JP6933519B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は密封装置に関する。

管の内側から水圧を掛けて当該管に亀裂が有るか否かを試験する装置や、管とこれに螺合されたカップリングとの螺合部の水漏れを試験する装置等において、被試験部以外から水漏れが生じないようにするために種々のシールが用いられる。水漏れ試験等をする場合には、種々のシールを用いて密封空間を形成した後、当該密封空間に水圧を掛けて試験を行うことが多い。

例えば、特許文献１には、金属管とカップリングとの螺合部の水漏れを試験する水圧試験装置が開示されている。特許文献１の水圧試験機は先端部と基端部とを有するシールヘッドを備え、シールヘッドは先端部から金属管に挿入される。シールヘッドの先端部には、金属管内周面に圧接される第１シールパッキンが設けられている。また、カップリングの外周に圧接される第２シールパッキンがシールヘッドの基端部のフランジに設けられている。そして、これら２つのシールパッキンにより封止される空間内に水を供給することにより、金属管の内側から水圧を掛けて、当該金属管とカップリングとの螺合部の水漏れを試験している。

実公昭５８−４４３４８号公報

シールパッキンが繰り返し使用される場合は、特に、応力集中が起きないシールパッキンであることが望ましい。
本発明は、水圧により鋼管等の被試験体の内周面に圧接されても、ガタツキや応力集中が生じない水圧試験機用密封装置を提供する。

本発明の１つの態様による密封装置は、エラストマ製の環状本体と、前記環状本体の外周に沿って環状に配置される複数の金属製のブッシュと、前記複数のブッシュ同士を接触させて連結するバネとを備える。前記ブッシュは、胴部と、前記胴部の下面から延出する下部延出部とを有し、前記胴部と前記下部延出部の接続部は曲面状である。前記環状本体の内側から水圧が作用すると、前記環状本体が拡径し、当該拡径に伴い前記複数のブッシュの前記胴部の外周面と前記環状本体の外周面のみが被試験体の内周面に圧接される。前記ブッシュの前記胴部の外周面の曲率半径は、前記被試験体の内周面の半径と等しい。
本発明の水圧試験機用密封装置によれば、ブッシュが水圧により鋼管等の被試験体の内周面に圧接されても、ガタツキや応力集中が生じない。
なお、前記被試験体は、例えば、鋼管である。また、前記密封装置は、例えば、鋼管水圧試験機に使用される。

本発明の実施形態による密封装置の一部断面斜視図である。 図１に示した２つのブッシュの右側面図である。 図１に示した２つのブッシュの斜視図である。 水圧試験の際の密封装置の作用を説明するための図である。 図１の実施形態の効果を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための実施形態を詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置やシステムの構成や各種条件によって適宜修正または変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

実施形態１
図１は、本実施形態の密封装置１０の一部断面概略斜視図である。密封装置１０は、エラストマ製の環状本体１１と、環状本体１１の外周に沿って設けられた複数の金属製のブッシュ１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、…）と、複数のブッシュ１２を連結するバネ１３とを備える。なお、図１では、図示の都合上、バネ１３は二点鎖線で示している。
この密封装置１０は、鋼管水圧試験機に使用される密封装置であり、鋼管内周面に圧接される。鋼管水圧試験機による水圧試験は、図４を用いて後述する。
環状本体１１は、図１に示されているように、横断面で見た場合、右上角部が切り欠かれている。この切欠きにより、環状本体１１には、横断面で見た場合、右上角部にＬ字状の壁が形成される。Ｌ字状の壁の縦壁部分には、複数の凹部１４が環状本体１１の周方向に所定間隔で形成されている。

環状本体１１の内周面１５には、周方向に２本の溝１５ａが形成されている。２本の溝１５ａは、環状本体１１の幅方向に所定間隔を隔てて形成されている。各溝１５ａは、横断面において三角形状を呈する。水圧試験を行うときは、矢印Ｘ１の方向から環状本体１１に水圧が作用することにより、密封装置１０（より詳しくは、環状本体１１の外周面１６とブッシュ１２の外周面１７）が鋼管内周面に圧接される。矢印Ｘ１の方向とは、環状本体１１の径方向外方である。なお、水圧試験を行うときは、矢印Ｘ２の方向からも水圧が作用する（図４を参照して後述する）。
バネ１３は複数のブッシュ１２の貫通孔１８を通過し、環状本体１１の外周に沿って設けられている。バネ１３の弾性力により、複数のブッシュ１２は環状本体１１の径方向内方に押し付けられ、環状本体１１から離脱しないようになっている。水圧が矢印Ｘ１の方向から作用し、環状本体１１が拡径するとバネ１３は環状本体１１の周方向に伸びる。

次に、図１〜図３を参照してブッシュ１２の形状と配置を説明する。図２は２つのブッシュ１２ａ、１２ｂを図１の矢印Ｙ方向から見た状態を示している。図３は図１の矢印Ｚ方向から見たブッシュ１２ａ、１２ｂの斜視図である。図１と図２を比較すると分かるように、図１のブッシュ１２ａは一部断面図で示されている。より詳しくは、図２のブッシュ１２ａを破線Ｐの位置で切断したものが図１のブッシュ１２ａとして描かれている。

図１及び図２に示されるように、密封装置１０の複数のブッシュ１２は、環状本体１１の外周に沿って順次設けられることにより、環状に配置される。密封装置１０の複数のブッシュ１２は全て同じ形状を有している。各ブッシュ１２には、長手方向（バネ１３が延びている方向）に貫通孔１８が形成されており、密封装置１０として組み立てられるときは、図２に示されるように、バネ１３が各ブッシュ１２の貫通孔１８を通過するように設けられる。各ブッシュ１２の外周面（頂面）１７は緩やかな凸状に形成されている。図２において、各ブッシュ１２の外周面１７は曲率半径Ｒ１を有するように描かれている。本実施形態では、各ブッシュ１２の外周面１７の曲率半径Ｒ１は、水圧検査を受ける鋼管の内径に等しい。

図３に示されるように、各ブッシュ１２は、略直方体の胴部１９と、胴部の左側面から胴部の幅方向および後方に延出する左側延出部（左側ツメ部）２０と、胴部の下面から胴部の下方および後方に延出する下部延出部（下部ツメ部）２１とを有する。胴部１９の上面と左側延出部２０の上面とにより、ブッシュの外周面１７が形成される。左側延出部２０には左に突出するピン２２が設けられている。ピン２２は、環状本体１１の凹部１４に係合する（図１参照）。ピン２２が環状本体１１の凹部１４に係合することによって、ピン２２は環状本体１１とブッシュ１２とを連結する。環状本体１１とブッシュ１２はピン２２により連結されるので、例えば、図１の矢印Ｘ１方向からの水圧により環状本体１１が拡径すると、ブッシュ１２は当該拡径に追従して移動する。

各ブッシュ１２の左側延出部２０と下部延出部２１とにより、各ブッシュ１２の後部には空間２２が形成される。ブッシュ１２ａの後部空間２２に、ブッシュ１２ａに連なるブッシュ１２ｂの胴部の前部が位置することになる（図２）。図２に示されるように、各ブッシュ１２の胴部１９と下部延出部２１との間の後方接続部２１ｒは曲面状に形成されている。

次に、本実施形態の密封装置１０を使用して水圧試験を行う際の密封装置１０の動作・作用について、図４を参照して説明する。
図４（ａ）は水圧試験機３０に密封装置１０が装着されておらず、且つ、水圧試験機３０に鋼管４０が取り付けられていない状態を示している。水圧試験機３０は、鋼管内に高水圧を掛けて、鋼管４０の欠陥の有無を検査する装置である。密封装置１０は鋼管４０の両端から高圧水が漏れるのを防止する。図４（ａ）には鋼管４０の一端と、これに取り付けられる水圧試験機３０の一部のみが示されている。符号Ｒ２は鋼管４０の内周面４１の半径（内径）である。

水圧試験機３０は、第１水路３１及び第２水路３２を有する本体３３と、プラグ３４と、プラグ３４を固定する固定部材３５とを備える。本体３３とプラグ３４の間には、密封装置１０を配置する密封装置室３６が形成される。本体３３の第１水路３１は鋼管内部に低水圧を掛ける際に使用され、第２水路３２は鋼管内部に高水圧を掛ける際に使用される。符号３７は、プラグ３４の底面に位置するシール部材（例えば、Ｏリング）である。

水圧試験を行うためには、まず、図４（ａ）の状態からプラグ３４を外し、密封装置室３６に密封装置１０を装着する。その後、プラグ３４を元の位置に戻し、固定部材３５でプラグ３４を本体３３に固定する。そして、鋼管４０を矢印Ｓの方向に移動して、鋼管４０を水圧試験機３０に取り付ける。鋼管４０を水圧試験機３０に取り付けた状態が図４（ｂ）に示されている。なお、図４（ａ）における密封装置１０の向きは、図１に示した向きと反対である。

図４（ｂ）の状態になったならば、第１水路３１から密封装置室３６に水を供給し、密封装置１０の環状本体１１の内周面１５に低水圧を掛ける（図４（ｃ）の矢印Ｑ）。低水圧は例えば、５ｋｇｆ／ｃｍ^２である。この低水圧により、密封装置１０の環状本体１１は鋼管４０の径方向に拡張し（図４（ｂ）の上方向に移動し）、密封装置１０が鋼管４０の内周面４１に押し付けられる。密封装置１０の環状本体１１はエラストマ製であるので、環状本体１１の外周面１６は低水圧により鋼管４０の内周面４１に密着する。また、密封装置１０のブッシュ１２も環状本体１１と共に上方に移動するので、ブッシュ１２も鋼管４０の内周面４１に接触する。ブッシュ１２の外周面１７は、鋼管４０の内周面４１の半径Ｒ２と同じ曲率半径Ｒ１を有しているので、鋼管４０の内周面４１に均一に接触して密着する。この状態が図４（ｃ）に示されている。この状態はプレシール状態と称されることがある。

図４（ｃ）の状態になったならば、矢印Ｔ１（図４（ｄ））で示すように、第２水路３２から鋼管４０の内部に高水圧を掛ける（水圧試験）。高水圧は例えば１００〜５００ｋｇｆ／ｃｍ^２である。高水圧は矢印Ｔ２で示すように、鋼管４０の内周面４１に作用すると共に密封装置１０の環状本体１１にも作用する。この時、図４（ｄ）に示されているように、密封装置１０は鋼管４０の内周面４１に密着されているので、高圧水が密封装置１０を超えて鋼管４０の外へ漏れる（図の左側に漏れる）ことはない。よって、水圧試験の際には、鋼管４０の内部に高水圧を掛けることができ、鋼管４０の欠陥の有無を適切に検査することができる。

（実施形態１の効果）
本実施形態によれば、ブッシュ外周面１７の曲率半径Ｒ１を鋼管４０の内径Ｒ２と同一にしたので、水圧試験の際に、各ブッシュ１２が鋼管４０の内周面４１に均一に接触する。よって、水圧試験の際に、各ブッシュ１２がガタツクことはなく応力集中も生じない。また、全てのブッシュ１２は同一形状であり、ブッシュ１２が鋼管４０の内周面４１に均一に接触するので、一部のブッシュ１２に応力が集中することはない。
密封装置１０が繰り返し使用される場合、ブッシュに応力集中が発生しなければ、ブッシュの破損を長期に亘って防止することができる。
各ブッシュ１２の胴部１９と下部延出部２１との間の後方接続部２１ｒが曲面状に形成されているので、図５の破線Ｂ１、Ｂ２で示すように２つの平面で後方接続部を形成した場合に比べ、後方接続部２１ｒ近傍の肉厚Ｃが大きくなり、剛性が増す。

（変形例）
上記実施形態では、ブッシュ外周面１７の曲率半径Ｒ１を鋼管４０の内径Ｒ２と同一としたが、ブッシュ外周面１７の曲率半径Ｒ１は鋼管４０の内径Ｒ２より僅かに小さくしてもよい。鋼管４０の内周面４１とブッシュ１２の外周面１７が接触した際に、ブッシュ１２にガタツキや応力集中が起きない範囲であれば、鋼管４０の内径Ｒ２とブッシュ外周面１７の曲率Ｒ１は同一でなくてもよい。
上記実施形態では、ブッシュ１２は金属製であるとしたが、ブッシュ１２は金属製でなくてもよい。例えば、ブッシュ１２は所定の強度及び耐久性を有する樹脂等で作られてもよい。

１０…密封装置
１１…環状本体
１２…ブッシュ
１３…バネ
１７…外周面
１８…貫通孔
３０…水圧試験機
４０…鋼管
４１…内周部
Ｒ１…曲率半径
Ｒ２…半径

Claims (2)

1. エラストマ製の環状本体と、前記環状本体の外周に沿って環状に配置される複数の金属製のブッシュと、前記複数のブッシュ同士を接触させて連結するバネとを備えた密封装置であって、前記ブッシュは、胴部と、前記胴部の下面から延出する下部延出部とを有し、前記胴部と前記下部延出部の接続部は曲面状であり、前記環状本体の内側から水圧が作用すると、前記環状本体が拡径し、当該拡径に伴い前記複数のブッシュの前記胴部の外周面と前記環状本体の外周面のみが被試験体の内周面に圧接され、前記ブッシュの前記胴部の外周面の曲率半径が前記被試験体の内周面の半径と等しいことを特徴とする密封装置。
2. 前記被試験体は鋼管であり、前記密封装置は鋼管水圧試験機に使用される密封装置である請求項１に記載の密封装置。
   

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