JPH11258115A - バルブパッキン試験装置 - Google Patents

バルブパッキン試験装置

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JPH11258115A
JPH11258115A JP10076658A JP7665898A JPH11258115A JP H11258115 A JPH11258115 A JP H11258115A JP 10076658 A JP10076658 A JP 10076658A JP 7665898 A JP7665898 A JP 7665898A JP H11258115 A JPH11258115 A JP H11258115A
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pressure
pressure vessel
shaft
valve packing
valve
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Yuzuru Okada
譲 岡田
Takashi Nakagawa
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Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】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。螺旋運動付与手段は、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、また、圧力コントロー
ル手段は、圧力容器と同一形状の圧力コントロール用圧
力容器を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【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1
04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1
02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2
3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2
9を介して例えば客先から支給されたバルブパッキン2
3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1
3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14
a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3
2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、1
4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6
0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1
0、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(K10
2)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3
5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、3
7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1
9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4
8、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1
3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2
3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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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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