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WO2017042874A1 - 圧力配管の接続方法及びフランジ付き圧力配管の作成方法 - Google Patents

圧力配管の接続方法及びフランジ付き圧力配管の作成方法 Download PDF

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WO2017042874A1
WO2017042874A1 PCT/JP2015/075383 JP2015075383W WO2017042874A1 WO 2017042874 A1 WO2017042874 A1 WO 2017042874A1 JP 2015075383 W JP2015075383 W JP 2015075383W WO 2017042874 A1 WO2017042874 A1 WO 2017042874A1
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pressure pipe
pressure
groove
ring
arc members
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理人 小林
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Nihonkansen Kogyo KK
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    • F16L21/02—Joints with sleeve or socket with elastic sealing rings between pipe and sleeve or between pipe and socket, e.g. with rolling or other prefabricated profiled rings
    • F16L21/04—Joints with sleeve or socket with elastic sealing rings between pipe and sleeve or between pipe and socket, e.g. with rolling or other prefabricated profiled rings in which sealing rings are compressed by axially-movable members

Definitions

  • Patent Document 4 As a technique for connecting a pressure pipe for guiding a high-pressure fluid without using welding, the applicant has proposed a pressure pipe connection structure using a bolt as a connecting means as shown in Patent Document 4.
  • a large number of bottomed holes are provided in the pressure pipe, and are fixed with bolts from the surface of the sleeve that fits the pressure pipe toward the bottomed hole. Opening a bottomed hole in the pressure pipe reduces the breaking strength of the pressure pipe itself.
  • Patent Document 4 in order to make the strength of the connecting portion exceed the yield load required for the pressure pipe (if the pressure pipe is STPG370, the strength is determined to be 370 N / mm 2 ), It discloses disposing stress by disposing the opening positions of the holes at equal angular intervals over the entire circumference of the pressure pipe so as not to overlap each other in the direction of the center line.
  • the pressure piping in piping work for pressure piping that requires tensile strength, the pressure piping can be connected by bolts without using welding.
  • drilling is an operation of opening a large number of bottomed holes corresponding to the number of bolts in a pressure pipe cut to a required length, and requires a large number of processing steps.
  • the bottomed holes are dispersed and opened in the length direction of the pressure pipe, a tool with high machining accuracy is required.
  • An object of the present invention is to provide a connection method for connecting a pressure pipe and a method for producing a flanged pressure pipe without reducing the number of processing steps for the pressure pipe and requiring high processing accuracy.
  • a typical configuration of the present invention is as follows.
  • a joining method for connecting pressure pipes for flowing a fluid under pressure a plurality of circular arc members that have a circular shape by joining the end faces together, and non-through holes are provided on the outer periphery.
  • a plurality of arc members having an inner diameter smaller than the outer diameter of the pressure pipe and larger than the inner diameter are prepared, and the one ring-shaped member is formed over the entire circumference in an internal hollow into which the pressure pipe is inserted from the opposite inlet.
  • a cylindrical sleeve having a cylindrical inner peripheral surface that fits around the outer periphery of the arc member, and having a plurality of through-holes that pass through from the outside at positions corresponding to the non-through holes.
  • a plurality of arc members are fitted into the groove to form a single ring, and the pressure pipe is inserted into the hollow interior of the sleeve and the arc member fitted into the groove is inserted into the cylinder.
  • the through holes and the non-through holes communicate with each other, and the bolt fixes the pressure pipe through the through hole of the sleeve.
  • a plurality of arcuate members that form a circular shape by matching the end faces, and a non-through hole is provided on the outer periphery, A plurality of arc members having an inner diameter smaller than the outer diameter of the pressure pipe and larger than the inner diameter are prepared, and the one ring shape is formed over the entire circumference in the hollow inside the pressure pipe inserted from the opposite inlet.
  • a cylindrical inner peripheral surface that fits the outer periphery of the circular arc member formed, and has a plurality of through-holes that are provided with female screw threads penetrating from the outside at positions corresponding to the non-through holes, and the hollow A cylindrical flange in which a horizontal hole in the center line direction is perforated along the circumference at equal angular intervals, a plurality of bolts to be screwed into a plurality of through holes of the flange, and a pressure pipe Cut to a length suitable for the installation location.
  • An arc member inserted into the hollow inside of the flange and fitted in the groove is positioned on the inner peripheral surface of the cylinder, and the through hole and the non-through hole are communicated with each other, and the bolt is connected to the pressure through the through hole of the flange. It is characterized by fixing piping.
  • the operation of cutting the groove into which the arc member is fitted to the pressure pipe cut to the required length can be performed relatively easily and accurately by using a lathe. Yes, and afterwards, piping work is completed by combining parts such as sleeves, flanges, and bolts made in advance, reducing the man-hours for pressure piping and piping without requiring high processing skills There is an effect that work can be performed.
  • connection structures described below as embodiments of the present invention include a connection structure using a sleeve joint and a connection structure using a flange joint. Before describing these, first, they are common to these embodiments. The principle will be described.
  • Patent Document 4 in order for the strength of the connecting portion to exceed the yield load required for the pressure pipe, the opening positions of the bottomed holes are equiangularly spaced over the entire circumference of the pressure pipe, and the center line The stress was dispersed by arranging so as not to overlap each other in the direction.
  • the portion Z was cut from the groove 23 when the tensile force P of 89.5 KN was applied to the sample 1-1 and the tensile force P of 64.6 KN was applied to the sample 1-2.
  • the cut surface was in a state of being cut almost vertically at a position slightly entering from the corner of the bottom of the groove 23 toward the center of the groove 23. At this point, it can be considered that the connection structure by the groove 23 and the ring 5 is broken.
  • both samples showed that the connecting part had a strength higher than the proof stress required for the pressure pipe 2. It can be inferred that this is because the groove 23 makes one round with the same width over the entire circumference of the pressure pipe, so that the stress is distributed over the entire circumference.
  • the thickness of the part of the groove 23 is thin, if a tensile force near the yield point (48KN or more) of the pressure pipe 2 is applied, there is a possibility that the part is deformed below the force of the yield point. Therefore, the compression pressure applied to a sealing material such as an O-ring described later does not change, and the connection structure is not destroyed.
  • the sleeve 1 is a straight cylindrical tube having a hollow 10 that externally fits the pressure pipes 2, 2 ′, and the pressure pipes 2, 2 ′ are respectively inserted from the opposed inlets of the hollow 10.
  • Each of the entrances is provided with a step 11b that recedes outward in the radial direction over the entire circumference.
  • the step 11b is retracted in the radial direction from the hollow 10 and reaches the cylindrical inner peripheral surface 11a on which the outer periphery of the pressure pipe 2 is fitted.
  • the location of the cylindrical inner peripheral surface 11a is always present at a position closest to the outlet in the entire length of the sleeve 1. When the cylindrical inner peripheral surface 11a is not disposed at a position close to the outlet, there is no need to have a portion with a reduced diameter between the cylindrical inner peripheral surface 11a and the outlet.
  • the ring 5 includes 180-degree arc members 5 a and 5 b, and each of the arc members 5 a and 5 b has a protrusion 50 that fits into the groove 23.
  • the inner diameter of the protrusion 50 is smaller than the outer diameter of the pressure pipe 2 and larger than the inner diameter.
  • the inner diameter of the protrusion 50 is made equal to the diameter of the groove 23.
  • the protrusion 50 is fitted into the groove 23 formed in the pressure pipe 2 and the end faces 50a and 50b of the arc members 5a and 5b are combined to form one ring shape surrounding the pressure pipe 2 (FIG. 4B).
  • Non-through holes 53 are formed in the outer peripheral surface 52 of the ring 5 at equal angular intervals.
  • the non-through hole 53 is provided at a position corresponding to the through hole 12 of the sleeve 1.
  • the non-through hole 53 has a portion 53 a formed by a cylindrical inner peripheral surface that does not have a thread and a portion 53 b formed by a conical female taper surface following the inner portion.
  • the part 53a is a part where the range 42b of the bolt 4 is inserted, and the part 53b is a part where the tail part 43 is inserted.
  • the taper angle ⁇ 1 of the portion 53b is equal to the taper angle ⁇ 1 of the tail portion 43 of the bolt 4.
  • FIG. 3B is a perspective view of the insert 3, and FIG. 3C shows a cross section of the insert 3.
  • the insert 3 is provided with step-shaped grooves 31 and 32 that make a round on both sides.
  • the outer diameter of the insert 3 is equal to the inner diameter of the hollow 10 of the sleeve 1.
  • O-rings are attached to the step-shaped grooves 31 and 32.
  • the end surface 2 a of the pressure pipe 2 becomes the O-ring. 40 abuts.
  • the pressure pipe 2 ′ fitted with the ring 5 is inserted from the opposite side of the pressure pipe 2.
  • the end surface 2a of the pressure pipe 2 ′ abuts against the O-ring 40 and is displaced in the direction along the center line C so that the through hole 12 of the sleeve 1 and the non-through hole 53 of the ring 5 are displaced. .
  • the pressure pipe 2 ′ is connected to the sleeve 1 in the process in which the male tapered surface of the tail 43 of the bolt 4 slides into the female tapered surface of the non-through hole 53.
  • the O-ring 40 is compressed between the end face 2 a and the grooves 31 and 32 by entering the hollow 10.
  • an appropriate compressive force is applied to the O-ring 40.
  • the ring 5 is composed of 180 degree arc members 5a and 5b.
  • the arc member is a plurality of arcs having a total of 360 degrees. It may be a member.
  • the insert 3 that accommodates the O-ring 40 is independent from the sleeve 1, but is integrated in the sleeve 300 of the third embodiment.
  • the end portion of the pressure pipe 2 is processed into a male tapered surface 2b having a taper angle ⁇ 2 (FIG. 6C).
  • Female tapered surfaces 321 and 322 for receiving the tapered surface 2b are provided (FIG. 6D).
  • the hollow 310 of the sleeve 300 has a protrusion 320 that protrudes to the same radial position as the inner diameter of the pressure pipe 2.
  • the protruding portion 320 has female tapered surfaces 321 and 322 toward the outlet of the hollow 310 of the sleeve 300, and O-ring grooves 323 and 324 for receiving the O-ring 40 are provided in the middle of the female tapered surfaces 321 and 322. It has been. Since the female tapered surfaces 321 and 322 are in surface contact with the male tapered surface 2b of the pressure pipe 2, the taper angle is set to an angle ⁇ 2. The position of the groove 23 is machined at a position at least a distance corresponding to the thickness of the groove portion of the pressure pipe 2 on the rear side of the male tapered surface 2b.
  • the bolt 4 and the ring 5 are the same as those in the first embodiment, and the sleeve 300 has a through hole 12 provided with a screw thread at a position corresponding to the non-through hole 53 of the ring 5 as in the sleeve 1. is doing.
  • the O-ring 40 is attached to the O-ring grooves 323 and 324, and the pressure pipes 2 and 2 'to which the ring 5 is attached are inserted from both sides of the sleeve 300 (FIG. 6A).
  • connection structure which connects pressure piping 2, 2 ' was shown, this Example is a connection structure by a flange joint.
  • FIG. 7 the point that the groove 23 is formed in the pressure pipe 2 is the same as that in the first embodiment. The same applies to the insert 3 and the ring 5.
  • the flange 400 is a linear cylindrical tube having a hollow 410 that fits the pressure pipe 2, and a step 411 b that retreats radially outward over the entire circumference is provided at one inlet of the hollow 410. Yes.
  • the step 411b is retreated in the radial direction from the hollow 410 and reaches the cylindrical inner peripheral surface 411a facing the outer periphery of the pressure pipe 2.
  • a plurality of through-holes 412 having threads are drilled at equal angular intervals from the outer peripheral surface of the flange 400 toward the cylindrical inner peripheral surface 411a.
  • the flange 400 further has a large number of lateral holes 430 at equal angular intervals in the direction of the center line C of the hollow 410. Using the horizontal holes 430, connection with other devices is performed by fastening bolts N.
  • Bolts 44 are screwed into the through holes 412.
  • the body portion 442 of the bolt 44 is engraved with a male thread in a range 442a that is screwed into the through hole 412, and the other range 442b has a cylindrical surface.
  • the bolt 44 is different from the bolt 4 and does not have the conical tail portion 43 of the bolt 4. Compression of the insert 3 with respect to the O-ring 40 is performed using a bolt inserted into the lateral hole 430.
  • the fifth embodiment shown in FIG. 8 is also a connection structure in which a flange is attached to the pressure pipe 2 as in the fourth embodiment.
  • the flange 500 is a straight cylindrical tube having a hollow 510 that fits the pressure pipe 2, and a step 511 b that recedes radially outward over the entire circumference is provided at the inlet of one hollow 510. Yes.
  • the step 511 b reaches the cylindrical inner peripheral surface 511 a facing the outer periphery of the pressure pipe 2 when retreating from the hollow 510 in the radial direction.
  • the flange 500 does not have the through hole 412 in the flange 400.
  • the flange 500 further has a large number of lateral holes 530 at equal angular intervals in the direction of the center line C. Using the horizontal holes 530, connection with other devices is performed by fastening bolts N.
  • the ring 550 is the same as the ring 5 except that the ring 5 does not have the non-through hole 53, and is divided into a plurality of arc portions 551 and 552, and the protrusion 555 is a groove of the pressure pipe 2. 23.
  • the flange 500 is connected to the pressure pipe 2 so that the cylindrical inner peripheral surface 511a is located closer to the end face 2a than the step 511b. Fit outside.
  • the flange 500 that is fitted on the pressure pipe 2 is moved to the position of the ring 550, so that the ring 550 and the cylindrical inner peripheral surface 511 a face each other.
  • a large number of lateral holes 530 are used, and the gasket 30 is sandwiched to connect to other devices.
  • Example 6 shown in FIG. 9 is an example of a sleeve joint that connects pressure pipes as in Example 1, but in Example 1, the sleeve 600 has a cylindrical shape that is equal to the outer periphery of the ring 5 over its entire length. A point differs from the insert 3 in that the insert 35 has an outer diameter equal to the outer periphery of the ring 5. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the seventh embodiment shown in FIG. 10 is also a connection structure in which a flange is attached to the pressure pipe 2 as in the fourth and fifth embodiments.
  • the flange 700 includes semicircular arc members 700 a and 700 b, and each of the arc members 700 a and 700 b has a protrusion 755 that fits into the groove 23.
  • the arc members 700a and 700b have the same shape.
  • the inner diameter of the protrusion 755 is smaller than the outer diameter of the pressure pipe 2 and larger than the inner diameter.
  • the inner diameter of the protrusion 755 is equal to the diameter of the groove 23.
  • a protrusion 755 is fitted into the groove 23 formed in the pressure pipe 2 and the end faces 750a and 750b of the arc members 700a and 700b are combined to form a single ring surrounding the pressure pipe 2 (FIG. 10B).
  • the portions 756 other than the protrusions 755 on the inner peripheral surfaces of the arc members 700 a and 700 b are in contact with the outer peripheral surface of the pressure pipe 2.
  • the end faces 750a and 750b are provided with screw holes 750b having screw threads and screw holes 751a extending to the outer periphery, and the arc members 700a and 700b can be connected and fixed by the headless screws 45. Yes.
  • the flange 700 further has a large number of lateral holes 730 at equal angular intervals in the direction of the center line C of the circle formed by the arc members 700a and 700b. Using the horizontal holes 730, connection with other devices is performed by fastening bolts N. As described above, the flange 700 has the function of the ring 5 or 550 in the fourth and fifth embodiments.
  • FIG. 11 shows how the flange 700 of the seventh embodiment is connected to the connector 810 of another device 800.
  • the insert 850 has a diameter equal to the outer periphery of the ring 5, and has a through hole 860 at a position corresponding to the lateral hole 730 in the direction of the center line C.
  • the flange 700 is screwed into the bolt hole 830 of another device by the fastening bolt N using the lateral hole 730.

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Abstract

圧力配管に対する加工工数を減少させ、かつ高い加工精度を要求されずに圧力配管を接続する接続構造を提供する。複数の円弧部材５ａ、５ｂは、その端面５０ａ、５０ｂ同士をあわせることにより１周する輪状となる。円弧部材５ａ、５ｂの外周には非貫通孔５３が設けられている。複数の円弧部材５ａ、５ｂによる輪は圧力配管２の外径よりも小さく、内径よりも大きい内径を持っている。円筒状のスリーブ１は、対向する入口から夫々圧力配管２が挿入される内部の中空１０に、全円周にわたって円弧部材５ａ、５ｂの外周を外嵌する円筒内周面１１ａと、外側から貫通して雌ネジ山が設けられた複数の貫通孔１２とを有している。圧力配管２を設置場所に適合する長さに切り揃えて、溝２３を切削加工する。円弧部材５ａ、５ｂを溝２３に嵌合し、圧力配管２をスリーブ１に挿入して円弧部材５ａ、５ｂを円筒内周面１１ａに位置付けて、夫々の貫通孔と非貫通孔同士を連通させ、ボルト４により固定する。

Description

圧力配管の接続方法及びフランジ付き圧力配管の作成方法
本発明は、配管設置箇所に適合する長さに切りそろえられた圧力配管に対して溶接を必要とすることなく、接続させることを可能とした圧力配管の接続方法およびフランジ付き圧力配管の作成方法に関する。
圧力配管用の鋼管としては、炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）が用いられる。炭素鋼鋼管は、最低限として要求される降伏荷重及び破断強度が、ＪＩＳ規格により決められている。一方、圧力配管の接続を行う継手について、圧力配管の降伏荷重及び破断強度を超えるものであることが要求される。具体的には、継手の強度は、引張試験において、継手に接続される圧力配管の母材の方が切断されるような強度とする。また、溶接による接続についても同様に圧力配管の母材の方が切断するような溶接強度を持たせるため、全周に渡って圧力配管に対して脚長を延ばすことが求められている。このような溶接作業には熟練を要し、作業を行える者には限りがある。
溶接によらない接続手段として、接着剤やボルトなどの手段がある。例えば特許文献１及び２にはボルトで管と管を接続するものが開示されている。これらの技術は、電線を収容する管の周面壁にその半径方向に沿って螺着されたボルトの締め付け力で管側を変形させて固定するものである。このようなボルトにより接続される管は、内部の電線を保護するものであり、内部の電線自体が圧力を持ったり漏れたりするものではない。又特許文献３では、ボルトで棒同士を接続する技術が開示されているが、これも先の特許文献と同様に、ボルトの締め付け力で棒側面を変形させて固定する。
一方、溶接を用いずに、高圧の流体を案内する圧力配管を接続する技術として、出願人は特許文献４に示すようにボルトを接続手段として利用した圧力配管の接続構造を提案した。圧力配管に有底孔を多数設けて、圧力配管を外嵌するスリーブの表面からこの有底孔に向けてボルトにより固定するものである。圧力配管に有底孔を開けるということは、圧力配管自体がもつ破断強度を低下させる。特許文献４においては、接続部の強度が圧力配管に対して要求される降伏荷重（圧力配管がＳＴＰＧ３７０であれば、規格で定められた強度３７０Ｎ／ｍｍ２）を超えるようにするため、有底孔の開口位置を圧力配管の全周にわたり等角度間隔に、かつ、中心線方向に互いに重なり合わないように配置して応力を分散させることを開示している。
実公昭５１－９６６７号公報 特開２００３－１８００１１号公報 特開２０１０－１８０９５７号公報 ＷＯ　２０１２／０９６０４２Ａ１号公報
特許文献４に示される接続構造によれば、引張強度が要求される圧力配管の配管工事において、溶接を用いずにボルトにより圧力配管の接続を行うことができる。しかしながら、穿孔は、必要な長さに切り揃えられた圧力配管に対してボルトの数に対応して多数の有底孔を開口する作業であり、多くの加工工数を要する。また、有底孔を圧力配管の長さ方向に分散して開口するため、加工精度の高い工具が必要とされた。
本発明の目的は、圧力配管に対する加工工数を減少させ、かつ高い加工精度を要求されずに圧力配管を接続する接続方法およびフランジ付き圧力配管の作成方法を提供することにある。
上記課題を達成するため本発明の代表的な構成を示すと以下の通りである。圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管同士を接続する接合方法において、端面同士をあわせることにより１周する輪状となる複数の円弧部材であって、外周に対して非貫通孔が設けられ、前記圧力配管の外径よりも小さく、内径よりも大きい内径を持つ複数の円弧部材を用意し、対向する入口から夫々圧力配管が挿入される内部の中空に、全円周にわたって前記１つの輪状となった円弧部材の外周を外嵌する円筒内周面を有し、前記非貫通孔に対応する位置に外側から貫通して雌ネジ山が設けられた複数の貫通孔を有する円筒状のスリーブを用意し、前記スリーブの複数の貫通孔に螺入される複数のボルトを用意し、前記圧力配管を設置場所に適合する長さに切り揃え、前記切り揃えた端部から離れた位置に前記複数の円弧部材が嵌合する溝を切削加工し、前記複数の円弧部材を前記溝に嵌合して１つの輪とし、前記圧力配管を前記スリーブの内部中空に挿入して前記溝に嵌合した円弧部材を前記円筒内周面に位置付けて、夫々の貫通孔と非貫通孔同士を連通させ、前記ボルトは前記スリーブの貫通孔を通して前記圧力配管を固定することを特徴とする。
圧力のかけられた流体を内部に流すフランジ付き圧力配管の作成方法において、端面同士をあわせることにより１周する輪状となる複数の円弧部材であって、外周に対して非貫通孔が設けられ、前記圧力配管の外径よりも小さく、内径よりも大きい内径を持つ複数の円弧部材を用意し、対向する入口から夫々圧力配管が挿入される内部の中空に、全円周にわたって前記１つの輪状となった円弧部材の外周を外嵌する円筒内周面を有し、前記非貫通孔に対応する位置に外側から貫通して雌ネジ山が設けられた複数の貫通孔を有し、かつ前記中空の中心線方向の横孔が円周に沿って等角度間隔で穿孔された円筒状のフランジを用意し、前記フランジの複数の貫通孔に螺入される複数のボルトを用意し、前記圧力配管を設置場所に適合する長さに切り揃え前記切り揃えた端部から離れた位置に前記複数の円弧部材が嵌合する溝を切削加工し、前記複数の円弧部材を前記溝に嵌合して１つの輪とし、前記圧力配管を前記フランジの内部中空に挿入して前記溝に嵌合した円弧部材を前記円筒内周面に位置付けて、夫々の貫通孔と非貫通孔同士を連通させ、前記ボルトは前記フランジの貫通孔を通して前記圧力配管を固定することを特徴とする。
本発明によれば、必要な長さに切り揃えられた圧力配管に対して、円弧部材が嵌合する溝を切削加工する作業は、旋盤を利用すれば比較的容易にかつ正確に出来る作業で有り、後は、予め作られているスリーブ、フランジ、ボルトなどの部品を組み合わすことにより配管作業が完了するため、圧力配管に対する加工工数を減少させ、かつ高い加工技能を必要とすることなく配管作業を行えるという効果がある。
実験例を示す図である。 スリーブ継手による実施例の接続構造を示す図である。 スリーブとインサートを示す図である。 リングを示す図である。 他の実施例を示す図である。 さらに他の実施例に係る接続構造を示す図である。 フランジ継手による他の実施例に係る接続構造を示す図である。 フランジ継手によるさらに他の実施例に係る接続構造を示す図である。 スリーブ継手による実施例の接続構造を示す図である。 フランジ継手によるさらに他の実施例に係る接続構造を示す図である。 フランジ継手による接続例を示す図である。
以下、ボルトで得られる接続強度を利用して、圧力配管を接続する接続構造を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施例として以下説明するいくつかの接続構造には、スリーブ継手による接続構造と、フランジ継手による接続構造とがあるが、これらを説明する前に、まず、これらの実施例において共通する原理から説明する。特許文献４においては、接続部の強度が圧力配管に対して要求される降伏荷重を超えるようにするため、有底孔の開口位置を圧力配管の全周にわたり等角度間隔に、かつ、中心線方向に互いに重なり合わないように配置して応力を分散させた。
本発明においては、圧力配管の端部から離れた位置に対して、圧力配管の全周に亘って、同じ幅で１周する溝を形成する加工がなされる。特許文献４の考察に基づくと、圧力配管の肉部が全周に亘って、そぎ落とされることから、接続部の強度が低下し、圧力配管に対して要求される降伏荷重に達しないと考えられた。
実験では、圧力配管の肉部が全周に亘ってそぎ落としたときに、接続部分の構造が変形するか否かを確かめた。図１の装置において、圧力配管２として肉厚ｔ１は３．９ｍｍのＳＴＰＧ３７０　ｓｃｈ４０　２０Ａの試料を２本（試料１－１，試料１－２）用いた。試料１－１は溝２３の深さｔ２は全周において１．５ｍｍとし、圧力配管２の残肉の厚さｔ３は２．４ｍｍである。試料１－２は溝２３の深さｔ２は全周において１．０ｍｍとし、圧力配管２の残肉の厚さｔ３は２．９ｍｍである。ＳＴＰＧ３７０　ｓｃｈ４０　２０Ａは、４８ＫＮ以上の耐力（降伏点）を有し、破断強度は８２ＫＮ以上と規格上は規定されている。溝２３には、リング５を嵌合させて、治具Ｆ３に溶接ｗ１をし、鉄棒Ｆ１に対して引っ張り力Ｐを加えた。尚、鉄棒Ｆ１は外径が圧力配管２より小さく、鉄棒Ｆ１は圧力配管２に差し込まれ、圧力配管２の端部と鉄棒Ｆ１の間は圧力配管２の肉厚に相当する脚長をもって溶接ｗ２されている。
試料１－１は８９．５ＫＮの引っ張り力Ｐを加えたときに、試料１－２は６４．６ＫＮの引っ張り力Ｐを加えたときに、箇所Ｚが溝２３から切断された。切断面は、溝２３の底の角部から溝２３の中心に向かってやや入った位置において、ほぼ垂直に断裂した状態であった。この時点で、溝２３とリング５による接続構造が破壊されたとみなせる。
両方の試料とも、圧力配管２に対して要求される耐力以上の強度を接続部が有することを示した。これは、溝２３が圧力配管の全周に亘って、同じ幅で１周することから、応力が周の全体に分散したからではないかと推測できる。なお、溝２３の部分は肉厚が薄くなっているため、圧力配管２の降伏点（４８ＫＮ以上）近くの引っ張り力を加えると、降伏点の力以下で変形する可能性はあるが、箇所Ｚの長さは変わらないため、後述するＯリングなどのシール材への圧縮圧力は変化せず、接続構造としては破壊されたことにはならない。
第１の実施例に係る接続構造１００を図２に示す。本実施例は圧力配管同士を接続するスリーブ継手の例を示す。接続構造１００は、スリーブ１、圧力配管２、２’、インサート３、多数のボルト４及びリング５からなっている。スリーブ１、インサート３、ボルト４、リング５は、予め工場などで量産しておくものである。一方、圧力配管２、２’自体は規格化された量産品であるが、その長さは設置設備に対応して切断されて調整されるものである。
スリーブ１は、圧力配管２、２’を外嵌する中空１０を有する直線状の円筒管であり、中空１０の対向する入口から圧力配管２、２’が夫々挿入される。当該入口の夫々には、全円周に渡って半径方向外側に後退した段差１１ｂが設けられている。段差１１ｂは、中空１０から半径方向に後退し、圧力配管２の外周を外嵌する円筒内周面１１ａに到る。円筒内周面１１ａの箇所は必ず、スリーブ１の全長のうちもっとも出口に近い位置に存在させておく。円筒内周面１１ａを出口に近い位置に配置しないときには、円筒内周面１１ａと出口の間には、径が狭まった部分が存在しない必要がある。
図３において、図３Ａは、スリーブ１の斜視図を示している。スリーブ１の外周面から円筒内周面１１ａに向かって、雌ネジ山を有する貫通孔１２が等角度間隔(例えば、９０度間隔）に複数穿孔されている。ボルト４は、頭部４１と、胴部４２と、尾部４３とを有しており、ボルト孔１３に胴部４２が螺合する。胴部４２は、貫通孔１２に螺合する範囲４２ａに雄ねじ山が刻まれ、その他の範囲４２ｂは円筒状の表面を有する。尾部４３は、テーパー角度θ１の円錐状の雄テーパー面が形成されている。
図２に戻り、圧力配管２は、設置場所に適合する長さに切り揃えられた後に、端部に対して端部から距離Ｓだけ離れた位置に溝２３が形成される加工がなされている。溝２３の深さは、圧力配管２の肉厚と管口径によるが、少なくとも溝２３の幅Ｗは溝２３の残肉の厚ｔ３と同じかそれ以上の必要がある。旋盤を利用して溝２３を切削加工することができる。例えば、切削バイトを圧力配管２に対して押し当て、中心線Ｃを中心として圧力配管２若しくは切削バイトを回転させながら、切削することにより溝２３を形成することができる。
図４において、図４Ａは溝２３が形成された圧力配管２の端部の斜視図を示している。距離Ｓは、少なくとも溝２３の残肉の厚ｔ３と同じかそれ以上とする。溝２３は、圧力配管２の全周に亘って、同じ幅で１周する。
リング５は、１８０度の円弧部材５ａ及び５ｂからなり、円弧部材５ａ及び５ｂの夫々が溝２３に嵌合する突起部５０を有している。突起部５０の内径は、圧力配管２の外径よりも小さく、内径よりも大きい。突起部５０の内径は、溝２３の径に等しくされている。圧力配管２に形成された溝２３に突起部５０を嵌め込み、円弧部材５ａ及び５ｂの夫々の端面５０ａ、５０ｂをあわせることにより、圧力配管２を取り囲む１つの輪状になる（図４Ｂ）。このとき、円弧部材５ａ及び５ｂの内周側の表面であって、突起部５０以外の箇所５１は、圧力配管２の外周面に接触している状態である。リング５の外周面５２には、等角度間隔に非貫通孔５３が穿孔されている。非貫通孔５３は、スリーブ１の貫通孔１２に対応する位置に設けられる。
図２に戻り、非貫通孔５３は、螺子山を有していない円筒状内周面で形成された箇所５３ａとその奥に続く円錐状の雌テーパー面で形成された箇所５３ｂを有している。箇所５３ａは、ボルト４の範囲４２ｂが挿入される箇所であり、箇所５３ｂは尾部４３が挿入される箇所である。箇所５３ｂのテーパー角度θ１は、ボルト４の尾部４３のテーパー角度θ１と等しくなっている。
圧力配管２にリング５を嵌合させ、圧力配管２の端面２ａをスリーブ１の中空１０に挿入すると、スリーブ１の円筒内周面１１ａがリング５の外周面５２に全周にわたり外嵌し接触する。また、段差１１ｂは、リング５に突き当たる。この状態が図２Ａの左側の状態である。スリーブ１の中空１０に、インサート３を挿入する。インサート３は、圧力配管２の端面２ａをシールするものである。
図３Ｂはインサート３の斜視図、図３Ｃはインサート３の断面を夫々示している。インサート３は、両側に一周するステップ状の溝３１、３２が設けられている。インサート３の外径は、スリーブ１の中空１０の内径に等しい。ステップ状の溝３１、３２には、Ｏリングが装着される。スリーブ１に圧力配管２を挿入した状態において、ステップ状の溝３１、３２にＯリング４０を装着したインサート３をスリーブ１の中空１０に反対側から挿入すると、圧力配管２の端面２ａがＯリング４０に当接する。
さらに、図２Ｂに示すように、リング５を嵌合した圧力配管２’を、圧力配管２の反対側から挿入する。圧力配管２’の端面２ａはＯリング４０に突き当たり、中心線Ｃに沿った方向においてズレて、スリーブ１の貫通孔１２と対応するリング５の非貫通孔５３とがズレた状態となっている。
この状態で、ボルト４が貫通孔１２に螺入されると、ボルト４の尾部４３の雄テーパー面が非貫通孔５３の雌テーパー面に滑り進入する過程で、圧力配管２’はスリーブ１の中空１０内に進入して、端面２ａと溝３１、３２との間でＯリング４０を圧縮する。ボルト４が螺入され終わった段階で、Ｏリング４０に対して適切な圧縮力が加えられた状態となる。
本実施例においては、リング５は１８０度の円弧部材５ａ及び５ｂからなるものであったが、１８０度以下にリング５を分割する場合には、円弧部材は合計で３６０度になる複数の円弧部材であっても良い。
実施例２を図５に示す。実施例１においては、リング５の断面が、Ｔ字状に突起部５０を有するものであったが、本実施例においては、断面が長方形であるリング５５が示されている。円弧部材５５ａと５５ｂからなり、両者により１つの円を形成する。非貫通孔５３を有する点はリング５と同じである。リング５と比較して、圧力配管２の外周面に接触している状態となる箇所５１を有していない点で、リング５５は強度的には劣るものとなるが、箇所５１の成形を必要としないため、製造コストが低減されるという利点がある。
実施例１においては、Ｏリング４０を収容するインサート３は、スリーブ１とは独立したものであったが、実施例３のスリーブ３００においては一体としている。その際において、できるだけ径の大きいＯリング４０を収容するために、圧力配管２の端部は、テーパー角度が角度θ２の雄テーパー面２ｂに加工されており（図６Ｃ）、スリーブ３００には雄テーパー面２ｂを受ける雌テーパー面３２１、３２２が設けられている（図６Ｄ）。スリーブ３００の中空３１０には、圧力配管２の内径と同じ半径位置まで突出した突出部３２０を有している。突出部３２０は、スリーブ３００の中空３１０の出口に向かって雌テーパー面３２１、３２２を有しており、雌テーパー面３２１、３２２の途中にＯリング４０を収容するＯリング溝３２３、３２４が設けられている。雌テーパー面３２１、３２２は、圧力配管２の雄テーパー面２ｂと面接触するため、テーパー角度を角度θ２に設定されている。溝２３の位置は、雄テーパー面２ｂの後側に、圧力配管２の溝部の肉厚に相当する距離だけ少なくとも離れた位置に加工されている。
ボルト４およびリング５は、実施例１のものと同じであり、スリーブ３００にはスリーブ１と同様にリング５の非貫通孔５３に対応する位置に、ネジ山が設けられた貫通孔１２を有している。
Ｏリング溝３２３、３２４にＯリング４０を装着し、スリーブ３００の両側から、リング５を装着した圧力配管２、２’を挿入する（図６Ａ）。圧力配管２、２’の雄テーパー面２ｂはＯリング４０に突き当たり、中心線Ｃの方向においてスリーブ３００の貫通孔１２と対応するリング５の非貫通孔５３とが連通していない状態となっている。
この状態で、ボルト４が貫通孔１２に螺入されると、ボルト４の尾部４３が非貫通孔５３の円錐状周面で形成された箇所に進入する過程で、圧力配管２、２’の雄テーパー面２ｂとＯリング溝３２３、３２４の底面との間でＯリング４０を圧縮し、ボルト４が螺入され終わった段階で、Ｏリング４０に対して適切な圧縮力が加えられた状態となる（図６Ｂ）。
上記実施例においては、圧力配管２、２’同士を接続する接続構造を示したが、本実施例はフランジ継手による接続構造である。
図７において、圧力配管２に対して溝２３が形成される点は実施例１と同じである。また、インサート３およびリング５も同様である。
フランジ４００は、圧力配管２を外嵌する中空４１０を有する直線状の円筒管であり、中空４１０の一方の入口には、全円周に渡って半径方向外側に後退した段差４１１ｂが設けられている。段差４１１ｂは、中空４１０から半径方向に後退して、圧力配管２の外周に正対する円筒内周面４１１ａに至っている。
フランジ４００の外周面から円筒内周面４１１ａに向かって、ネジ山を有する貫通孔４１２が等角度間隔に複数穿孔されている。フランジ４００には、さらに、中空４１０の中心線Ｃの方向に、等角度間隔に多数の横孔４３０を有している。横孔４３０を利用して、締結ボルトＮにより他の機器との接続を行う。
貫通孔４１２には、ボルト４４が螺入される。ボルト４４の胴部４４２は、貫通孔４１２に螺合する範囲４４２ａに雄ねじ山が刻まれ、その他の範囲４４２ｂは円筒状の表面を有する。一方、ボルト４４は、ボルト４とは相違し、ボルト４が持つ円錐状の尾部４３を有していない。
インサート３のＯリング４０に対する圧縮は、横孔４３０に挿入されるボルトを用いて行う。
図８に示す実施例５も、実施例４と同様に圧力配管２に対してフランジを取り付ける接続構造である。
フランジ５００は、圧力配管２を外嵌する中空５１０を有する直線状の円筒管であり、一方の中空５１０の入口には、全円周に渡って半径方向外側に後退した段差５１１ｂが設けられている。段差５１１ｂは、中空５１０から半径方向に後退すると、圧力配管２の外周に正対する円筒内周面５１１ａに到る。フランジ５００は、フランジ４００における貫通孔４１２を有していない。フランジ５００には、さらに、中心線Ｃの方向に、等角度間隔に多数の横孔５３０を有している。横孔５３０を利用して、締結ボルトＮにより他の機器との接続を行う。
一方、リング５５０は、リング５における非貫通孔５３を有していない点を除き、リング５と同様であって、複数の円弧部分５５１、５５２に分割され、突起部５５５が圧力配管２の溝２３に嵌合される。
長さが切り揃えられ、端部に溝２３が切削加工された圧力配管２に対して、段差５１１ｂよりも円筒内周面５１１ａが端面２ａに近い位置に位置するようにフランジ５００を圧力配管２に外嵌させる。円弧部分５５１，５５２を圧力配管２の溝２３に嵌合させた後、圧力配管２に外嵌させていたフランジ５００をリング５５０の位置に移動させて、リング５５０と円筒内周面５１１ａを対向させる。多数の横孔５３０を利用し、ガスケット３０を挟んで、他の機器等に接続する。
図９に示す実施例６は、実施例１と同様に、圧力配管同士を接続するスリーブ継手の例であるが、実施例１とはスリーブ６００が、全長にわたってリング５の外周と等しい円筒状である点と、インサート３５が、インサート３とは異なり、リング５の外周と等しい外径を持つ点が異なる。その他の構成は、実施例１と共通するので説明を省略する。
図１０に示す実施例７も、実施例４、５と同様に圧力配管２に対してフランジを取り付ける接続構造である。
フランジ７００は、半円の円弧部材７００ａ及び７００ｂからなり、円弧部材７００ａ及び７００ｂの夫々が溝２３に嵌合する突起部７５５を有している。円弧部材７００ａと７００ｂとは、同一形状である。突起部７５５の内径は、圧力配管２の外径よりも小さく、内径よりも大きい。突起部７５５の内径は、溝２３の径に等しくされている。圧力配管２に形成された溝２３に突起部７５５を嵌め込み、円弧部材７００ａ及び７００ｂの夫々の端面７５０ａ、７５０ｂをあわせることにより、圧力配管２を取り囲む１つの輪状になる（図１０Ｂ）。このとき、円弧部材７００ａ及び７００ｂの内周側の表面であって、突起部７５５以外の箇所７５６は、圧力配管２の外周面に接触している状態である。また、端面７５０ａ、７５０ｂには、ネジ山を有するネジ孔７５０ｂと、外周に抜けるネジ孔７５１ａが設けられており、円弧部材７００ａ及び７００ｂは、無頭のネジ４５により連結固定できるようになっている。フランジ７００は、さらに、円弧部材７００ａ及び７００ｂからなる円の中心線Ｃの方向に、等角度間隔に多数の横孔７３０を有している。横孔７３０を利用して、締結ボルトＮにより他の機器との接続を行う。
フランジ７００は、このように、先の実施例４、５におけるリング５若しくは５５０の機能を兼ね備えたものとなっている。
図１１は、実施例７のフランジ７００を他の機器８００のコネクタ８１０に接続する様子を示している。インサート８５０が、インサート３とは異なり、リング５の外周と等しい径を持ち、かつ、中心線Ｃの方向に、横孔７３０の対応する位置に、貫通孔８６０を有している。フランジ７００は、横孔７３０を利用して、締結ボルトＮにより他の機器のボルト孔８３０に螺合される。インサート８５０のかわりに、図８で示したガスケット３０を挟んでも良い。
１、３００、６００　スリーブ
２、２’　圧力配管
２ａ　端面
２ｂ　雄テーパー面
３、３５、８５０　インサート
４　ボルト
５、５５、５５０　リング
１０　中空
１１ａ　円筒内周面
１１ｂ　段差
１２、４１２　貫通孔
２３　溝
４０　Ｏリング
５０ａ、５０ｂ　端面
５３　非貫通孔
４００、５００、７００　フランジ

Claims (6)

  1. 圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管同士を接続する接合方法において、
    端面同士をあわせることにより１周する輪状となる複数の円弧部材であって、外周に対して非貫通孔が設けられ、前記圧力配管の外径よりも小さく、内径よりも大きい内径を持つ複数の円弧部材を用意し、
    対向する入口から夫々圧力配管が挿入される内部の中空に、全円周にわたって前記１つの輪状となった円弧部材の外周を外嵌する円筒内周面を有し、前記非貫通孔に対応する位置に外側から貫通して雌ネジ山が設けられた複数の貫通孔を有する円筒状のスリーブを用意し、
    前記スリーブの複数の貫通孔に螺入される複数のボルトを用意し、
    前記圧力配管を設置場所に適合する長さに切り揃え、
    前記切り揃えた端部から離れた位置に前記複数の円弧部材が嵌合する溝を切削加工し、
    前記複数の円弧部材を前記溝に嵌合して１つの輪とし、
    前記圧力配管を前記スリーブの内部中空に挿入して前記溝に嵌合した円弧部材を前記円筒内周面に位置付けて、夫々の貫通孔と非貫通孔同士を連通させ、
    前記ボルトは前記スリーブの貫通孔を通して前記圧力配管を固定することを特徴とする圧力配管の接続方法。
  2. 前記円弧部材の非貫通孔は、円錐状の雌テーパー面を有しており、また、前記ボルトの尾部には前記雌テーパー面に対応する雄テーパー面が設けられており、前記圧力配管同士の間に配置されるＯリングを、前記ボルトの雄テーパー面が前記リングの雌テーパー面を滑る過程で、圧縮することを特徴とする請求項１記載の圧力配管の接続方法。
  3. 前記スリーブの中空内であって、前記圧力配管の間には、前記Ｏリングを収容するＯリング溝が設けられたインサートを挿入することを特徴とする請求項２記載の圧力配管の接続方法。
  4. 圧力のかけられた流体を内部に流すフランジ付き圧力配管の作成方法において、
    端面同士をあわせることにより１周する輪状となる複数の円弧部材であって、外周に対して非貫通孔が設けられ、前記圧力配管の外径よりも小さく、内径よりも大きい内径を持つ複数の円弧部材を用意し、
    対向する入口から夫々圧力配管が挿入される内部の中空に、全円周にわたって前記１つの輪状となった円弧部材の外周を外嵌する円筒内周面を有し、前記非貫通孔に対応する位置に外側から貫通して雌ネジ山が設けられた複数の貫通孔を有し、かつ前記中空の中心線方向の横孔が円周に沿って等角度間隔で穿孔された円筒状のフランジを用意し、
    前記フランジの複数の貫通孔に螺入される複数のボルトを用意し、
    前記圧力配管を設置場所に適合する長さに切り揃え、
    前記切り揃えた端部から離れた位置に前記複数の円弧部材が嵌合する溝を切削加工し、
    前記複数の円弧部材を前記溝に嵌合して１つの輪とし、
    前記圧力配管を前記フランジの内部中空に挿入して前記溝に嵌合した円弧部材を前記円筒内周面に位置付けて、夫々の貫通孔と非貫通孔同士を連通させ、
    前記ボルトは前記フランジの貫通孔を通して前記圧力配管を固定することを特徴とするフランジ付き圧力配管の作成方法。
  5. 圧力のかけられた流体を内部に流すフランジ付き圧力配管の作成方法において、
    端面同士をあわせることにより１周する輪状となる複数の円弧部材であって、前記圧力配管の外径よりも小さく、内径よりも大きい内径を持つ複数の円弧部材を用意し、
    前記圧力配管が挿入される内部の中空に、前記圧力配管を外嵌する径から全円周にわたって半径方向外側に後退する段差を経て、前記１つの輪状となった円弧部材の外周を外嵌する径となる円筒内周面を有し、前記中空の中心線方向の横孔が円周に沿って等角度間隔で穿孔された円筒状のフランジとを有し、
    前記圧力配管を設置場所に適合する長さに切り揃え、
    前記切り揃えた端部から離れた位置に前記複数の円弧部材が嵌合する溝を切削加工し、
    前記フランジの円筒内周面が前記段差よりも前記圧力配管の端部に位置するようにして、前記圧力配管を内部中空に挿入し、
    前記複数の円弧部材を前記溝に嵌合して１つの輪とし、
    前記段差を前記円弧部材に当接させて、前記溝に嵌合した円弧部材を前記円筒内周面に位置付けることを特徴とするフランジ付き圧力配管の作成方法。
  6. 圧力のかけられた流体を内部に流すフランジ付き圧力配管の作成方法において、
    端面同士をあわせることにより１周する輪状となる複数の円弧部材であって、前記圧力配管の外径よりも小さく、内径よりも大きい内径を持ち、前記中空の中心線方向の横孔が円周に沿って等角度間隔で穿孔され、かつ円弧部材同士がネジにより連結される円筒状のフランジを用意し、
    前記圧力配管を設置場所に適合する長さに切り揃え、
    前記切り揃えた端部から離れた位置に前記複数の円弧部材が嵌合する溝を切削加工し、
    前記複数の円弧部材を前記溝に嵌合した後にネジで連結して１つの１周する輪状にすることを特徴とするフランジ付き圧力配管の作成方法。
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