JP3308453B2 - 高温用機器シール部の面圧測定方法 - Google Patents
高温用機器シール部の面圧測定方法Info
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- JP3308453B2 JP3308453B2 JP24271996A JP24271996A JP3308453B2 JP 3308453 B2 JP3308453 B2 JP 3308453B2 JP 24271996 A JP24271996 A JP 24271996A JP 24271996 A JP24271996 A JP 24271996A JP 3308453 B2 JP3308453 B2 JP 3308453B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルブ、タービ
ン、配管、ケーシング等の機器を高温下で使用する場合
におけるシール部の面圧を測定する技術に係り、高温用
機器シール部の面圧測定方法に関する。
ン、配管、ケーシング等の機器を高温下で使用する場合
におけるシール部の面圧を測定する技術に係り、高温用
機器シール部の面圧測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、高温流体を扱う機器において、二
つの部材間に圧接面が存在し、この圧接面をシールする
ことが求められる場合には、双方の部材の圧接面間にガ
スケットを介装するとともに、ガスケットを介して双方
の圧接面に接触面圧力を及ぼし合うことにより、シール
性を確保している。ところで、高温流体を扱う機器にお
いて、使用時における温度が恒常的に一定であるとは限
らず、多くの場合において機器の温度が経時的に変化す
る。一方で、機器における圧接面への熱伝導性は必ずし
も一様ではなく、構造的要因によって不均一であること
が多い。このために、熱応力に起因してシール部におけ
る接触面圧力の均一性が損なわれ、シール性を失う問題
があった。
つの部材間に圧接面が存在し、この圧接面をシールする
ことが求められる場合には、双方の部材の圧接面間にガ
スケットを介装するとともに、ガスケットを介して双方
の圧接面に接触面圧力を及ぼし合うことにより、シール
性を確保している。ところで、高温流体を扱う機器にお
いて、使用時における温度が恒常的に一定であるとは限
らず、多くの場合において機器の温度が経時的に変化す
る。一方で、機器における圧接面への熱伝導性は必ずし
も一様ではなく、構造的要因によって不均一であること
が多い。このために、熱応力に起因してシール部におけ
る接触面圧力の均一性が損なわれ、シール性を失う問題
があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、常温状態に
おいて、シール部における接触面圧力の測定方法として
は、接触面圧力を検出するフィルム状の測定部材をシー
ル部に介装し、その色調や圧電効果を利用して接触面圧
力を測定している。しかし、この測定方法では、フィル
ム状の測定部材の耐熱性を考慮すると、４００℃以上の
高温下における測定は困難であり、測定に際してはシー
ル部に対して測定部材を着脱するために、機器の分解が
必須の作業であった。
おいて、シール部における接触面圧力の測定方法として
は、接触面圧力を検出するフィルム状の測定部材をシー
ル部に介装し、その色調や圧電効果を利用して接触面圧
力を測定している。しかし、この測定方法では、フィル
ム状の測定部材の耐熱性を考慮すると、４００℃以上の
高温下における測定は困難であり、測定に際してはシー
ル部に対して測定部材を着脱するために、機器の分解が
必須の作業であった。
【０００４】本発明は上記した課題を解決するものであ
り、機器の分解を伴うことなく、高温条件下のシール部
における接触面圧力を測定することができる高温用機器
シール部の面圧測定方法を提供することを目的とする。
り、機器の分解を伴うことなく、高温条件下のシール部
における接触面圧力を測定することができる高温用機器
シール部の面圧測定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の高温用機器シール部の面圧測定方法は、
使用時に温度勾配が存在する高温側の部材と低温側の部
材の間に、双方の部材の圧接面間にシール材を介装して
シール部を形成した高温流体を取り扱う機器において、
高温側の部材内を流れる高温流体の温度ｔと、低温側の
部材の外側表面部における測定点での温度ＴE とを測定
し、前記機器における双方の部材の圧接面とシール部の
圧接面との間に、接触熱抵抗要素として接触熱抵抗と接
触面圧力の関係をモデル化した数式モデルを想定し、接
触面圧力として入力値ｐを設定し、この入力値ｐにおけ
る接触熱抵抗値ＲHを前記数式モデルで算出し、算出し
た接触熱抵抗値ＲH を条件値として有限要素法による熱
伝導解析を行って、高温流体の前記測定温度ｔにおける
低温側の部材の外側表面部における解析温度ＴC を算出
し、この算出した解析温度ＴC と低温側の部材の外側表
面部の前記測定温度ＴE とを比較し、解析温度ＴC と測
定温度ＴE との誤差が判定値以下となるまで、接触面圧
力の入力値ｐを変更しながら熱伝導解析を繰り返し、解
析温度ＴC と測定温度ＴE との誤差が判定値以下となっ
た時点における入力値ｐを現在の接触熱面圧力とするも
のである。
めに、本発明の高温用機器シール部の面圧測定方法は、
使用時に温度勾配が存在する高温側の部材と低温側の部
材の間に、双方の部材の圧接面間にシール材を介装して
シール部を形成した高温流体を取り扱う機器において、
高温側の部材内を流れる高温流体の温度ｔと、低温側の
部材の外側表面部における測定点での温度ＴE とを測定
し、前記機器における双方の部材の圧接面とシール部の
圧接面との間に、接触熱抵抗要素として接触熱抵抗と接
触面圧力の関係をモデル化した数式モデルを想定し、接
触面圧力として入力値ｐを設定し、この入力値ｐにおけ
る接触熱抵抗値ＲHを前記数式モデルで算出し、算出し
た接触熱抵抗値ＲH を条件値として有限要素法による熱
伝導解析を行って、高温流体の前記測定温度ｔにおける
低温側の部材の外側表面部における解析温度ＴC を算出
し、この算出した解析温度ＴC と低温側の部材の外側表
面部の前記測定温度ＴE とを比較し、解析温度ＴC と測
定温度ＴE との誤差が判定値以下となるまで、接触面圧
力の入力値ｐを変更しながら熱伝導解析を繰り返し、解
析温度ＴC と測定温度ＴE との誤差が判定値以下となっ
た時点における入力値ｐを現在の接触熱面圧力とするも
のである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１〜図２において、高温流体を取
り扱う流体機器としてのバルブ１は、高温流体が流通す
る内筒２と外気に接触する外筒３との二重構造になって
おり、内筒２の外周面に形成した内筒フランジ４と外筒
３の内周面に形成した外筒フランジ５との間にシール部
６を備えている。
基づいて説明する。図１〜図２において、高温流体を取
り扱う流体機器としてのバルブ１は、高温流体が流通す
る内筒２と外気に接触する外筒３との二重構造になって
おり、内筒２の外周面に形成した内筒フランジ４と外筒
３の内周面に形成した外筒フランジ５との間にシール部
６を備えている。
【０００７】シール部６は、使用時に温度勾配が存在す
る高温側の内筒フランジ４と低温側の外筒フランジ５の
間に、双方のフランジ４，５の圧接面間にシール材とし
てのガスケット７を介装したものである。
る高温側の内筒フランジ４と低温側の外筒フランジ５の
間に、双方のフランジ４，５の圧接面間にシール材とし
てのガスケット７を介装したものである。
【０００８】温度の測定に際しては、温度測定装置８に
より、内筒２を流れる高温流体の温度ｔと、外筒３外側
表面部における複数測定点での温度ＴE(i)とを測定す
る。一方で、図２に示すように、内筒フランジ４と外筒
フランジ５の双方の圧接面とガスケット７との圧接面と
の間に接触熱抵抗要素Ｓを想定し、この接触熱抵抗要素
Ｓにおける接触熱抵抗と接触面圧力の関係をモデル化し
て数式モデルを設定する。この数式モデルは以下に示す
ようなものである。
より、内筒２を流れる高温流体の温度ｔと、外筒３外側
表面部における複数測定点での温度ＴE(i)とを測定す
る。一方で、図２に示すように、内筒フランジ４と外筒
フランジ５の双方の圧接面とガスケット７との圧接面と
の間に接触熱抵抗要素Ｓを想定し、この接触熱抵抗要素
Ｓにおける接触熱抵抗と接触面圧力の関係をモデル化し
て数式モデルを設定する。この数式モデルは以下に示す
ようなものである。
【０００９】
【数１】
【００１０】図３に、シート部における現在の接触面圧
力を、有限要素法において求める手順を示す。始めに、
バルブ１の形状データとして、内筒２、外筒３、内筒フ
ランジ４、外筒フランジ５、ガスケット７の寸法を入力
する（ステップ１）。
力を、有限要素法において求める手順を示す。始めに、
バルブ１の形状データとして、内筒２、外筒３、内筒フ
ランジ４、外筒フランジ５、ガスケット７の寸法を入力
する（ステップ１）。
【００１１】測定した高温流体の温度ｔと外筒フランジ
５の外側表面部の測定温度ＴE(i)を入力する（ステップ
２）。接触部以外の物性値を入力する。ここでは、熱伝
導率を温度テーブル形式で入力する（ステップ３）。接
触部の物性値を入力する。ここでは、マイヤー硬さＨM
（異材の場合には軟らかい方）、気体の熱伝導率、固体
の熱伝導率の平均のそれぞれを温度テーブル形式で入力
する（ステップ４）。熱的境界条件の入力を行う。ここ
では、雰囲気温度および熱伝達係数を入力する（ステッ
プ５）。
５の外側表面部の測定温度ＴE(i)を入力する（ステップ
２）。接触部以外の物性値を入力する。ここでは、熱伝
導率を温度テーブル形式で入力する（ステップ３）。接
触部の物性値を入力する。ここでは、マイヤー硬さＨM
（異材の場合には軟らかい方）、気体の熱伝導率、固体
の熱伝導率の平均のそれぞれを温度テーブル形式で入力
する（ステップ４）。熱的境界条件の入力を行う。ここ
では、雰囲気温度および熱伝達係数を入力する（ステッ
プ５）。
【００１２】以上の条件を入力した下に、通常要素の熱
伝導マトリックスを作成（ステップ６）し、熱流速ベク
トルを組み立てる（ステップ７）。次に、接触面圧力と
して入力値ｐを数式モデルに入力（ステップ８）し、接
触要素の熱伝導マトリックスを作成して入力値ｐにおけ
る接触熱抵抗値ＲH を算出する（ステップ９）。このと
き、接触要素の熱伝導率λC は次式で得られる。
伝導マトリックスを作成（ステップ６）し、熱流速ベク
トルを組み立てる（ステップ７）。次に、接触面圧力と
して入力値ｐを数式モデルに入力（ステップ８）し、接
触要素の熱伝導マトリックスを作成して入力値ｐにおけ
る接触熱抵抗値ＲH を算出する（ステップ９）。このと
き、接触要素の熱伝導率λC は次式で得られる。
【００１３】λC ＝Δｘ／ＲH Δｘ：接触要素の厚みで、隣合う要素の長さをｌとする
と１０-1＜（Δｘ／ｌ）＜１０-2となるように設定す
る。
と１０-1＜（Δｘ／ｌ）＜１０-2となるように設定す
る。
【００１４】算出した接触熱抵抗値ＲH を条件値として
有限要素法による定常熱伝導解析を行って、高温流体の
測定温度ｔにおける外筒３の外側表面部における解析温
度Ｔ C(i)を算出する（ステップ１０）。この算出した解
析温度ＴC(i)と外筒３の外側表面部の測定温度ＴE(i)と
を比較し、その誤差を求める（ステップ１１）。このと
き、測定点がＮ点である場合には、誤差Ｅを次式で与え
る。
有限要素法による定常熱伝導解析を行って、高温流体の
測定温度ｔにおける外筒３の外側表面部における解析温
度Ｔ C(i)を算出する（ステップ１０）。この算出した解
析温度ＴC(i)と外筒３の外側表面部の測定温度ＴE(i)と
を比較し、その誤差を求める（ステップ１１）。このと
き、測定点がＮ点である場合には、誤差Ｅを次式で与え
る。
【００１５】
【数２】
【００１６】この誤差Ｅの判定を行って（ステップ１
２）、誤差Ｅが判定値ＣＲ＜０．０５より小さな値とな
るまで、接触面圧力の入力値ｐを変更しながら（ステッ
プ１３）、熱伝導解析を繰り返して行う。解析温度Ｔ
C(i)と測定温度ＴE(i)との誤差が判定値以下となった時
点における入力値ｐを、シール部６における現在の接触
熱面圧力とする（ステップ１４）。
２）、誤差Ｅが判定値ＣＲ＜０．０５より小さな値とな
るまで、接触面圧力の入力値ｐを変更しながら（ステッ
プ１３）、熱伝導解析を繰り返して行う。解析温度Ｔ
C(i)と測定温度ＴE(i)との誤差が判定値以下となった時
点における入力値ｐを、シール部６における現在の接触
熱面圧力とする（ステップ１４）。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、接触
熱抵抗と接触面圧力の関係をモデル化した接触熱抵抗要
素を用いて有限要素法による熱伝導解析を行うことによ
り、機器の分解を伴うことなく、高温条件下のシール部
における接触面圧力を測定することができる。
熱抵抗と接触面圧力の関係をモデル化した接触熱抵抗要
素を用いて有限要素法による熱伝導解析を行うことによ
り、機器の分解を伴うことなく、高温条件下のシール部
における接触面圧力を測定することができる。
【図１】本発明の実施形態における測定方法を示す説明
図である。
図である。
【図２】同実施形態における有限要素モデルの説明図で
ある。
ある。
【図３】同実施形態における解析手順を示すフローチャ
ート図である。
ート図である。
１ バルブ ２ 内筒 ３ 外筒 ４ 内筒フランジ ５ 外筒フランジ ６ シール部 ７ ガスケット ８ 温度測定装置
Claims (1)
- 【請求項１】 使用時に温度勾配が存在する高温側の部
材と低温側の部材の間に、双方の部材の圧接面間にシー
ル材を介装してシール部を形成した高温流体を取り扱う
機器において、高温側の部材内を流れる高温流体の温度
ｔと、低温側の部材の外側表面部における測定点での温
度ＴE とを測定し、 前記機器における双方の部材の圧接面とシール部の圧接
面との間に、接触熱抵抗要素として接触熱抵抗と接触面
圧力の関係をモデル化した数式モデルを想定し、接触面
圧力として入力値ｐを設定し、この入力値ｐにおける接
触熱抵抗値ＲHを前記数式モデルで算出し、算出した接
触熱抵抗値ＲH を条件値として有限要素法による熱伝導
解析を行って、高温流体の前記測定温度ｔにおける低温
側の部材の外側表面部における解析温度ＴC を算出し、
この算出した解析温度ＴC と低温側の部材の外側表面部
の前記測定温度ＴE とを比較し、 解析温度ＴC と測定温度ＴE との誤差が判定値以下とな
るまで、接触面圧力の入力値ｐを変更しながら熱伝導解
析を繰り返し、解析温度ＴC と測定温度ＴE との誤差が
判定値以下となった時点における入力値ｐを現在の接触
熱面圧力とすることを特徴とする高温用機器シール部の
面圧測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24271996A JP3308453B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 高温用機器シール部の面圧測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24271996A JP3308453B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 高温用機器シール部の面圧測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090090A JPH1090090A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3308453B2 true JP3308453B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=17093233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24271996A Expired - Fee Related JP3308453B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 高温用機器シール部の面圧測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308453B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6834784B2 (ja) * | 2017-05-26 | 2021-02-24 | 日本製鉄株式会社 | 評価方法、評価装置及びプログラム |
| CN110186948A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-30 | 重庆大学 | 一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统及测量方法 |
| CN116183084B (zh) * | 2023-03-22 | 2023-12-08 | 深圳市瑜威电子科技有限公司 | 一种电动牙刷压力检测方法及系统 |
-
1996
- 1996-09-13 JP JP24271996A patent/JP3308453B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1090090A (ja) | 1998-04-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |