JP3825556B2 - バルブパッキン試験装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発電所等において使用する高温高圧用バルブのバルブパッキンの性能を評価する試験装置に係わり、特にバルブパッキンの性能を正確に評価し得るバルブパッキン試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の試験装置は、例えば図７に示すように、圧力容器１０１の両側に押さえフランジ１０８を介してバルブパッキン２３がそれぞれセットされ、シャフト１０２とシリンダ１０３間にロードセル１０４が配設されると共に、圧力容器１０１の外側には昇温用のヒータ１０５が配置されている。また、圧力容器１０１には給水タンク１０６から昇圧ポンプ１０７を介して高圧水が供給される如く構成されている。そして、シリンダ１０３の作動によりシャフト１０２を直線運動させ、両側のバルブパッキン２３とシャフト１０２の摩擦抵抗の合計値をロードセル１０４で測定することによって、バルブパッキン２３の性能の評価を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この試験装置１００にあっては、シリンダ１０３でシャフト１０２を往復動させても、圧力容器１０１内の容積が変化しないため、内圧の変動が少なく圧力制御が簡単であるという利点は得られるものの、バルブパッキン２３の性能を正確に測定することが困難であるという問題点があった。すなわち、ロードセル１０４で測定される荷重は、圧力容器１０１内の内圧による軸荷重と、シャフト１０２の両側に設けられているバルブパッキン２３との摩擦力の和として測定される。
【０００４】
ところが、上記の試験装置１００にあっては、バルブパッキン２３が圧力容器１０１の両側にそれぞれ設けられているため、ロードセル１０４が測定するバルブパッキン２３による摩擦力は、２つのバルブパッキン２３の合計値として測定されることになり、個々のバルブパッキン２３とシャフト１０２の摩擦抵抗を各々正確に測定することができない。
【０００５】
このバルブパッキン２３とシャフト１０２の摩擦抵抗の測定値は、バルブパッキン２３の性能を評価する上で極めて重要な値であり、特に高温高圧状態で使用され螺旋運動を行うグローブ弁等のバルブパッキンにあっては、実機に即したバルブパッキン２３の正確な評価を得ることができず、このようなバルブパッキン２３の性能を適切に評価し得る試験装置の出現が望まれているのが実状である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、請求項１ないし４記載の発明の目的は、螺旋運動を付与した状態で各種特性値を測定することができて、バルブパッキンの正確な性能評価を行い得るバルブパッキン試験装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、圧力容器内にセットされた試料としてのバルブパッキンの性能を評価する試験装置であって、圧力容器内にセットされたバルブパッキンに摺接状態で嵌挿したシャフトに螺旋運動を付与させ得る螺旋運動付与手段と、圧力容器内の圧力を一定に維持し得る圧力コントロール手段と、少なくともシャフトの螺旋運動時の軸方向の荷重を測定し得る測定手段と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
このように構成することにより、シャフトに摺接する状態で圧力容器内にセットされた試料としてのバルブパッキンは、螺旋運動付与手段の作動によって螺旋運動すると共に、この螺旋運動に伴う圧力容器内の圧力変動が圧力コントロール手段で制御されつつ圧力容器内の圧力が一定に維持される。この状態で、測定手段でシャフトの軸方向の荷重等が測定されることにより、シャフトとバルブパッキンの摩擦抵抗等が算出され、バルブパッキンの性能が評価される。バルブパッンは、単なる直線運動ではなく螺旋運動状態での性能が評価されるため、例えばグローブ弁等のように螺旋運動するバルブであっても、バルブの運動に対応した正確な性能評価が可能となる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、螺旋運動付与手段が、シャフトにカップリングを介して連結されたボールスプライン軸と、該軸を直線運動させる直線駆動用シリンダと、軸を回転運動させる回転駆動用モータを有し、直線駆動用シリンダと回転駆動用モータを同時に作動させることによって、シャフトに螺旋運動を付与させることを特徴とする。このように構成することにより、直線駆動用シリンダと回転駆動用モータを同時に作動させることにより、ボールスプライン軸を介してシャフトに螺旋運動を付与させることができるため、比較的な簡易な構成でシャフトに安定した螺旋運動が得られ、バルブパッキンのより正確な性能評価が可能になる。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、シャフトが、圧力容器を貫通しない状態で圧力容器内にセットされたパルブパッキンに摺接状態で嵌挿されることを特徴とする。このように構成することにより、シャフトが圧力容器内を貫通しないため、圧力容器内にセットされる一つのバルブパッキンにシャフトを摺接させることができ、一対一で対応するバルブパッキンとシャフトの摩擦抵抗を正確に測定できて、バルブパッキンのより正確な性能評価が可能になる。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、圧力コントロール手段が、圧力容器と同一形状の圧力コントロール用圧力容器を有し、該圧力コントロール用圧力容器の容積が圧力容器内の圧力の変動に追従して変動することによって、圧力容器内の圧力が一定に維持されることを特徴とする。このように構成することにより、圧力容器内の容積が例えば増加すると、これに追従して同一形状の圧力コントロール用圧力容器内の容積が減少するため、比較的な簡易な構成で圧力容器内の圧力を常に一定に維持することができて、バルブパッキンのより正確な性能評価が可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明に係わるバルブパッキン試験装置の一実施例を示し、図１がその概略正面図、図２が平面図、図３が圧力容器部分の拡大正面図、図４が配管の概略系統図、図５が試験方法の一例を示す工程図である。
【００１３】
図１及び図２において、試験装置１は、枠状に形成された架台２を有し、この架台２の上面には、図示しないスライド機構により図１の矢印イ、ロ方向に移動可能な圧力容器３が配置されている。圧力容器３のフランジ４の左端側には、ボールスプライン軸５の一端が連結され、このボールスプライン軸５の他端には、スラストジョイント６が連結されると共に歯車７が固定されている。
【００１４】
この歯車７には、図２に示すように、ベルト８を介してトルク変換器付きの回転駆動用モータ９が連結され、スラストジョイント６には、直線駆動用シリンダ１０のシリンダ軸１０ａの先端が、測定手段の一つとしてのロードセル１１を介して連結されている。この回転駆動用モータ９、直線駆動用シリンダ１０及びボールスプライン軸５等によって螺旋運動付与手段が構成される。
【００１５】
また、架台２の下部には、図１に示すように、圧力コントロール手段を構成する圧力コントロール用圧力容器１３及びこの圧力容器１３を駆動させる直線駆動用シリンダ１４が配置されると共に、後述する如く漏れ量を測定する電子天秤１５、圧力計１６、アキュムレータ１７、給水タンク１８、昇圧ポンプ１９及び油圧ユニット２０等が配置されている。なお、図１及び図２において、符号２１はインバータを示し、符号２２は架台２の全周面に取り付けられるパネルを示している。
【００１６】
試料としてのバルブパッキン２３がセットされる圧力容器３は、図３に拡大して示すように、高圧側フランジ２５で連結されたボディ２６と前記フランジ４、及び押さえフランジ２７を有し、ボディ２６とフランジ４の内部に設けられた孔内にはシャフト２８が圧力容器３を貫通しない状態で嵌挿されている。このシャフト２８のフランジ４の孔に対応する部分には、リング２９を介して例えば客先から支給されたバルブパッキン２３が嵌装されている。
【００１７】
フランジ４には、ボルト３０によって押さえフランジ２７が連結され、この押さえフランジ２７のフランジ４側には、ロードセル３１と冷却器３２が取り付けられると共に、フランジ４には漏洩検出口３３が設けられている。また、押さえフランジ２７の左端側に突出するシャフト２８には、カップリング３４を介して前記ボールスプライン軸５が連結されている。
【００１８】
さらに、ボディ２６の先端（右端）側には、ボディ２６の内部の孔に連通する配管継手３５が取り付けられると共に、圧力容器３のバルブパッキン２３がセットされる位置の側方及びボディ２６の側方のスライド機構（図示せず）上には、ヒータ３６、３７が配置されている。なお、前記圧力コントロール用圧力容器１３は、図１に示すように、シャフト３８がカップリング３９を介して直線駆動用シリンダ１４のシリンダ軸１４ａに直接連結されている点以外は、圧力容器３と同一に形成されているため、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００１９】
次に、上記試験装置１の配管系の接続状態を図４の概略系統図に基づいて説明する。圧力容器３の配管継手３５には、バルブ４１を介して初期給水口４２が接続されると共に、安全弁４３を介して蒸気出口４４が接続されている。また、配管継手３５には、圧力コントロール用圧力容器１３の配管継手３５が接続されると共に、給水配管４５が接続されている。
【００２０】
この給水配管４５は、その最上流側に前記給水タンク１８を有し、この給水タンク１８にはバルブ４６を介して昇圧ポンプ１９が接続され、この昇圧ポンプ１９がバルブ４７を介して圧力容器３の配管継手３５に接続されている。また、給水配管４５には、前記圧力計１６及び圧力変換器４８、破裂板４９が接続されると共に、バルブ５０を介して前記アキュムレータ１７が接続されている。
【００２１】
圧力容器３の漏洩検出口３３には、冷却管５２が接続され、この冷却管５２の下部が前記電子天秤１５に接続されている。また、冷却管５２は、その入口側がバルブ５３を介して冷却水入口５４に接続され、その出口側が冷却水出口５５に接続されている。この冷却水入口５４は、バルブ５６を介して圧力容器３及び圧力コントロール用圧力容器１３の冷却器３２の入口側にそれぞれ接続されると共に、冷却水出口５５は各冷却器３２の出口側にそれぞれ接続されている。
【００２２】
一方、圧力容器３及び圧力コントロール用圧力容器１３を作動させる直線駆動用シリンダ１０、１４は、ベースブロック５７を介して、フローレギュレータ５８、パイロットランプ５９及びソレノイドバルブ６０にそれぞれ接続されると共に、前記油圧ユニット２０に接続されている。この油圧ユニット２０及びソレノイドバルブ６０の作動によって、直線駆動用シリンダ１０、１４が駆動し、そのシリンダ軸１０ａ、１４ａがそれぞれ直線運動する。なお、以上の例では圧力容器３及び圧力コントロール用圧力容器１３の直線運動を、油圧駆動方式で行ったたが、例えば空気圧や、電動モータとボールネジの組み合わせ等の他の適宜の直線駆動方式を採用することもできる。
【００２３】
次に、上記試験装置１によるバルブパッキン２３の試験方法の一例を図５の工程図に基づいて説明する。先ず、試験装置１に既に測定したバルブパッキン２３がセットされている場合は、押さえフランジ２７のボルト３０を取り外すと共に、配管継手３５を外し、フランジ４、ヒータ３６、３７、ボディ２６、高圧フランジ２５をスライド機構毎矢印イ方向に移動させて、シャフト２８をフランジ４から抜く。そして、リング２９とバルブパッキン２３をフランジ４から抜き取る。これにより、測定が終了したバルブパッキン２３が試験装置１から取り外される。
【００２４】
測定が終了したバルブパッキン２３を取り外したら、次の新しい試料であるバルブパッキン２３及びリング２９をフランジ４に挿入（Ｋ１０１）し、圧力容器３等をスライド機構毎矢印ロ方向に移動（Ｋ１０２）させ、ボルト３０を締め付ける（Ｋ１０３）。この時、バルブパッキン２３の特性に応じてボルト３０の締付トルクをロードセル３１で管理する。そして、冷却器３２への配管、漏洩検出口３３への配管及び配管継手３５への配管等を取り付ける（Ｋ１０４）。これにより、試料のセットが完了する。
【００２５】
試料のセットが完了したらヒータ３６、３７を作動（Ｋ１０５）させ、ボディ２６及びフランジ４が所定の温度になるまで加熱する。この時、ロードセル３１が限界温度とならないように、冷却器３２に冷却水を供給（Ｋ１０６）し、ロードセル３１を冷却する。このヒータ３６、３７の作動及び冷却水供給による昇温工程が終了したら、次に、バルブ４１を開いて初期給水口４２から水を注入（Ｋ１０７）する。この時の注水量は、目的の温度や圧力によって蒸気表データから決定される。
【００２６】
そして、水を注入した後に、昇圧ポンプ１９を駆動（Ｋ１０８）して圧力容器３の内部圧力を昇圧させる。この時の内部圧力は圧力変換器４８の信号によって制御される。なお、給水タンク１８とバルブ４６の間は加熱されないため、給水配管４５内の水は高圧化で液体状態にあり、アキュムレータ１７、圧力変換器４８、昇圧ポンプ１９等は耐熱仕様のものを使用する必要がない。また、昇圧ポンプ１９の脈動変化や温度上昇による内圧変化は、アキュムレータ１７で吸収することができて配管系内の圧力は一定となるが、仮に圧力が過上昇した場合であっても、安全弁４３や破裂板４９が作動し、圧力の異常上昇が防止される。
【００２７】
昇温工程及び昇圧工程により、温度及び圧力が一定状態になると測定工程に移る。この測定工程は、先ず油圧ユニット２０及びソレノイドバルブ６０で直線駆動用シリンダ１０を作動（Ｋ１０９）させて、シリンダ軸１０ａを直線運動させると共に、ボールスプライン軸５の外側の歯車７を介し、ベルト８で連結された回転駆動用モータ９を駆動（Ｋ１１０）させ、ボールスプライン軸５を回転運動させる。この時の回転速度は、実機のグローブ弁の締め切り回数に合わせて任意に設定する。
【００２８】
このボールスプライン軸５と直線駆動用シリンダ１０のシリンダ軸１０ａとをスラストジョイント６を介して連結（Ｋ１１１）し、これにより、直線運動と回転運動が同時に行われ、シャフト２８の動きは螺旋運動となる。このシャフト２８の螺旋運動は、図示しないタイマーやカウンターにより連続的に行われ、通常、シャフト２８の移動速度は、実機のバルブのステムの動きから３００〜１０００ｍｍ／ｍｉｎ程度に設定される。
【００２９】
そして、この螺旋運動時のボールスプライン軸５に加わる荷重がロードセル１１で測定され、回転トルクは回転駆動用モータ９内の図示しないトルク変換器で測定（Ｋ１１２）される。この荷重及び回転トルクの測定によりバルブパッキン２３の摩擦抵抗が算出される。
【００３０】
ところで、シャフト２８が移動すると、ボディ２６内部の空間の容積が大きく変化するため、内圧が変動することになるが、この内圧の変動は、圧力コントロール用圧力容器１３によって制御される。すなわち、圧力コントロール用圧力容器１３は、圧力容器３と同じ容積に設定されており、圧力容器３の内圧の変動に応じて直線駆動用シリンダ１０、１４がそれぞれ連動して直線運動（一方が伸びたら他方が後退）する。この圧力コントロール用圧力容器１３内の容積の変動によって、圧力容器３内の内圧の変動が制御され、常に一定の内圧に維持される。
【００３１】
荷重や回転トルクが測定されたら、次に漏れ量が測定（Ｋ１１３）される。この漏れ量の測定は、セットされたバルブパッキン２３の性能が劣化していたり、初期締付が不足している場合に、漏洩検出口３３から漏れ出た蒸気が冷却管５２で凝固され、これが電子天秤１５で測定されることによって行われ、この漏れ量もバルブパッキン２３の性能を評価する上で重要なデータとなる。
【００３２】
そして、一定期間（１日ないし数日）連続運転したら、圧力容器３内の温度と圧力を下げ、バルブパッキン２３を取り出し（Ｋ１１４）、必要なデータ（軸荷重、回転トルク、締付トルク、漏れ量、温度及び圧力等）を記録計に取り込み（Ｋ１１５）、バルブパッキン２３の試験を終了する。
【００３３】
なお、上記の工程においては、圧力容器３内を昇温させた後に昇圧したが、昇圧させた後に昇温するようにしても良いし、圧力コントロール用圧力容器１３に圧力容器３と同様の回転機構等を設け、１回の試験で２種類のバルブパッキン２３の性能を評価するように構成することもできる。
【００３４】
このように、上記実施例の試験装置１にあっては、直線駆動用シリンダ１０と回転駆動用モータ９を設けることにより、シャフト２８に螺旋運動をさせた状態で、軸荷重、回転トルク、締付トルク等のバルブパッキン２３の性能評価に重要なデータを測定することができるため、このデータに基づいてバルブパッキン２３の性能を正確に評価することができる。特に、シャフト２８を圧力容器内３に不貫通な状態でバルブパッキン２３に嵌挿させ、バルブパッキン２３とシャフト２８を一対一に対応させることができるため、各バルブパッキン２３の摩擦抵抗を正確に測定することができる。
【００３５】
また、圧力容器３に同形状の圧力コントロール用圧力容器１３を並設して設けると共に、それぞれ別々の直線駆動用シリンダ１０、１４でこれらを連動させているため、例えば圧力容器３側が押している時には、圧力コントロール用圧力容器１３側が引き、２個の圧力容器３、１３内の合計容積を常に一定にすることができて、圧力容器３内の圧力変動をなくすことができる。これらのことから、特に発電所等において使用頻度が多いグローブ弁等のように、ステムが螺旋運動するバルブパッキンであっても、実機の動きに対応した高精度な性能評価を行うことが可能になる。
【００３６】
また、回転駆動用モータ９や直線駆動用シリンダ１０及びボールスプライン軸５等によってシャフト２８に螺旋運動を付与することができるため、格別な部品が不要となる等、螺旋運動付与手段の構成を比較的簡易にして、シャフト２８に安定した螺旋運動をさせることができる。さらに、圧力容器３内の圧力を、同形状の圧力コントロール用圧力容器１３及び直線駆動用シリンダ１４で一定に維持することができるため、部品の共通化が図れる等、圧力コントロール手段の構成を比較的簡易にし得る。
【００３７】
また、例えば圧力コントロール用圧力容器１３に、圧力容器３と同様の螺旋運動をさせるようにすれば、１回の試験で２種類のバルブパッキン２３の性能評価を行うこともでき、試験の効率化を図ることができる。
【００３８】
図６は、本発明に係わる試験装置の他の実施例を示す要部の概略構成図である。なお、上記実施例の試験装置１と同一部位には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。この実施例の試験装置１の特徴は、圧力容器３の配管継手３５に逆止弁６２、６３を介して、冷却器６４と加熱器６５を接続すると共に、加熱器６５と冷却器６４との間に、アキュムレータ１７、昇圧ポンプ１９及び給水タンク１８等からなる給水配管４５を接続したものである。
【００３９】
この試験装置１によれば、前記圧力コントロール用圧力容器１３を設けることなく、圧力容器３内の圧力変動をなくすことができ、上記実施例と略同様の作用効果が得られる他に、通常サイクル（１〜２分間）で熱バランスを保つために、冷却器６４と加熱器６５の性能の選定がやや難しくはなるものの、試験装置１の構成をより簡略化することができて、そのコストダウンが図れるという作用効果が得られる。
【００４０】
なお、上記実施例においては、高温高圧用のグローブ弁等のように螺旋運動をするバルブパッキン２３の性能を評価する場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものでもなく、例えば一般的なバルブパッキンの性能評価にも使用することができる。この場合は、例えば回転駆動用モータ９を駆動させることなく、直線駆動用シリンダ１０の作動のみによってバルブパッキン２３の性能を評価することもできる。
【００４１】
また、上記実施例における圧力容器３や圧力コントロール用圧力容器１３の形状、試験装置１の全体の各部品の配置構造及び配管系統図、図５に示す試験の工程図等は一例であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１ないし４記載の発明によれば、バルブパッキンに摺接状態のシャフトに螺旋運動を付与させると共に、圧力容器内の圧力を一定に維持した状態で、シャフトの軸方向の荷重等が測定されるため、例えばシャフトとバルブパッキンの摩擦抵抗等が正確に算出され、バルブパッキンの性能評価を高精度に行うことができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるバルブパッキン試験装置の一実施例を示す概略正面図
【図２】同その平面図
【図３】同圧力容器部分の拡大した正面図
【図４】同配管状態を示す概略系統図
【図５】同試験方法の一例を示す工程図
【図６】本発明に係わるバルブパッキン試験装置の他の実施例を示す要部の概略構成図
【図７】従来の試験装置を示す要部断面図
【符号の説明】
１ 試験装置
３ 圧力容器
４ フランジ
５ ボールスプライン軸
６ スラストジョイント
９ 回転駆動用モータ
１０ 直線駆動用シリンダ
１１ ロードセル
１３ 圧力コントロール用圧力容器
１４ 直線駆動用シリンダ
１５ 電子天秤
２３ バルブパッキン
２５ 高圧側フランジ
２６ ボディ
２７ 押さえフランジ
２８ シャフト
２９ リング
３０ ボルト
３１ ロードセル
３２ 冷却器
３３ 漏洩検出口
３５ 配管継手
３６、３７ ヒータ
４５ 給水配管

Claims (4)

1. 圧力容器内にセットされた試料としてのバルブパッキンの性能を評価する試験装置であって、前記圧力容器内にセットされたバルブパッキンに摺接状態で嵌挿したシャフトに螺旋運動を付与させ得る螺旋運動付与手段と、前記圧力容器内の圧力を一定に維持し得る圧力コントロール手段と、少なくとも前記シャフトの螺旋運動時の軸方向の荷重を測定し得る測定手段と、を具備することを特徴とするバルブパッキン試験装置。
2. 前記螺旋運動付与手段が、前記シャフトにカップリングを介して連結されたボールスプライン軸と、該軸を直線運動させる直線駆動用シリンダと、前記軸を回転運動させる回転駆動用モータを有し、直線駆動用シリンダと回転駆動用モータを同時に作動させることによって、前記シャフトに螺旋運動を付与させることを特徴とする請求項１記載のバルブパッキン試験装置。
3. 前記シャフトは、前記圧力容器を貫通しない状態で圧力容器内にセットされたパルブパッキンに摺接状態で嵌挿されることを特徴とする請求項１または２記載のバルブパッキン試験装置。
4. 前記圧力コントロール手段が、前記圧力容器と同一形状の圧力コントロール用圧力容器を有し、該圧力コントロール用圧力容器の容積が圧力容器内の圧力の変動に追従して変動することによって、圧力容器内の圧力が一定に維持されることを特徴とする請求項１記載のバルブパッキン試験装置。

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