JP3786587B2 - 高温用配管継手のシール構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温用配管継手のシール構造に係り、より詳しくはボイラー、タービン、焼却炉等の高温環境条件下での配管継手のシールに好適に使用可能である高温用配管継手のシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配管継手のシール構造として、たとえば、自己潤滑特性、熱伝導性、耐薬品性等に優れる膨張黒鉛系シール材からなるグランドパッキンを使用したものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、膨張黒鉛系シール材からなるグランドパッキンによる上記配管継手のシール構造では、これが高温環境下に置かれると、熱的影響で配管が傾斜した場合膨張黒鉛系シール材は前記配管の傾斜に対する追随性が悪く、応力緩和が大きいため、シール性が短期間で低下し、気体の漏洩を起こす。また、膨張黒鉛系シール材は６００゜Ｃ付近を越える高温度条件下では酸化消耗による劣化が激しく、シール特性を持続することができなくなる。
したがって、例えば、発電所のガスタービン燃焼器に使用される火炎伝播管部などのように４５０〜６００゜Ｃ付近を越える高温度環境下においては使用不可能であり、このような高温度環境下においても使用可能な高温用配管継手のシール構造が要望されている。
【０００４】
本発明の目的は、上記要望に応えるべくなされたもので、高温での耐酸化性、弾力性に優れ、発電所のガスタービン燃焼器に使用される火炎伝播管部などの高温環境下でも好適に使用可能であるとともに、熱膨張による配管の軸方向傾斜に対する追随性に優れる高温用配管継手のシール構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高温流体側と大気側を仕切る壁部材に、接続される配管の外径より大きい内径の配管貫通部を有して、配管の外周部に円筒状のパッキン室を形成するとともに、このパッキン室の軸方向の少なくとも片側にパッキン押え部材を備えた高温用配管継手において、前記パッキン室に、マイカシートを巻き重ねてリング状に加圧成形した主シールパッキンと、この主シールパッキンの軸方向両端に配される、金属細線を製編するか製織したのちリング状に成形したメッシュスプリングとを装填してあることに特徴を有するものである。
この場合において、上記マイカシートとしては、金マイカを８０％以上含有するマイカシートを使用することが耐熱性を高めるうえで好ましい。
【０００６】
【作用】
マイカシートを巻き重ねてリング状に加圧成形してなる主シールパッキンのリング成形品は、高温における耐酸化性に優れ、また高温での弾力性を確保するため、高温条件下においてもシール特性を長い使用期間にわたって確保できる。
主シールパッキンの軸方向両端に配される、金属細線を製編織したのちリング状に成形されたメッシュスプリングは、耐熱性を有し、また弾力性に富むため、高温条件下においてもパッキン押え部材により加えられる締付圧の低下を補償できる。また、これら主シールパッキン及びメッシュスプリングはいずれも高温での弾力性を確保できるため、熱的影響により生じる配管の傾斜にも追随することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の高温用配管継手のシール構造の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１は高温用配管継手のシール構造の概略断面図を示しており、高温用配管継手は圧力容器、機器等における高温流体側Ａと大気側Ｂを仕切る壁部材Ｗに配管１の外径より大きい内径の配管貫通部２を形成し、この配管貫通部２内の配管１の外周部に円筒状の空間、すなわちパッキン室３を形成している。パッキン室３には主シールパッキン４を１個もしくは２個以上（図示例では２個）を装填するとともに、この主シールパッキン４の軸方向両端にメッシュスプリング５，５を配備し装填している。パッキン室３の軸方向片側にはパッキン押え部材６が備えられ、このパッキン押え部材６でメッシュスプリング５及び主シールパッキン４を壁部材Ｗに向けて加圧している。
【０００９】
主シールパッキン４は、マイカシート、より好ましくは金マイカ（phlogopite) を８０％以上含有するマイカシートを巻き重ね、この巻重体をリング状に加圧成形してなる。
メッシュスプリング５は、ＳＵＳ３１６等の金属細線を横編あるいは縦編等の組織に製編した金属細線編物体、または金属細線を平織等の組織に製織した金属細線織物体をリング状に成形してなる。
【００１０】
上記構成の高温用配管継手のシール構造によれば、高温環境条件下の熱的影響で配管１が傾斜するようなことがあっても、マイカシートからなるリング状の主シールパッキン４、及び金属細線の編物体または織物体からなるリング状のメッシュスプリング５は、いずれも高温での弾力性を確保するので、配管１の傾斜に追随することができ、したがって常に主シールパッキン４の内周面と配管１の外周面間に隙間をつくることなく気密状にシール性を確保できて気体の漏洩を防止できる。また、マイカシートからなる主シールパッキン４は高温における耐酸化性にも優れるため、４５０〜６００゜Ｃ付近を越える高温度環境下でも酸化消耗するようなことがなく、この点でもシール特性を長期間にわたって確保することができる。また、金属細線の編物体または織物体からなるリング状のメッシュスプリング５は耐熱性、弾力性に富むため、高温条件下においてもパッキン押え部材６による主シールパッキン４の締付圧を低下させることなく確保することができる。
【００１１】
上記実施形態では主シールパッキン４及びメッシュスプリング５を片側からのみパッキン押え部材６で加圧する場合について説明したが、これに代えて、図２に示すように主シールパッキン４及びメッシュスプリング５を両側よりパッキン押え部材６，６で加圧する形態においても同様に適用できる。
【００１２】
本発明のマイカシートからなる主シールパッキン４と金属細線からなるメッシュスプリング５との組合わせによる下記の実施例と、膨張黒鉛パッキンによる下記の比較例の圧縮復元試験を実施した。
【００１３】
（実施例）
主シールパッキン４とメッシュスプリング５との組合わせによる実施品は、主シールパッキン４がマイカシートを巻き重ねてリング状に加圧成形されてなり（マイカリング）、メッシュスプリング５が、ＳＵＳ３１６の細線を編むか織ったのちリング状に成形されてなり、これら２個の主シールパッキン４と２個のメッシュスプリング５とを組合わせたリングの内径寸法ａは１１０mm、外径寸法ｂは１２４mm、軸方向長さ（高さ）Ｈは２０mm（１個の主シールパッキン４の軸方向長さは７mm、１個のメッシュスプリング５の軸方向長さは３mm）とするものである。
【００１４】
（比較例）
比較例の膨張黒鉛パッキンは膨張黒鉛をリング状に圧縮成形してなり、その内径寸法は１１０mm、外径寸法は１２４mm、軸方向長さ（高さ）は２０mmとするものである。
【００１５】
上記実施例及び比較例の圧縮復元試験に用いる装置には、図３にその概略断面図を示すように、アムスラー式圧縮引張試験機が用いられ、試験治具（パッキン押え）１０（内径１１０．５mm、外径１２３．５mm) 、荷重変換器（締付圧記録）１１、変位変換器（圧縮量記録）１２、動歪計１３、及びＸ−Ｙレコーダ１４により構成される。
【００１６】
上記装置を用いて下記の要領で圧縮復元試験を実施した。
試験方法は、室温下において、図３の試験装置の試験治具１０に上記実施品（主シールパッキン（マイカリング）とメッシュスプリングの組合わせによるパッキン）Ｔ、または上記比較品（膨張黒鉛パッキン）Ｐを組込み、それぞれを締付圧４９．０ＭＰａ（５００Kgf/cm2 ）まで圧縮スピード約９．８ＭＰａ（１００Kgf/cm2 ）／min で締付け、その時の圧縮量を変位変換器１２で測定して、両者の締付圧と圧縮率の関係を対比した。
【００１７】
パッキンの各締付圧時における圧縮率の試験結果を図４に示す。この結果から、例えば締付圧が４９．０ＭＰａ時における圧縮率は、実施例のものでは約３０％であり、これに対し比較例のものでは約２０％であり、したがって実施例のものが比較例のものに比べて流体漏洩の発生が著しく減少することになり、優れたシール特性を確保することを確認できた。
【００１８】
因みに、主シールパッキンであるマイカリングと膨張黒鉛パッキンの熱減量試験の結果は図５に示すとおりである。試験条件については、試験雰囲気は電気炉内曝露加熱、試験時間は各温度にて１時間とする。
【００１９】
図５に示す熱減量試験の結果、膨張黒鉛パッキンでは６００゜Ｃを越えると酸化消耗が激しく熱減量率が著しいが、マイカリングでは６００゜Ｃ前後においてもバインダー以外の質量減量は発生せず熱減量率は著しく低く、４５０〜６００゜を越える高温条件下でもシール性を確保できることが判る。
なお、本発明の高温用配管継手のシール構造は回転軸や往復動軸の軸封部などにも同様に適用できることはいうまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の高温用配管継手のシール構造によれば、高温での耐酸化性、弾力性に優れるマイカシートからなる主シールパッキンと、耐熱性、弾力性に富む金属細線からなるメッシュスプリングとを組合わせてパッキン室に装填してあるので、高温環境条件下でも好適に使用でき、また熱膨張による配管の傾斜に対する追随性にも優れてシール特性を確保することができ、しかも構造が簡単で安価に提供できて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施例の高温用配管継手のシール構造の概略断面図である。
【図２】 他の実施例の高温用配管継手のシール構造の概略断面図である。
【図３】 圧縮復元試験装置の概略断面図である。
【図４】 実施品と比較品の圧縮復元試験結果を示す図表である。
【図５】 マイカリングと膨張黒鉛パッキンの熱減量試験結果を示す図表である。
【符号の説明】
１ 配管
２ 配管貫通部
３ パッキン室
４ 主シールパッキン
５ メッシュスプリング
６ パッキン押え部材

Claims (2)

1. 高温流体側と大気側を仕切る壁部材に、接続される配管の外径より大きい内径の配管貫通部を有して、この配管貫通部内の配管の外周部に円筒状にパッキン室を形成するとともに、このパッキン室の軸方向の少なくとも片側にパッキン押え部材を備えた高温用配管継手において、前記パッキン室に、マイカシートを巻き重ねてリング状に加圧成形した主シールパッキンと、この主シールパッキンの軸方向両端に配される、金属細線を製編織したのちリング状に成形したメッシュスプリングとを装填してあることを特徴とする高温用配管継手のシール構造。
2. 前記マイカシートが金マイカを８０％以上含むことを特徴とする請求項１記載の高温用配管継手のシール構造。

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