技術論文

シール性に対する締付手順の影響

2-2）試験装置

1. はじめに今回使用した試験装置をFigure1 及び Figure2に示す。
管フランジにガスケットを組み込み、所定のガスケット面圧とを目的に、段階的に締付力を上げることが推奨されている。

まで締結した時のボルト軸力やフランジ面間を測定した後、1 回あたりの締付力を小さくし、締付回数を増やすと締付力の装置内に内圧を負荷して漏れ量の測定を行った。

差を小さく出来るが、その反面締付けに多大な労力を要する。
JIS B 2251 １）、ASME PCC-1 ２）などで規格化されたもの、ユーザー毎に様々な締結方法がある。締付方法の違いによるボルト締付力を評価したデータ３、４）はあるが、シール性を評Summer 2019

価したものは少ない５）。
本報では締付方法の違いによるボルト軸力の挙動とシール性への影響を評価した。

2. 試験方法

Figure1

試験冶具
（JPI Class150 4inch）

2-1）試験条件

No.37今回の試験条件の一覧をTable1に示す。
試験ガスケットは膨張黒鉛をフィラー材としたうず巻形ガスケット（No.6596V）及びジョイントシートガスケット（No.6500）、
寸法はJPI Class150 4inchとJPI Class300 24inchとした。
全てのボルトにひずみゲージを貼り、ひずみ計を介してボルト軸力を読みとった。目標ガスケット面圧は、事前試験の結果からシール達成面圧（漏れ量 2.0×10−4［Pa･m3/s･m］以下とFigure2

試験冶具（JPI Class300 24inch）なる面圧）とした。
Table12-3）締付方法

試験条件

試験ガスケット

うず巻形ガスケット No.6596V

締付方法はJIS B2251 及びASME PCC-1、そして1 回当

寸法

JPI Class150 4inch、t 4.5 JPI Class300 24inch、t 4.5りの締付量を少なくし締付回数を増やした方法（13 段階）、フランジ座の直径

φ157.2

φ692.2ボルト

M16、8 本M39、24 本

20MPa

40MPa

目標ガスケット面圧⑴

試験ガスケット

ジョイントシートガスケット No.6500

寸法

JPI Class150 4inch、t 1.5 JPI Class300 24inch、t 3.0

フランジ座の直径

φ157.2

φ692.2ボルト

M16、8 本M39、24 本

35MPa

40MPa

目標ガスケット面圧⑴

注⑴

バルカー技術誌

ガスケット締結体では、片締めなどを防ぎ均等に締付けるこ

事前試験の結果からシール達成面圧を目標ガスケット面圧とした。

その逆として1 回当りの締付量を多くし締付回数を減らした方法（3 段階）とした（Table2 参照）。なお、締付けはボルト軸力を指標にして行った。
JPI Class300 24inchはボルト本数が 24 本であり、JIS B2251での締付け時は、規定通り指定された締付けトルクの110%を目標締付けトルクとした。また、13 段階締付けは対角締付け、円周締付けの2 種類で実施した。
10シール性に対する締付手順の影響

Table2

目標値までの締付段階

締付手順

3 段階

JIS B 2251

ASME PCC-1

13 段階（対角締付け）

13 段階（円周締付け）

3 段階

4 段階

3 段階

13 段階

13 段階

対角締付け
（Figure3）
・締付順はTable3 参照

バルカー技術誌

Summer 2019

対象ボルト全てのボルト締付完了までの総段階数

3 段階

JPI Class150
4inch

○

JPI Class300
24inch
備考
備考

締付方法一覧

対角締付け（Figure5）
・締付順はTable3 参照↓
円周締付け（Figure4）

仮締付け：対角締付け（Figure5）↓
本締付け：円周締付け（Figure4）
仮締付け：全てのボルト（4inch）
4本（24inch）
本締付け：全てのボルト（4inch、24inch）

対角締付け（Figure3）
・締付順はTable3 参照

円周締付け（Figure4）

全てのボルト全てのボルト全てのボルト

8 段階

13 段階

13 段階

○○○

○○

○

○

○

－

24inchは目標トルクの110%で締付け

円周締付け時はナットが回転しなくなるまで締付けを続ける－－4inch ：9 段階
24inch：11 段階

締付けはボルト軸力を指標に実施。

No.37

Figure3

対角締付けの締付方法
Table3Figure4

円周締付けの締付方法

対角締めのボルト締付順

JIS 仮締付けの締付方法

Table4 シール性試験条件一覧

Sequence

試験ガス① - ⑬ - ⑦ - ⑲、④ - ⑯ - ⑩ - 、② - ⑭ - ⑧ - ⑳

内圧

2MPa

漏れ量の測定

圧力降下法

シール基準

2.0×10 −4［Pa･m3/s･m］
以下⑤ - ⑰ - ⑪ - 、③ - ⑮ - ⑨ - 、⑥ - ⑱ - ⑫ - 2-4）
シール性試験条件
シール性試験条件の一覧をTable4に示す。
試験ガス、内圧はヘリウムガス、2MPaとし、漏れ量は圧力降下法によって測定した。なお、寸法による影響を除外するため、実測した漏れ量を接触外周長で割った単位長さ当たりの漏れ量として算出した。
11Figure5

ヘリウムガス

3. 試験結果
3-1）ボルト軸力と分布No.6596V及びNo.6500を目標ガスケット面圧まで締付けた時のボルト軸力と分布をFigure6 及び Figure7に示す。
3 段階ではJPI Class150 4inch及びJPI Class300 24inch

技術論文

ともに、ボルト間の軸力差が大きく、最小値が目標軸力を大きく下回っているボルトが見られた。それ以外の締付方法については、JPI Class150 4inchでは締付方法によるボルト軸力に差は見られなかった。一方、JPI Class300 24inchでは3段階ほどではないが、締付方法によるボルト軸力の差が見られた。

3-2）
シール性試験
No.6596V 及び No.6500のシール性試験結果をFigure8及び Figure9に示す。
差が見られ、3 段階はいずれも漏れ量がシール基準（2.0×10−4［Pa･m3/s･m］以下）を超えていた。それ以外の締付方法ではシール基準以下の漏れ量であった。JPI Class150
4inchでは締付方法によって漏れ量の差は見られなかったもSummer 2019No.6596V 及び No.6500ともに締付方法によって漏れ量のバルカー技術誌

Figure7 ボルト軸力と分布（No.6500）のの、JPI Class300 24inchではJIS B2251 が最も漏れ量が少なく、続いてASME PCC-1、13 段階（対角締付け）、13段階（円周締付け）の順で漏れ量は多くなった。JIS B2251では目標軸力の110%で締付けたことが漏れ量が少なかった要因と考えられる。また、13 段階の対角締付けと円周締付けでの漏れ量は同程度であった。
ボルト軸力の①最大値、②最小値と漏れ量をまとめたもの
Figure6 ボルト軸力と分布（No.6596V）

をFigure10 及び Figure11に示す。
ボルト軸力の最大値は漏れ量への影響が少なかったが、最小値が小さいほど漏れ量が多くなる傾向が見られた。3 段階ではボルト軸力の最小値がシール可能なガスケット面圧に到達出来ずに漏れ量が多くなったと考えられる。No.6596VとNo.6500を比較すると、No.6500よりもNo.6596Vの方がボルト軸力の最大値と最小値の差が大きかったが、漏れ量の挙動は同程度であった。
3-3）
フランジ面間の変位量No.6596V及びNo.6500を目標ガスケット面圧まで締付けた時のフランジ面間の最終変位量をFigure12 及び Figure13に示す。
12No.37

シール性に対する締付手順の影響

Figure8 シール性試験結果（No.6596V）

バルカー技術誌

Summer 2019

Figure10 ボルト軸力と漏れ量（No.6596V）

Figure9 シール性試験結果（No.6500）

No.37No.6596V 及び No.6500とも3 段階は、他の締付方法と比べ てフランジ 面 間 の 変 位 量 が 小さくなっていた。JPIClass150 4inchでは3 段階以外の締付方法に差は見られなかったが、JPI Class300 24inchではJIS B2251 が最も変位量が大きく、続いてASME PCC-1、13 段階（対角締付け）、13 段階（円周締付け）となり、シール性試験結果と相関関係が見られた。

Figure11 ボルト軸力と漏れ量（No.6500）
13技術論文3-4）
レンチ移動距離
各締付方法でのレンチ移動距離を算出した結果をFigure14に示す。算出方法はボルト間を最短距離で移動した場合ではなく、フランジに沿った周方向での移動量とした。
JPI Class150 4inchでは大きな差は見られなかったが、JPI Class300 24inchでは 締 付 方 法 で 差 が 見られ、JISB2251や13 段階（円周締付け）はシールも可能で効率も良いと言える。なお、JPI Class300 24inchでASME PCC-1は締付完了までの総段階数が JIS B2251よりも少ないにもかかわらず、レンチ移動距離が長かった。対角締付け時に締付けの対象となるボルト本数の差（JIS B2251では4 本であるのに対し、ASME PCC-1は全てのボルト（24 本））によるものと13 段階で対角締付けと円周締付けで漏れ量や軸力はともに同程度であったが、レンチ移動距離に大きな差が出た。締付けにおいて、特に大口径では対角締付けよりも円周締付けは効率的な締付方法であるといえる。ただし、今回は13段階での結果であるため、段階数を減らした際の影響は今Summer 2019

後の課題である。

バルカー技術誌考えられる。

Figure12 フランジ面間の変位量（No.6596V）

No.37

Figure14 レンチ移動距離

4. おわりに今回の実験からJPI Class150 4inch 及び JPI Class300
24inchの管フランジ締結体での締付方法の違いによるシール性の確認を行い、以下の結論が得られた。
○締付方法の違いにより、漏れ量に差が出ることが確認出
Figure13 フランジ面間の変位量（No.6500）来た。特に小口径より大口径の方が顕著であった。
14

シール性に対する締付手順の影響○ボルト軸力の最小値が漏れ量に影響を及ぼすことが分かり、シール可能な面圧に達していない場合は漏れ量が多くなった。

5. 参考文献１）‌JIS B2251，フランジ継手締付け方法（2008）○ボルト軸力の最小値を大きくするために、大きな力で締付けることや、より均等に締付けることが重要であると考えられる。

２）‌ASME PCC-1, Guidelines for Pressure Boundary
Bolted Flange Joint Assembly（2013）３）‌渡邊芳和，山口篤志，金田忍，辻祐一，“JISフランジ継手○ JIS B2251 及びASME PCC-1などで規格化されている方締付け方法の適用範囲拡大（延伸 PTFEガスケットの締法でボルト軸力を均一に締付けられることが確認出来た。

付シミュレーション）”，山梨講演会講演論文集，152-153

また、13 段階で対角締付けでも円周締付けでも漏れ量や（2009）

ボルト軸力の差は見られなかったものの作業効率は円周締付けの方が良かった。
○レンチの移動距離や漏れ量からJIS B2251 が最も効率的

バルカー技術誌であると考えられる（ただし、24inchは目標軸力の110%で締付けている）。

４）高木知弘，“有限要素解析による管フランジ締結体の締付けおよび力学的特性の評価に関する研究”，神戸商船大学博士論文（2013）５）大宮裕也，高木愛夫，澤俊行，鳥居広康，“ボルト軸力のばらつきがガスケット付き大口径フランジ締結体の密封性能に及ぼ す 影 響 ”山 梨 講 演 会 講 演 論 文 集，160-161（2010）

Summer 2019

藤原 隆寛

鄭 興

研究開発本部
商品開発部

中国総合研究所
シールエンジ開発チーム

No.37

森本 吏一
三菱ケミカル株式会社
岡山事業所

15