規格フランジの適応

Question

主題についてある程度自分で調べ理解した内容について確認をお願いしたく投稿します。

JIS規格フランジ品はある特定条件(例えば全面ジョイントシートガスケットなど)をもとに設計され規格化されている。このため、例えばJIS10k SOP-RFに渦巻きガスケットを適応し、厳密にフランジの強度計算を行った場合、最小設計締結圧が著しく異なるため、規格フランジでは本来板厚不足となり適応不可となる。また、B2220ではそもそもJIS10k SOPのRF仕様は無く、渦巻きガスケットの使用を想定していない。しかしながら、実務においては実績ベースで市中のJIS10k SOP-RF x 渦巻きガスケットという組み合わせで施行されている。

という理解でよろしいでしょうか?
ちなみにJIS10k SOP-RFを蒸気配管用によく利用しております。

ご回答のほどよろしくお願いいたします。

Accepted Answer

恐らく此の森で実際にJISに従ってフランジ計算をした設計士は少ないだろう
私は最近フランジ計算を最新JISB8265附属書Gに基づきEXCELにまとめ上げた。
この経験を元に解る範囲ですが、殆ど専門家を自負して回答してみたいです。

＞例えばJIS10k SOP-RFに渦巻きガスケットを適応し、厳密にフランジの強度計算を行った場合、最小設計締結圧が著しく異なるため、規格フランジでは本来板厚不足となり適応不可となる。また、B2220ではそもそもJIS10k SOPのRF仕様は無く、渦巻きガスケットの使用を想定していない。しかしながら、実務においては実績ベースで市中のJIS10k SOP-RF x 渦巻きガスケットという組み合わせで施行されている。

・・・JISB2220の規格では確かにその通りであろうと思われますが、私自身は
JIS10k SOPのRF仕様を使った経験が無いがJISB2239「鋳鉄製管フランジ」では
つまりダクタイル製のバルブのフランジではJIS10KではRFになっています。

そもそも強度計算上はSOP-FFではハブ部分が無いためにボルト締付け力による
曲げ応力で特にJIS10KSOP-RFやJIS10KSOP-FFでも、リングパッキン使用時には
仰るように、温度と圧力レーティングと呼び径によっては規格フランジでも
"板厚不足強度不足"になることも有り得るのです。

ここらを踏まえ日本ボイラー協会では、特に圧力容器になどに用いられるよう
なJISB2220鋼製フランジのSOP-FFでは安全通則として確か300A？以上のものは
リングパッキンを使用しないようにという通達を出していた筈だが記憶が曖昧
来週、出社後に確認したいが貴殿も規格適合官庁に問い合わせ確認して下さい

＞しかしながら、実務においては実績ベースで市中のJIS10k SOP-RF x 渦巻きガスケットという組み合わせで施行されている。

・・・その通り。私は何度か某ガスケットメーカーのもので、JIS10K渦巻きガスケット(ボルテックスガスケット)を蒸気用ヘッダーに用いた経験がある。
その時はボルトをSNB7にしメーカー規格に基づいたトルク管理で施工しました
蒸気の場合、近年のノンアスガスケットでは熱に依る硬化から劣化・亀裂発生
が避けられないために高信頼性のためにボルテックスを限定して使用している

更に、JISB2217-2009ではフランジ形状だけでは無くてガスケット形状により
つまり全面(FF)かリング(RF)で使用するボルトが温度圧力レーティングにより
ボルトの材質や強度区分などを規定されている。この規格は比較的新しいもの
で未だ機械設計士でも知らない方も多いかも知れません。

ちなみに? 圧力容器はJIS日本工業規格である「圧力容器構造規格」と
日本ボイラー協会「ボイラー構造規格 - 改正規格及び関係通達」とのダブル
-スタンダードになっいて、JISで認められていても日本ボイラー協会の審査で
ボルトはSS400かS25Cしか認められておらずJISB2217でもSWCH：強度区分4.8は
使えないことは無いのだが許認可の煩雑さから止む無くS25Cで製作したりする

ちなみに? JIS10k SOP-FF全面ガスケットを蒸気配管用によく利用する。
使用箇所に応じて高価なボルテックスを使用したりボルトもSNB7などを使う。
何れも気をつけたいことはフランジとガスケットとボルトとの関係があって
強度計算つまり"フランジの厚さ"計算にも影響があるから、できれば私の様に
EXCEL計算シートにして社内規格として於けば比較的楽に強度確認が出来ます。

ちなみに? このようにダブルスタンダードと新旧規格や安全通達等そして、
市販され現実に流通されているJIS規格外のJIS製品：10KSOP-RFやSS400JIS20K
そしてSS400!20Kハブ無SOP-RF(JIS20KではS25C SOH-RFだけ）等々混乱しない
方がオカシイだろう。また此等を全て理解して設計している人もまた少ない。

長々と読む気にならんがw
解る人には貴重な生の情報であろうかと思う。
また私も専門家モドキであって何でも出来るオールラウンドプレイヤーであり
プラント設計や圧力容器設計に特化している訳では無いです。産業機械全般に
自動機なども設計しますし、プラントの機械架台のフレーム構造計算もします

スーパーエンジニア目指して日々努力しているので新しい私の知らない情報が
あるならば情報交換させて頂きたいものです。常に、問題意識を持って仕事を
仕事をされている貴殿のような設計士は好感が持てるし友達になりたい位だ。

安易に直ぐ入手可能なサイト情報には誤りもまた多く何よりメーカー技術情報
に於けるものの多くはネットに出ていない部分にノウハウがあると思います。
先の某メーカのJIS10Kボルテックス用ボルト締付トルク等も良い例であろう。

ここの森には、御親切に検索エンジンから見繕ってリンクを探してくれる方も
居らっしゃるし規格を調べて下さり時間も沢山の良識ある元技術者らも沢山
居らっしゃるが本当にタダで良いのかと思う程に凄い面だって稀にあります。

出社してJISB2220：2012を確認しました。

P12　21使用上の注意　21.1全面ガスケットの使用
の箇所に明記されていた。「JIS10Kは250A以上は全面形ガスケットを使用する
のが望ましい。」とあったので、300A？は惜しいが250A以上が正解でした。
次回にはEXCELで本当にどの程度際どいのかを確認して報告してみたいです。

がんばろう日本

ちなみに　?
No.43278「ねじの有効断面積」を質問したことがあるが・・・
"ねじの有効断面積"という用語一つにしても
JISB1082に対しJISB2220,JISB8265やJISB8267  で実際に異なるＷスタンダード

Answer

先の投稿が長くなり過ぎましたので、再投稿します。

↓のサイトはメーカーから貰った資料そのものですがネット上にも有りました
ＪＩＳ １０Ｋ フランジ用
ボルテックスガスケット最小締付トルク表

ノンアスガスケットにしろボルテックスにしろ適性な締付管理は必要だろう。
現場の古い人間に任せっきりにしていると旧来のアスベストジョイントシート
と同じ感覚で蒸気の通気後に増し締めするだろう。しかも時間を置いてからだ

こういう意味から現場の知識を鵜呑みにするなと現場監督として叩きこまれた

実際に、JIS10K 250A にリングガスケットで計算してみました↓
http://www.fastpic.jp/images.php?file=0738011139.jpg
(温度が変化してもフランジ及びボルトの許容応力は変化がない）

すると、同じリングでも t1.5 なら確かに強度不足と成るのだが t3.0 ならば
、計算上はギリギリだったが強度は十分となったのです。t3.0 の場合は、ガス
-ケット係数 m= 2.0 と最小締付圧力 y= 11 N/mm2 と低いから保つのだろう。

厳密に「JIS10Kの250A以上は全面ガスケットが望ましい」を検証してみた訳。

「JIS10Kの250A以上は全面ガスケットが望ましい」とJIS及びボイラー協会が
言うにも関わらずガスケットメーカーではRFの最小締付トルク表を出している↓
http://seal.nichias.co.jp/data/pdf/JS_JIS10K.pdf

また、JISB 1217「管フランジ用ボルト・ナット」は、JISB 8265 と同じJISで
ありながら明確な整合性があるとは言い切れていない曖昧な部分もあるようす
JISB 8265ではボルト材質はSS400かS25Cクラスがローエンドの材質と言えるが
JISB 1217は強度区分のみを規定し材質を規定していない。つまり多くの小ねじ
類はSWRCHなどの冷間圧造用炭素鋼線材が使われており、これがねじ業界常識だ

然しながら、SS400のボルトを入手しようとしても市販性も無く、入手自体も
製作の難易度やコストなどから、ねじメーカーからは敬遠されることが多い。
戻って、JIS10Kの250Aでは強度区分4.6，5.6が認められているのだがその降伏点
の強度からもガスケットはt3の全面でなければボルト強度が保たないというか
降伏点と近過ぎてトルク管理が非常に難しいから現実には使えない方が多いか

何故こうも曖昧なのか？
恐らく、それは、ねじ部品であるボルトのトルク管理・つまり正確な軸力を
計算したり管理することの難しさがあるために逆に規格では規定していない
ものと思われる。だから知らない現場の人間や三流設計士は一生理解できない
これはフランジ強度とボルト、ガスケットが相互に熱と圧力、摩擦力などの
使用環境によって千差万別になるからであろうと思われます。長文失礼。。。

私の知る限り、某ガスケットメーカーのGF300というものが唯一？蒸気通気後の
増し締めをカタログ上で認めており、現実に時間を於いても他メーカに比較して
蒸気によるゴム硬化による割れが少ないようである。良いものは高いのであろう

更に増し締めし難い場所や重要な部分には更にグレードが上のうず巻ガスケット
をしようすることが現状では最善に思われる。またガスケットペーストの使用に
付いては私自身の経験が少ないので何とも申し上げられない。

Answer

昔、熱交換器の設計を行っていた者です。
貴殿の仰るように、強度計算を行った場合、規格フランジでは肉厚が足りません。
そのため、熱交換器に用いるフランジは強度計算を行い、一品一様にしていました。
ご参考までに。

Answer

ガスケットの種類でボルト締付力やフランジ必要厚が変わる?　との直感で調べてみました。

バルカー
　　http://www.valqua.co.jp/products/download/catalog/yc08_1404.pdf

P.34 ■ 設計基準 ■
　　　　 うず巻形ガスケットのm、y 値は、JIS B 8265 附属書G に定める値と同じです。

http://justin.jp/pdf/Justin-NA-U.pdf

所定の装着厚さ（たとえば呼び厚さが4.5Ÿものを3.2～3.4Ÿにする）に締め付けるだけで
　　シールできますので作業に熟練を要しません。とくに外輪付のものではこのリングが締め付け
　　厚さの目安としても役立ちます。

目安を頼りすぎると締め過ぎを起しがちでしょうね。

Answer

記載の如しではないでしょうか？
> 厳密にフランジの強度計算を行った場合、最小設計締結圧が著しく異なる
を、

? Ｏリングやガスケットの内側、フランジ合わせ面の面積比較
　 面積×圧力にて、必要締結圧力が安全率を加算して求まる

? くの字の“フープ”や“フィラー”が受ける圧力でシールされますが、
　 その分力が“締結圧力”に作用する

から、通常仕様の場合とは、安全率が低下しているので、再度見直し補正が必要とのことと理解です。

日本バルカー工業の資料は、小生も確認済み。
日本バルカー工業は、問い合わせに対して、非常に親切に対応してくれる処です。

あるプロジュエクトにて一緒になった役員さんを知っていたからかもしれませんが。
小生の予想では、企業風土であると思いますので、思い切って問い合わせしてみても
良かろうと考えます。

また、安易ですが、一クラス上のフランジにしたり、その仕様で周辺機器が取り合いに
なることはありますよ。

JIS規格フランジと渦巻きガスケットの適応について