JP2004009117A

JP2004009117A - 複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法

Info

Publication number: JP2004009117A
Application number: JP2002168497A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Okuno; 奥野　寛人; Hideo Koeda; 小枝　日出夫; Teruo Takahashi; 高橋　照夫; Hirobumi Tada; 多田　博文
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】本発明は、４個以上１０個以下の穴が形成された厚肉圧力容器の穴を１個ずつ、又は、１個飛びで自緊することで、局所的な応力集中を避けることを目的とする。
【解決手段】本発明による複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法は、４個以上１０個以下の穴（２）が同心円状に形成された厚肉圧力容器（１）に対し、各穴（２）を１個ずつ又は１個飛びに自緊することにより、応力分布を均一化するようにした方法である。
【選択図】　　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていたこの種の厚肉圧力容器の自緊方法としては、例えば、図２６及び図２７で示される特開平４−１６７９４４号公報に開示された構成を挙げることができる。
すなわち、図２６において符号１で示されるものは、軸心に穴２が形成された円筒状の金属よりなり厚肉圧力容器としての厚肉円筒体であり、この厚肉円筒体１は図２７に示されるようなプレス装置３の基台４上に設置され、このプレス装置３に設けられた硬質金属製のマンドレル５が厚肉円筒体１の穴２内に圧入される。
【０００３】
前記マンドレル５のテーパ部５ａは、プレス装置３によりマンドレルを押込み、もしくは引抜くことにより、前記厚肉円筒体１の穴２がこのテーパ部５ａによって押し広げ（拡開）されて自緊が施され、その内表面近傍に高い圧縮応力を付与することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の厚肉圧力容器の自緊方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の従来方法では、単一の穴を有する厚肉円筒体の自緊は可能であるが、多くの穴が形成された場合の厚肉円筒体に対する自緊のニーズには対応が不可能であった。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、４個以上１０個以下の穴が同心円状に並ぶ厚肉圧力容器に対して自緊を行うことにより、発生する最大応力が低くなり、また、高い圧縮応力を穴内径部に付与することができ、全ての穴を同時自緊する場合よりも自緊治具やプレス装置の規模も小さくできコスト削減を可能とするようにした複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法は、４個以上１０個以下の穴が同心円状に形成された厚肉圧力容器に対し、前記各穴を１個ずつ自緊するか、又は、前記厚肉圧力容器の円周方向に沿って少なくとも１個飛ばした配置の複数の前記穴を同時に自緊した後に残りの前記穴が隣り合わないように自緊する方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法の好適な実施の形態について説明する。尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１において符号１で示されるものは軸心に対して同心円状の位置に穴２が４個形成された円筒状の金属よりなる厚肉圧力容器であり、この厚肉圧力容器１は図２に示されるようなプレス装置３の基台４上に設置され、このプレス装置３に設けられた複数の硬質金属製のマンドレル５が厚肉圧力容器１の穴２内に圧入できるように構成されている。
【０００８】
前記マンドレル５のテーパ部５ａは、プレス装置３によりマンドレルを押込み、もしくは引抜くことにより、前記厚肉圧力容器１の穴２がこのテーパ部５ａによって押し広げ（拡開）されて自緊が施され、その内表面近傍に高い圧縮応力を付与することができる。
【０００９】
図３は、図１の厚肉圧力容器１の平面構成を示しており、図４から図８は各穴２にマンドレル５を圧入して自緊する場合の順序について示している。
すなわち、図４は全ての穴２を同時に圧入（ハッチング状に示す、以下同様）、図５は互いに隣接する２個の穴２毎に圧入、図６は互いに対角位置の２個の穴２に圧入、図７は隣接する１個の穴２毎に順次圧入、図８は対角する位置の１個の穴２毎に順次圧入している。
尚、自緊手段としては、前述のマンドレル又は周知の水圧手段を用いるが、図４の同時方法及び図５のように隣接する穴２を同時に圧入することは避け、図６のように互いに離れた位置、図７及び図８のように１個の穴２毎に圧入を行うと全ての穴２に対して高い自緊の効果が得られる。
【００１０】
次に、前述の図４から図８で行った５ケースの各圧入による自緊（水圧法による圧入方法）は、次の表１の第１表の通りである。
【００１１】
【表１】

【００１２】
すなわち、前述の５ケースについてその自緊の解析を行った。尚、図９及び図１０に示す厚肉圧力容器断面の平面モデルを用いて有限要素法による解析を行った。ただし、全穴同時に加圧する自緊手順に対しては、モデルの対称性を考慮し断面全体の１／８領域のみをモデル化した。自緊時の水圧は１穴当り９０ｋｇｆ／ｍｍ^２とし、この圧力が厚肉圧力容器の内表面に均等に作用するものとして解析を行った。なお、厚肉圧力容器の材料定数は次の表２の第２表及び図１１に示される値を用いた。
【００１３】
【表２】

【００１４】
図１２、図１３にケース１（全穴同時加圧）の解析結果を示す。このモデルに対する解析では、内圧が９０ｋｇｆ／ｍｍ^２に達する前に厚肉圧力容器１が限界耐荷力に達したため、内圧が７６ｋｇｆ／ｍｍ^２の時点で加圧を中止した。同図の相当応力分布に示すように、隣接する穴と穴で塑性領域が連結したためと考えられる。また、自緊終了後における穴周方向圧縮応力の残留領域も小さい。
【００１５】
図１４、図１５にケース２（２穴毎隣接穴順）の解析から得られた相当応力と周方向応力の分布を示す。このモデルに対する解析では、ケース１（全穴同時加圧）の場合と同様に内圧が９０ｋｇｆ／ｍｍ^２に達する前に厚肉圧力容器が限界耐荷力に達した。加圧時（内圧７６ｋｇｆ／ｍｍ^２）の相当応力の分布より、隣接する穴と穴で塑性領域が連結していることがわかる。
【００１６】
図１６、図１７にケース３（２穴対角穴順）に対する解析結果を示す。加圧時（内圧９０ｋｇｆ／ｍｍ^２）の相当応力の分布を見ると、塑性域が外表面まで広がっていることがわかる。また、自緊終了時には、全ての穴においてほぼ均等かつ同心円状に圧縮応力が残留している。
【００１７】
従って、１個の穴２毎加圧のケース４及び５はほぼ同様な結果が得られたためケース５のみの結果を図１８及び図１９に示す。自緊終了時には、全ての穴２においてほぼ均等かつ同心円状に穴周方向圧縮応力が残留している。
以上まとめると、ケース３、４そして５は均等かつ高い自緊効果が得られたのに対し、ケース１と２は自緊手順として不適と判断される。
【００１８】
次に、図２０は６個の穴２を有する厚肉圧力容器を示しており、図２２は円周方向に沿って少なくとも１個飛ばした配置で２個ずつの穴２を同時に自緊し、穴２が６個以上の場合には残りの穴２があった場合には、穴２が隣り合わないように自緊する。
【００１９】
図２１は、６個の穴２の場合において、各穴２を１個毎に自緊を行う方法を示している。
図２２、図２３は、６個の穴２の他の自緊方法を示している。
図２４は、６個の穴２の場合において、３個の穴２毎に自緊を行う方法を示している。
図２５は、６個の穴２の場合において、３個、２個、１個の順で自緊を行う方法であり、何れも隣り合う穴２がない状態で自緊を行う形態である。尚、穴２の数としては、厚肉圧力容器１の形状からみて４個以上１０個以下が好適である。
【００２０】
従って、本発明においては、４個以上１０個以下の穴２が同心円状の位置に並ぶ厚肉圧力容器１を水圧もしくはスエージングにより１つ穴毎もしくは、円周方向に１つ以上飛ばした配置の穴２を同時に自緊した後、さらに残りの穴２が隣り合わないよう順次自緊して行くことにより、穴２が押し広げられた際に発生する構造物全体の最大応力値が、すべての穴２を同時に、もしくは隣り合う穴２を同時に順次自緊する場合と比較して小さくなる。このため、厚肉圧力容器１の局所的な応力集中や塑性変形が防ぐことが可能で、それぞれの穴内径部に作用する残留圧縮応力も均等になる。また、より高い圧力を穴２内径部に付与することができるため、自緊の効果も高くなる。さらに、すべての穴２を同時自緊する場合と比較すると、水圧もしくはスエージングによる自緊治具やプレス装置の規模も小さくなりコストが削減される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、４個以上１０個以下の穴が同心円状に並ぶ厚肉圧力容器を水圧もしくはスエージングにより１つ穴毎もしくは、円周方向に１つ以上飛ばした配置の穴を同時に自緊した後、さらに残りの穴が隣り合わないよう順次自緊するため、穴が押し広げられた際に発生する構造物全体の最大応力値が低くなり、また、より高い圧縮応力を穴内径部に付与することができる。さらにすべての穴を同時自緊する場合と比較すると、自緊治具やプレス装置の規模も小さくなりコストが削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法に適用する厚肉圧力容器を示す斜視図である。
【図２】図１の厚肉圧力容器を自緊する状態を示す構成図である。
【図３】図１の各穴に対して自緊を行う場合の平面説明図である。
【図４】図３において全穴同時自緊を示す説明図である。
【図５】図３において２穴毎の自緊を示す説明図である。
【図６】図３において２穴毎の自緊を示す説明図である。
【図７】図３において１穴毎の自緊を示す説明図である。
【図８】図３において１穴毎の自緊を示す説明図である。
【図９】第１表のケース１の解析用モデルである。
【図１０】第１表のケース２〜５の有限要素法解析用モデルである。
【図１１】図１の厚肉圧力容器の応力／ひずみ曲線特性図である。
【図１２】第１表のケース１の加圧時の解析結果図である。
【図１３】図１２の自緊終了時の応力分布図である。
【図１４】第１表のケース２の加圧時の解析結果図である。
【図１５】図１４の自緊終了時の応力分布図である。
【図１６】図１０のＮｏ．１と３及びＮｏ．２と４加圧時の応力分布図である。
【図１７】第１表のケース３の自緊終了時の応力分布図である。
【図１８】図１０の各穴の負荷時の分布図である。
【図１９】第１表のケース５の自緊終了時の応力分布図である。
【図２０】６個の穴を有する厚肉圧力容器の平面図である。
【図２１】本発明の１穴毎の自緊を示す説明図である。
【図２２】図２０の２穴毎の自緊を示す説明図である。
【図２３】図２２の他の形態を示す説明図である。
【図２４】図２０の３穴毎の自緊を示す説明図である。
【図２５】図２０の他の自緊を示す説明図である。
【図２６】従来の厚肉円筒体を示す斜視図である。
【図２７】従来の自緊方法を示す構成図である。
【符号の説明】
１　　厚肉圧力容器
２　　穴

Claims

４個以上１０個以下の穴（２）が同心円状に形成された厚肉圧力容器（１）に対し、前記各穴（２）を１個ずつ自緊するか、又は、前記厚肉圧力容器（１）の円周方向に沿って少なくとも１個飛ばした配置の複数の前記穴（２）を同時に自緊した後に残りの前記穴（２）が隣り合わないように自緊することを特徴とする複数穴を有する厚肉圧力容器の自緊方法。