５は、本発明に係る弁メンテナンス時期
予測方法の一例を示す図である。超音波を送受信するた
めのセンサを締付ボルトに設置し、音響を送信及び受信
する（図５のステップ１００）。次に受信した超音波波
形（受信波形）を用いて、オーバーラップ法やゼロクロ
ス法などにより伝搬時間を計測する(ステップ１０１)。

【００２２】図６の長さＬ（任意の軸力）の締付ボルト
３の軸方向に超音波７を送信して得られる受信波形の模
式図を、図７に示す。送信波の後ろに締付ボルト３の長
さＬ（任意の軸力）に応じた時間軸上で１回目の反射
波、２回目の反射波と、多数回の反射波が得られる。送
信波からｍ回目の反射波までの時間、またはｍ回目の反
射波とｎ回目の反射波との間の時間（図７中では１回目
の反射波と２回目の反射波との間の時間ｔを記載）が長
さＬ（任意の軸力）の締付ボルト３内を超音波が往復し
た時間である。

【００２３】弁箱１と弁蓋２の間に設置されたガスケッ
ト６は、締付ボルト３を締付けることで圧縮され、その
反発力（ガスケット面圧Ｐ）により、弁内の流体５の漏
洩を防止している。従って、締付けた状態では、締付ボ
ルト３には力（軸力）が加わり、長さＬがΔＬだけ軸方
向に伸びる。

【００２４】その結果として、締付ボルト３の長さＬに
対応する超音波の伝搬時間ｔはΔｔだけ長くなる。ガス
ケット面圧Ｐと締付ボルト３の軸力（もしくは長さＬ）
は比例関係にあり、締付ボルト３の軸力（もしくは長さ
Ｌ）と超音波の伝搬時間ｔは比例関係にある。従って、
あらかじめ夫々の関係（ガスケット面圧Ｐと締付ボルト
軸力（もしくは長さＬ）の関係、締付ボルト軸力（もし
くは長さＬ）と超音波伝搬時間ｔの関係）を求めておけ
ば、超音波伝搬時間ｔから、ガスケット面圧Ｐを求める
ことができる。

【００２５】ステップ１０１で計測した伝搬時間ｔと、
あらかじめ求めておいた締付ボルト軸力（もしくは長さ
Ｌ）と超音波伝搬時間ｔとの関係から、軸力を算出する
（ステップ１０２）。次に、該軸力を、あらかじめ求め
ておいたガスケット面圧Ｐと締付ボルト軸力（もしくは
長さＬ）との関係から、ガスケット面圧Ｐに変換（ステ
ップ１０３）する。

【００２６】ガスケットが劣化するとボルト軸力がかわ
り、それにより、超音波伝播時間ｔ１からｔ２にかわ
る。この変化がガスケット面圧の変化度となる。ガスケ
ットの交換時期を決定するガスケット面圧の下限値を読
み込み（ステップ１０４）、現在のガスケット面圧Ｐが
この下限値に達するまでの時間を、それまでに計測した
ガスケット面圧変化傾向などから予測する（ステップ１
０５）。

【００２７】または、あらかじめ別の試験などにより、
ガスケット面圧の変化モデルを構築し、そのモデルに基
づいてガスケット面圧が下限値に達する時間を予測して
も良い。求めたガスケット交換時期の予測値を弁メンテ
ナンス時期予測部に出力（ステップ１０６）し、メンテ
ナンスが必要かどうかを判断する（ステップ１０７）。

【００２８】もし、メンテナンスが必要な場合には、弁
の分解点検に際して、新品のガスケットと交換するた
め、弁メンテナンス時期予測方法は一度終了し、新たに
初めからのステップとなる。もし、メンテナンスが不要
の場合には、所定の時間経過後（ステップ１０８）、再
び、超音波の送受信（ステップ１００）から繰り返す。

【００２９】図８は、図５の弁メンテナンス時期予測方
法を実施するためのシステム構成の一例を示した図であ
る。図８において、６はガスケットである。超音波セン
サ８を締付ボルト３に設置し、超音波送受信部９からの
信号に基づいて、超音波センサ８から締付ボルト３内に
超音波７を送信する。

【００３０】締付ボルト３底面で反射した超音波を該超
音波センサ８及び超音波送受信部９で受信し、その受信
波形を、伝搬時間計測部１０に送る。伝搬時間計測部１
０では、該受信波形に基づいて、送信波とｍ回目の反射
波、又はｍ回目の反射波とｎ回目の反射波との時間差
（例えば、ｍ＝１，ｎ＝２）を、オーバーラップ法やゼ
ロクロス法で測定する。

【００３１】一方、伝搬時間と軸力関係データメモリ１
６には、あらかじめ求めておいた伝搬時間ｔと締付ボル
ト軸力（又は長さＬ）との関係を記憶しておき、伝搬時
間計測部１０で求めた伝搬時間に基づいて軸力算出部１
１で締付ボルトの軸力（又は長さＬ）を算出する。

【００３２】次に、あらかじめ求めてメモリ１７に記憶
しておいた締付ボルト軸力（又は長さＬ）とガスケット
面圧との関係に基づいて、締付ボルト軸力（又は長さ
Ｌ）をガスケット面圧に変換する。該ガスケット面圧
を、入力するか又はあらかじめ記憶しておいた下限値と
比較して、ガスケット交換時期予測部１４で、交換時期
を予測する。

【００３３】予測したガスケット交換時期を、弁メンテ
ナンス時期予測部１４に送り、ガスケット以外の部分の
状態も考慮して、弁のメンテナンス時期を予測する。そ
の予測結果を、表示もしくは出力する。

【００３４】ここでは、超音波の伝搬時間から、締付ボ
ルトの軸力を求める例を示したが、トルクレンチなどに
より軸力を求めても良い。

【００３５】図９は、図５の実施例に、弁の温度計測の
ステップ（ステップ１０９）を追加し、軸力算出のステ
ップ１０２のなかで温度補正を実施（ステップ１０
２′）することにした一実施例である。

【００３６】締付ボルトの温度が変化すると、その締付
ボルト内を伝播する超音波の音速が変化し、伝搬時間の
変化となって現れ、軸力に誤差が生じる可能性がある。
そこで、締付ボルト３部分の温度を計測し、誤差要因を
補正するようにしたものである。

【００３７】この実施例は、ステップ１００，１０１と
並行して締付ボルト部分の温度を計測（ステップ１０
９）し、その計測結果に基づいて、計測した伝搬時間を
補正することで、軸力を補正する。温度により補正した
軸力を用いること以外は、ステップ１０３以降の処理
は、図５の実施例と同じである。

【００３８】図１０は、図９の弁メンテナンス時期予測
方法を実施するためのシステム構成の一例を示した図で
ある。図１０中の１〜１８（１１以外）の番号は、図８
と同じ装置を示す。温度センサ１９の出力を温度計測部
２０に送信し、該温度計測部２０では、締付ボルト３部
分の温度を求め、軸力算出部１１′に出力する。軸力算
出部１１′では、伝搬時間計測部１０で計測した伝搬時
間を前記計測温度で補正して、軸力を算出する。ここで
は、温度センサを取り付けて測定した温度に基づいて補
正することにしているが、プロセスデータの温度データ
などに基づいて補正しても良い。この軸力の温度補正に
より、ガスケット面圧が精度良く求まり、引いてはガス
ケット交換時期の予測精度が向上する。

【００３９】本発明の実施例によれば、以下の１〜４の
効果が得られる。 １．弁の設置状況，運転状況に応じたガスケットの劣化
予測から、弁の分解点検時期を予測することができる。 ２．不必要な弁の分解点検がなくなる。これにより、メ
ンテナンスコストを下げることができる。 ３．また、一回に分解する対象弁の員数を少なくするこ
とで分解点検が必要な弁の点検が必ずできて、プラント
の信頼性が向上する。 ４．他の弁点検、例えば、運転中に弁開閉し、作動時の
弁棒トルク（モータ電流等に変換）を加味することによ
り、信頼性を確保することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、弁の点検時期をガスケ
ットの劣化を予測して適切な時期に設定出来るので、ガ
スケットの推薦交換時期に拘束された弁の点検時期を解
消出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】歪センサでガスケット面圧変化を検出し、それ
を基に弁メンテナンス時期を予測する本発明によるシス
テム構成の系統図である。

【図２】図１の歪センサの平面配置図である。

【図３】図１のガスケットの面圧劣化曲線図である。

【図４】弁の一部断面表示による斜視図である。

【図５】ガスケット面圧変化を超音波で検出する本発明
による弁メンテナンス時期予測方法のフローチャート図
である。

【図６】図５の実施例の測定原理を説明する図である。

【図７】図６の測定原理による各種超音波波形を示す図
である。

【図８】図７の弁メンテナンス時期予測方法を実施する
ための本発明によるシステム構成の系統図である。

【図９】本発明の実施例による弁メンテナンス時期予測
方法のフローチャート図である。

【図１０】図９の弁メンテナンス時期予測方法を実施す
るための本発明のシステム構成の系統図である。

【符号の説明】

１…弁箱、２…弁蓋、３…締付ボルト、４…歪センサ、
６…ガスケット、７…超音波、８…超音波センサ、９…
超音波送受信部、１０…伝搬時間計測部、１１…軸力算
出部、１２…ガスケット面圧変換部、１３…ガスケット
交換時期予測部、１４…弁メンテナンス時期予測部、１
５…出力部又は表示部、１６…伝搬時間と軸力関係デー
タメモリ、１７…軸力とガスケット面圧関係データメモ
リ、１８…下限値入力又はメモリ、１９…温度センサ、
２０…温度計測部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 正浩 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 熊谷 真 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 (72)発明者 松永 政己 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 Ｆターム(参考） 3H051 AA02 BB03 CC11 CC12 CC14 CC16 CC17 FF10 3H065 BA02 BA07 CA03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁に装着されたガスケットの面圧を時間の
   経過に伴なって複数回検出し、前記時間の経過と前記ガ
   スケットの面圧との関係から前記ガスケットの面圧が設
   定値まで低下する第１のメンテナンス時期を予測し、前
   記ガスケットに係る前記第１のメンテナンス時期と前記
   ガスケット以外の前記弁の他の部品に係る第２のメンテ
   ナンス時期とのうち早く到来する時期を前記弁のメンテ
   ナンス時期とする弁のメンテナンス時期予測方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ガスケットへの弁
   蓋の接触部分に発生した歪を歪センサで検出し、前記歪
   センサで検出した結果から前記ガスケットの面圧を求め
   る弁のメンテナンス時期予測方法。
3. 【請求項３】請求項１において、前記弁の弁蓋と弁箱と
   の間を締結する締付ボルトの軸力を求め、前記軸力から
   ガスケットの面圧を求める弁のメンテナンス時期予測方
   法。
4. 【請求項４】請求項１において、前記弁の弁蓋と弁箱と
   の間を締結する締付ボルトの長さ又は軸力を前記締付ボ
   ルトの長さ方向への超音波の伝播時間から求め、次に予
   め求めておいた前記締付ボルトの長さ又は軸力と前記ガ
   スケットの面圧との関係から前記超音波の伝播時間から
   求めた締付ボルトの長さ又は軸力に対応する前記ガスケ
   ットの面圧を求める弁のメンテナンス時期予測方法。
5. 【請求項５】請求項４において、前記弁の温度又はプロ
   セスデータの温度データに基づいて超音波の伝播時間を
   補正して締付ボルトの長さ又は軸力を補正する弁のメン
   テナンス時期予測方法。
6. 【請求項６】弁に装着されたガスケットの面圧を求める
   手段と、時間の経過と前記ガスケットの面圧との関係か
   ら設定した前記ガスケットの面圧に低下する第１のメン
   テナンス時期を予測する手段と、前記ガスケットに係る
   前記第１のメンテナンス時期と前記ガスケット以外の前
   記弁の他の部品に係る第２のメンテナンス時期とのうち
   早く到来するメンテナンス時期を決める手段と、前記メ
   ンテナンス時期を出力又は表示する手段とを備えた弁の
   メンテナンス時期予測装置。
7. 【請求項７】請求項６において、前記ガスケットへの弁
   蓋の接触部分に発生した歪を検出する歪センサと、前記
   歪センサで検出した結果から前記ガスケットの面圧を求
   める手段とを備えた弁のメンテナンス時期予測装置。
8. 【請求項８】請求項７において、前記弁の弁蓋と弁箱と
   の間を締結する締付ボルトの長さ又は軸力を前記締付ボ
   ルトの長さ方向への超音波の伝播時間から求める手段
   と、予め求めておいた前記締付ボルトの長さ又は軸力と
   前記ガスケットの面圧との関係から前記超音波の伝播時
   間から求めた締付ボルトの長さ又は軸力に対応する前記
   ガスケットの面圧を求める手段を備えた弁のメンテナン
   ス時期予測装置。
9. 【請求項９】請求項８において、前記弁の温度又はプロ
   セスデータの温度データに基づいて超音波の伝播時間を
   補正する手段を備えた弁のメンテナンス時期予測装置。