真空容器 肉厚の設計

質問

真空容器の肉厚設計

始めて真空容器を設計するのですが、
内径200mm,高さ120mm,容積3.77リットルの
SUS304製の真空容器（円筒形状で上下の蓋は円板を溶接）を製作したいと思っております。
使用温度は常温　リークディテクタ（ターボ＋ロータリー）の排気能力で
高真空まで排気します。
タンクの肉厚tをJIS　B8265より求めると、
私の計算では

L；高さ　Do；円筒外径　ｔ；円筒肉厚（t=5と仮定）
Pa；設計段階において厚さをｔと仮定した場合の最高許容圧力

L/Do=120/200=0.6　　Do/t=200/5=40
よってA≒0.01 （附属書1付図1）より
B≒95（附属書1付図2（6））より

Pa=4Bt/3Do=4*95*5/3*200=3.166Mpa　　　　　3.166Mpa≧0.1033Mpa（大気圧）　　
よってt=5mmの場合、大気圧の30倍近い外圧まで耐えることが出来る。

以上の計算で誤りはないのでしょうか？皆様よろしくお願い致します。
本当に大気圧に耐える事が出来るのか心配です。すぐ近くで人が作業するので、事故があってからでは遅いので・・・・

また上下の蓋については社内でアルゴン溶接により製作する予定ですが、私の知識が乏しく蓋の肉厚、溶接効率、開先の形状など不明点が多く困惑しております。
どのように設計すればよろしいのでしょうか？こちらもよろしくお願い致します。

回答No.3

noname#230359

何Paまで引くのか(容積：3.77リットルで、リークディテクタ付けるのですから、かなり引けちゃうと思いますが)不明ですが、大気開放のためのN2ラインや、排気配管の継ぎ手のめねじ、真空容器内の圧力を計測するための圧力計(リークディテクタの圧力と真空容器内の圧力は異なります！)を設けるための余肉は、盛り込んでおかないといけないでしょう。
　また、強度的にOKでも、気体が透過して真空度を低下させる要因になりますから、その意味でも余裕を設けた方がいいでしょう。
　あと、「上下の蓋」のうち、下の蓋は、側壁と一体で削り出しにされた方がいいと思います。内径200の真空容器の溶接を、真空側から行うのは困難なので、大気側から行うことになると思いますが、その際、溶接の溶け込みが、真空側まで十分達して、溶接欠陥がないようにしないと、側壁と下の蓋の隙間からチョロチョロ気体が放出され、排気時間が長くなることになります。ですから、一体加工が適当でしょう。
　上の蓋も、前述の排気速度の問題や、容器内のメンテナンスのことを考えると、Oリング+ボルト止めの方式をとった方がいいと思います。
　例えば、市販品のKF200のブランクフランジを、同サイズのセンターリング(Oリング付き)でシールし、自分で設計した半月クランプ等で容器に固定すると、比較的簡単に物ができるでしょう。

「参考」に挙げたHPの「クロウクランプ(BF用)」を使えば、上の蓋は、全て市販品でまかなえますね。
クロウクランプは、6個(やったことはないけど、4個でも大丈夫か？)使えば、十分です。

なるほど、リークチェックに使うのですね！

ところで、気がついた点を列記します。
1)真空容器内に製品を入れて、真空引きをするのですから、やはり真空容器内の圧力を大気圧に復帰させるためのライン(先の回答では、N2と限定しましたが、AIRでいいですね。)が必要だと思います。蓋が、開けられなくなりますから。ラインと言っても、真空容器にバルブ(真空を封止出来る物)をつければいいでしょう。
2)材質をSUSから、アルミに変えてはいかがでしょうか？それならば、削り出しで作っても、あまり文句言われないと思いますよ。とにかく、真空装置を作るうえで、大気側を溶接するのはタブーですので、今回のように真空側からの溶接が困難な物は、削り出しが一般的です。もちろんねじ部には、ヘリサート使用です！
なおアルミは、半導体製造装置のチャンバー等にも多用されている、真空容器には一般的な材料です。
3)リークチェックの方法ですが、リークディテクタを使う方法には、
a)吹き付け法(？)：私の勝手な命名です(スイマセン)。リークディテクタを製品に接続し、内部を真空引きし、製品の外側からHeを吹き付け、リークディテクタでHeを検出する方法。
b)スニファー法：製品の中をHeで満たして大気圧以上まで加圧し、容器外に漏れたHeをリークディテクタで検出する方法。
があると思いますが、いずれも、製品を入れる真空容器を使いません。
(もしかしたら、スニファー法の様な方法なのでしょうか？)
詳細を知らず、このようなことを申し上げるのは失礼かと思いますが、リークチェックの方法を、再確認されてはいかがでしょうか？もしかしたら、真空容器が、不要になるかもしれません。

参考URL：

http://www.mirapro.co.jp/gyomu/sinku/data.html

お礼

大変詳しい説明をありがとうございます。容器内に製品を入れ、
その製品のリーク量を測定したいと考えております。
その為、タンク内の圧力計やN2ラインは不要と考えております、
下の蓋は溶接（削り出すのは、機械加工に怒られそうなので・・・）
上の蓋はJIS　VGフランジを付けようと考えております。

回答No.2

noname#230359

まづ、通常の真空工程のみの装置の場合、基本的に内側に潰れるだけで、
爆発性・外部への危険性が少ないため法規制がありませんっと有りますね
SUS304でのTIG溶接でt5？なら少しばかり厚い気がします。もっと薄ければ、
開先の心配もしなくて済むし、t2でダメか？と私なら言ってしまいそう

溶接の継手効率は下記URLを参考に。概略0.45として私なら計算します
http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0040020060
分からないことはココで聞くよりも廻りの、プロにどんどん聞いた方が良い
最後に手計算でも、計算した控えはきちんと整理・保管しておきましょう

補足

確かに私が設計したt=5で計算しますと、
外圧3MPaまで耐えてしまう？？
（大気圧が0.1MPaなので、大気圧の30倍弱まで）
ので、十分なのかなと思っております。

肉厚による開先の有無などは、全く知らなかったので参考にさせて頂きます。

回答No.1

noname#230359

圧力容器の低圧資料を参考に、各種の確認をして下さい。

事故等の危険が存在するのであれば、法的な確認に準じたチェックを
した方が良いと考えます。

頑張って下さい。

お礼

ありがとうございます。他の方もおっしゃっていましたが、内圧がかかる圧力容器は事故の影響が甚大な為、参考資料も豊富なのですが、
外圧になると資料が少ないので・・・

アドバイスの通り事故が起こらない様、余裕を持った設計にしようと思います。