高圧容器でよく用いられるシール構造－考察

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高圧シール構造のシール性能は、容器の使用安全に直結するものであり、全高圧容器の中核部分です。そのシール構造の設計が科学的かつ合理的かどうかは、容器の正常な使用に影響を与えるだけでなく、使用の信頼性や安全性にも大きなリスクをもたらします。 　 　高圧密封構造の設計を行う際には、容器が使用される環境を含む様々な影響要因を総合的に考慮する必要があります。例えば巨大な圧力や高温、さらには温度の変動が激しい状況下でも、容器が安全に使用でき、その密封性能が確保されなければなりません。また、適切な密封信頼性を備えるだけでなく、構造はできるだけシンプルでなければならず、これにより日常の取り付けやメンテナンス、分解が容易かつ迅速に行え、点検もしやすくなります。 　　密封構造の加工精度や表面の滑らかさはそれほど高くないものの、密封部品の材質は媒体による腐食に耐え、何度も繰り返し使用できる強度を持っていなければならない。生産や生活におけるますます高まる要求に応え、さまざまな生産要件を実現するためには、より高い圧力に耐えられるカバーのシール構造が急務となっている。 　　1 いくつかの伝統的な高圧容器のトップカバー密封構造の分析と欠陥　　1.1 平らなワッシャーによる密封　　金属製の平らなワッシャーを用いた密封は、市場でよく見られる密封構造です。これは強制密封方式に属し、その密封原理は比較的単純で、予圧と作動圧力によって圧力密封が実現されます。ここでの予圧および作動圧力は、筒体の端部にある大きなフランジ上のメインボルトの圧力によって生じます。構造の予圧力の強度に影響を与える主な要因は、ワッシャー材料の降伏強度であり、さらにワッシャーの幅も重要な影響因子です。金属平垫シールの最大の利点は、構造がシンプルであることで、組み立てにかかる時間や手間が削減されます。また、加工設備に対する要求も低く、長年の発展により加工技術もかなり成熟しています。金属製の平らなワッシャーは適用範囲が狭く、200℃未満の温度、32MPa未満の圧力、かつ容器の内径が800mm以下の環境でのみ使用されるため、適用可能な環境は比較的限られている。圧力が上昇したり、より大きな圧力をかける必要がある場合には、ボルトを調整・改良し、構造サイズを大きくする必要があり、それによってシール構造の複雑さも増す。同時に、構造自体や容器全体の重量も増加し、構造の複雑さは取り付けや取り外しに多くの手間をもたらす。 　　1.2 二重円錐シール　二重円錐シールは、メインボルト構造をそのまま活かした改良型のセミオートクレーブシール構造であり、シール面は2つの半円形または三角形の溝が組み合わさった構造となっている。その密封原理は、容器内部の高圧・高温環境下で、二重円錐形のリングが加熱によって膨張し、弾性的に変形することで、密封面の圧力が高まるというものです。この構造のシールパッド材質は軟鋼とステンレス鋼であり、シール面の形状は円錐面であるため、高圧環境下では二重円錐リングが半径方向に外側に拡張し、それによって**シール面のシール比圧が高まり、製造に必要なシール効果が得られる。二重円錐形シールは環境への耐性が高く、使用環境も幅広く、特に過圧、極高温環境、および大径範囲での使用に適しています。また、このシール構造は比較的単純で、加工や組み立てが容易であり、加工精度の要求も高くない。環境が変化した場合には、必要に応じて短時間で構造を調整することができる。この構造の欠点は、ボルトの予圧力と軸方向力に高い要求があること、密封効果を得るために大きな密封圧力をかける必要があること、そして構造部品が大きくて複雑であることです。 　　1.3 B型リングシール　B型リングシールは高温環境に対する耐性が非常に高く、過酷な環境下でもシール性能は安定した信頼性と安全性を維持します。B型リングシールは自己密着型のシール構造であり、接続部の剛性がそれほど高くなく、またシール性能は環境圧力や温度と一定の正の相関関係にある。圧力が高く、直径が大きいほど、構造のシール性能は向上する。B型リングによるシールの初期圧力は、B型リングの波形部分と筒体や蓋部にあるシール溝との間の半径方向の過剰な圧力によって予備シールが実現されるため、シールリングの加工精度が非常に高く求められます。このため加工技術に高い要求が課せられ、製造が困難になります。また、取り外しが不便であるため、後のメンテナンスが難しくなり、接触面が傷つきやすくなります。 　　2 D形ボルト接続C形リング高圧シール装置　D形ボルト接続C形リング高圧シール装置のトップカバーは筒体端部のフランジ内に設置され、トップカバーの直径と厚さを小さくしながらも、全体構造のコンパクトさと構造強度において依然として優れた性能を発揮する。D字ボルトによって接続されるC字型リング式の高圧シール装置のトップカバーは、エンドフランジの内側と同じ高さにあります。D字ボルトの接続用穴の1/4周分は加工時にエンドフランジ上に配置され、トップカバーとエンドフランジの間の隙間には、「偏心」して取り付けられたD字ボルトが均等に配置されています。天井板と端部フランジには、C字型リングおよびプレッシャーパッドの取り付けスペースとして一定の隙間が設けられている。 　　D字ボルト接続式C字リング高圧シール装置は、媒体の内圧によってC字リングが自己密封作用を発揮し、予圧ネジの調整圧縮力を高める。構造の取り付けを行う前に、天井板上のすべてのD字ボルトを緩め、フランジ部に天井板コンポーネントを挿入し、軸方向および周方向に位置決めを行うことが重要です。天井蓋と端部フランジの取り外しが比較的簡単な場合は、D字ボルトを逆方向に約90°回転させるだけで端部フランジ内の天井蓋コンポーネントを取り外すことができ、他の油圧レンチなどの補助ツールを必要とせずに容器の天井蓋を迅速に取り付けたり取り外したりできる。また、D字ボルトは構造がシンプルで、部品の加工の難易度や精度の要求も低く、幅広く利用されており、化学工業やエネルギーなどの各分野における高圧・超高圧容器のシール装置など、多くの場面で活用されている。 　　3 O型ゴムリングを利用した新規高圧シール構造　三重シール方式のO型ゴムリングは、2つのシール溝内に設置され、筒壁と共に機能し、ゴムリングは平らな蓋の周囲に配置される。平らな蓋のせん断抵抗用リングは、等分された扇形のリング片と側面が平行な円形のリング片が交互に配列されて構成されており、各扇形のリング片および円形のリング片の半径方向にはネジ穴が設けられている。放射状シールはサイズチェーンによって予圧シールの圧縮率を高め、放射状3重シールの信頼性を向上させる；支持枠上の半径方向のシールと軸方向の2つの方向のシールにより、シール構造が完全に密閉される。