JP2006329340A - フランジ補強治具及びフランジ接合部の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な治具によりフランジ接合部の補強効果を確実に向上させ、外力に対するフランジ接合部の気密性能を向上させることが可能なフランジ補強治具及びフランジ接合部の補強方法を提供する。
【解決手段】フランジ補強治具が、フランジ周方向に間隔をおいて配される複数の補強部材１と、前記補強部材１によりフランジ部４ｂ背面に押し当てられる当て部材２と、前記複数の補強部材１を管体に固定するための締付部材３とからなり、前記補強部材１が、フランジ部４ａ背面の付根部分に当接する押圧部Ａ１と、前面がフランジ部４ｂ背面の付根部分に当接した前記当て部材２背面に当接し、該当て部材２をフランジ部４ｂ背面に押し当てる押し当て部Ａ２と、管壁に沿うように突出して設けられた締付部Ａ３とを有し、前記締付部材３がリング形状を有し、前記複数配される補強部材１のそれぞれの締付部Ａ３を、管の中心方向に締付可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、管フランジ継手のフランジ接合部における、フランジの接合力を補強するためのフランジ補強治具及びフランジ接合部の補強方法に関する。

配管同士、またはバルブなどの機器を接続する際に使用するフランジ継手は、通常、配管の設計圧力を基準に、フランジの形状、ボルト本数、材質などが決められる。このようなフランジ継手は常時作用する内圧に対して強度を確保し、漏れが生じないようにフランジ接合面に十分な面圧が働くように設計されている。

しかし、実際にフランジ継手を用いる場合には、内圧以外に軸力や曲げといった外力が作用することも珍しくはない。内圧に対して十分な強度を有するフランジでも、外力が作用する環境では漏れが生じ、問題となる事例も多く存在する。

予め外力が作用することが想定される使用環境であれば、その外力に耐え得るようなフランジの設計或いは選択が可能である。しかし、既に設置し、使用されている既設フランジ継手に対して後から外力の存在が判明したり、想定していた外力を変更する必要が生じたりした場合は、その外力に対して対策をとることが要求される。

問題となるフランジ継手を配管から撤去し、より強いものに取替える方法は抜本的な対策といえるが、この場合、その配管のプロセス、運転を停止させ、管内の流体を取り除かなくてはならず、操業環境によっては、その作業自体が大掛かりとなり、大きな機会損失を招く恐れがある。このようなリスクを避けるには定期点検などの予定された運転停止期間に合わせて当該フランジ継手の取替えを行うべきである。しかし、定期点検までにまだ期間がある場合は、それまでの間、問題のあるフランジ部を放置することによるリスクを受け入れなくてはならない。従って、このような取替えの必要なフランジ継手に対しては、少なくとも定期点検等の予定運転停止時期まで、望ましくは恒久対策として、できるだけ簡易かつ安価にフランジ継手を補強することが必要となる。

ここで、フランジ継手における気密は、フランジがフランジ間のガスケットやパッキンを押さえつける面圧をある水準以上に保つことによって成されている。従って、フランジ継手に作用する引張および曲げの外力に対して漏れを防止するためには、外力作用時においてもその面圧水準を確保することが必要である。フランジ接合面に開きが生じる方向の外力が作用すると、フランジの面圧が外力の分だけ減少する。また、フランジのボルト接合位置がフランジに外力が作用する管との接合部よりも外側に配置されているため、管との接合部とボルト接合部との間に曲げモーメントが発生することから、管との接合部に近いほど接合面が開く方向にフランジの変形が生じる。

このため、フランジの面圧減少は管との接合部に近いほど著しく、フランジの気密面外周のどこかで面圧が気密水準を保てなくなると漏れが生じる。従って、フランジの気密を保ち、フランジの変形を抑えるための力の付与は、管との接合部に近い場所ほど効果が高い。

活管状態で既設フランジ継手に対して外力対策を行う方法及び装置としては、例えば、特開２００４−３１６７６７号公報（特許文献１）に記載の「フランジ接合部保安治具、ピット内バルブの保安治具及びこれらの治具を用いた保安方法」がある。この方法は、フランジ背面を挟持部材で挟み、結合部材で締め付けるものである。この方法ではフランジ背面の付け根部に挟持部材を当て、結合部材でその挟持部材を締め付けることで、フランジに接合力を付加し、また、外力による変形に抵抗することで、保安性を高めることを目的としている。なお、この技術では、補強治具が２つの狭持部材と少なくとも1つの結合部材で構成されている。従って、前記の狭持部材と結合部材を接続するための接続部分が少なくとも２箇所存在することとなる。
特開２００４−３１６７６７号公報

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、補強治具取り付け時に挟持部材をフランジ背面に平行に設置しても、その後結合部材で２つの挟持部材を締め付けるため、締め付ければ締め付けるほど挟持部材はハの字型に傾いていく。これは治具自体の曲げ剛性の影響もあるが、むしろ治具同士の接続部分のすき間や接触面の状態による影響が大きい。例えば、結合部材としてボルトを使用する場合、ボルトとボルト穴との隙間の存在や、ボルト構造自体の嵌め合い公差のため、挟持部材の平行配置状態を保つことは困難である。挟持部材が傾いて配置されると、フランジ付け根部を押している部分も傾き、フランジに力を付与する部分が管との接合部から離れるため、補強効果が低減する。

また、傾いた部材同士をボルトとナットでつなぐと、ボルトとナットは部分的にしか挟持部材に接しなくなるため、外力が作用した場合はその接触部で局部的変形を生じやすい。接続部で生じるこのような変形は、小さな変形であってもフランジ付け根部では大きな変位を許容してしまい、補強効果を低減させる方向に働く。

そこで、本発明は、簡易な治具によりフランジ接合部の補強効果を確実に向上させ、外力に対するフランジ接合部の気密性能を向上させることが可能なフランジ補強治具及びフランジ接合部の補強方法を提供することを目的とする。

上記の課題は次の発明により解決される。
［１］管フランジ継手のフランジ接合部におけるフランジ補強治具であって、
該フランジ補強治具が、フランジ接合部をまたぐようにフランジ周方向に間隔をおいて配される複数の補強部材と、フランジ部背面付根部分に当接した状態で、前記補強部材によりフランジ部背面に押し当てられる当て部材と、前記複数の補強部材を管体に固定するための締付部材とからなり、
前記補強部材が、一方のフランジ部背面の付根部分に当接する押圧部Ａ１と、前面が他方のフランジ部背面の付根部分に当接した前記当て部材背面に当接し、該当て部材をフランジ部背面に押し当てる押し当て部Ａ２と、該押し当て部Ａ２側に管壁に沿うように突出して設けられた締付部Ａ３とを有し、
前記締付部材がリング形状を有し、前記複数配される補強部材のそれぞれの締付部Ａ３を、管の中心方向に締付可能に構成されていることを特徴とするフランジ補強治具。
［２］管フランジ継手のフランジ接合部におけるフランジ補強治具であって、
該フランジ補強治具が、フランジ接合部をまたぐようにフランジ周方向に間隔をおいて配される複数の補強部材と、該複数の補強部材を管体に固定するための締付部材とからなり、
前記補強部材が、一方のフランジ部背面の付根部分に当接する押圧部Ａ１と、他方のフランジ部背面の付根部分に当接する押し当て部B２と、該押し当て部B２側に管壁に沿うように突出して設けられた締付部Ａ３とを有し、
前記締付部材がリング形状を有し、前記複数配される補強部材のそれぞれの締付部Ａ３を、管の中心方向に締付可能に構成されていることを特徴とするフランジ補強治具。
［３］上記［１］または［２］において、さらに、複数配される補強部材を管の中心方向に締め付けるリング状の補助締付部材を、前記複数の補強部材それぞれのフランジ接合部をまたぐ部分の上部に配したことを特徴とするフランジ補強治具。
［４］上記［１］乃至［３］のいずれかに記載のフランジ補強治具を用いてフランジ接合部の補強を行うことを特徴とするフランジ接合部の補強方法。

本発明によれば、簡易な治具によりフランジ接合部の補強効果を確実に向上させ、外力に対するフランジ接合部の気密性能を向上させることが可能なフランジ補強治具及びフランジ接合部の補強方法が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。

本発明に係る管フランジ継手のフランジ接合部におけるフランジ補強治具は、フランジ接合部をまたぐようにフランジ周方向に間隔をおいて配される複数の補強部材と、フランジ部背面付根部分に当接した状態で、前記補強部材によりフランジ部背面に押し当てられる当て部材と、前記複数の補強部材を管体に固定するための締付部材とから構成されるものである。

図１に、本発明に係るフランジ補強治具の概略構成の一例を示す。ここで、図１は、フランジ接合部周方向から見た断面図であり、フランジ補強治具を構成する１つの補強部材１と、当て部材２と、締付部材３との配置の一例を示したものである。

前記補強部材１は、例えば柱状、厚板状或いは棒状の部材を、フランジ接合部をまたぐように門型に屈曲させた形状を有し、その一端部に形成され一方のフランジ部４ａ背面の付根部分に当接するように屈曲させた押圧部Ａ１と、前面が他方のフランジ部４ｂ背面の付根部分に当接した前記当て部材２背面に当接し、この当て部材２をフランジ部４ｂ背面に押し当てる押し当て部Ａ２と、この押し当て部Ａ２側の他端部に形成され管壁に沿うように突出して設けられた締付部Ａ３とを有している。

前記当て部材２は、少なくとも前記補強部材１が配される位置に設けられていればよいが、前記フランジ４ｂ背面の付根部分の周方向全周、若しくは、その一部分に設けるようにしてもよい。

図２に、当て部材２をフランジ４ｂ背面の付根部分の周方向全周、若しくは、その一部分に設ける場合の当て部材２の好ましい形状の一例を示す。図２に示すように、当て部材２を円弧形状とし、フランジに設けられている既設のボルト及びナットを避ける切り欠き部を設けることで、フランジ４ｂ背面の付根部分に的確に設置することができる。また、当て部材２の管体側接触面に管の形状に合わせた曲率を設けることで、当て部材２が管の周方向にある程度の長さを有している場合でも、当て部材２をフランジ４ｂ背面の付根部分に密着して設置することが可能となる。

ここで、図２に示す当て部材２は、円弧のなす角度が９０°の場合を示しているが、フランジ４ｂ背面の付根部分に的確に取り付けが可能な範囲内であれば、前記円弧のなす角度は制限されない。なお、円弧のなす角度が９０°の場合は、４つの当て部材２を配置することで、また、円弧のなす角度が１２０°の場合は、３つの当て部材２を配置することで、フランジ４ｂ背面の付根部分の周方向全周に当て部材２を設けることが可能となるが、どのような形状の当て部材を用いるかは作業効率等を考慮して決定することが好ましい。

また、前記当て部材２と前記補強部材１の押し当て部Ａ２との当接は、図１に示すように、それぞれに形成した傾斜部で当接させるようにすることが好ましい。傾斜部を設けそこで当接させることにより、当接が面部分で確実に行われると共に締付力の伝達が確実に行われる。

前記補強部材１の一端部に形成された押圧部Ａ１の反対側の端部に設けられた締付部Ａ３は、管壁との間に間隔を保ちつつ、管壁に沿うように突出して設けられる。そして、締付部材３により、前記締付部Ａ３を管の中心方向に締め付けることで、フランジ接合部の、特にフランジの付根部分に対して、フランジを押し付ける方向に力が作用し、フランジ接合部の補強効果を確実に向上させ、外力に対するフランジ接合部の気密性能を向上させることが可能となる。

上述のフランジ接合部の、特にフランジの付根部分に対して、フランジを押し付ける方向に力が働く原理について、図１を用いてさらに詳しく説明する。

締付部材３により、補強部材１の締付部Ａ３を管の中心方向に締め付けることで、補強部材１の押し当て部Ａ２に設けられた傾斜部と、当て部材２の傾斜部とが当接する。このとき、前記押し当て部Ａ２側のフランジ４ｂと対向するフランジ４ａ背面の付根部分には補強部材１の押圧部Ａ１が当接しており、そこがてこの支点となり、前記締付部Ａ３を管の中心方向に締め付ける力は、前記押し当て部Ａ２が当て部材２をフランジ４ｂに押し付ける方向の力に変換される。

ここで、前記締付部材３による管中心方向への締付力を調整することで、前記当て部材２によるフランジへの押し付け力を調整することが可能となる。

なお、フランジ接合部に、フランジを押し広げる方向に外力が作用した場合、てこの原理で補強部材１の締付部Ａ３は管中心から離れる方向に力が作用する。しかしこの場合、締付部Ａ３は締付部材３により管の中心方向に締め付けられる方向に力が作用しているため、前記外力に抗して、フランジ面圧の低下を防止することができ、内部流体の漏洩を防ぐことが可能となる。

前記補強部材１によるフランジ接合部への締付力は、図１に示すように、補強部材１の押圧部Ａ１がフランジ４ａ背面と当接する部分、及び、当て部材２がフランジ４ｂ背面と当接する部分に作用する。前記押圧部Ａ１がフランジ４ａ背面と当接する部分、及び、当て部材２がフランジ４ｂ背面と当接する部分は、ボルト及びナットの位置よりも管接続部近くに配置されているため、フランジ接合部に外力による曲げモーメントが作用しにくく、フランジの変形を防ぐことができる。フランジ接合部の変形を防止し、締付部材３によるフランジ面圧の付与を行っているため、外力に対してフランジ面圧の低下を防止することができ、内部流体の漏洩を防ぐことが可能となる。

ここで、前記押圧部Ａ１は、補強部材１の一端部を屈曲させた構成であるため、補強部材１の設置状態が多少傾いたとしても、的確にフランジ４ａ背面の付根部分に当接させることができる。

なお、前記補強部材１及び当て部材２の材質としては、剛性があり、また、ある程度の弾性を有するもの、例えば、炭素鋼やステンレスなどの鉄鋼材料を用いることが好ましい。剛性の弱いものや脆い物は、種々の外力が作用するような使用環境においては、安定した締付力をフランジ接合部に付与し続けることが困難である。また、前記剛性は、補強するフランジと同程度或いはそれ以上とすることが好ましい。

ここで、接合する２つのフランジに強度の差がある場合は、低強度側のフランジ背面に当て部材２を配することが好ましい。この場合、前記当て部材２を円弧形状とし、管の周方向にある程度の長さを有することで、締付部材３による締付力が分散され、低強度側のフランジ背面に局所的に作用するのを防止でき、フランジの変形を防止できる。

また、前記補強部材１は、フランジ周方向に対して等間隔に複数配される。周方向に対して等間隔に複数設けることで、フランジ接合部の周方向に対して均等に締付力が作用し、フランジ接合部の位置による補強効果のばらつきを抑えることが可能となる。これにより、フランジ接合部の気密性能を向上させることが可能となる。

図３は、フランジ接合部における前記補強部材１の配置の一例を示した平面図である。補強部材１の配置位置は、図３に示すように、フランジに設けられたボルト５間の全てに配置してもよいが、少なくとも２つを対角線上に配置することで本発明の効果を奏することが可能である。なお、前記補強部材１の配置位置及び配置数は、フランジ形状、フランジの気密水準、使用環境等により適宜変更され得るものである。

ここで、前記フランジ周方向に対して複数の補強部材１を等間隔に配するのは、フランジ接合面に均等に締付力を作用させることを目的とするものである。この周方向に対して等間隔とは、言い換えると、各補強部材１同士のフランジ中心位置とのなす角度が等しいことと同じである。

また、前記締付部材３は、リング形状とすることが好ましい。前記締付部材３の形状をリング形状とし、そのリング形状の半径が縮む方向に締め付けることで、前記複数配される補強部材１のそれぞれの締付部Ａ３を、管の中心方向にそれぞれ同程度の締付力で締め付けることが可能となる。なお、補強部材１の締付部Ａ３の先端部には、前記締付部材３の外れ防止のための突起部Ａ５を設けることが好ましい。前記突起部Ａ５を設けることにより、特に、締め付ける前の締付部材３が補強部材１から外れることを防ぐことができる。

ここで、前記リング形状の締付部材３による締め付けは、例えば、複数に分割された締付部材の結合部でボルト等を用いて締め付けることや、ワイヤやベルト状の締付部材を巻き、引き締めることで行うことができる。前記ボルト等による締め付けや、ワイヤやベルト状の締付部材による引き締めに際しては、締付力や引締力を任意に調整可能な手段、例えば所定の締付力に調整可能な油圧を用いた締付手段（油圧ナット等）を用いることが好ましい。

締付部材３を締め付けることで、補強部材１の締付部Ａ３が管の中心方向へ引き寄せられ、それに伴い、補強部材１の押し当て部Ａ２と当て部材２のそれぞれの傾斜部が密着し、面接触状態となる。そして、前記傾斜部の傾斜角度により、当て部材２にかかる力はフランジ接合部を押し付ける方向の締付力に変換され、フランジ付根部を押圧することができる。この締付力によって、フランジ接合面の面圧を確保し、漏洩に対する強度を向上させることができる。また、フランジ接合部に作用する外力は、当て部材２及び補強部材１に伝達する、すなわち、既設のボルト及びナットを介さないで外力が伝達されるため、ボルト及びナットに起因するフランジ変形を防ぐことができる。

なお、前記締付部材３の材質としては、例えば、炭素鋼やステンレスなどの鉄鋼材料を用いることが好ましい。

また、図１に示すように、複数配される補強部材１それぞれの、フランジ接合部をまたぐ部分の上部Ａ４領域（補助締付部Ａ４）には、前記複数配される補強部材１を、管の中心方向に締め付けるためのリング状の補助締付部材４を設けることが好ましい。なお、前記補助締付部材４の形状及び材質としては、前記締付部材３と同様のものを用いることができる。

前記補助締付部材４で、補強部材１のフランジ接合部をまたぐ部分の上部Ａ４領域を管の中心方向に締め付けることで、補強部材１を複数設置する場合においても、締付部材３による締付部Ａ３の締め付け前における補強部材１のずれ或いは脱落の防止効果を有すると共に、締付部材３による締付部Ａ３の締め付けの際における補強部材１の浮き上がり、特に押圧部Ａ１の浮き上がりを防止することが可能となる。なお、前記補助締付部材４は、設置可能で、かつ、補強部材１、特に補強部材１の押圧部Ａ１を管中心方向に押え付け可能な位置であれば、その設置位置は制限されない。

以上、本発明のフランジ補強治具が、複数の補強部材１と、当て部材２と、締付部材３とにより構成される場合について説明したが、前記補強部材１と前記当て部材２とは、一体に構成したものであってもよい。この場合、補強部材１を、フランジ接合部をまたぐように配置する際のクリアランスが少なくなるため、配置する際に若干の注意が必要となるが、フランジ接合部の補強効果は上記の場合と同様である。

本発明に係るフランジ補強治具の概略構成の一例を示す図である。 本発明に係る当て部材をフランジ４ｂ背面の付根部分の周方向全周、若しくは、その一部分に設ける場合の当て部材の好ましい形状の一例を示す図である。 本発明に係るフランジ接合部における補強部材の配置の一例を示した平面図である。

符号の説明

１ 補強部材
２ 当て部材
３ 締付部材
４ 補助締付部材
５ ボルト

Claims (4)

1. 管フランジ継手のフランジ接合部におけるフランジ補強治具であって、
   該フランジ補強治具が、フランジ接合部をまたぐようにフランジ周方向に間隔をおいて配される複数の補強部材と、フランジ部背面付根部分に当接した状態で、前記補強部材によりフランジ部背面に押し当てられる当て部材と、前記複数の補強部材を管体に固定するための締付部材とからなり、
   前記補強部材が、一方のフランジ部背面の付根部分に当接する押圧部Ａ１と、前面が他方のフランジ部背面の付根部分に当接した前記当て部材背面に当接し、該当て部材をフランジ部背面に押し当てる押し当て部Ａ２と、該押し当て部Ａ２側に管壁に沿うように突出して設けられた締付部Ａ３とを有し、
   前記締付部材がリング形状を有し、前記複数配される補強部材のそれぞれの締付部Ａ３を、管の中心方向に締付可能に構成されていることを特徴とするフランジ補強治具。
2. 管フランジ継手のフランジ接合部におけるフランジ補強治具であって、
   該フランジ補強治具が、フランジ接合部をまたぐようにフランジ周方向に間隔をおいて配される複数の補強部材と、該複数の補強部材を管体に固定するための締付部材とからなり、
   前記補強部材が、一方のフランジ部背面の付根部分に当接する押圧部Ａ１と、他方のフランジ部背面の付根部分に当接する押し当て部B２と、該押し当て部B２側に管壁に沿うように突出して設けられた締付部Ａ３とを有し、
   前記締付部材がリング形状を有し、前記複数配される補強部材のそれぞれの締付部Ａ３を、管の中心方向に締付可能に構成されていることを特徴とするフランジ補強治具。
3. さらに、複数配される補強部材を管の中心方向に締め付けるリング状の補助締付部材を、前記複数の補強部材それぞれのフランジ接合部をまたぐ部分の上部に配したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフランジ補強治具。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフランジ補強治具を用いてフランジ接合部の補強を行うことを特徴とするフランジ接合部の補強方法。

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