JPH08144712A - 分割圧力容器の結合方法 - Google Patents

分割圧力容器の結合方法

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JPH08144712A
JPH08144712A JP7998794A JP7998794A JPH08144712A JP H08144712 A JPH08144712 A JP H08144712A JP 7998794 A JP7998794 A JP 7998794A JP 7998794 A JP7998794 A JP 7998794A JP H08144712 A JPH08144712 A JP H08144712A
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JP
Japan
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stress
bolt
bolts
pressure vessel
washer
Prior art date
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Withdrawn
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JP7998794A
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English (en)
Inventor
Masabumi Wani
正文 和仁
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 分割された圧力容器の気密性を容易に確保で
きるボルト締付けによる分割圧力容器の結合方法を提供
する。 【構成】 あらかじめきめられた同時に永久歪を発生す
る応力でボルト・ナットを締付けた後、このボルトをい
ったん完全に緩める。そして、再度ボルトを所定の応力
で締付けて圧力容器を組立てる。このようにすれば、運
転中の温度変化によってボルト締付力が低下するのを防
止でき、気密性が損なわれることはない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば弁の弁室と弁
蓋や蒸気タービン車等のように、分割された容器をボル
トで締付けて一体に組立てられる分割圧力容器の結合方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】圧力容器の例として、ここでは、水平面
で上下に二分割され、ボルトで一体に締付けられる蒸気
タービンの車室について述べる。そして、蒸気タービン
の車室の組立てられた状態を図1に、図1のA−A断面
を図2(A)に、図1のB−B断面の一部を図2(B)
に示す。これらの図において、符号1は車室、2は車室
締付ナット、3は座金、4は車室締付ボルト、5はロー
タ、6はフランジを示している。
【0003】蒸気タービンの車室1は、通常車室内部に
収められたロータ5などの開放を容易にするため、水平
面で上下に二分割されている。この二分割にて制作され
た車室1は、そのフランジ6に穿設された孔を介して設
置された車室締付けボルト4及び車室締付ナット2によ
り、気密性を確保するために所定のボルト応力で締付け
ることによって圧力容器として組立てられる。このよう
にして組立てられた車室1の内部は、その運転中に高温
高圧の作動流体として、たとえば蒸気タービンの場合に
は蒸気が流れる。
【0004】常温でボルト4を締付けることによって組
立てられた車室1に蒸気が流入すると、車室1の温度は
上昇するが、このときの車室1の温度変化を車室締付ボ
ルト4の温度変化と共に図6に示してある。蒸気タービ
ンの起動中は、まず車室1が蒸気にさらされるため、図
6に実線で示した車室温度は破線で示したボルト温度よ
りも速く上昇するが、定常運転になれば、車室温度とボ
ルト温度とはほぼ等しくなる。このように、起動中には
ボルト4と車室1に温度差が発生し、この温度によって
ボルト4の応力に変化が生じる。このボルト応力σ
は、近似的に下記の数式1で示される。
【0005】
【数1】 このボルト応力σによって発生するフランジ6の座金
下応力σは、下記の数式2で示される。
【0006】
【数2】 このボルト応力σ及び座金下応力σの変化を図示す
ると図7のようになる。また、図8および図9は、ボル
ト応力を求めるための線膨張係数およびヤング率の例を
各々示している。
【0007】図7において、点aは常温Tでの気密性
を保持する為の所定の初期ボルト締付応力を示し、起動
中b点で最大となり、点cは定常運転中のボルト応力を
示している。この最大値のb点の値は図6に示した起動
中のボルト4及び車室1の温度変化によって決まるが、
起動の時間が短ければボルト4と車室1との温度差ΔT
が大きくなるため、b点はより大きくなる。
【0008】一般にボルト4の材料には、12Cr鋼な
ど降伏応力の高いものが使用されるが、車室1およびフ
ランジ6には1 1/4Cr1/2M鋳鋼など降伏応力の低
い低合金鋼を使用する例が多い。このため、起動中のボ
ルト応力σが過大となればフランジ6の座金下の応力
σは降伏応力を越えることがあり、そのような場合に
は、図10に示すように、座金下は永久歪を発生して凹
むこととなり、従ってボルト応力が低下する。このボル
ト応力低下量Δσは、下記の数式3で求められる。
【0009】
【数3】 所定のボルト応力(たとえば32kg/mm2)で締付
けても、フランジ6の座金下が降伏により凹むと、図1
1に示すように、ボルト応力は大きく低下し、これに伴
ってフランジ6の接触面圧も低下して圧力容器は気密性
を保てず、分割面より内部の作動流体が洩れることとな
る。このフランジ6の座金下の降伏を防止するには、
(a)座金面積(数式2のAW)を大きくするか、
(b)車室1およびフランジ6の材料をたとえば12C
r鋳鋼などの降伏応力の高い材料とするか、(c)座金
下応力σを小さくする、すなわち数式2のボルト応力
σを小さくするために、ボルト4とフランジ6の温度
差ΔTを小さくする、といった方法がある。
【0010】しかし、(a)の方法は、図2(B)に示
すように、ボルトは互いに隣接して配置されているた
め、座金の外径aW1は大きくできず、また、座金をボル
トが貫通しているため、座金の内径aW2も小さくできな
いので、座金面積Aを大きくすることは困難である。
【0011】つぎに、(b)の方法では、車室1材のコ
ストが大巾に高価となり、また(c)の方法では、温度
差ΔTを小さくするために、図6に示す蒸気タービンの
起動に要する時間を長くする必要があるが、今日の発電
プラント等に使用される蒸気タービンでは、DSS(毎
日起動・停止)の運用が増え、起動時間は極力短くする
というニーズがあり、これに合わなくなるという欠点が
ある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、締付
ボルトで分割圧力容器を組立てて高温作動流体を導入す
る分割圧力容器の結合方法において、圧力容器の気密性
を確保するために、車室フランジの降伏を懸念して、不
必要に高価な材料を使用することなく、また起動時間を
長くし、起動時間短縮のニーズに合わなくなることを防
止できる分割圧力容器の結合方法を提供することを課題
とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するためになされたもので、高温流体が導入される
分割圧力容器のフランジをボルトで締付けて組立てる分
割圧力容器の結合方法において、あらかじめ決められた
同時に永久歪を発生する応力でボルトを締付けた後、前
記ボルトをいったん完全に緩めてから再度所定の応力で
締付けて圧力容器を組立てることを特徴とする分割圧力
装置の結合方法である。
【0014】
【作用】前述の手段によれば、起動中に発生するフラン
ジの座金下応力の最大値をあらかじめ求めて、この応力
が組立て時に発生するようなボルト応力で圧力容器のフ
ランジを締付ける。その後ボルトを一旦完全に緩めてか
ら再度所定の応力でボルトを締付けて組立てれば、起動
中にフランジの座金下があらたに凹むことはなく、従っ
て運転中のボルト締付力の低下も発生しないので、圧力
容器の気密性が確保できる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の分割圧力容器の結合方法を図
面により説明する。
【0016】図1は、本発明の1実施例を適用する蒸気
タービンの車室の組立てられた状態を示す図、図2は図
1の矢視A−A断面及び矢視B−B断面を示す図であ
る。
【0017】図1、図2において、符号1は上下に二分
割され分割体で形成される車室、2は車室の締付ナッ
ト、3は座金、4は車室のボルト、6はフランジであ
る。蒸気タービンの車室1は、車室1内部に収容される
ロータ5の据付、調整、点検あるいは開放等を容易にす
るために、水平面で上下に二分割される分割体で構成さ
れ、上側の分割体を取外し、開放できるように構成され
ている。この二分割され、製作された車室1は、分割面
を形成する車室1と一体に製作された上下のフランジ6
に、各々穿設された孔を挿通して設置された締付ボルト
4、及び締付ナット2による締付けによって一体化さ
れ、圧力容器として組立てられる。
【0018】図3は、起動中にフランジ6の座金下が降
伏する状態を応力−歪線図で示したもので、起動中に発
生するフランジ6の座金下応力σが降伏点Yを越えて
X点の応力σWXとなれば永久歪εを生じ、座金下は凹
むこととなる。一方、加工硬化する車室材では、図3に
示すように、降伏点Yでの降伏応力σよりもX点での
応力σWXは大きい。このような材料では、X点より応力
が除荷されると、応力と歪の関係は近似的に図3のZ−
Xに沿うことが知られている。また、応力を再び負荷さ
れる場合には、応力と歪の関係はやはり近似的に図3の
Z−Xに沿い、すなわち、応力は歪に比例するという弾
性体の挙動を示すことが知られている。このことは、い
ったん応力がX点に到達して永久歪を生じた後は、応力
と歪の関係は弾性挙動を示し、あらたな永久歪は発生し
ないことを示している。
【0019】従って、圧力容器を組立てる際にX点まで
いったん応力を到達させ、この時に永久歪も同時に発生
させるようにボルトで締付けた後、ボルトを完全に緩
め、図3のZ点まで戻した後に再度ボルトを所定の応力
で締付けて圧力容器を組立てれば、応力−歪の関係は図
3のZ−Xに沿うことになるため、起動中にあらたな永
久歪が発生しないので運転中のボルト締付力の低下を防
止できる。
【0020】このように、本発明では、上述した材料の
加工硬化特性を利用することにより、起動中にフランジ
に凹みが発生してボルト締付力が低下してしまい、圧力
容器の気密性が損なわれることを防止している。
【0021】次に、上述したように、圧力容器の気密性
低下の防止を実現するための方法を具体的に説明する。
【0022】起動中の車室及びボルトの温度(図6参
照)から、図8及び図9に示した線膨張係数α,α
とヤング率E,Eを用いて、数式1からボルト応力
σが、数式2より座金下応力σが各々求められる。
図4はこの結果を示したもので、図中のa,b,c点は
各々図7と同様の点であり、温度Tはボルト応力σ
及び座金下応力σが最大となる時の車室温度を示す。
なお、図4のボルト応力σ、フランジ6の座金下応力
σは、座金下が降伏により凹まないと仮定した時の応
力を示している。
【0023】図5は、温度Tにおける実際の応力−歪
応力線図を実線で示している。温度Tにおける座金下
における最大値σWMAXが負荷されM点に到達した後は、
除荷されることによって応力−歪の関係は図5のM−N
に沿った弾性挙動を示す。そして、応力が完全に除荷さ
れれば、図5の0−Nで示される永久歪εが残り、こ
の永久歪がフランジ6の座金下の凹みとなり、ボルト締
付力の低下を発生させる。
【0024】従って、圧力容器を組立る際に、あらかじ
め図5に示す永久歪εを発生させるようにボルトを締
付けて、その後ボルトを完全に緩めて、再度所定のボル
ト応力(図4の例では32kg/mm2)で組立てれ
ば、車室温度がTになった時でも応力−歪の関係は、
もはや図5に示す0−Y−MではなくN−Mの直線に沿
う弾性挙動を示す。このため、起動中にあらたな永久歪
が発生することはなくなるので、起動中のボルト締付力
の低下を防止できる。
【0025】続いて、車室温度Tにて永久歪εを組
立ての時にあらかじめ発生させておく方法について述べ
る。図5には、常温での応力−歪線図が破線で示されて
おり、温度Tでの応力σWMAXに相当するεMAXが温度
での応力−歪線図(図5に実線で表示)より求めら
れ、この歪εMAXに相当する常温でのフランジの座金下
応力σW0が常温での応力−歪線図(図5に破線で表示)
より求められる。そして、常温において、フランジ6の
座金下応力がσW0になるように圧力容器のボルトを締付
けた後、このボルトをいったん完全に緩めて、再度ボル
トを所定の応力で締付けるように組立てれば、起動中の
応力−歪の関係は弾性挙動を示し、座金下にあらたな凹
みは生ぜず、またボルト締付力の低下も発生しないの
で、圧力容器の気密性は確保される。
【0026】フランジ6の常温での座金下応力σW0に相
当する常温でのボルト締付応力σB0は、数式2より下記
の数式4で求められる。
【0027】
【数4】 この数式4で求められるボルト応力でいったん締付け、
その後ボルト4を完全に緩め、再度ボルト4を所定の応
力で締付けて圧力容器を組立てれば、起動中にフランジ
6の座金下が凹むことに起因するボルト締付力の低下を
防止できるので、圧力容器の気密性が保たれる。
【0028】
【発明の効果】前述した本発明による分割圧力容器の結
合方法によれば、あらかじめ決められた同時に永久歪を
発生する応力でボルトを締付けた後、前記ボルトをいっ
たん完全に緩めてから再度所定の応力で締付けて圧力容
器を組立てるようにしたので、簡単な方法により運転中
のボルト締付力の低下が防止できるようになり、圧力容
器の気密性が損なわれることはなくなる。
【0029】さらに、フランジの降伏を懸念して高価な
車室材を使用する必要がなく、また、起動時間を長くと
る必要もないので、起動時間の短縮に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による分割圧力容器の結合方法の一実施
例を適用する蒸気タービン車室の斜視図である。
【図2】(A)は図1のA−A線に沿う断面図、(B)
は図1のB−B線に沿う断面図である。
【図3】フランジの座金下応力σと歪εとの関係を示
す図である。
【図4】ボルト応力σ及びフランジの座金下応力σ
と車室温度Tとの関係を示す図である。
【図5】本発明を適用した時のフランジの座金下応力σ
と歪εとの関係を示す図である。
【図6】車室及びボルトの温度変化の一例を示す図であ
る。
【図7】ボルト応力σ及びフランジの座金下応力σ
と車室温度Tとの関係を示す図である。
【図8】車室及びボルトの線膨張係数の一例を示す図で
ある。
【図9】車室及びボルトのヤング率係数の一例を示す図
である。
【図10】従来の組立て方法でフランジの座金下が凹ん
だことを示す図である。
【図11】従来の組立て方法を適用した時のボルト応力
σ及びフランジの座金下応力σの変化を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 車室 2 締付ナット 3 座金 4 締付ボルト 5 ロータ 6 フランジ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高温流体が導入される分割圧力容器のフラ
    ンジをボルトで締付けて組立てる分割圧力容器の結合方
    法において、あらかじめ決められた同時に永久歪を発生
    する応力でボルトを締付けた後、前記ボルトをいったん
    完全に緩めてから再度所定の応力で締付けて圧力容器を
    組立てることを特徴とする分割圧力装置の結合方法。
JP7998794A 1994-03-25 1994-03-25 分割圧力容器の結合方法 Withdrawn JPH08144712A (ja)

Priority Applications (1)

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JP7998794A JPH08144712A (ja) 1994-03-25 1994-03-25 分割圧力容器の結合方法

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JP7998794A JPH08144712A (ja) 1994-03-25 1994-03-25 分割圧力容器の結合方法

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JPH08144712A true JPH08144712A (ja) 1996-06-04

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010209708A (ja) * 2009-03-06 2010-09-24 Ihi Corp ターボチャージャ
JP2018168741A (ja) * 2017-03-29 2018-11-01 三菱重工コンプレッサ株式会社 フランジ同士が締結された流体装置の製造方法
CN112055808A (zh) * 2018-05-14 2020-12-08 株式会社华尔卡 实验装置、实验系统、程序、方法以及学习方法

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JP2010209708A (ja) * 2009-03-06 2010-09-24 Ihi Corp ターボチャージャ
JP2018168741A (ja) * 2017-03-29 2018-11-01 三菱重工コンプレッサ株式会社 フランジ同士が締結された流体装置の製造方法
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Effective date: 20010605