JP6576234B2 - Tube pressure test machine - Google Patents
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Description
本発明は、試験対象の管材に外圧を負荷する外圧負荷試験機に関する。 The present invention relates to an external pressure load tester for applying an external pressure to a pipe material to be tested.
鋼管、管継手等のような管材に対しては、外圧を負荷する試験(以下、「外圧負荷試験」という。)が行われる。使用環境での管材の耐外圧性能を保証するためである。とりわけ、油井管に用いられる継目無鋼管、および、その鋼管を連結するねじ継手では、ISO 13679やAPI 5C5の規定により、外圧負荷試験が不可欠となる。外圧負荷試験に用いられる試験機は、例えば特開昭54−85085号公報(特許文献1)および特開2001−74624号公報(特許文献2)に開示される。 For pipe materials such as steel pipes and pipe joints, a test for applying an external pressure (hereinafter referred to as “external pressure load test”) is performed. This is to ensure the external pressure resistance performance of the pipe material in the usage environment. In particular, in a seamless steel pipe used for an oil well pipe and a threaded joint connecting the steel pipes, an external pressure load test is indispensable according to ISO 13679 and API 5C5. Testing machines used for the external pressure load test are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-85085 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-74624 (Patent Document 2).
特許文献1に記載の外圧負荷試験機は、円筒形状の圧力容器(ベッセル)と、その圧力容器の両端に取り付けられる蓋とを備える。外圧負荷試験では、圧力容器の中空部に管材の中間部を収容し、蓋に設けられた貫通孔から管材の端部を突出させる。この状態で、圧力容器、蓋および管材で形成される空間内に加圧液体を注入することにより、管材の外面に圧力を負荷する。
The external pressure load tester described in
また、特許文献2に記載の外圧負荷試験機は、特許文献1と同様の圧力容器と蓋に加え、油圧シリンダーロッドを備える。その油圧シリンダーロッドを管材の外面に押し込むことにより、管材に曲げ荷重を付与した状態で外圧負荷試験を行えるとしている。
Moreover, the external pressure load tester described in
ところで、前述の油井管は、高温環境(例えば約180℃以上)で使用されることがある。そこで、外圧負荷試験を、高温環境と同程度の温度、または、高温環境より高い温度で行うことが要請される。そのため、近年の外圧負荷試験機には、圧力容器の外側に加熱装置および保温材が設置される場合がある。この加熱装置により、内側の圧力容器や加圧液体、管材が加熱され、高温環境を模擬することが可能となる。加熱装置は、例えば特開2007−109623号公報(特許文献3)および特開平8−96944号公報(特許文献4)に開示される。 By the way, the aforementioned oil well pipe may be used in a high temperature environment (for example, about 180 ° C. or more). Therefore, it is required to perform the external pressure load test at a temperature similar to or higher than that of the high temperature environment. Therefore, in recent external pressure load testing machines, a heating device and a heat insulating material may be installed outside the pressure vessel. By this heating device, the inner pressure vessel, the pressurized liquid, and the tube material are heated, and a high temperature environment can be simulated. The heating device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-109623 (Patent Document 3) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-96944 (Patent Document 4).
外圧負荷試験機は、前述の通り、円筒形状の圧力容器と、その圧力容器の両端に取り付けられる蓋とを備える場合がある。また、外圧負荷試験を高温で行うため、外圧負荷試験機が、加熱装置をさらに備える場合がある。 As described above, the external pressure load tester may include a cylindrical pressure vessel and lids attached to both ends of the pressure vessel. Moreover, since an external pressure load test is performed at a high temperature, the external pressure load tester may further include a heating device.
管材の外圧負荷試験を高温で行うと、試験終了後に管材を試験機(圧力容器)から取り出す際に、予め、管材を取り出し可能な温度(例えば50℃以下)まで低下(冷却)させる必要がある。そのため、速やかに次の管材(供試材)の試験を開始することができない。従って、中間部が圧力容器の中空部に収容された状態の管材を冷却するのに要する時間(冷却時間)を短縮することが望まれる。すなわち、管材の冷却時間を短縮し、試験効率(単位時間当たりに試験可能な供試材の本数)を向上することが望まれる。 When the external pressure load test of the tube material is performed at a high temperature, it is necessary to lower (cool) the tube material to a temperature at which the tube material can be removed (for example, 50 ° C. or less) in advance when the tube material is removed from the tester (pressure vessel) after the test is completed. . Therefore, the test of the next pipe material (test material) cannot be started promptly. Therefore, it is desired to shorten the time (cooling time) required for cooling the pipe member in a state where the intermediate portion is accommodated in the hollow portion of the pressure vessel. That is, it is desired to shorten the cooling time of the tube material and improve the test efficiency (the number of test materials that can be tested per unit time).
また、外圧負荷試験では、所定の熱サイクル及び圧力サイクルを管材に繰り返して付与する場合がある。その熱サイクルでは、例えば、高温に加熱した後で常温に近い温度(例えば65℃以下)まで冷却する。このような熱サイクルを付与する場合にも、試験時間を短縮するため、管材の冷却時間を短縮することが望まれる。 In the external pressure load test, a predetermined thermal cycle and pressure cycle may be repeatedly applied to the pipe material. In the thermal cycle, for example, after being heated to a high temperature, it is cooled to a temperature close to room temperature (for example, 65 ° C. or less). Even in the case of applying such a heat cycle, it is desired to shorten the cooling time of the pipe material in order to shorten the test time.
前述の特許文献1および2には、管材の外圧負荷試験機が記載されているが、高温の管材を冷却する方法について記載がない。また、加熱装置についても記載がない。管材の冷却方式として、例えば、自然放冷や、管材の中空部に気体または液体を流通させることが考えられる。しかしながら、試験体である管材よりも圧力容器の方が熱容量が格段に大きいため、管材の中空部に気体等を流通させる方式で、冷却時間を大幅に短縮することは難しい。
また、管材の冷却方式として、圧力容器の外側に冷却ジャケットを設置し、冷却ジャケットに冷却媒体が流通する冷却路を形成することも考えられる。しかしながら、外圧負荷試験機では、圧力容器の外側に加熱装置が設置されるので、冷却ジャケットを設置するスペースを確保するのが困難である。仮に、スペースを確保して圧力容器の外側に冷却ジャケットを設置したとしても、加熱装置による加熱効率が著しく阻害される。 In addition, as a cooling method for the pipe material, it is conceivable to install a cooling jacket outside the pressure vessel and to form a cooling path through which the cooling medium flows in the cooling jacket. However, in the external pressure load tester, since the heating device is installed outside the pressure vessel, it is difficult to secure a space for installing the cooling jacket. Even if a space is secured and a cooling jacket is installed outside the pressure vessel, the heating efficiency of the heating device is significantly hindered.
本発明の目的は、高温の管材の冷却に要する時間を短縮でき、試験効率を向上できる管材の外圧負荷試験機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an external pressure load tester for pipes that can shorten the time required for cooling a high-temperature pipe and improve test efficiency.
本発明の一実施形態による管材の外圧負荷試験機は、円筒形状の圧力容器と、一対の蓋と、加熱装置と、を備える。前記圧力容器は、前記管材の中間部を収容するとともに、加圧液体が注入される。前記一対の蓋は、前記圧力容器の両端に取り付けられ、かつ、前記管材の端部を突出させる貫通穴を有する。前記加熱装置は、前記圧力容器の外周を包囲し、前記管材を加熱する。前記圧力容器の周壁は、冷却媒体が流通する冷却路を有する。 A tube external pressure load testing machine according to an embodiment of the present invention includes a cylindrical pressure vessel, a pair of lids, and a heating device. The pressure vessel accommodates an intermediate portion of the tube material and is injected with a pressurized liquid. The pair of lids are attached to both ends of the pressure vessel and have through holes for projecting end portions of the tube material. The heating device surrounds the outer periphery of the pressure vessel and heats the tube material. The peripheral wall of the pressure vessel has a cooling path through which a cooling medium flows.
好ましくは、前記外圧負荷試験機は、前記蓋を前記圧力容器に取り付けるため、前記圧力容器の周方向に沿って配置される複数のボルトをさらに備える。前記複数のボルトの中心は、同一円上に位置する。前記冷却路は、前記圧力容器の軸方向に沿って伸びるとともに、前記円の外側に位置する。 Preferably, the external pressure load tester further includes a plurality of bolts arranged along a circumferential direction of the pressure vessel in order to attach the lid to the pressure vessel. The centers of the plurality of bolts are located on the same circle. The cooling path extends along the axial direction of the pressure vessel and is located outside the circle.
前記冷却路のうちで前記圧力容器の中心に最も近い部分から前記圧力容器の中心までの距離が、前記ボルトのうちで前記圧力容器の中心に最も遠い部分から前記圧力容器の中心までの距離よりも小さいのが好ましい。 The distance from the portion of the cooling path closest to the center of the pressure vessel to the center of the pressure vessel is greater than the distance from the portion of the bolt farthest to the center of the pressure vessel to the center of the pressure vessel. Is preferably small.
上記の外圧負荷試験装置は、以下の(1)又は(2)の構成を備えることもできる。これにより、管材の外圧負荷試験における管材の加熱時間を短縮できる。そのため、管材の外圧負荷試験の試験効率を更に向上できる。 Said external pressure load test apparatus can also be equipped with the structure of the following (1) or (2). Thereby, the heating time of the pipe material in the external pressure load test of the pipe material can be shortened. Therefore, the test efficiency of the external pressure load test of the pipe can be further improved.
(1)前記圧力容器の前記周壁は、加熱媒体が流通する加熱路を少なくとも1つ有する。望ましくは、前記加熱路は、前記周壁の高さ方向の中心の上側よりも下側に多く配置される。 (1) The peripheral wall of the pressure vessel has at least one heating path through which a heating medium flows. Desirably, the heating path is disposed more on the lower side than the upper side of the center in the height direction of the peripheral wall.
上記の外圧負荷試験装置は更に、次のような構成を備えてもよい。前記外圧負荷試験機は、補助加熱装置を備える。前記圧力容器の前記周壁は、前記補助加熱装置を収容する孔を少なくとも1つ有する。望ましくは、前記補助加熱装置を収容する前記孔は、前記周壁の高さ方向の中心の上側よりも下側に多く配置される。 The external pressure load test apparatus may further include the following configuration. The external pressure load tester includes an auxiliary heating device. The peripheral wall of the pressure vessel has at least one hole for accommodating the auxiliary heating device. Desirably, the hole for accommodating the auxiliary heating device is disposed more on the lower side than the upper side of the center in the height direction of the peripheral wall.
(2)前記冷却路が複数設けられる。前記冷却路の少なくとも1つに、その冷却路に導入する媒体を前記冷却媒体と加熱媒体とに切り替える切替装置が接続される。望ましくは、前記切替装置が接続される前記冷却路は、前記周壁の高さ方向の中心の上側よりも下側に多く配置される。 (2) A plurality of the cooling paths are provided. A switching device that switches a medium to be introduced into the cooling path between the cooling medium and the heating medium is connected to at least one of the cooling paths. Preferably, the cooling path to which the switching device is connected is disposed more on the lower side than the upper side of the center in the height direction of the peripheral wall.
本発明の管材の外圧負荷試験機は、圧力容器の周壁に冷却路を有することから、加熱装置による管材の加熱効率を同程度に維持しながら、管材の冷却時間を短縮できる。これにより、高温の外圧負荷試験および熱サイクルを管材に繰り返して付与する外圧負荷試験において、試験効率を向上できる。 Since the external pressure load testing machine for pipes according to the present invention has a cooling path on the peripheral wall of the pressure vessel, the cooling time of the pipes can be shortened while maintaining the heating efficiency of the pipes by the heating device at the same level. Thereby, test efficiency can be improved in a high-temperature external pressure load test and an external pressure load test in which a thermal cycle is repeatedly applied to the pipe material.
以下に、本実施形態の管材の外圧負荷試験機について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an external pressure load testing machine for pipes according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態による管材の外圧負荷試験機の構成例を示す模式図であり、図1(a)は試験機の軸方向に沿う面での断面図、図1(b)は蓋を示す図、図1(c)は圧力容器を示すB−B断面図である。図1(b)は、図1(a)のA−A位置から蓋を観察した図である。図1(a)には、試験対象の管材31と、外圧負荷試験機10とを示す。その管材31は、油井管に用いられる継目無し鋼管のねじ継手であり、鋼管同士がカップリングによって連結されたものである。試験対象の管材31は、カップリングを用いないねじ継手でもよく、ねじ継手に限られず、例えば継手部以外の管材でもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an external pressure load testing machine for pipes according to a first embodiment, FIG. 1 (a) is a cross-sectional view along a surface along the axial direction of the testing machine, and FIG. The figure which shows a lid | cover, FIG.1 (c) is BB sectional drawing which shows a pressure vessel. FIG.1 (b) is the figure which observed the lid | cover from the AA position of Fig.1 (a). FIG. 1A shows a
試験機10は、圧力容器11と、一対の蓋12と、加熱装置16とを備える。圧力容器11は、円筒形状であり、圧力容器11の中空部に管材31の中間部を収容する。一対の蓋12は、圧力容器11の両端にそれぞれ取り付けられる。図1(b)に示すように、その蓋12は環状であり、中央に貫通穴12aを有する。その貫通穴12aから、管材31の端部が突出する。
The
圧力容器11には、加圧液体(例えば、油または水)が注入される。厳密には、圧力容器11、一対の蓋12、および、管材31で形成される空間(以下、「圧力容器内の空間」ともいう)には、加圧液体が注入され、これに伴って管材31の外面に圧力が負荷される。注入された加圧液体が漏洩するのを防止するため、従来と同様に、圧力容器11と蓋12の間、および、管材31と蓋12の間には、シール部材(図示なし)がそれぞれ適宜配置され、それらの隙間が封止される。
A pressurized liquid (for example, oil or water) is injected into the
試験開始時に圧力容器11内の空間に加圧液体14を注入するため、試験機10は、液体注入装置(図示なし)を備える。液体注入装置は、例えば、タンクと、ポンプと、増圧機と、液体供給配管とで構成できる。この場合、タンクは、液体を貯留し、ポンプは、タンクから液体を移送する。また、増圧機は、ポンプから供給された液体を加圧する。液体供給配管は、タンク、ポンプ、増圧機および圧力容器をその順で接続する。
In order to inject the
試験終了後に圧力容器11内の空間から加圧液体14を排出するため、試験機10は、液体排出配管(図示なし)を備える。その液体排出配管は、圧力容器11と上述のタンク(図示なし)とを接続し、圧力容器11内の加圧液体14をタンクに戻す。
In order to discharge the pressurized liquid 14 from the space in the
加熱装置16は、圧力容器11の外周を包囲し、換言すると、圧力容器11の外側で圧力容器11と隣接する。その加熱装置16は、その内側の圧力容器11を直接加熱し、圧力容器11からの熱伝導によって圧力容器11内の空間の加圧液体14および管材31を間接的に加熱する。
The
本実施形態の管材の外圧負荷試験機は、圧力容器11と、一対の蓋12と、加熱装置16とを備え、圧力容器11は、周壁に冷却媒体が流通する冷却路21a〜21dを有する。本構成例では、圧力容器11の冷却路21a〜21dが、図1(a)に示すように、圧力容器11の周壁を貫通する。すなわち、冷却路21a〜21dは、圧力容器11の一方の端面(第1端面)11aから他方の端面(第2端面)11bまで伸びる。図1に示す例では、このような冷却路21a〜21dを、圧力容器11は4本有する。4本の冷却路21a〜21dは、図1(c)に示すように、圧力容器11の周方向に沿って配置される。
The tube external pressure load testing machine of this embodiment includes a
冷却路21a〜21dに冷却媒体を流通させるため、図1に示す試験機10は、冷媒給排装置を備える。その冷媒給排装置は、タンク(図示なし)と、ポンプ(図示なし)と、冷媒供給流路22と、冷媒排出流路23と、第1戻し流路24aと、第2戻し流路(図示なし)で構成される。タンクは冷却媒体を貯留し、ポンプはタンクから冷却媒体を移送する。また、冷媒供給流路22は、タンク、ポンプ、および、第1冷却路21aの第1端面11a側をその順で接続する。その冷媒供給流路は、ポンプと第1冷却路21aの第1端面側の間で分岐しており、第4冷却路21dの第1端面11a側とも接続する。
In order to distribute the cooling medium through the cooling
第1戻し流路24aは、第1冷却路21aの第2端面11b側と第2冷却路21bの第2端面11b側とを接続する。また、第2戻し流路(図示なし)は、第4冷却路21dの第2端面11b側と第3冷却路21cの第2端面11b側とを接続する。冷媒排出流路23は、第2冷却路21bの第1端面11a側とタンクとを接続する。また、冷媒排出流路23は、分岐しており、第3冷却路21cの第1端面11a側とも接続する。
The first
このような冷媒給排装置によれば、タンク内の冷却媒体は、ポンプにより、冷媒供給流路22、第1冷却路21a、第1戻し流路24a、第2冷却路21bおよび冷媒排出流路23をその順に流通し、タンクに再び戻る。また、冷媒供給流路22および冷媒排出流路23が分岐しているので、一部の冷却媒体は、第1冷却路21a、第1戻し流路24aおよび第2冷却路21bに代え、第4冷却路21d、第2戻し流路(図示なし)および第3冷却路21cをその順に流通する。なお、必要に応じて、冷却媒体を冷却するための冷却装置(図示なし、例えば冷却塔など)を別に(例えば冷媒排出流路23上に)設けてもよい。
According to such a refrigerant supply / discharge device, the cooling medium in the tank is supplied by the pump with the
上述の構成例を採用できる本実施形態の管材の外圧負荷試験機は、例えば、以下の手順(1)〜(3)により、試験終了後に高温の管材を冷却して取り出せばよい。
(1)試験終了後、圧力容器11内の空間に加圧液体が注入されている状態で、圧力容器11の冷却路21a〜21dに冷却媒体を流通させる。これにより、高温の圧力容器11が直接冷却され、熱伝導に伴い、圧力容器11内の空間の加圧液体および管材31が間接的に冷却される。
(2)管材31の温度が取り出し可能な温度に到達した後、冷却路21a〜21dへの冷却媒体の供給を停止するとともに、圧力容器11内の空間から加圧液体を排出する。
(3)加圧液体の排出終了後、管材31を取り出す。
The tube material external pressure load tester of the present embodiment that can adopt the above-described configuration example may cool and take out the high-temperature tube material after the test is completed, for example, by the following procedures (1) to (3).
(1) After the test, the cooling medium is circulated through the cooling
(2) After the temperature of the
(3) After the discharge of the pressurized liquid, the
本実施形態の管材の外圧負荷試験機は、圧力容器11の周壁に冷却路21a〜21dを有する。このため、冷却路21a〜21dに冷却媒体を流通させることにより、高温の管材31を効率良く冷却でき、高温の管材の冷却時間を大幅に短縮できる。これにより、高温の外圧負荷試験においては、速やかに他の管材(供試材)の試験を開始することができる。また、熱サイクルを管材に繰り返して付与する外圧負荷試験においては、試験時間を大幅に削減できる。その結果、高温の外圧負荷試験、および、熱サイクルを繰り返して付与する外圧負荷試験のいずれでも、試験効率を向上できる。
The pipe external pressure load testing machine according to the present embodiment includes cooling
また、圧力容器11の周壁に冷却路21a〜21dを有するので、従来と同様に、圧力容器11の外側に加熱装置16を設置することができる。このため、加熱装置16による管材の加熱効率を同程度に維持しながら、管材の冷却時間を短縮できる。
Moreover, since it has the
冷却路21a〜21dは、圧力容器11の周壁に形成されていればよく、冷却路21a〜21dの配置に特に制限はない。加工コストを削減する観点から、冷却路21a〜21dは、前記図1(a)に示すように、圧力容器11の軸方向に沿って伸びるのが好ましい。冷却路が圧力容器11の軸方向に沿って伸びる場合、前記図1(a)に示すような周壁を貫通する構成に限定されず、周壁を貫通しない構成を採用することもできる。
The cooling
図2は、冷却路が周壁を貫通しない場合の構成例を示す断面図である。図2に示す冷却路21aは、前記図1の冷却路21aと同様に、圧力容器11の周壁に設けられ、軸方向に沿って伸びる。しかし、図2に示す冷却路21aは、その両端がプラグ(栓)11cで塞がれる。また、圧力容器11は、冷却路21aの一方の端部から周壁の外周面まで伸びる供給口11dと、冷却路21aの他方の端部から周壁の外周面まで伸びる排出口11eとを有する。図2に示す冷却路21aと繋がる供給口11dは、冷媒供給流路22と接続し、排出口11eは、戻し流路24aと接続する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example when the cooling path does not penetrate the peripheral wall. The
冷却路が圧力容器11の軸方向に沿って伸びる場合、管材の冷却速度は、例えば、冷却路の本数や圧力容器の外径、冷却路の断面の面積、冷却媒体の流量等によって変化する。冷却路の断面の面積とは、冷却路の軸方向に垂直な面での断面積をいう。それらのうちで管材の冷却速度に与える影響が最も大きいのは、冷却路の本数である。冷却路の本数が増加するのに応じ、管材31の冷却速度が増加する傾向を有する。このため、管材の冷却速度を確保する観点から、圧力容器11が冷却路を複数有するのが好ましく、4本以上とするのがより好ましく、12本以上とするのがさらに好ましい。
When the cooling path extends along the axial direction of the
ただし、冷却路の本数が多くても、具体的には、後述の実施例で明らかにするように、冷却路の本数が16本程度で、冷却効果が飽和する。このため、冷却路の本数は、16本以下とするのが好ましい。 However, even if the number of cooling paths is large, specifically, as will be clarified in the embodiments described later, the cooling effect is saturated when the number of cooling paths is about 16. For this reason, the number of cooling paths is preferably 16 or less.
図1及び2では、圧力容器11の周壁に複数の孔を設け、その全ての孔を冷却路に適用する場合を説明した。しかし、冷却路として適用する孔は図1及び2に示す場合に限定されない。本実施形態の外圧負荷試験機10は、圧力容器11の周壁に冷却路として適用可能な孔を実際に冷却路に適用する本数以上に設けておいてもよい。この場合、実際の高温外圧試験においては、適切な試験条件、試験効率となるように、一部の孔または全部の孔を冷却路として用いればよい。
1 and 2, the case where a plurality of holes are provided in the peripheral wall of the
前述の通り、一対の蓋12は、圧力容器11の両端にそれぞれ取り付けられる。その取り付けは、外圧負荷時に反力が蓋に作用することから、その反力に耐えうる程度で行う必要がある。例えば、ボルト15による締結で蓋12を圧力容器に取り付けることができる。図1に示す試験機10では、18本のボルト15を備える。18本のボルト15は、圧力容器11の周方向に沿って配置され、いずれも、ボルト15の中心が同一円12b(以下、「ピッチ円」ともいう)上に位置する。ボルト15によって蓋12を取り付けるため、圧力容器11の周壁の端面には、ねじ穴(図示なし)が設けられる。蓋12には、ボルト15の軸部が挿入されるボルト穴(図示なし)と、ボルト15の頭部を収容するザグリ穴(図示なし)が同心に設けられる。ザグリ穴の底面には、ボルト15の頭部が押し付けられる。
As described above, the pair of
このように試験機が圧力容器11の周方向に沿って配置される複数のボルト15を備え、そのボルト15がピッチ円12b上に位置する場合がある。この場合、ピッチ円12bの外側に、軸方向に沿って伸びる冷却路21a〜21dを設けるのが好ましい。圧力容器11の周壁にボルトを設置するケースでは、強度計算による圧力容器11の耐圧強度は、ピッチ円12bの内側の寸法等を用いて計算される。ピッチ円12bの外側の寸法等は、圧力容器11の耐圧強度には寄与しない。このため、ピッチ円12bの内側に冷却路21a〜21dを設けると、圧力容器11の耐圧強度を保つため、圧力容器11の周壁の厚みを増加させる必要がある。一方、ピッチ円12bの外側に冷却路21a〜21dを配置すれば、圧力容器の周壁の厚みを増加させることなく、冷却路21a〜21dを設けることができる。換言すると、圧力容器11の耐圧性能を損なわずに、冷却路21a〜21dを設けることができる。
In this way, the testing machine may include a plurality of
一方で、冷却路21a〜21dは、圧力容器11内の空間の加圧液体および管材との距離が遠くなるのに応じ、冷却効果が低下する傾向を有する。このため、冷却路21a〜21dの冷却効果を確保する観点から、距離d1(mm、図1(c)参照)が、距離d2(mm、図1(b)参照)より、小さいのが好ましい。換言すると、冷却路21a〜21dは、周方向に沿って隣り合うボルト15の間に配置するのが好ましい。ここで、距離d1は、冷却路21a〜21dのうちで圧力容器11の中心に最も近い部分から圧力容器11の中心までの距離である。また、距離d2は、ボルト15のうちで圧力容器11の中心に最も遠い部分から圧力容器11の中心までの距離である。
On the other hand, the cooling
圧力容器11の周壁の厚みを増加させることなく、冷却路21a〜21dの冷却効果を向上させる観点から、冷却路21a〜21dをピッチ円12bの外側に、かつ、ピッチ円12bに可能な限り近づけて配置するのがより好ましい。
From the viewpoint of improving the cooling effect of the
冷却路21a〜21dには、圧力容器11の腐食を防止する観点から、耐腐食性に優れる金属等でライニングを施してもよい。あるいは、圧力容器に孔を設け、その孔に耐腐食性に優れる金属管を挿入することにより、冷却路21a〜21dを形成してもよい。この場合、圧力容器11と金属管の隙間によって冷却効果が低下するのを抑制するため、軽圧入によって金属管を挿入してもよい。また、圧力容器11と金属管の隙間に溶融金属を充填しもよい。
The cooling
冷却路21a〜21dは、図1(c)に示すように、圧力容器11の中心に対して非対称に配置してもよい。この場合、圧力容器11の上部に冷却路21a〜21dを配置することにより、圧力容器11内の空間で加圧液体に自然対流を発生させ、管材31の冷却を促進してもよい。要するに、冷却路は圧力容器11の高さ方向の中心CLの下側よりも上側に多く配置されるのが好ましい。
The cooling
前述したように、試験機10の圧力容器11の周壁に冷却路として適用可能な孔を多数設けておき、実際の高温外圧試験において、適切な試験条件、試験効率となるよう、そのうちの一部の孔または全部の孔を冷却路として用いてもよい。
As described above, a large number of holes that can be used as cooling paths are provided in the peripheral wall of the
冷却路を流通した冷却媒体を、他の冷却路に流通させることなく、タンクに戻してもよい。また、前述したように、冷却路を流通した冷却媒体を、戻し流路によって他の冷却路に供給して流通させてもよい。冷却媒体を戻し流路によって他の冷却路に供給して流通させることを繰り返し、蛇腹状の冷却媒体の流通経路を形成してもよい。なお、前述の通り、必要に応じて、冷却媒体を冷却するための冷却装置を別に設けてもよい。 You may return the cooling medium which distribute | circulated the cooling path to a tank, without distribute | circulating to another cooling path. Further, as described above, the cooling medium that has circulated through the cooling path may be supplied and circulated to the other cooling path by the return path. The circulation path of the accordion-like cooling medium may be formed by repeatedly supplying and circulating the cooling medium to the other cooling paths through the return flow path. As described above, a cooling device for cooling the cooling medium may be separately provided as necessary.
図3は、冷却媒体を戻し流路によって繰り返して冷却路に流通させる場合の構成例を示す模式図であり、図3(a)は試験機の軸方向に垂直な面での断面図、図3(b)は斜視図である。図3に示す試験機10は、前記図1に示す試験機10と基本構成が同じであり、冷却路21a〜21pの本数と、戻し流路24a〜24gを変更したものである。図面の理解を容易にするため、試験機の一部の部品を省略し、図3(a)には、圧力容器11と、管材31と、加圧液体14とを示す。また、図3(b)には、圧力容器11と、蓋12と、冷却路21a〜21hと、冷媒供給流路22と、冷媒排出流路23と、戻り流路24a〜24gとを示す。また、図3(b)では、第1〜第16の冷却路21a〜21pのうちで第9〜第16の冷却路を省略し、それと接続する冷媒供給流路、冷媒排出流路、および、戻り流路も省略する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example in the case where the cooling medium is repeatedly passed through the cooling channel by the return channel, and FIG. 3A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axial direction of the testing machine. 3 (b) is a perspective view. The
本構成例の圧力容器11は、図3(a)に示すように、16本の冷却路21a〜21pを有する。冷媒供給流路22は、タンク(図示なし)から第1冷却路21aと、第16冷却路21pに冷却媒体を供給する。第1冷却路21aを流通した冷却媒体は、図3(b)に示すように、複数の戻し流路24a〜24gにより、第5冷却路21e、第2冷却路21b、第6冷却路21f、第3冷却路21c、第7冷却路21g、第4冷却路21dおよび第8冷却路21hをその順に流通する。一方、第16冷却路21a〜21pを流通した冷却媒体は、図3(b)で図示を省略するが、第12、第15、第11、第14、第10、第13および第9冷却路21i〜21oをその順に流通する。第8冷却路21hおよび第9冷却路21iを流通した冷却媒体は、冷媒排出流路23によってタンク(図示なし)に戻される。
As shown in FIG. 3A, the
本実施形態の管材の外圧負荷試験機は、中空部から管材を冷却するために中空部用クーラー(図示なし)をさらに備えてもよい。これにより、管材31の冷却時間をさらに短縮できる。中空部用クーラーとして、例えば、管材の中空部に送風を行うファンや、管材の中空部に圧縮空気を供給するコンプレッサー、管材の中空部に冷却媒体を給排する中空部用冷媒給排装置を採用できる。
The tubular material external pressure load testing machine of the present embodiment may further include a hollow portion cooler (not shown) in order to cool the tubular material from the hollow portion. Thereby, the cooling time of the
本実施形態の管材の外圧負荷試験機は、圧力容器11内の空間の加圧液体を冷却するために、加圧液体用クーラー(図示なし)をさらに備えてもよい。加圧液体用クーラーは、例えば、高温の加圧液体を冷却する熱交換器と、圧力容器11内の空間から加圧液体を取り出して熱交換器に供給する配管と、熱交換器で冷却済みの加圧液体を圧力容器11内の空間に戻す配管とで構成できる。高温の加圧液体を冷却する熱交換器には、例えば、オイルチラーを採用できる。
In order to cool the pressurized liquid in the space in the
冷却媒体は、代表的には水である。試験条件等に応じ、油やその他の媒体を使用してもよい。 The cooling medium is typically water. Oil or other media may be used depending on the test conditions.
圧力容器11は、前述の冷却路を有すれば、特に制限はなく、従来と同様に、サイズや材質等を適宜選択すればよい。
The
蓋12は、前述の通り、管材の端部が突出するための貫通穴を有する。また、ボルト15によって蓋12を圧力容器11に締結して取り付ける場合、適宜、ボルト穴やザグリ穴が設けられる。必要に応じ、圧力容器11の冷却路に冷却媒体を給排するため、流路が設けられる。このような蓋12は、材質や寸法等に特に制限はなく、従来と同様に、適宜設定すればよい。
As described above, the
加熱装置16は、圧力容器11を適切に加熱できれば、特に限定されない。例えば、加熱装置16は、圧力容器11を囲繞するヒーターと、そのヒーターを外側から覆う保温材(断熱材)とで構成される。ヒーターは特に制限されず、例えば、マントルヒータ、電熱線、誘導加熱コイル等を用いられる。あるいは、誘導加熱を利用するものでもよい。誘導加熱により、圧力容器11を自己発熱させ、圧力容器11からの熱伝導によって圧力容器11内の加圧液体14および管材31を間接的に加熱する。必要に応じ、図1に示すように、加熱装置16は蓋12の外側の領域17まで延長されてもよい。加熱能力や構造が適切で、十分な加熱や保持が可能であれば、保温材(断熱材)を省略してもよい。また、通常は、圧力容器11内の加圧液体14の温度は、下側よりも方が上側よりも早く昇温しやすいので、例えば圧力容器11の下部側からの加熱を圧力容器11の上部側からの加熱よりも強めにしてもよい。
The
前述の手順(1)〜(3)では、管材31の温度が取り出し可能な温度に到達した後に加圧液体を排出する。しかしながら、本実施形態の管材の外圧負荷試験機はこの態様に限定されない。例えば、圧力容器11の冷却路に冷却媒体を流通させる前に、加圧液体を排出してもよい。あるいは、管材31の温度が取り出し可能な温度に到達する前で、圧力容器11の冷却路に冷却媒体を流通させている状態で、加圧液体を排出してもよい。冷却時間を短縮する観点では、前述の手順(1)〜(3)のように、圧力容器11内の空間に加圧液体が存在する状態で、圧力容器11の冷却路に冷却媒体を流通させるのが好ましい。
In the above-described procedures (1) to (3), the pressurized liquid is discharged after the temperature of the
前述の通り、試験機10は、試験開始時に圧力容器11内の空間に加圧液体14を注入するために液体注入装置(図示なし)を備え、試験終了後に圧力容器11内の空間から加圧液体14を排出するために液体排出配管(図示なし)を備える。圧力容器11の冷却路に冷却媒体を流通させる際、液体注入装置および液体排出配管を用いて加圧液体を循環させることにより、管材31の冷却を促進してもよい。
As described above, the
[第2実施形態]
高温環境での管材の外圧負荷試験は、実際には、管材を所定の温度まで加熱する加熱工程、管材を所定の温度に加熱した状態で管材に外圧を負荷する試験工程、及び管材を冷却する冷却工程の順に進行する。従って、実質的な試験時間は、加熱工程に要する加熱時間、試験工程に要する試験時間、及び冷却工程に要する冷却時間の合計で決まる。第1実施形態は、特に冷却時間の短縮に着目したものである。以下、加熱時間の短縮に着目し、試験時間を総合的に短縮できる試験機を説明する。
[Second Embodiment]
The external pressure load test of the pipe material in a high temperature environment is actually a heating process in which the pipe material is heated to a predetermined temperature, a test process in which the external pressure is applied to the pipe material while the pipe material is heated to a predetermined temperature, and the pipe material is cooled. It proceeds in the order of the cooling process. Accordingly, the substantial test time is determined by the sum of the heating time required for the heating process, the test time required for the test process, and the cooling time required for the cooling process. The first embodiment pays particular attention to shortening the cooling time. Hereinafter, focusing on shortening the heating time, a testing machine capable of comprehensively shortening the test time will be described.
図1(a)を参照して、外圧負荷試験において、加熱装置16によって圧力容器11を加熱したとき、圧力容器11内の加圧液体14の温度が均一に上昇しないことがある。具体的には、圧力容器11の高さ方向の中心CLよりも上側の加圧液体14の温度は上昇しやすく、圧力容器11の高さ方向の中心CLよりも下側の加圧液体14の温度は上昇しにくい。この現象は、加熱により圧力容器11内の加圧液体14が対流するためと考えられる。
Referring to FIG. 1A, in the external pressure load test, when the
高温環境での外圧負荷試験において、圧力容器11内の加圧液体14の温度のばらつきは、規定温度の±15℃の範囲が好ましい。精度のよい外圧負荷試験を行うためである。従って、加圧液体14の加熱を開始してから加圧液体14の温度が所定温度に達し、加圧液体14の温度のばらつきが規定温度の±15℃以下になるまで、試験の開始を待たなければならない。以下、この待ち時間を均熱待ち時間ともいう。第2実施形態の外圧負荷試験機は、加熱効率を高くし、更に、均熱待ち時間を短縮することで、管材の加熱時間を短縮する。
In the external pressure load test in a high temperature environment, the variation in the temperature of the pressurized liquid 14 in the
第2実施形態の外圧負荷試験機では、圧力容器の周壁に冷却路と加熱路とを備える。第2実施形態の外圧負荷試験機のその他の構成は、第1実施形態の外圧負荷試験機と同じである。以下では、冷却路の符号は「21」と総称する。 In the external pressure load tester of the second embodiment, a cooling path and a heating path are provided on the peripheral wall of the pressure vessel. Other configurations of the external pressure load tester of the second embodiment are the same as those of the external pressure load tester of the first embodiment. Below, the code | symbol of a cooling path is named generically "21".
図4は、第2実施形態による管材の外圧負荷試験機の構成例を示す模式図であり、図4(a)は試験機の軸方向に沿う面での断面図、図4(b)は蓋を示す図、図4(c)は圧力容器を示すD−D断面図である。図4(b)は、図4(a)のC−C位置から蓋42を観察した図である。第2実施形態の外圧負荷試験機40では、圧力容器41の周壁は、加熱媒体が流通する加熱路51を少なくとも1つ有する。加熱媒体は、圧力容器41を直接加熱し、加圧液体14を間接的に加熱する。加熱媒体は例えば、水蒸気、高温の油等である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of an external pressure load testing machine for pipe material according to the second embodiment, FIG. 4 (a) is a cross-sectional view along a surface along the axial direction of the testing machine, and FIG. The figure which shows a lid | cover and FIG.4 (c) is DD sectional drawing which shows a pressure vessel. FIG. 4B is a view of the
加熱路51は圧力容器41の周壁に設けられ、加熱装置16に包囲される。そのため、加熱装置16からの熱と、加熱路51を流通する加熱媒体の熱とが、圧力容器41ひいては加圧液体14に有効に伝達される。従って、第2実施形態の外圧負荷試験装置40は、効率よく管材31を加熱できる。加熱路51は圧力容器41の周壁に軸方向に沿って設けられるのが好ましい。
The
第2実施形態の外圧負荷試験機40は、圧力容器41の周壁に冷却路21及び加熱路51として適用可能な孔を多数設けておいてもよい。すなわち、冷却路21及び加熱路51として使用しない孔52があってもよい。この場合、実際の高温外圧試験においては、適切な試験条件、試験効率となるように、複数の孔のうちの一部の孔を冷却路21として用い、他の孔のうちの一部の孔を加熱路51として用いる。
The external pressure
図4(b)及び図4(c)では、蓋42及び圧力容器41の上側に配置される全ての孔を冷却路21として用い、下側に配置される一部の孔を加熱路51として用いる場合を示す。この場合、圧力容器41の下側に配置される孔のうち、加熱路51として用いられる孔以外の孔52は、使用しない。すなわち、孔52には冷却媒体及び加熱媒体は流通しない。ここで、冷却路21、加熱路51及び孔52の配置は、図4(b)及び図4(c)に示す場合に限定されない。圧力容器41の上側に加熱路51及び使用しない孔52があってもよい。圧力容器41の下側に冷却路21があってもよい。要するに、圧力容器41に複数の孔を設け、その複数の孔はそれぞれ冷却路21、加熱路51及び使用しない孔52のうちのいずれかに選択される。
4B and 4C, all holes arranged on the upper side of the
図4(b)では、蓋12の全てのボルト15の間に、冷却路21、加熱路51及び使用しない孔52のいずれかに選択される孔が設けられる場合を示した。しかし、実際には、工数を削減するため、必要な数だけ孔を設けるのが好ましい。後述する第3実施形態及び第4実施形態においても同様である。
FIG. 4B shows a case where a hole selected as one of the cooling
外圧負荷試験機40において、加熱路51の配置によっては、加熱効率を高くするとともに均熱待ち時間を短縮できる。上述したように、加熱装置16のみで圧力容器等を所定温度に加熱するとき、圧力容器41の高さ方向の中心CLの上側の加圧液体14の温度が高くなりやすく、下側の加圧液体14の温度が低くなりやすい。そこで、第2実施形態の外圧負荷試験機40では、加熱路51は、圧力容器41の周壁の高さ方向の中心CLの上側よりも下側に多く配置されるのが望ましい。これにより、圧力容器41の下側に与えられる熱量の方が上側に与えられる熱量よりも大きい。従って、圧力容器41内における加圧液体14は均一に加熱される。つまり、圧力容器41内の加圧液体14の温度のばらつきが抑制される。
In the external
例えば、図4に示すように、圧力容器41の下側に5本の加熱路51が配置される場合、圧力容器41の上側に配置される加熱路51は4本以下であるのが望ましい。圧力容器41の高さ方向の中心CLの上側に加熱路51がなくてもよい。
For example, as shown in FIG. 4, when five
要するに、第2実施形態の外圧負荷試験機40は、圧力容器41内の加圧液体14を、加熱路51を流通する加熱媒体により補助的に加熱できる。加熱媒体による圧力容器41の加熱は加熱効率が高いため、圧力容器41を効率よく加熱できる。さらに、加熱路51を圧力容器41の上側よりも下側に多く配置すれば、加圧液体14の温度を圧力容器41内で均一に上昇させやすい。従って、加圧液体14の温度を迅速に上昇させることができるとともに、上述した待ち時間が短縮できる。つまり、加熱時間が短縮される。
In short, the external
[第3実施形態]
第3実施形態の外圧負荷試験機は、第2実施形態の外圧負荷試験機を変形したものである。第3実施形態の外圧負荷試験機では、圧力容器の周壁に冷却路と補助加熱装置を収容する孔とを備え、この孔には補助加熱装置が挿入される。第3実施形態の外圧負荷試験機のその他の構成は、第1実施形態の外圧負荷試験機と同じである。
[Third Embodiment]
The external pressure load tester of the third embodiment is a modification of the external pressure load tester of the second embodiment. In the external pressure load testing machine of the third embodiment, the peripheral wall of the pressure vessel is provided with a cooling path and a hole for accommodating the auxiliary heating device, and the auxiliary heating device is inserted into this hole. Other configurations of the external pressure load tester of the third embodiment are the same as those of the external pressure load tester of the first embodiment.
図5は、第3実施形態による管材の外圧負荷試験機の構成例を示す模式図であり、図5(a)は試験機の軸方向に沿う面での断面図、図5(b)は蓋を示す図、図5(c)は圧力容器を示すF−F断面図である。図5(b)は、図5(a)のE−E位置から蓋62を観察した図である。第3実施形態の外圧負荷試験機60は、補助加熱装置63を有する。補助加熱装置63は例えば、棒状のカートリッジヒータである。カートリッジヒータは、ガラス、金属等の管状の容器内に、発熱体を収容したものである。補助加熱装置63は、圧力容器61を直接加熱し、加圧液体14を間接的に加熱する。圧力容器61の周壁は、補助加熱装置63を収容する孔64を少なくとも1つ有する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of an external pressure load testing machine for pipe material according to the third embodiment, FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the axial direction of the testing machine, and FIG. The figure which shows a lid | cover, FIG.5 (c) is FF sectional drawing which shows a pressure vessel. FIG.5 (b) is the figure which observed the lid | cover 62 from the EE position of Fig.5 (a). The external pressure
孔64は、上述の冷却路と同様に、圧力容器61の軸方向に沿って伸びるのが好ましい。また、孔64は、ボルト15の中心が位置する円62bの外側に位置するのが好ましい。孔64は、圧力容器61の蓋62を貫通してもよいし、貫通していなくてもよい。孔64の配置は、圧力容器61の高さ方向の中心CLの上側よりも下側に多く配置されればよい。圧力容器61の高さ方向の中心CLの上側に孔64がなくてもよい。均熱の観点から、孔64及び補助加熱装置63の軸方向の長さは、一対の蓋62の間の長さ以上であるのが好ましい。
The
補助加熱装置63が収容される孔64として、冷却路21として用いられる孔を代用しても構わない。この場合、補助加熱装置63が収容された冷却路21には、冷却媒体は流通しない。要するに、圧力容器61の周壁に複数の孔を設け、その一部の孔を冷却路21及び補助加熱装置63を収容する孔64として利用する。
As the
補助加熱装置63による圧力容器61の加熱は、第2実施形態の加熱路51と同様の理由により、加熱効率が高い。したがって、第3実施形態の加熱装置60は、効率よく圧力容器41を加熱できる。
The heating of the
図5(b)及び図5(c)では、蓋62及び圧力容器61の上側に配置される全ての孔を冷却路21として用い、下側に配置される一部の孔を補助加熱装置63が収容される孔64として用いる場合を示す。この場合、圧力容器61の下側に配置される孔のうち、補助加熱装置63が収容される孔64として用いられる孔以外の孔65は、使用しない。すなわち、孔65には冷却媒体及び加熱媒体は流通しない。ここで、冷却路21、補助加熱装置63が収容される孔64及び使用しない孔65の配置は、図5(b)及び図5(c)に示す場合に限定されない。圧力容器61の上側に補助加熱装置63が収容される孔64及び使用しない孔65があってもよい。圧力容器61の下側に冷却路21があってもよい。要するに、圧力容器61に複数の孔を設け、その複数の孔はそれぞれ冷却路21、補助加熱装置63が収容される孔64及び使用しない孔65のうちのいずれかに選択される。
5 (b) and 5 (c), all the holes arranged on the upper side of the
第2実施形態と同様に、第3実施形態の外圧負荷試験機60は、補助加熱装置63が収容される孔64の配置によっては、加熱効率を高くするとともに均熱待ち時間を短縮できる。均熱待ち時間を短縮するため、孔64は、圧力容器61の周壁の高さ方向の中心CLの上側よりも下側に多く配置されるのが望ましい。これにより、第2実施形態と同様に、第3実施形態の外圧負荷試験機60は、圧力容器61内の加圧液体14を均一に加熱できる。したがって、加圧液体14の温度を迅速に上昇させることができるとともに、上述した待ち時間が短縮できる。すなわち、加熱時間が短縮される。
Similarly to the second embodiment, the external
第3実施形態で説明した補助加熱装置63は、第2実施形態の外圧負荷試験機40に適用することも可能である。この場合、外圧負荷試験機は、冷却路と、加熱路と、補助加熱装置が収容される孔と、を備える。なお、この場合であっても、冷却路、加熱路及び補助加熱装置が収容される孔として使用しない孔があってもよい。要するに、圧力容器に複数の孔を設け、その複数の孔はそれぞれ冷却路、加熱路、補助加熱装置が収容される孔及び使用しない孔のうちのいずれかに選択される。
The
[第4実施形態]
第4実施形態の外圧負荷試験機では、第1実施形態の外圧負荷試験機に切替装置が追加される。第4実施形態の外圧負荷試験機のその他の構成は、第1実施形態の外圧負荷試験機と同じである。
[Fourth Embodiment]
In the external pressure load tester of the fourth embodiment, a switching device is added to the external pressure load tester of the first embodiment. Other configurations of the external pressure load tester of the fourth embodiment are the same as those of the external pressure load tester of the first embodiment.
図6は、第4実施形態による管材の外圧負荷試験機の構成例を示す模式図であり、図6(a)は試験機の軸方向に沿う面での断面図、図6(b)は蓋を示す図である。図6(b)は、図6(a)のG−G位置から蓋72を観察した図である。第4実施形態の外圧負荷試験機70では、冷却路21が複数設けられる。冷却路21の少なくとも1つに、切替装置81が接続される。切替装置81は、冷却路21に導入する媒体を冷却媒体と加熱媒体とに切り替える。具体的には、管材31を冷却するとき、切替装置81は、冷媒供給流路73から冷却媒体を冷却路21に導入する。管材31を加熱するとき、切替装置81は、加熱媒体供給流路74から加熱媒体を冷却路21に導入する。要するに、第4実施形態の外圧負荷試験機では、冷却用に設けられた冷却路21を、冷却時には冷却路として利用し、加熱時には加熱路として利用する。冷却路21を加熱路と共用することで、加熱路を新たに設ける必要がない。従って、外圧負荷試験機の製作費が削減される。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of an external pressure load testing machine for pipes according to the fourth embodiment. FIG. 6A is a cross-sectional view taken along a plane along the axial direction of the testing machine, and FIG. It is a figure which shows a lid | cover. FIG. 6B is a diagram in which the
上述の実施形態と同様に、冷却路及び加熱路として使用しない孔75があってもよい。要するに、圧力容器71に複数の孔を設け、その複数の孔はそれぞれ冷却路21、切替装置81が接続される冷却路及び使用しない孔75のうちのいずれかに選択される。
Similarly to the above-described embodiment, there may be a
切替装置81が接続される冷却路21は、圧力容器71の周壁の高さ方向の中心CLの上側よりも下側に多く配置されるのが望ましい。切替装置81が冷却路21に導入する媒体を加熱媒体に切り替えると、加熱時に圧力容器71の高さ方向の中心CLの上側よりも下側に加熱路が多く配置される。これにより、上述したように、管材の加熱工程で加圧液体14の温度が圧力容器71内でばらつきにくい。従って、上述した均熱待ち時間が短縮でき、試験時間が短縮できる。
It is desirable that the cooling
第4実施形態で説明した切替装置81は、第2実施形態又は第3実施形態の外圧負荷試験機に適用することも可能である。この場合、第2実施形態又は第3実施形態の外圧負荷試験機の冷却路21の少なくとも1つに切替装置81が接続される。なお、この場合であっても、冷却路、加熱路、補助加熱装置及び切替装置が接続される冷却路として使用しない孔があってもよい。要するに、圧力容器に複数の孔を設け、その複数の孔はそれぞれ冷却路、加熱路、補助加熱装置、切替装置が接続される冷却路及び使用しない孔のうちのいずれかに選択される。
The switching
本実施形態の外圧負荷試験機の冷却性能を確認するため、以下に示す伝熱解析を行った。 In order to confirm the cooling performance of the external pressure load testing machine of the present embodiment, the following heat transfer analysis was performed.
[解析条件]
本発明例1では、前記図3に示す試験機を用い、180℃で外圧負荷試験を想定した解析を行った。試験終了後、圧力容器11内の空間に加圧液体が注入されている状態で、圧力容器11の冷却路21a〜21pに冷却媒体を流通させ、管材31が50℃になるまで冷却した。
[Analysis conditions]
In Example 1 of the present invention, an analysis assuming an external pressure load test at 180 ° C. was performed using the testing machine shown in FIG. After the test was completed, a cooling medium was circulated through the cooling
圧力容器11は、外径を567mm、肉厚を110mm、長さ1190mmとし、16本の冷却路21a〜21pは、いずれも直径を12.7mm、距離d1を502mmとした。また、ボルトのピッチ円は、515mmとした。冷却媒体は水とし、各冷却路の流量を10〜240l/minの範囲で変化させた。管材31は、外径を311mmとした。
The
本発明例2では、冷却路の本数を12本とし、本発明例3では、冷却路の本数を8本とした。それ以外の解析条件は、本発明例1と同じとした。 In Invention Example 2, the number of cooling paths is 12 and in Invention Example 3, the number of cooling paths is 8. The other analysis conditions were the same as those of Example 1 of the present invention.
比較例1では、冷却路を有さない圧力容器11を用い、圧縮空気を管材31の中空部に送風する条件とした。それ以外の解析条件は、本発明例1と同じとした。
In Comparative Example 1, the
[解析結果]
図7は、実施例1の解析結果を示す図である。図7は、冷却路の冷却媒体の流量(l/min)と、管材の冷却時間(min)との関係を示す。図7中、○印は本発明例1、×印は本発明例2、及び●印は本発明例3それぞれの解析結果を示す。図7より、本発明例1〜3では、管材の冷却時間が3時間以下となった。一方、比較例1では、管材の冷却時間が9時間以上であった。これらから、圧力容器に冷却路を設けることにより、管材31の冷却時間を大幅に削減できることが明らかになった。
[Analysis result]
FIG. 7 is a diagram illustrating an analysis result of the first embodiment. FIG. 7 shows the relationship between the flow rate (l / min) of the cooling medium in the cooling path and the cooling time (min) of the pipe material. In FIG. 7, the ◯ marks indicate the analysis results of Invention Example 1, the X marks indicate the analysis results of Invention Example 2, and the ● marks indicate the analysis results of Invention Example 3, respectively. From FIG. 7, in Examples 1-3 of this invention, the cooling time of the pipe material became 3 hours or less. On the other hand, in Comparative Example 1, the cooling time of the tube material was 9 hours or more. From these, it became clear that the cooling time of the
図7に示すように、冷却媒体の流量が増加するのに応じ、冷却時間が少なくなった。また、冷却媒体の流量の増加による冷却時間の減少は、冷却媒体の流量が50l/min程度で飽和した。 As shown in FIG. 7, the cooling time decreased as the flow rate of the cooling medium increased. Further, the decrease in the cooling time due to the increase in the flow rate of the cooling medium was saturated when the flow rate of the cooling medium was about 50 l / min.
一方、冷却路の本数が増加するのに応じ、冷却時間が少なくなった。また、冷却路の本数の増加による冷却時間の減少は、冷却路の本数が16本程度でほぼ飽和した。従って、好適な冷却路の本数が16本以下であることが確認できた。 On the other hand, the cooling time decreased as the number of cooling paths increased. Moreover, the decrease in the cooling time due to the increase in the number of cooling paths was almost saturated when the number of cooling paths was about 16. Therefore, it was confirmed that the number of suitable cooling paths was 16 or less.
本実施形態の外圧負荷試験機の加熱性能を確認するため、以下に示す実機試験を行った。 In order to confirm the heating performance of the external pressure load tester of the present embodiment, the following real machine test was performed.
[実験条件]
本発明例4では、前記図5に示す試験機60を用い、180℃での外圧負荷試験を想定した管材の加熱試験を行った。補助加熱装置63はカートリッジヒータであった。カートリッジヒータの直径は16mmで、長さは2140mmであった。カートリッジヒータの容量は、1本当たり3.5kWであった。圧力容器61の8ヶ所の孔64にそれぞれカートリッジヒータを収容した。具体的には、カートリッジヒータの配置は、圧力容器の周壁の高さ方向の中心CLの上側に2本、下側に4本、中心に2本それぞれ配置した。加熱試験中、全てのカートリッジヒータは同じ出力に設定された。加圧液体14は、油であった。
[Experimental conditions]
In Example 4 of the present invention, a heating test of a pipe material was performed using the
圧力容器61は、前記実施例1と同じ寸法の圧力容器を用いた。管材の外径は、193.675mm(7.625インチ)であった。加熱試験中、圧力容器の温度を測定した。温度測定は、圧力容器の上側P1及び下側P2の各位置、並びに圧力容器内の上側P3及び下側P4の各位置で行った(図6(c)参照)。
As the
比較例2では、前記図1に示す試験機10を用い、180℃での外圧負荷試験を想定した管材の加熱試験を行った。要するに、比較例2では、加熱路及び補助加熱装置を設けない試験機を用いた。それ以外の実験条件は、本発明例4と同じとした。
In the comparative example 2, the heating test of the pipe material which assumed the external pressure load test at 180 degreeC was done using the
[実験結果]
図8及び図9は、実施例2の試験結果を示す図である。これらの図のうち、図8は比較例2の実験結果を示す。図9は本発明例4の実験結果を示す。図8及び図9の横軸は、加熱時間(h)を示し、縦軸は温度(℃)を示す。図8及び図9中、実線はP1(圧力容器上部)の位置、破線はP2(圧力容器下部)の位置、一点鎖線はP3(圧力容器の上側の加圧液体)の位置、及び二点鎖線はP4(圧力容器の下側の加圧液体)の位置それぞれの計測結果を示す。
[Experimental result]
8 and 9 are diagrams showing the test results of Example 2. FIG. Of these figures, FIG. 8 shows the experimental results of Comparative Example 2. FIG. 9 shows the experimental results of Example 4 of the present invention. The horizontal axis of FIG.8 and FIG.9 shows heating time (h), and a vertical axis | shaft shows temperature (degreeC). 8 and 9, the solid line is the position of P1 (upper pressure vessel), the broken line is the position of P2 (lower pressure vessel), the alternate long and short dash line is the position of P3 (pressurized liquid above the pressure vessel), and the two-dot chain line Indicates the measurement results at each position of P4 (pressurized liquid below the pressure vessel).
図8より、比較例2では、圧力容器の上側が下側よりも早く180℃に到達した。すなわち、圧力容器の上側は下側よりも加熱されやすかった。圧力容器の上側の温度が180℃に到達した後、圧力容器の下側の温度が180℃に到達するまでの待ち時間(均熱待ち時間)は、約1時間であった。また、比較例2では、管材の加熱時間は8時間を超えた。 From FIG. 8, in Comparative Example 2, the upper side of the pressure vessel reached 180 ° C. earlier than the lower side. That is, the upper side of the pressure vessel was more easily heated than the lower side. After the temperature on the upper side of the pressure vessel reached 180 ° C., the waiting time (soaking waiting time) until the temperature on the lower side of the pressure vessel reached 180 ° C. was about 1 hour. In Comparative Example 2, the tube heating time exceeded 8 hours.
図9より、本発明例4では、圧力容器の下側が上側よりも早く180℃に到達した。すなわち、圧力容器の下側は上側よりも加熱されやすかった。また、圧力容器内の加圧液体においても、比較例2(図8)と比較して、圧力容器の下側の加圧液体と上側の加圧液体との温度のばらつきが抑制された。圧力容器の下側の補助加熱装置の配置、数を調整すれば、圧力容器の上側の温度及び下側の温度の上昇を等しくできる。従って、均熱待ち時間が短縮される。また、本発明例4では、管材の加熱時間が4時間以内に抑制された。すなわち、補助加熱装置を設けることにより、管材を効率的に加熱できたため、加熱時間が短縮された。 From FIG. 9, in the present invention example 4, the lower side of the pressure vessel reached 180 ° C. earlier than the upper side. That is, the lower side of the pressure vessel was more easily heated than the upper side. Also, in the pressurized liquid in the pressure vessel, as compared with Comparative Example 2 (FIG. 8), the temperature variation between the lower pressurized liquid and the upper pressurized liquid was suppressed. If the arrangement and number of auxiliary heating devices on the lower side of the pressure vessel are adjusted, the temperature on the upper side of the pressure vessel and the temperature rise on the lower side can be made equal. Therefore, the soaking waiting time is shortened. Further, in Invention Example 4, the heating time of the pipe material was suppressed within 4 hours. That is, by providing the auxiliary heating device, the tube material could be heated efficiently, so the heating time was shortened.
本発明は、油井管の外圧負荷試験において、有効に利用することができる。 The present invention can be effectively used in an external pressure load test of an oil well pipe.
10、40、60、70:外圧負荷試験機、 11、41、61、71:圧力容器、
11a:第1端面、 11b:第2端面、 11c:プラグ、 11d:供給口、
11e:排出口、 12、42、62、72:蓋、 12a:貫通穴、
12b:ピッチ円、 14:加圧液体、 15:ボルト、 16:加熱装置、
21、21a〜21p:圧力容器の冷却路、 22:冷媒供給流路、
23:冷媒排出流路、 24a〜24g:戻し流路、 31:管材、
63:補助加熱装置、64:孔
81:切替装置
10, 40, 60, 70: external
11a: 1st end surface, 11b: 2nd end surface, 11c: Plug, 11d: Supply port,
11e: outlet, 12, 42, 62, 72: lid, 12a: through hole,
12b: Pitch circle, 14: Pressurized liquid, 15: Bolt, 16: Heating device,
21, 21a to 21p: pressure vessel cooling passage, 22: refrigerant supply passage,
23: Refrigerant discharge flow path, 24a-24g: Return flow path, 31: Pipe material,
63: auxiliary heating device, 64: hole 81: switching device
Claims (9)
前記外圧負荷試験機は、
前記管材の中間部を収容するとともに、加圧液体が注入される円筒形状の圧力容器と、
前記圧力容器の両端に取り付けられ、かつ、前記管材の端部を突出させる貫通穴を有する一対の蓋と、
前記圧力容器の外周を包囲し、前記管材を加熱する加熱装置と、を備え、
前記圧力容器の周壁は、冷却媒体が流通する冷却路を有する、管材の外圧負荷試験機。 An external pressure load testing machine for pipes,
The external pressure load tester is
A cylindrical pressure vessel in which an intermediate part of the tube material is accommodated and pressurized liquid is injected,
A pair of lids attached to both ends of the pressure vessel and having through holes for projecting end portions of the pipe material;
A heating device that surrounds an outer periphery of the pressure vessel and heats the pipe material,
The peripheral wall of the pressure vessel is an external pressure load tester for a pipe material having a cooling path through which a cooling medium flows.
前記外圧負荷試験機は、
前記蓋を前記圧力容器に取り付けるため、前記圧力容器の周方向に沿って配置される複数のボルトをさらに備え、
前記複数のボルトの中心は、同一円上に位置し、
前記冷却路は、前記圧力容器の軸方向に沿って伸びるとともに、前記円の外側に位置する、管材の外圧負荷試験機。 It is an external pressure load testing machine of the pipe material according to claim 1,
The external pressure load tester is
In order to attach the lid to the pressure vessel, further comprising a plurality of bolts arranged along the circumferential direction of the pressure vessel,
The centers of the plurality of bolts are located on the same circle,
The cooling path extends along the axial direction of the pressure vessel and is located outside the circle, and is an external pressure load tester for pipe materials.
前記冷却路のうちで前記圧力容器の中心に最も近い部分から前記圧力容器の中心までの距離が、前記ボルトのうちで前記圧力容器の中心に最も遠い部分から前記圧力容器の中心までの距離よりも小さい、管材の外圧負荷試験機。 An external pressure load testing machine for pipes according to claim 2,
The distance from the portion of the cooling path closest to the center of the pressure vessel to the center of the pressure vessel is greater than the distance from the portion of the bolt farthest to the center of the pressure vessel to the center of the pressure vessel. A small external pressure testing machine for pipe materials.
前記圧力容器の前記周壁は、加熱媒体が流通する加熱路を少なくとも1つ有する、管材の外圧負荷試験機。 An external pressure load tester for a pipe material according to any one of claims 1 to 3,
The peripheral wall of the pressure vessel is an external pressure load tester for a pipe material having at least one heating path through which a heating medium flows.
前記外圧負荷試験機は、補助加熱装置を備え、
前記圧力容器の前記周壁は、前記補助加熱装置を収容する孔を少なくとも1つ有する、管材の外圧負荷試験機。 It is an external pressure load tester of the pipe material according to any one of claims 1 to 4,
The external pressure load tester includes an auxiliary heating device,
The peripheral wall of the pressure vessel is a pipe external pressure load tester having at least one hole for accommodating the auxiliary heating device.
前記冷却路が複数設けられ、
前記冷却路の少なくとも1つに、その冷却路に導入する媒体を前記冷却媒体と加熱媒体とに切り替える切替装置が接続される、管材の外圧負荷試験機。 An external pressure load tester for a pipe according to any one of claims 1 to 5,
A plurality of the cooling paths are provided,
An external pressure load tester for a pipe material, to which at least one of the cooling paths is connected a switching device for switching a medium introduced into the cooling path between the cooling medium and the heating medium.
前記加熱路は、前記周壁の高さ方向の中心の上側よりも下側に多く配置される、管材の外圧負荷試験機。 An external pressure load testing machine for pipes according to claim 4,
The said heating path is a pipe | tube external pressure load testing machine arrange | positioned more below the upper side of the center of the height direction of the said surrounding wall.
前記補助加熱装置を収容する前記孔は、前記周壁の高さ方向の中心の上側よりも下側に多く配置される、管材の外圧負荷試験機。 An external pressure load testing machine for pipes according to claim 5,
The said external heating apparatus is a pipe | tube external-pressure load testing machine arrange | positioned more below the upper side of the center of the height direction of the said surrounding wall.
前記切替装置が接続される前記冷却路は、前記周壁の高さ方向の中心の上側よりも下側に多く配置される、管材の外圧負荷試験機。 An external pressure load testing machine for pipes according to claim 6,
The cooling path to which the switching device is connected is an external pressure load tester for pipes, which is disposed more on the lower side than the upper side of the center in the height direction of the peripheral wall.
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