JPS607155B2 - 耐疲労性取付具とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐疲労性のすぐれた、比較的小型の高圧用取
付具に関するものであり、そして特に高圧配管のフラン
ジの付いた管部分の間で計装用タップ兼接続密封リング
として機能する、複合シェル構造の一体取付具に関する
。

また本発明は該取付具の耐疲労性を最大にし、その製造
コストを抑えるのに役立つ特別の製造技術も含む。高圧
装置における疲労破壊は、圧力変動がいまいま生じる場
合には特に有名な、一般的問題である。

大きい周期的圧力変動が見られる一つの代表的分野はエ
チレンの高圧重合操作である。高圧エチレン重合に使用
される最も一般的な形式の装置は管状反応器である。

これは厚い壁でできた長い管が直列に相互接続されたも
のである。この厚い壁でできた管に何らの損傷を与える
ことないこ、その長さ方向に沿った何点かの位置で反応
領域に横から入ることおよび側部アクセスを可能にする
ために、管の隣り合う部分のフランジの付いた端部の間
に大重量の接続ブロックを設けることが従来は行なわれ
た。フロックの側壁に穴をあげて作られた熱電対アクセ
スボートに応力集中効果が生じるために、使用中に疲労
割れが生じることのないように、この従来の接続ブロッ
クの壁は特別に厚くしなければならなかった。本発明の
目的は、フランジの付いた警部分の間の継手のための計
装タップ※接続密封装置の両機能を合わせ持つ、改良さ
れた高圧用取付具を提供することである。

これに関連したもう一つの目的は、重量および寸法があ
まり大きくなることなしにすぐれた耐疲労性を有するそ
のような取付具を提供することである。もう一つの目的
はそのような取付具を作るための方法で、寸法精度を最
大にし、欠陥と無駄を最小にするような効率のよい方法
を提供することである。

その他の目的および利点は本発明についての以下の詳細
な説明から明らかになるであろう。本発明に従えば、上
述の型式の改良された耐疲労性取付具は２個の同じ状厚
肉円筒シェルから成る複合シェル構造という特徴をもっ
ている。２個の円筒シェルは外側シェルが内側シェル上
に焼ばめされるという形でしまりばめ状態になっており
、該内側シェルには「その中央部近くに１個または２個
の半径方向穴がある以外はねじ部分もその他の応力集中
点も設けられていない。

該穴は横からの入口、熱電対プローブの挿入口などに利
用される。各々の半径方向穴に同心状に隣接して、ねじ
を切られた半径方向閉口が該外側シェルを貫通して設け
られていて、ねじ付き保持手段（たとえば熱電付プロー
ブのための保持手段）またはねじ付き接続手段（たとえ
ば円筒内の反応剤の一部を蒲集するための接続手段）を
取り付けられるようになっている。このために該ねじ開
□の直径は、単に熱電対プローブを通しまたは反応剤の
通路を構成する該半径方向穴の直径よりも大きくなって
いる。しかしながら円筒シェルの強度を確保するために
該ねじ関口の直径は該外側シェルの長さの数分の一、す
なわち半分より実質的に小さくなっている。このような
取付具を製造するための好ましい方法では、外側シェル
に設けられる半径方向ねじ閉口は、該外側シェルを該内
側シェル上に暁ばめする前に穴あげとタップ立てを完了
する。

直径の小さい半径方向穴は、暁ばめ後に各半径方向ねじ
関口に同Ｄ状に隣接するように該内側シェル上に穴あげ
される。出来上った焼ばめ型二重シェルアセンブリの耐
疲労性は、アセンプ川こ内部オートフレッテ ー ジ
圧力処理（ａｕｂｆｒｅ比ａｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｔｒ
ｅａｔｍｅｎｔ）を施すことによって一層高められる。
本発明とその具体的実施例における詳細な構成は添付図
面を参照しながら以下の説明を読むことによって十分に
理解されるであろう。

第１図には２個の側部アクセスタップを有する簡単な取
付具の基本的な複合円筒構造が図示されている。

この取付具は厚肉の内側円筒１０および円筒１０上に同
Ｄ状に焼ばめされた、厚肉の外側円筒１２から成る。“
厚肉の”円筒という用語は通常は壁の厚さがその内径の
約１０％より大きい円筒を指して使用されるが、本発明
では外径が内径より少なくとも４０％は大きい円筒を使
用することが好ましい。該内側円筒１川こはねじ部がな
く、そして半径方向穴１４以外には応力集中部分がない
。十分に大きい直径を有する、ねじを切られた閉口１６
が該穴１４に隣接して車由心が一致する形で外側円筒１
２を貫通して設けられている。開□１６はアクセス取付
具または計装装置を取り付けて、それらを内側円筒１川
こ対して密封接触するように保持するのに使用される。
開ロー６は、アクセス取付具または計装装置を取り付け
た際の密封を確保するために、寸法が一様でかつ欠け目
やくぼみのないように完全にねじが切られている。第２
図に図示した取付具は実質的には同じ全体的構造を有し
ていて、第１図にすでに使用した、対応する参照番号に
よって指示した要素の同じ基本的配列から成る。しかし
取付具の各端部および各側部アクセスタップにおける密
封を一層強化するために僅かに形状の修正が施されてい
る。すなわち内側円筒１０の外周面上に浅い広角（すな
わち１００度以上）の円錐形の座１ ５（好ましくは全
体で１２０度〜１５０度の間）が各半径方向穴１４と同
心状に設けられており、そして複合円筒体の各端面１１
がゆるやかなテーパ状になっていて、好ましくは約１２
０度〜１７０度の円錐角に対応する凸状の円錐台形状を
形成している。第３図および第４図にも、これまでと同
じ参照番号によって指示された基本要素の同じ配列から
成る同様な取付具が図示されている。

この取付具の主たる修正箇所は厚肉の外側円筒１２が内
側円筒１川きどは長くないことである。すなわち取付具
の両端部に該内側円筒の短いボス状突起が残る形になっ
ている。これらの突起は相互接続されるフランジ付き高
圧管部分の間にこの取付具を組込むときの位置合わせ案
内手段として使用される。したがってこれらの突起は両
方合わせても取付具の全長のうちのほんの僅かの部分、
たとえば通常は約１／３足らずを占めるに過ぎない。い
ずれにしても、出来上った複合厚肉円筒取付具の応力分
散と耐疲労性をすぐれたものにするには、半径方向穴１
４の直径に対する厚肉外側円筒１２の長さの比を常に少
なくとも約６′１、好ましくは少なくとも６′１にすべ
きである。第３図および第４図に図示したもう一つの有
利な、しかしオプションの修正箇所は「内側円筒１０の
内周面上で半径方向穴１４にゆるやかな丸みのある縁１
３が設けられていることと「小さい「隔離された逃げ穴
またはスロット亀７が開□１６のねじ部を垂直に貫いて
伸びていて、座１５から漏れる僅かの流体のための逃げ
道を形成していることである。

丸みのある縁１３によってこの領域における応力集中に
起因するクラックの発生が防止される。第５図および第
６図は第３図および第４図に図示した修正形に類似した
取付具のもう一つの実施例を示す。

これらの実施例は「外側円筒の壁の厚さをその両端で薄
くすることによってボス状突起１８の外径を容易に変え
得る様子を示すものである。第６図に示すように、一方
の端部１８′に形成されるボス状突起の外径を反対側の
端部１８″におけるそれより大きくすることができ、こ
のために異なる直径を有する管部分を接続するのにこの
取付臭を利用することができる。また第６図にはもう一
つのオプションが示されている。すなわち側部アクセス
閉口が２つではなく、一つだけ設けられている。本発明
の取付具は通常は高級合金鋼のような高強度金属によっ
て作られる。

製作プロセスの重要な点は、内側円筒とこれに焼ばめさ
れる外側円筒との間に一様なしまりばめを生じさせるこ
とである。このためには内側円筒の外側と外側円筒の内
側とが真に同ｂ状で滑らかであり、該内側円筒の外径が
与えられた温度では該外側円筒の内径よりも実質的に一
様に数分のーパーセントだけ大きくなればならない。主
なる対象となる金属の場合は、良好なしまりばめを生じ
るための該直径の適切な差は約１／１０〜３／１０％の
範囲にある。この程度の差があれば円筒間に十分な圧縮
力が得られるとともに、外側円筒の内部に内側円筒が滑
り込むように外側円筒を拡げるために外側円筒を過度に
加熱する必要はない。外側円筒を該内側円筒上に暁ばめ
する前に外側円筒の側壁を貫通するすべての予定の半径
方向ねじ開□の穴あげとタップ立てを行い、該内側円筒
の側壁上の半径方向穴の穴あげとそれに関連した加工作
業は焼ばめ作業が完了する後まで延ばすことによって、
すべての製造工程は大幅に簡単化される。

このような作業手順を踏むことによって、外側円筒のね
じ付き開□と内側円筒の隣接した半径方向穴との間の所
望の同０関係を達成する際の困難さは最少で済む。高強
度合金鋼を使用し、上述した製造工程に従うことによっ
て、内径が一般に約１〜２インチ（約２５．４〜５０．
８脚）の範囲にある種々の大きさの、耐疲労性のすぐれ
た取付具が作られる。

このような取付具に使用される内側円筒の対応する外隆
は約１．５〜４インチ（約３８．１〜１０１．６柳）で
あり、外側円筒との間に所望のしまりばめを生じるため
に１インチ（約２５．４側）の約２′１０００〜１０ノ
１０００の直径差を有する。この場合に、該内側円筒の
外面と該外側円筒の内面とが通常の機械加工による仕上
げより滑らかであればすぐれた結果が得られる。したが
ってこれらの面の寸法の最終的調整を行なうにあたって
、ホーニングまたは研削技術を使用して最大粗さが約１
６マイクロインチ（約０．４ミク。ン）になるようにす
ることが好ましい。上述した二重円筒製造技術によって
耐疲労性のすぐれた、強い、耐久性のある取付具が得ら
れるが、その理由は次の通りである。

疲労割れの発達は引張り応力の領域において生ずる表面
現象であって、割れの先端の引張り応力が周期的な応力
のピークにおいて材料の引裂きを生ずる程充分に高くな
った時に生ずる。こ重円筒の焼きばめ効果によって圧縮
応力が生じ、これが上記引張り応力に逆の作用を及ぼす
。その結果割れの発達が抑えられ、耐疲労性が向上する
のである。さらにまた、この複合円筒取付具にオートフ
レツテージ処理を施すことによって、圧力が高くて鋭く
変動するような極度の疲労条件のもとでの寿命をさらに
改善することが可能である。この処理は複合壁構造の部
分的降状または袷間加工を開始させるのに十分な大きさ
の内部圧力を付与することを含んでいる。そのようなオ
ートフレツテージ処理を施すときは、取付具を所望の取
付臭長さより長い円筒から作ることが好ましいことがわ
かった。

すなわち両端部はオートフレッテージ圧力を内側にかけ
るために必要な密封接続を形成するのに使用されるもの
であって、この後でこれらの端部は切り離して棄てられ
る。この結果、オートフレツテージ処理を受けて出来上
った取付具は無傷で、構造上の損傷または欠陥をもたな
い。しかし一時にただ１個の取付具だけを作る代わりに
、厚肉の十分に長い円筒を上述の工程の中に採用して、
この十分に長い円筒を最終的にはいくつかの個々の取付
具に分割するという方法をとるとコストの面から非常に
有利である。

そしてこのことはオートフレッテージ処理を施す場合に
は特にあてはまる。というのはオートフレツテージ用圧
力に対する密封接続を形成するために使用される排棄端
部の形で失われる材料の量が減るからである。この多重
ユニット製造技術の詳細は第７，８および９図を参照す
ることによって一層良く理解されるであろう。第７図に
図示した厚肉外側円筒２４の長さは、４個の個々の取付
具の長さより直線方向寸法“Ｅ，”および‘‘Ｅ２”に
よって示す排棄端部を形成するのに十分な長さだけ長く
なっている。該円筒２４の中央部分はその上側側壁を貫
通して完全にねじの切られた４個の開ロー６および１６
′を有する。

これらの開口は互いに等間隔に隔てられていて、それぞ
れの関口のねじを貫いて逃げ穴またはスロット１７およ
び１７′が走っている。中央の２個の開口１６′の直径
方向反対側で下側側壁に同様なねじ付き半径方向開ロー
６″と「これに組み合わされたねじ山沿いの逃げ穴また
はスロット１７″とが設けられている。これに対応して
、第８図は該厚肉外側円筒２４を暁ばめするための厚肉
内側円筒２２を示している。したがつて円筒２２は円筒
２４と実質的に同じ長さであり、その外径は一様で、同
じ温度では円筒２４の内径より千分の数ィンチ（百分の
数肋）だけ大きくなっている。また円筒２４の内面と円
筒２２の外面は粗さ測定で約１６マイクロインチ（約０
．４ミクロン）以下となる滑らかな仕上げになっている
。最後に第９図は完成したアセンブリを示すものであっ
て、これは円筒２２が内部に滑り込むように円筒２４を
熱膨張させ、次に円筒２４が円筒２２上に圧縮焼ばめさ
れるように円筒２４を熱収縮させ「次に半径方向穴１４
，１４′および１４″と、これらに組み合わされた浅い
円錐座１５，１５′および１５″とを該内部円筒２２に
加工することによって作られる。

もし希望するならば、排棄部分“Ｅ，”および“Ｅ２”
に圧力密封用接続具を取り付け、閉口１６，１６′およ
び１６″の中にねじ係合されたグランドナットによって
所定の位置に保持された取りはずし可能なプラグ材によ
って側部アクセス開□を密封することによって、第９図
の完成したアセンブリにオプションのオートフレッテー
ジ処理を理想的に施すことができる。

この多重ユニット製造技術の最終段階として「第９図に
示したアセンブリはその上に図示した点線に沿って切断
され、（排棄用端部Ｅ，およびＥ２を棄てた後で）４個
の個々の取付臭が得られる。

すなわち側部アクセスタップが１個だけの取付具が２個
と、そのようなアクセスタップが２個ある取付具が２個
得られる。各取付具の形状は明らかに随意に変えること
ができる。また多重ユニットアセンブリから得られる個
々のアセンブリの個数もいろいろあって、最小は２個か
ら始まって、最大個数は焼ばめ操作および他の上述した
製造技術で扱うことのできる円筒の全長に対する個々の
ユニットの寸法によって決まる。最も好ましい寸法範囲
では、この方法によって一般に可能なアセンブリの長さ
は６個の取付具を生じるようにしても位置合わせの困難
は生じない。本発明の取付臭は通常フランジの付いた２
本の管部分の間に取付けられる。

又フランジの付いた警部分と接続ブロック、弁本体、容
器本体又は容器の頭部等との間に取付けることもできる
。第１０図に示す例では、取付具Ｆはフランジ３１′の
付いた管部分３１とフランジ３２′の付いた警部分３２
の間にボルト、ナット（図示しない）を用いて締め付け
固定されている。第１１図においては、取付臭Ｆはフラ
ンジ３１′の付いた警部分３１と容器本体３３の間にボ
ルトナット（図示しない）によって締め付け固定されて
いる。このようにして取付けられた取付具は接続密封リ
ングとして機能すると同時に、熱電対、圧力ゲージ、液
体噴出管等を取付けるためのタップを提供する。本発明
をその好ましい実施例に関連させて詳細に説明してきた
ので、その原理は明瞭になったであろう。したがって特
許請求の範囲は、当業者には明白な等価物および変形を
表わす、本発明のすべての修正形および等価物にあては
まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された２個の側部アクセス
タップを有する基本的取付具の軸線に沿った断面図であ
る。 第２図は両端部と側部アクセスタップの所に特別な形状
の密封面が設けられている同様な取付具の断面図である
。第３図は内側シェルが両端で外側シェルより先まで伸
びている点を除仇ま第２図に図示した構成に本質的に対
応している取付具の断面図である。第４図は第３図の取
付具の線４−４に沿った断面図である。第５図は第３図
および第４図に図示した取付具と最終的にはほぼ同じ形
状になっているが、外側シェルの外側部分を両端部で短
い距離にわたって除去することによって作られている取
付具の鞠線に沿った断面図である。第６図は側部アクセ
スタップが１個だけしか設けられていないことと、外側
シェルの厚さの減った量が両端部で異なっている点を除
けば第５図に図示した取付具と同じ性格を有している取
付具の断面図である。第７図は数個の個々の取付具に分
割できるだけの十分な長さを有する厚肉円筒の軸線に沿
った断面図であって、完成した取付具でアクセスタップ
として機能するように適切に位置している半径方向ねじ
閉口の代表的分布模様を示している。第８図は第７図に
図示したものと実質的に同じ長さを有して、その外径が
第７図の該円筒の内径よりほんの僅かに大きくなってい
るもう一つの厚肉円筒の軸線に沿った断面図である。第
９図は第８図の円筒上に第７図の円筒を暁ばめして、第
７図の円筒上の半径方向ねじ閉口に対して同０状になる
ように小さい半径方向穴を第８図の円筒に貫通させるこ
とによって作られたアセンブリの断面図である。第１０
図および第１１図は本発明の取付具の取付け例を示す断
面図である。１０および２２…・・・内側円筒、１２お
よび２４・・…・外側円筒、１４・・・・・・半径方向
穴、１５・・・・・・座、１６・・・ねじ閉口、１８・
・・・・・ボス状突起。 〆ソＧ／′ｆ／○．２ ‘′Ｇ３ ‘ンＧ．４ ‘ソＧク 打ンＧ夕 Ｆ／Ｇ７ ｆ／Ｇ．ａ Ｆノ○９ ＦノＧソ。 Ｆ／○．〃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧配管の各管部分を接続するのに使用される、耐
   疲労性のすぐれた計装タツプ兼密封リング装置にして、
   ２個の同心状の厚肉円筒シエルを具備し、その外側シエ
   ルが内側シエル上に焼ばめされていて、該内側シエルに
   は、そのほぼ中央部に横からの入口または計装プロープ
   などの挿入に適した１個または２個の半径方向穴がある
   以外はねじ部分もその他の応力集中点もなく、各々の該
   半径方向穴に同心状に隣接してねじ切られた、側部保持
   または接続手段を取り付けるための半径方向開口が該外
   側シエルを貫通して設けられていて、該ねじ開口の直径
   が該半径方向穴の直径より大きいが、該外側シエルの長
   さの半分よりも実質的に小さいことを特徴とする計装タ
   ツプ兼密封リング装置。 ２ 該内側シエルの外周面上に該半径方向穴の各々に同
   心状に浅い円錐座が形成されている特許請求の範囲第１
   項記載の計装タツプ兼密封リング装置。 ３ 該厚肉外側シエルの長さが該内側シエルの長さより
   いく分か短かくなっていて、、しかし該内側シエルの最
   大半径方向穴の直径の少なくとも約６倍はある特許請求
   の範囲第１項記載の計装タツプ兼密封リング装置。 ４ 該内側シエルに２個の半径方向穴があり、これらが
   互いに直径方向のほぼ反対側に位置している特許請求の
   範囲第３項記載の装置。 ５ 各々の該厚肉円筒シエルの外径がその内径よりは少
   なくとも４０％は大きい特許請求の範囲第１項記載の計
   装タツプ兼密封リング装置。 ６ 該内側シエルの各端部が約１２０度〜約１７０度の
   円錐角に相当する円錐台形状になっている特許請求の範
   囲第５項記載の装置。 ７ 該厚肉外側シエルが該内側シエルの外面と実質的に
   同じ広がりをもっている特許請求の範囲第６項記載の装
   置。 ８ 該外側シエルの端部も該内側シエルの端部の該円錐
   台形状にほぼ連続する円錐台形状になっている特許請求
   の範囲第７項記載の装置。 ９ 該厚肉外側シエルが該装置のいずれの端部にも外径
   の小さくなった短いボス状突起を残した状態で該内側シ
   エルの外面より短くなっている特許請求の範囲第６項記
   載の装置。 １０ いずれの端部にも設けられた該ボス状突起の外径
   が互いに相当異なる特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１ 耐疲労性のすぐれた、複合円筒形の、計装タツプ
   兼管継手取付具を作るための方法にして、小さい方の厚
   肉円筒の外径が大きい方の厚肉円筒の内径より数分の一
   パーセントだけ大きくなるように実質的に一様な直径寸
   法を生じさせるために大きい方の円筒の内面と小さい方
   の円筒の外面の一方または両方を加工し、大きい方の円
   筒の側壁を貫通する半径方向ねじ開口をすべて計画通り
   に完全に穴あけおよびタツプ立てし、大きい方の円筒の
   内面と小さい方の円筒の外面との間に約１／（１０）〜
   約３／（１０）％のしまりばめが生じるようにしたまま
   で大きい方の円筒の内面と小さい方の円筒の外面の両方
   を１６マイクロインチ（約０．４ミクロン）またはそれ
   より滑らかな仕上面になるようにホーニングし、大きい
   方の円筒の内径が小さい方の円筒の外径より大きくなる
   まで大きい方の円筒を加熱し、加熱された大きい方の円
   筒の中に小さい方の円筒を挿入し、大きい方の円筒が小
   さい方の円筒の外面上に焼きばめ状態になるように大き
   い方の円筒を冷却し、そして次に大きい方の円筒の穴あ
   けされ、タツプ立てされた各開口と軸心が一致するよう
   に、小さい方の円筒の壁を貫通する小さい、滑らかな穴
   と、小さい方の円筒の外周面上でこの小さい穴を囲む浅
   いテーパ状の座とを加工することを含む方法。１２ 耐
   疲労性のすぐれた、複合円筒形の、計装タツプ兼管継手
   取付具を作るための方法にして、小さい方の厚肉円筒の
   外径が大きい方の厚肉円筒の内径より数分の一パーセン
   トだけ大きくなるように実質的に一様な直径寸法を生じ
   させるために大きい方の円筒の内面と小さい方の円筒の
   外面の一方または両方を加工し、ここにおいて該厚肉円
   筒が一時的な圧力シールを形成するのに使用される排棄
   部分を各端部に形成するために完成した取付具に望まれ
   る長さより十分に長くなっており、大きい方の円筒の側
   壁を貫通する半径方向ねじ開口をすべて計画通りに完全
   に穴あけおよびタツプ立てし、大きい方の円筒の内面と
   小さい方の円筒の外面との間に約１／（１０）〜約３／
   （１０）％のしまりばめが生じるようにしたままだ大き
   い方の円筒の内面と小さい方の円筒の外面の両方を１６
   マイクロインチ（約０．４ミクロン）またはそれより滑
   らかな仕上面になるようにホーニングし、大きい方の円
   筒の内径が小さい方の円筒の外径より大きくなるまで大
   きい方の円筒を加熱し、加熱された大きい方の円筒の中
   に小さい方の円筒を挿入し、大きい方の円筒が小さい方
   の円筒の外面上に焼きばめ状態になるように大きい方の
   円筒を冷却し、大きい方の円筒の穴あけされ、タツプ立
   てされた各開口と軸心が一致するように、小さい方の円
   筒の壁を貫通する小さい、滑らかな穴と、小さい方の円
   筒の外周面上でこの小さい穴を囲む浅いテーパ状の座と
   を加工し、そして次に一時的にアセンブリの両端部およ
   びすべての壁開口を圧力密封状態に維持ししておいてア
   センブリの内側に適当な内部圧力をかけることによって
   アセンブリのオートフレツテージ処理を行い、次に該排
   棄部分を切り離すことを含む方法。 １３ 該オートフレツテージ処理の際にかけられる内部
   圧力が複合壁構造に非弾性歪を生じさせ、部分的降状ま
   たは冷間加工を開始させるのに十分な大きさである特許
   請求の範囲第１２項記載の方法。 １４ 該円筒の該排棄端部の間の長さが、完成した個々
   の取付具に望まれる長さの少なくとも２倍、好ましくは
   数倍になっていて、このために該排棄端部を除去し、該
   アセンブリの残りの部分を隣り合う壁開口のほぼ中間の
   点で切断することによって少なくとも２個の個々の取付
   具が得られるようになっている特許請求の範囲第１２項
   記載の方法。