JP7103124B2 - Basic test equipment for threaded joints for steel pipes - Google Patents
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Description
本開示は、鋼管用ねじ継手の基礎試験装置に関し、より詳細には、鋼管用ねじ継手のシール面を模擬した環状凸面と、環状凸面の内側に配置された貫通孔と、を有する試験片を用いて、シール面の密封性能を基礎評価するための基礎試験装置に関する。 The present disclosure relates to a basic test apparatus for a threaded joint for steel pipes, and more particularly, a test piece having an annular convex surface simulating a sealing surface of a threaded joint for steel pipes and a through hole arranged inside the annular convex surface. It relates to a basic test apparatus for basic evaluation of the sealing performance of a sealing surface.
油井、天然ガス井等(以下、総称して「油井」という)では、地下資源を採掘するために、油井管と呼ばれる鋼管が多数使用される。これらの油井管は、ねじ継手によって互いに連結される。 In oil wells, natural gas wells, etc. (hereinafter collectively referred to as "oil wells"), many steel pipes called oil well pipes are used to mine underground resources. These well pipes are connected to each other by threaded joints.
油井管用ねじ継手の形式は、インテグラル型と、カップリング型とに大別される。インテグラル型の場合、各油井管は、一方の端部に雄ねじ部を有し、他方の端部に雌ねじ部を有する。油井管同士は、一方の油井管の雄ねじ部が他方の油井管の雌ねじ部にねじ込まれて締結されることで連結される。カップリング型の場合、カップリングを用いて油井管同士を連結する。カップリングは、連結対象の油井管とは別の鋼管であり、両端部に雌ねじ部を有する。各油井管の両端部には、雄ねじ部が設けられている。カップリングの雌ねじ部の各々に油井管の雄ねじ部がねじ込まれて締結されることで、油井管同士が連結される。一般に、雄ねじ部を有する油井管の端部は、ピンと称され、雌ねじ部を有する油井管又はカップリングの端部は、ボックスと称される。 The types of threaded joints for oil country tubular goods are roughly classified into integral type and coupling type. In the case of the integral type, each well pipe has a male threaded portion at one end and a female threaded portion at the other end. The well pipes are connected by screwing the male threaded portion of one well pipe into the female threaded portion of the other well pipe and fastening the well pipes. In the case of the coupling type, the well pipes are connected to each other by using a coupling. The coupling is a steel pipe different from the oil well pipe to be connected, and has female threaded portions at both ends. Male threaded portions are provided at both ends of each well pipe. The male threaded portions of the oil well pipes are screwed into and fastened to each of the female threaded portions of the coupling, so that the oil well pipes are connected to each other. Generally, the end of the well pipe having a male threaded portion is referred to as a pin, and the end of the well pipe or coupling having a female threaded portion is referred to as a box.
ねじ継手には、油井における高温及び高圧の環境下での優れた密封性能が要求される。密封性能を向上させるためのねじ継手として、締結状態においてメタル-メタル接触によるシール部を形成するねじ継手が知られている。このねじ継手では、ピン及びボックスの各々にシール面が設けられている。非締結状態において、ピンのシール面の径は、ボックスのシール面の径よりもわずかに大きい。よって、ピンとボックスとが締結されてシール面同士が接触すると、ピンのシール面が縮径するとともに、ボックスのシール面が拡径する。縮径したピンのシール面及び拡径したボックスのシール面には、元の径に戻ろうとする弾性回復力が発生する。これにより、シール面間の接触力が上昇してシール面同士が全周密着し、密封性能が発揮される。 Threaded joints are required to have excellent sealing performance in oil wells under high temperature and high pressure environments. As a threaded joint for improving sealing performance, a threaded joint that forms a sealed portion by metal-metal contact in a fastened state is known. In this threaded joint, a sealing surface is provided on each of the pin and the box. In the non-fastened state, the diameter of the sealing surface of the pin is slightly larger than the diameter of the sealing surface of the box. Therefore, when the pin and the box are fastened and the sealing surfaces come into contact with each other, the diameter of the sealing surface of the pin is reduced and the diameter of the sealing surface of the box is expanded. An elastic recovery force that tries to return to the original diameter is generated on the sealing surface of the reduced-diameter pin and the sealing surface of the expanded box. As a result, the contact force between the sealing surfaces is increased, and the sealing surfaces are brought into close contact with each other all around, and the sealing performance is exhibited.
シール部を有するねじ継手の設計段階において、要求される密封性能が確保されているか否かを判断するためには、シール部の密封機構が予め解明されていることが好ましい。また、シール部を有するねじ継手の設計式を作成する際、設計式の前提となるモデルを正しく作成するためにも、シール部の密封機構が解明されていることが好ましい。非特許文献1~3では、シール部の密封機構を解明することを目的とした基礎研究が報告されている。 In order to determine whether or not the required sealing performance is ensured at the design stage of the threaded joint having the sealing portion, it is preferable that the sealing mechanism of the sealing portion has been elucidated in advance. Further, when creating a design formula for a threaded joint having a seal portion, it is preferable that the sealing mechanism of the seal portion is clarified in order to correctly create a model that is a premise of the design formula. Non-Patent Documents 1 to 3 report basic research aimed at clarifying the sealing mechanism of the sealing portion.
非特許文献1は、油井管用ねじ継手におけるシール面の接触状態を模擬したガス密封試験I~IIIを開示する。特に、試験IIIは、締結中に生じるシール面の摺動、及び高温による潤滑剤(グリース)の劣化を考慮して実施されている。具体的には、ねじ継手の締結及び解体を模擬し、上試験片のメタルシール面から下試験片のメタルシール面への押圧力を増大又は減少させながら、下試験片に対して上試験片を回転摺動させる。各シール面には、グリースが塗布されている。次に、油井における高温環境を模擬し、下試験片に対する上試験片の押圧力を所定の値に維持した状態で、上下試験片を加熱する。その後、上下試験片のシール面によって形成される環状のシール接触部の内側空間に高圧ガスを導入して、ガスリークを確認する。 Non-Patent Document 1 discloses gas sealing tests I to III simulating a contact state of a sealing surface in an oil country tubular goods threaded joint. In particular, Test III is carried out in consideration of the sliding of the sealing surface that occurs during fastening and the deterioration of the lubricant (grease) due to high temperature. Specifically, the upper test piece is compared with the lower test piece while increasing or decreasing the pressing force from the metal seal surface of the upper test piece to the metal seal surface of the lower test piece by simulating the fastening and disassembling of the screw joint. Rotate and slide. Grease is applied to each sealing surface. Next, the upper and lower test pieces are heated while simulating the high temperature environment in the oil well and maintaining the pressing force of the upper test piece against the lower test piece at a predetermined value. After that, high-pressure gas is introduced into the inner space of the annular seal contact portion formed by the seal surfaces of the upper and lower test pieces, and a gas leak is confirmed.
非特許文献2は、メタルシール面を有する試験片、及びサファイアガラス板を使用して、ガス密封試験中のシール面をその場観察する技術を開示する。非特許文献2では、未摺動シール試験と、摺動後シール試験とが実施されている。未摺動シール試験は、潤滑剤(グリース)が塗布されたシール面に対し、サファイアガラス板を押し付けて高圧ガスを負荷する試験である。摺動後シール試験は、グリースが塗布された状態で予め摺動させたシール面に対し、サファイアガラス板を押し付けて高圧ガスを負荷する試験である。 Non-Patent Document 2 discloses a technique for in-situ observation of a sealing surface during a gas sealing test using a test piece having a metal sealing surface and a sapphire glass plate. In Non-Patent Document 2, a non-sliding seal test and a post-sliding seal test are carried out. The non-sliding seal test is a test in which a sapphire glass plate is pressed against a seal surface coated with a lubricant (grease) to load a high-pressure gas. The post-sliding seal test is a test in which a sapphire glass plate is pressed against a seal surface that has been slid in advance with grease applied to load a high-pressure gas.
非特許文献2の各試験では、試験片のシール面にサファイアガラス板が押し付けられることで、シール接触部が形成される。シール面に対するサファイアガラス板の押付力を維持した状態で、シール面とサファイアガラス板との間に形成された空間に、窒素及びヘリウムの混合高圧ガスが負荷される。その後、ガス圧を維持したまま、サファイアガラス板の押付力が漸減される。各試験の間、ガスリークに至る過程におけるシール面上のグリースの挙動は、サファイアガラス板の上方に挿入された内視鏡型のマイクロスコープにより、サファイアガラス板を介して観察される。各試験において、ガス圧の急速な減少(瞬時リーク)の発生前のスローリークの有無は、ヘリウムリークディテクタによって確認される。 In each test of Non-Patent Document 2, a sapphire glass plate is pressed against the sealing surface of the test piece to form a sealing contact portion. While maintaining the pressing force of the sapphire glass plate against the sealing surface, a mixed high-pressure gas of nitrogen and helium is loaded in the space formed between the sealing surface and the sapphire glass plate. After that, the pressing force of the sapphire glass plate is gradually reduced while maintaining the gas pressure. During each test, the behavior of grease on the sealing surface in the process leading to a gas leak is observed through the sapphire glass plate by an endoscopic microscope inserted above the sapphire glass plate. In each test, the presence or absence of slow leak before the occurrence of a rapid decrease in gas pressure (instantaneous leak) is confirmed by a helium leak detector.
非特許文献3も、非特許文献2と同様、ガス密封試験中のシール面をその場観察する技術を開示する。非特許文献3において、ガス密封試験のための試験装置は、ロードフレームと、加熱炉と、高圧ガス発生装置と、を備える。ロードフレームは、試験片及びサファイアガラス板を保持するように構成されている。ロードフレームは、軸力及び回転力を発生させるアクチュエータを含む。 Similar to Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3 also discloses a technique for in-situ observation of the sealing surface during a gas sealing test. In Non-Patent Document 3, the test apparatus for the gas sealing test includes a load frame, a heating furnace, and a high-pressure gas generator. The load frame is configured to hold the test piece and the sapphire glass plate. The load frame includes an actuator that generates axial force and rotational force.
非特許文献3では、密封性能に対する潤滑剤(グリース)の高温劣化の影響を確認するため、ガス密封試験の前処理として、試験片の加熱が実施される。具体的には、試験片は、そのメタルシール面にグリースが塗布された状態で、加熱炉内において加熱される。試験片の加熱中、グリースが塗布されたシール面には、ロードフレームによってサファイアガラス板が上方から押し付けられている。試験片は、所定温度で所定時間加熱された後、自然冷却される。 In Non-Patent Document 3, in order to confirm the effect of high temperature deterioration of the lubricant (grease) on the sealing performance, the test piece is heated as a pretreatment for the gas sealing test. Specifically, the test piece is heated in a heating furnace with grease applied to the metal seal surface thereof. During the heating of the test piece, the sapphire glass plate is pressed from above by the load frame against the greased sealing surface. The test piece is heated at a predetermined temperature for a predetermined time and then naturally cooled.
また、非特許文献3では、密封性能に対するシール面の摺動の影響を確認するため、ガス密封試験の前処理として、試験片と同じ鋼管から作製された摺動体を、ロードフレームにより、試験片のシール面に対して回転摺動させる。具体的には、グリースが塗布されたシール面に、摺動体を押し付けて回転させる。シール面に押し付けられる摺動体の平面には、リン酸マンガン皮膜処理が施される。シール面に対する摺動体の押付力は、回転摺動中、所定の値まで増加する。その後、摺動体が試験片から取り外され、試験片のシール面にサファイアガラス板が載置される。サファイアガラス板は、ロードフレームにより、シール面に押し付けられる。 Further, in Non-Patent Document 3, in order to confirm the influence of sliding of the sealing surface on the sealing performance, as a pretreatment for the gas sealing test, a sliding body made of the same steel pipe as the test piece is used as a test piece by a load frame. Rotately slide with respect to the sealing surface of. Specifically, the sliding body is pressed against the grease-coated seal surface to rotate it. A manganese phosphate film treatment is applied to the flat surface of the sliding body that is pressed against the sealing surface. The pressing force of the sliding body against the sealing surface increases to a predetermined value during rotational sliding. After that, the sliding body is removed from the test piece, and a sapphire glass plate is placed on the sealing surface of the test piece. The sapphire glass plate is pressed against the sealing surface by the load frame.
非特許文献3では、グリースの高温劣化を模擬した前処理、又はシール面の摺動を模擬した前処理の後、ガス密封試験が実施される。すなわち、試験片のシール面及びサファイアガラス板で形成される環状のシール接触部の内側空間に、高圧ガス発生装置が高圧ガスを導入する。ガス密封試験中のシール接触部の様子は、サファイアガラス板の上方に挿入した内視鏡型のマイクロスコープにより、サファイアガラス板を介して観察することができる。シール接触部からのガスリークは、ヘリウムリークディテクタによって検出される。 In Non-Patent Document 3, a gas sealing test is performed after a pretreatment that simulates high-temperature deterioration of grease or a pretreatment that simulates sliding of a sealing surface. That is, the high-pressure gas generator introduces high-pressure gas into the sealing surface of the test piece and the inner space of the annular seal contact portion formed of the sapphire glass plate. The state of the seal contact portion during the gas sealing test can be observed through the sapphire glass plate by an endoscope-type microscope inserted above the sapphire glass plate. Gas leaks from the seal contacts are detected by the helium leak detector.
シール部の密封機構を解明するためには、非特許文献2及び3のように、シール面のその場観察を行うことが好ましい。その場観察では、シール面の接触状態を実際のねじ継手のシール面の接触状態に極力近づけることが重要である。 In order to elucidate the sealing mechanism of the sealing portion, it is preferable to perform in-situ observation of the sealing surface as in Non-Patent Documents 2 and 3. In the in-situ observation, it is important to make the contact state of the seal surface as close as possible to the actual contact state of the seal surface of the threaded joint.
非特許文献2及び3は、試験片のシール面にサファイアガラス板を単純に押し付けてシール接触部を形成する手法を提案する。しかしながら、この手法では、ねじ継手の締結過程で生じるシール面の摺動が考慮されていない。シール面の摺動は、シール部の密封性能に大きく影響する。シール部の密封性能を精度よく評価するためには、シール面の摺動を考慮してその場観察を実施する必要がある。 Non-Patent Documents 2 and 3 propose a method of simply pressing a sapphire glass plate against the sealing surface of a test piece to form a sealing contact portion. However, this method does not consider the sliding of the sealing surface that occurs in the process of fastening the threaded joint. The sliding of the sealing surface greatly affects the sealing performance of the sealing portion. In order to accurately evaluate the sealing performance of the sealed portion, it is necessary to carry out in-situ observation in consideration of the sliding of the sealing surface.
非特許文献3は、試験片のシール面に対して摺動体を回転摺動させ、その後、当該シール面にサファイアガラス板を押し付けてシール接触部を形成する手法を提案する。この手法では、シール面の摺動が考慮されているものの、その場観察に際し、試験片のシール面から摺動体を離す必要がある。これにより、シール面の接触状態が変化する。よって、シール部の密封性能を精度よく評価することは難しい。 Non-Patent Document 3 proposes a method in which a sliding body is rotationally slid with respect to a sealing surface of a test piece, and then a sapphire glass plate is pressed against the sealing surface to form a sealing contact portion. In this method, although the sliding of the sealing surface is taken into consideration, it is necessary to separate the sliding body from the sealing surface of the test piece when observing in-situ. As a result, the contact state of the sealing surface changes. Therefore, it is difficult to accurately evaluate the sealing performance of the sealing portion.
本開示は、鋼管用ねじ継手のシール部の密封性能を精度よく評価することができる基礎試験装置を提供することを課題とする。 An object of the present disclosure is to provide a basic test apparatus capable of accurately evaluating the sealing performance of a sealed portion of a threaded joint for steel pipe.
本開示に係る基礎試験装置は、試験片を用いて、鋼管用ねじ継手のシール面の密封性能を試験するための試験装置である。試験片は、鋼管用ねじ継手のシール面を模擬した環状凸面と、環状凸面の内側に配置された貫通孔と、を有する。基礎試験装置は、透明板と、治具と、内視鏡装置と、ガス供給装置と、を備える。透明板は、平面視で多角形状又は楕円形状を有する。透明板は、環状凸面に対向して配置される。治具は、凹部を有する。凹部は、透明板の形状に対応する形状を有し、透明板を収容する。治具は、凹部内の透明板を環状凸面に対して押圧可能に構成される。治具は、回転軸周りに回転可能に構成される。回転軸は、環状凸面の中心部を通り、凹部内の透明板の厚み方向に延びる。内視鏡装置は、内視鏡を有する。内視鏡は、治具内に挿入される。内視鏡装置は、透明板を介してシール接触部を撮像する。シール接触部は、環状凸面と透明板とで形成される。ガス供給装置は、貫通孔からシール接触部の内側空間に所定の圧力のガスを供給する。 The basic test apparatus according to the present disclosure is a test apparatus for testing the sealing performance of the sealing surface of a threaded joint for steel pipes using a test piece. The test piece has an annular convex surface simulating the sealing surface of a threaded steel pipe joint, and a through hole arranged inside the annular convex surface. The basic test apparatus includes a transparent plate, a jig, an endoscope apparatus, and a gas supply apparatus. The transparent plate has a polygonal shape or an elliptical shape in a plan view. The transparent plate is arranged so as to face the annular convex surface. The jig has a recess. The recess has a shape corresponding to the shape of the transparent plate and accommodates the transparent plate. The jig is configured so that the transparent plate in the concave portion can be pressed against the annular convex surface. The jig is configured to be rotatable around a rotation axis. The axis of rotation passes through the central portion of the annular convex surface and extends in the thickness direction of the transparent plate in the concave portion. The endoscope device has an endoscope. The endoscope is inserted into the jig. The endoscope device images the seal contact portion through the transparent plate. The seal contact portion is formed of an annular convex surface and a transparent plate. The gas supply device supplies gas at a predetermined pressure from the through hole to the inner space of the seal contact portion.
本開示に係る基礎試験装置によれば、鋼管用ねじ継手のシール部の密封性能を精度よく評価することができる。 According to the basic test apparatus according to the present disclosure, the sealing performance of the sealed portion of the threaded joint for steel pipe can be evaluated with high accuracy.
実施形態に係る基礎試験装置は、試験片を用いて、鋼管用ねじ継手のシール面の密封性能を試験するための試験装置である。試験片は、鋼管用ねじ継手のシール面を模擬した環状凸面と、環状凸面の内側に配置された貫通孔と、を有する。基礎試験装置は、透明板と、治具と、内視鏡装置と、ガス供給装置と、を備える。透明板は、平面視で多角形状又は楕円形状を有する。透明板は、環状凸面に対向して配置される。治具は、凹部を有する。凹部は、透明板の形状に対応する形状を有し、透明板を収容する。治具は、凹部内の透明板を環状凸面に対して押圧可能に構成される。治具は、回転軸周りに回転可能に構成される。回転軸は、環状凸面の中心部を通り、凹部内の透明板の厚み方向に延びる。内視鏡装置は、内視鏡を有する。内視鏡は、治具内に挿入される。内視鏡装置は、透明板を介してシール接触部を撮像する。シール接触部は、環状凸面と透明板とで形成される。ガス供給装置は、貫通孔からシール接触部の内側空間に所定の圧力のガスを供給する(第1の構成)。 The basic test device according to the embodiment is a test device for testing the sealing performance of the sealing surface of a threaded joint for steel pipes using a test piece. The test piece has an annular convex surface simulating the sealing surface of a threaded steel pipe joint, and a through hole arranged inside the annular convex surface. The basic test apparatus includes a transparent plate, a jig, an endoscope apparatus, and a gas supply apparatus. The transparent plate has a polygonal shape or an elliptical shape in a plan view. The transparent plate is arranged so as to face the annular convex surface. The jig has a recess. The recess has a shape corresponding to the shape of the transparent plate and accommodates the transparent plate. The jig is configured so that the transparent plate in the concave portion can be pressed against the annular convex surface. The jig is configured to be rotatable around a rotation axis. The axis of rotation passes through the central portion of the annular convex surface and extends in the thickness direction of the transparent plate in the concave portion. The endoscope device has an endoscope. The endoscope is inserted into the jig. The endoscope device images the seal contact portion through the transparent plate. The seal contact portion is formed of an annular convex surface and a transparent plate. The gas supply device supplies gas of a predetermined pressure from the through hole to the inner space of the seal contact portion (first configuration).
第1の構成において、治具は、鋼管用ねじ継手のシール面を模擬した環状凸面に対して、凹部内に収容した透明板を押圧する。これにより、環状凸面及び透明板によってシール接触部が形成される。また、治具は、シール接触部の中心を通って凹部内の透明板の厚み方向に延びる回転軸周りに回転する。凹部は、平面視で多角形状又は楕円形状をなす透明板に対応した形状を有する。この構成によれば、治具が上記回転軸周りに回転したとき、凹部の内面から透明板に対して、透明板を治具と同方向に回転させるのに十分なトルクが作用するため、透明板が治具とともに回転する。すなわち、多角形状又は楕円形状の透明板及び凹部により、透明板と治具との相対回転が規制されるため、透明板と治具との間で滑りが生じることなく、透明板が治具と一体的に回転する。よって、環状凸面に対して透明板を回転摺動させることができる。環状凸面及び透明板で形成されるシール接触部は、内視鏡装置により、回転摺動させた透明板を介してそのまま撮像することができる。そのため、環状凸面の接触状態を変化させることなく、ガス供給装置によってシール接触部の内側空間にガスを供給してガス密封試験を開始し、試験中のシール接触部をその場観察することができる。よって、ねじ継手の締結過程で生じるシール面の摺動を考慮したその場観察が可能となり、鋼管用ねじ継手のシール部の密封性能を精度よく評価することが可能となる。 In the first configuration, the jig presses the transparent plate housed in the concave portion against the annular convex surface simulating the sealing surface of the threaded joint for steel pipe. As a result, the seal contact portion is formed by the annular convex surface and the transparent plate. Further, the jig rotates around a rotation axis extending in the thickness direction of the transparent plate in the recess through the center of the seal contact portion. The recess has a shape corresponding to a transparent plate having a polygonal or elliptical shape in a plan view. According to this configuration, when the jig rotates around the rotation axis, a sufficient torque acts on the transparent plate from the inner surface of the recess to rotate the transparent plate in the same direction as the jig, so that the transparent plate is transparent. The plate rotates with the jig. That is, since the relative rotation between the transparent plate and the jig is restricted by the polygonal or elliptical transparent plate and the concave portion, the transparent plate can be used with the jig without slipping between the transparent plate and the jig. It rotates integrally. Therefore, the transparent plate can be rotationally slid with respect to the annular convex surface. The seal contact portion formed of the annular convex surface and the transparent plate can be imaged as it is through the transparent plate that has been rotated and slid by the endoscope device. Therefore, the gas sealing test can be started by supplying gas to the inner space of the seal contact portion by the gas supply device without changing the contact state of the annular convex surface, and the seal contact portion under test can be observed on the spot. .. Therefore, in-situ observation is possible in consideration of the sliding of the sealing surface that occurs in the fastening process of the threaded joint, and it is possible to accurately evaluate the sealing performance of the sealed portion of the threaded joint for steel pipes.
上記基礎試験装置において、環状凸面と透明板との間には、潤滑剤又は潤滑皮膜が存在してもよい(第2の構成)。 In the above basic test apparatus, a lubricant or a lubricating film may be present between the annular convex surface and the transparent plate (second configuration).
第2の構成では、環状凸面に対して、予め潤滑剤を塗布し、あるいは予め潤滑皮膜を形成することにより、環状凸面と透明板との間に潤滑剤又は潤滑皮膜を存在させる。これにより、環状凸面における潤滑剤又は潤滑皮膜の挙動を観察することができる。よって、その場観察において、ガス密封性能に対する潤滑剤又は潤滑皮膜の影響を確認することができる。 In the second configuration, a lubricant or a lubricating film is present between the annular convex surface and the transparent plate by applying a lubricant in advance to the annular convex surface or forming a lubricating film in advance. This makes it possible to observe the behavior of the lubricant or the lubricating film on the annular convex surface. Therefore, the influence of the lubricant or the lubricating film on the gas sealing performance can be confirmed by in-situ observation.
第2の構成の基礎試験装置は、さらに、加熱装置を備えることが好ましい。加熱装置は、シール接触部を形成した状態の試験片及び透明板を収容して加熱することができる(第3の構成)。 The basic test device having the second configuration preferably further includes a heating device. The heating device can accommodate and heat the test piece and the transparent plate in a state where the seal contact portion is formed (third configuration).
第3の構成によれば、加熱装置により、シール接触部における潤滑剤又は潤滑皮膜が加熱される。このため、その場観察において、ガス密封性能に対する潤滑剤又は潤滑皮膜の高温劣化の影響を確認することができる。 According to the third configuration, the heating device heats the lubricant or the lubricating film at the seal contact portion. Therefore, in-situ observation, the influence of high temperature deterioration of the lubricant or the lubricating film on the gas sealing performance can be confirmed.
第2又は第3の構成において、内視鏡装置は、紫外線光源を備えていてもよい。紫外線光源は、透明板を介して、シール接触部に、紫外線を含む観察光を照射することができる。この場合、環状凸面と透明板との間には、潤滑剤として、潤滑油又はグリースが存在することが好ましい。潤滑油又はグリースには、好ましくは、蛍光剤が添加される。蛍光剤は、紫外線を吸収して蛍光を発する(第4の構成)。 In the second or third configuration, the endoscope device may include an ultraviolet light source. The ultraviolet light source can irradiate the seal contact portion with observation light including ultraviolet rays through the transparent plate. In this case, it is preferable that a lubricating oil or grease is present as a lubricant between the annular convex surface and the transparent plate. A fluorescent agent is preferably added to the lubricating oil or grease. The fluorescent agent absorbs ultraviolet rays and emits fluorescence (fourth configuration).
第4の構成によれば、蛍光剤が添加された潤滑油又はグリースが環状凸面と透明板との間に存在する状態で、紫外線を含む観察光がシール接触部に照射される。これにより、潤滑油又はグリース中の蛍光剤が蛍光を発するため、その場観察において、潤滑油又はグリースの挙動をより正確に把握することができる。 According to the fourth configuration, the seal contact portion is irradiated with observation light including ultraviolet rays in a state where the lubricating oil or grease to which the fluorescent agent is added is present between the annular convex surface and the transparent plate. As a result, the fluorescent agent in the lubricating oil or grease fluoresces, so that the behavior of the lubricating oil or grease can be grasped more accurately in the in-situ observation.
第4の構成において、紫外線光源は、長波長カットフィルタを介して、シール接触部に観察光を照射することが好ましい。長波長カットフィルタは、可視光線よりも波長が長い光を減衰させることができる(第5の構成)。 In the fourth configuration, the ultraviolet light source preferably irradiates the seal contact portion with observation light via a long wavelength cut filter. The long wavelength cut filter can attenuate light having a wavelength longer than that of visible light (fifth configuration).
第5の構成では、長波長カットフィルタにより、可視光線よりも波長が長い光が減衰し、可視光線よりも波長が短い光がシール接触部に照射される。すなわち、シール接触部に不要な光が入射されなくなる。このため、その場観察におけるシール接触部の視認性を向上させることができる。 In the fifth configuration, the long wavelength cut filter attenuates light having a wavelength longer than that of visible light, and irradiates the seal contact portion with light having a wavelength shorter than that of visible light. That is, unnecessary light is not incident on the seal contact portion. Therefore, the visibility of the seal contact portion in in-situ observation can be improved.
上記基礎試験装置は、さらに、シールドと、ヘリウムリークディテクタと、を備えることが好ましい。シールドは、シール接触部を形成した状態の試験片及び透明板を覆う。ヘリウムリークディテクタは、シールドに接続される。ガス供給装置は、ヘリウムを含むガスを内側空間に供給する(第6の構成)。 The basic test apparatus preferably further includes a shield and a helium leak detector. The shield covers the test piece and the transparent plate in which the seal contact portion is formed. The helium leak detector is connected to the shield. The gas supply device supplies gas containing helium to the inner space (sixth configuration).
第6の構成によれば、シール接触部の内側空間から漏出したガスをシールドが捕捉し、ヘリウムリークディテクタが漏出したガス中のヘリウムを検出する。これにより、シール接触部のうち、内視鏡装置によって観察されている部分以外でガスリークが発生した場合であっても、ガスリークを検知することができる。 According to the sixth configuration, the shield captures the gas leaked from the inner space of the seal contact portion, and the helium leak detector detects the helium in the leaked gas. As a result, even when a gas leak occurs in a portion other than the portion observed by the endoscope device in the seal contact portion, the gas leak can be detected.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or equivalent configurations are designated by the same reference numerals, and the same description is not repeated.
[試験装置の構成]
(全体構成)
図1は、実施形態に係る基礎試験装置100の正面図である。基礎試験装置100は、鋼管用ねじ継手のシール面のガス密封性能を試験するために用いられる。基礎試験装置100による試験では、試験片200が使用される。試験片200の材質は、試験対象の鋼管用ねじ継手の材質と同一であることが好ましい。ただし、試験片200の材質は、試験対象の鋼管用ねじ継手と厳密に同一である必要はなく、当該鋼管用ねじ継手の材質に相応する材質であってもよい。試験片200は、鋼管用ねじ継手のシール面を模擬した環状凸面201を有する。試験片200は、上下方向に延びる貫通孔202を有する。
[Test equipment configuration]
(overall structure)
FIG. 1 is a front view of the
図1に示すように、基礎試験装置100は、本体フレーム10と、昇降回転機構20と、治具30,40と、ガス供給装置50と、ガスリーク検出機構60と、透明板70と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
本体フレーム10は、テーブル11と、一対の支柱12と、クロスヘッド13と、を含む。各支柱12は、テーブル11の上面から上方に向かって延びている。クロスヘッド13は、水平方向に延び、一対の支柱12に架け渡されている。クロスヘッド13は、一対の支柱12に対して昇降可能に取り付けられている。クロスヘッド13は、例えば、クランプによって各支柱12に固定される。この場合、クランプを緩めることによって、クロスヘッド13を各支柱12に沿って昇降させることができる。
The
昇降回転機構20は、支柱12の間に配置されている。昇降回転機構20は、クロスヘッド13に取り付けられている。このため、クロスヘッド13が支柱12に対して昇降したとき、昇降回転機構20は、クロスヘッド13とともに昇降する。
The elevating and
昇降回転機構20は、後述する治具30を昇降させ、上下方向に延びる回転軸X周りに回転させるための機構である。昇降回転機構20は、直動アクチュエータ21と、モータ22と、一対のガイドロッド23と、を含む。
The elevating / rotating
直動アクチュエータ21は、シリンダ211と、ロッド212と、を有する。シリンダ211は、クロスヘッド13の上面に固定されている。ロッド212は、シリンダ211内に挿入される。ロッド212は、シリンダ211からクロスヘッド13を貫通して下方に延びている。ロッド212は、シリンダ211及びクロスヘッド13に対して昇降可能に構成されている。
The
直動アクチュエータ21としては、市販又は公知の直動アクチュエータを採用することができる。直動アクチュエータ21は、電動アクチュエータであってもよいし、油圧等の流体圧アクチュエータであってもよい。シリンダ211に対するロッド212の移動量は、図示しない制御装置により、電動モータ又は流体圧ポンプ等の駆動源を制御することで調整することができる。
As the
モータ22は、直動アクチュエータ21の上方に配置されている。モータ22は、ロッド212に接続される。モータ22の駆動軸は、減速機24等を介して、ロッド212と連結されている。よって、モータ22の回転力がロッド212に伝達され、ロッド212が回転軸X周りに回転する。モータ22は、図示しない制御装置からの指令に応じて回転角度及び回転速度が自動制御されるサーボモータであることが好ましい。
The
一対のガイドロッド23は、直動アクチュエータ21の両隣に配置されている。各ガイドロッド23は、クロスヘッド13の上面に固定されている。各ガイドロッド23は、クロスヘッド13から上方に延びている。ガイドロッド23の一方は、リニアガイドベアリング25を介して、支柱12の一方に取り付けられている。ガイドロッド23の他方は、リニアガイドベアリング25を介して、支柱12の他方に取り付けられている。ガイドロッド23は、昇降回転機構20がクロスヘッド13とともに昇降するとき、支柱12に沿って移動するように案内する。
The pair of
治具30は、ロッド212の下端部に取り付けられる。治具30は、ホルダ31を介し、ロッド212に対して着脱可能に取り付けられる。治具30は、ロッド212から下方に延びている。ロッド212がシリンダ211に対して昇降するとき、治具30は、ロッド212とともに昇降する。ロッド212が回転軸X周りに回転するとき、治具30は、ロッド212とともに回転軸X周りに回転する。
The
治具30は、透明板70を位置決めするための部品である。治具30は、凹部32を有する。凹部32は、治具30の底面に設けられている。凹部32は、透明板70を収容可能に構成されている。
The
ここで、図2及び図3を参照して、透明板70及び治具30の詳細な構成を説明する。図2は、透明板70の平面図及び側面図である。図3は、治具30の縦断面図及び底面図である。
Here, a detailed configuration of the
図2を参照して、透明板70は、平面視で多角形状又は楕円形状をなす。多角形状とは、概ね多角形であることを意味する。すなわち、多角形状には、直線のみで形成される多角形だけでなく、角部に丸みがつけられた多角形や、辺及び角部に丸みを有する多角形(いわゆる等径ひずみ円)等も含まれる。楕円形状とは、概ね楕円形であることを意味する。すなわち、楕円形状には、幾何学的な意味での楕円形だけでなく、一対の平行な線分と、この線分同士を接続する一対の円弧とで画定される形状(いわゆるトラック形状)等も含まれる。本実施形態において、透明板70は、平面視で四角形状をなす。透明板70の平面形状は、角部に丸みがつけられた四角形である。透明板70は、回転軸Xを含むいずれの断面で見ても、回転軸Xに対して対称であることが好ましい。
With reference to FIG. 2, the
透明板70の硬度は、ある程度高いことが好ましい。透明板70の材質は、例えば、強化ガラス、石英、サファイアガラス等から選択することができる。強化ガラスのビッカース硬さは約640、石英のビッカース硬さは約1100、サファイアガラスのビッカース硬さは約2300である。透明板70は、1000以上のビッカース硬さを有することが好ましい。透明板70は、好ましくはサファイアガラス板である。
The hardness of the
図3を参照して、治具30の底面には、凹部32が形成されている。凹部32は、透明板70の形状に対応する形状を有する。すなわち、凹部32の形状は、治具30の底面視で、透明板70の平面形状と実質的に等しい。透明板70が平面視で多角形状をなす場合、凹部32は、治具30の底面視で多角形状をなす。透明板70が平面視で楕円形状をなす場合、凹部32は、治具30の底面視で楕円形状をなす。本実施形態において、凹部32は、治具30の底面視で、角部に丸みがつけられた四角形を有する。凹部32の大きさは、透明板70の大きさよりもわずかに大きい。凹部32は、透明板70がちょうど収まるような大きさに形成されている。
With reference to FIG. 3, a
図1に戻り、治具40は、治具30とテーブル11との間に配置される。治具40は、後述する試験片200を位置決めするための部品である。治具40は、保持部41と、ロードセル42と、を含む。保持部41は、試験片200を上下から挟み込んで保持する。治具40に保持された試験片200は、治具30の凹部32内の透明板70と接触する。ロードセル42は、保持部41によって保持された試験片200の下方に配置される。
Returning to FIG. 1, the
ガス供給装置50は、所定の圧力のガスを発生させる。ガス供給装置50は、鋼管用ねじ継手のシール面のガス密封試験において要求される高圧ガスを発生させる。ガス供給装置50は、供給路51を有する。供給路51は、テーブル11及び治具40を貫通して回転軸Xに沿って延び、試験片200の貫通孔202に接続される。ガス供給装置50は、供給路51を介し、試験片200と透明板70との間に高圧ガスを供給する。ガス供給装置50が供給するガスは、ヘリウムガス、又はヘリウム混合ガスであることが好ましい。
The
ガスリーク検出機構60は、ガス供給装置50によって試験片200と透明板70との間に供給されたガスのリークを検出する。ガスリーク検出機構60は、シールド61と、ヘリウムリークディテクタ62と、を有する。
The gas
シールド61は、試験片200、及び治具30の凹部32に収容された透明板70を覆う。シールド61は、試験片200と透明板70との間からリークしたガスを捕捉する。ただし、シールド61は、完全な密閉空間を形成する必要はない。シールド61は、少なくとも、試験片200及び透明板70を上方及び側方から覆うことができればよい。すなわち、シールド61の下面は、開放されていてもよい。シールド61は、基礎試験装置100において、着脱可能に構成されている。
The
ヘリウムリークディテクタ62は、チューブ63を介して、シールド61に接続されている。ヘリウムリークディテクタ62は、内蔵のポンプ(図示略)によって、チューブ63を介してシールド61内のガスを吸引する。ヘリウムリークディテクタ62は、吸引したガス中のヘリウムの流量を検出する。ヘリウムリークディテクタ62として、市販又は公知のヘリウムリークディテクタを使用することができる。
The
(試験評価部及びその周辺構成)
本実施形態において、互いに接触する試験片200及び透明板70を試験評価部Ptと称する。以下、試験評価部Pt及びその周辺構成について、図4から図6を参照しつつ詳細に説明する。図4から図6は、試験評価部Pt及びその周辺構成を示す模式図である。図4から図6では、試験評価部Ptの周辺構成の一部として、図1において図示を省略する内視鏡装置80及び加熱装置90を示す。すなわち、本実施形態に係る基礎試験装置100は、内視鏡装置80と、加熱装置90と、をさらに備える。
(Test evaluation department and its surroundings)
In the present embodiment, the
まず、図4を参照して、試験片200は、環状凸面201と、貫通孔202と、を有する。環状凸面201は、試験対象である鋼管用ねじ継手のシール面を模擬して形成される。環状凸面201は、回転軸Xを中心とする環状をなす。環状凸面201は、回転軸Xを含む断面で見て、透明板70側に凸の曲線を描くように形成されている。ただし、環状凸面201は、回転軸Xを含む断面で見て、透明板70側に突き出た台形を描くように形成されていてもよい。すなわち、環状凸面201は、回転軸Xを含む断面で見て、透明板70の下面に概ね平行且つ平坦な頂面と、当該頂面の両端から外側に向かい下降傾斜する傾斜面とで形成される概略台形状であってもよい。貫通孔202は、環状凸面201の中心から回転軸Xに沿って下方に延び、試験片200を貫通する。
First, referring to FIG. 4, the
透明板70は、治具30の凹部32に収容された状態で、環状凸面201に対向する。治具30が直動アクチュエータ21のロッド212(図1)とともに下降すると、透明板70の下面は、環状凸面201に押し付けられる。これにより、透明板70は、環状凸面201とともに環状のシール接触部Psを形成する。シール接触部Psは、透明板70に対する環状凸面201の接触中心である。
The
環状凸面201が透明板70側に凸状をなす一方、透明板70の下面が平坦であることから、環状のシール接触部Psの内側において、試験片200と透明板70との間には内側空間Sが形成される。ガス供給装置50は、所定の圧力に調整されたガスを内側空間Sに供給する。ガス供給装置50からのガスは、供給路51及び貫通孔202を順に通過して、内側空間Sに供給される。
Since the annular
治具30は、凹部32の上方において、内視鏡装置80を挿入するための挿入穴33を有する。内視鏡装置80は、凹部32内の透明板70を介してシール接触部Psを撮像する。内視鏡装置80は、工業用内視鏡81と、カメラ82と、マイクロスコープ83と、紫外線光源84と、を有する。
The
工業用内視鏡81は、市販又は公知のボアスコープ、ファイバスコープ、又はビデオスコープ等である。工業用内視鏡81の先端部は、治具30の挿入穴33に挿入される。工業用内視鏡81の先端部は、シール接触部Psの像を形成するための光学系を有する。工業用内視鏡81は、シール接触部Psの像を先端部からカメラ82に伝送する。工業用内視鏡81が撮像素子を内蔵している場合、工業用内視鏡81は、シール接触部Psの像を電気信号に変換して画像データを生成し、シール接触部Psの画像データを先端部からカメラ82に伝送する。
The
カメラ82は、典型的には、CCDカメラである。カメラ82は、ボアスコープ等を用いた内部観察で一般に行われるように、工業用内視鏡81に接続される。カメラ82は、工業用内視鏡81から入力されるシール接触部Psの像を電気信号に変換して画像データを生成し、必要な画像処理を施して記録する。あるいは、カメラ82は、工業用内視鏡81からシール接触部Psの画像データを受信し、必要な画像処理を施して記録する。
The
マイクロスコープ83は、カメラ82に接続される。マイクロスコープ83は、表示画面に拡大画像を表示する、公知の表示装置である。マイクロスコープ83は、カメラ82が生成したシール接触部Psの画像データに対応する画像を表示画面に拡大表示する。
The
マイクロスコープ83は、工業用内視鏡81にも接続される。マイクロスコープ83は、ハロゲンライト等の可視光源(図示略)を内蔵する。この可視光源は、工業用内視鏡81の外部光源として使用することができる。マイクロスコープ83の可視光源が出力した可視光線は、工業用内視鏡81の先端部から、透明板70を介してシール接触部Psに照射される。
The
紫外線光源84は、工業用内視鏡81の外部光源として使用される。紫外線光源84は、マイクロスコープ83の可視光源に代えて、工業用内視鏡81に接続される。紫外線光源84は、紫外線を含む観察光を出力する。紫外線光源84は、例えば、市販又は公知の紫外線(UV)ライトである。紫外線光源84からの観察光は、工業用内視鏡81の先端部から、透明板70を介してシール接触部Psに照射される。
The ultraviolet
紫外線光源84は、長波長カットフィルタ85を介して、観察光をシール接触部Psに照射するように構成されていることが好ましい。紫外線光源84からの観察光は、工業用内視鏡81に入る前に長波長カットフィルタ85を通過する。本実施形態において、観察光は、凸レンズ86で集光され、長波長カットフィルタ85に入射される。ただし、観察光は、長波長カットフィルタ85を通過した後、凸レンズ86で集光されてもよい。長波長カットフィルタ85は、紫外線光源84が出力した観察光のうち、可視光線よりも波長が長い光を減衰させる。長波長カットフィルタ85は、実質的に、可視光線の波長よりも短い波長を有する光、具体的には、概ね385nm(±5nm)以下の波長を有する紫外線を透過させる。
The ultraviolet
次に、図5及び図6を参照し、加熱装置90について説明する。図5及び図6に示すように、加熱装置90は、恒温槽91と、ヒータ92と、レール93と、を有する。
Next, the
恒温槽91は、槽本体911と、扉912と、を有する。この恒温槽91は、ヒータ92とともに、レール93上を移動する。すなわち、恒温槽91及びヒータ92は、レール93に沿い、試験評価部Ptに向かって前進及び後退可能に構成されている。恒温槽91は、扉912を開放した状態で試験評価部Ptに接近して、槽本体911内に試験評価部Ptを収容する。槽本体911と治具30,40等(図1)との間に隙間が生じる場合は、スペーサ94によって当該隙間を封鎖すればよい。恒温槽91及びヒータ92を試験評価部Ptまで移動させるとき、試験評価部Ptを覆うシールド61(図1)は、基礎試験装置100から取り外されている。ヒータ92は、槽本体911が試験評価部Ptを収容し、扉912が閉じられた後、恒温槽91内の空気を加熱して昇温させる。
The
[試験装置の使用方法]
以下、上述のように構成された基礎試験装置100の典型的な使用方法について、主に図1を参照しながら説明する。ただし、基礎試験装置100の使用方法は、本実施形態において説明する使用方法に限定されるものではない。
[How to use the test equipment]
Hereinafter, a typical method of using the
図1を再度参照して、まず、試験対象の鋼管用ねじ継手と同材質の試験片200を準備する。この試験片200の環状凸面201は、試験対象の鋼管用ねじ継手のシール面を模擬して形成される。
With reference to FIG. 1 again, first, a
次に、環状凸面201を上方に向けて、試験片200を治具40に設置する。環状凸面201には、潤滑剤が塗布されるか、あるいは、潤滑皮膜が形成されていてもよい。潤滑剤又は潤滑皮膜は、試験対象の鋼管用ねじ継手において実際に使用することが想定される潤滑剤又は潤滑皮膜である。潤滑剤は、例えば、潤滑油又はグリースである。グリースとしては、例えば、重金属粒子及びグラファイト等を含有する、アメリカ石油協会(API)規格のコンパウンドグリース等を挙げることができる。潤滑油又はグリースには、紫外線を吸収して蛍光を発する蛍光剤が添加されてもよい。潤滑皮膜は、例えば、流動性を有する潤滑剤を塗布した後、硬化処理を施して形成される固体潤滑皮膜である。
Next, the
また、透明板70を治具30の凹部32内に配置して、粘着テープ等で仮止めする。必要に応じてクロスヘッド13を昇降させて昇降回転機構20の位置を調整した後、直動アクチュエータ21を駆動してロッド212を下降させる。これにより、ロッド212とともに治具30が下降し、凹部32内の透明板70の下面が試験片200の環状凸面201に押し付けられる。
Further, the
透明板70は、試験の目的等に応じて予め定められる押圧力で、環状凸面201を押圧する。環状凸面201に作用する押圧力は、試験片200の下方に配置されたロードセル42によって検出される。
The
透明板70が環状凸面201を押圧した状態でモータ22を駆動すると、環状凸面201に対して透明板70が回転摺動する。すなわち、モータ22の駆動軸と連動して、ロッド212が回転軸X周りに回転する。これにより、治具30、及び環状凸面201に押し付けられた透明板70も、回転軸X周りに回転する。透明板70は、凹部32の内面から治具30と同方向に回転するためのトルクを受け、治具30とともに回転する。治具30は、予め定められた回転速度及び回転数で、環状凸面201に対して回転する。回転摺動中における透明板70から環状凸面201への押圧力は、鋼管用ねじ継手の締結過程でシール面の接触面圧が漸増することを考慮し、徐々に増大させてもよい。
When the
環状凸面201に対する透明板70の回転摺動が終了した後、透明板70及び試験片200が構成する試験評価部Pt(図5及び図6)を加熱する。透明板70から環状凸面201への押圧力を維持したまま、図5及び図6に示すように、扉912を開放した状態の恒温槽91と、ヒータ92とを、レール93に沿って試験評価部Ptに接近させ、槽911内に試験評価部Ptを収容して扉912を閉じる。ヒータ92によって恒温槽91内を所定温度まで昇温させ、この温度で試験評価部Ptを所定時間加熱する。試験評価部Ptの加熱は、シールド61(図1)を基礎試験装置100から取り外した状態で実施される。試験評価部Ptの加熱温度及び加熱時間は、ISO 13679(2011)に準拠した温度及び時間とすることができる。その後、扉912を開き、試験評価部Ptを室温まで自然冷却する。
After the rotational sliding of the
図4を参照して、次に、透明板70から環状凸面201への押圧力を維持したまま、シール接触部Psの内側空間Sにガス供給装置50から高圧ガスを供給する。内側空間Sに対する高圧ガスの供給時には、試験評価部Ptを覆うシールド61(図1)が基礎試験装置100に取り付けられる。また、内視鏡装置80によるシール接触部Psの観察を開始する。すなわち、シール接触部Psの画像をマイクロスコープ83の表示画面に拡大表示し、シール接触部Psの状態を観察する。
Next, referring to FIG. 4, the high-pressure gas is supplied from the
蛍光剤が添加された潤滑油又はグリースが環状凸面201に塗布されている場合、紫外線光源84を工業用内視鏡81に接続し、紫外線光源84から、紫外線を含む観察光をシール接触部Psに照射する。これにより、潤滑油中、又はグリースの基油中の蛍光剤が蛍光を発し、潤滑油又は基油の挙動を確認しやすくなる。蛍光剤を使用しない場合は、マイクロスコープ83を工業用内視鏡81に接続し、可視光源からシール接触部Psに可視光線を照射する。
When the lubricating oil or grease to which the fluorescent agent is added is applied to the annular
高圧ガスは、シール接触部Psの内側空間S内のガス圧が所定の値に達するまで供給される。その後、内側空間S内のガス圧を維持した状態で、透明板70から環状凸面201への押圧力を漸減する。
The high-pressure gas is supplied until the gas pressure in the inner space S of the seal contact portion Ps reaches a predetermined value. Then, while maintaining the gas pressure in the inner space S, the pressing force from the
マイクロスコープ83の表示画面には、ガス供給装置50からのガスがシール接触部Ps付近に流入してくる様子も映し出される。環状凸面201に潤滑油又はグリースが予め塗布されている場合、マイクロスコープ83の表示画面は、潤滑油又はグリース中の基油又は固体粒子がガス圧によってシール接触部Psの内側から外側に押し流される様子を映し出すことができる。また、マイクロスコープ83の表示画面は、固体粒子分布等も映し出すことができる。
The display screen of the
ガス昇圧中又は押圧力漸減中にガスリークが発生した場合、マイクロスコープ83が表示するシール接触部Psの画像、又はヘリウムリークディテクタ62により、ガスリークを検知することができる。
When a gas leak occurs during gas pressurization or tapering of pressing force, the gas leak can be detected by the image of the seal contact portion Ps displayed by the
[実施形態の効果]
本実施形態において、治具30の凹部32内の透明板70は、鋼管用ねじ継手のシール面を模擬した環状凸面201に押し付けられ、環状凸面201を押圧する。これにより、環状凸面201及び透明板70がシール接触部Psを形成する。治具30は、透明板70を環状凸面201に押し付けた状態で、透明板70ととともに回転軸X周りに回転する。よって、環状凸面201に対し、鋼管用ねじ継手の締結過程を考慮した回転摺動を透明板70から与えることができる。
[Effect of Embodiment]
In the present embodiment, the
本実施形態において、透明板70は、平面視で多角形状又は楕円形状をなし、凹部32は、治具30の底面視で、透明板70の平面形状に対応した形状を有する。このため、治具30が回転軸X周りに回転したとき、治具30と同方向に回転するのに十分なトルクが透明板70に負荷され、透明板70が治具30とともに回転する。すなわち、多角形状又は楕円形状の透明板70、及び同じく多角形状又は楕円形状の凹部32により、透明板70と治具30との相対回転が規制されるため、透明板70と治具30との間で滑りが生じることなく、透明板70が治具30と一体的に回転する。よって、環状凸面201に対して透明板70を回転摺動させることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、回転摺動させた透明板70を環状凸面201から取り外すことなく、この透明板70を介して、内視鏡装置80でシール接触部Psを観察することができる。よって、環状凸面201の接触状態を変化させずに、ガス供給装置50によってシール接触部Psの内側空間Sに高圧ガスを供給し、高圧ガスが負荷されたシール接触部Psをその場観察することができる。このため、試験対象の鋼管用ねじ継手のシール部の密封性能を精度よく評価することができる。
In the present embodiment, the seal contact portion Ps can be observed with the
本実施形態において、環状凸面201には、予め潤滑剤が塗布されるか、予め潤滑皮膜が形成されることがある。この場合、シール接触部Psのその場観察の際、環状凸面201と透明板70との間に潤滑剤又は潤滑皮膜が存在することになる。そのため、内視鏡装置80により、シール接触部Psにおける潤滑剤又は潤滑皮膜の挙動を観察することができる。よって、その場観察において、ガス密封性能に対する潤滑剤又は潤滑皮膜の影響を確認することができる。
In the present embodiment, the annular
本実施形態に係る基礎試験装置100は、加熱装置90を備える。加熱装置90は、潤滑剤又は潤滑皮膜を環状凸面201と透明板70との間に有した状態で、試験片200及び透明板70を収容して加熱することができる。このため、その場観察において、ガス密封性能に対する潤滑剤又は潤滑皮膜の高温劣化の影響を確認することができる。
The
本実施形態において、内視鏡装置80は、紫外線光源84を有する。紫外線光源84からの観察光は、紫外線を含み、シール接触部Psに照射される。シール接触部Psを形成する環状凸面201と透明板70との間に、蛍光剤を含む潤滑油又はグリースが存在する場合、この蛍光剤が蛍光を発する。このため、その場観察において、潤滑油及びグリースの挙動をより正確に把握することができる。
In this embodiment, the
本実施形態において、紫外線光源84は、長波長カットフィルタ85を介して、シール接触部Psに観察光を照射する。長波長カットフィルタ85は、可視光線の波長よりも長い波長を有する光を減衰させ、実質的に、可視光線の波長よりも短い波長を有する光、具体的には、概ね385nm(±5nm)以下の波長を有する紫外線を透過させる。これにより、シール接触部Psに可視光線が照射されなくなるため、その場観察におけるシール接触部Psの視認性が向上する。
In the present embodiment, the
本実施形態に係る基礎試験装置100は、試験評価部Ptを覆うシールド61と、シールド61に接続されたヘリウムリークディテクタ62と、を備えている。このため、シール接触部Psの内側空間Sに供給されるガスがヘリウムを含む場合、内側空間Sから漏出したガスをシールド61によって捕捉し、ヘリウムリークディテクタ62によってガスの漏出を検知することができる。これにより、環状のシール接触部Psのうち、内視鏡装置80によって観察できる部分でガスリークが発生しておらず、ガスリークを目視で確認できない場合であっても、ガスリークの発生を検知することができる。
The
本実施形態において、試験片200は、治具40によって位置決めされる。この治具40は、例えば図7に示すように、傾き補正部43を有していてもよい。傾き補正部43は、保持部41の下方に配置されている。傾き補正部43は、保持部41の弾性率よりも小さい弾性率を有し、例えば、ジュラルミン等で構成される。治具30が回転軸Xに対して傾いた場合、傾き補正部43が弾性変形して、治具30の傾きに保持部41及び試験片200を追従させる。このため、治具30が回転軸Xに対して傾いたとしても、治具30の凹部32内の透明板70を環状凸面201に対して均等に押し付けることができる。図7に示す例において、ロードセル42は、傾き補正部43の下方に配置されている。
In this embodiment, the
以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Although the embodiment according to the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiment, and various changes can be made as long as the purpose is not deviated.
以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail by way of examples. However, the present disclosure is not limited to the following examples.
図1に示す基礎試験装置100を用いて、鋼管用ねじ継手のシール面のガス密封試験を実施した。本実施例において、治具30の材質は、SNCM439であり、熱処理によってロックウェル硬さ(HRC)35~40に硬度調整を行った。また、治具40には、図7に示す傾き補正部43(ジュラルミン(A2017)製)を設けた。
Using the
本実施例では、工業用内視鏡81、マイクロスコープ83、紫外線光源84、長波長カットフィルタ85、及びヘリウムリークディテクタ62として、以下に示す通り、市販のものを使用した。
・工業用内視鏡(ボアスコープ):株式会社キーエンス製、リアルボアレンズ、VH-B40(最大観察倍率140倍)
・マイクロスコープ(カメラ含む):株式会社キーエンス製、デジタルマイクロスコープ、VHX-1000
・紫外線光源:林時計工業株式会社製、LED-UVスポット照明、HD3133-260
・長波長カットフィルタ:朝日分光株式会社製、長波長カットフィルタ、SH0385
・ヘリウムリークディテクタ:株式会社アルバック製、リークテスタ、HELIOT 100シリーズ model 102+
In this example, as the
-Industrial endoscope (borescope): Made by KEYENCE Co., Ltd., Real bore lens, VH-B40 (maximum observation magnification 140 times)
-Microscope (including camera): Digital microscope, VHX-1000 manufactured by KEYENCE CORPORATION
-Ultraviolet light source: Made by Hayashi Clock Industry Co., Ltd., LED-UV spot lighting, HD3133-260
-Long wavelength cut filter: Asahi Spectroscopy Co., Ltd., long wavelength cut filter, SH0385
-Helium leak detector: ULVAC, Inc., leak tester,
透明板70、試験片200、及びその他の試験条件は、以下の通りである。
・透明板:角型サファイアガラス板(25mm×25mm、四隅にR5のフィレット加工、厚さ5mm)
・試験片(メタルシール試験片):API規格でL80と規定される炭素鋼(油井管から削り出して作製)
・潤滑剤:API規格のグリース(API modified thread compound)
・蛍光剤:SPECTRONICS CORPORATION製、オイル・オイルシステム用蛍光剤、OIL-GLO44
・ガス:ヘリウム混合ガス(窒素95%、ヘリウム5%)
The
-Transparent plate: Square sapphire glass plate (25 mm x 25 mm, R5 fillet processing at the four corners, thickness 5 mm)
-Test piece (metal seal test piece): Carbon steel specified as L80 in the API standard (manufactured by carving from an oil well pipe)
-Lubricant: API standard grease (API modified threat compound)
-Fluorescent agent: SPECTRONICS CORPORATION, fluorescent agent for oil / oil system, OIL-GLO44
-Gas: Helium mixed gas (95% nitrogen, 5% helium)
図8は、本実施例における試験要領を説明するための図である。図8を参照して、摺動処理とは、環状凸面201に透明板70を144秒間で25kNまで押し付けながら、治具30を2160度回転させ、環状凸面201に対して回転摺動を与える処理(摺動距離:226.08mm、摺動速度:1.57mm/s、平均ヘルツ接触圧:700MPa相当)である。ベーキング処理とは、25kNの押付力(押圧力)を維持した状態で、ISO 13679(2011)に準拠して180℃で12時間透明板70及び試験片200を加熱装置90によって加熱し、その後、室温まで放冷する処理である。ガス密封試験とは、25kNの押付力を維持した状態で、ガス供給装置50からシール接触部Psの内側空間Sに高圧ガスを供給し、ガス圧を150MPaまで昇圧した後、150MPaのガス圧を維持したまま、押付力を0.04kN/sで漸減(600secで25kNから1kNまで低減)して、ガスリークを確認する試験である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a test procedure in this embodiment. With reference to FIG. 8, the sliding process is a process of rotating the
本実施例では、表1に示す試験1から4を実施した。試験1から4のいずれにおいても、蛍光剤が添加された潤滑剤を試験片200の環状凸面201に事前に塗布した。
In this example, tests 1 to 4 shown in Table 1 were carried out. In each of Tests 1 to 4, a lubricant to which a fluorescent agent was added was applied in advance to the annular
試験2では、摺動処理を行わずにベーキング処理を行い、その後、ガス密封試験を実施した。試験3では、摺動処理を行った後、ベーキング処理を行わずにガス密封試験を実施した。試験4では、摺動処理及びベーキング処理を順に行った後、ガス密封試験を実施した。試験1では、試験2から試験4との比較のため、摺動処理及びベーキング処理のいずれも行わずに、ガス密封試験を実施した。ガス密封試験中は、内視鏡装置80により、環状のシール接触部Psの一部を観察した。
In test 2, a baking process was performed without performing a sliding process, and then a gas sealing test was performed. In test 3, after the sliding treatment, the gas sealing test was carried out without the baking treatment. In test 4, a gas sealing test was carried out after performing a sliding treatment and a baking treatment in order. In Test 1, a gas sealing test was carried out without performing either a sliding treatment or a baking treatment for comparison with Tests 2 to 4. During the gas sealing test, a part of the annular seal contact portion Ps was observed by the
表1に示すように、摺動処理及びベーキング処理を行わなかった試験1では、ガス密封試験において、10.0kNの押付力でガスリークが発生した。ベーキング処理のみ行った試験2では、ガス密封試験において、ガス圧が132MPaまで昇圧したところでガスリークが発生した。摺動処理のみ行った試験3では、ガス密封試験において、11.0kNの押付力でガスリークが発生した。摺動処理及びベーキング処理を行った試験4では、ガス密封試験において、ガス圧が142MPaまで昇圧したところでガスリークが発生した。この結果から、鋼管用ねじ継手の締結過程を考慮した摺動処理、及び鋼管用ねじ継手の高温の使用環境を考慮したベーキング処理の有無により、鋼管用ねじ継手のシール面のガス密封試験に差異が生じることがわかる。特に、本実施例では、ベーキング処理を実施した場合にガス密封試験が低下することが確認できた。 As shown in Table 1, in Test 1 in which the sliding treatment and the baking treatment were not performed, a gas leak occurred at a pressing force of 10.0 kN in the gas sealing test. In Test 2 in which only the baking treatment was performed, a gas leak occurred when the gas pressure was increased to 132 MPa in the gas sealing test. In Test 3 in which only the sliding treatment was performed, a gas leak occurred with a pressing force of 11.0 kN in the gas sealing test. In Test 4 in which the sliding treatment and the baking treatment were performed, a gas leak occurred when the gas pressure was increased to 142 MPa in the gas sealing test. From this result, the gas sealing test of the sealing surface of the steel pipe threaded joint differs depending on the presence or absence of the sliding process considering the fastening process of the steel pipe threaded joint and the baking process considering the high temperature usage environment of the steel pipe threaded joint. It can be seen that In particular, in this example, it was confirmed that the gas sealing test was lowered when the baking treatment was carried out.
図9に、試験1で観察されたシール接触部Psの画像を示す。図10に、試験3で観察されたシール接触部Psの画像を示す。図9及び図10の各々において、左側の画像は、可視光によるシール接触部Psの観察画像、右側の画像は、紫外線によるシール接触部Psの観察画像である。図10では、回転摺動によりシール接触部Psが摩耗した形跡(擦り疵)を確認することができる。 FIG. 9 shows an image of the seal contact portion Ps observed in Test 1. FIG. 10 shows an image of the seal contact portion Ps observed in Test 3. In each of FIGS. 9 and 10, the image on the left side is an observation image of the seal contact portion Ps by visible light, and the image on the right side is an observation image of the seal contact portion Ps by ultraviolet rays. In FIG. 10, it can be confirmed that the seal contact portion Ps is worn due to rotational sliding (scratches).
100:基礎試験装置
30:治具
32:凹部
61:シールド
62:ヘリウムリークディテクタ
70:透明板
80:内視鏡装置
81:内視鏡
84:紫外線光源
85:長波長カットフィルタ
90:加熱装置
200:試験片
201:環状凸面
202:貫通孔
Ps:シール接触部
S:内側空間
100: Basic test equipment 30: Jig 32: Recess 61: Shield 62: Helium leak detector 70: Transparent plate 80: Endoscope equipment 81: Endoscope 84: Ultraviolet light source 85: Long wavelength cut filter 90: Heating equipment 200 : Test piece 201: Circular convex surface 202: Through hole Ps: Seal contact part S: Inner space
Claims (6)
平面視で多角形状又は楕円形状を有し、前記環状凸面に対向して配置される透明板と、
前記透明板の形状に対応する形状を有し前記透明板を収容する凹部、を有する治具であって、前記凹部内の前記透明板を前記環状凸面に対して押圧可能、且つ、前記環状凸面の中心部を通り前記凹部内の前記透明板の厚み方向に延びる回転軸周りに回転可能に構成された前記治具と、
前記治具内に挿入される内視鏡を有し、前記透明板を介して、前記環状凸面と前記透明板とで形成されるシール接触部を撮像する内視鏡装置と、
前記貫通孔から前記シール接触部の内側空間に所定の圧力のガスを供給するガス供給装置と、
を備える、基礎試験装置。 A basic test device for testing the sealing performance of the sealing surface using a test piece having an annular convex surface simulating the sealing surface of a threaded joint for steel pipe and a through hole arranged inside the annular convex surface. There,
A transparent plate having a polygonal shape or an elliptical shape in a plan view and arranged so as to face the annular convex surface.
A jig having a shape corresponding to the shape of the transparent plate and having a concave portion for accommodating the transparent plate, the transparent plate in the concave portion can be pressed against the annular convex surface, and the annular convex surface can be pressed. A jig configured to be rotatable around a rotation axis extending in the thickness direction of the transparent plate in the recess through the central portion of the above.
An endoscope device having an endoscope inserted into the jig and imaging a seal contact portion formed by the annular convex surface and the transparent plate via the transparent plate.
A gas supply device that supplies gas of a predetermined pressure from the through hole to the inner space of the seal contact portion, and
A basic test device.
前記環状凸面と前記透明板との間に、潤滑剤又は潤滑皮膜が存在する、基礎試験装置。 The basic test apparatus according to claim 1.
A basic test apparatus in which a lubricant or a lubricating film is present between the annular convex surface and the transparent plate.
前記シール接触部を形成した状態の前記試験片及び前記透明板を収容して加熱する加熱装置、
を備える、基礎試験装置。 The basic test apparatus according to claim 2, further
A heating device that accommodates and heats the test piece and the transparent plate in a state where the seal contact portion is formed.
A basic test device.
前記内視鏡装置は、前記透明板を介して前記シール接触部に紫外線を含む観察光を照射する紫外線光源、を有し、
前記環状凸面と前記透明板との間に、前記潤滑剤として、前記紫外線を吸収して蛍光を発する蛍光剤が添加された潤滑油又はグリースが存在する、基礎試験装置。 The basic test apparatus according to claim 2 or 3.
The endoscope device has an ultraviolet light source that irradiates the seal contact portion with observation light including ultraviolet rays through the transparent plate.
A basic test apparatus in which a lubricating oil or grease to which a fluorescent agent that absorbs ultraviolet rays and emits fluorescence is added as the lubricant is present between the annular convex surface and the transparent plate.
前記紫外線光源は、可視光線よりも波長が長い光を減衰させる長波長カットフィルタを介して、前記シール接触部に前記観察光を照射する、基礎試験装置。 The basic test apparatus according to claim 4.
The ultraviolet light source is a basic test apparatus that irradiates the seal contact portion with the observation light via a long wavelength cut filter that attenuates light having a wavelength longer than that of visible light.
前記シール接触部を形成した状態の前記試験片及び前記透明板を覆うシールドと、
前記シールドに接続されるヘリウムリークディテクタと、
を備え、
前記ガス供給装置は、ヘリウムを含むガスを前記内側空間に供給する、基礎試験装置。 The basic test apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
A shield covering the test piece and the transparent plate in a state where the seal contact portion is formed, and
A helium leak detector connected to the shield,
With
The gas supply device is a basic test device that supplies a gas containing helium to the inner space.
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