JPH0526749A - パイプラインフランジ継手の面圧測定方法 - Google Patents

パイプラインフランジ継手の面圧測定方法

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JPH0526749A
JPH0526749A JP18655691A JP18655691A JPH0526749A JP H0526749 A JPH0526749 A JP H0526749A JP 18655691 A JP18655691 A JP 18655691A JP 18655691 A JP18655691 A JP 18655691A JP H0526749 A JPH0526749 A JP H0526749A
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JP
Japan
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flange
surface pressure
vibration
acoustic
measuring
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Application number
JP18655691A
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English (en)
Inventor
Mikito Saiga
幹人 雑賀
Kenichi Arai
健一 新居
Shinji Watanabe
伸次 渡邉
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Kansai Electric Power Co Inc
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パイプラインフランジ継手に音響振動を与
え、その共振振動を測定しその振動数の変化からフラン
ジ部の締付面圧の変化を推定してフランジ継手の保守管
理を行なう。 【構成】 面圧測定装置をフランジ継手部に締付けて測
定する。この測定装置では、コンピュータ11で制御さ
れる周波数分析器12からの信号を増幅器13を介して
音響ハンマ14に与え、その音響振動を音響伝達棒14
aを介してフランジ2へ伝達し、フランジの共振振動は
音響振動棒15aを介して検出器15で検出され、周波
数分析器12で測定される。測定された共振振動のデー
タは基準面圧での正規値と比較され、その変移量から締
付面圧の変化が測定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、可燃性流体、毒性流
体などを輸送するパイプラインのフランジ継手の面圧を
測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】パイプラインで可燃性流体、毒性流体な
どを輸送する場合、輸送流体が外部に漏洩することによ
って環境汚染や火災などの大災害を引き起こすことがあ
り、パイプラインの継手部の保守・点検はパイプライン
を正常に運転する上で重要な作業である。管継手部の漏
洩防止の対策として、多くのパイプラインでは溶接継手
によって管を接続する方法が採られているが、ポンプや
バルブ部分のように保守のために取り外しの必要な箇所
がどうしても存在し、このような管継手部としてガスケ
ットを用いたフランジ継手が一般に使用されている。
【0003】かかるガスケットフランジ継手の漏洩防止
対策として、従来はハンマ等によりフランジ継手部を叩
いて音響の異常の有無を確かめたり、あるいはフランジ
継手部の面圧が正常であるかを測定する方法が一般に採
用されている。 後者の方法では、ガスケットの種類に
よって規定されるフランジ面圧(ガスケット接触面積単
位の単位当りのガスケットをフランジで押し付ける力)
がボルトの締付けによって所定の面圧に維持されている
かが管理され、このためフランジ継手の締付けボルトを
増締めし、ボルトの締付けトルクを測定する方法が採ら
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の管理方法は、ボルトの締付けトルクを測定しその
ボルト締付け力を管理するという間接的な方法であり、
実際にはねじ部分の摩擦係数がそれぞれのフランジ継手
部によって異なるためボルトの締付けトルクが真のフラ
ンジ面圧に一致しているとは限らず、従ってボルト締付
けトルクから正しい面圧を保持しているかを知ることは
困難である。さらに、流体の種類によってはパイプライ
ンやフランジ継手部は厚い被膜に覆われている場合があ
り、上記ボルト締付けトルクの測定方法は、これらの被
膜の破壊を伴い日常点検には極めて適用し難い管理方法
である。従って、日常管理方法として確実に漏洩を検出
する方法は、流体の漏れ量を検出する漏洩の直接管理と
ならざるを得ないが、この方法は漏れ防止を目的とする
予防管理方法としては適切ではない。
【0005】この発明は、かかる従来の管継手部の漏洩
を管理する方法の現状に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は音響振動を配管フランジに伝達し、フランジの
共振振動を検出してその共振振動数の変化から締付面圧
の変化を推定してパイプラインフランジ継手部の日常管
理を簡便にかつ確実に行なえる面圧測定方法を提供する
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明は、パイプラインの管継手として設けられた配
管フランジに音響ハンマの音響振動を伝達し、フランジ
部で生じる共振振動を検出器により検出し、面圧により
変化する振動モードの各次数毎の共振振動数の正規値か
らの変移を測定して配管フランジ間に装着されているガ
スケット面圧の変化を測定することから成るパイプライ
ンフランジ継手の面圧測定方法としたのである。
【0007】上記測定方法において、音響振動を音響伝
達棒を用いて配管フランジに伝達し、配管フランジの共
振振動は音響振動棒を介して検出器により検出するよう
にしてもよい。
【0008】
【作用】この発明の面圧測定方法は、上記の方法とした
から、従来困難であったフランジ継手の接続状態の診断
を音響的な方法で間接的にかつ簡便に実施することがで
きる。上記方法において、フランジ継手の締付面圧を測
定して面圧が締付状態によって変化していることを知る
ことができるのは次の理由による。フランジ継手部は、
簡略化して考えたとき、管に接続する2つのフランジの
間にガスケットを挟みボルトで締付けて一体化した構造
のものである。従って、フランジ部にハンマなどによる
音響信号を与えると、ボルトの締付力によってフランジ
部の一体化の程度に応じた音響振動の姿態が現われ、面
圧が変化するとそれに応じてその姿態も変化する。この
面圧の変化に対応して変化する音響振動姿態や音響振動
信号として、 (1)フランジ部の振動モードごとの共振周波数の変
化、及び (2)フランジ部を跨ぐ2点間の音響振動の伝達関数の
変化 がある。
【0009】前者は、2つのフランジがボルト・ナット
の締付力によって一体化し2倍の厚さのフランジとして
振動する際に一体化の程度に応じて厚さの影響が変化
し、このため振動モードごとに共振周波数が変化するか
らである。後者は、フランジの一方の点に与えられた音
響信号はフランジ部からボルト経由で他方のフランジへ
伝搬される経路と、フランジ部からガスケット経由で他
方のフランジへ伝搬される経路の2つがあり、ガスケッ
ト経由の信号はボルト・ナットの締付力によるガスケッ
トの物性やフランジ、ガスケット構造による音響振動パ
ラメータの変化の影響を受けるからである。
【0010】一般に、円板の横振動(面に垂直な方向に
振動する場合)の固有振動数fは次式によって与えら
れ、固定方法の種類によって係数λの値が異なる(機械
工学便覧改定第4版、日本機械学会偏、1960、第3
−55頁)。
【0011】
【数1】
【0012】ここで、 f:振動周波数(1/sec) h:板厚(cm) a:半径(cm) E:弾性係数(kg/cm3 ) б:ポアソン比 γ:単位体積の重さ(kg/cm3 ) λ:無次元の係数 フランジ継手では、中心部は管によって支持されている
ので、フランジを円板と仮定しある半径の内円周で固定
された円板モデルで近似すると、支持条件によって係数
λは色々な値をとるが、円板の横振動周波数fは板厚に
比例する関係にあることは保たれている。このことか
ら、2枚のフランジ部と1枚のガスケットがボルト・ナ
ットによって締結され一体化がなされた場合、2枚のフ
ランジはあたかも厚さが増加した1枚の円板、即ち等価
的に1枚の厚さ以上に厚さが増加した1枚の構造化円板
の振動とみなすことができる。従って、締結力が大きく
なるほど一体化が進み固有振動数は上昇し、逆に締付面
圧が低下するとフランジ部の固有振動数は低下する。
【0013】以上から、各種フランジ部についての正規
締付力時における固有振動数を基準として、各締付面圧
時におけるフランジの共振振動数を測定し、基準時と締
付圧が変化した時の締付面圧と共振振動数との関係を明
らかにしておけば、パイプラインフランジ継手部の日常
点検時に、フランジ部の振動モード測定によって得られ
る各次数のモードにおける振動数の正規値からの変移量
によって点検時の締付力を検知することができる。従っ
て、各種フランジの締付面圧の管理値を設定しておけ
ば、それぞれのフランジのモーダル解析からパイプライ
ンフランジ継手部の異常を検知できるのである。
【0014】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1はこの発明による面圧測定方法を実施
する測定装置をフランジ継手に取付けた概略ブロック図
を示す。1はパイプラインであり、可燃性流体、毒性流
体などを輸送するのに用いられる。パイプライン1の任
意の位置にフランジ2が設けられ、フランジ2、2間に
ガスケット3を挟み、ボルト4により所定面圧に締付け
られている。
【0015】上記フランジ間の面圧を測定する測定装置
は、コンピュータ11、周波数分析器12、増幅器1
3、音響ハンマ14、検出器15、増幅器16等から成
る。この測定装置は、コンピュータ11により制御され
る周波数分析器12からの出力信号を増幅器13を介し
て増幅して音響ハンマ14へ与え、その音響振動をフラ
ンジ2へ直接伝達する。音響ハンマ14は、例えば圧電
振動子(ピエゾ)が用いられ、入力電圧に応じて音響振
動を発生する。この音響振動は、人の耳の可聴域範囲で
比較的高い領域の周波数が使用される。
【0016】上記音響振動を伝達したフランジ2の共振
振動は、検出器15で検出される。
【0017】検出器15も圧電形のピックアップを使用
できる。検出された共振振動は、検出器15で電気信号
に変換され、増幅器16で増幅して周波数分析器12で
周波数が測定される。かかる測定装置を用いてフランジ
継手の面圧を次のようにして測定する。即ち、フランジ
継手を構成するフランジ部において1つのフランジ端部
を音響振動の加振点、当該フランジ上の任意の点を信号
検出点として信号伝達関数を測定すると共にフランジ各
部の振動・振幅を測定して振動モードを測定する。
【0018】この場合、音響ハンマ14により音響振動
をフランジ2へ与え、フランジの配管軸方向の共振振動
を検出器15で検出し、周波数分析器12で読み取る。
読取ったデータから、コンピュータ11を用いてフラン
ジ部の共振周波数、振動モードを分析し、面圧によって
変化する共振周波数、振動モードを基準値・モード(周
波数特性、節直径数)と比較をし、基準状態からの偏差
を算出する。
【0019】上記測定方法を確認するため次のような実
験を行なった。まず、パイプライン1の模擬のため、材
質ステンレススチール(SUS304)製で直径11
4.3mmφ、長さ5mの管2本にそれぞれ直径229mm
φ、厚さ22.3mmのフランジ2を取付けたパイプ2個を
使用し、そのフランジ2間に4.5mm厚さの石綿系ガスケ
ット3を16mm径のボルト4で締付けてパイプライン1
とし、各締付面圧でのフランジ2のインパルスレスポン
スを測定した。
【0020】測定結果を図4に示す。(a)〜(f)の
締付トルクによる面圧は正規の値に対する割合(%)で
表わしている。又、図には4次、5次の振動モードの周
波数特性(dB)を中心として示しており、その共振ピ
ークにモーダル解析結果のモード次数を示している。図
から各次数のピークモードが面圧の低下と共に左へ移動
し、共振周波数が低下しているのが分る。
【0021】図5に(a)の基準締付トルク(900g
・cm)での周波数特性を100とし、締付トルクが
(b)〜(d)と変化した場合の割合((a)を基準
(分母)として(b)〜(d)を割算)の波形を
(a’)〜(d’)に示す。図6に、上記のような解析
を行ない、ガスケットの面圧(kg/cm2 )に対する共振
周波数fの各振動モード毎の変化を測定した結果を示
す。図中f3L、f3H…………f5L、f5Hは、それぞれ3
次、4次、5次のモード次数での共振周波数を示し、L
は低、Hは高を示す。この結果から、任意のフランジの
正規締付面圧の各モード次数での周波数を測定していれ
ば、そのフランジの締付面圧が変化した場合、フランジ
のモーダル解析からそのモード次数での周波数を測定す
ると締付け面圧の変化(低下)を推定することができる
ということが分る。
【0022】図2は、音響振動の伝達・検出に音響伝達
棒14a、音響振動棒15aを用いた場合の例を示す。
図1の実施例ではフランジ部に直接音響振動を加え、共
振振動を直接検知器で検知していたが、この実施例では
パイプラインが極低温流体の移送に用いられ、移送配管
が保冷剤1aで覆われている。このため、音響ハンマ、
検出器を点検時に簡易に取付けるのが困難であり、そこ
で図示のようにフランジに横方向振動を与えられる位置
に、音響伝達棒14a、音響振動棒15aを取付けるよ
うにし、その一端を保冷材1aの外に出してこれらに音
響ハンマ14、検出器15を接続する。図3は図2の線
III −III から見た断面図である。この実施例の作用、
効果も図1の場合と全く同様である。
【0023】
【効果】以上詳細に説明したように、この発明では配管
フランジに音響振動を伝達しその共振振動を検出して共
振振動の正規値からの変移により締付面圧の変化を測定
するようにしたから、簡便な方法でかつ確実にパイプラ
インフランジ継手部の異常の有無を検知でき、従って未
然に油洩れ等による大災害の発生を防止できるという極
めて有益な利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の面圧測定装置の全体概略ブロック図
【図2】他の実施例の面圧測定装置の全体概略ブロック
【図3】図2の線III −III から見た断面図
【図4】実験によるフランジ共振振動波形の締付面圧ご
との測定結果
【図5】実験による締付面圧ごとのフランジ共振振波形
とその基準波形に対する変動割合の波形の測定結果
【図6】面圧と共振振動数の変化の関係を示すグラフ
【符号の説明】
1 パイプライン 2 フランジ 3 ガスケット 4 ボルト 11 コンピュータ 12 周波数分析器 13、16 増幅器 14 音響ハンマ 15 検出器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パイプラインの管継手として設けられた
    配管フランジに音響ハンマの音響振動を伝達し、フラン
    ジ部で生じる共振振動を検出器により検出し、面圧によ
    り変化する振動モードの各次数毎の共振振動数の正規値
    からの変移を測定して配管フランジ間に装着されている
    ガスケット面圧の変化を測定することから成るパイプラ
    インフランジ継手の面圧測定方法。
  2. 【請求項2】 前記音響振動を音響伝達棒を用いて配管
    フランジに伝達し、配管フランジの共振振動は音響振動
    棒を介して検出器により検出することを特徴とする請求
    項1に記載のパイプラインフランジ継手の面圧測定方
    法。
JP18655691A 1991-07-25 1991-07-25 パイプラインフランジ継手の面圧測定方法 Pending JPH0526749A (ja)

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