JP2009523240A - 検査間隔の終わりを計量的に決定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

作動周期（ＡＺ）ごとに圧力容器（１）の内部で実際に到達した最大作動圧力（ｐ）が圧力センサ（２）により測定され、作動周期（ＡＺ）ごとに測定された作動圧力（ｐ）に基づいて、負荷変数（ＢＧ）が作動周期（ＡＺ）ごとに決定され、作動周期（ＡＺ）ごとに決定された各負荷変数（ＢＧ）に基づいて、結果として得られる負荷値（ＢＷ）が、数個の連続した作動周期（ＡＺ）に対して決定され、結果として得られる負荷値（ＢＷ）が所定の比較値（ＶＧ）と比較される方法で達成される。結果として得られる負荷値（ＢＷ）が所定の比較値（ＶＧ）に等しいか、または所定の比較値（ＶＧ）よりも大きくなるとすぐに、検査間隔の終わりに到達したことを示す信号が出力される。

Description

本発明は、作動周期において負荷変動に晒される圧力容器の定期検査を実行するために守られる必要がある検査間隔の終わりを計量的に決定する方法に関する。

先行技術から、疲労割れまたはその種の他のものを早期に判断できるように、例えば、過圧急冷チャンバのように負荷変動に晒される圧力容器に対して、定期的に材料試験を行うことが知られている。定期的に実行されるべきこれらの検査は、いわゆる定期検査と呼ばれている。

検査の繰り返し周期、すなわち、定期検査の間隔を決定するために、負荷変動に晒される圧力容器は、通常、耐用年数の推定が行われる。圧力容器の耐用年数は、圧力容器に対して許容できる負荷変動の回数、すなわち、設計圧力下での許容作動周期回数の理論的計算により推定され、この設計圧力は、圧力容器に対する最大許容作動圧力であると理解される。

定期検査の間隔を決定するために、作動周期は、すなわち、圧力容器が各作動周期の間に設計圧力下で作動されると仮定して、通常、負荷変動と同等と見なされる。設計圧力下で許容できる負荷変動の回数の半分に達するとすぐに、検査間隔の終わりに到達し、定期検査が実行されなければならない。

作動周期において負荷変動に晒される圧力容器の定期検査を実行するために守られる必要がある検査間隔の間隔の終わりを決定するための上述した先行技術の手法が実際に試行され試されているが、定期検査の間隔を決定するのに、実行される作動周期の回数だけに焦点が当てられているため、この先行技術の手法には欠点がないわけではない。結果として、守られるべき検査間隔は実際に必要とされるよりも短く設定され、この事実は、手間がかかりかつ高価である不要な検査という欠点をもたらす。

上記に照らして、本発明の目的は、作動周期において負荷変動に晒される圧力容器の定期検査を実行するために守られる必要がある検査間隔の終わりを、できるだけ正確かつ確実に決定することを可能にする方法を提供することである。

この目的の解決法として、本発明は、作動周期において負荷変動に晒される圧力容器の定期検査を実行するために守られる必要がある検査間隔の間隔の終わりを計量的に決定する方法において、作動周期ごとに圧力容器の内部で実際に到達した最大作動圧力が圧力センサにより測定され、作動周期ごとに測定された作動圧力に基づいて、負荷変数が作動周期ごとに決定され、作動周期ごとに決定された各負荷変数に基づいて、結果として得られる負荷値が、数個の連続した後続の作動周期に対して決定され、結果として得られる負荷値が所定の比較値と比較されて、結果として得られる負荷値が所定の比較値に等しいか、または所定の比較値よりも大きくなるとすぐに、検査間隔の終わりに到達したことを示す信号が出力される方法を提供する。

本発明の方法の出発点は、圧力容器の耐用年数、すなわち、理論的に許容できる作動周期の回数は、作動周期ごとに実際に到達している作動圧力に依存しているという知識であ
る。従って、本発明に基づいて、理論的に許容できる設計圧力に基づくのではなく作動周期ごとに実際に到達している作動圧力に基づいて検査間隔の決定を行うことが提案されている。このようにして、不必要に短い検査間隔を回避できることは有利である。

本発明の方法では、第１のステップで、圧力容器の内部で実際に到達している最大作動圧力が圧力センサにより測定されることが提案されている。第２のステップで、作動周期ごとに測定された作動圧力に基づいて、負荷変数が作動周期ごとに決定される。この負荷変数は、この作動周期の間に実際に作用しておりかつ圧力センサにより検出される作動圧力の結果として達成される圧力容器の実際の負荷を反映している。次に、第３のステップで、作動周期ごとに決定された各負荷変数に基づいて、結果として得られる負荷値が、数個の連続した後続の作動周期に対して決定される。従って、結果として得られる負荷値は、「集合的な作動負荷」の態様で、異なった作動圧力下でできる限り実行された数個の作動周期の結果として含まれている圧力容器の負荷に対する大きさを表す。

最後のステップで、結果として得られる負荷値が所定の比較値と比較されて、結果として得られる負荷値が所定の比較値に等しいか、または所定の比較値よりも大きくなるとすぐに、検査間隔の終わりに到達したことを示す信号が出力される。定期検査は、検査間隔の終わりに到達する時までに、従って、結果として得られる負荷値が所定の比較値に一致するか、または所定の比較値よりも大きくなる時までに実行されなければならない。

本発明の重要な利点は、作動周期において負荷変動に晒される圧力容器の定期検査を実行するために守られる必要がある検査間隔の間隔の終わりの決定が、許容最大作動圧力、すなわち、設計圧力に基づくのではなく、個々の作動周期の間に実際に作用している作動圧力に基づいていることである。このようにして、検査間隔の終わりを正確かつ確実に決定すると共に、同時にすべての安全関連態様を守ることが可能である。先行技術で知られている方法とは異なり、検査間隔の不必要に短すぎる設定が行われることがなく、圧力容器の全耐用年数について定期検査の回数を削減できるため、特に費用の理由で有利である。

本発明のさらなる特徴に基づいて、負荷変数は、一方では作動周期ごとに測定される実際の作動圧力を通して測定され、他方ではこの作動圧力において理論的に可能な作動周期の回数を通して測定される。例えば、１５バールの設計圧力で作動できる圧力容器は、１０バールの実際の圧力で５，５００回の作動周期に許容可能で晒すことができるが、理論的には、単に８バールの作動圧力で１０，０００回の作動周期が実行できる。

本発明のさらなる特徴に基づいて、結果として得られる負荷値が、数個の連続した後続の作動周期の全負荷変数の和として決定されるということが提供されている。従って、結果として得られる負荷値は、作動周期ごとに決定された全負荷変数の和として求められ、それにより、数個の連続した後続の作動周期に対する集合的な作動負荷を表す。

本発明のさらなる特徴に基づいて、比較値が圧力容器の設計圧力において理論的に可能な作動周期の回数の割合値として決定されるということが提供されている。ここで、割合は０．５と選択されることが好ましい。もちろん、他の割合も可能である。

本発明のさらなる特徴に基づいて、検査間隔の終わりに到達したことを示す信号が、音響的および視覚的に、もしくは音響的または視覚的に、出力されるということが提供されている。さらに、検査間隔の終わりに到達しているとき、容器の作動の継続が禁止されるということを提供できる。

本発明のさらなる特徴に基づいて、本発明の方法は、コンピュータを利用する方法で実
行され、完全に自動化された操作が好ましい。これは、本発明の方法の容易な取り扱いを可能にすると共に、さらに、現時点で妥当な負荷値および検査間隔の終わりの予測、もしくは現時点で妥当な負荷値または検査間隔の終わりの予測を示すことを提供できる。

本発明の方法は、処理、および特に金属工作物の熱処理に役立つ、真空炉および過圧炉、もしくは真空炉または過圧炉に関して特に適している。過圧急冷チャンバは特有の応用分野を表す。

本発明は、さらに、圧力センサと制御装置とを特徴とする、上述した方法を実行する装置を提案する。制御装置は、計算ユニットと共に比較ユニットを含んでいる。
本発明に基づいて装置が提供されており、この装置では、圧力センサが、圧力容器の内部で作動周期ごとに実際に到達している最大圧力を測定すると共に、測定された作動圧力に対応する信号を計算ユニットに出力し、計算ユニットが圧力センサから作動周期ごとに送出された信号に基づいて負荷変数を決定し、計算ユニットが、数個の負荷変数に基づいて、結果として得られる負荷値を決定し、比較ユニットが、計算ユニットで決定された結果として得られる負荷値を、事前に定義可能な比較値と比較して、等しいおよびより大きい場合に、もしくは等しいまたはより大きい場合に、信号を出力する。

既に上述した方法において、本発明の装置は、検査間隔または検査間隔の終わりを正確かつ容易に、すなわち、個々の作動周期の間に実際に作用している作動圧力を考慮して決定することを可能にする。

本発明のさらなる特徴に基づいて、制御装置は、測定された作動圧力、計算ユニットで決定された負荷変数、計算ユニットで決定された結果として得られる負荷値、および所定の比較値、あるいはそれらのいすれかを保存する記憶ユニットをさらに含むということが提供されている。このようにして、いつでも詳しく調べることができる方法の実行が可能である。さらに、保存されたデータは、統計的な目的のために、または事前の計算のために使用されてもよい。

本発明のさらなる特徴に基づいて装置が提供されており、この装置では、比較ユニットが、各作動周期の後に、計算ユニットで決定された結果として得られる負荷値を所定の比較値と比較する。このようにして、各作動周期の完了後に、現時点での負荷値を所定の比較値と比較することができ、これにより、定期検査を実行する必要があるかどうかを各作動周期の完了までに決定することが可能である。

本発明のさらなる特徴および利点は、図面を参照しながら以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。
図１は本発明の装置を模式的に示している。本発明の装置は、圧力センサ２と、制御装置１３とからなり、次に、この制御装置１３は、計算ユニット３と、記憶ユニット４と、比較ユニット５とを含んでいる。

圧力センサ２は、圧力容器１の内部に作用している作動圧力ｐを測定するために、圧力容器１の内部に配置されている。
制御装置１３は、圧力容器１の外側に配置されており、図１に示されていないハウジング内に収容できる。

また制御装置１３内に含まれている比較ユニット５は、図１の説明図の矢印１１で表されている通信リンクを介してディスプレイ６に接続されている。ディスプレイ６は、音響信号および視覚信号、もしくは音響信号または視覚信号を出力するように設計されてもよ
い。

図１に示した装置は、作動周期ＡＺの中で負荷変動に晒される圧力容器１の定期検査を実行するために守られる必要がある検査間隔ＰＩの間隔の終わりを計量的に決定するために役立つ。この計量的決定は、以下のように実行される。

作動周期ごとに圧力容器１の内部で実際に到達した最大作動圧力ｐが圧力センサ２により測定される。圧力センサ２が、測定された作動圧力ｐに対応する信号を計算ユニット３に出力する。圧力センサ２と計算ユニット３との間の通信リンクが図１の矢印８で示されている。

計算ユニット３により、作動周期ＡＺごとに測定された作動圧力ｐに基づいて、負荷変数ＢＧが作動周期ＡＺごとに決定される。その後、結果として得られる負荷値ＢＷが、数個の負荷変数ＢＧに基づいて計算ユニット３により決定される。この負荷値ＢＷは、比較ユニット５が一方の負荷値ＢＷと他方の所定の比較値ＶＧとの間の比較を行うためにさらに役立ち、結果として得られる負荷値ＢＷが所定の比較値ＶＧに等しいか、または所定の比較値ＶＧよりも大きくなるとすぐに、検査間隔の終わりに到達したことを示す信号がディスプレイ６を通して出力される。

圧力センサ２で測定された作動圧力ｐ、計算ユニット３で決定された負荷変数と共に、計算ユニット３で決定された負荷値ＢＷも、図１の実施形態では記憶ユニット４内に保存されている。この目的のために、圧力センサ２と計算ユニット３の両方は、図１の説明図の矢印７および矢印９で示されているように記憶ユニット４と通信可能に接続されている。

一方の計算ユニット３により送出された負荷値ＢＷと、他方の所定の比較値ＶＧとの比較検討のために、所定の比較値ＶＧもまた記憶ユニット４で保存して、所定の比較値ＶＧを計算ユニット３と比較ユニット５の両方に供給することを提供できる。この場合、記憶ユニット４および比較ユニット５は、図１の説明図の矢印１０で示されているように通信リンクを介して結合されている。

図１を参照して上述された方法は、作動周期ＡＺの中で実際に作用している作動圧力ｐによる作動周期ＡＺの中での負荷変動に晒される圧力容器１の定期検査を実行するために守られる必要がある検査間隔ＰＩの間隔の終わりを正確に決定するのに特に貢献し、その結果、不必要に短い検査間隔ＰＩを回避することができ、必要とされるよりも頻繁に定期検査が実行されることはないということを意味する。

本発明の方法が実施例を通して説明されるであろう。
例えば、金属工作物用の過圧急冷チャンバの形態の負荷変動に晒される圧力容器１が、１５バールの最大作動圧力用に設計されている。この最大許容作動圧力は、設計圧力と呼ばれている。

圧力容器１は１５バールの過圧用に設計されているが、安全上の理由で、最大１４バールでのみ作動される。
この圧力容器１が、各作動周期の中で、すなわち、それぞれの始動および停止において、１４バールの過圧で作動されるとき、理論的には２，１００回の負荷変動を許容でき、すなわち、圧力容器１を最大２，１００回の負荷変動に晒すことができるであろう。これに基づいて、可能な負荷周期の半分を超えた後に定期検査を行うように指示する先行技術の手法は、１，０５０回の周期の後に早くも定期検査の実行を要求するであろう。

先行技術によれば、個々の作動周期ＡＺの間に実際に作用している作動圧力ｐが１４バールよりも小さい場合にも、１，０５０回の周期が完了した後と同じくらい早期に、定期検査が実行されなければならない。これは不必要に短い検査間隔の欠点をもたらし、すなわち、定期検査が不必要に頻繁に実行されることになる。

下表は、設計圧力が１５バールの圧力容器内の実際の作動圧力がいくらの時、何回の負荷変動が可能であるかを実施例を通して示している。

上表から、設計圧力が１５バールの圧力容器１は、例えば、１０バールの圧力で５，５００回の負荷変動、８バールの圧力で１０，０００回の負荷変動、または３バールの圧力で１１０，０００回の負荷変動に耐えることができるということが分かる。

圧力容器１が、それぞれ異なった圧力で数個の作動周期に晒されている時、負荷変数ＢＧが、各作動周期に対して作動周期ごとに決定される。
数個の連続した後続の作動周期の負荷変数ＢＧが合計されて、結果として得られる負荷値ＢＷが求められる。従って、負荷値ＢＷは次のように求められる。ＢＷ＝ＢＧ_１＋ＢＧ_２＋ＢＧ_３＋…＋ＢＧ_ｎ
このようにして決定された負荷値ＢＷは所定の比較値ＶＧと比較されて、結果として得られる負荷値ＢＷが所定の比較値ＶＧに等しいか、または所定の比較値よりも大きくなるとすぐに、検査間隔の終わりに到達している。比較値ＶＧは、圧力容器１の設計圧力において理論的に可能な作動周期の回数の割合として決定され、割合０．５が好ましい割合である。

例えば、圧力容器１は、１．５バールの圧力で６，３００回の作動周期に晒され、５バールの圧力で４，０００回の作動周期に晒され、９バールの圧力で２，０００回の作動周期に晒され、１２バールの圧力で２５０回の作動周期に晒され、１４バールの圧力で５０回の作動周期に晒される。この場合、結果として得られる負荷値ＢＷは０．５（＝ＶＧ）であろう。

従って、この実施例では、合計１２，６００回の冷却周期が定期検査までに完了した。
他方、全部の作動圧力が加えられた時には、先行技術の場合のように、１，０５０回の周期の後に早くも新規の検査が要求されていたであろう。

本発明についてさらに説明するために、フローチャートの模式図を示している図２を参照する。点ｔ_０およびｔ_ｎが、時間軸上に表示されている。点ｔ_０で、点ｔ_ｎと同じ方法で定期検査が行われる。従って、検査間隔ＰＩは２つの点ｔ_０とｔ_ｎの間である。検査間隔ＰＩの範囲内で、圧力容器１は、点ｔ_１では作動圧力ｐ_１において第１の作動周期ＡＺ_１に晒され、点ｔ_２では作動圧力ｐ_２において第２の作動周期ＡＺ_２に晒され、点ｔ_３では作動圧力ｐ_１において第３の作動周期ＡＺ_３に晒され、点ｔ_４では作動圧力ｐ_３において第４の作動周期ＡＺ_４に晒されるなど、様々な作動周期に晒される。各作動周期ＡＺの間に作用している実際の圧力ｐが測定され、負荷変数ＢＧが作動周期ごとに決定される。個々の負荷変数ＢＧが合計されて、結果として得られる合計負荷値ＢＷが求められる。この負荷値が所定の比較値、例えば、０．５を超えるとすぐに、検査間隔の終わりに到達している。図２に示した実施例では、これは最後の作動周期ＡＺ_ｎ−１の後の状況であり、そのため、この作動周期の終了後に定期検査が実行されなければならない。

本発明の装置の模式図。 時間フローチャート。

符号の説明

１…圧力容器、２…圧力センサ、３…計算ユニット、４…記憶ユニット、５…比較ユニット、６…ディスプレイ、７〜１１…矢印、１３…制御装置、ＡＺ…作動周期、ＰＩ…検査間隔、ｔ…時間、ｐ…作動圧力、ＢＧ…負荷変数、ＢＷ…負荷値、ＶＧ…比較値。

Claims (13)

1. 作動周期（ＡＺ）の中で負荷変動に晒される圧力容器（１）の定期検査を実行するために守られる必要がある検査間隔（ＰＩ）の間隔の終わりを計量的に決定する方法であって、作動周期（ＡＺ）ごとに前記圧力容器（１）の内部で実際に到達した最大作動圧力（ｐ）が圧力センサ（２）により測定され、作動周期（ＡＺ）ごとに測定された前記作動圧力（ｐ）に基づいて、負荷変数（ＢＧ）が作動周期（ＡＺ）ごとに決定され、作動周期（ＡＺ）ごとに決定された前記各負荷変数（ＢＧ）に基づいて、結果として得られる負荷値（ＢＷ）が、数個の連続した後続の作動周期（ＡＺ）に対して決定され、前記結果として得られる負荷値（ＢＷ）が所定の比較値（ＶＧ）と比較されて、前記結果として得られる負荷値（ＢＷ）が前記所定の比較値（ＶＧ）に等しいか、または前記所定の比較値（ＶＧ）よりも大きくなるとすぐに、検査間隔の終わりに到達したことを示す信号が出力される方法。
2. 作動周期（ＡＺ）ごとの前記負荷変数（ＢＧ）が、この作動周期（ＡＺ）の間に測定された前記圧力（ｐ）において理論的に可能な作動周期（ＡＺ）の回数に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記結果として得られる負荷値（ＢＷ）が、数個の連続した後続の作動周期（ＡＺ）の前記負荷変数（ＢＧ）のすべての和として決定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記比較値（ＶＧ）が、前記圧力容器（１）の設計圧力において理論的に可能な作動周期（ＡＺ）の回数（Ａ）の割合として決定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記割合が０．５となるよう選択されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 検査間隔の終わりに到達したことを示す信号が、音響的および視覚的に、もしくは音響的または視覚的に、出力されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記方法が、コンピュータを利用する方法で実行されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記方法が完全に自動的に実行されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 圧力センサ（２）と、制御装置 （１３）とを含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法を実行する装置。
10. 前記制御装置（１３）が、計算ユニット（３）と、比較ユニット（５）とを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記圧力センサ（２）が、作動周期（ＡＺ）ごとに前記圧力容器（１）の内部で実際に到達した最大作動圧力（ｐ）を測定すると共に、前記測定された作動圧力（ｐ）に対応する信号を前記計算ユニット（３）に出力し、前記計算ユニット（３）が、前記圧力センサ（２）から送出された前記信号に基づいて、作動周期（ＡＺ）ごとに負荷変数（ＢＧ）を決定し、前記計算ユニット（３）が、数個の負荷変数（ＢＧ）に基づいて、結果として得られる負荷値（ＢＷ）を決定し、前記比較ユニット（５）が、前記計算ユニット（３）で決定された前記結果として得られる負荷値（ＢＷ）を、所定の比較値（ＶＧ）と比較して、
    等しいおよびより大きい場合に、もしくは等しいまたはより大きい場合に、信号を出力することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の装置。
12. 前記制御装置が、前記測定された作動圧力（ｐ）、前記計算ユニット（３）で決定された前記負荷変数（ＢＧ）、前記計算ユニット（３）で決定された前記結果として得られる負荷値（ＢＷ）、および前記所定の比較値（ＶＧ）、あるいはそのいずれかを、保存する記憶ユニット（４）をさらに含むことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記比較ユニット（５）が、各作動周期（ＡＺ）が完了した後に、前記計算ユニット（３）で決定された前記結果として得られる負荷値（ＢＷ）を、所定の比較値（ＶＧ）と比較する請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の装置。

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