JP2009257561A - 水管橋の管フランジ継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 水管橋において管と同等の強度を有し、溝がどちら側に有るか配管後一見して分かる管フランジ継手を得ること。
【解決手段】 配管の曲りを防ぐため、ガスケットを荷重の伝達から外す。その代わりに、Ｏリングのような溝に嵌めて一定量締付けるガスケットを用いる。ガスケット溝を一方のフランジに設けると共にこのフランジを相手フランジと同等の強度にするためにフランジを厚くする。ボルトの締付けでフランジが変形しないように、フランジのボルト周りから外周近くまでフランジ面をお互いに接触させる。半径方向の大きな荷重を支える必要があれば、両フランジに嵌合部を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、配管用のフランジ継手に属する。

配管には管フランジ継手が使われるが、河川を単独で渡る配管で、スパンの長いもの（水管橋）には、この継手が使われることはほとんど無い。その理由は配管が配管自体と流体の重量を支えるために、継手に大きな荷重がかかるからである。
水管橋の継手は、管の強さと同等であるのが望ましいので、溶接接続か特別な機械的接続継手が用いられている。しかし、溶接は熱が配管にかかるために、溶接部内面の防食をどうするかという問題があった。また、特別な機械的接続継手は、防食は配管前にしておくので問題ないが、構造が複雑で重く、組立難いという欠点があった。

管フランジ継手が大きな荷重、特に曲げ荷重に耐えられないのは、その構造に原因がある。フランジの座面（ガスケットの当る面）は、ボルト穴の内側が少し出っ張っている平面座（以下、ＲＦという）と出っ張りの無い全面座（以下、ＦＦという）が一般的に使われるが、ガスケットは、どちらの場合もこの出っ張りの径とほぼ等しい外径のシートガスケットを使う。そのために接続するフランジは、ボルト部分に隙間があり、組立でボルトを締付けると、フランジはシートガスケットを圧縮しながら、隙間の方に倒れ込み皿ばねのような形に変形する。

この組立状態の継手が両端支持の水平配管の中央にある場合、曲げ荷重（モーメント）は、配管の下側が引張、上側が圧縮になり、引張は、配管の下側⇒フランジ⇒ボルト⇒相手フランジ⇒接続配管の下側と伝わり、圧縮は、配管の上側⇒フランジ⇒シートガスケット⇒相手フランジ⇒接続配管の上側と伝わる。これによりフランジの引張側は更に皿ばねのような形の撓みが大きくなり、シートガスケットが弛む。圧縮側は復元して平面に近づくように戻り、シートガスケットの圧縮側は更に圧縮される。その結果、配管が管フランジ継手の中央でＶ字形に曲る。シートガスケットが柔らかいとこの曲りが大きくなる。

上述のシートガスケットの変わりに、Ｏリングを使う場合がある。Ｏリングは一方のフランジに溝を設けて嵌める。しかし、配管フランジの厚さは、溝の有る方も無い方も同じであるから、無い方は強度が弱くなっている。また、フランジ厚さが同じために、配管後は一見してどちらのフランジに溝があるか分からず、修理のときに困ることがある。

水管橋において管と同等の強度を有し、溝がどちら側に有るか配管後一見して分かる管フランジ継手を得ること。

配管の曲りを防ぐため、ガスケットを荷重の伝達から外す。その代わりに、Ｏリングのような溝に嵌めて一定量締付けるガスケットを用いる。ガスケット溝を一方のフランジに設けると共にこのフランジを相手フランジと同等の強度にするためにフランジを厚くする。ボルトの締付けでフランジが変形しないように、フランジのボルト周りから外周近くまでフランジ面をお互いに接触させる。半径方向の大きな荷重を支える必要があれば、両フランジに嵌合部を設ける。

ガスケットは常に一定締付け状態にあるので管フランジ継手の漏れ止め性能が変わらない。溝のあるフランジが厚いので外観でそれと分かる。ボルトを強く締付けでき、大きな曲げ荷重に耐える。強度が高い構造なので、フランジを薄く、外径も小さくでき、重量減がはかれる。嵌合部を設けたものは、配管がずれない。

接続する一対のフランジの座面はＦＦにし、ボルトを締付けたときに座面が接す構造にする。一方のフランジの座面に溝を設け、一定量締付けで漏れが止まるガスケットを嵌めると共に、このフランジを溝の無い方より厚くする。必要あれば、一方のフランジに突起、他方のフランジに凹部を設け嵌合構造にする。

図１は、本発明の差込み溶接フランジ継手の部分断面図である。１及び２は接続する管、３及び４は一対の差込み溶接フランジで、差し込まれた管１及び２に溶接Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４で取付けられている。フランジの接続面（座面）はＦＦである。フランジ４には溝５があり、ガスケット（Ｏリング）６が嵌められて接続面からの漏れを止めている。フランジ４は溝５があるので、強度をフランジ３にそろえるためにフランジ３より厚くして、Ｔ＜Ｇになっている。７はボルト、８はナットで、フランジ３と４を締付けている。

フランジの座面ＲＦとＦＦの違いとフランジの変形について説明する。図１で破線（隙間）をＲＦとする。ボルト７とナット８でフランジ３及び４を締上げると、ボルト周りのフランジ面は接していないので、点Ｓを中心にして、フランジ３は時計回りに、フランジ４は反時計回りに隙間に倒れ込むように変形し、皿ばねのような形になる。配管から引張荷重Ｐが加わると、変形は更に大きくなる。配管から圧縮荷重が作用すると、逆の動きになり、荷重が十分に大きければ図１まで戻る。このようにＲＦの管フランジ継手は、荷重による変形が起るので、大きな配管荷重がかかる場合には使えない。

図１のＦＦの場合は、フランジ面が接しているので、ボルト７ナット８をいくら強く締めてもフランジ３及び４は変形しない。配管から引張荷重Ｐが作用するとフランジ外周近くの点０を支点として、逆Ｖ字形に開こうとするが、ボルトがこれに逆らうように締上げている。この荷重の釣合関係は、ボルト荷重をＷとして、Ｗ×Ａ＝Ｐ×Ｂで表せる。従って、Ｗ×Ａ＞Ｐ×Ｂであればフランジ３と４は逆Ｖ字形に開かない。配管から圧縮荷重が作用すると、ＦＦ面が荷重を伝えるだけで、フランジ３と４は全く変形しない。このように図１のＦＦ管フランジ継手は、荷重による変形が起らず、ボルト７ナット８を強く締付けることによって大きな荷重に使うことができる。

次ぎに配管に曲げ荷重（モーメント）が作用した場合を説明する。両端支持の水平配管では配管の重量で配管に曲げモーメントが発生し、配管の上側に圧縮荷重、下側に引張荷重がかかる。この荷重によるＲＦ及びＦＦのフランジ３及び４の変形は、上述の引張荷重と圧縮荷重の状態が、フランジの下側と上側に起る。この状態でＲＦとＦＦの比較をすれば、ＲＦよりＦＦの方が大きな曲げ荷重に耐えることは、上述の説明から明らかである。

図２は、本発明の突き合せ溶接フランジ継手の部分断面図である。図１との違いは、一対のフランジ３及び４が突き合せ溶接フランジになり、溶接Ｙ５及びＹ６で管１及び２に取付けられていること、及び、フランジ３及び４の内径部に突起９と凹部１０があり嵌合になっていることである。その他の部分は図１と同じで、図１と同じ機能である。

図２の突起９と凹部１０は嵌合になっており、フランジ３と４が荷重で上下方向にずれないためのものである。配管の支点近くにフランジ継手があると、曲げ荷重は小さいが、配管重量を支点に伝達するために上下方向の大きな荷重がかかる。フランジ３と４の接合面の摩擦力で配管重量が支えきれない場合に、この嵌合構造を追加する。

突起９と凹部１０の機能は、フランジ３と４の上下のずれを防ぐことであるから、フランジの接合面の、内径〜外径の間の何処かに嵌合構造を設ければよい。例えば、溝５を少し深くして、この深くなった溝に嵌る突起をフランジ３に設けてもよい。

配管関係で、大きな荷重がかかるフランジ継手として、水管橋以外にも使うことができる。漏れ止めが確実なので、信頼性を必要とする配管にも利用できる。いうまでも無いが従来からの一般配管では、配管支持の間隔を大きくして使うことができる。また、流体の種類や状態に合せてガスケットを変え、様々な用途に使うことができる。例えば、Ｏリングを、渦巻ガスケットに変えて高温流体の配管に使う。

本発明の差込み溶接フランジ継手の部分断面図である（実施例１）。 本発明の突き合せ溶接フランジ継手の部分断面図である（実施例２）。

符号の説明

１及び２：管
３及び４：フランジ（図１では差込み溶接フランジ、図２では突き合せ溶接フランジ）
５：溝
６：ガスケット
７：ボルト
８：ナット
Ｙ１〜Ｙ６：溶接

Claims (2)

1. 水管橋の接続部に用いる一対のボルト締めフランジにおいて、フランジの座面を全面座にし、一方のフランジの座面に溝を設け、一定量締付けで漏れが止まるガスケットをこの溝に嵌めると共に、このフランジを相手の溝の無い方のフランジより厚くしたことを特徴とする管フランジ継手。
2. 一方のフランジの突起と他方のフランジの凹部からなる嵌合構造を、フランジの接合面に設けたことを特徴とする、請求項１に記載する管フランジ継手。

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