JP2015140867A - 繊維強化プラスチック製曲管 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＦＲＰ製短管の接合によって製造されるＦＲＰ製曲管を、スムースベンド管に匹敵する性能を有するものとする。【解決手段】ＦＲＰ製短管１の突き合わせ部の外周面にガラスマットとガラスクロスとの積層によって形成される積層体２、およびＦＲＰ製短管１の突き合わせ部の内周面にガラスマットの積層によって形成される積層体３を、それぞれ互いに隣接するものと連続するように形成することにより、外観形状がスムースベンド管に近いものとなり、外周側の積層体２が曲管外周面から分離したり剥離したりしにくく、長期間にわたって十分な水密性を維持できるとともに、管内の水流に対する抵抗が小さくなって、管内水圧の圧損が低減され、スムースベンド管と同等の水輸送効率が得られるようにしたのである。【選択図】図１

Description

本発明は、水力発電所の水圧管等に用いられる繊維強化プラスチック製曲管に関する。

繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成したＦＲＰ管は、金属管に比べて軽量で耐食性にも優れるため、水輸送管の分野でも広く用いられている。水輸送管としてＦＲＰ管を配管する際、管路の方向が変化する位置には、通常、少なくとも一端面が管軸方向に対して傾斜した複数の繊維強化プラスチック製短管（ＦＲＰ製短管）を、曲管状となるように端面どうしを突き合わせた状態で接合した繊維強化プラスチック製曲管（ＦＲＰ製曲管）が使用される。これは、単一のＦＲＰ管で滑らかな円弧状の管（一般に、スムースベンド管という。）を製造することが技術的に難しいことによる。

このＦＲＰ製曲管の製造方法は、通常、予め直管状のＦＲＰ管を管軸方向に対して所定の角度で切断して、上記のＦＲＰ製短管を複数製作しておき、これらの各ＦＲＰ製短管を上記のように突き合わせた状態で、それぞれの突き合わせ部の外周面に樹脂等の接続層を形成することによって接合している（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−３０５４８１号公報（図７）

ところで、上記特許文献１のような方法で製造されるＦＲＰ製曲管は、農業用水路や下水道に使用される場合、互いに隣接する２つのＦＲＰ製短管の管軸方向のなす角度（各節ごとの角度の振り）が３０度以下に設定される。しかし、通常は、例えば図５に示すように、各節ごとの角度の振りθが設定範囲内でも比較的大きく設定されるので（図５ではθ＝３０度）、そのＦＲＰ製曲管は、外観形状がスムースベンド管とかなり異なり、性能面でもスムースベンド管に比べて劣るものとなる。すなわち、曲管の両端に配されるＦＲＰ製短管５１ａと中間のＦＲＰ製短管５１ｂとの接合、および中間のＦＲＰ製短管５１ｂどうしの接合を行う接続層５２は、曲管の外周面から突出する状態で形成されているので、この接続層５２が分離したり剥離したりしやすく、その分離や剥離によって十分な水密性を維持できなくなるおそれがある。また、曲管内での水流に対する抵抗が大きいため、管内水圧の圧損が大きく、効率的に水を輸送できないという問題もある。

これに対し、水力発電所の水圧管に使用されるＦＲＰ製曲管は、管内水圧の圧損をなるべく小さくするために、規定によって曲率半径が管内径の３倍以上で、各節ごとの角度の振りが７度以下とされるので、農業用水路や下水道に使用されるものよりも水輸送の効率は高い。しかしながら、スムースベンド管に比べると、まだ管内水圧の圧損が大きく、水輸送効率向上の余地があるし、接続層の分離や剥離による水密性の低下のおそれもある。

そこで、本発明は、複数のＦＲＰ製短管の接合によって製造されるＦＲＰ製曲管を、スムースベンド管に匹敵する性能を有するものとすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本願の第１の発明は、少なくとも一端面が管軸方向に対して傾斜した複数の繊維強化プラスチック製短管（ＦＲＰ製短管）を、曲管状となるように端面どうしを突き合わせた状態で接合した繊維強化プラスチック製曲管（ＦＲＰ製曲管）において、前記各繊維強化プラスチック製短管は、それぞれの突き合わせ部の外周面に、繊維の方向性がランダムな布状体とクロス状に織られた補強繊維とを樹脂含浸させて積層した積層体を形成することによって接合されており、前記積層体が互いに隣接するものと連続するように形成されている構成を採用した。ここで、ＦＲＰ製曲管およびＦＲＰ製短管とは、それぞれ管体がＦＲＰ層とその間に挟まれるモルタル層で形成されたＦＲＰＭ製曲管およびＦＲＰＭ製短管を含むものとし、「連続」とは、積層体が互いに隣接するものと一部で重なり合っている形態、端面どうしを突き合わされている形態および一体に形成されている形態を含むものとする（以下同じ）。

すなわち、第１の発明は、各ＦＲＰ製短管の突き合わせ部の外周面に、繊維の方向性がランダムで水密性の確保に適した布状体と、クロス状に織られ接合強度を高めるのに適した補強繊維とを樹脂含浸させて積層した積層体を形成することによってＦＲＰ製短管の接合を行うようにするとともに、その積層体を互いに隣接するものと連続するように形成することにより、積層体のＦＲＰ製曲管外周面からの分離や剥離を生じにくくして、長期間にわたって十分な水密性を維持できるようにしたのである。

また、本願の第２の発明は、少なくとも一端面が管軸方向に対して傾斜した複数の繊維強化プラスチック製短管（ＦＲＰ製短管）を、曲管状となるように端面どうしを突き合わせた状態で接合した繊維強化プラスチック製曲管（ＦＲＰ製曲管）において、前記各繊維強化プラスチック製短管の突き合わせ部の内周面に、繊維の方向性がランダムな布状体を樹脂含浸させて積層した積層体が、互いに隣接するものと連続するように形成されている構成を採用した。

この第２の発明は、各ＦＲＰ製短管の突き合わせ部の内周面に、繊維の方向性がランダムで水密性の確保に適した布状体を樹脂含浸させて積層した積層体を、互いに隣接するものと連続するように形成することにより、水密性の向上を図るとともに、管内の水流に対する抵抗を小さくして管内水圧の圧損を低減し、効率的に水を輸送できるようにしたのである。

そして、上記第１および第２の発明は、曲率半径が管内径の３倍以上で、前記各繊維強化プラスチック製短管のうち、互いに隣接する２つの繊維強化プラスチック製短管の管軸方向のなす角度（各節ごとの角度の振り）を７度以下とした繊維強化プラスチック製曲管に、特に有効に適用することができる。

本発明のＦＲＰ製曲管は、上述したように、ＦＲＰ製短管の突き合わせ部の外周面や内周面に積層体を互いに隣接するものと連続するように形成したものであるから、水密性や水輸送効率の点でスムースベンド管に近い性能を有するものとなる。

実施形態のＦＲＰ製曲管の縦断面図 図１の要部を拡大した縦断面図 図２に対応して積層体の形成形態の変形例を示す縦断面図 図２に対応して積層体の形成形態の別の変形例を示す縦断面図 従来のＦＲＰ製曲管の縦断面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このＦＲＰ製曲管は、図１に示すように、２種類のＦＲＰ製短管１（１ａおよび１ｂ）を、曲管状となるように端面どうしを突き合わせた状態で接合したもので、水力発電所の水圧管に使用されるため、その曲率半径が管内径の３倍以上で、互いに隣接する２つのＦＲＰ製短管１の管軸方向のなす角度（各節ごとの角度の振り）が７度以下とされている。なお、以下では、ＦＲＰ製曲管を単に「曲管」、ＦＲＰ製短管を単に「短管」とも称する。また、短管１のうち、曲管の両端に配されるものを接続用短管１ａ、曲管の中間部すなわち両接続用短管１ａの間に配されるものを中間短管１ｂと称する。

前記各短管１は、いずれもＦＲＰ製の直管を管軸方向に対して同じ角度で切断して製作したものである。そのうち、接続用短管１ａは、一端面のみが管軸方向に対して傾斜しており、他端側が接続管を介して水圧管の直線部を構成するＦＲＰ製直管に接続される（図示省略）。一方、中間短管１ｂは、接続用短管１ａよりも短尺で、両端面が管軸方向に対して傾斜しており、隣接する接続用短管１ａまたは中間短管１ｂと接合される。

前記短管１どうしの接合は、接合する短管１の端面どうしを突き合わせた状態で、その突き合わせ部の外周面に樹脂を含む積層体２を形成することによって行われる。また、突き合わせ部の内周面には、後述するように水密性を向上させるための積層体３が形成されている。

前記積層体２、３のうち、曲管外周側に形成される積層体２は、繊維の方向性がランダムな布状体であるガラスマットと、クロス状に織られた補強繊維であるガラスクロスとを樹脂含浸させて積層したものであり、曲管内周側に形成される積層体３は、ガラスマットのみを樹脂含浸させて積層したものである。ガラスマットおよびガラスクロスに含浸させる樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂が使用されている。なお、曲管外周側の積層体２内におけるガラスマットとガラスクロスの配置は任意であるが、最内層には水密性の確保に適したガラスマットを、最外層には接合強度を高めるのに適したガラスクロスを配することが望ましい。

これらの各積層体２、３は以下の手順で形成される。まず、短管１を３節程度突き合わせ、その外周面に各突き合わせ部を一緒に覆う大きさのガラスマットおよびガラスクロスを樹脂含浸させて積層することにより、外周側の積層体２を形成し、その後、内周面に外周側と同程度の大きさのガラスマットを樹脂含浸させて積層することにより、内周側の積層体３を形成して、３節程度の短管１の接合体を製作する。これを繰り返して必要数の接合体を製作した後、接合体どうしを突き合わせて、その突き合わせ部の外周面および内周面に、接合体製作時と同様の積層体２、３を、隣接する接合体の積層体２、３に重なるように形成する。この手順で形成された積層体２、３は、図２に示すように、互いに隣接するものと一体となっているか、一部で重なり合う形態で連続している。

図３および図４は、積層体２、３の形成形態の変形例を示す。図３の例では、各積層体２、３をいずれも互いに隣接するものと重なり合う形態で連続するように形成している。一方、図４の例では、各積層体２、３をいずれも互いに隣接するものと端面どうしが突き合う形態で連続するように形成している。

なお、図２〜４では外周側の積層体２と内周側の積層体３とを同じ形態で連続するように形成した例を示したが、各積層体２、３がそれぞれ連続するように形成されていれば、その形成形態は外周側と内周側で異なっていてもよい。

このＦＲＰ製曲管は、上記の構成であり、外周側および内周側の積層体２、３を互いに隣接するものと連続するように形成したので、外観形状がスムースベンド管に近いものとなり、性能面でもスムースベンド管に匹敵するものとなる。

すなわち、各短管１を接合する外周側の積層体２が曲管外周面から分離したり剥離したりしにくく、長期間にわたって十分な水密性を維持できるし、内周側の積層体３の形成により、管内の水流に対する抵抗が小さくなって、管内水圧の圧損がスムースベンド管で生じる程度まで低減され、結果としてスムースベンド管と同等の水輸送効率が得られるようになっている。

ここで、外周側の積層体２をガラスマットとガラスクロスとの積層によって形成し、内周側の積層体３をガラスマットの積層によって形成したことは、曲管の水密性および接合強度の向上に貢献している。また、ガラスマットは、繊維の方向性がランダムで水密性の確保に適した他の布状体に代えることができ、ガラスクロスは、クロス状に織られ接合強度を高めるのに適した他の補強繊維（ロービングクロス等）に代えることができる。

なお、本発明は、実施形態のような水力発電所の水圧管に用いられるＦＲＰ製曲管だけでなく、水輸送管用のＦＲＰ製曲管に広く適用することができる。また、前述のように、発明の対象にはＦＲＰＭ製曲管も含まれる。

１ ＦＲＰ製短管
１ａ 接続用短管
１ｂ 中間短管
２ 積層体（外周側）
３ 積層体（内周側）

Claims (3)

1. 少なくとも一端面が管軸方向に対して傾斜した複数の繊維強化プラスチック製短管を、曲管状となるように端面どうしを突き合わせた状態で接合した繊維強化プラスチック製曲管において、
   前記各繊維強化プラスチック製短管は、それぞれの突き合わせ部の外周面に、繊維の方向性がランダムな布状体とクロス状に織られた補強繊維とを樹脂含浸させて積層した積層体を形成することによって接合されており、前記積層体が互いに隣接するものと連続するように形成されていることを特徴とする繊維強化プラスチック製曲管。
2. 少なくとも一端面が管軸方向に対して傾斜した複数の繊維強化プラスチック製短管を、曲管状となるように端面どうしを突き合わせた状態で接合した繊維強化プラスチック製曲管において、
   前記各繊維強化プラスチック製短管の突き合わせ部の内周面に、繊維の方向性がランダムな布状体を樹脂含浸させて積層した積層体が、互いに隣接するものと連続するように形成されていることを特徴とする繊維強化プラスチック製曲管。
3. 曲率半径が管内径の３倍以上で、前記各繊維強化プラスチック製短管のうち、互いに隣接する２つの繊維強化プラスチック製短管の管軸方向のなす角度を７度以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化プラスチック製曲管。

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