JP6820880B2 - 実験装置、実験システム、プログラム、方法および学習方法 - Google Patents

実験装置、実験システム、プログラム、方法および学習方法 Download PDF

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Description

本発明は、管路の締結部に生じる熱的変化などの実験・検証技術に関する。
管路間や管路とバルブを締結するなど、その締結部にはフランジ継手が備えられ、各フランジ継手はガスケットを挟み込んで複数のボルトおよびナットにより締結される。
斯かる管路の継手部について、シール性などの性能試験や評価をすることが知られている(たとえば、特許文献1)。
特開2013−205146号公報
ところで、ガスケットを挟み込んだフランジやボルトは、締結管路に流れる流体温度による熱的影響を受ける。流体が高温から低温、低温から高温に変化した場合や、閉じられたバルブの前後で異なる温度の流体が流れる場合など、これらの温度差が締結部に熱的ストレスを生じさせる。
シール施工時、シール状態が高精度に維持されていても、ボルト温度が低温から高温に遷移し、または高温から低温に遷移すると、フランジを締め付けるボルトの軸力を変化させる。つまり、軸力が変化すれば、ガスケット面圧を変化させる。ガスケット面圧が極度に低下すれば、流体の漏洩などの不測の事態が生じることになる。
このような温度変化によるシール劣化はシール施工の精度が高い場合であっても生じる現象であり、シール施工が不完全であれば、その現象はより顕著になるという課題がある。シール施工にあっては、このような現象を回避するには、シール施工者に慎重かつ高度な施工スキルが求められる。
しかしながら、施工現場において、不測の事態を想定しての実験施工は許されないし、浅い施工経験では斯かる事態を想定することは困難であるという課題がある。
現場の稼働状態を予測し、温度差による熱的ストレスを想定することは、シール施工の安全性を確保する上で極めて重要である。
斯かる課題について、特許文献1にはその開示や示唆がなく、それを解決する構成等についての開示や示唆もない。
そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、シール施工の現場およびその稼働状況を再現してガスケット面圧の低下などの現象を実験し、学習することができる実験装置、システム、プログラム、方法および学習方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の実験装置の一側面によれば、高温流体を導入する第一管体部と、低温流体を導入する第二管体部と、前記第一管体部と前記第二管体部とを仕切る仕切り板を設置し、前記第一管体部および前記第二管体部を締結する締結部とを備え、前記第一管体部の高温流体と前記第二管体部の低温流体の温度差により前記締結部に温度傾斜を生じさせる。
この実験装置において、前記締結部は、前記仕切り板と前記第一管体部の間、前記仕切り板と前記第二管体部の間のそれぞれに配置されたガスケットと、前記第一管体部および前記第二管体部のフランジを締結する複数のボルトとを含んでよい。
この実験装置において、さらに、前記第一管体部は、前記高温流体を加熱する加熱部と、前記高温流体の温度を検出する温度検出部とを備えてよい。
さらに、前記ボルトは、軸力を検出する軸力検出部と、温度を検出する温度検出部と、を備えてよい。
この実験装置において、さらに、前記第二管体部に低温流体を導入する第一ポート部と、前記第二管体部から前記低温流体を排出する第二ポート部と、前記第一ポート部に接続されて低温流体を供給する低温流体供給部とを備えてよい。
この実験装置において、前記第一管体部および前記第二管体部が設置される筐体部と、前記低温流体を溜めるタンクと、前記低温流体を前記第二管体部に供給するポンプとを備えてよい。
上記目的を達成するため、本発明の実験システムの一側面によれば、既述の何れかの実験装置と、前記第一管体部のフランジ、前記第二管体部のフランジ、前記高温流体、前記低温流体の何れかまたは二以上の温度を検出する温度検出部と、各ボルトの軸力を検出する軸力検出部と、前記温度検出部から前記検出温度、前記軸力検出部から前記検出軸力の検出情報を取り込み、時間情報、検出位置または検出部材に関係付け、前記検出温度および前記検出軸力の前記検出情報から提示情報を生成する処理部と、前記提示情報を画像で提示する情報提示部とを備える。
この実験システムにおいて、前記第二管体部の前記低温流体の液位を検出する液位検出部を備え、該液位検出部による検出液位を前記処理部に提供して前記情報提示部に提示してよい。
この実験システムにおいて、前記第二管体部の前記低温流体の液位を調整する液位調整部とを備えてよい。
上記目的を達成するため、本発明のプログラムの一側面によれば、コンピュータで実現するためのプログラムであって、第一管体部に導入した高温流体を昇温させる機能と、第二管体部に低温流体の導入タイミングを設定する機能と、前記第一管体部側のフランジ、前記第二管体部側のフランジ、前記高温流体、前記低温流体の何れかまたは二以上の検出温度、前記第一管体部および前記第二管体部のフランジ間を締結する各ボルトの検出軸力を連続、定期または不定期に検出部材または検出位置を表す情報に関係付けて取り込む機能と、前記検出温度または前記検出軸力の提示情報を生成する機能と、前記検出温度または前記検出軸力を検出タイミング、前記検出部材または前記検出位置を表す情報に関係付けて情報提示部に提示する機能とを前記コンピュータにより実現する。
上記目的を達成するため、本発明の実験方法の一側面によれば、高温流体を導入する第一管体部と、低温流体を導入する第二管体部との間を仕切る仕切り板を設置し、前記第一管体部および前記第二管体部を締結部により締結する工程と、前記第一管体部に高温流体を導入して昇温させる工程と、前記第二管体部に低温流体を導入し、該低温流体と前記高温流体の温度差により前記締結部に温度傾斜を生じさせる工程と、前記締結部にある前記第一管体部のフランジ、前記第二管体部のフランジ、前記高温流体、前記低温流体の何れかまたは二以上の温度を検出し、該検出温度を、検出部材を表す情報に関係付けて取り込む工程と、各ボルトの軸力を検出し、該検出軸力を前記フランジ上検出位置を表す情報に関係付けて取り込む工程とを含む。
上記目的を達成するため、本発明の学習方法の一側面によれば、既述の実験装置に実験条件を設定する工程と、高温流体で前記第一管体部を高温化した後、その高温状態を維持しながら、前記第二管体部に低温流体を導入し、前記第二管体部側から前記締結部を冷却する工程と、前記実験装置の前記第一管体部のフランジ、前記第二管体部のフランジ、前記高温流体、前記低温流体の何れかまたは二以上の温度を検出し、該検出温度を検出部材または検出位置を表す情報に関係付けて取り込む工程と、各ボルトの軸力を検出し、該検出軸力を前記フランジ上検出位置を表す情報に関係付けて取り込む工程と、前記検出温度、前記検出軸力の検出情報を取り込み、時間情報、検出位置または検出部材に関係付け、前記検出温度および前記検出軸力の前記検出情報から提示情報を生成する工程と、前記提示情報を画像で提示する工程と、実験結果を評価する工程とを含む。
本発明によれば、次の何れかの効果が得られる。
<実験装置>
(1) 仕切り板で分離された第一管体部と第二管体部はバルブで閉塞した管体間を模擬でき、第一管体部を高温流体で高温化するとともに第二管体部に低温流体を導入して締結部に任意の温度傾斜を形成できる。
(2) 締結部に形成する温度傾斜は実機状態から実機に予測できる異常状態まで広い範囲で実験でき、斯かる実験において、第一管体部のフランジ、第2管体部のフランジ、高温流体、低温流体、ボルトなどの温度およびその推移、ボルト軸力、低温流体液位などの状態情報を任意のタイミングで取得することができ、取得情報を解析できる。
<実験システム>
(3) 実機状態から実機に予測できる異常状態を実験装置に生成させ、その検出情報を取得し、画像で提示することができる。
(4) 実験装置で得られる検出情報を実験装置の検出部位または検出タイミングに関係付けて取り込み、検出温度の推移、軸力の推移などの情報を画像で提供でき、実験装置に生じている状況を容易且つ迅速に認識することができる。
<プログラム>
(5) 実験装置で行う実験プログラムを任意に策定し、実機で予測される現象を実験装置から取り込むことができる。
(6) 高温流体の昇温、低温流体の導入タイミング、検出温度や検出軸力を任意のタイミングたとえば、連続、定期または不定期に検出部材または検出位置を表す情報に関係付けて取り込むことができ、実験装置に生じる情報を提示情報として生成させ、情報提示部に提示させることができる。
<実験方法>
(7) 実験装置の組立てから実験までの工程を段階的に行うことができ、実機さながらの状況を実現できる。
(8) プログラムで生成される実験状況を人為的に補完でき、精緻な実験結果を得ることができる。
<学習方法>
(9) 実験装置を用いて任意の実験条件を設定して実験を行って検出情報を含む実験結果を評価でき、実機上の現象を模擬しながら、その対策処方を学習することができる。
そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
Aは第1の実施の形態に係る実験装置を示す図、Bは装置本体の断面を示す図である。 第2の実施の形態に係る実験システムを示す図である。 実験手順を示すフローチャートである。 実施例1に係る実験装置を示す図である。 実験装置の組立てを示す図である。 図5の実験装置から取り出した装置本体を示す斜視図である。 ボルトの一例を示す図である。 実施例1に係る実験システムを示す図である。 実施例1に係る実験システムのハードウェアを示す図である。 Aは加熱オイル温度情報ファイルを示す図、Bは冷水温度情報ファイルを示す図、CおよびDはフランジ温度情報ファイルを示す図である。 Aはボルト温度情報ファイルを示す図、Bは軸力情報ファイルを示す図である。 Aはフランジ温度の変化を示す図、Bはボルト位置を示す図である。 Aはボルト温度の変化を示す図、Bは軸力残留率の変化を示す図である。 Aは軸力残留率の変化を示す図、Bは加熱中および冷却直後の温度変化を示す図である。 他のガスケットを用いた場合の軸力残留率の変化を示す図である。 他のガスケットを用いた場合の軸力残留率の変化を示す図である。 実施例2に係る実験装置を示す図である。 実施例3に係る実験システムを示す図である。
〔第1の実施の形態〕
<実験装置>
図1のAは第1の実施の形態に係る実験装置の概要を示し、図1のBは装置本体の断面を示している。図1のA、Bに示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
この実験装置2には第一管体部4、第二管体部6および締結部8が備えられ、装置本体10が構成されている。
第一管体部4には、管本体12、フランジ14−1、閉塞板16、加熱部18および温度検出部20−1が備えられ、高温流体22が導入される。高温流体22にはたとえば、加熱流体、熱媒体油、加熱オイルなどを用いればよい。
第二管体部6には管本体24の前端側のフランジ14−2、管本体24、閉塞板26、温度検出部20−2および液位検出部28が備えられ、低温流体30が導入される。低温流体30にはたとえば、冷却流体、冷水、液体窒素、不凍液などを用いればよい。第二管体部6には低温流体30を導入するための第一ポート部として導入ポート32、低温流体30を排出させるための第二ポート部として排出ポート34が備えられる。閉塞板26はたとえば、透明部材で構成され、液位検出部28はたとえば、カメラで構成し、低温流体30の撮影でその液位を検出できる。
第一管体部4および第二管体部6は締結部8で締結される。この締結部8にはフランジ14−1、14−2、仕切り板36、ガスケット38−1、38−2および複数のボルト40およびナット42が備えられる。仕切り板36はフランジ14−1、14−2の間に設置され、仕切り板36とフランジ14−1との間にガスケット38−1、仕切り板36とフランジ14−2との間にガスケット38−2が設置される。
ボルト40およびナット42はフランジ14−1、14−2の周縁部に一定の角度間隔で配置される。フランジ14−1、14−2はボルト40およびナット42により締めつけられ、フランジ14−1、14−2の各開口部44は仕切り板36およびガスケット38−1、38−2で閉塞される。
フランジ14−1には温度検出部20−3が備えられ、フランジ14−2には温度検出部20−4が備えられ、それぞれの温度が個別に検出され、各検出情報はフランジ14−1、14−2の識別情報に関係付けられて取り出すことができる。
各ボルト40には軸力検出部46および温度検出部20−5が備えられ、各ボルト40の軸力および温度が検出され、ボルト40の識別情報に関係付けられた検出情報を取り出すことができる。
斯かる構成によれば、第一管体部4に高温流体22が収容されて維持され、第二管体部6に導入ポート32から低温流体30を導入させると、高温流体22と低温流体30の温度差を以て、強制的に締結部8に温度傾斜を生成させることができる。高温流体22との接触による高温箇所に対し、低温流体30による冷却箇所では熱収縮が生じ、冷却された各ボルト40の軸力低下が生じる。
<第1の実施の形態の効果>
この第1の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
(1) 締結部8はフランジ14−1、14−2、ガスケット38−1、38−2、ボルト40およびナット42により実機と同様に所定のトルクにより締結し、シール施工を行うことができる。
(2) 実機と同様にシール施工した後、第一管体部4を高温流体22により所定温度に加熱し、第二管体部6を低温流体30により冷却し、締結部8に温度差による負荷を加えることができる。
(3) このような状態において、温度検出部20−1で高温流体22の温度、温度検出部20−2で低温流体30の温度、温度検出部20−3でフランジ14−1の温度、温度検出部20−4でフランジ14−2の温度、温度検出部20−5でボルト40の温度を検出でき、各検出温度は検出部位および時間に関係付けられて取り出すことができ、その時間的推移を監視できる。
〔第2の実施の形態〕
<実験システム50>
図2は、第2の実施の形態に係る実験システム50を示している。図2において、図1と同一部分には同一符号を付してある。
この実験システム50は、実験装置2、情報収集部52、処理部54、記憶部56、入力操作部58、情報提示部60、加熱制御部62、低温流体供給部64および低温流体調整部66が備えられる。実験装置2は既述したので、その構成説明は割愛する。加熱制御部62、低温流体供給部64および低温流体調整部66は実験装置2に備えてよい。
情報収集部52は実験装置2から検出情報を収集し蓄積する。処理部54はたとえば、コンピュータで構成され、実験装置2で得られた検出情報を情報収集部52より取り込み、データの画像化処理などの情報処理を実行する。記憶部56は処理部54の制御により情報の読込み・読出しが行われる。この記憶部56には実験プログラムの他、検出情報などが格納される。
入力操作部58は実験条件や検出情報の提示条件などの設定に用いられる。情報提示部60は処理部54により制御され、検出情報や実験結果などの提示情報をたとえば、LCD(Liquid Crystal Display)を用いて画像表示を行う。
低温流体供給部64は第二管体部6に導入ポート32より低温流体30を供給する低温流体調整手段の一例であるとともに、第二管体部6に供給する低温流体30の供給量の調整部の一例である。低温流体調整部66は液位調整部の一例であり、第二管体部6から低温流体30を排出して液位を調整し、実験条件に適合させる。
<情報収集部52による収集情報>
この情報収集部52には実験装置2から検出される軸力、ボルト温度、フランジ温度、加熱流体温度などの高温流体温度、冷却流体温度などの低温流体温度が連続的に取り込まれる。
<処理部54の処理>
この処理部54の制御には、情報取込み処理68、タイミング生成70、読込み・読出し処理72、情報提示処理74が含まれる。
a)情報取込み処理68
この情報取込み処理68では情報収集部52から温度検出部20−1、20−2、20−3、20−4、20−5の検出温度、軸力検出部46の検出軸力などの検出情報の取込みを行い、各検出情報は検出位置、検出部材、検出タイミング(時間)などの識別情報に関係付けられて取り込まれる。
b)タイミング生成70
このタイミング生成70には検出タイミング、検出情報の取込みタイミング、高温流体22の加熱タイミング、低温流体30による第二管体部6の冷却開始タイミング、記憶部56に対する検出情報の読込みタイミング、記憶情報の読出しタイミングなどが含まれる。
c)読込み・読出し処理72
この読込み・読出し処理72では、記憶部56に高温流体温度76、低温流体温度78、フランジ温度80−1、80−2、ボルト温度82、検出軸力84、その他制御情報の読込み、これらの読出しを行う。
d)情報提示処理74
この情報提示処理74は、温度、軸力、液位などの検出情報を検出部位としてたとえば、検出位置、検出部材や、検出タイミングなどの識別情報に関係付けて提示情報として生成させ、たとえば、画像表示を行う。
<記憶部56の格納情報>
この記憶部56には高温流体温度76、低温流体温度78、フランジ温度80−1、80−2、ボルト温度82、検出軸力84が実験情報ファイルとして格納される。
高温流体温度76は高温流体22の属性情報、検出タイミング情報と関係付けられて実験情報ファイル(たとえば、図10のAに示す加熱オイル温度情報ファイル168)に格納されて保存される。この場合、関係付けられる情報は、上記情報に限定されるものではない。高温流体温度76は図示しない他の検出情報の格納欄を備え、この格納欄に格納される他の検出情報に関係付けられて格納されてよい。
低温流体温度78は低温流体30の属性情報、検出タイミング情報、他の検出情報と関係付けられて実験情報ファイル(たとえば、図10のBに示す冷水温度情報ファイル170)に格納されて保存される。この場合、関係付けられる情報は、上記情報に限定されるものではない。低温流体温度78も図示しない他の検出情報の格納欄を備え、この格納欄に格納される他の検出情報に関係付けられて格納されてよい。
フランジ温度80−1はフランジ14−1の識別情報、検出タイミング情報、他の検出情報と関係付けられて実験情報ファイル(たとえば、図10のCに示すフランジ温度情報ファイル172−1)に格納されて保存される。同様に、フランジ温度80−2は各フランジ14−2の識別情報、検出タイミング情報、他の検出情報と関係付けられて実験情報ファイル(たとえば、図10のDに示すフランジ温度情報ファイル172−2)に格納されて保存される。この場合、関係付けられる情報は、上記情報に限定されるものではない。フランジ温度80−1、80−2は図示しない他の検出情報の格納欄を備え、この格納欄に格納される他の検出情報に関係付けられて格納されてよい。
ボルト温度82は各ボルト40の位置ないし識別情報、検出タイミング情報、検出軸力84などの検出情報と関係付けられて実験情報ファイル(たとえば、図11のAに示すボルト温度情報ファイル174)に格納されて保存される。
検出軸力84は各ボルト40の位置ないし識別情報、検出タイミング情報、ボルト温度82などの温度情報と関係付けられて実験情報ファイル(たとえば、図11のBに示す軸力情報ファイル176)に格納されて保存される。
<実験手順>
図3は、この実験システム50の実験手順を示している。この実験手順にはコンピュータによる処理部54の制御、実験方法の一例である処理工程などが含まれる。この処理手順において、Sは工程、Sに付した番号は一例としての順序を示している。
この実験手順では、処理部54の初期化を行い(S101)、入力操作部58から実験条件の設定として実験情報などの入力を行う(S102)。
この実験条件の設定の後、第一管体部4に高温流体22を導入し(S103)、高温流体22の温度を検出する(S104)。この高温流体22について、加熱部18を駆動するとともに、高温流体22の温度を制御し(S105)、実験条件を充足する一定の高温度たとえば、200℃に昇温させる。この高温度を維持し、冷却タイミングを監視する(S106)。冷却時期が到来したかを判断し(S107)、冷却時期が到来すれば(S107のYES)、導入ポート32から第二管体部6に低温流体30を導入し(S108)、低温流体30の液位を調整する(S109)。液位が基準液位を超えていれば、低温流体30を排出ポート34から排出させ、実験条件を充足する液位に調整する。
このように、高温流体22の導入、その温度制御、低温流体30の導入に至る実験状態において、実験装置2から高温流体温度、低温流体温度、フランジ温度、ボルト温度および軸力の各検出情報を取込み(S110)、実験情報ファイルを生成して実験情報として検出情報を格納する(S111)。既述したように、各実験情報は検出位置、検出部材の識別情報、検出タイミング情報に関係付けられて格納される。
処理部54は、実験情報から検出情報の推移を表す提示情報を生成する(S112)。この提示情報について、情報提示部60に検出情報を画像で表示する(S113)。
そして、実験結果から評価情報を生成させる(S114)。この評価情報を画像や文字情報として表示してもよい。
<第2の実施の形態の効果>
この第2の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 実験装置2で得られた検出情報を所定のタイミングで取り込み、各検出情報を以て高温流体温度76、低温流体温度78、フランジ温度80−1、80−2、ボルト温度82および検出軸力84は記憶部56にタイムリーに格納されて保存され、適宜に取り出すことができる。
(2) これらの検出情報から、検出温度、検出軸力および残留率(実施例1)を表す提示情報が生成され、これらの時間的推移を表すグラフを情報提示部60の表示画面に表示することができる。
(3) この画像表示を以て流体の温度差によるガスケット面圧の変化や流体漏れが生じる温度差などを検証でき、確認できる。
<実験装置2>
図4は、実施例1に係る実験装置2を示している。図4において、図1と同一部分には同一符号を付してある。
この実施例1では、高温流体22には一例として加熱オイルHOL、低温流体30には一例として冷水LWが用いられる。
装置本体10には加熱側ヘッダー管94、冷却側ヘッダー管96、締結部8が備えられる。加熱側ヘッダー管94は第一管体部4の一例であり、冷却側ヘッダー管96は第二管体部6の一例である。加熱側ヘッダー管94には加熱オイルHOLが充填され、この加熱オイルHOLを加熱するための加熱部18が温度制御装置98によって制御される。加熱部18にはたとえば、シーズヒーターが用いられる。加熱側ヘッダー管94には膨張管92が備えられ、この膨張管92に膨張した加熱オイルHOLを退避させる。
冷却側ヘッダー管96に冷水LWを給水するため、冷水タンク100が備えられる。この冷水LWには上水Wが用いられ、この上水Wは補水管102により冷水タンク100に補給される。補水管102にはボールバルブ103が備えられ、冷水タンク100に対する上水Wの給水量が調整され、冷水LWの水位が一定レベルに制御される。
冷水タンク100の冷水LWは冷水供給管104により冷却側ヘッダー管96の導入ポート32に導かれる。冷水供給管104には冷水循環ポンプ106が備えられ、冷水LWが冷水循環ポンプ106によって冷却側ヘッダー管96に循環する。冷水循環ポンプ106は、液位検出部28(図1)の検出液位によって発停を制御することができる。したがって、冷水循環ポンプ106および液位検出部28は冷却側ヘッダー管96に供給する冷水LWの供給量の調整部の一例である。冷水供給管104とドレン管108との間にはバイパス管110が備えられ、冷水LWの一部をドレン管108側に流すことができる。冷水供給管104には安全弁112を介してバイパス管114が接続され、冷水LWの一部が冷水タンク100に戻される。
冷却側ヘッダー管96の排出ポート34−1、34−2には排水管116が接続され、排出ポート34−1、34−2に排出される冷水LWがドレン管108に流れ、排水ピット118に導かれる。冷却側ヘッダー管96には蒸気排出ポート120が備えられ、この蒸気排出ポート120には安全弁122を介して蒸気排出管124が接続されている。蒸気排出管124に排出された蒸気Sは排水ピット118に導かれる。
締結部8には防護カバー126が備えられ、防護カバー126内で結露したドレンがドレン排出管128を通してドレン管108に導かれる。
冷水タンク100の冷水LWは基準水位を超えた場合、オーバーフロー排水管130よりドレン管108に排水される。
冷水タンク100には温度センサー132−1、排水管116には温度センサー132−2、132−3、冷水供給管104には温度センサー132−4が備えられて温度を検出する。温度センサー132−2、132−3はたとえば、熱伝対を用いればよい。冷水供給管104には圧力計134が備えられ、冷水LWの圧力が検出される。
この実験装置2について、図5は実験装置2の組立てを示している。図5において、図4と同一部分には同一符号を付し、その説明を割愛する。
実験装置2は筐体136を備え、この筐体136によって実験室などの床上に設置される。装置本体10は筐体136の上面に立設された支柱部138により一定高さを以てたとえば、水平に維持される。
<装置本体10>
図6は、図5に示す実験装置2から取り出した装置本体10を示している。図6において、図1および図4と同一部分には同一符号を付し、その説明を割愛する。
加熱側ヘッダー管94には後端側にフランジ140が備えられ、このフランジ140に閉塞板16が複数のボルト142およびナット144により固定されている。
同様に、冷却側ヘッダー管96にも後端側にフランジ146が備えられ、このフランジ146に閉塞板26が複数のボルト142およびナット144により固定されている。
<ボルト40>
図7は、締結部8に用いられるボルト40の一例を示している。図7において、図1と同一部分には同一符号を付してある。
軸部148には歪みゲージ150が設置される。この歪みゲージ150は軸力検出部46の一例である。この歪みゲージ150のリード部152が頭部154の頂部から引き出されている。
頭部154には熱伝対156が設置されている。この熱伝対156は温度検出部20−5の一例である。
<実験システム50>
図8は、実験装置2(図5)を用いた実施例1に係る実験システム50を示している。この実験システム50には既述の実験装置2、データロガー158、PC(Personal Computer)160およびモニター162が備えられる。
データロガー158は情報収集部52の一例であり、PC160は処理部54および記憶部56の一例であり、モニター162は情報提示部60の一例である。これらは実験装置2に隣接するテーブル163に設置すればよい。
図9は、実験システム50のハードウェアを示している。PC160にはプロセッサ164、入出力部166および記憶部56が備えられる。
記憶部56にはROM(Read-Only Memory)、RAM(Random-Access Memory)などの記憶素子が備えられる。この記憶部56にはOS(Operating System)や実験プログラム、各種ファイル情報などが格納される。この記憶部56には締結部8に用いられるガスケット38の材質毎に加熱オイル温度情報ファイル168、冷水温度情報ファイル170、フランジ温度情報ファイル172−1、172−2、ボルト温度情報ファイル174、軸力情報ファイル176などが格納される。モニター162には表示画面上に入力操作手段としてタッチパネル180が備えられる。
<加熱オイル温度情報ファイル168>
図10のAは、加熱オイル温度情報ファイル168を示している。この加熱オイル温度情報ファイル168には識別情報に関係付けられて加熱オイルHOLの温度情報(高温流体温度76)が格納される。この加熱オイル温度情報ファイル168は、装置本体10毎にまたは締結部8のガスケット38毎に作成されるファイル168−1、168−2、168−3、・・・の集合体である。
この加熱オイル温度情報ファイル168には識別情報部182、名称部184、材質部186、時間部188、温度部190が備えられる。識別情報部182には加熱オイルHOLを識別するID(IDentification)などの識別情報が格納される。名称部184には加熱オイルHOLを特定するための名称が格納される。材質部186には加熱オイルHOLの材質を格納すればよい。時間部188には実験の日時、計測時などの時間情報が格納される。温度部190には日時で特定される温度の計測値などが格納される。
<冷水温度情報ファイル170>
図10のBは、冷水温度情報ファイル170を示している。この冷水温度情報ファイル170には識別情報に関係付けられて冷水LWの温度情報(低温流体温度78)が格納される。この冷水温度情報ファイル170は、装置本体10毎にまたは締結部8のガスケット38毎に作成されるファイル170−1、170−2、170−3、・・・の集合体である。
この冷水温度情報ファイル170には識別情報部192、名称部194、材質部196、時間部198、温度部200が備えられる。識別情報部192には冷水LWを識別するIDなどの識別情報が格納される。名称部194には冷水LWを特定するための名称が格納される。材質部196には冷水LWの材質を格納すればよい。時間部198には既述の時間部188と同様に実験の日時、計測時などの時間情報が格納される。温度部200には既述の温度部190と同様に日時で特定される温度の計測値などが格納される。
<フランジ温度情報ファイル172−1>
図10のCは、フランジ温度情報ファイル172−1を示している。このフランジ温度情報ファイル172−1には識別情報に関係付けられてフランジ14−1の温度情報(フランジ温度80−1)が格納される。このフランジ温度情報ファイル172−1は、装置本体10毎にまたは締結部8のガスケット38毎に作成されるファイル172−11、172−12、172−13、・・・の集合体である。
このフランジ温度情報ファイル172−1には識別情報部202、位置部204、時間部206、温度部208が備えられる。識別情報部202にはフランジ14−1を識別するIDなどの識別情報が格納される。位置部204にはボルト位置などの位置情報が格納される。時間部206には既述の時間部188と同様に実験の日時、計測時などの時間情報が格納される。温度部208には既述の温度部190と同様に日時で特定される温度の計測値などが格納される。
<フランジ温度情報ファイル172−2>
図10のDは、フランジ温度情報ファイル172−2を示している。このフランジ温度情報ファイル172−2には識別情報に関係付けられてフランジ14−2の各温度情報(フランジ温度80−2)が格納される。このフランジ温度情報ファイル172−2は、装置本体10毎にまたは締結部8のガスケット38毎に作成されるファイル172−21、172−22、172−23、・・・の集合体である。
このフランジ温度情報ファイル172−2にはフランジ温度情報ファイル172−1と同様に、識別情報部202、位置部204、時間部206、温度部208が備えられる。識別情報部202にはフランジ14−2を識別するIDなどの識別情報が格納される。位置部204にはボルト位置などの位置情報が格納される。時間部206には既述の時間部188と同様に実験の日時、計測時などの時間情報が格納される。温度部208には既述の温度部190と同様に日時で特定される温度の計測値などが格納される。
<ボルト温度情報ファイル174>
図11のAは、ボルト温度情報ファイル174を示している。このボルト温度情報ファイル174には識別情報に関係付けられて各ボルト40の温度情報(ボルト温度82)が格納される。このボルト温度情報ファイル174は、装置本体10毎にまたは締結部8のガスケット38毎に作成されるファイル174−1、174−2、174−3、・・・の集合体である。
このボルト温度情報ファイル174には識別情報部210、位置部212、時間部214、初期温度部216、温度部218が備えられる。識別情報部210には各ボルト40を識別温度部190と同様に日時で特定される温度の計測値などが格納される。
<軸力情報ファイル176>
図11のBは、軸力情報ファイル176を示している。この軸力情報ファイル176には識別情報に関係付けられて各ボルト40の軸力情報(検出軸力84)が格納される。この軸力情報ファイル176は、装置本体10毎にまたは締結部8のガスケット38毎に作成されるファイル176−1、176−2、176−3、・・・の集合体である。
この軸力情報ファイル176にはボルト温度情報ファイル174と同様に識別情報部210、位置部212、時間部214、初期軸力部220、軸力部222、残留率部224が備えられる。識別情報部210、位置部212、時間部214はボルト温度情報ファイル174と同様であるのでその説明を割愛する。
初期軸力部220には締付け直後の初期軸力が格納される。軸力部222には識別情報および時間に関係付けられた温度の計測値に対応した検出軸力が格納される。残留率部224には検出軸力から算出された残留率が格納される。
<実験の手順>
実施例1に係る実験の手順は以下の通りである。この実験の手順は図3に示す実験の手順に沿って行われる。この手順には、初期化および実験条件の設定、加熱オイルHOLの導入、温度検出および加熱オイルHOLの温度制御、冷却タイミングの監視、冷水LWの導入、冷水LWの水位調整、検出情報の取込み、実験情報ファイルの作成、提示情報の生成、画像表示などが含まれる。
1)初期化および実験条件の設定
実験プログラムによる初期化を実行した後、この実験装置2について、実験条件を設定する。この実験条件には加熱オイルHOL、冷水LWの設定温度、ガスケット38−1、38−2の型番や材質などが含まれる。
2)加熱オイルHOLの導入
実験開始に先立ち、加熱側ヘッダー管94に加熱オイルHOLを導入し、この加熱オイルHOLを加熱部18により加熱する。
3)温度検出および加熱オイルHOLの温度制御
加熱オイルHOLの温度は温度検出部20−1により検出され、加熱オイルHOLは温度制御装置98により設定温度たとえば、200℃に加熱される。
4)冷却タイミングの監視
加熱オイルHOLが設定温度に上昇した時点から所定時間の経過を待つなど、冷却タイミングを監視する。
5)冷水LWの導入
冷却開始時点が到来すれば、冷水LWが冷水タンク100から冷却側ヘッダー管96に導入される。
6)冷水LWの水位調整
冷却側ヘッダー管96の冷水LWの水位は、閉塞板26が透明部材であれば、外部から確認することができる。そこで、冷却側ヘッダー管96への冷水LWの給水および排水により所望の水位に調整することができる。
7)検出情報の取込み
加熱オイルHOL、冷水LWの温度の他、フランジ14−1、14−2、ボルト40などの温度、ボルト40の軸力を検出し、これらの検出情報がデータロガー158に取り込まれる。PC160には、データロガー158から検出情報の取込みが行われる。
8)加熱オイル温度情報ファイル168、冷水温度情報ファイル170、フランジ温度情報ファイル172−1、172−2、ボルト温度情報ファイル174および軸力情報ファイル176の作成
PC160では検出情報から検出部材に関係付けて加熱オイル温度情報ファイル168、冷水温度情報ファイル170が作成され、検出位置に関係付けてフランジ温度情報ファイル172−1、172−2、ボルト温度情報ファイル174および軸力情報ファイル176が作成される。
9)提示情報の生成
PC160では、加熱オイル温度情報ファイル168、フランジ温度情報ファイル172−1、172−2、ボルト温度情報ファイル174および軸力情報ファイル176から提示情報が作成される。
10)画像表示
PC160ではモニター162にフランジ温度情報、ボルト温度情報および軸力情報が画像表示により提示される。
<加熱オイル温度およびフランジ温度の変化>
図12のAは、冷却開始点前後におけるフランジ温度の時間的変化を示している。
冷水LWが冷却側ヘッダー管96に供給されると、この冷却により、加熱オイル温度およびフランジ温度が変化する。この例では、加熱オイル温度が僅かに下降し、加熱側のフランジ14−1の上側温度、加熱側のフランジ14−1の下側温度の変化に対し、冷却側のフランジ14−2の上側温度が大きく変化している。
<ボルト位置>
図12のBは、フランジ14−1、14−2を締結する各ボルト40の位置を示している。この例では、8本構成のボルト40に対し、その位置を枝番40−1、40−2、・・・、40−8により示している。この場合、ボルト40−1、40−2が上側の位置、ボルト40−4、40−5が下側の位置にある。
<ボルト温度の変化>
図13のAは、冷却開始点前後における各ボルト40の温度変化を示している。各ボルト40の位置は図12のBに記載の通りである。各ボルト40の温度は、冷水LWによる冷却開始により顕著な影響を受け、その影響は上側のボルト40−1、40−2より下側のボルト40−4、40−5が顕著である。
<軸力の変化>
図13のBは、冷却開始点前後における各ボルト40の軸力残留率の変化を示している。各ボルト40の位置は図12のBに記載の通りである。各ボルト40の軸力は、冷水LWによる冷却開始により顕著な影響を受け、その影響は上側のボルト40−1、40−2より下側のボルト40−4、40−5が顕著である。
この変化からすれば、軸力の増減は温度によって弾性相互作用が生じていることが窺える。この例では、冷却開始点のガスケット面圧が一例として35MPaであったのに対し、27MPaに瞬時に下降したことを確認した。
<軸力の変化と温度変化の関係>
図14のAは、加熱中から冷却後の軸力残留率の時間的変化を示している。
図14のAにおいて、A1は加熱中の軸力を示し、A2は冷却開始直後の軸力の過渡的変化を示している。
図14のBにおいて、A1は図14のAのA1に対応する加熱状態、A2は図14のAのA2に対応する冷却直後の加熱から冷却への温度遷移を示している。
図14のBにおいて、「(H)」は高温状態、「(L)」は低温状態を示しており、このような温度分布により高温から低温への以降状態を示している。
<軸力変化例1>
図15は、既述の実験について、ガスケット38に他のガスケットとして膨張黒鉛フィラーうずまき形ガスケットを用いた場合の軸力残留率の変化を示している。
図16は、既述の実験について、ガスケット38に他のガスケットとしてPTFEガスケットを用いた場合の軸力残留率の変化を示している。
このようにガスケット38の材質や組成が異なると、温度変化でボルト40に顕著な軸力変化を呈することが、この実験装置2および実験システム50により確認することができる。
<実施例1の効果>
この実施例1によれば、次の効果が得られる。
(1) 第1および第2の実施の形態と同様に、各部位および検出タイミングに関係付けられた温度、軸力および残留率を取得でき、グラフによって明示できる。
(2) このような実験結果は、ガスケット毎に取得でき、ガスケットによって生じるガスケット面圧の変化を検証でき、学習することができる。
<実験装置2>
図17は、実施例2に係る実験装置2を示している。この実験装置2では、実機と同様に配管系統226にバルブ228−1、228−2を介挿させ、配管系統226の締結部8−1、8−2、8−3、8−4の構成を既述の実験装置2と同様に構成する。各バルブ228−1、228−2の弁体36−1、36−2が既述の仕切り板36に相当する。
このような実験装置2によっても、既述した実験を実機さながらに行うことができる。
<実験システム50>
図18は、実施例3に係る実験システム50を示している。この実験システム50において、図2と同一部分には同一符号を付してある。
実施例3に係る制御部230は、既述の情報収集部52および処理部54の機能を備えている。この制御部230では、第2の実施の形態で説明した処理に加え、加熱流体加熱処理などの高温流体加熱処理、冷却流体供給処理などの低温流体供給処理、液位調整処理などの処理が含まれる。
e)高温流体加熱処理232
この高温流体加熱処理232は、加熱部18の駆動制御を行い、高温流体22の温度を実験条件に適合させる。
f)低温流体供給処理234
この低温流体供給処理234では、低温流体30の供給タイミングに基づき、所定量ないし所定流量で低温流体30を第二管体部6に供給し、実験条件に適合させる。
g)液位調整処理236
この液位調整処理236では低温流体供給処理234と相まって、低温流体30の供給および排出により、低温流体30の液位を実験条件に適合させる。
<実施例3の効果>
この実施例3によれば、次の効果が得られる。
(1) 実施例3の実験システム50では、加熱制御部62(図2)、温度制御装置98(図4)を制御部230に取り込み、構成の簡略化を図ることができる。
(2) 実験の処理手順を一元管理することができ、実験、検証および学習を効率的に行うことができ、現場での稼働状況を再現し、シール施工のスキル向上に寄与できる。
〔他の実施の形態〕
本発明の実施の形態には次のようなバリエーションが含まれる。
(1) 実験装置2の装置本体10の管径は、模擬する現場に則した大きさに設定すればよい。
(2) ガスケットの性能確認についても、既述の実験装置2および実験システム50を活用できる。
(3) 実験装置2は筐体136にキャスターなどの移動手段を備え、実験場所を変更する構成としてもよい。
(4) 実験システム50には通信部を備えてインターネットなどの通信回線の利用により、実験結果を情報端末に提示する構成としてもよい。
(5) 実施例では高温流体として加熱オイルなどの加熱流体を例示し、低温流体として冷水を例示しているが、これらは一例であって、測定部材ないし実験部材間に温度差ないし温度傾斜を生じさせる温度、流体であればいずれのものでもよい。
(6) 検出情報、処理情報などの各種情報間の関係付けについて、検出部が持つアドレスなどを利用することは可能であるが、特定の位置、時間、GPS(Global Positioning System)情報などの情報を関係付け情報に用いてよい。
(7) 検出情報などの情報の取込みタイミングについて、連続、定期または不定期に取り込めばよく、取込み情報をこの取込みタイミングに関係付けて保存し、処理を実行すればよい。
本発明によれば、実機のバルブなどを備えた管路を再現し、締結部の熱的影響を実験、検証してその実験データを画像などで提示でき、シール施工のスキル向上に寄与することができる。
2 実験装置
4 第一管体部
6 第二管体部
8、8−1、8−2、8−3、8−4 締結部
10 装置本体
12 管本体
14−1、14−2、140、146 フラン
16 閉塞板
18 加熱部
20−1、20−2、20−3、20−4、20−5 温度検出部
22 高温流体
24 管本体
26 閉塞板
28 液位検出部
30 低温流体
32 導入ポート
34、34−1、34−2 排出ポート
36 仕切り板
38−1、38−2 ガスケット
40、142 ボルト
42、144 ナット
44 開口部
46 軸力検出部
50 実験システム
52 情報収集部
54 処理部
56 記憶部
58 入力操作部
60 情報提示部
62 加熱制御部
64 低温流体供給部
66 低温流体調整部
68 情報取込み処理
70 タイミング生成
72 読込み・読出し処理
74 情報提示処理
76 高温流体温度
78 低温流体温度
80−1、80−2 フランジ温度
82 ボルト温度
84 検出軸力
92 膨張管
94 加熱側ヘッダー管
96 冷却側ヘッダー管
98 温度制御装置
100 冷水タンク
102 補水管
103 ボールバルブ
104 冷水供給管
106 冷水循環ポンプ
108 ドレン管
110、114 バイパス管
112、122 安全弁
116 排水管
118 排水ピット
120 蒸気排出ポート
124 蒸気排出管
126 防護カバー
128 ドレン排出管
130 オーバーフロー排水管
132−1、132−2、132−3 温度センサー
134 圧力計
136 筐体
138 支柱部
148 軸部
150 歪みゲージ
152 リード部
154 頭部
156 熱伝対
158 データロガー
160 PC
162 モニター
164 プロセッサ
166 入出力部
168 加熱オイル温度情報ファイル
170 冷水温度情報ファイル
172−1、172−2 フランジ温度情報ファイル
174 ボルト温度情報ファイル
176 軸力情報ファイル
180 タッチパネル
182、192、202、210 識別情報部
184、194 名称部
186、196 材質部
188、198、206、214 時間部
190、200、208、218 温度部
204、212 位置部
216 初期温度部
220 初期軸力部
222 軸力部
228−1、228−2 バルブ
226 配管系統
232 高温流体加熱処理
234 低温流体供給処理
236 液位調整処理

Claims (12)

  1. 高温流体を導入する第一管体部と、
    低温流体を導入する第二管体部と、
    前記第一管体部と前記第二管体部とを仕切る仕切り板を設置し、前記第一管体部および前記第二管体部を締結する締結部と、
    を備え、前記第一管体部の高温流体と前記第二管体部の低温流体の温度差により前記締結部に温度傾斜を生じさせることを特徴とする実験装置。
  2. 前記締結部は、前記仕切り板と前記第一管体部の間、前記仕切り板と前記第二管体部の間のそれぞれに配置されたガスケットと、
    前記第一管体部および前記第二管体部のフランジを締結する複数のボルトと、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の実験装置。
  3. さらに、前記第一管体部は、前記高温流体を加熱する加熱部と、前記高温流体の温度を検出する温度検出部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の実験装置。
  4. さらに、前記ボルトは、軸力を検出する軸力検出部と、温度を検出する温度検出部と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の実験装置。
  5. さらに、前記第二管体部に低温流体を導入する第一ポート部と、
    前記第二管体部から前記低温流体を排出する第二ポート部と、
    前記第一ポート部に接続されて低温流体を供給する低温流体供給部と、
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の実験装置。
  6. 前記第一管体部および前記第二管体部が設置される筐体部と、
    前記低温流体を溜めるタンクと、
    前記低温流体を前記第二管体部に供給するポンプと、
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の実験装置。
  7. 請求項1、2、5または6に記載された実験装置と、
    前記第一管体部のフランジ、前記第二管体部のフランジ、前記高温流体、前記低温流体の何れかまたは二以上の温度を検出する温度検出部と、
    各ボルトの軸力を検出する軸力検出部と、
    前記温度検出部から前記検出温度、前記軸力検出部から前記検出軸力の検出情報を取り込み、時間情報、検出位置または検出部材に関係付け、前記検出温度および前記検出軸力の前記検出情報から提示情報を生成する処理部と、
    前記提示情報を画像で提示する情報提示部と、
    を備えることを特徴とする実験システム。
  8. 前記第二管体部の前記低温流体の液位を検出する液位検出部を備え、該液位検出部による検出液位を前記処理部に提供して前記情報提示部に提示することを特徴とする請求項7に記載の実験システム。
  9. 記第二管体部の前記低温流体の液位を調整する液位調整部と、
    を備えることを特徴とする請求項7に記載の実験システム。
  10. コンピュータで実現するためのプログラムであって、
    第一管体部に導入した高温流体を昇温させる機能と、
    第二管体部に低温流体の導入タイミングを設定する機能と、
    前記第一管体部側のフランジ、前記第二管体部側のフランジ、前記高温流体、前記低温流体の何れかまたは二以上の検出温度、前記第一管体部および前記第二管体部のフランジ間を締結する各ボルトの検出軸力を連続、定期または不定期に検出部材または検出位置を表す情報に関係付けて取り込む機能と、
    前記検出温度または前記検出軸力の提示情報を生成する機能と、
    前記検出温度または前記検出軸力を検出タイミング、前記検出部材または前記検出位置を表す情報に関係付けて情報提示部に提示する機能と、
    を前記コンピュータにより実現するためのプログラム。
  11. 高温流体を導入する第一管体部と、低温流体を導入する第二管体部との間を仕切る仕切り板を設置し、前記第一管体部および前記第二管体部を締結部により締結する工程と、
    前記第一管体部に高温流体を導入して昇温させる工程と、
    前記第二管体部に低温流体を導入し、該低温流体と前記高温流体の温度差により前記締結部に温度傾斜を生じさせる工程と、
    前記締結部にある前記第一管体部のフランジ、前記第二管体部のフランジ、前記高温流体、前記低温流体の何れかまたは二以上の温度を検出し、該検出温度を、検出部材を表す情報に関係付けて取り込む工程と、
    各ボルトの軸力を検出し、該検出軸力を前記フランジ上検出位置を表す情報に関係付けて取り込む工程と、
    を含むことを特徴とする実験方法。
  12. 請求項1ないし請求項6の何れかの請求項に記載された実験装置に実験条件を設定する工程と、
    高温流体で前記第一管体部を高温化した後、その高温状態を維持しながら、前記第二管体部に低温流体を導入し、前記第二管体部側から前記締結部を冷却する工程と、
    前記実験装置の前記第一管体部のフランジ、前記第二管体部のフランジ、前記高温流体、前記低温流体の何れかまたは二以上の温度を検出し、該検出温度を検出部材または検出位置を表す情報に関係付けて取り込む工程と、
    各ボルトの軸力を検出し、該検出軸力を前記フランジ上検出位置を表す情報に関係付けて取り込む工程と、
    記検出温度、前記検出軸力の検出情報を取り込み、時間情報、検出位置または検出部材に関係付け、前記検出温度および前記検出軸力の前記検出情報から提示情報を生成する工程と、
    前記提示情報を画像で提示する工程と、
    実験結果を評価する工程と、
    を含むことを特徴とする学習方法。
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