JP3132164U - 耐圧試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】供試体に衝撃圧を付加する耐圧試験を行う。
【解決手段】ポンプ１８と、ポンプ１８から吐出された作動流体を蓄圧するアキュムレータ１９と、アキュムレータ１９に畜圧された作動流体により、シリンダケース１０内のシリンダ室１１をケース内壁に沿って移動するピストン部材１２と、ピストン部材１２の移動によってシリンダ室１１に押し込められた作動流体を外部へ排出する弁装置２０と、ピストン部材１２の移動によって生じたシリンダ室内の流体圧を供試体１に付加する圧力供給経路１０ａと、アキュムレータ１９に畜圧された作動流体によりピストン部材１２が衝撃圧発生位置を超えて移動したとき、弁装置２０からの作動流体の排出を抑制する排出抑制手段１０ｃ，１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本考案は、圧力容器等の供試体に衝撃圧を付加する耐圧試験機に関する。

従来、圧力容器の内圧を一定速度で徐々に昇圧させるようにした耐圧試験機が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の試験機では、電磁比例弁によってアキュムレータに蓄圧される圧力を調整し、アキュムレータから圧力容器に所定の内圧を付加する。

特開平８−１２２２３４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、圧力容器の内圧を徐々に昇圧させるものであるため、衝撃圧を付加した耐圧試験を行うことができなかった。

本考案による耐圧試験機は、ポンプと、ポンプから吐出された作動流体を蓄圧するアキュムレータと、アキュムレータに畜圧された作動流体により、シリンダケース内のシリンダ室をケース内壁に沿って移動するピストン部材と、ピストン部材の移動によってシリンダ室に押し込められた作動流体を外部へ排出する弁装置と、ピストン部材の移動によって生じた前記シリンダ室内の流体圧を供試体に付加する圧力供給経路と、アキュムレータに畜圧された作動流体によりピストン部材が所定位置を超えて移動したとき、弁装置からの作動流体の排出を抑制する排出抑制手段とを備えることを特徴とする。
所定位置のピストン部材に面してケース内壁から弁装置にかけて排出経路を形成するようにしてもよい。
ピストン部材とケース内壁との間に、ピストン部材の両側のシリンダ室を連通する隙間を設け、圧力供給経路を、ケース内壁の一端側に設けるとともに、ケース内壁の他端側に、ポンプからの作動流体をシリンダ室に導く流入経路を設け、ピストン部材の圧力供給経路側の受圧面積を、流入経路側の受圧面積より大きくすることもできる。
供試体の周囲を覆うケース部材と、供試体からケース部材に漏れた作動流体をタンクに回収する戻り管路とをさらに備えることもできる。
弁装置を、作動流体の排出量を調整可能な流量調整弁とすることが好ましい。
ポンプからアキュムレータに蓄圧される圧力を増減する可変リリーフ弁をさらに設けてもよい。

本考案によれば、アキュムレータに蓄圧された作動流体によりピストン部材を移動させて供試体に流体圧を付加するので、衝撃圧を付加した耐圧試験を容易に行うことができる。

図１〜３を参照して本考案による耐圧試験機の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る耐圧試験機の概略構成を示す図である。図１では、圧力容器であるタンク１を供試体としており、タンク１に作動油により内圧を付加する。なお、タンク１に他の流体（例えば水や空気）によって内圧を付加してもよい。

シリンダブロック１０内には油室１１が形成されている。油室１１にはシリンダブロック１０の内壁面に沿って上下方向に摺動可能なピストン１２が設けられ、油室１１はピストン１２により上油室１１Ａおよび下油室１１Ｂに二分割されている。ピストン１２の周面とシリンダブロック内壁面との間には隙間ＳＰが設けられ、隙間ＳＰを介して油室１１Ａ，１１Ｂ間の油の通過が可能となっている。ピストンロッド１２ａは、シリンダブロック１０の上端部に設けられた軸受け部１３により上下方向に摺動可能に支持され、ピストンロッド１２ａはシリンダブロック１０の上端部を貫通している。軸受け部１３はシール機能を有し、油室１１は軸受け部１３によって外部からシールされている。

シリンダブロック１０の下端部には供試体の取付フランジ１４が設けられ、取付フランジ１４にタンク１が着脱可能に取り付けられている。シリンダブロック１０には、油室１１の底面から取付フランジ１４にかけて圧油の供給経路１０ａが形成され、この経路１０ａを介して油室１１内の油がタンク１内に導かれ、タンク１に内圧が付加される。タンク１の周囲はケース１５によって覆われている。耐圧試験によりタンク１が破損すると、タンク１内の油がケース１５内に漏れ、戻り管路１６を介して作動油タンクに回収される。シリンダブロック１０の側面は段付き形状とされ、シリンダブロック１０の下部側は上部側よりも肉厚が厚く、強固に構成されている。

シリンダブロック１０の上部には、油室１１の上端部からシリンダブロック外壁面にかけて圧油の流入経路１０ｂが形成され、油室１１は流入経路１０ｂおよび管路１７を介してポンプ１８に接続されている。管路１７の途中にはアキュムレータ１９が設けられている。アキュムレータ１９内には例えば窒素ガスが封入され、ポンプ１８からの吐出油はアキュムレータ１９に蓄圧される。ポンプ１８は電動油圧ポンプであり、コントローラ３０からのオン信号により駆動し、オフ信号により停止する。ポンプ１８の吐出圧はリリーフ弁２１により制限される。

一方、シリンダブロック１０の下部には、油室１１の底面よりも所定高さだけ上方の衝撃圧発生位置からシリンダブロック外壁面にかけて圧油の排出経路１０ｃが形成され、油室１１は排出経路１０ｃおよび流量調整弁２０を介して作動油タンクに接続されている。流量調整弁２０は、コントローラ３０からのオン信号により開放し、オフ信号により閉塞する。流量調整弁２０の開口面積は、コントローラ３０からの信号により調整できる。

ポンプ１８の吐出管路１７には、アキュムレータ１９に蓄圧される圧力が設定値に達するとオンする圧力スイッチ３１が設けられている。設定値は、タンク１に付加する衝撃圧力波形を考慮して決定される。例えば衝撃圧を増大するときは、圧力スイッチ３１の設定値を大きくする。シリンダブロック１０の上部には、シリンダロッド１２ａの変位を連続的に検出する非接触式の変位検出器３２が設けられている。シリンダブロック１０の下部には、衝撃圧発生位置よりも下方における油室１１の圧力を検出する圧力センサ３３が設けられている。タンク１の表面には、タンク１の変形を検出する複数の歪ゲージ３４が貼付されている。

図２は、本実施の形態に係る耐圧試験機の構成を示すブロック図である。コントローラ３０には、圧力スイッチ３１と、変位検出器３２と、圧力センサ３３と、歪ゲージ３４からの信号が入力される。さらにコントローラ３０には、試験開始指令、衝撃圧発生指令、衝撃圧変更指令等を入力する各種操作スイッチ３５からの信号が入力される。これらからの入力信号に応じてコントローラ１０は以下のようにポンプ１８と流量調整弁２０を制御し、耐圧試験が行われる。

本実施の形態に係る耐圧試験機による動作の一例を説明する。耐圧試験によって破損したタンク１を交換するところから説明する。この状態では、ピストン１２ａが自重で落下し、油室１１内の油はタンク１から漏れてケース１５内に溜まり、戻り管路１６を介して作動油タンクに回収されている。この状態で、取付フランジ１４から破損したタンク１を取り外し、新たなタンク１を装着する。次いで、操作スイッチ３５の操作により流量調整弁２０にオフ信号を出力し、流量調整弁２０を閉状態として、圧油の排出経路１０ｃを塞ぐ。

次いで、操作スイッチ３５の操作によりポンプ１８にオン信号を出力し、ポンプ１８を駆動する。ポンプ１８の吐出油は管路１７および流入経路１０ｂを介して油室１１に流れ込む。油室１１内に流れ込んだ圧油はピストン１２とシリンダブロック内壁面の間の隙間ＳＰを通過してピストン１２の下方に流れ、供給経路１０ａを通ってタンク１内に充填される。

タンク１内への油の充填が終了すると、ピストン下面の受圧面積はピストン上面の受圧面積よりも大きいため、油室１１内の油によってピストン１２に上向きの押し上げ力が作用し、ピストン１２がシリンダブロック内壁上面に当接するまで上昇する。この場合のピストン位置はスタート位置であり、ピストン１２はスタート位置で保持される。ピストン１２がスタート位置まで上昇したことは、変位検出器３２により検出される。

この状態では、流量調整弁２０により排出経路１０ｃが塞がれているため、アキュムレータ１９に蓄圧される油の圧力が徐々に上昇する。アキュムレータ１９に蓄圧される圧力が設定値に達すると、圧力スイッチ３１がオンし、コントローラ３０がポンプ１８にオフ信号を出力して、ポンプ１８の駆動を停止する。

次いで、操作スイッチ３５の操作により流量調整弁２０にオン信号を出力し、流量調整弁２０を開放する。これによりアキュムレータ１９の蓄圧油によりピストン１２が押し下げられ、油室１１内の油は流量調整弁２０を通過して作動油タンクに押し出される。この際、ピストン１２はスタート位置と衝撃圧発生位置との間の加速領域において加速され、ピストン１２の降下速度が上昇する。

ピストン１２が衝撃圧発生位置まで降下すると、排出経路１０ｃがピストン１２によって塞がれ、下油室１１Ｂ内の圧油はピストン１２の下方に閉じこめられる。下油室１１Ｂ内に閉じこめられた圧油は、ピストン１２とシリンダブロック内壁面の間の隙間ＳＰを介して上油室１１Ａに移動するが、その油の移動は、絞りとして機能する隙間ＳＰによって制限される。このため、下油室１１Ｂ内の圧力は、ピストン１２の慣性力によって急上昇し、ピストン１２は、衝撃圧発生位置よりも下方の衝撃圧発生領域で急減速する。これによりタンク１の内壁面に衝撃圧が作用する。このときの衝撃圧は圧力センサ３３により検出され、タンク１の変形は歪ゲージ３４により検出される。以上の耐圧試験は、必要に応じて複数回繰り返してもよい。

上述したように衝撃圧は、速度ｖで降下したピストン１２を衝撃圧発生領域で急減速させ、ピストン１２の有する運動エネルギＥを下油室１１Ｂ内の油圧力に転換することで得られる。ここで、ピストン１２の質量をＭとすると、衝撃圧発生位置におけるピストン１２の運動エネルギＥは、Ｅ＝１／２×Ｍ×ｖ^２となり、質量Ｍが大きく、かつ速度ｖが速いほど、運動エネルギＥは大きくなり、大きな衝撃圧を付加できる。ピストン１２の降下速度ｖは、変位検出器３２の検出値により演算することができ、これにより運動エネルギＥを求めることができる。

図３は、耐圧試験により得られた衝撃圧力波形の一例を概念的に示したものである。図中、横軸は時間、縦軸は圧力センサ３３の検出値である。時点ｔ１で流量調整弁２０を開放すると、下油室１１Ｂ内の油が流量調整弁２０を通過して作動油タンクに排出するため、下油室１１Ｂ内の圧力が低下する。その後、時点ｔ２でピストン１２が衝撃圧発生位置に達すると、下油室１１Ｂ内の圧力が急上昇し、時点ｔ３で圧力は最高となる。この時点ｔ３におけるピーク圧Ｐｍａｘが衝撃圧である。

ピストン１２の降下速度ｖは、流量調整弁２０のオン時の開口面積を調整することで制御でき、これにより衝撃圧力波形を制御できる。例えば、流量調整弁２０の開口面積を大きくすると、ピストン１２の降下速度が速くなり、ピーク圧Ｐｍａｘを大きくできる。衝撃圧発生領域におけるピストン１２とシリンダブロック内壁面との間の隙間ＳＰを小さくすると、時点ｔ２における衝撃圧力波形を急峻にできる。

以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）アキュムレータ１９の蓄圧油により移動するピストン１２を油室１１内に設け、下油室１１Ｂ内の圧油を流量調整弁２０を介して排出させてピストン１２を加速するとともに、衝撃圧発生位置において流量調整弁２０からの圧油の排出を抑制して、下油室１１Ｂ内の圧油にピストン１２の慣性力を作用し、タンク１に内圧を発生するようにした。これによりタンク１に衝撃圧を付加することができ、衝撃圧を付加した耐圧試験を容易に行うことができる。

（２）ピストン１２により排出経路１０ｃを塞いで衝撃圧を発生させるので、構成が簡単である。また、流量調整弁２０に衝撃圧が作用することを防止でき、流量調整弁２０の耐圧性をさほど高める必要がない。
（３）ピストン１２とシリンダブロック内壁との間に隙間ＳＰを設け、ピストン１２の両側の油室１１Ａ，１１Ｂを隙間ＳＰを介して連通するとともに、ピストンロッド１２ａをシリンダブロック１０を貫通して上方に突出させるようにした。これによりピストン下面の受圧面積の方がピストン上面の受圧面積よりも大きいため、油室１１内の圧油の圧力によってピストン１２をスタート位置まで上昇させることができるとともに、ピストン１２をスタート位置に保持した状態でアキュムレータ１９を設定圧に蓄圧できる。

（４）油室１１の上端部に連通して圧油の流入経路１０ｂを設け、流入経路１０ｂからの圧油によりピストン１９を上昇させるので、油室１１の下部に外部から圧油を供給してピストン１２を上昇させる必要がなく、管路構成が簡単である。すなわち、油室１１の下部に外部から圧油を供給する構成では、その供給管路に衝撃圧が作用するので、管路の耐圧性を考慮する必要があり、管路構成が複雑になる。

（５）圧油の排出経路１０ｃに、油室１１から作動油タンクへの戻り流量を調整可能な流量調整弁２０を設けたので、ピストン１２の降下速度を調整することができ、衝撃圧力波形を容易に制御できる。
（６）油室１１内の油によってタンク１に内圧を付加するとともに、タンク１の周囲をケース１５で覆い、ケース内の油を戻り管路１６を介して作動油タンクに戻すようにした。これによりタンク１の破損によって漏れた油を外部に飛散することなく作動油タンクに回収することができ、耐圧試験を容易に行うことができる。
（７）衝撃圧発生領域におけるシリンダブロック１０の肉厚を大きくしたので、シリンダブロック１０の強度が向上し、衝撃圧にも十分耐えうる。

なお、上記実施の形態では圧力スイッチ３１のオンによりポンプ１８の駆動を停止するようにしたが、圧力スイッチ３１を省略し、圧力センサ３３の検出値に応じてポンプ１８の駆動を停止するようにしてもよい。この場合、ポンプ停止時の設定圧を可変としてもよく、これによりアキュムレータ１９に蓄圧される圧油の圧力を変更することができ、衝撃圧を容易に変更することができる。衝撃圧を変更する試験を複数回行う場合、例えば第１回目の衝撃圧によってはタンク１が破壊せずに、変形する程度の圧力をアキュムレータ１９に蓄圧するものとし、その後、アキュムレータ１９に畜圧される圧力を徐々に大きくして衝撃圧を段階的に大きくしてもよい。図１のリリーフ弁２１を可変リリーフ弁として構成することで、アキュムレータ１９に蓄圧される圧油の圧力を変更するようにしてもよい。油室１１の衝撃圧発生部に可変リリーフ弁を接続し、リリーフ圧を適宜調整することで、衝撃圧の大きさＰｍａｘを変更するようにしてもよい。圧力スイッチ３１の設定圧を調整可能な構成として、衝撃圧力波形を制御してもよい。

上記実施の形態では、衝撃圧発生位置のピストン１２に面して圧油の排出経路１０ｃを設けたが、排出経路１０ｃを衝撃圧発生位置よりも下方に設けてもよい。この場合、変位検出器３２によりピストンロッド１２ａが衝撃圧発生位置に到達したことが検出されると、流量調整弁２０をオフして衝撃圧を発生させるようにすればよく、排出抑制手段は上述したものに限らない。上記実施の形態では、オペレータの操作スイッチ３５の操作により耐圧試験を行うようにしたが、オペレータが試験開始指令を入力すると、コントローラ３０がポンプ１８と流量調整弁２０とを自動制御し、耐圧試験を自動的に行うようにしてもよい。

上記実施の形態では、ピストン１２が上下鉛直方向に移動するものとしたが、ピストン１２が斜め方向に移動するものでもよく、水平方向に移動するものでもよい。油室１１内の圧油を作動油タンクへ排出する弁装置を流量調整弁２０としたが、単なる開閉弁であってもよい。供試体としてタンク１を用いたが、他の圧力容器等を供試体としてもよい。内圧を付加する試験ではなく、外圧を付加する試験としてもよい。タンク１に油以外の作動流体（例えば水）により内圧を付加する場合、例えばタンク１への圧油の供給経路１０ａに弾力性のある隔膜を設け、隔膜の伸縮により油室１１内の圧力をタンク１内の水に付加するようにしてもよい。すなわち、本考案の特徴、機能を実現できる限り、本考案は実施の形態の耐圧試験機に限定されない。

本考案の実施の形態に係る耐圧試験機の概略構成を示す図。 本考案の実施の形態に係る耐圧試験機のブロック図。 本考案の耐圧試験により得られる衝撃圧力波形の一例を示す図。

符号の説明

１０ シリンダブロック
１０ａ 供給経路
１０ｂ 流入経路
１０ｃ 排出経路
１１ 油室
１２ ピストン
１５ ケース
１６ 戻り管路
１８ ポンプ
１９ アキュムレータ
２０ 流量調整弁
ＳＰ 隙間

Claims (6)

1. ポンプと、
   前記ポンプから吐出された作動流体を蓄圧するアキュムレータと、
   前記アキュムレータに畜圧された作動流体により、シリンダケース内のシリンダ室をケース内壁に沿って移動するピストン部材と、
   前記ピストン部材の移動によって前記シリンダ室に押し込められた作動流体を外部へ排出する弁装置と、
   前記ピストン部材の移動によって生じた前記シリンダ室内の流体圧を供試体に付加する圧力供給経路と、
   前記アキュムレータに畜圧された作動流体により前記ピストン部材が所定位置を超えて移動したとき、前記弁装置からの作動流体の排出を抑制する排出抑制手段とを備えることを特徴とする耐圧試験機。
2. 請求項１に記載の耐圧試験機において、
   前記排出抑制手段は、前記所定位置のピストン部材に面して前記ケース内壁から前記弁装置にかけて形成された排出経路を有することを特徴とする耐圧試験機。
3. 請求項１または２に記載の耐圧試験機において、
   前記ピストン部材と前記ケース内壁との間には、前記ピストン部材の両側のシリンダ室を連通する隙間が設けられ、
   前記圧力供給経路は、前記ケース内壁の一端側に設けられるとともに、前記ケース内壁の他端側には、前記ポンプからの作動流体を前記シリンダ室に導く流入経路が設けられ、
   前記ピストン部材の前記圧力供給経路側の受圧面積を、前記流入経路側の受圧面積より大きくしたことを特徴とする耐圧試験機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐圧試験機において、
   前記供試体の周囲を覆うケース部材と、
   前記供試体から前記ケース部材に漏れた作動流体をタンクに回収する戻り管路とをさらに備えることを特徴とする耐圧試験機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐圧試験機において、
   前記弁装置は、作動流体の排出量を調整可能な流量調整弁であることを特徴とする耐圧試験機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐圧試験機において、
   前記ポンプから前記アキュムレータに蓄圧される圧力を増減する可変リリーフ弁をさらに有することを特徴とする耐圧試験機。

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