JP6263610B2 - 金属性フランジ接合ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、対向する締め付け可能な（または引き寄せ可能な：ａｔｔｒａｃｔａｂｌｅ）フランジの間に配置される金属性フランジ接合ガスケットに関し、このガスケットは、その両側表面のそれぞれに、少なくとも１つの突出した円形の第一山部と、第一山部に隣接する少なくとも１つの第一谷部とを有する。

フランジを有する２つのパイプが、またはフランジを有するパイプと、フランジを有するユニットまたは要素（例えば、フランジを有するポンプおよび／またはバルブ）とが、相互に連結されるとき、フランジの接合を確実に締結するために、さまざまな種類のガスケットがフランジ間において使用される。しばしば、ゴム、繊維複合体などの延性材料のガスケット、および多くはないが、グラファイト含有紡績糸のインレーを有する金属ガスケットが使用される。特定の場合においては、金属のリングがフランジのグルーブに圧入されている、いわゆるＲＴＪ連結器（ＲＴＪ−ｃｏｕｐｌｉｎｇｓ）もまた使用される。

前述したタイプのガスケットの全てがそれぞれの長所と短所とを有する。延性材料でできたガスケットは安価であるが、そのような材料は、時間が経つにつれ圧力によってへたり、フランジ接合は、締まりを維持するために締結し直さなければならないため、寿命が比較的短くなり得る。グラファイト含有紡績糸を有するタイプは、比較的高価であるが、非常に高い圧力および温度に耐え得る。これらも締結し直す必要があるが、その効果は数回に限られる。ＲＴＪ連結器は締結し直す必要がなく、非常に安定しており、および高い圧力と高い温度とに耐える。しかしながら、これらの連結器は特別に加工されたフランジが必要であり、フランジを取り替えることなく、他のガスケットに取り替えることができない。フランジ接合における漏れ（Ｌｅａｋａｇｅ）は厳しい用途に関して深刻な結果をもたらし得る。ガスプラントおよびガス装置（またはガス設備）での漏れは、火災および爆発をもたらす可能性があり、これらは、そのような装置に備えられたフランジ接合における漏れにより生じた、いくつかの好ましくない重大な事故を引き起こしてきた。石油およびガス産業に関する海中（または海底）のパイプにとって、そのような漏れは、それらが発見されるまでの長期にわたる汚染または深刻な大きな漏れにつながるおそれがある。

次の特許公報ＳＵ１１４１２５４−Ａ、ＵＳ４１０９９２３−ＡおよびＤＥ８１４９７７−Ｃ１が、他の既知の関連技術として挙げられる。関連性のより低いガスケットシステムがＧＢ２２４４７８２−Ａから知られている。

ノルウェーの特許出願２０１１１５７１から、均質性材料を有する、輪状または円形の山部領域を備える金属性フランジ接合ガスケットが知られており、この領域ではフランジを互いに対して締め付けると、該材料は流動限界（ｆｌｏｗ ｌｉｍｉｔ）を容易に越え得るが、締め付ける力が増加するにつれて材料の面積がより大きくなるので、この流れ（ｆｌｏｗ）は流動限界に向かって下がって漸近線（ａｓｙｍｐｔｏｔｅ）の方へ動く。しかしながら、この新規な構造は、いくつかの技術的欠陥を有し、良好なフランジ間の封止を提供しないことが判明している。これらの欠陥は主には、降伏するように意図された材料が流れるまたは動くための隣接空間を有しないことと、その構造が相互結合ボルトを締めたときにフランジがある程度曲がることが十分に考慮されていないことによって生じる。これにより、フランジの両面は封止領域の外側でガスケットに当接（ｌａｎｄ ｏｎ：または着地）し、そして、さらなる締め付け力が加わると、封止から持ち上がる（ｌｉｆｔ ｏｆｆ）。そのため、フランジを締め付けて、相互接合するために使用されるボルト接合への締め付け力が増加するにつれて、この接合は漏れが徐々に増加することになる。

そのため、本発明の目的は、その材料に関して均質な金属性フランジ接合ガスケットであって、締め付ける力を適用したときに該材料が降伏限界を容易に越えられるようにする円形に形作られた山部領域を備え、ノルウェーの特許出願２０１１１５７１による技術的解決策に存在することが判明した欠点を克服する金属性フランジ接合ガスケットを提供することである。

例えば隣接する海水または他の腐食性の環境であって、ガスケットの径方向外側に存在する腐食性の環境、または径方向内側に隣接するガスケットの領域であって、すなわち例えばパイプラインの内側の腐食性の環境を考慮に入れることもまた大切である。

本発明によれば、金属性フランジ接合ガスケットは、
ガスケットが：
第一厚さを有する径方向外側部分と；
外側部分の径方向内側の第一径方向内側部分と、
第一内側部分の径方向内側の第二径方向内側部分と
を有し、内側部分の両方が第一厚さよりも大きい第二厚さを示すこと、
該少なくとも１つの円形の第一山部と、該少なくとも１つの隣接する第一谷部とが、少なくとも１つの該内側部分に関連する領域に配置されること、
軸方向に反対向きに、すなわちガスケットのいずれかの側の面に配置される第一山部が、非押込状態において、第一ピーク間距離を有し、フランジが互いに対して引き寄せられ、または締め付けられ、それによりガスケットがフランジ封止機能状態にある押込状態において、より小さい第二ピーク間距離を有し、第一距離が第二ピーク間距離よりも大きく、第二厚さが第一距離および該第二距離よりも小さいこと、
ガスケットは反対向きの両方の側面で：
第一山部の径方向外側において、第二山部を、該第一山部と該第二山部との間に第一凹部を形成するように備えて構成され、および
第一山部の径方向内側において、第三山部を、該第一山部と該第三山部との間に第二凹部を形成するように、備えて構成され、
ここで、軸方向に反対向きに、すなわち、ガスケットの両側の面に配置される第二および第三山部が、非押込状態において、該第一ピーク間距離を有すること
を特徴とする。

さらなる態様は付随する従属請求項２〜９に表される。

本発明は、本発明の限定されない態様を示す添付の図面を参照しながら以下に更に記載される。

図１は、本発明によるフランジ接合ガスケットを組み込んだフランジ接合の態様の片側からの斜視図を示す。 図２ａは、フランジ接合ガスケットの片側からの平面図を示す。図２ｂは、反対側から見た本発明のフランジ接合ガスケットの斜視図を示す。図２ｃおよび２ｄはそれぞれ、ＩＩｃ；ＩＩｄ−ＩＩｃ；ＩＩｄ断面図を示す。図２ｃはフランジ接合ガスケットの第一態様を示し、図２ｄは本発明のフランジ接合の第二態様を示す。 図３ａは、フランジ接合ガスケットの平面図を示し、図３ｂは、図３ａのＩＩＩｂの部分を示す。 図４ａは、フランジが互いに対して締め付けられる前の張り亘された状態（ｔｅｎｓｉｏｎｅｄ ｓｔａｔｅ）のフランジ接合を示す。図４ｂは、図４ａのＩＶｂの部分を示す。 図５ａは、フランジが互いに対して締め付けられた後の、図２ａ、３ａおよび４ａのガスケットを示す。図５ｂは、図５ａのＶｂの部分を示す。

（図面の詳細な説明）
図１には２つのパイプフランジ１、２が示されている。これらは複数の、図示する例においては合計８個のフランジ接合ロック３によって互いに対して引き寄せられまたは締め付けられている。図示する場合のように、このようなロック３は螺刻された端部３’を備えるボルトと、ナット３’’とから成ってよく、このボルトはフランジの穴１’’、２’’を通過する。フランジの直径に応じて、より多い、またはより少ない数で、このようなロック３が使用されることが想像できる。ボルトの螺刻部３’の上でナット３’’を回すことで、フランジの対向する面１’と２’とは互いにより近接し、それぞれの面の部分に接しているガスケットとよりきつく係合する。本発明によるフランジ接合ガスケットは図１においては見えない。

図２ａ〜５ｂに示されるように、特に図４ａ、４ｂ、図５ａおよび５ｂを参照して、ガスケット４は外側円周４’および内側円周４’’と、第一厚さｄ１を有する半径方向外側部分５と、半径方向内側第一部分６および第一部分６の半径方向内側にある半径方向内側第二部分７とを有し、部分６および部分７は第二厚さまたは面間距離ｄ２を示し、ｄ２＞ｄ１である。

図２ａ〜２ｃを参照して、部分６と７との間、ガスケット４の両面（または互いに相対する面）の外側に、少なくとも１つの円形山部８が、山部８の半径方向内側に隣接する第一谷部９を備えて配置されている。しかしながら図２ｄに示されるように、第一谷部（ここでは９’で示される）を、第一山部（ここでは８’で示される）より半径方向に外側に配置することができる。第一山部８；８’および第一谷部９；９’ が部分６および７の少なくとも１つと関連付けられる配置もまた想像され得る。また、山部および谷部が部分６と７の間のつなぎ部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）に配置されるのではなく、部分の１つにのみ配置されることもまた可能であり得る。例えば２対の第一山部と谷部とが使用される場合には、このとき例えば一方の山部と谷部とは部分６に配置されてよく、もう一方の山部と谷部とは部分７に配置されてよい。

代わりの態様におけるガスケットは、例えば楕円または略錐体の横断面の形状である、フランジの形状が満たすべき接合の要求に適用する楕円形を有し得るため、図２および３のガスケットは円形の形状で示されているが、これは発明を限定するものとして解釈されない。このため、用語「円形」は、円形以外の他の形状を表すものである。

現在のところ好適な態様において、第一山部８；８’は鋭く尖っており、第一谷部９；９’は同様に鋭く尖っている。

ガスケット４の両側面の第一山部８；８’を４５〜９０°の範囲の、典型的には６０°の先端角を備えて突出させてよく、および互いに真反対（または正反対）に配置されてよい。対応する様態において、第一谷部９；９’は第一山部の先端角と等しいか、それより小さい先端角の形状を有し得る。

図２ｃ、４ｂおよび５ｂにおいて、谷部９は、突き出ている第一山部８の半径方向内側に示されている。しかしながら谷部９’は、代わりに、図２ｄに示されるように第一山部８’の半径方向外側に存在し得る。

図２ｄよる解決策は、連結部を流れる媒体よりも、周囲の環境が攻撃的（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）でないときに適切であり得る。一方で、図２ｃの解決策は、提供された連結部を流れる媒体よりも、周囲の環境が攻撃的であるときに最も適切であり得る。各谷部９；９’の目的は、フランジ１、２（図５ａ、５ｂ参照）が共にフランジ接合ロック３を張り亘して押圧されることにより、山部８；８’が変形して「流れる（ｆｌｏｗｓ）」ときに、山部８；８’からの材料を受容できるようにすることである。第一山部と第一谷部とは共通する１つの側面を有するので、山部８；８’にかかる圧力が増加し、およびそれにより山部８；８’の変形が増大するにつれて、この側面が外側に、および谷部９；９’の中へ出っ張り始める。圧縮された山部８；８’によってできる封止面８’’（図５ｂ参照）は、山部８；８’が材料をそれ以上流さなくなるまで、次第に広がっていく。

フランジ接合ガスケット４の外側４’および／または内側４’’のいずれであってもよいが、腐食性流体（例えば液体または粒子状材料を有する液体）が、一次封止を構成する第一山部８；８’および隣接谷部９；９’に接触し得ることを防ぐために、ガスケット４は、径方向外側部分５と第一径方向内側部分６との間のつなぎ部５’において、ガスケット４の部分６の各側面に第二山部１０を有して構成される。同様に、ガスケット４は、第二径方向内側部分７の半径方向の最も内側の端領域（すなわち内側円周４’’）においてガスケット４の部分７の各側面に第三山部１１を有して構成される。第二山部１０と第三山部１１とがガスケットの二次封止を構成する。

反対向きに配置された第一山部８；８’の対ならびに該第二および第三山部１０；１１の対、すなわちガスケット４の両面にあり、それらの軸方向に存在するそれぞれの山部の対は、非押込状態で第一ピーク間距離ｄ３を有し、フランジ１、２が互いに対して引き寄せられ、およびそれにより、ガスケットがフランジ封止機能（図５ａおよび５ｂ参照）にある押込状態でそれぞれより短いピーク間距離を有する。第一山部８；８’に関して、このより短いピーク間距離は実質的にｄ４である。第二および第三山部１０；１１の対の、同様のより短いピーク間距離もまた、ｄ４に実質的に等しくなるか、またはｄ３よりも小さい値を有し得る。いかなる場合においてもｄ２＜ｄ３およびｄ３＞ｄ４である。

ほとんどのフランジガスケットで、ガスケット４の外側部分５は、ガスケットの外側円周４’をボルト３の内向側面に向けて存在する。しかしながら、フランジと同じ直径を有し、ボルト３が通過するための複数の穴を備える種類のガスケットを使用することもできる。これは本発明に関するガスケットにおいても可能ではあるが、現在のところ好ましいガスケットの態様は、半径方向に反対に配置されたフランジボルト３間の最短距離に対応する最大直径を有する。

図５ｂはボルトとナットとの接合３で張り亘した後のガスケット４の形状を示す。このような状況において、フランジ１、２は小さな鋭角（例えば１−１０°の範囲内で、例えば１−５°）をなして互いに対して傾き得る。

部分６の厚さｄ２から半径方向に最も外側の部分５の厚さｄ１への段下げ（ｓｔｅｐｐｉｎｇ−ｄｏｗｎ）が特定の機能を有することは直ちに理解される。ｄ２からｄ１へのそのような段下げがないと、フランジ１，２とガスケット４の外側端部４’とはフランジを互いに対して押圧するあいだ、すなわちロックまたはボルトとナットの接合３の締結のあいだ、第一山部８；８’の材料が降伏し始め、および移動し始め、それが終わるまでで早期に接触する。ロックまたはボルトとナットの接合３のさらなる締結があると、山部８；８’の変形部８’’とフランジの面１’；２’との間の封止面はロックまたはボルトとナットの接合３およびフランジ１；２からの予備的な張り亘しを喪失し、最悪の場合、互いから離れる方向に持ち上がる。

ｄ２からｄ１への段下げはそのような予備的な張り亘しの喪失を防ぎ、封止面８’’；１’および８’’；２’の圧力はフランジ１，２ならびに締結し得るロックに基づくボルトおよびナットによってもたらされるばね効果の力の機能になる。しかしながら、第一山部８；８’と同様に、第二および第三山部１０；１１もまた、ロック３の締結により、フランジ面１’；２’との金属間（ｍｅｔａｌ−ｉｎｔｏ−ｍｅｔａｌ）係合を形成する。そのため、該第二および第三山部１０；１１は、ガスケット４の各側面の部分６，７の第一山部８；８’と共に、３つの半径方向に離れた場所でフランジ面への円形の当接を形成する。これは、ボルトとナットのタイプのロック３の締結によって生じる部分６，７における圧迫（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）のより安定な領域を生じさせるのみでなく、締結される山部１０、１１は、ボルトとナットのタイプのロック３に、第一および第二山部１０；１１が存在しなかった場合よりも大きな張り亘しの力を要求する。

二次封止を形成する第二および第三山部１０；１１はオプションとして、第一山部８；８’と同じ尖った形状を有してよい。山部１０；１１の高さ（すなわち、部分６，７の面からのそれらの突出）が減らされたとき、圧迫された材料のいくらかが、隣接する第一凹部１０’および隣接する第二凹部１１’にそれぞれ移動し得ることにより、部分６，７のガスケット面が、引きつける力がかかる前のフランジ面１’；２’間の距離ｄ３（山部の対のピーク間距離でもある）よりも短い相互距離ｄ２（これらの部分の厚さである）を有することが、図４ｂから分かる。各凹部はボルトとナットの接合３を締結する前は（ｄ３−ｄ２）／２の深さを有する。

ここに、第一山部８；８’が一次金属間封止を構成するのに対して、二次封止を構成する該第二および第三山部１０；１１は腐食性の環境が侵入し、ガスケット４の一次封止を構成する第一山部８；８’ならびに谷部９，９’と接触することを防ぐことが理解される。特に、山部８；８’で行われる金属圧着（またはスエージング）およびそれにより谷部９；９’に向かって生じる材料のずれ（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）のために、小さな構造上の、または冶金学的な（またはメタラジカルな）金属の変化を生じさせ得ることは重要であるが、それにより、腐食性の環境からの攻撃をより受けやすくなる。該第二および第三山部１０；１１の形の二次封止を使用することによって、このような不利な効果を避けることができる。

同時に、該第二および第三山部１０；１１はガスケットに追加の封止（またはシーリング）を提供させ、および第一山部８；８’と隣接する谷部９；９’とが必要以上に圧迫または加締めされ得ないようにもする。

導入部で述べたガスケットとは対照的に、本発明によるガスケットは延性材料ではないので、大きな温度変化に関して留意すべきいかなる量（ｅｘｔｅｎｔ）にも影響されない。

この記載から、締結されたボルトとナットのタイプのロック３により、フランジ１；２が互いに対して引き寄せられると、第一山部８；８’は、フランジ材料の硬度よりも大きい硬度を有する場合、フランジ１；２の面１’；２’に侵入（ｐｅｎｅｔｒａｔｅ）することができるということがわかる。これらは、同時に、特に山部の上端部分で部分的に変形されもする。対応する効果が該第二および第三谷部１０；１１でも生じる。

山部８；８’および１０；１１の材料はフランジ１；２にある程度移動するため、山部８；８’および１０；１１は金属間封止を形成することができ、およびそれにより、フランジ接合を締め付ける。これにより生じた余分な材料は、山部８；８’については隣接する谷部９；９’に、山部１０；１１のついては凹部１０’；１１’に収容することができる。

ガスケット４はフランジのいかなる調製も必要とせず、そのため、既存のガスケットまたはあらかじめ設置されたフランジ接合のガスケットに、非常に良好に取り替え得る。

本発明のガスケットは、フランジ接合をフランジ接合を通る媒体としての加圧ヘリウムと共にウォーターコンテナに沈めて、ある期間にわたって非公的に実験的に試験され、完全に閉まっていることを確認された。

図面には、ガスケット４の両側に１つの第一山部８；８’と、１つの第一谷部９；９’のみ存在するが、同様にガスケットの両側に存在する第二および第三山部１０；１１に加えて、２つ以上の一次封止（ｓｅａｌａｎｔ）形成山部８；８’が谷部９；９’を備えてガスケット４の各側に存在してもよいことが分かる。

ガスケット４の各側面に複数の第一山部８；８’と第一谷部９；９’があるとき、それぞれの第一谷部は、たとえば、関連する山部の同一半径方向側にあってよい。第一山部に関連する第一谷部が、半径方向外側に、すなわち、外側円周４’に面する第一山部の側面側にあり得ることもまた想像され得る。一方で、もう１つの第一山部に関連するもう１つの第一谷部は、半径方向内側に、すなわち、内側円周４’’に面する第一山部の側面側にあってよい。２つの第一山部があるこの場合において、それらは、このような場合、隣接する。これに関する代替手段において、第一山部に関連する第一谷部は、半径方向内側に、すなわち、内側円周４’’に面する第一山部の側面側にあってよい。一方で、もう１つの第一山部に関連するもう１つの第一谷部は、半径方向外側に、すなわち、外側円周４’に面する第一山部の側面側にあってよい。２つの第一山部があるこの場合において、それらのそれぞれの谷部は隣接する。

現在好まれる態様は、図示および記載したような、ガスケットの両面の、谷部９；９’を備える１つの第一山部８；８’の対である。任意の場合において、該第二および第三山部１０；１１の対が加えて使用される。

本発明によるフランジ接合ガスケットは、通常、フランジと同じ材料から、または、特には、周囲の環境において、またはフランジに接続するパイプラインにおいて使用される電解性物質または溶媒の存在下で、電気化学系列（ｇａｌｖａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｅｒｉｅｓ）で非常に近い材料から作られる。これは電解腐食を防ぐ。このガスケットは、均質性であるために１００％再生利用可能であるという利点も有する。

結合される２つのフランジが、例えば、それぞれ青銅（またはブロンズ）と耐酸性スチールとであるような異なる材料からできている場合、バルブおよび／またはポンプを使用する生じ得る状況において、ガスケット材料の選択は最も高い硬度を有するフランジ材料の１つに基づいてなされるべきである。

本発明に関するこのガスケットは、通常、ほとんどのフランジ材料に対して使用することができるが、山部８；８’および１０、１１の係合がクラックの形成または応力集中を生じさせ得る、たとえば鋳物であるような、脆性材料は例外である。

Claims (9)

1. 対向する締め付け可能なフランジ（１；２）の間に配置される金属フランジ接合ガスケット（４）であって、ガスケット（４）は、その両面のそれぞれに、少なくとも１つの突き出ている円形の第一山部（８；８’）と、第一山部（８；８’）に隣接する少なくとも１つの第一谷部（９；９’）とを有し、
   ガスケット（４）が：
   第一厚さ（ｄ１）を有する径方向外側部分（５）と；
   外側部分（５）の径方向内側の第一径方向内側部分（６）と、
   第一内側部分（６）の径方向内側の第二径方向内側部分（７）と
   を有し、内側部分（６；７）の両方が第一厚さ（ｄ１）よりも大きい第二厚さ（ｄ２）を示すこと、
   該少なくとも１つの円形の第一山部（８；８’）と、該少なくとも１つの隣接する第一谷部（９；９’）とが、少なくとも１つの該内側部分（６；７）に関連する領域に配置されること、
   軸方向に反対向きに、すなわちガスケットのいずれかの側の面に配置される第一山部（８；８’）が、非押込状態において、第一ピーク間距離（ｄ３）を有し、フランジ（１；２）が互いに対して引き寄せられ、または締め付けられ、それによりガスケットがフランジ封止機能状態にある押込状態において、より小さい第二ピーク間距離（ｄ４）を有し、第一距離（ｄ３）が第二ピーク間距離（ｄ４）よりも大きく、第二厚さが第一距離（ｄ３）および該第二距離（ｄ４）よりも小さいこと、
   ガスケット（４）は反対向きの両方の側面で：
   第一山部（８；８’）の径方向外側において、第二山部（１０）を、該第一山部と該第二山部との間に第一凹部（１０’）を形成するように備えて構成され、および
   第一山部（８；８’）の径方向内側において、第三山部（１１）を、該第一山部と該第三山部との間に第二凹部（１１’）を形成するように、備えて構成され、
   ここで、軸方向に反対向きに、すなわち、ガスケットの両側の面に配置される第二および第三山部（１０；１１）が、非押込状態において、該第一ピーク間距離（ｄ３）を有すること
   を特徴とする、金属フランジ接合ガスケット（４）。
2. 第二山部（１０）が、径方向外側部分（５）と第一径方向内側部分（６）との間のつなぎ部（５’）に配置され、および
   第三山部（１１）が、第二径方向内側部分（７）の端部に、ガスケット（４）の径方向内側円周（４’’）に近接して配置される、請求項１に記載の金属フランジ接合ガスケット。
3. 隣接する第一谷部（９）が、第一山部（８）の径方向内側でガスケット（４）に配置される、請求項１または２に記載の金属フランジ接合ガスケット。
4. 隣接する第一谷部（９’）が、第一山部（８’）の径方向外側でガスケット（４）に配置される、請求項１または２に記載の金属フランジ接合ガスケット。
5. フランジ（１；２）を互いに対して引き寄せる、または締め付け前は、第一山部（８；８’）および第一谷部（９；９’）が尖っている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属フランジ接合ガスケット。
6. フランジ（１；２）を互いに対して引き寄せる、または締め付け前は、該第二および第三山部（１０；１１）が尖っている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属フランジ接合ガスケット。
7. ガスケット（４）がフランジと同じ材料から、または、フランジ材料の硬度に等しいか、もしくは近い硬度を有する材料から作られ、フランジ材料とガスケット材料とが、近接するか、または同一である電気化学系列にある、請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属フランジ接合ガスケット。
8. ガスケット（４）が、接合されるフランジに関する材料のうち最も硬いものと同じ材料から作られるか、または、接合されるフランジに関する材料のうち最も硬いものの硬度に等しいか、もしくは近い硬度を有する材料から作られる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属フランジ接合ガスケット。
9. ガスケットの反対向きの側面の山部（８；８’）が互いに真反対に配置される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の金属フランジ接合ガスケット。

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