JP2004028120A - 超高圧容器の自緊処理方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】両端部の円周上にそれぞれOリング配設用のOリング溝11が形成され、両Oリング溝において円周上に開口する孔部10、および該孔部に連通し、外部の圧力源に連通する連通路13、14が形成されたシールロッド2を、前記両Oリング溝にそれぞれOリング3を装着した状態で超高圧容器の円径シール孔に、それぞれのOリングが該円径シール孔内周面に接触する状態にて装着し、前記連通路を介して前記両Oリング間の円径シール孔内周面に、500MPa以上の圧力を負荷し、該圧力を解除することによって前記円径シール内周面に自緊処理された内壁を形成する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高圧容器の自緊処理方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最高343MPa(35Kg/mm2)の圧力で運転される工業プロセスに低密度ポリエチレン製造プラントがある。
【0003】
このガス圧力を発生させる超高圧圧縮機のシリンダは、高抗張力鋼を採用し肉厚を無限大にしても、内周近傍の周方向応力が過大となるためそのままでは使用できず、何らかの応力軽減対策を講じなければならない。
【0004】
内周近傍の応力を軽減する方法として、▲1▼多重焼嵌構造として内筒に圧縮応力を発生させる方法、▲2▼材料が所定の厚さまで降伏する圧力を負荷した後除荷し、外周部弾性領域の復元力を利用し塑性変形した内周近傍に残留圧縮応力を発生させる方法(自緊処理方)、がある。
【0005】
特開平10−78175号公報には、流通路の形状に依存されずに、高圧燃料レールの内周面の疲労強度を増大させることを目的として、厚肉細径の金属管で構成される高圧燃料レールにおける高圧燃料が流通する流通路の内面が、圧縮応力の残留面で形成された高圧燃料レールの製造方法が記載されている。
【0006】
更に、この公報には、加圧して使用する流体としては、水、油圧作動油なども使用できるが、洗浄液を使用すると、高圧流体の噴出加圧時に、レール材内部の洗浄も同時に行えるので便利である。また、高圧流体のレール材の内周に噴出加圧される圧力は、レール材の流通路の内表面の降伏点を超える圧力以上で、流通路が破損しない限り大きいことが望ましいが、加圧によりシールが破損しレール材が使用不能となることがあり、本発明者等の実測解析の結果では、肉厚の25%〜75%が降伏する圧力が最適であることが確かめられたことが記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自緊処理法によっては上述した低密度ポリエチレン製造プラントに使用される超高圧圧縮機のシリンダ(被処理部品)のように内径が大きい場合に、シリンダの端部を閉止するために大きな力を必要としていた。例えば、シリンダの内径100mm、自緊処理のための負荷圧力500MPaの場合、端部を閉止するための力は3900KNとなり、設備も大掛りなものとする必要があり、問題があった。
【0008】
本発明は、かかる点に鑑み被処理部品の内径が大きい場合において、大掛りな設備を要せず、簡便な手法によって被処理部品のシール孔の内周面に残留圧縮応力を発生、残留させる超高圧容器の自緊処理方法およびその装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Oリング溝を形成するシールロッドにOリングを装着した状態でシールロッドを被処理部品、例えばシリンダのシール孔を貫通せしめ、超高圧を負荷することによって自緊処理をシール孔の内周面に施す方法を提供する。また、本発明は、この場合にOリングを二重に設置し、これらのOリングの間に中間圧力を封入するようにする。
【0010】
本発明において、超高圧とは500MPa以上の圧力を指すものとし、500MPa以上の圧力を負荷して自緊処理する方法を提供し、特に100mm以上ある口径の大きなシリンダのシール孔の内周面に自緊処理によって残留圧縮応力を残留させる方法を提供する。
【0011】
本発明は、具体的には、円筒状の超高圧容器に500MPa以上の圧力を負荷して自緊処理を施す超高圧容器の自緊処理方法において、両端部の円周上にそれぞれOリング配設用のOリング溝が形成され、両Oリング溝において円周上に開口する孔部、および該孔部に連通し、外部の圧力源に連通する連通路が形成されたシールロッドを、前記両Oリング溝にそれぞれOリングを装着した状態で超高圧容器の円径シール孔に、それぞれのOリングが該円径シール孔内周面に接触する状態にて装着し、前記連通路を介して前記両Oリング間の円径シール孔内周面に、500MPa以上の圧力を負荷し、該圧力を除荷(解除)することによって前記円径シール内周面に自緊処理された内壁を形成する超高圧容器の自緊処理方法を提供する。
【0012】
更に、本発明は、前記両リング溝をそれぞれ複数の溝からなるものとし、それぞれの複数の溝の間にそれぞれ開口する他の孔部を形成し、該孔部を他の圧力源に連通する連通路を前記シールロッドに形成し、前記500MPaの圧力を負荷する時に同時にそれぞれの複数の溝間に前記500MPaより低く、大気圧よりも高い中間圧を負荷する超高圧容器の自緊処理方法を提供する。
【0013】
更に、本発明は、前記円径シール孔内周面に浅い窪みを形成し、あるいは/および前記両Oリング溝間の円周面上に浅い窪みを形成した超高圧容器の自緊処理方法を提供する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、被処理部品であるシリンダ1の円径シール孔10にシールロッド(シールピース)2が貫通して装着される状態を示す。シールロッド2の両端部2a、2bの円周上にそれぞれOリング配設用のOリング溝11(左方から右方に順に11a、11b、11c、11d)が形成される。本例の場合、図に示すように4個形成される。これらのOリング溝11にはそれぞれOリング3(左方から右方に順に3a、3b、3c、3d)が装着される。
【0015】
円孔シール孔10の中央部の面上には浅い窪み5aが、そしてシールロッド2の中央部の面上には浅い窪み5bが形成され、両者によって処理圧力加圧室5が形成される。処理圧力加圧室5の形成は必須要件ではないが、Oリング3装着の状態でシールロッド2を円孔シール孔10に装着する場合に、シール孔内面によって傷付け防止を少くするために設けるようにしてもよい。
処理圧力加圧室5に開口する孔部12が形成される。この孔部12は、処理圧力加圧室5がない場合は円径シール孔10に向けて開口することになる。
【0016】
シールロッド2上に形成したOリング溝3aと3b、および3cと3dとの間に小さな中間圧力室6(6a、6b)が形成され、円径シール孔10に対向する。この中間圧力室6を形成しなくてもOリング11aと11b、および11cと11d間に中間圧力を負荷することは可能である。
【0017】
端部2a、2bには圧力加圧穴4、7が形成される。すなわち、端部2aには、中間圧力加圧穴7aが、端部2bには中間圧力加圧穴7bと処理圧力加圧穴4が設けられる。
処理圧力加圧穴4は、シールロッド2内に設けた圧力路である連通路13によって孔部10に連通され、中間圧力穴7a、7bは、やはりシールロッド2内に設けた圧力路である連通路14(14a、14b)によって中間圧力室6a、6bにそれぞれ連通される。
これらの連通路13、14は後述するように、外部の圧力源に連通する連通路となる。
【0018】
図2にOリング溝11にOリング3を装着した例を示す。この場合、Oリング溝11には、負荷圧力の方向(矢印で示す)に傾斜面111が形成される。すなわち、傾斜面は大気側に設けられる。これによってOリング3に圧力がかかった時に、Oリング3は傾斜面111に沿って変形し、Oリング3全体が負荷圧力を分担し、本実施例のように、超高圧容器(例えば、超高圧圧縮機)の円径100mm以上の大きなシリンダのようなケースで、500MPa以上の自緊処理圧力が負荷されるような場合にこの傾斜面111は特に有効である。
【0019】
シリンダ1に対するシールロッド2の装着は、シールロッド2に設けた位置決め板8がシリンダ1の側面に当接することによって正確になされ得る。図3は、処理圧力Pおよび中間圧力Pmを負荷する状態を示す。外部に圧力源として加圧ポンプ21、22が配設され、配管23、24(24a、24b)によってそれぞれ処理圧力加圧穴4、中間圧力加圧穴7a、7bに接続される。
【0020】
加圧ポンプ21によって処理圧力P≧500MPaが、そして加圧ポンプ22によって中間圧力Pm(0.3P〜0.5P)が生成される。中間圧力は処理圧力と大気圧との中間圧力として生成される。
処理圧力Pが、Oリング3b、3c間に、そして中間圧力PmがOリング3a、3b間、3c、3d間にかけられる。この場合、加圧媒体は着火性のないエチレングリコールと水とを50%ずつ混合した液体を用いることができる。
【0021】
図4は、処理圧力を負荷して自緊処理したときの応力の発生状況を示す。左側にシリンダ材料の降伏点以上に圧力を加えて引張応力および塑性変形領域が発生した状況、右側に処理圧力を除荷した時の残留圧縮応力の残留する状況の概況を示す。図4に示すように、処理圧力を除荷するとシリンダ1の円径シール孔の円周面付近、すなわち円周壁上に残留圧縮応力が残留する。これによってOリング3b、3c間に自緊処理がなされる。これによれば、二重焼嵌構造を採用しなくても内周近傍に残留圧縮応力を発生させることができる。
【0022】
図5に示すように、本例の場合、シールロッド2に2箇所のOリング溝を設け、その間に中間圧力室6を設けている。中間圧力室6には中間圧力加圧穴7より中間圧力を負荷し、Oリング1本あたりの負荷を軽減する。たとえば、処理圧力が500MPaの場合、中間圧力を200MPaに設定すれば、高圧側のOリングの負荷は、処理圧力と中間圧力の差300MPaとなる。
【0023】
以上のように、本実施例によれば、円筒状の超高圧容器に500MPa以上の圧力を負荷して自緊処理を施す超高圧容器の自緊処理方法において、両端部の円周上に、それぞれOリング配設用のOリング溝に負荷作用方向に傾斜面が形成され、両Oリング溝において円周上に開口する孔部、および該孔部に連通し、外部の圧力源に連通する連通路が形成されたシールロッドを、前記両Oリング溝にそれぞれOリングを装着した状態で超高圧容器の円径100mm以上のシリンダの円径シール孔に、それぞれのOリングが該円径シール孔内周面に接触する状態にて装着し、前記連通路を介して前記両Oリング間の円径シール孔内周面に、500MPa以上の圧力を負荷し、該圧力を除荷することによって前記円径シール内周面に自緊処理された内壁を形成するものであって、この場合に、前記両リング溝をそれぞれ複数の溝からなるものとし、それぞれの複数の溝の間にそれぞれ開口する他の孔部を形成し、該孔部を他の圧力源に連通する連通路を前記シールロッドに形成し、前記500MPaの圧力を負荷する時に同時にそれぞれの複数の溝間に前記500MPaより低く、大気圧よりも高い中間圧を負荷する超高圧容器の自緊処理方法が構成される。
【0024】
本実施例によれば、被処理部品の内径部を貫通するシールロッド2を設置することにより、片側のシール部に発生する推力と反対側のシール部に発生する推力とがバランスするため、シールロッド2を強固に固定する必要が無い。また、被処理部品の円径部である円径シール孔10にシールロッド2を貫通させることにより、軸方向の受圧面積が減少し、推力を低下させることができるため、シールロッド2に発生する応力を小さくすることができる。
【0025】
一方、シールロッド2を貫通させることにより、エンドレスのデルタリングを装着することが不可能になるため、Oリング溝11の大気側の面に傾斜を設け、圧力を負荷した時にOリング3が被処理部品の内径とシールロッド2の外径との隙間に集中するようにし、Oリング全体で圧力を受ける構造とすることにより耐圧力性能を向上させることができる。
【0026】
しかし、被処理部品に圧力を負荷することにより被処理部品が膨らみ、シールロッド2との隙間が大きくなるため、ある圧力でOリング3は破断するおそれがある。そのため、本実施例ではOリングを二重に設置しており、これらのOリング3の間に中間圧力、すなわち負荷圧力と大気圧との中間の圧力を封入することにより、Oリング1本あたりの負荷を少なくし、全体としての耐圧力性能を向上させることができる。
【0027】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、円筒状の超高圧容器に施す自緊処理などの500MPa以上の圧力を負荷する処理において、大掛りな設備を必要とせず、簡便な構造で高圧をシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である自緊処理方法を実施するための構成を示す図。
【図2】図1の一部詳細図。
【図3】本発明の実施例である自緊処理方法を実施する状態を示す図。
【図4】残留圧縮応力の発生を示す図。
【図5】中間圧を負荷することによる作用を示す図。
【符号の説明】
1…被処理部品(シリンダ)、2…シールロッド、3…Oリング、4…処理圧力加圧穴、5…処理圧力加圧室、6…中間圧力室、7…中間圧力加圧穴、8…位置決め板、10…円径シール孔、11…Oリング溝、13、14…連通路、21、22…加圧ポンプ。
Claims (6)
- 円筒状の超高圧容器に500MPa以上の圧力を負荷して自緊処理を施す超高圧容器の自緊処理方法において、
両端部の円周上にそれぞれOリング配設用のOリング溝が形成され、両Oリング溝において円周上に開口する孔部、および該孔部に連通し、外部の圧力源に連通する連通路が形成されたシールロッドを、前記両Oリング溝にそれぞれOリングを装着した状態で超高圧容器の円径シール孔に、それぞれのOリングが該円径シール孔内周面に接触する状態にて装着し、前記連通路を介して前記両Oリング間の円径シール孔内周面に、500MPa以上の圧力を負荷し、該圧力を除荷することによって前記円径シール内周面に自緊処理された内壁を形成すること
を特徴とする超高圧容器の自緊処理方法。 - 請求項1において、前記両リング溝をそれぞれ複数の溝からなるものとし、それぞれの複数の溝の間にそれぞれ開口する他の孔部を形成し、該孔部を他の圧力源に連通する連通路を前記シールロッドに形成し、前記500MPaの圧力を負荷する時に同時にそれぞれの複数の溝間に前記500MPaより低く、大気圧よりも高い中間圧を負荷することを特徴とする超高圧容器の自緊処理方法。
- 請求項1または2において、前記円径シール孔内周面に浅い窪みを形成したことを特徴とする超高圧容器の自緊処理方法。
- 請求項1から3のいずれかにおいて、前記両Oリング溝間の内周面上に浅い窪みを形成したことを特徴とする超高圧容器の自緊処理方法。
- 円筒状の超高圧容器に500MPa以上の圧力を負荷して自緊処理を施す超高圧容器の自緊処理方法において、
内径100mm以上のシリンダの両端部の円周上に、それぞれOリング配設用のOリング溝に負荷作用方向に傾斜面が形成され、両Oリング溝において円周上に開口する孔部、および該孔部に連通し、外部の圧力源に連通する連通路が形成されたシールロッドを、前記両Oリング溝にそれぞれOリングを装着した状態で超高圧容器の円径シール孔に、それぞれのOリングが該円径シール孔内周面に接触する状態にて装着し、前記連通路を介して前記両Oリング間の円径シール孔内周面に、500MPa以上の圧力を負荷し、該圧力を除荷することによって前記円径シール内周面に自緊処理された内壁を形成するものであって、この場合に、前記両リング溝をそれぞれ複数の溝からなるものとし、それぞれの複数の溝の間にそれぞれ開口する他の孔部を形成し、該孔部を他の圧力源に連通する連通路を前記シールロッドに形成し、前記500MPaの圧力を負荷する時に同時にそれぞれの複数の溝間に前記500MPaより低く、大気圧よりも高い中間圧を負荷することを特徴とする超高圧容器の自緊処理方法。 - 円筒状の超高圧容器に500MPa以上の圧力を負荷して自緊処理を施す超高圧容器の自緊処理装置において、
両端部の円周上にそれぞれOリング配設用のOリング溝が形成され、両Oリング溝において円周上に開口する孔部、および該孔部に連通し、外部の圧力源に連通する連通路が形成されたシールロッドが、前記両Oリング溝にそれぞれOリングを装着した状態で超高圧容器の円径シール孔に、それぞれのOリングが該円径シール孔内周面に接触する状態にて装着され、前記連通路は、500MPa以上の圧力を生成する圧力源に連通されること
を特徴とする超高圧容器の自緊処理装置。
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