2018 Fiscal Year Research-status Report
高温下で複合荷重を受けるガスケット付きフランジ締結体の漏えい防止対策の確立
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17K06134
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| Research Institution | Numazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
小林 隆志 沼津工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10161994)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ガスケット / フランジ締結体 / 漏えい / 高温 / 複合荷重 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学プラントなどで使用される配管系のガスケット付きフランジ締結体は，高い内圧と高温の温度条件下で使用される。フランジ締結体では，温度変化による配管の熱膨張・収縮による配管軸方向の荷重に加えて，自重や地震などによる曲げ荷重も考慮する必要がある。研究実績の概要は次の通りである。
【(1) 高温におけるガスケット特性試験】 現有の高温ガスケット試験装置を用いて，PFTE（四ふっ化エチレン）系ガスケットを対象として，変形特性測定を実施した。PTFE系ガスケットは温度が上昇すると軟化してフランジ面間を流動することが明らかにした。
【(2) 配管試験体の複合荷重負荷試験】 この試験装置の特徴は，材料試験機などの大がかりな設備を使用することなく，簡易な油圧シリンダーを利用した負荷装置により，配管試験体に，引張りと曲げの複合荷重を作用させることができることである。試験体からの漏えいを，マスフローメーターを用いて高い感度で計測する方法をテストし，その有効性を確認した。漏えいに与える配管に作用する軸方向荷重と曲げ荷重の複合荷重の影響を実験的に明らかにした。結果は国内学会で発表するとともに，日本高圧力技術協会の「圧力設備のシーリング技術研究委員会」で発表し，化学メーカー及びガスケットメーカーの技術者との意見交換を実施した。
【(3) フランジ締結体の漏えい開始の推定方法の確立】 ガスケット付きフランジ締結体の力学系に含まれるボルト，フランジ及びガスケットの熱膨張及び力による変形を考慮して，温度条件を考慮したフランジ締結体のボルト軸力の推定のための簡易モデルの検討を行った。有限要素解析により，漏えいに与えるガスケット面圧，ボルト軸力変化などの影響を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成30年度実施予定であった， (1) 高温におけるガスケット特性試験，(2) 配管試験体の複合荷重負荷試験，(3)フランジ締結体の施工・維持管理方法の確立，及び(4) 試験方法の規格化の４点について，全体としては，遅れ気味の実施状況である。
(1) 高温におけるPTFE系ガスケットの試験では，漏えい量の測定が困難であり，新しい方法を検討中である。
(2) 配管試験体に対して，安定して引張りと曲げの複合荷重を作用させられる複合荷重負荷装置を完成させた。感度のよい漏えい開始判定のため，測定系の設計・製作を行った。試験環境はほぼ整った。加熱可能なステンレス製の配管試験体を製作したが，ヒーター取り付け孔の影響で，密封特性が大きく低下した。別の加熱方法を用いる必要がある。
(3),(4) フランジ締結体の有限要素解析を実施し，複合荷重によるガスケット面圧，ボルト軸力の変化などの影響を明らかにした。簡易モデルによる漏えい判定方法はほぼ確立しているので，結果を総合してフランジ締結体の施工・維持管理方法としてまとめることが必要である。また，規格化を進める必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) ヒーターによる加熱を引き続き試みるが，配管試験体の加熱が困難であるので，まずは常温で複合荷重を受けるフランジ締結体の漏えい特性を明らかにする。
(2) 漏えいに影響する因子（ガスケット面圧・圧縮量，ボルト軸力）などを有限要素解析により明らかにするとともに，材料力学に基づく簡易解析法を確立する。
(3) 漏えいを発生させないフランジ締結体の締付け管理方法を検討する。
(4) 研究成果を公表するとともに，フランジ締結体の締付け管理方法の規格化を検討する。
専攻科学生に実験補助を依頼し，以上の検討を推進する。
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| Causes of Carryover |
ヒーターによる加熱可能なステンレス製の配管試験体の製作において，試験中に計画したヒーター加熱が困難であったことにより，高温試験関係予算の執行がなかったことが主な理由である。
今年度は繰越額を加熱ヒーター関係の費用に充てる。関連研究の発表のために国内の学会，海外における国際会議に出席するための費用，実験補助費などを支出する。
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