圧力容器の自己強化ノズルとは何ですか?

自己強化ノズルについて言及する場合、ノズルに影響を与える負荷に耐えるための強化は、ノズルの構成部分であると一般に想定されています。つまり、自己強化ノズルは、設計条件と外部負荷に耐えるために補助要素（ビルドアップノズルなど）を必要としません。実用的なレベルでは、自己強化ノズルとは、追加の種類の強化材（パッド）が取り付けられておらず、ノズル自体のコンポーネント間およびノズルと容器間のすべての溶接が完全浸透タイプであるノズルです。そのため、これらのノズルは一体強化とも呼ばれます。自己強化ノズルにはさまざまな構成があります。最も一般的に使用されるのは、次のとおりです。ロング溶接ネック（ライトニング）またはストレートハブ、可変ハブ厚さ、および標準化された厚さのパイプを使用して製造されたノズル。

直感的に、自己強化型ノズルは通常、非自己強化型ノズルに比べてコストが増加することがわかります。したがって、設計者がすべての可能性の中から特定のタイプを選択する理由は、論理的に検討し、十分に精査する必要があります。

これらの理由は、圧力、温度、変動荷重（疲労）の存在、パ​​イプに接続されていることによる高い外部荷重など、さまざまな要因によって異なります。通常、自己強化ノズルの使用要件は、それらのノズルが使用されている工業プラントの所有者の作業仕様に含まれていますが、場合によっては、該当する場合は、ライセンサー仕様にこれらの要件が示されていることもあります。

前述の理由により、このタイプのノズルをどのような場合に使用すべきかという具体的な基準をすべてのケースで確立することはできませんが、どのようなシナリオで自己強化ノズルを設計ソリューションとして検討すべきかを検討するための最初のアプローチとして使用すべき一般的なガイドラインがいくつかあります。設計条件に以下の影響が含まれるシナリオでは、自己強化ノズルを選択する必要がありそうです。調査対象のコンポーネントは、変動荷重 (疲労)、ノズルが取り付けられている容器に対する接線方向または傾斜ノズル、致死的なサービス、高圧、高温、または厚い圧力容器に耐える必要があります。

すでに述べたように、自己強化ノズルは、多くの場合、厳しいまたは重要な使用条件と密接に関係しています。そのため、この特殊なノズルでは、応力集中部を可能な限り排除する必要があることに留意してください。

一部の設計コードでは、自己強化ノズルとビルドアップノズルの設計および計算基準が必ずしも同じではありません。後者の場合、要件はより保守的です。例として、疲労解析が必要かどうかを判断する手順である アスメ セクション 八 部門 2 のスクリーニング調査を検討してください。特定の機器またはそのコンポーネントのいずれかが一体型構成の場合、疲労荷重に対する強度を特定の計算によって検証する必要なく、一体型構成ではない機器よりも多くの変動荷重に耐えることができます。

経済的な問題に戻ると、特定のケースでは自己強化ノズルが理想的なソリューションであることは明らかですが、一部の自己強化ノズル構成は鍛造材料から製造されていることを考慮する必要があります。これは高い経済コストを意味し、コストが過度に増加しないように設計を最適化することが非常に重要です。

内圧の作用により、厚肉シリンダ内の応力分布の不均一性は内壁で大きく、外壁で小さくなります。シリンダ内のこの応力分布の不均一性を改善するために、厚肉シリンダを使用する前に事前に過圧処理を行い、厳密に制御された過負荷圧力下でシリンダ本体の層状部分が塑性変形を起こして塑性領域を形成し、外部材料は依然として弾性状態にあります。

一定時間圧力が維持された後、塑性変形したシェル層の部分は残留変形により初期位置に復元できず、弾性段階にある外側の材料は元の状態に戻ろうとするが、元の状態に復元できない内側の材料によって阻止され、完全に復元することができない。そのため、シリンダー壁には内層圧縮と外層張力のプレストレス状態が形成される。シリンダーが作動して作動圧力を受けると、作動圧力による内壁応力が、内部圧力と外部張力によって形成されるプレストレス応力と重なり合うため、元々高いレベルの内壁応力は低下し、元々低いレベルの外壁応力は適度に増加し、壁厚に沿った応力分布が均一になりやすく、シリンダーの降伏支持力が向上する。

制御された過圧処理により、内層のみが降伏し、外層は弾性を維持し、自身の弾性収縮を利用してプレストレスを発生させ、シリンダーの支持力を向上させることを厚肉シリンダーの自己強化と呼びます。