JP2016008717A - フランジ継手 - Google Patents

Abstract

【課題】改良されたパイプ用のフランジ継手を提供する。【解決手段】パイプ用のフランジ継手２０は、パイプの周りに配置され、角度を隔てて配置される複数の固定穴３０を備えるフランジリング２６と、パイプの周りの溝内に配置され、パイプ上のフランジリングの軸方向の動きを制御する保持リング２２と、を有する。保持リングは、角度を隔てて配置される複数の外形縮小区域３４を、固定穴の位置に対応する領域に有する。【選択図】図７

Description

本発明は、パイプ用のフランジ継手に関する。

一体フランジ（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｆｌａｎｇｅ）を備えるパイプは、２本の隣接するパイプの端部同士を、各フランジを例えばボルトなどを用いて締結することによって接続するためにしばしば用いられる。

しかしながら、一体フランジを備えないパイプにフランジを取付けることが望ましいかまたは必要とされる。

パイプに別箇のフランジリングを取り付けることが知られている。取り付けは溶接によって行ってもよい。他の方法では、パイプの端部側に設けられた溝に保持リングを取り付ける前にフランジリングをパイプの周りに配置し、それによってフランジ継手を形成する。保持リングはパイプから径方向に突出しているため、フランジリングが保持リングを超えて軸方向の動くことを防ぐ。フランジリングが対応するフランジに接続される場合は、フランジリングの軸方向の位置は保持リングによって制限される。

このような配置において、保持リングはフランジリングのボルト穴の径方向内方に位置している必要がある。フランジリングの寸法およびボルト穴の位置は、一般的に共通基準に従ってまたは反対側のフランジに対応して定められる。したがって、ボルト穴のピッチ半径（すなわちボルト穴が設けられている円の半径）および直径は、一般的に保持リングを収容するために利用可能な径方向内方のスペースの大きさを定める。このスペースが限られている場合、対応する保持リングのサイズは各フランジ継手の構造整合性を損なわない程度に制限される。この様な状況では、耐久性のある接続を形成するためにパイプに直接フランジリングを溶接することが必要になるだろう。

したがって、改良されたフランジ継手を提供する事が望まれている。

本発明に係る実施形態によれば、パイプの周りに配置され、角度を隔てて設けられる複数の固定穴を備えるフランジリングと、前記パイプの周りの外周面における溝内に配置され、パイプ上のフランジリングの軸方向の動きを制限する保持リングと、を有し、保持リングは、固定穴の位置に対応する範囲において角度を隔てて設けられる複数の外形縮小区域を備えるパイプ用フランジ継手が提供される。

固定穴は、所定の半径のピッチ線上に配置されてもよい。つまり、固定穴は共通のピッチ半径を備えていてもよい。固定穴の中心（すなわち固定穴の軸）は、ピッチ線上に配置されてもよい。外形縮小区域の角度間隔は、固定穴の角度間隔に対応させてもよい。

各外形縮小区域は、保持リング全体の単位角度あたりの断面積よりも小さい単位角度あたりの断面積を有してもよい。保持リングは、非円形の外形を有してもよい。

保持リングは、パイプ上のフランジリングの軸方向の動きを制限するために、フランジリングと接するフランジ接面を定めてもよい。保持リングの外形縮小区域に対応するフランジ接面区域は、フランジ接面全体の単位角度あたりの面積よりも小さい単位角度あたりの面積を有してもよい。外形縮小区域におけるフランジ接面の外周は、フランジ接面の外接円の範囲内に設けられてもよい。フランジ接面は、環状であってもよい。フランジ接面は、フランジ継手の軸方向に対して垂直であってもよい。

保持リングは、複数の第１型区域と、複数の第２型区域と、を角度方向に交互に有していてもよい。第２型区域は外形縮小区域であって、第２型区域の外形は第１型区域の外形に対して縮小されていてもよい。

複数の第１型区域は互いに異なっていてもよい。同様に、複数の第２型区域は互いに異なっていてもよい。例えば、第１型区域は、同一角度の範囲または外周（すなわち外形）を有さなくてもよい。同様に、第２型区域は、同一角度の範囲または外周（すなわち外形）を有さなくてもよい。

第１型区域の外周（すなわち外形）は、全体として円形である。保持リングにおけるこの区域の外周は、各区域におけるフランジ接面の外周であってもよい。

固定穴と第２型区域の外周との間の径方向距離は、固定穴と保持リングの第１型区域の外周との間の半径方向距離よりも長くてもよい。つまり、第１型区域の外周は、第２型区域の外周に対して半径方向外方に位置してもよい。第１型区域の半径方向範囲は、固定穴の半径方向範囲と重なっていてもよい。

第１型区域の外周は、共通円の円弧を定めてもよい（すなわち第１型区域の外形は円形であってもよい）。第２型区域の外周は、共通円内に設けられていてもよい。第２型区域の外周は、保持リングの外接円内に設けられていてもよい。この外接円は、保持リングにおけるフランジ接面の外接円であってもよい。第２型区域の外周は、保持リングの外接円筒内に設けられていてもよい。

第１型区域の外周によって定義される共通円の半径は、フランジリングの固定穴までの半径方向距離よりも大きくてもよい。したがって、共通円は固定穴と交差してもよい。固定穴までの半径方向距離は、フランジ継手の軸から固定穴の半径方向の内点（むしろ固定穴の軸）までの半径方向距離である。

第２型区域の外周は、実質的に直線であってもよい。第２型区域におけるフランジ接面の外周は、実質的に直線であってもよい。第２領域の外形は、実質的に平面であってもよい。

第１型区域および第２型区域の数は等しくてもよい。第１型区域および第２型区域は２つであってもよい。２つの第２型区域は、直径方向に反対側に位置してもよい。第２型区域の区域角度は、第１型区域の区域角度よりも小さくてもよい。

保持リングは、２つの個別部分を有していてもよい。２つの個別部分は、直径方向に向かい合う保持リングの２つの外形縮小区域を分断する線に沿って接合されるように構成される。

保持リングは、回転対称性を有していてもよい。保持リングは、軸方向長さに沿って一様な断面を有していてもよい。

保持リングは、各外形縮小区域の外周を定める頂部を切り欠いた側面を備える円環形状であってもよい。フランジリングは、保持リングの外形に対応して保持リングを収容する凹部を有してもよい。

さらに、外周面に溝を備えるパイプと、本発明に係るフランジ継手と、を有するフランジアセンブリが提供される。フランジリングはパイプの周りに設けられる。保持リングは、パイプの周りの溝内に設けられ、パイプ上のフランジリングの軸方向の動きを制限する。

保持要素は、パイプの溝に摩擦嵌合（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｆｉｔ）するように構成されてもよい。保持リングは、パイプ上のフランジリングの１つの軸方向の動きを制限してもよい。保持リングは、パイプ上のフランジリングの接続されるまたは接続されている対応するフランジに向かう軸方向の動きを制限してもよい。フランジリングは、円形の開口部を有していてもよい。円形の開口部の直径は、パイプの直径よりも大きくてもよい。

本発明は、下記の図を参照した例を用いて説明される。

スチームトラップおよびフランジ継手を示す概略分解図である。 フランジ継手の保持リングを示す概略図である。 フランジ継手のフランジリングを示す概略図である。 スチームトラップの排出パイプの周りに設けたフランジリングを示す概略図である。 スチームトラップの排出パイプの周りに設けたフランジリングおよび保持リングを示す概略図である。 スチームトラップの排出パイプ上において保持リングに接触しているフランジリングを示す概略図である。 フランジリングの凹部に収容された保持リングを示す概略図である。

下記の説明におけるすべての寸法は、例示であることに留意されたい。

図１は、蒸気システムからの凝縮液の排出を制御するスチームトラップ１０と、スチームトラップ１０の排出パイプ１４およびフランジを備える他のパイプ（不図示）を接続するためのフランジ継手２０と、を示す図である。

スチームトラップ１０は、トラップ部１２と、トラップ部１２から流体を排出するために長手方向に伸びている排出パイプ１４と、を有する。本実施形態では、排出パイプ１４は、外径８０ｍｍ、壁厚１５ｍｍである。環状の溝１６は、トラップ部１２から離間するパイプ１４の端部側においてパイプ１４の外周面に形成されている。溝１６は、軸方向長さ１０ｍｍ、半径方向深さ５ｍｍである。

フランジ継手２０は、保持リング２２（図２参照）およびフランジリング２６（図３参照）を有する。

保持リング２２は２つの全体的に半円環状の保持要素２４によって形成され、これらは排出パイプ１４周りの溝１６内に組み付けることができる。保持リング２２は一定の厚みを有し、軸方向に対する垂直平面において一様な断面を有する。これらが組み付けられると、２つの保持要素２４が略円環形状を形成するため、保持リング２２は全体として環状であり、溝１６の内径に対応する中心開口部を有し、非環状部の外周は最大半径５０ｍｍであり最小半径４５ｍｍである。

フランジリング２６は、単一の（すなわち一体的に形成されている）環状部であり、排出パイプ１４の端部に適合するように寸法調整された中心開口部２８と、フランジリング２６を対応するフランジ（不図示）に締結するための角度を隔てて設けられる（環状に配列される）一群のボルト穴３０と、を有する。本実施形態では、中心開口部２８の直径は８０ｍｍであり、フランジリング２６の外側の直径は１６０ｍｍである。２つの直径方向に対向するボルト穴３０はそれぞれ直径１５ｍｍであり、フランジリング２６の上側領域および下側領域を貫通している。２つのボルト穴３０の中心線は、直径方向に１２５ｍｍ間隔を開けて設けられている。すなわち、ボルト穴３０は、半径６２．５ｍｍのピッチ線上（すなわちピッチ直径１２５ｍｍ）に位置する。したがって、各ボルト穴とフランジリング２６の外周との間の隙間は１０ｍｍであり、ボルト穴と中心開口部２８との間の隙間は１５ｍｍである。

フランジリング２６は軸方向長さ２０ｍｍであり、保持リング２２を収容するための１０ｍｍ深さの凹部３２を有する。凹部３２は、保持リング２２の外形に対応する形状である。

排出パイプ１４を他方のパイプのフランジ（不図示）に接続または接触させるために、フランジ継手２０は以下のように用いることができる。フランジリング２６は、排出パイプ１４の端部を超えて、溝１６を通り過ぎてトラップ部１２側にスライドすることによって排出パイプ１４の周りに設けられる（図４参照）。その後、２つの保持要素２４は、保持リング２２を形成するために排出パイプ１４周りの溝１６内に組み付けられ、溝１６において摩擦嵌合されることによって一時的に保持される（図５参照）。その後、フランジリング２６は、保持リング２２側に（すなわちパイプの端部側に）軸方向に移動させる。その結果、保持リング２２は、フランジリング２６の対応する凹部３２内に配置される（図６参照）。凹部３２の凹壁は、溝１６とともに２つの保持要素２４を保持する。

保持リング２２は溝１６内に収容されるため、軸方向に動かないようになる。したがって、凹部３２に収容される保持リング２２によって、フランジリング２６は保持リング２２を超えて（すなわちトラップ部を離れて）軸方向に動かないようになる。フランジリング２６が、対応するフランジ、例えば対応するパイプの一体フランジ（不図示）に接続されたとき、フランジリング２６は、保持リング２２に押付けられ、その結果、保持リング２２によって排出パイプ１４の終端の位置に保持される。例えばフランジリング２６は、ボルトをボルト穴３０および対応するフランジに通すことによって、対応するフランジに接続される。

フランジカップリングは、一般的には、隣接するフランジを押圧し、その間に密閉性を備えるように締結される。したがって、フランジカップリングは高い軸方向圧縮荷重を受ける。保持リング２２を用いるフランジ継手では、軸方向荷重はフランジリング２６から保持リング２２を介してパイプ１４に伝播する。このため、保持リング２２は、過大な曲げおよびせん断を伴わない軸方向の荷重に耐えられるくらい十分に強くなければならない。

本発明の特定の実施形態に係るフランジ継手２０は、例えば、ボルト穴３０の位置が、半径内方範囲における保持リング２２の使用可能領域を制限する場合、または、フランジ継手２０のサイズ（すなわち外形）を小型化することが望まれる場合において、保持リング２２のフランジリング２６に対する荷重支持面積を大きくするために設計されている。これは、高い荷重の支持面積が、フランジ継手２０の構成部分が受ける圧力を減少させるため、順次フランジ継手２０が材料破壊を受けたり、または、フランジカップリングを過剰に締結させて破損させたりする可能性を減少させることができるため望ましい。

保持リング２２は、図７に示すように、非環状の外周を有しており、この外周は、全体として環状の外形を備える第１型区域３６（または標準区域）と、第１型区域または標準区域に対して径方向に縮小された外形を備える第２型区域３４（または外形縮小区域）と、を定める。フランジリング２６の凹部３２は、保持リングの外形縮小区域３４の外周に対応する外形縮小部３８を有する。このため、保持リング２２の外形縮小区域３４と、フランジリング２６の外形縮小部３８と、を揃えて配置したとき（凹部３２の外形縮小部３８に外形縮小区域３４が収納されるように配置したとき）、保持リング２２は、フランジリング２６の凹部３２にのみ収納されることが可能となる。

本実施形態において、保持リング２２は、向かい合う頂部を切り欠いた平行側面を備える環形状である。向かい合う頂部を切り欠いた平行側面は、ボルト穴３０の周辺において保持リング２２の外形縮小区域３４を定める。外形縮小区域３４は、標準区域３６によって互いに分断され、標準区域の外周は円弧を定める。外形縮小区域３４の外周は、円弧から離間して円弧内に位置する。つまり、外形縮小区域の径方向範囲は、標準区域３６（すなわち保持リング２２の残りの部分）の径方向範囲よりも小さいか、または、外形縮小区域３４の外周は、保持リング２２の外接円から離間し、保持リング２２の外接円内に位置する。

本実施形態では、ボルト穴３０のピッチ半径は、フランジ継手２０が適合すべき共通基準によって定められる。標準区域３６および外形縮小区域３４の効果は、フランジ継手全体の構造的整合性を確保しつつも、ボルト穴３０のピッチ半径（またはピッチ直径）を共通基準に適合させることである。特に、これは、ボルト穴３０と凹部３２の凹壁との間の適切な隙間を維持すること、および、保持リング２２とフランジリング２６との間において十分な荷重支持領域を提供することを必要とする。

本実施形態では、保持リング２２の半径は、および、同様に凹壁までの半径方向距離は、ボルト穴３０が配置される領域において、最大半径の５０ｍｍから４５ｍｍ間であって、縮小されており、ボルト穴３０と凹壁の隙間１０ｍｍを維持する一方で、ピッチ半径は６２．５ｍｍと小さい。

さらに、上記において説明したように、保持リング２２とフランジリング２６との間の荷重支持面積を大きくすることが望まれており、または、少なくとも、外形縮小区域３４に伴う荷重支持領域の相対的な低減を補填することが望まれている。図７に示すように、外形縮小区域３４におけるフランジ接面の間の荷重支持面積は、外形縮小区域３４における保持リング２２の減少する半径（保持リング２２の中心から外形縮小領域の外周までの距離）に比例して、標準区域３６における荷重支持面積よりも小さくなっている。すなわち、保持リング２２のフランジリング２６に対する荷重支持面積を全体的に増加させるために、保持リング２２の径方向の大きさは、外形縮小区域３４から離れると大きくなるようになっている。より具体的に説明すると、ボルト穴３０近傍においては、ボルト穴３０と重ならないように保持リング２２に外形縮小区域３４が設け、外形縮小区域から離れた標準区域３６では、ボルト穴３０が近傍にないため、外形縮小区域よりも半径を大きくすることができる。そして、第２区域（外形縮小区域）の区域角度は、第１区域（標準区域）の区域角度よりも小さい。このため、外形縮小区域３４を形成することによって生じる荷重支持面積の相対的な低減を小さくし、全体として荷重支持面積を広く保つことができる。

したがって、保持リング２２の荷重支持面積では、保持リング２２の外形縮小区域３４から離れた（すなわちボルト穴３０から離れた）区域に比例的重みがかかることがわかる。これは、保持リング２２全体の単位角度当たりの荷重支持面積よりも、外形縮小区域３４の単位角度当たりの荷重支持面積の方が小さいことを意味する。このため、ボルト穴と凹壁との間に適切な隙間を維持して保持リングのフランジに対する荷重支持面積を大きくする一方で、ボルト穴のピッチ半径を共通基準に適合させることができる。

対して、もし（先行技術のように）保持リングが円形である場合、ボルト穴３０との隙間１０ｍｍを同じように維持するためには、最大半径は４５ｍｍに限られ、保持リング２２とフランジリング２６との間の荷重支持面積はフランジ継手の構造的整合性を確保するためには十分でないであろう。

他の実施形態では、ボルト穴３０のピッチ半径および直径は予め定められておらず、フランジ継手２０の設計において、例えば新しい共通基準または特注フランジを定めるために、フランジ継手の外形を小さくすることが重視されてもよい。

さらに、ボルト穴３０を、フランジリング２６において保持リング２２に対して半径方向外方の範囲に配置する必要がある。このため、ボルト穴３０周辺において外形縮小区域３４を備える本発明に係る保持リング２２の使用によって、ボルト穴と凹壁との間の適切な隙間を確保する一方で、そして、保持リングとフランジリングとの間に十分な荷重支持面積を提供する一方で、ボルト穴３０のピッチ半径（および同様にフランジ継手の外形）を小さくすることができる。さらに、荷重支持面積では、ボルト穴と離間した区域（すなわち標準区域３６）に重みがかかっている。

対して、（先行技術文献のように）保持リングが円形であって、そのため外形縮小区域がない場合、保持リングの円の半径は、保持リングとフランジリングとの間において十分な荷重支持面積を提供するために、外形縮小区域３４より大きい必要があり、例えば５０ｍｍである。その結果、１０ｍｍの隙間を確保するために、ボルト穴のピッチ半径はより大きくなり、例えば６７．５ｍｍとなるだろう。

本発明に係る実施形態では、保持リングは全体として円環状であって、外形縮小区域は環状部の向かい合う頂部を切り欠いた平行側面によって定められると説明したが、外形縮小区域はさまざまな方法によって形成することが可能である。例えば、外形縮小区域は、保持リングの標準区域に対して縮小された半径を備える円形の外形を有し、各外形縮小区域と隣接する標準区域との間において伸びている放射状の壁を備えてもよい。その他に、別の方法では、全体として円形の保持リングに切欠きを設けてもよい。例えば、切欠きは、ボルト穴の周囲に一定の隙間を保持するように半円であってもよい。

さらに、保持リングは全体的に円形である必要はない。例えば、保持リングは全体的に円形のフランジリングの凹部内に適合して収納可能であれば、多数面の多角形であってもよい。他の例としては、フランジリングは非円形であってもよく、例えば、パイプ用の円形穴を備える四角形であってもよい。保持リングは、適宜変形することができる。

本発明の実施形態では、保持リングの外形縮小区域から離間した区域における半径方向の大きさは、ボルト穴の半径方向の大きさと重ならないものとして説明したが、他の実施形態ではこの限りではない。例えば、保持リングの外周の最大半径（または半径方向距離）は、固定穴の内方縁の半径方向距離よりも大きくてもよい。

Claims (15)

1. パイプの周りに配置され、角度を隔てて設けられる複数の固定穴を有するフランジリングと、
   前記パイプの周りの溝内に配置され、前記パイプ上の前記フランジリングの軸方向の動きを制限することに用いられる保持リングと、を有し、
   前記保持リングは、前記固定穴に対応する領域に角度を隔てて設けられる外形縮小区域を有するパイプ用フランジ継手。
2. それぞれの前記外形縮小区域は、前記保持リング全体の単位角度当たりの断面積よりも小さい単位角度当たりの断面積を有する請求項１に記載のパイプ用フランジ継手。
3. 前記保持リングが、交互に角度方向に配列される複数の第１型区域および複数の第２型区域を有し、
   前記第２型区域は、前記外形縮小区域であって、
   前記第２型区域の外形は、前記第１型区域の外形に対して縮小されている請求項１または２に記載のパイプ用フランジ継手。
4. 前記第１型区域の外周は、共通円の円弧を定める請求項３に記載のパイプ用フランジ継手。
5. 前記第１型区域の外周によって定められる前記共通円の半径は、前記フランジリングの前記固定穴への半径方向距離よりも長い請求項４に記載のパイプ用フランジ継手。
6. 前記第２型区域の外周が実質的に直線である請求項３から５のいずれか１項に記載のパイプ用フランジ継手。
7. ２つの前記第１型区域および２つの前記第２型区域を有する、請求項３から６のいずれか１項に記載のパイプ用フランジ継手。
8. ２つの前記第２型区域は向かい合っている請求項７に記載のパイプ用フランジ継手。
9. 前記第２型区域の区域角度は、前記第１型区域の区域角度よりも小さい請求項３から８のいずれか１項に記載のパイプ用フランジ継手。
10. 前記保持リングは、２つの個別部分を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載のパイプ用フランジ継手。
11. ２つの前記個別部分は、前記保持リングの直径方向に対向する２つの前記外形縮小区域を分断する線に沿って接続されるように調整される請求項１０に記載のパイプ用フランジ継手。
12. 前記保持リングは、回転対称である請求項１〜１１のいずれか１項に記載のパイプ用フランジ継手。
13. 前記保持リングは、頂部を切り欠いた側面を備える円環形状であって、
    前記頂部を切り欠いた側面は、それぞれの前記外形縮小区域の外形を定める請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパイプ用フランジ継手。
14. 前記フランジリングは、前記保持リングを収容するために前記保持リングの外形に対応する凹部を有する請求項１〜１３のいずれか１項に記載のパイプ用フランジ継手。
15. 外周面に溝を備えるパイプと、
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載のフランジ継手と、を有し、
    前記フランジリングは、前記パイプの周りに配置され、
    前記保持リングは、前記パイプの周りの溝内に配置され、前記パイプ上の前記フランジリングの軸方向の動きを制限するフランジアセンブリ。