金属ベローズ: 仕組み、種類、材質、購入のヒント |ハオイン

長さ 10 メートルの炭素鋼パイプを 20 °C から 120 °C に加熱すると、パイプは約 12 mm 伸びます。これは、ブラケットが曲がったり、ポンプ ノズルに過負荷がかかったり、両端が固定されている場合にはねじ付きジョイントが外れたりするのに十分な量です。堅固な配管と熱の動きとの間のギャップは、まさに金属ベローズが埋めるように設計されたものです。金属ベローズは、一連の平行な渦巻き状に形成された薄肉の金属管です。耐圧性を保ちながら軸方向、横方向、角度方向に屈曲する精密なバネのように動作するため、機器、サポート、またはジョイントに力を加えることなくパイプを動かすことができます。

原理は単純ですが、エンジニアリングは単純ではありません。渦巻きは移動するのに十分な深さである必要があり、壁は曲がるのに十分な薄さと、圧力を抑えるのに十分な厚さが必要です。ほとんどのハイドロフォーミングされたステンレス鋼ベローズは、壁のおよそ 0.3 ～ 1.5 mm の間にあります。このガイドでは、金属製ベローズの仕組み、製造方法、どの合金がどの用途に適しているか、またベローズが数十年持続するか最初の加熱サイクルで故障するかを決定する選択チェックについて説明します。Haoyin 社は中国寧波のステンレス製ベローズメーカーで、ガス、水道、暖房システム用の波形製品を供給している製造経験を活かしています。

金属ベローズとは何ですか?

工学関連の参考資料では、金属ベローズを弾性容器として説明しています。外側に圧力を加えると圧縮されます。真空下に置くと伸びます。軸に沿って押したり引いたりすると、バネのように動いて戻ります。各渦巻きは反復可能な小さな移動量に寄与するため、総移動量は渦巻きの数とともに増加しますが、圧力容量は反対方向に変化します。このトレードオフがベローズ設計の核心です。

ベローズを定義する 5 つのパラメータ: 畳み込みピッチ (折り目間の間隔)、頂部と底部の直径、壁の厚さ、自由長、およびラインに接続するエンド フィッティングです。以下の等角投影図は、それらがどのように組み合わされるかを示しています。

金属製ベローズを作る 3 つの方法

3 つの製造ルートが主要であり、それぞれがパフォーマンスに特徴を残します。

油圧成形

シームレスチューブはリングダイの内側にセットされ、内圧によって内部から拡張され、金属がコンボリューションプロファイルに押し込まれます。その結果、均一な肉厚を備えた滑らかな同心円状のたたみ込みが実現します。これは、パイプラインの伸縮継手や、ガス機器や給湯器に取り付けられる小口径波形ステンレス コネクタの業界デフォルトです。

機械（ロール）成形

ここでは、畳み込みが一度に 1 ステップずつチューブにロールされます。工具のコストが削減され、より大きな直径またはより厚い壁が実用化され、HVAC や実用規模の作業に適していますが、プロファイルの精度には多少のコストがかかります。

エッジ溶接

プレス加工された内側と外側のダイアフラムは、内側と外側のエッジで交互に溶接されます。エッジ溶接ベローズは、単位長さあたりの最大の動きと高度に予測可能なバネ定数を実現するため、真空バルブ、半導体装置、精密機器に使用されています。トレードオフは、圧力容量が低くなり、疲労に重大な溶接シームが発生することです。

配管システムにおける金属ベローズの役割

頻度の高い順に 4 つのジョブが優勢です。

• 補償 — 熱膨張と収縮を吸収し、成長がアンカー、ポンプ、または機器のノズルに到達しないようにします。
• 振動制御 — ポンプ、コンプレッサー、ファンの振動が騒音や疲労として伝わる前に、振動を遮断します。
• 位置ずれ — 製造および取り付けの公差によって生じる小さな横方向および角度のオフセットを許容します。
• 感知とシール — 圧力計、サーモスタット、密閉バルブステムの応答要素として機能します。

報酬は大きなものであり、それは予測可能な計算です。鋼は温度が 1 ℃上昇するごとに 1 メートルあたり約 0.012 mm 成長します (オーステナイト系ステンレス鋼の場合は約 0.017 mm)。したがって、100 ℃ で加熱された 10 メートルの距離は、炭素鋼では約 12 mm、ステンレスでは約 17 mm 長くなります。グラフは、それがどれほど早く増加するかを示しています。

その移動に適したサイズのベローズにより、接続された機器から成長物を遠ざけます。当社のフレキシブル金属コンペンセータ/波形伸縮継手は、金属ホースおよびコンペンセータラインの一部であり、まさに暖房、水道、工業用配管におけるこの任務のために作られています。

フレキシブルメタルコンペンセータ波形伸縮継手 暖房、水道、産業システムにおけるパイプの成長を吸収するためのステンレス鋼または炭素鋼の波形伸縮継手です。フランジ、溶接、またはクイック接続端、DN255 ～ DN600、0.6 ～ 1.6MPa の水、蒸気、油を処理します。 製品を見る→

合金の選択: 温度、塩化物、コスト

合金の選択により、ベローズがどの程度の熱で動作できるか、媒体にどのように対処するか、およびコストが決まります。以下の制限は、伸縮継手メーカーのデータシートからまとめられた一般的な継続サービスの数値です。必ずサプライヤーにメディア、圧力、サイクル条件に照らして確認してください。

実用的なメモが 2 つあります。まず、304 ステンレスは水道、ガス、暖房サービスの主力製品ですが、塩化物が高温にさらされる場所 (沿岸地域、一部のプロセス水) では、316L の方が孔食や塩化物応力腐食に対してはるかに優れています。第 2 に、疲労寿命は推測ではなく設計されています。EJMA (伸縮継手製造業者協会) の方法では、定格変位での動作サイクルによってベローズを評価しています。これが、2 つの同じサイズのベローズが非常に異なる寿命評価を持つ可能性がある理由です。

金属製ふいごが活きる場所

産業用配管、HVAC、エネルギー

エキスパンションジョイントの使用に関する業界の概要は、化学プラント、石油化学プラント、発電、HVAC と地域暖房、水処理、造船など、同じ最終候補リストに戻り続けています。一般的な取り付けポイントは、ボイラーとヒーターの出口、ポンプの吸入と吐出、タービンのクロスオーバーなど、熱、振動、および強固な固定が 1 つのラインで交わる場所であればどこでも可能です。

家庭用のガスと水道の接続

同じテクノロジーが建物でもきれいに縮小されます。波形ステンレス鋼のガスコネクタは、端にナットが付いた小型の金属製ベローズであり、レンジ、クックトップ、給湯器、壁掛けボイラーを接続するために使用されます。家庭用サイズは DN10 から DN25 まであり、北米向けに販売されるコネクタは、該当するガス コネクタ規格に対する CSA 認定を取得しています。当社の CSA 認定 DN15 コネクタは、家庭用電化製品に最も一般的に適合するサイズです。

CSA認定DN15ステンレススチールガスコネクター 15/16"-16UNF フレア ナットを備えた小型波形 304 ステンレス鋼ベローズ コネクタ。家庭用ガス機器を接続するために作られています。CSA 認証と複数のアダプタ オプションにより、住宅用接続サイズの実用的な基準点となります。 製品を見る→

もちろん、金属だけが選択肢ではありません。ゴム製ベローズはより遠くに移動し、振動を抑える効果があり、コストパフォーマンスに優れていますが、経年劣化し、実際の温度上限があり、金属の圧力封じ込めには匹敵しません。レーダー チャートは、業界が一般に受け入れているトレードオフをまとめたものです。

選択と設置: 耐用年数が決まるかどうか

注文する前に次の 7 つのチェックを行ってください。

1. 動き — タイプ (軸方向、横方向、角度)、量、および 1 日あたりの予想されるサイクル。
2. 圧力 - 作動圧力、テスト圧力、および任意の真空条件。
3. 温度 — パイプの内側と外側の定常状態レベルと起動ピーク。
4. 媒体 - 合金の選択肢を狭める塩化物、油、またはガス混合物。
5. エンドフィッティング — ジョイントの構成方法に合わせた溶接端、フランジ、またはねじ付きナット。
6. 認証 — 北米のガス用コネクターは CSA に登録されており、産業用供給用の ISO 9001 管理の製造を行っています。
7. 取り付け - 締め付け時にねじれがなく、隙間を埋めるために伸ばさず、正しいサポートでパイプの重量が継手にかかることはありません。

この最後のチェックがほとんどの結果を決定します。業界の故障レビューでは、ベローズの初期故障は、製造上の欠陥ではなく、取り付けと取り扱い、つまり回旋部に対するナットの締め付けによるねじれ、過度の伸び、継手にかかっているパイプの重量などに遡ることが繰り返し判明しています。産業用パイプラインで金属ベローズが故障する理由に関する記事では、そのメカニズムを詳しく解説しています。

家庭用ガス工事の場合は、コネクタのサイズを機器の負荷に合わせます。DN10 ～ DN25 でほとんどの住宅用コネクタに対応します。また、長いコネクタが狭いキャビネット内を通る場合、ホイッスルのない設計により、高吸引時に単純な渦巻きが発生する可能性のある流れのノイズが抑制されます。

DN20 ホイッスルフリーステンレススチールガスコネクター この 304 ステンレス鋼コネクタは、0.25 mm の壁と笛のない波形設計を組み合わせており、狭いキャビネット内を長時間走行する際の気流ノイズを抑制します。 1 1/8 インチ-16UNF フレア ナットとハード シールは、漏れのないアプライアンスの接続をサポートします。 製品を見る→

金属ベローズに関するよくある質問