JP4277654B2 - 高圧サイクル試験装置 - Google Patents

Description

この発明は、高圧サイクル試験装置に関し、特に、管、弁などの供試体に所要のサイクル負荷を与えて耐久性を試験する高圧サイクル試験装置に関する。

従来、高圧ガス等における材料、機器等のサイクル試験では、図３に示すように、圧縮機(52)、蓄圧容器(53)、第１制御弁(54)、第２制御弁(55)およびセンサ(56)を備えた試験装置(51)を製作し、外部の圧縮機(52)、蓄圧容器(53)、制御弁(54)等を介して供試体(S)に高圧ガスを送り込むことにより、サイクル負荷を与えるというのが一般的であった。

図３に一例を示した従来の高圧サイクル試験装置では、高圧化が進むことにより、高圧サイクル試験装置のための設備コストが膨大になり、使用されるガスの排出量が多く、ランニングコストが高くつき、しかも、ガスの回収ための負担も大きくなる。また、高圧導入に伴う断熱圧縮による温度膨張を避けるためには、ゆっくりとしたガス導入が必要となるため、試験時間が長くかかるという問題もあった。

この発明の目的は、設備コストが抑えることができ、しかも、試験時間を短くすることができる高圧サイクル試験装置を提供することにある。

この発明による高圧サイクル試験装置は、外部に通じるガス通路を有しかつ一端開口および他端開口を有する供試体を内部に支持する供試体支持手段と、一端に供試体支持手段のガス通路に通じる開口を有する円筒状シリンダと、シリンダに摺接するパッキン部を有しシリンダ長さ方向に移動可能なピストンと、ピストンを移動させる駆動手段と、シリンダ内にガスを供給するガス供給手段とを備えており、ガス供給手段は、ガス通路に通じる開口側のシリンダ内空間にガスの初期充填を行いかつリークで失われたガスの自動補充を行うもので、一端がガス源に、他端がシリンダ内に通じるガス導入管と、これの途中に設けられた逆止弁とからなることを特徴とするものである。

供試体は、通常、流体制御装置を構成する管、弁などの配管用機器とされ、新材料、新構造の耐久性などが評価される。

ピストンを移動させる駆動手段としては、例えば、油圧サーボモータが使用され、ピストンは、油圧によって所定サイクルで往復運動させられる。ガス供給手段は、ピストンを移動させる前の初期圧力を設定するためのガスを供給するもので、シリンダ内は、まず、このガス供給手段によって一定圧力とされ、ピストンが前進することによって昇圧され、ピストンが所定位置に停止させられることによって一定の高圧力が保持され、ピストンが後退することによって降圧され、これにより、供試体に所要のサイクル負荷が与えられる。

供試体支持手段は、例えば、供試体の一端開口が押し当てられる保持面を有する固定保持部と、供試体の他端開口に押し付けられる保持面を有し移動可能な可動保持部とを有し、ガス通路は、供試体の試験空間に通じるように、固定保持部に貫通状に設けられているものとされる。このようにすると、供試体を固定保持部に保持させてから可動保持部をセットすることにより、供試体を流体密に保持することができるので、試験のための準備作業を容易に行うことができる。固定保持部および可動保持部の形状は、供試体の形状に応じて変更される。また、供試体支持手段は、固定保持部と可動保持部との間に着脱可能に渡し止められた筒状カバー部をさらに有していることが好ましく、これにより、供試体が保護されるとともに、供試体とカバーとの間に圧力を掛けることが可能となる。

ガス供給手段は、ガス源に通じるガス導入管と、これの途中に設けられた開閉弁および逆止弁とからなることが好ましい。このようにすると、試験中にリークにより失われたガスが逆止弁を介して補充され、試験条件が一定に保たれる。

供試体支持手段は、管の内部に高圧サイクル負荷を与えるのに好適なように、例えば、固定保持部および可動保持部の各保持面には、供試体の開口と同心となる円柱状の凹所および短円筒状の突出部が設けられており、凹所には、供試体の開口内に密に嵌め入れられる円柱状の内側シールが密に嵌め入れられ、突出部には、供試体の開口外周縁部に密に嵌め入れられる円筒状の外側シールが密に嵌め入れられており、固定保持部の内側シールに、固定保持部のガス通路と供試体の試験空間とを連通する連通路が貫通状に設けられているものとされる。

この発明の高圧サイクル試験装置によると、供試体支持手段とシリンダとを直結することにより、必要最小限の供試体支持手段およびシリンダに高圧を発生させ、シリンダ内に封入されたガスがピストンの往復によりサイクル負荷を発生するので、高圧設備による危険性が少なくなり、ガスの排出がなく、ランニングコストが減少する。また、圧縮機や蓄圧容器に代えて、油圧サーボモータおよびシリンダとすることにより、コンパクトな設備とすることができ、低コストでの製作が可能となる。しかも、自由な圧力創出が可能であり、断熱圧縮などによる温度上昇がないため、昇圧のための時間を短くすることができ、これにより、サイクル時間を短くすることができ、安定した試験が可能となる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、図の左を前、右を後というものとする。

図１および図２は、この発明の高圧サイクル試験装置を管などの筒状の供試体の試験に適用する際の１実施形態を示している。

高圧サイクル試験装置(1)は、外部に通じるガス通路(14)を有しかつ前端開口および後端開口を有する供試体(S)を内部に支持する供試体支持手段(2)と、前端に供試体支持手段(2)のガス通路(14)の後端開口に通じる開口を有し後端が閉鎖された円筒状シリンダ(3)と、シリンダ(3)に摺接するパッキン部(5)を有し前後（シリンダ長さ方向）に移動可能なピストン(4)と、ピストン(4)を移動させる駆動手段としてのサーボモータ(6)と、シリンダ(3)内前部にガスを供給するガス供給手段(7)と、供試体支持手段(2)のガス通路(14)内の圧力を検出するセンサ手段(8)とを備えている。

供試体支持手段(2)は、供試体(S)の後端開口が押し当てられる保持面を有し床に固定されている直方体ブロック状の固定保持部(11)と、供試体(S)の前端開口に押し付けられる保持面を有し移動可能な直方体ブロック状の可動保持部(12)と、固定保持部(11)と可動保持部(12)との間に着脱可能に渡し止められた筒状カバー部(13)とからなる。ガス通路(14)は、筒状の供試体(S)の試験空間である内部空間に通じるように、固定保持部(11)に貫通状に設けられている。

サーボモータ(6)は、油圧によってピストン(4)を所定サイクルで往復運動させるもので、圧力波形として、三角波、台形波、パルス波等が可能であり、１サイクルの時間も種々のものが設定可能とされている。

ガス供給手段(7)は、シリンダ(3)内前部空間にガスの初期充填を行いかつリークで失われたガスの自動補充を行うもので、ガス源に通じるガス導入管(27)と、これの途中に設けられた開閉弁(28)および逆止弁(29)とからなる。

図２に詳しく示すように、固定保持部(11)の保持面には、供試体(S)の後端開口と同心となる円柱状の凹所(15)および凹所(15)よりも大径の短円筒状の突出部(16)が設けられている。凹所(15)には、前部が供試体(S)の内径に密に嵌め入れられる円柱状の内側シール(17)の後部が密に嵌め入れられている。突出部(16)には、前部が供試体(S)の外径に密に嵌め入れられる円筒状の外側シール(18)の後部が密に嵌め入れられている。内側シール(17)には、固定保持部(11)のガス通路(14)と供試体(S)の内部空間とを連通する連通路(17a)が貫通状に設けられている。同様に、可動保持部(12)の保持面には、供試体(S)の前端開口と同心となる円柱状の凹所(19)および凹所(19)よりも大径の短円筒状の突出部(20)が設けられている。凹所(19)には、後部が供試体(S)の内径に密に嵌め入れられる円柱状の内側シール(21)の前部が密に嵌め入れられている。突出部(20)には、後部が供試体(S)の外径に密に嵌め入れられる円筒状の外側シール(21)の前部が密に嵌め入れられている。内側シール(21)は、固定保持部(11)の保持面側に設けられる内側シール(17)と同じ形状とされており、貫通状の連通路(21a)が形成されている。

シリンダ(3)の後端は、閉鎖ブロック(23)により閉鎖されており、ピストン(4)の中間部分は、閉鎖ブロック(23)に設けられた貫通孔(23a)に前後移動可能に挿通されている。閉鎖ブロック(23)には、ピストン(4)と貫通孔(23a)縁部との間をシールするシール(24)が設けられている。シリンダ(3)の前端は、溶接などにより固定保持部(11)に流体密に固定されている。

パッキン部(5)は、ピストン前端の小径部に順次嵌め被せられた複数組のシールリング(25)と、シールリング(25)の抜けを防止する固定リング(26)とからなる。

上記高圧サイクル試験装置(1)によると、シリンダ(3)内は、まず、ガス供給手段(7)によって一定圧力とされる。次いで、ピストン(4)が前進することによって昇圧され、ピストン(4)が所定位置に停止させられることによって一定の高圧力が保持され、ピストン(4)が後退することによって降圧され、これにより、供試体(S)に所要のサイクル負荷が与えられる。試験中にリークにより失われたガスは、逆止弁(29)を介して補充され、試験条件は試験期間中一定に保たれる。

なお、上記実施形態では、供試体としての管(S)の内部に負荷を与える例を説明したが、固定保持部(11)および可動保持部(12)の形状を若干変更することにより、管(S)の外部に負荷を与えることも可能である。この場合、カバー部(13)は、供試体(S)とカバー部(13)との間に圧力を掛けるための容器とされる。また、固定保持部および可動保持部の形状を変更することにより、供試体を弁などの流体制御機器とすることもできる。

この発明による高圧サイクル試験装置の実施形態を示す側面図である。 同要部の拡大縦断面図である。 この発明による高圧サイクル試験装置が対象とする従来の高圧サイクル試験装置を示す側面図である。

符号の説明

(1) 高圧サイクル試験装置
(2) 供試体支持手段
(3) シリンダ
(4) ピストン
(5) パッキン部
(6) サーボモータ（駆動手段）
(7) ガス供給手段
(11) 固定保持部
(12) 可動保持部
(14) ガス通路
(15) 凹所
(16) 突出部
(17) 内側シール
(17a) 連通路
(18) 外側シール
(27) ガス導入管
(28) 開閉弁
(29) 逆止弁
(S) 供試体

Claims (3)

1. 外部に通じるガス通路を有しかつ一端開口および他端開口を有する供試体を内部に支持する供試体支持手段と、一端に供試体支持手段のガス通路に通じる開口を有する円筒状シリンダと、シリンダに摺接するパッキン部を有しシリンダ長さ方向に移動可能なピストンと、ピストンを移動させる駆動手段と、シリンダ内にガスを供給するガス供給手段とを備えており、ガス供給手段は、ガス通路に通じる開口側のシリンダ内空間にガスの初期充填を行いかつリークで失われたガスの自動補充を行うもので、一端がガス源に、他端がシリンダ内に通じるガス導入管と、これの途中に設けられた逆止弁とからなることを特徴とする高圧サイクル試験装置。
2. 供試体支持手段は、供試体の一端開口が押し当てられる保持面を有する固定保持部と、供試体の他端開口に押し付けられる保持面を有し移動可能な可動保持部とを有し、ガス通路は、供試体の試験空間に通じるように、固定保持部に貫通状に設けられている請求項１の高圧サイクル試験装置。
3. 固定保持部および可動保持部の各保持面には、供試体の開口と同心となる円柱状の凹所および短円筒状の突出部が設けられており、凹所には、供試体の開口内に密に嵌め入れられる円柱状の内側シールが密に嵌め入れられ、突出部には、供試体の開口外周縁部に密に嵌め入れられる円筒状の外側シールが密に嵌め入れられており、固定保持部の内側シールに、固定保持部のガス通路と供試体の試験空間とを連通する連通路が貫通状に設けられている請求項２の高圧サイクル試験装置。

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