ベローズシステムの種類、動作限界、材質、選定ガイド

ポンプが 90℃ の温水ループで始動すると、金属が加熱するにつれて、熱交換器近くのパイプが 12 ～ 20 mm ジャンプする可能性があります。ラインが硬い場合、その変位はフランジ、バルブ本体、溶接部に伝わります。フランジがしだれ始め、数週間以内にベースプレートに亀裂が生じる可能性があります。ベローズ システムは状況を変えます。コンボリューションは曲がり、フランジはしっかりと固定され、ポンプは位置を合わせたままになります。

このガイドでは、ベローズ システムとは何か、ベローズ システムが処理できる動作、その背後にある疲労と基準、使用限界を設定する材料、現場での故障を防ぐ選択パラメータについて説明します。

ベローズシステムとは何ですか?

ベローズ要素は、一連の環状または螺旋状の渦巻き状に形成された薄壁のチューブです。このシステムには、エンドフィッティング、内部ライナー、推力が存在する場合にはタイロッド、ヒンジ、圧力バランス設計など、実際の配管での作業に必要なすべてが追加されます。伸縮継手製造業者協会 (EJMA) が言うように、伸縮継手は、隣接する配管への接続を可能にするフランジなどの端金具を備えた柔軟なベローズ要素です。

動作原理は単純です。接続されたパイプが動くと、各畳み込みはその弾性範囲内でわずかに曲がります。波形の形状によって変形が多数の小さな折り目全体に分散されるため、要素は強度を失うことなく低いバネ定数を獲得します。その結果、フランジや機器に過負荷をかけることなく、継続的に圧縮、伸張、たわみを行うコンポーネントが生まれます。

コアコンポーネント

• ベローズ要素 — クラウンとルートで構成される波形の圧力境界。
• エンドフィッティング - フランジ、溶接端、またはネジ付きニップル。
• 内部ライナー — ベローズを侵食、乱流、高速媒体から保護します。
• 外部カバーまたは編組 — 機械的損傷を防ぎ、伸びを制限します。
• タイロッドとヒンジ - 圧力推力を吸収し、ベローズが意図した動きのみを認識します。

移動能力: ベローズシステムが吸収できるもの

軸方向の動きはベローズ システムの本領を発揮する部分です。単一要素の軸方向伸縮継手は、剛性のフランジ面が許容できるよりもはるかに多くの変位を吸収できます。横方向の偏向と角回転も可能ですが、より多くの畳み込みを消費します。強化されていないベローズには、パイプ軸の周りをねじるねじれを決して加えてはなりません。

複数の動きが同時に発生すると、その組み合わせによってそれぞれの許容値が減少します。サプライヤーには、年間の熱サイクル数とともに、軸方向、横方向、角度のすべてをミリメートルと度で提供します。

サイクル寿命と設計基準: 疲労が本当の限界です

ベローズ システムの耐用年数は、暦年ではなくサイクルで表されます。圧縮と拡張のたびに、その頂点と根元で畳み込みが曲がります。これらの局所的な応力は蓄積され、最終的に最も薄い部分で亀裂が発生します。 EJMA は、加えられる動き、内圧、壁の厚さ、および畳み込み形状を予想されるサイクル寿命に結び付ける設計手法を公開しています。この関係は非線形です。動作を定格ストロークの 50% に減らすと、期待寿命が約 10 倍になります。

現場では 2 つの結果が重要です。まず、ベローズをわずか数ミリメートルでもストロークしすぎると、その疲労予備力のほとんどが消費されてしまいます。第 2 に、高い内部圧力により軸方向の推力が発生し、要素が不安定になる可能性があります。この状態はスクワームと呼ばれます。メインアンカー、ガイド、タイロッドは付属品ではありません。要素を定格エンベロープ内に保ちます。

材料と製造がサービスの限界を形成する

ほとんどのベローズ システムはオーステナイト系ステンレス鋼で作られています。一般用途には 304/304L、塩化物や海洋大気が存在する場合には 316/316L、持続的な高温により金属が軟化する場合には安定化グレードが使用されます。積極的な化学用途では、ニッケル合金が使用されますが、コストが倍増するため、材料の選択は技術的な問題であると同時に経済的な問題にもなります。

成形方法も重要です。油圧で形成された要素はきれいで均一な畳み込みを持ち、周期的な負荷に適しています。機械的にロール成形された要素は、長期にわたる生産工程においてピッチと直径を制御するのに適しています。多層構造（1 つの厚い壁の代わりに 2 つまたは 3 つの薄い層）は、低いバネ定数で圧力容量を高めますが、壁を貫通する小さな亀裂が圧力トラップにならないように、各層に通気口を設ける必要があります。エンドフィッティングは認定された手順に従って溶接されます。不十分な溶接転移は、疲労亀裂の一般的な開始点です。

住宅用および商業用ガス システムでは、同じ波形技術がステンレス鋼のフレキシブル ガス コネクタとして使用されます。違いはコンテキストです。マルチコンボリューション伸縮継手ではなく、単一曲げのアプライアンス接続です。 ステンレス製ベローズとゴム製ベローズの比較 ゴムは時間の経過とともに硬化し亀裂が生じますが、ステンレス鋼は数十年にわたり定格性能を維持します。

ベローズシステムが使用される場所

プラント全体で、ベローズ システムは、伸縮継手、ガス コネクタ、および柔軟な給水ラインという 3 つの異なる役割で使用されます。形状は似ているように見えますが、評価ロジックが異なるため、製品を義務に適合させることが最初のステップです。

産業用配管と熱ループ

蒸気、サーマルオイル、熱水のループは温度とともに増大します。フランジ端を備えた柔軟な金属製コンペンセータは、機器のノズルおよび固定アンカー ポイント間の軸方向および横方向の動きを吸収し、ポンプ ケーシングと熱交換器のフランジを熱推力から保護します。周期的サービスの場合は、ストロークだけでなくサイクル寿命も指定します。

フレキシブルメタルコンペンセータ波形伸縮継手 このフランジ付きまたは溶接された補償器は、蒸気、サーマルオイル、温水システムの熱膨張による軸方向および横方向の動きを吸収し、ポンプ ケーシングと熱交換器のフランジを保護します。 304 ステンレス編組と最大 1.6 MPa の圧力定格は、周期的なサービスに適しています。 製品を見る→

ガス機器と供給接続

波形ステンレス鋼チューブと半硬質ガスコネクタは、同じ波形原理を使用して、保守のためにアプライアンスを移動させながら低圧で安全にガスを運びます。 CSA 認定のステンレス鋼ガス コネクタは、標準化されたフィッティングと工場でのリーク テストを追加します。これは、検査官が定格の確認を求めた場合に文書化された利点です。

CSA 認定のステンレス鋼ガス コネクタ (DN10 ～ DN25) 304 材質、肉厚 0.2 ～ 0.25 mm、100% 漏れテストを備えた CSA 認定のステンレス鋼ガス コネクタの製品群。フレアナット付きの DN10 から DN25 までのサイズが用意されており、検査官が評価した文書が重要な住宅用および商業用ガス機器に適しています。 製品を見る→

現場でよくある苦情の 1 つは、ヒューヒューというガス流です。ホイッスルは滑らかなボア内のフローパターンから発生します。ホイッスルフリーのガスコネクタは、CSA 定格のエンベロープとベローズ壁の柔軟性を維持しながら、ホイッスルを抑制するために成形された内部コアを使用しています。

DN15 ステンレススチール製ホイッスルフリーガスコネクター 肉厚 0.25 mm の DN15 コネクタ、15/16"-16UNF フレア ナット、およびさまざまなアダプタ。ホイッスルのないコアは、真鍮または炭素鋼ナットによるハード シールを維持しながらエアフロー ノイズを抑制します。柔軟な設置のために 12 ～ 72 インチの長さが用意されています。 製品を見る→

よくある失敗とその防止方法

ベローズ システムの故障のほとんどは、製造時ではなく、誤使用によって故障します。以下のリストは、配管メンテナンス作業における典型的な現場経験を反映しており、各項目は設置ルールに直接対応しています。

1. 定格ストロークを超えた伸び過ぎ — 要素が底に達し、クラウンが生成されます。予防策: トラベルストップを取り付けるか、より長いエレメントを使用してください。
2. ねじれ during installation — ベローズは、位置がずれているフランジペアによってねじれています。予防策: 締め付ける前に 2 つのフランジを平行に合わせてください。
3. ウォーターハンマーまたは圧力サージ — 突然のスパイクが定格エンベロープを超えます。予防策: ゆっくりと閉まるバルブを取り付け、過渡圧力を確認してください。
4. メインアンカーの破損 — 隣接するアンカーが破損すると、ベローズが軸方向の推力を最大限に受けてうねります。予防: アンカーを毎年検査し、最初から推力を考慮して設計します。
5. 塩化物腐食 — 断熱材や洗い流された水からの外部塩化物により、304 の表面に亀裂が生じます。防止: 塩化物が存在する場合は、316 または保護カバーを指定してください。
6. 編組終端部での高周波振動 — 局所的なフレッチングにより亀裂が生じます。予防策: ベローズを発生源から遠ざけるか、減衰サポートを追加します。

機械的な背景については、ノートで説明されています。 金属製ベローズが産業用パイプラインで失敗する理由 。つまり、定格ストロークを尊重する、ねじれを避ける、アンカーを良好な状態に保つという 3 つの習慣がほとんどの故障を防止します。

ベローズシステムの選択方法: 重要なパラメータ

選択は、カタログ番号ではなく、義務を 1 行ずつ確認することから始まります。平均値ではなく、動作範囲を書き留めてください。平均温度に合わせたサイズのベローズでも、1 日に 2 回 20°C のオーバーシュートが発生すると、早期に故障します。

これらの数値をメーカーに送信し、定格ストローク、バネレート、スクワーム圧力での予想サイクル寿命を問い合わせてください。 3 つすべてに答えるサプライヤーは、設計されたベローズ システムを引用しています。価格だけで答える人は、波形パイプの名前を挙げています。

ベローズシステムのFAQ