(57)【要約】      （修正有）【課題】配管への装着後の密封性能の向上および低下防止が可能な渦巻ガスケットの使用方法を提供する。【解決手段】フィラー材１５２と金属フープ材１５４が交互に巻回された渦巻ガスケットの使用方法であって、所定の期間、渦巻きガスケットの実使用時の温度以下で渦巻ガスケットを熱時効し、熱時効した渦巻ガスケットを配管の対向するフランジ間１３０ａ，１３０ｂに装着する。フィラー材１５２の材質に膨張黒鉛を用い、渦巻きガスケットはフィラー材１５２に含まれる高分子化合物の揮発分解温度以上の条件で熱時効する【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラー材と金属フープ材が交互に巻回された渦巻ガスケットの使用方法であって、
所定の期間、前記渦巻きガスケットの実使用時の温度以下で前記渦巻ガスケットを熱時効し、
前記熱時効した渦巻ガスケットを配管の対向するフランジ間に装着することを特徴とする渦巻ガスケットの使用方法。
【請求項２】
前記フィラー材は材質に膨張黒鉛を用いていることを特徴とする請求項１に記載の渦巻ガスケットの使用方法。
【請求項３】
前記渦巻きガスケットは前記フィラー材に含まれる高分子化合物の揮発分解温度以上の条件で熱時効することを特徴とする請求項１または２に記載の渦巻ガスケットの使用方法。
【請求項４】
前記所定の期間は１５０時間以上であることを特徴とする請求項１から４に記載の渦巻ガスケットの使用方法。
【請求項５】
前記配管は火力発電所の蒸気配管であることを特徴とする請求項１から５に記載の渦巻ガスケットの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管等に装着される渦巻ガスケットの使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、工場等に設置されている配管は、輸送する流体の種類および限られた設置空間に対応するため、非常に複雑な構造を有している場合が多い。それ故に、配管には屈曲部や分岐点等が多数設けられており、３次元的な配管経路となって流体を各所に輸送している。
【０００３】
配管内を流れる流体の種類は、化学物質や高圧ガスなど、工場の事業内容等に応じて多岐にわたっている。したがって、配管には耐薬品性および耐圧性が求められるため、材質には主に金属が用いられている。しかし、金属を用いた剛性の高い配管を、上述した屈曲部や分岐点等を有する複雑な構造の配管として加工することは容易ではない。そのため、配管には多数の連結部が存在している。
【０００４】
連結部は別々の配管の繋ぎ目（フランジ）であるため、流体を適切に輸送するにはそのフランジを封止する必要がある。特に、環境や人体に影響を与える危険性のある流体の外部への漏洩は、絶対に防止しなくてはならない。そのため、配管のフランジにはガスケットが装着されている。
【０００５】
ガスケットとは、設置される部位の隙間を封止し、その部位に密封性を持たせることが可能なシール材である。ガスケットは、フランジ等の配管同士が接合する部分に挟み込まれ、フランジのボルトの締め付けによって固定されることで、フランジ等の隙間から流体が漏洩することを防止している。ガスケットには様々な種類が存在し、配管の使用態様に応じて適宜選択することが可能である。
【０００６】
特に、軟質ガスケットと呼ばれるガスケットは、材質に軟質材を用いているため、配管等の接合面に密着でき、高い密封性を発揮することが可能である。軟質材を用いたガスケットの中でも渦巻ガスケットと呼ばれるガスケットは、金属製のフープ材と軟質材を用いたフィラー材とを交互に渦巻き状に巻きつけた構造を有しており、通常の軟質ガスケットよりも高温・高圧に対する耐久性が格段に向上している。
【０００７】
フィラー材に膨張黒鉛を用いた渦巻ガスケットは、高温・高圧の状況下でも好適に流体の漏洩を防ぐことができるとされている。さらに、従来の石綿（アスベスト）を用いた渦巻ガスケットに比べて、人体への悪影響を押さえた構造をとることができるとされている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３１７８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記のように高い密封性能を持つ渦巻ガスケットであっても、使用状況によって応力−ひずみ特性に変化が現れるという問題があった。例えば、図７は異なる温度条件における未使用の渦巻ガスケットの応力−ひずみ線図である。
【００１０】
図７に示されているように、使用状況が高温であるほどフープ材とフィラー材（以下、両部材を併せて「受圧部」と記載する）の応力−ひずみ曲線は高ひずみ側にシフトする（初期にひずみ易くなる）傾向がある。渦巻きガスケットは、通常、配管への装着は常温で行われ、実使用時には高温となる。このため、常温から実使用温度の各温度領域においてガスケットの性能を確認する必要がある。
【００１１】
一方、図７の曲線からも見て取れるように、一般に渦巻ガスケットの配管への装着時（載荷時）の弾性係数と、取り外し時（除荷時）の弾性係数には極度の差異が現れる場合が多い。この差異は、受圧部は載荷時に受ける圧力により圧縮されて塑性変形を起こし、その後に圧力を除荷しても元の形状には戻らないということを示している。したがって、従来の渦巻ガスケットでは、配管に振動が伝播してフランジのボルトの締め付けがゆるみ、フランジ間の距離が離れた場合、フランジの面圧が抜けて密封性能が低下して配管と渦巻ガスケットの間に瞬間的かつ断続的に隙間が生じ、これが高じて流体の漏洩を招くおそれがあった。密封性能を維持する性能（密封維持性）を向上させるため、除荷時の弾性係数をなるべく低下させて、載荷時と除荷時の弾性係数の差異を小さくする必要があった。
【００１２】
さらに、ガスケットの載荷時の弾性係数は低い方がフランジ面とのなじみ（密着性）が良く、初期の密封性能（初期密封性）が向上するため好ましいとされてきた。一方、フィラー材の接着剤（バインダー）として高分子化合物を用いていると、これが２００℃程度で揮発分解して載荷時の弾性係数が増加（硬化）するため、渦巻きガスケットを加熱することは初期密封性を悪化させると考えられてきた（例えば特許文献１参照）。
【００１３】
本発明は、このような課題に鑑み、常温から実使用温度の各温度領域において、載荷時の弾性係数を過度に変動させず初期密封性を維持したまま、除荷時の弾性係数を低下させて密封維持性を向上させることができる渦巻きガスケットの使用方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、発明者らが鋭意検討した結果、渦巻きガスケットの実使用時の温度以下の条件で熱時効することにより、従来悪影響があるとされてきた載荷時の弾性係数に影響を与えることなく、除荷時の弾性係数を低下できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
本発明にかかる渦巻ガスケットの使用方法の代表的な構成は、フィラー材と金属フープ材が交互に巻回された渦巻ガスケットの使用方法であって、所定の期間、渦巻ガスケットの実使用時の温度以下で渦巻ガスケットを熱時効し、熱時効した渦巻ガスケットを配管の対向するフランジ間に装着することを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、熱時効した渦巻きガスケットの受圧部は、未使用時のそれと比較して、常温から使用温度の各温度領域において、載荷時の弾性係数はほぼ同等であるのに対し、除荷時の弾性係数は低くなる。除荷時の弾性係数が低くなり載荷時の弾性係数に近づくということは、復元力が高まることを意味しており、振動によって配管のフランジ間の距離が離れた瞬間にもこれに追従し、隙間が生じることを防止できるようになる。これは、熱時効の温度を実使用時の温度以下に制限することで、フィラー材のバインダーとして含まれている高分子化合物の急激な揮発分解を防止した結果、載荷時の弾性係数にはほとんど影響を与えず、除荷時の弾性係数にのみ好ましい影響を与えたものと考えられる。
【００１７】
フィラー材は材質に膨張黒鉛を用いるとよい。膨張黒鉛をフィラー材に用いた渦巻きガスケットは比較的高温・高圧の状況下で用いられるため、前述の熱時効による効果を最大限に享受することができる。
【００１８】
渦巻きガスケットはフィラー材に含まれる高分子化合物の揮発分解温度以上の条件で熱時効するとよい。フィラー材に含まれる高分子化合物の揮発分解温度以上であれば、この高分子化合物が揮発して、フィラー材に十分な熱時効の効果を生じさせることができる。なお、この温度以下では高分子化合物は揮発せず、密封性能を向上させることができない。
【００１９】
所定の期間は１５０時間以上であるとよい。フィラー材に含まれる高分子化合物が十分に揮発するため、フィラー材に十分な熱時効の効果を生じさせることができるためである。
【００２０】
配管は火力発電所の蒸気配管であってもよい。火力発電所の蒸気配管に当該渦巻ガスケットを装着することで、高温、高圧の蒸気の漏洩を好適に防ぐことができる。これにより、施設の安全性の向上に資することが可能となる。また火力発電所に限らず、原子力発電所やその他工場、プラントの蒸気配管にも好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、常温から使用温度の各温度領域において、載荷時の弾性係数を過度に変動させず初期密封性性を維持したまま、除荷時の弾性係数を低下させて密封維持性を向上させることができる渦巻ガスケットの使用方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係わる渦巻ガスケットを使用する施設の例である火力発電所の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる渦巻ガスケットの使用態様の説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる渦巻ガスケットの構成と蒸気配管への設置を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係わる渦巻ガスケットの使用方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係わる渦巻ガスケットの圧縮試験結果を表した応力−ひずみ線図である。
【図６】本発明の実施形態に係わる渦巻ガスケットの圧縮試験結果を表した折れ線グラフである。
【図７】異なる温度条件における未使用の渦巻ガスケットの応力−ひずみ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２４】
（渦巻ガスケット）
図１は本実施形態にかかる渦巻ガスケットの使用方法を使用する施設の例としての火力発電所を説明する図、図２は渦巻ガスケット１００の使用態様を説明する図、図３は渦巻ガスケット１００の構成と蒸気配管への設置を説明する断面図である。
【００２５】
図１に示したように、火力発電所１０２では、燃焼機１０４にて発生した燃焼ガスを、ガスタービン１０６を構成する羽根に衝突させることにより回転力を作出している。また、高中圧蒸気タービン１０８および低圧蒸気タービン１１０は、ガスタービン１０６を回転させた燃焼ガスの熱を利用してボイラ１１２にて発生させた蒸気を、高中圧蒸気タービン１０８および低圧蒸気タービン１１０を構成する羽根に衝突させることにより回転力を作出している。そして、この作出した回転力によって発電機１１４の回転子が回転することで発電を行っている。
【００２６】
上述したように、ボイラ１１２では蒸気が発生しており、その蒸気は蒸気配管１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ内を通過して各タービンや復水器１１８へ送られている。この蒸気は高温・高圧であるため、蒸気配管１２０を管理、運営することは非常に重要な作業である。
【００２７】
図２には上記した蒸気配管１２０ａを例として図示している。蒸気配管１２０ａには渦巻ガスケット１００を好適に用いることができる。蒸気配管１２０ａを構成する異なる配管は、各端部にフランジ１３０ａ、１３０ｂを備えている。フランジ１３０は蒸気配管１２０ａの繋ぎ目であり、ボルト１２２およびナット１２４で締め付けることで固定される。このときフランジ１３０に渦巻ガスケット１００を挟み込むことで、フランジ１３０ａとフランジ１３０ｂの間の隙間を封止し、高温・高圧の蒸気の漏洩を防ぐことが可能となる。
【００２８】
渦巻ガスケット１００は図２に示したように、全体的に円環状の形状をなしている。また、渦巻ガスケット１００は図３に示すように、輪部１４０と受圧部１５０と外輪部１６０とで構成されている。
【００２９】
内輪部１４０は円環状の渦巻ガスケット１００の内縁を構成しており、蒸気配管１２０ａへの装着後には蒸気と接する部分である。そのため、内輪部１４０には耐久性の高い材質を用いることが好適であり、例えば耐熱性・耐圧性に優れたステンレス鋼を用いたり、耐薬品性が求められる施設の配管ではＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））を用いたりするとよい。また、剛性の高い材質が内輪部１４０に用いられることで、受圧部１５０の変形・破裂を防止することが可能となる。
【００３０】
受圧部１５０は、蒸気配管１２０ａへの装着時において、蒸気配管１２０ａの接合面１２６へ接する部分である。フランジ１３０のボルト１２２が締め付けられ、フランジ１３０間が閉じられると、受圧部１５０は圧迫されて接合面１２６に密着する。
【００３１】
受圧部１５０はフィラー材１５２と金属フープ材１５４とで構成されており、またフィラー材１５２と金属フープ材１５４は、内輪部１４０を中心に交互に巻回された構造を有している。
【００３２】
フィラー材１５２は、主に軟質材で構成され、接合面１２６との密着性を発揮できる部材である。従来のガスケットにはフィラー材１５２として耐熱性・耐薬品性に優れたアスベストが用いられていたが、アスベストは人体に重大な健康被害を及ぼすため、現在は代替物質として膨張黒鉛が用いられている。膨張黒鉛も耐熱性・耐薬品性を有し、また安価に利用することができる物質であるため有益である。
【００３３】
金属フープ材１５４は長い帯状の金属であり、断面がくの字形状を有している。このように、金属フープ材１５４がくの字形状を有していることでバネの役割を成し得、受圧部１５０に復元力をもたらすことができる。また接合部１２６から圧力を受け圧縮されても、くの字形状であればフィラー材１５２を把持したまま圧縮されることができるため、フィラー材１５２の変形・破裂を防ぎ、密封性能を維持することが可能である。
【００３４】
外輪部１６０は当該渦巻ガスケット１００の外輪を構成する金属製の部材である。外輪部１６０に剛性を有する金属（例えばステンレス）が用いられていることで、受圧部１５０は圧縮されても変形・破裂を起こすことなくフランジ１３０を封止することが可能となる。
【００３５】
以下、渦巻ガスケット１００のフランジ１３０における初期密封性を維持したまま、密封維持性を向上させることが可能な渦巻ガスケットの使用方法について説明する。
【００３６】
（渦巻ガスケットの使用方法）
図４は、本実施形態にかかる渦巻ガスケットの使用方法を説明するフローチャートである。当該渦巻ガスケット１００は蒸気配管１２０ａへの装着前に熱時効処理を行うことで初期密封性を維持したまま、密封維持性の向上を図ることが可能となる。熱時効処理とは、所定の期間、所定の温度の環境下で一定の熱履歴を与える処理のことである。本実施形態では熱風炉を利用して熱時効を行ったが、電気炉等を利用して行うことも可能である。
【００３７】
まず、熱風炉内に渦巻ガスケット１００を設置し（Ｓ２００）、加熱を開始する（Ｓ２１０）。このときの温度は渦巻きガスケットの実使用時の温度以下であれば任意に設定することが可能である。例えば当該渦巻ガスケット１００の使用時に蒸気配管１２０ａにかかる温度で行ってもよいが、主にフィラー材に含まれる高分子化合物が揮発分解する温度以上（例えば１３０℃以上）で行うことが好適である。所定の温度まで熱風炉内が加熱されたら、所定の期間その温度を保持し熱時効処理を行う（Ｓ２２０）。なお、本実施形態では熱時効処理は３００℃で１５０時間継続して行った。所定の期間が経過した後（熱時効処理が終了した後）は保温を解除して熱を排除し、蒸気配管１２０ａへ設置する（Ｓ２３０）。
【００３８】
ここで大切なことは、実使用の状況と比較して、載荷せずに（荷重をかけずに）加熱のみを行っていることである。実使用と同様に載荷しつつ加熱を行うとすれば、それは単に使用済みの渦巻ガスケット１００と同じ状態になってしまう。しかし載荷せずに熱時効のみを行えば、フィラー材１５２のみに影響を与えることができ、以下に述べるように所望の性能向上を図ることができる。
【００３９】
以下、本実施形態にかかる熱時効処理を行った渦巻ガスケット１００の性能試験と結果について説明する。
【００４０】
（性能試験）
渦巻ガスケット１００の性能試験として圧縮試験を行った。測定した検体は、未使用ガスケット、本発明にかかる熱時効処理を行った熱時効ガスケット、実使用の条件で３週間使用した使用後ガスケット（すなわち使用済み品）、を用いて測定した。なお、用いた渦巻きガスケットは、日本バルカー工業株式会社製の膨張黒鉛渦巻きガスケット（No.6596V）である。
【００４１】
圧縮試験の条件は、熱風炉を１１℃／分の速度で加熱し、規定温度（３００℃）への到達後に３時間その温度を保持し、圧縮荷重を負荷してひずみ（％）を測定した。圧縮荷重は２５０ｋＮ（ガスケット面力７０ＭＰａ相当）まで１０ｋＮ／分の速度で載荷した。荷重は１０分間圧縮保持し３サイクル繰り返し行った。
【００４２】
図５は渦巻ガスケットの圧縮試験結果を表した応力−ひずみ線図、図６は渦巻ガスケットの圧縮試験の結果を表した折れ線グラフである。
【００４３】
図５は、圧縮試験の１サイクル目の各渦巻ガスケットの応力とひずみの関係を表している。図５に示したように、使用後ガスケットの最大応力時のひずみは未使用ガスケットより低く、使用後ガスケットの載荷時の応力−ひずみ曲線の傾き（弾性係数）が未使用ガスケットよりもかなり高くなっている。これは使用によって受圧部１２２が既に圧縮されて硬くなっているため応力を加えてもひずみ難いことを示している。このように使用によって性能が変化してしまうと、フランジ面と密着しにくくなり、初期密封性が低下してしまう。
【００４４】
また図５に示した熱時効ガスケット１００のグラフを参照すると、熱時効ガスケットの最大応力時のひずみは、使用後ガスケットよりは未使用ガスケットに近くなっている。載荷時の応力−ひずみ関係の傾き（弾性係数）も同様である。よって、熱時効ガスケットでは、載荷時の弾性係数の変動を一定範囲に抑制できており、初期密封性を維持できているといえる。
【００４５】
図６は、図５で示したグラフの３５〜４５ＭＰａの範囲内で算出した接線弾性係数の推移（第１サイクル〜第３サイクル）を折れ線グラフで表している。図６（ａ）は、図５に示した３００℃で行った圧縮試験の接線弾性係数の推移を示しており、図６（ｂ）は、図５には図示していないが室温（ＲＴ）で行った圧縮試験結果から同様に算出した接線弾性係数の推移を示している。
【００４６】
まず、図６（ａ）について説明する。使用後ガスケットと未使用ガスケットを比較すると、第１サイクルの載荷時の接線弾性係数は、使用後ガスケットの方がかなり高くなっており、初期密封性が悪化している。さらに、第２〜第３サイクルの載荷時の接線弾性係数は、使用前ガスケットは第２サイクルからほぼ一定となるのに対し、使用後ガスケットではほぼ直線的に高くなっており、両者は異なった特性を示している。
【００４７】
一方、熱時効ガスケットでは、全てのサイクルにおいて載荷時の接線弾性係数が未使用ガスケットと同等かそれ以下となり、初期密封性を維持している。また、除荷時の接線弾性係数は全てのサイクルで安定して未使用ガスケットよりも１０％程度低下している。この結果を当該渦巻ガスケット１００の使用態様に照らし合わせると、振動によって蒸気配管１２０ａの接合面１２６の距離が離れた瞬間にもこれに追従し、隙間が生じるおそれのある場合に復元力を発揮することで流体の漏洩を防止することが可能となる。つまり、密封維持性が向上していることを意味している。
【００４８】
次に、図６（ｂ）について説明する。同図より、使用後ガスケットは未使用ガスケットよりも、載荷時、除荷時とも全体的に接線弾性係数が高くなっており、初期密封性および密封維持性とも悪化している。
【００４９】
一方、熱時効ガスケットは、未使用ガスケットと比較して、第１サイクルの載荷時の接線弾性係数が若干高くなる以外は、載荷時および除荷時とも接線弾性係数が低下している。ここで、図６（ａ）は渦巻きガスケットの使用温度を想定した３００℃での、図６（ｂ）は常温でのそれぞれ試験結果である。よって、熱時効ガスケットでは、常温から実使用温度の各温度領域において、初期密封性を維持もしくは向上しながら密封維持性を向上できることが判る。
【００５０】
この図６で示した熱時効ガスケットの除荷時の弾性係数の低下という結果からは、熱時効処理による以下の作用が考察された。フィラー材１５２の膨張黒鉛には製造時に高分子化合物が混合されており、高温で熱時効を行うと高分子化合物は揮発する。本実施形態では、熱時効の温度を実使用時の温度を想定した３００℃に制限することで、フィラー材のバインダーとして含まれている高分子化合物の急激な揮発分解を防止した結果、載荷時の弾性係数にはほとんど影響を与えず、除荷時の弾性係数にのみ好ましい影響を与えたものと考えられる。
【００５１】
なお、本実施形態では熱時効処理は３００℃、１５０時間の条件で行うことでフィラー材１５２に含まれる高分子化合物を十分に揮発させて試験を行った。ここで、熱時効の温度は高分子化合物が揮発分解する温度以上（例えば１３０℃以上）でないと高分子化合物の揮発を誘発することは難しいと思われる。また、熱時効処理における設定温度の保持時間は少なくとも３時間以上行うことでフィラー材１５２の高分子化合物の揮発を誘発することが可能であると思われる。
【００５２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、配管等に装着される渦巻ガスケットの使用方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１００…渦巻ガスケット
１０２…火力発電所
１０４…燃焼機
１０６…ガスタービン
１０８…高中圧蒸気タービン
１１０…低圧蒸気タービン
１１２…ボイラ
１１４…発電機
１１６…蒸気配管
１１８…復水器
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ…蒸気配管
１２２…ボルト
１２４…ナット
１２６…接合面
１３０、１３０ａ、１３０ｂ…フランジ
１４０…内輪部
１５０…受圧部
１５２…フィラー材
１５４…金属フープ材
１６０…外輪部
【図１】
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【図２】
2011021653.tif 000004
【図３】
2011021653.tif 000005
【図４】
2011021653.tif 000006
【図５】
2011021653.tif 000007
【図６】
2011021653.tif 000008
【図７】
2011021653.tif 000009