JPS587863B2 - 補強リング付ベロ−ズ - Google Patents

補強リング付ベロ−ズ

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JPS587863B2
JPS587863B2 JP54156689A JP15668979A JPS587863B2 JP S587863 B2 JPS587863 B2 JP S587863B2 JP 54156689 A JP54156689 A JP 54156689A JP 15668979 A JP15668979 A JP 15668979A JP S587863 B2 JPS587863 B2 JP S587863B2
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JP
Japan
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bellows
reinforcing ring
contact
peak
present
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JP54156689A
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JPS5680557A (en
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満 神戸
忠雄 青木
富啓 深田
満 亀井
興成 長谷川
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J3/00—Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
    • F16J3/04—Bellows
    • F16J3/048—Bellows with guiding or supporting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J3/00—Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
    • F16J3/04—Bellows
    • F16J3/047—Metallic bellows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L51/00—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines
    • F16L51/02—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube
    • F16L51/026—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube with interior reinforcement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L51/00—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines
    • F16L51/02—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube
    • F16L51/027—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube with external reinforcement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Diaphragms And Bellows (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高い信頼性および長寿命の要求される用途、
例えば高速増殖炉プラントの冷却系用、その他の原子力
用、あるいは化学プラント用などに好適な補強リング付
ベローズに関するものである。
ベローズ補強リングに関しては、伸縮継手製造業者協会
規格（ Ｓ ｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｘｐ
ａｎｓｉｏｎＪｏｉｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ
Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，以下“ＥＪＭＡ規格”と略記
する）によるものが従来から知られていた。
この補強リングは、ペローズの自由長時における山頂上
内面もしくは谷底下面の曲率半径をＲ、リングの直径を
Ｄとしたとき、面に面接するように構成されていた。
このような補強リングを用いると、ベローズの耐圧性を
高めることができ、過大な圧力または変位がベローズに
作用した際にベローズの座屈を予防できるといった効果
がある。
しかしながら、このような形状のべローズだと、補強リ
ングを使用しない場合に比較してベローズ伸縮の際にベ
ローズ各山（谷）に局部的に大きな応力を発生させるこ
ととなり伸縮に対する寿命が低下するし、さらにはベロ
ーズのバネ反力が増加する（例えば２．５倍程度）ため
、ベローズの推力を受けるアンカーなどの強度もこれに
応じて増加させねばならないといった問題点がある。
本発明の目的は、従来のＢＪＭＡ規格による補強リング
付ベローズの長所を備えると同時に、その欠点を補うよ
うに改良された補強リング付ベローズを提供することに
ある。
以下、本発明について詳述する。
本発明に係る補強リング付ベローズは、断面がある曲率
をもって形成されている山部あるいは谷部を有する金属
材料製のべローズ本体と、前記山部あるいは谷部に設け
らわる補強リングとからなるベローズであって、前記補
強リングの断面形状は、前記山部あるいは谷部の頂部に
接する部分が、少なくとも円孤状を呈し、その径は前記
山部あるいは谷部の曲率半径より小さくなるように形成
されていると共に、前記補強リングは前記ベローズ本体
の自然長時に前記山部あるいは谷部の頂部に線接触する
ように設けられており、それによって前記補強リングは
前記ベローズ本体が圧縮されるときは、前記ベローズと
は接触せず、伸長されるときは前記山部あるいは谷部の
頂部と線接触するように構成さわている。
外圧を受けるベローズの場合には、第１図に示すように
補強リング２をベローズ１の山頂上内面に、また内圧を
受けるベローズの場合には、第２図に示すように補強リ
ング２をベローズ１の谷底外面に設ける。
これら各図におけるベローズ１と補強リンク２との接触
部分の詳細を第３図に示す。
ベローズ１の山頂上内面（谷底外面）の曲率半径をＲ、
補強リンクの断面直径をＤとすると、強リング２は山頂
上内面（谷底外面）に線接触する。
定義され、補強リングはベローズの山部内面（谷部外面
）に面接触する。
また、上記実施例では補強リングの断面形状は全て円形
であるが、ベローズに当接する部分が適正な曲率の曲面
になっていれば、例えば断面扇形のようなものでもよい
。
補強リングの断面直径Ｄとベローズの曲率半径Ｒとの最
適比率は、ベローである。
ベローズ並びに補強リングの材質は、一般に金属とし、
特別な実施例として液体ナトリウム配管系のような場合
にはステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４とするの
が好ましい。
製作方法としては、補強リングを周方向に数個に分割し
、それらをベローズの山部内面または谷部外面において
互に固定すればよい。
この際、補強リングはベローズ自然長時にベローズに線
接触するのみで、両者間には何ら固定関係があってはな
らない。
なお、この補強リングは、単層および多層いずれのべロ
ーズにも適用できることは言うまでもない。
次に、本発明の特徴と長所を解析結果に基づいて従来技
術と比較しながら説明する。
解析の対象となった本発明の補強リングおよびベローズ
の仕様を第１表に示す。
（１）耐圧性（耐座屈性） 第１表のべローズに補強リングを使用しない場合とＥＪ
ＭＡ規格の補強リングを使用した場合では、後者の方が
許容圧力は約２．５倍大きくなる（ＥＪＭＡ規格の計算
式による）。
本発明における補強リングは、ベローズの山部もしくは
谷部の変形を防止する意味ではＥＪＭＡ規格のそれと同
様な効果が期待できるため、許容圧力もほぼ同じになる
。
（２）ベローズ伸縮時の応力分布 ＥＪＭＡ規格の補強リングを用いたべローズと本発明ベ
ローズでは伸縮の際のべローズとリングとの接触状態が
異なるため、ベローズに発生する応力分布も互いに異な
る。
両者の接触状態に関する解析結果を第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄに示す。
同図はいずれも外圧を受けるベローズの場合であって、
図示していないが補強リングはベローズ１の山部１０の
内部に設けらｔている，符号１１は谷部、符号１２は補
強リングとの接触部を示す。
なお、接触部１２については、その範囲をより明瞭にす
るため、ハツチングを施しておく。
同図ＡぱＥＪＭＡ規格の補強リングを使用し、ベローズ
変位量を５０ｍｍ圧縮としたときを示しておシ、山頂上
内面と山部への変曲部とにおいて補強リングと接触する
。
同図Ｂは本発明ベローズを同じく５０ｍｍ圧縮した場合
を示しておシ、補強リングとは全く接触しない。
また、同図ＣはＥＪＭＡ規格の補強リングを使用し、ベ
ローズ変位量を５０ｍｍ引張りとしたときを示しており
、山頂上内面のかなりの面積にわたって補強リングと接
触する。
同図Ｄは本発明ベローズを同じ＜５０ｍｍ引張った場合
を示しており、山頂上内面で線接触する。
このように、本発明によれば、補強リングはベローズ圧
縮時にはベローズに全く接触せず、引張時にはベローズ
山頂上内面に線接触するのみであることが判明した。
第５図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは各ベローズについて応力レベル
を解析した結果を示す。
横軸の要素番号は第５図Ｅでベローズに付した符号に対
応．している。
符号５１は谷底、符号８１は山頂上にそれぞれ対応して
いる。
図中、実線で示す曲線（符号ａを付す）は本発明のべロ
ーズを、破線で示す曲線（符号ｂを付す）はＥＪＭＡ規
格の補強リング付ベローズを、一点鎖線で示す曲線（符
号Ｃで示す）は補強リング無しのべローズをそれぞれ示
している。
第５図Ａは、ベローズを５０ｍｍ圧縮したときのべロー
ズ外層外面の子午線方向応力分布を示す図、Ｂはそのと
きのべローズ外層外面の周方向応力分布を示す図、第５
図Ｃはベローズを５０ｍｍ引張ったときのべローズ外層
外面の子午線方向応力分布を示す図、Ｄはそのときのべ
ローズ外層外面の周方向応力分布を示す図である。
各図において応力レベルを示す線が鋭角的に描かれてい
るのは、有限な要素に区切って解析したことによる。
解析の結果、本発明品の場合、ベローズ圧縮時には補強
リングはベローズに全く接触しないため、応力分布は補
強リングを使用しない場合と同一で、その値はＥＪＭＡ
規格の補強リング使用時よりもはるかに小さい。
これに対してベローズ引張り時の応力レベルは、ＥＪＭ
Ａ規格の補強リング使用時と同様で、補強リングを使用
しない場合よりも大きいが、その値はベローズ圧縮時の
それよりも小さいため問題にはならない。
これらのことから、本発明のべローズは、ＥＪＭＡ規格
で示されているベローズよシもその最大応力を低減でき
るため、寿命が長くな．る。
（３）バネ反力 第４図に示す解析結果から、本発明のべローズでは、補
強リングはベローズ引張りの際に山頂上の内面に線接触
するのみで、圧縮の際には全く接触しない。
従って本発明ベローズ取付時の圧縮時バネ反力は、補強
リングを使用しない場合と同じで、ＥＪＭＡ規格の補強
リング使用時に比べてはるかに低い（第１表のべローズ
の場合約１／２．５）。
また、引張り時のバネ反力は、補強リングを使用しない
場合より大きいが、ＥＪＭＡ規格の補強リング使用時よ
りも小さい。
以上のことから、本発明のべローズだとＥＪＭＡ規格の
補強リングを用いた場合に比べてアンカーなどベローズ
周辺の強度部材を簡略化することができる。
第２表はベローズの圧縮時バネ反力の比較を示したもの
である。
本発明は上記のように構成されているから、従来のＥＪ
ＭＡ規格による補強リングの長所、すなわち耐圧性を高
めることができ、過大な圧力または変位が作用した際に
座屈が生じるのを防ぐことができるという長所を備える
と同時に、その欠点を補うよう改善できる、すなわち補
強リングを使用しない場合と同程度の寿命を得ることが
でき、バネ反力も補強リングを使用しない場合と同程度
に低くすることができるといった効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図はそれぞれ本発明の一実施例を示す説明
図、第３図はその部分詳細図、第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは
それぞれベローズと補強リングとの接触状況を示す説明
図、第５図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれベローズ各部にお
ける応力分布を示すグラフ、第５図Ｅはそれらベローズ
の各要素位置を示す説明図である。 １・・・・・・ベローズ、２・・・・・・補強リング。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 断面がある曲率をもって形成されている山部あるい
    は谷部を有する金属材料製のべローズ本体と、前記山部
    あるいは谷部に設けられる補強リングとからなるベロー
    ズであって、前記補強リングの断面形状は、前記山部あ
    るいは谷部の頂部に接する部分が、少なくとも円孤状を
    呈し、その径は前記山部あるいは谷部の曲率半径より小
    さくなるように形成されていると共に、前記補強リング
    は前記ベローズ本体の自然長時に前記山部あるいは谷部
    の頂部に線接触するように設けら扛ており、それによっ
    て前記補強リングは前記ベローズ本体が圧縮されるとき
    は、前記ベローズとは接触せず、伸長されるときは前記
    山部あるいは谷部の頂部と線接触することを特徴とする
    補強リング付ベローズ。
JP54156689A 1979-12-03 1979-12-03 補強リング付ベロ−ズ Expired JPS587863B2 (ja)

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FR8025422A FR2471525A1 (fr) 1979-12-03 1980-12-01 Piece de dilatation en soufflet avec anneaux de renforcement
DE19803045641 DE3045641C2 (de) 1979-12-03 1980-12-03 Faltenbalg

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