JP5132655B2 - 歪計の取付構造、歪計の取付方法 - Google Patents

Description

本発明は、歪計の測定対象部材への取付構造及び方法に関する。

例えば、火力発電所のボイラやタービンの配管など熱影響を受け易い金属溶接線の余寿命を検査する方法の一つとして、歪測定法が知られている。この歪測定法は、測定対象物表面の歪から金属溶接線などの余寿命を検査するものであるが、これらの計測対象面が表面温度６００℃以上の高温になるため、高温下での測定が可能な歪計が必要である。

これまで、本願発明者らは、このような高温化において広い測定範囲で歪を測定できる装置として、図５に示すように、筒状に構成された第１の電極１１２ａと、第１の電極１１２ａの内側へ進退可能とされ、第１の電極１１２ａと共にコンデンサを構成する棒状の第２の電極１１２ｂと、第１の電極１１２ａを支持するセラミック製の第１の絶縁体１１５ａと、第２の電極１１２ｂを支持する第２の絶縁体１１５ｂと、第１及び第２の絶縁体１１５ａ，１１５ｂを測定対象物３に夫々取付ける脚部１１６ａ、１１６ｂと、これら脚部１１６ａ，１１６ｂを測定対象物３に溶接接続されて固定する取付部材１１７ａ、１１７ｂを備えた歪計２００を提案している（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００７―３１５８５３号公報 特開２００７―３１５８５４号公報

かかる歪計を用いて配管表面に軸方向に延びる溶接線の歪を測定する場合には、歪計の取付部材を配管に溶接接続する必要があり、配管に熱影響が生じてしまう。このため、配管に熱影響が生じていないかどうか、非破壊検査等により調べる必要がある。また、歪計は溶接線に対して直交し、かつ、水平となるように取付ける必要があるが、一度配管に溶接接続してしまうと、歪計の姿勢を調整することが難しい。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、歪の測定の対象となる部材へ歪計を取付る際の溶接による熱影響を抑えることができ、また、歪計の姿勢の調整が可能な歪計の取付構造を提供することである。

本発明の歪計の取付構造は、一対の部材間の変位に応じた信号を出力する歪計の前記一対の部材を夫々測定対象部材に取り付ける構造であって、前記部材を保持可能であり、ボルト孔が形成されたフランジを有する保持部材本体と、前記保持部材本体を前記測定対象部材に取り付ける脚部とを備え、前記脚部は、前記測定対象部材に立設されたスタッドボルトと、当該スタッドボルトに螺合するとともに前記フランジを挟みこんで固定する一対のナットとにより構成され、前記一対のナットのうち下方のナットと前記フランジの間にはワッシャが介装されており、前記ワッシャは下面が下方のナットと当接した状態で、上面が略水平になるような形状であることを特徴とする。

上記の歪計の取付構造において、前記フランジに形成されたボルト孔は、前記保持部材本体により保持された状態における前記歪計の軸方向に対して略垂直方向に長尺かつ前記スタッドボルトよりも幅広に形成されていてもよい。

また、本発明の歪計の取付方法は、一対の部材間の変位に応じた信号を出力する歪計を測定対象部材に取り付ける方法であって、前記測定対象部材の歪の対象となる区間の両側にスタッドボルトを立設するステップと、前記スタッドボルト夫々に下方のナットを螺合させるステップと、前記一対の部材を夫々保持可能な、ボルト孔が形成されたフランジを有する保持部材本体を、前記歪計と略同形状を有する仮冶具に固定した状態で、前記フランジのボルト孔を前記スタッドボルトが挿通するように前記保持部材本体を仮置きするステップと、前記仮冶具が略水平になるように前記下方のナットの取付高さを調整するステップと、前記スタッドボルトに上方のナットを螺合させ、当該上方のナットを締め付けることにより前記フランジを前記スタッドボルトに固定するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、スタッドボルトを介して歪計を保持するため、測定対象部材へスタッドボルトを溶接するのみで良く、溶接箇所が局所的になり、測定対象部材への熱影響を抑えることができる。また、スタッドボルトに螺合するナットにより保持部材本体をスタッドボルトに固定するため、このナットの位置を調整することで歪計の姿勢を調整することができる。

本実施形態の一対の取付構造により、配管の溶接線を跨ぐように取付けられた歪計を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は立面図である。 保持部材本体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 本実施形態の取付構造を用いて歪計を固定する方法を説明するための図（その１）である。 本実施形態の取付構造を用いて歪計を固定する方法を説明するための図（その２）である。 本実施形態の取付構造を用いて歪計を固定する方法を説明するための図（その３）である。 本実施形態の取付構造を用いて歪計を固定する方法を説明するための図（その４）である。 本実施形態の取付構造を用いて歪計を固定する方法を説明するための図（その５）である。 スタッドボルト同士が平行ではない場合の歪計の固定方法を説明刷る図である。 歪計の構成を示す図である。

以下、本発明の歪計の取付構造の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の一対の取付構造２０により、配管１の溶接線２を跨ぐように取付けられた歪計１０を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は立面図である。配管１は、例えば、９クロム鋼からなり、軸方向に延びる溶接線２を備える。歪計１０は、配管１に生じる溶接線２を跨いだ２点間の歪を測定するべく、後述する電極１２Ａ，１２Ｂが水平に、かつ、溶接線２に対して略垂直になるように取付けられる。

歪計１０は、棒状の第１の電極１２Ａと、筒状の第２の電極１２Ｂとを備え、第１の電極１２Ａが第２の電極１２Ｂの内側に挿入されてなる。第１の電極１２Ａの外周面と第２の電極１２Ｂの内周面との間には、所定の間隔が設けられており、両電極１２Ａ、１２Ｂはコンデンサを形成している。これら電極１２Ａ，１２Ｂは、それぞれケーシング１４Ａ，１４Ｂ内に収容されている。

歪計１０は、ケーシング１４Ａ，１４Ｂが、それぞれ取付構造２０により配管１に固定されることで配管１に取付けられている。取付構造２０は、ケーシング１４Ａ、１４Ｂを保持する保持部材本体３０と、保持部材本体３０を配管１に固定する脚部５０とにより構成される。

図２は、保持部材本体３０を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。同図に示すように、保持部材本体３０は例えばクロム鋼からなる部材であり、その中央部には水平方向に貫通する開口４３が形成されている。開口４３の片側（図２（Ｂ）中右側）には、開口４３に連続して横方向に延びるスリット４３ａが形成されており、このスリット４３ａにより開口４３の片側の部分は上下に分断されている。開口４３の他側（図２（Ｂ）中左側）には開口４３から横方向に向かう切り込み４３ｂが形成され、切り込み４３ｂの先端が円形に加工されることで、この部分に弾性ヒンジが形成されている。なお、保持部材本体３０のスリット４３ａ及び切り込み４３ｂよりも上側の部分を覆部４０といい、下側の部分を基部４１という。
保持部材本体３０のスリット４３ａで分断された部分には、覆部４０及び基部４１を連続して上下に貫通するボルト孔４４が設けられており、このボルト孔４４にボルト４６を締め付けることで、上記弾性ヒンジを中心にスリット４３ａが閉じるように覆部４０が変形し、開口４３内に配置された歪計１０のケーシング１４Ａ，１４Ｂを強固に保持することができる。

基部４１の下部には、側方に向かって突出するように、４枚のフランジ４２が設けられている。これらフランジ４２には、基部４１の側方方向に延びるように長尺であり、かつ、スタッドボルト５１に比べて若干幅広なボルト孔４２Ａが形成されている。

脚部５０は、配管１のボルト孔４２Ａに対応する位置に取り付けられたスタッドボルト５１と、各スタッドボルト５１に螺合してフランジ４２を挟み込んで固定する一対のナット５２，５５と、各ナット５２，５５とフランジ４２の間に介装されたワッシャ５３，５４とにより構成される。各スタッドボルト５１に取付けられたナット５２，５５の取付高さを調整することにより、保持部材本体３０の上下方向の傾斜角度を調整することができ、また、フランジ４２のボルト孔４２Ａが長尺かつスタッドボルト５１に比べて若干幅広に形成されていることで、保持部材本体３０の水平方向の角度を調整することができる。本実施形態では、溶接線２における歪を測定することを目的としているため、歪計１０はその電極１２Ａ，１２Ｂが溶接線２に対して垂直に、かつ、水平に延びるように固定されている。

両電極１２Ａ，１２Ｂにより形成されるコンデンサには、静電容量計（不図示）が接続され、静電容量計には歪検出回路が接続されている。配管１の溶接線２に歪が生じると電極１２Ａ，１２Ｂの進退移動によって第１の電極１２Ａと第２の電極１２Ｂの重なり長さが変化する。これに応じて、電極１２Ａ，１２Ｂの対向面積が変化するので、これら電極１２Ａ，１２Ｂの間の静電容量が変化する。かかる歪計１０の静電容量の変化を静電容量計により測定し、測定した静電容量に基づき歪検出回路によって溶接線２の歪を求めることができる。

以下、本実施形態の取付構造２０を用いて歪計１０を固定する方法を、図３Ａ〜図３Ｅを参照しながら説明する。
まず、図３Ａに示すように、配管１の溶接線２の両側にスタッドボルト５１を取り付ける。この際、予め、配管１表面のスタッドボルト５１の取付位置に、ポンチ孔（不図示）を形成しておき、このポンチ孔にスタッドボルト５１の先端を係合させた状態で、スタッドボルト５１の先端を配管１表面にスタッド溶接して取付ける。
次に、図３Ｂに示すように、各スタッドボルト５１に下方のナット５５を螺合させ、ワッシャ５４をスタッドボルト５１に挿通させる。

次に、図３Ｃに示すように、一対の保持部材本体３０の各開口４３に、歪計１０と略同じ径を有する円柱状の取付冶具１１０の両端を挿通させ、保持部材本体３０のボルト孔４４にボルト４６を締め付けることにより、これら保持部材本体３０を取付冶具１１０に固定する。そして、図３Ｃに示すように、取付冶具１１０に固定した状態の保持部材本体３０を、各保持部材本体３０のフランジ４２に形成されたボルト孔４２Ａをスタッドボルト５１が挿通するように配置する。次に、各スタッドボルト５１にワッシャ５３を挿通させ、上方のナット５２を締め付け、保持部材本体３０を仮止めする。

次に、図３Ｄに示すように、取付冶具１１０が水平、かつ、溶接線２に対して垂直になるように、保持部材本体３０の姿勢を調整する。すなわち、取付冶具１１０に水準器を取付け、この水準器が平行を示す状態となるように、各スタッドボルト５１に取付けられた下方のナット５５の取付高さを調整する。また、フランジ４２に形成されたボルト孔４２Ａは長尺かつスタッドボルト５１より幅広に形成されているため、保持部材本体３０を水平方向に移動及び回転させることができる。そこで、例えば、三角定規などを用いて、取付冶具１１０の軸方向が溶接線２に対して垂直になるように保持部材本体３０及び取付冶具１１０を水平に移動又は回転させる。

上記のように保持部材本体３０の姿勢を調整した後、上方のナット５２を締め付け、上下のナット５２，５５によりワッシャ５３，５４を介してフランジ４２を挟みこむことで、保持部材本体３０を固定する。

次に、保持部材本体３０の基部４１及び覆部４０のボルト孔４４に締め付けられたボルト４６を取り外し、取付冶具１１０を開口４３から取り外す。そして、図３Ｅに示すように、歪計１０を開口４３内に配置し、再びボルト４６を締め付ける。
以上の工程により、一対の取付構造２０により歪計１０を配管１に固定することができる。

本実施形態によれば、脚部５０を構成するスタッドボルト５１を介して、歪計１０を配管１に固定するため、配管１へ溶接接続するのはスタッドボルト５１のみでよい。このため、配管１への溶接による影響を局所的に抑えることができる。

また、脚部５０をスタッドボルト５１により構成し、スタッドボルト５１に螺合する一対のナット５２，５５により保持部材本体３０のフランジ４２を固定することとしたため、ナット５２，５５の取付高さを調整することで、歪計１０の姿勢を水平となるように調整することができる。また、フランジ４２に形成されたボルト孔４２Ａが長尺かつ幅広に形成されているため、ボルト孔４２Ａにスタッドボルト５１を挿通させた状態で、保持部材本体３０を水平方向に移動及び回転させることができるため、歪計１０の姿勢を溶接線２に対して垂直方向となるように調整することができる。
また、取付冶具１１０を用いることで、保持部材本体３０を取り付ける際に、歪計１０に過度な力が作用して、破損するのを防止できる。

なお、配管１の表面は円弧状であるため、スタッドボルト５１を配管１の表面に垂直に取付けると、図４に示すように、スタッドボルト５１同士が平行ではなくなる場合がある。このような場合には、同図に示すように、ワッシャ５３，５４を斜めに整形するとよい。このようにすることで、スタッドボルト５１が斜めに取り付けられている場合であっても、歪計１０を水平に保持することができる。なお、同図にはフランジ４２の上下のワッシャ５３，５４をともに斜めに整形しているが下方のワッシャ５３のみを整形してもよい。また、ワッシャ５３，５４を折り曲げることによっても同様の効果が得られる。

なお、本実施形態では、配管１の溶接線２に生じた歪を測定するべく、配管に歪計を取付ける場合について説明したが、これに限らず、スタッドボルトを溶接可能な部材であれば、本発明の取付構造により歪計を取付けることができる。

また、本実施形態では、各保持部材本体３０を４本のスタッドボルト５１により支持したが、これに限らず、スタッドボルト５１の本数は問わない。

１ 配管
２ 溶接線
１０ 歪計
１２Ａ，１２Ｂ 電極
１４Ａ、１４Ｂ ケーシング
２０ 取付構造
３０ 保持部材本体
４０ 覆部
４１ 基部
４２ フランジ
４２Ａ ボルト孔
４３ 開口
４４ ボルト孔
５０ 脚部
５１ スタッドボルト
５２，５５ ナット
５３，５４ ワッシャ
１１０ 取付冶具

Claims (3)

1. 一対の部材間の変位に応じた信号を出力する歪計の前記一対の部材を夫々測定対象部材に取り付ける構造であって、
   前記部材を保持可能であり、ボルト孔が形成されたフランジを有する保持部材本体と、前記保持部材本体を前記測定対象部材に取り付ける脚部とを備え、
   前記脚部は、前記測定対象部材に立設されたスタッドボルトと、当該スタッドボルトに螺合するとともに前記フランジを挟みこんで固定する一対のナットとにより構成され、
   前記一対のナットのうち下方のナットと前記フランジの間にはワッシャが介装されており、
   前記ワッシャは下面が下方のナットと当接した状態で、上面が略水平になるような形状であることを特徴とする歪計の取付構造。
2. 請求項１記載の歪計の取付構造であって、
   前記フランジに形成されたボルト孔は、前記保持部材本体により保持された状態における前記歪計の軸方向に対して略垂直方向に長尺かつ前記スタッドボルトよりも幅広に形成されていることを特徴とする歪計の取付構造。
3. 一対の部材間の変位に応じた信号を出力する歪計を測定対象部材に取り付ける方法であって、
   前記測定対象部材の歪の対象となる区間の両側にスタッドボルトを立設するステップと、
   前記スタッドボルト夫々に下方のナットを螺合させるステップと、
   前記一対の部材を夫々保持可能な、ボルト孔が形成されたフランジを有する保持部材本体を、前記歪計と略同形状を有する仮冶具に固定した状態で、前記フランジのボルト孔を前記スタッドボルトが挿通するように前記保持部材本体を仮置きするステップと、
   前記仮冶具が略水平になるように前記下方のナットの取付高さを調整するステップと、
   前記スタッドボルトに上方のナットを螺合させ、当該上方のナットを締め付けることにより前記フランジを前記スタッドボルトに固定するステップと、を備えることを特徴とする歪計の取付方法。