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フランジの計算の仕方について解説！

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今回の記事ではフランジの計算の仕方を解説いたします。フランジ継手は各国で規格化されており、規格フランジを使用する場合は原則、都度計算を行う必要はありません。一方で、規格外のフランジを用いる場合は必ず計算が必要になります。ではその計算はどのように行えばよいのか、JIS規格に基づいた計算の仕方を経験のない方でも分かりやすいように解説します。 フランジの計算において確認する点は以下になります。 ①ボルトの必要断面積 ②使用状態でフランジに生じる応力 ③ガスケット締付時にフランジに生じる応力 ④フランジの剛性 順番に説明します。 ◆フランジ全般についても解説しております。以下を参照ください◆ フランジ継手とは？規格、形式、座の種類について解説！ ボルトの必要断面積の計算 まず使用状態とガスケット締付時のボルト荷重を計算します。 ボルト荷重は以下の式で計算できます。 $\displaystyle W_{m1}=H+H_{P}=\frac{\pi}{4}G^{2}P+2\pi bGmP$ $\displaystyle W_{m2}=\pi bGy$ $W_{m1}$：使用状態での必要ボルト荷重（N） $W_{m2}$：ガスケット締付時の必要ボルト荷重（N） $H$：内圧によってフランジに作用する荷重（N） $H_{P}$：気密を保つためにガスケットに作用する圧縮力（N） $G$：ガスケット反力円の直径（mm） $m$：ガスケット係数 $P$：内圧（MPa） $b$：ガスケット座の有効幅（mm） $y$：ガスケットの最小設計締付圧力（N/mm2） 使用状態での必要ボルト荷重$W_{m1}$は$H$と$H_{P}$の和です。$H$は直径$G$の円の断面積に作用する内圧 $P$ がボルトを引っ張る荷重を意味します。$H_{P}$はガスケットの気密を保つために必要な圧縮力で、ガスケット係数$m$と内圧$P$を掛け合わせた面圧の2倍を、ガスケット座の有効幅$b$の面に作用させる際の荷重です。図示すると上の図のようになります。内圧がない状態で気密性を保つのに必要な最小の荷重に、内圧分を加算したのが$W_{m1}$になることがわかるかと思います。 ガスケット締付時の必要ボルト荷重$W_{m2}$はガスケットがフランジ座面に馴染むために必要な締付圧力を確保するために必要となる荷重です。内径$G...
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溶接継手効率とは？

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今回は溶接継手効率について説明したいと思います。細かな内容ですが、胴や鏡板の必要板厚を求めるのに必須な情報になります。適切な溶接継手効率の選び方について、理解していただけると思いますので、是非お読みください。 溶接の形状による分類 溶接継手効率の説明に入る前に、圧力容器の溶接にはどのようなものがあるのかを、簡単に説明します。圧力容器の溶接には様々な形状がありますが、最も重要な溶接といえる溶接は、 長手溶接 と 周溶接 でしょう。 Fig.1 溶接継手の位置による分類 長手溶接 とは、以下のFig.1のように円筒胴の断面に対して垂直な方向に行った溶接のことです。一方の 周溶接 は円筒胴の断面方向に対して行った溶接のことです。長手溶接線のことをL線、周溶接線のことをC線などと呼ぶことがあります。また、鏡板が複数の板からなる場合の継ぎ目の溶接線は、長手溶接線の扱いになります。 圧力容器の溶接はその溶接の場所によって分類がなされています。Fig.1はJIS B 8265の図3の抜粋です。A〜Eの5つの分類に分けられていることがわかります。溶接継手効率が関係するのは耐圧部の溶接のみであり、分類A〜Dが対象となります。 ではそれぞれどのような箇所に用いられるのかを見ていきましょう。それぞれの分類は、ざっくりと以下の通りです。 分類A すべての長手溶接継手 球形胴、鏡板、平鏡板、ふた板の溶接継手 全半球型鏡板と円筒胴の、円すい胴、管台等の溶接継手 分類B すべての周溶接継手（ただし全半球鏡板と円筒胴、円すい胴、管台等の溶接は除く） 分類C フランジと管台、円筒胴および円すい胴等の溶接継手 分類D 管台と円筒胴、円すい胴、鏡板等の溶接継手 分類E 強め輪、支持（スカート、サドル、レグ、ラグ等）および耐圧部材に直接溶接する非耐圧部材の溶接部 溶接継手効率とは？ そもそも溶接継手効率とは何でしょうか。先に述べた通り、溶接と一口に言っても色々な形状があります。また、溶接に欠陥がないかを調べる 放射線透過試験 を実施するか...
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鏡板の計算はどうやってやる？

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今回は鏡板の計算のやり方について紹介したいと思います。鏡板は円筒胴と同じく圧力容器の主要な構成部材の一つですので、計算の仕方は必ず押さえておきたいところです。円筒胴の計算の仕方の紹介の際と同じく、JISに基づいた計算の仕方を紹介いたします。ASMEも考え方は同様です。 ▼円筒胴の計算の仕方については以下を参照ください。 円筒胴の計算はどうやってやる？ トコトンやさしい圧力容器の本 （B＆Tブックス） [ 大原良友 ] 価格：1,650円（税込、送料無料) (2023/6/18時点) 圧力容器の構造と設計新版 JIS　B　8265及びJIS　B　8267 （JIS使い方シリーズ） [ 小林英男 ] 価格：5,060円（税込、送料無料) (2023/6/18時点) 鏡板の計算の式 鏡板の必要板厚を求める計算式はJIS B 8265 附属書Eに記されております。鏡板の形状により計算式は異なり、以下の通りとなります。 半楕円鏡板 $\displaystyle t=\frac{PDK}{2\sigma_{a}\eta-0.2P}$ P : 設計圧力（MPa）,    D : 半だ円鏡板のだ円の内長径（mm）,   σ a : 設計温度における材料の許容引張応力（MPa）,    η : 溶接接手効率 K の値は以下の式によります。 $\displaystyle K=\frac{1}{6}[2+(\frac{D}{2h})^{2}]$ 皿型鏡板 $\displaystyle t=\frac{PDM}{2\sigma_{a}\eta-0.2P}$ P  : 設計圧力（MPa）,     D  : 皿型鏡板のフランジ部内径（mm）,   σ a  : 設計温度における材料の許容引張応力（MPa）,    η   : 溶接接手効率 M の値は以下の式によります。 $\displaystyle M=\frac{1}{4}(3+\sqrt{\frac{R}{r_{0}}})$ 半球型鏡板 $\displaystyle t...
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