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炭素鋼製容器の耐圧計算
2023/10/18 21:24
- 炭素鋼製の容器の耐圧計算について知りたいです。
- 直径1m程度、高さ2m程度の炭素鋼製の容器を作る際、耐圧性の計算方法を教えてください。
- ブロワで吸引される負圧に耐えうる炭素鋼製容器の胴板とフランジの厚みを計算したいです。
炭素鋼で製作した容器の耐圧計算
2012/11/02 11:51
炭素鋼製の円筒の容器(直径1m程度、高さ2m程度)を作ります。
容器の上下部はフランジ止めとし、容器の上下に入出口用のノズルを
溶接します。
この容器はブロワで吸引されており、-数kPaの負圧となっておりますが、
この負圧に耐えうる(たわまないという意味で)炭素鋼の胴板とフランジ
の厚みはどのくらいか計算したいのですが、参考になる計算式や考え方が
記載されている情報源はありませんでしょうか。
回答 （20件中 16～20件目)
質問者さんの意図から外れるかもしれません。ご容赦。
ガスケットについて考慮が必要です。径が1m程度、ブロワという言葉から想像するに、俗に言うマンホールガスケットも頭に浮かびますが、メーカーのカタログにすら”漏れるかも”と書いてあります。サイズが大きいと、いくら良いものでも製造できないものもありますので事前の確認要です。また、圧が低くても危険な流体なら（負圧ですから、空気を吸って爆発等）極力フランジは減らすべきですし、グラファイト系の渦巻きガスケットを使うなら、どんなに最低でもJIS 10Kフランジであるべきと思います。ボルトはSNB7が好ましい（強いボルトでがんがん締める）。フランジのガスケット当たり面の形状（RF、M&F等）も一考です。
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JIS B 8265 圧力容器の構造におけるフランジ計算は初めてでは厳しく難しい
フランジは単に強度計算するだけでは無く剛性により漏れが生じないことが
重要になる。従ってガスケットやボルトなどパラメーターが多く煩雑になる
以前に、「JIS1Kフランジ」という質問があったのを記憶している↓過去ログ
その時に、私も回答した際には幾らか調べてとっても勉強になったものです
そのログ中のJISF7805「船用排ガス管鋼製フランジの基準寸法」から、
（ 圧力ほぼ 3kPa以下、温度は 420℃以下なら呼び 1000 で t18の厚みだ ）
本体に関しての胴板の計算は”外圧を受ける薄肉円筒”で検索すれば
沢山の参考となる数式が出てくるし例題もあろうから何とかなるだろうと思う
回答（2）さんの言う内圧とは少しばかり座屈の関係で計算式が異るようです
ちなみに大概このサイズなら経験からt6くらいの見当で殆ど変わらないだろう
最後に出入り口にノズルを付けるとあるが、マンホールも何処かに欲しい
内部に溶接欠陥が生じた場でもこれが無ければ補修することも難しくなる
戻って容器内容物により関係法規に抵触する恐れもあるので注意して下さい
回答(2)さんのオッカケでは無いのですがw
・・・・・
＞フランジは、せん断応力{(内径の面積×負圧圧力)÷(内径×π×フランジ板厚)}の計算から求めます。
・・・・・
フランジの強度計算を一度でもしたことがあれば、このような発言にはならない
驚くや唖然を通り越し呆れます・・・知らないなら余計なことは言わない方が良い
技術屋で最もイケナイことは知ったか振りをすること。素直に知らないと言えないと
逆に教えてなど貰えませんし、自身にもデメリットの方が多いだろうと思います
強度よりも漏れがネックで剛性が問題であり、ASMEやISOのフランジの規格では
「たわみ角を1°あるいは2°以内に設定するよう規定している」っと言うことで
勿論、JISの規格フランジも米国に右倣えなので基本的な考え方は変わりません
フルバキュームでは無いが、外圧を受ける容器は何度も設計しているし大きさ
から以前に設計したモノよりも条件が緩いので即、板厚の数値を表示したまで
あくまで自分自身で設計計算することが前提で確認の意味で提示しただけです
（勿論、誰かと違い、私自身が計算して確認した上で投稿しているのですよ）
それを重箱の隅を突いて、ユーさん自分自身の間違いには無視又は上塗りする
だから、尚更、叩かれるのである。何でもかんでも知っている技術屋として広く
浅くも知識があるのは良いが、それをゴリ間違い押しするから問題だと言うのだ
http://www.ing84.co.jp/pg2/
バロコン外圧計算
JIS B 8265 圧力容器の構造 にもとづく自動計算があります。
しかし完璧すぎて、用語から勉強しないことには簡便に手出しが出来なさそうです。。。
圧力容器の設計ではこれ以外にもエクセルソフトやベクターではフリーソフトも公開されてます。
外圧は大きくないが、板厚を下げるなら座屈しないことが限界となるでしょう。これもＪＩＳでは計算をさせてます。
URLの内容にて、負圧での計算をして、円筒容器の胴板とフランジの板厚を確認ください。
胴板へは圧縮応力が加わる計算となります。
フランジは、せん断応力{(内径の面積×負圧圧力)÷(内径×π×フランジ板厚)}の計算から
求めます。
また、容器の上下に入出口用のノズルを溶接しますですが、炭素鋼の相当炭素量を確認し、
与熱を加えて溶接する条件が出た場合は、充分に注意して溶接してください。
そして、割れが外部から目視確認できなくても、非破壊検査で確認した方が良いでしょう。
それか、蓋等を厚く設定し、溶接をしない構造で、入出口用のノズルをねじ込む仕様に
変更を検討しても良いかもしれません。
負圧は、Maxが約0.1MPaです。
円筒容器の胴板の薄肉座屈計算と、フランジの中央の撓み計算又は内径円周部の曲げ応力計算
を自動計算ソフトで確認してみてください。
このサイズなら、適正なことが判るでしょう。
炭素鋼の溶接なら、溶接のことを考慮するので、自然と適正な板厚になります。
あっ、円筒容器の胴板へは、円や球効果で曲げ応力の引張縮荷重がより効果的に作用するので、
薄板厚の計算結果になり、計算を省くのが一般的だが、外側から人が手を付くや、人が乗る等も
考慮が必要であれば、別途計算をする必要があります。
また、類似内容で、許容応力設定も異なります。
失念しておりました。
小生も若い頃に経験しましたが、いきなり板厚の数値を出されても、新人設計者は戸惑いますね。
根拠が判らないと、経験なら…となるから。
確認プロセス位は、明確にしないとね (^_^;) 。
片持ち梁の長さ：底辺長さ3.14の等分布荷重にて疑似計算をしてみたら判ります。
胴板は、圧力容器の計算に、外圧円筒の計算方法があります。
フランジは、平板であれば、負圧であっても特に気にせず、正圧の内圧として考えれば良いと思います。
