JP2018200084A - 配管の接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤が圧力配管内に侵入することを防止したうえで継手管と鋼管との隙間を制御し、確実な接合と迅速で安価な施工を可能にする鋼管の接続方法を提供する。
【解決手段】工場で予め、配管Ｐの突き合わせ端に短管１０を固定する。その後、配管現場では、配管Ｑの突き合わせ端を短管に挿入し、複数のスリーブ円弧管１、５の内周面に接着剤を塗布し、配管の突き合わせ端の外周に配置する。スリーブ円弧管は、内周面の中央に短管の外周面と接触する円弧状に窪んだ収容溝３、７が設けられており、この収容溝の底面に短管の外周面１１が押し付けられて接着剤が硬化する。
【選択図】図３

Description

この発明は、配管の外周に継手を配置して接続する配管の接続方法に関する。

配管の接続方法として、管端の突き合せ溶接、管端のねじ接合、鋼管の外周に継手管を配置し、これらの隙間に樹脂を注入する継手構造が知られている。例えば、特許文献１に開示された鋼管の接続方法においては、同一軸上に配置された２本の鋼管の継目部分の外周部に、これら鋼管の外径より大きな内径の短管鋼管を配置して、アクリル系接着剤により鋼管の外面と短管鋼管の内面との間隔に充填する。

特許文献１の技術では、鋼管と短管鋼管の間の空間にアクリル系接着剤を隅々まで注入することが難しい。特許文献２では、この問題を解決するため、短管鋼管を切断してフランジを取り付けた若しくは板材を曲げ加工した円弧状の一対の継手が提案されている。一対の継手は一対で円を形成するものであり、その内面に樹脂を塗りつけて、一対の継手を２本の鋼管の継目部分を挟むように合わせて、ボルトで固定される。一対の継手の内面の径は鋼管よりも僅かに大きく、鋼管の外面と継手の内面との間隔で接着剤の厚さを決定し、強度及び剛性は継手の長さと肉厚で決定する。特許文献２に開示された技術によれば、樹脂を均一に配置することが可能となり、かつ接着剤が流逸しないのでシール材の配置が必要で無くなる。

特許文献３には、付き合わせる鋼管の夫々の先端部に外径が鋼管よりも小径のフランジを形成しておき、筒状体を軸方向に２分割した形状であって内側フランジを有する一対の半割り金具で小径のフランジを挟み、半割り金具の外側から締め付けて接続する構造が開示されている。同文献は柱材を対称としているものであるが、引っ張り力が加わる圧力配管にこの技術を適用しようとすると、鋼管の先端部の狭い範囲で小径のフランジとの接続強度を確保するため溶接を用いることが必要となるが、溶接脚長が確保できないため、鋼管の強度と同等な接続は困難である。

特許文献４には、管の夫々の先端部に対して、嵌入部を有するスリーブを挿入し、管の外側から一対の半割ハウジングで挟んで締め付けることにより、管の側壁が変形して嵌入部に入り込むことにより接続する接続構造が開示されている。この構造で接続される管は、管の側面が締め付けにより内側に変形するような柔軟さを有しており、圧力配管の用途には適さない。
特許文献５には、スリーブ状の継手を用いた配管同士の接着において、球部材を予め金属管の外周接着面に設定して、金属管の外周面と継手の内周面との隙間を維持し、接着剤の厚さを制御する技術が開示されている。しかしながら、球部材は小さく扱いが難しい。

特開平１１−２２２８５３号公報 特開２００２−３３２６３３号公報 特開平８−１４４３８４号公報 実開平３−３８４８８号公報 特許第５２９１３３６号公報

圧力配管の接続において樹脂や接着剤を用いて固定する場合には、接着剤が圧力配管内に侵入しないように制御する必要がある。配管内に侵入した接着剤が配管内の流体によって剥がれて飛んで行き、バルブ等の詰まり事故をひき起こすからである。特許文献１では、鋼管の突き合わせ部にマスチック弾性シーリング材、ゴムパッキン又は速硬化性液状ガスケット等でシールする。また、特許文献２では、接着剤を充填する隙間が狭くできるので使用する樹脂や接着剤の量が少量で良いため、接着剤の流逸を考慮する必要が無いとされているが、継手を締め付けたときに、鋼管の突き合わせ部から樹脂が侵入する可能性を排除できない。また、特許文献３、４は接着剤を用いた接続ではないので、接着剤による鋼管内への進入は考慮しなくてもよいが、接続構造は複雑である。

本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、接着剤が圧力配管内に侵入することを防止したうえで継手管と鋼管との隙間を制御し、確実な接合と迅速で安価な施工を可能にする鋼管の接続方法を提供することを目的としている。

このような課題を解決するための本発明の鋼管の接続方法は同一軸線上に２本の配管を突き合わせて継手を介して接続する配管の接続方法であって、
接続すべき一方の配管の突き合わせ端を外環し、かつ当該配管の軸線上に一部が突出するように円筒状の短管の固定し、
接続すべき他方の配管の突き合わせ端を、前記一部が突出した短管に挿入し、
合わせた状態で一部が欠落した円となる複数のスリーブ円弧管であって、それぞれの内周面の中央には、前記短管の外周面と接触する円弧状に窪んだ収容溝が設けられ、収容溝の両脇に前記配管の外径よりも大きい内径の接着内周面が設けられたスリーブ円弧管を用意し、
前記収容溝に前記短管が位置するように、前記複数のスリーブ円弧管を突き合わせ端の外周に配置し、
前記複数のスリーブ円弧管の内周面と２本の配管の外周面に接着剤を供給し、
前記複数のスリーブ円弧管同士を押し付けて接着剤を硬化させることを特徴するものである。

本発明においては、配管Ｑ側にあるスリーブ円弧管の接着内周面に位置する接着剤は、配管Ｐ、Ｑの内側に到る経路が、短管が設けられているだけ長くなっており到達することができないという効果がある。

継手を示した図であり、図１Ａ、図１Ｂは短管を、図１Ｃ〜図１Ｈはスリーブ円弧管を夫々示している。 工場における配管の接合方法の手順を示す図である。 配管現場における配管の接合方法の手順を示す図である。 他の実施例を示す図である。 他の実施例を示す図である。 他の実施例を示す図である。

図１は、本実施例に用いる継手を示している。継手は、短管１０（図１Ａ、図１Ｂ）とスリーブ円弧管１、５（図１Ｃ〜図１Ｈ）とからなっている。短管１０は、同一軸線上に接続すべき配管（図４、配管Ｐ、Ｑ）の突き合わせ端を外環するものであって、円筒状の金属製である。短管１０は、外周面１１、内周面１２を有する。外周面１１、内周面１２の中心は、同一軸線上に存在する。

スリーブ円弧管１、５は、円筒金属管を縦割りした断面が円弧形状の半円柱である。スリーブ円弧管１、５同士をあわせても円弧の部分ｔ（図１Ｅ）が欠落しており、完全な円にはならない。この部分ｔは、金属管を縦割りにしてスリーブ円弧管１、５を作成したときの、切削代として欠落した部分である。

各スリーブ円弧管１、５の内周面の中央には、それぞれが円弧状に窪んだ収容溝３、７が設けられている。収容溝３、７は、短管１０が収容できる広さを有している。収容溝３、７の両脇の内周面（以下、「接着内周面２、６」と称する。）は、配管Ｐ、Ｑの外径半径よりも大きい内径半径を有する円弧状である。収容溝３、７の接着内周面２、６の内径半径の精度については制御が可能であるが、配管Ｐ、Ｑは市販されている規格品であり、その外径は有る所定の誤差の範囲内（許容差Ｅ）に収まれば良いことになっている。よって、収容溝３、７の接着内周面２、６の内径半径は、配管Ｐ、Ｑの公称半径よりも０．３ｍｍだけ大きくし、配管Ｐ、Ｑが確実に収容できるようにしている。短管１０が収容溝３、７に収容されたとき、短管１０の外周面１１が収容溝３、７の底面に当接して、配管Ｐ、Ｑとスリーブ円弧管の接着内周面２、６との間に隙間を設ける。

各スリーブ円弧管１、５には、収容溝３、７を挟んだ両側の外側面において、スリーブ円弧管１、５同士を結合するボルト穴８、９が穿孔されている。スリーブ円弧管１側のボルト穴８は通し穴であり、スリーブ円弧管５側のボルト穴９には、螺子山が刻まれている。収容溝３、７に短管１０を収容し、収容溝３、７の両側のボルト穴８、９に対してボルトを均等に螺合してスリーブ円弧管１、５同士を結合した際には、短管１０の外周面１１は収容溝３、７の底面に対してほぼ全面で接触するように外周面１１の外径と収容溝３、７の内径が設定されている。短管１０の外周面１１の外径半径と収容溝３、７の底面の内径半径との差異は、接着内周面２、６の内径半径と配管Ｐ、Ｑの公称半径との差異０．３ｍｍと同じか小さく設定される。

図２および図３は、本実施例による配管の接合方法を示す図である。設置現場における配管長に基づいて、工場でＦＣ、ＳＳ、ＳＦ、ＳＣ等の鋼材による金属管を長さに切断し必要な防錆処理が施された配管に加工し、設置現場に搬入する。図２は、工場において行う工程を示している。金属管は、配管長に基づき所定の長さに裁断される。短管１０は、配管Ｐ、Ｑの外径と同じかやや大きい外径を有している。設置現場にて付き合わせる予定の配管Ｐ、Ｑ（図４）の内、一方の配管Ｐの突き合わせ端に短管１０を固定する。このさい、配管Ｐの軸線上に短管１０の一部が突出するようにする。短管１０の内側空間の一部に、配管Ｐを挿入して外周に接着剤ｇ１（瞬間接着剤が望ましい）を塗布して接着剤を硬化させる。接着剤ｇ１は、短管１０と配管Ｐとの間にできる段差部（図中において、接着剤ｇ１が示す矢印の角部）に塗布する。段差部にのみ接着剤ｇ１を塗布するので、短管１０の内側ｓに抜け出ることはまず無いが、万が一内側ｓに抜け出した接着剤は仕上げ作業において除去する。

図３は、設置現場における作業手順を示している。同一軸線上に配管Ｐ、Ｑを配置し、まず、配管Ｑの突き合わせ端を、配管Ｐの軸線上に一部を突出させた短管１０内に挿入する（図３Ａ）。接着剤ｇ１０（瞬間接着剤が望ましい）を、短管１０と配管Ｑとの間にできる段差部に塗布して硬化させる。但し、接着剤ｇ１０による接着は必須ではない。次に、スリーブ円弧管１、５が用意され、配管Ｐ、Ｑの外周面に対して接着剤ｇ２が塗布される。又、外周面１１には、接着剤ｇ３が塗布される。但し、接着剤ｇ３は接着としては必須ではないが、外周面１１と収容溝３の間の空間を充填する為に用いられる。接着剤ｇ２、ｇ３は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等を使用出来る。接着剤ｇ１は、接着剤ｇ２、ｇ３と同じであっても違っても良い。そして、収容溝３、７に短管１０が位置するように、スリーブ円弧管１、５を突き合わせ端の外周に配置する（図３Ｂ）。スリーブ円弧管１、５により配管Ｐ、Ｑの突き合わせ端を挟んで接着する。収容溝３、７の両側のボルトＲを、スリーブ円弧管１、５が傾かないように均等に締めてゆく（図３Ｃ）。収容溝３、７の底面が短管１０の外周面に押しつけられ、接着内周面２、６と配管Ｐ、Ｑの外周面との間に適切な厚さとなる。接着剤をこの状態を保持したままで硬化させ、所望の接着硬化膜を形成する。

スリーブ円弧管１、５は、金属管を縦割りにしているため、スリーブ円弧管１、５同士をあわせても完全な円にはならない。よって、短管１０がなければ、接着内周面２、６と配管Ｐ、Ｑの外周面との間に適切な厚さの接着膜が形成されない。一方、特許文献１に示された、鋼管を切断して、これにフランジを溶接することにより円を形成する例の場合、接着膜の膜厚を確保しようとすると、溶接したフランジ同士の当接面の精度調整が必要となり、工程が複雑化する。尚、本実施例における短管１０の外周面の面精度或いは、収容溝３、７の底面の精度は、旋盤により容易に加工することができる。

配管Ｐ側にあるスリーブ円弧管１、５の接着内周面２、６に位置する接着剤ｇ２は、短管１０（及び接着剤ｇ１）に阻まれて配管Ｐ、Ｑに進入することができない。一方、配管Ｑ側にある接着内周面２、６に位置する接着剤ｇ２の一部は、配管Ｑの突き合わせ端と短管１０との間を通って、配管Ｐ、Ｑの内側に進入しようとするが、配管Ｐ、Ｑの内側に到る経路が、短管１０が設けられているだけ長くなっており、到達することができない。また、収容溝３、７は幅方向においては、短管１０の幅よりもやや大きく作っておけば、接着材ｇ２を滞留させる空間（図３Ｃ、空間ｂ）を形成することができる。余分な接着剤ｇ２があったとしてもこの空間において吸収することができる。また、接着剤ｇ１０を、短管１０と配管Ｑとの間にできる段差部で固化させておけば、さらに配管Ｑに進入することは無くなる。

一般に、圧力配管においては、内部流体の漏れを防止するため配管の突き当て箇所にはＯリング、パッキン等のシール材が敷設されるが、本実施例においては、配管Ｐ、Ｑの内部空間から、管外に到る経路途中が接着剤ｇ２で満たされているため、シール材の敷設が不要である。

また、収容溝３、７に短管１０を収容することにより、収容溝３、７の両側の接着内周面２、６は、一方は配管Ｐに、他方は配管Ｑに確実に割り当てることができる。従って、接着内周面２、６の長さを制御して設計することにより、配管Ｐ、Ｑに対して接着剤ｇ２を用いる接着面の長さを制御できる。接着剤ｇ２による接着強度は、接着面積によって決められるため、接着強度の制御が容易である。

また、一般に接着剤ｇ２は、厚さが薄く、かつ応力分散化のため厚が均一であることが望まれるが、本実施例によれば収容溝３、７と短管１０の作用により、接着内周面２、６と配管Ｐ、Ｑの外周面との間に適切な厚さの接着膜が確保できる。配管Ｐ、Ｑを圧力配管の用途に用いる場合は、配管Ｐ、Ｑには大きな引っ張り圧力がかかる。接着膜の破壊はスリーブ管の端部の捲れにより一気に広がる。このような捲れが生じないような工夫として、スリーブ円弧管をテーパー状にする解決方法が提案されているが、スリーブ円弧管の肉厚を配管Ｐ、Ｑよりも数倍大きく厚くすることによっても解決できる。本実施例においては、スリーブ円弧管１、５の肉厚は、スリーブ円弧管１、５の側面に両者を接続するボルト穴８、９を設けていることができるように肉厚を厚くしている。このため、本実施例のスリーブ円弧管１、５は、圧力配管の用途として使用することができる。

図４は、他の実施例による鋼管の接続方法を示す。先の実施例では、短管１０を配管Ｐに対して接着剤ｇ１により固定していたが、図４Ａに示す実施例においては、配管Ｐ、配管Ｑに設けられた有底孔１３に短管１０ａを貫通した貫通孔１５を連通させ雄螺子１４を突入させている。雌螺子山は貫通孔１５側に設けられており、配管Ｐ、Ｑの有底孔１３は通し孔である。設置現場にて螺子によって配管Ｐ、Ｑを短管１０ａに固定する。雄螺子１４による短管１０ａの固定を、配管Ｐ、Ｑの両側で行うことにより、火災において接着剤ｇ２が液状化により接着強度が低下しても、配管Ｐ、Ｑに引っ張り力が加わらなければ、或いは弱ければ、抜けてしまうことが防止でき、温度が低下すれば接着剤ｇ２が再度固化して、強度は復帰する。また、配管Ｐ、Ｑに強い引っ張り力が加わったとしても、突然抜けてしまうことはなく、徐々に破壊してゆくため、重大事故に到る手前で回避できる可能性が生じる。図４Ｂは、配管Ｐ、Ｑに有底孔１３を設けずに、短管１０ａ側から雄螺子１４を螺入した際に、雄螺子１４の先端を配管Ｐ、Ｑの側面に押し当て、若しくは噛み込ませて短管１０ｂを固定する例である。雄螺子１４が配管Ｐ、Ｑに当接する先端を円錐状にしておくのが望ましい。図４Ａの例と比べて、接着剤ｇ２の接着強度低下に対する耐力は小さい。図４Ｃは、配管Ｐ、配管Ｑの端部に雄螺子１８ａを付け、短管の内周面にはこれと螺合する雌螺子１８ｂを付けて、両者を螺合したものである。

図４Ｄは、短管１０ｄの外周面を断面三角の凸状形状にして斜面１６、１７を設け、スリーブ円弧管１ａ、５ａの収容溝の底面をこれに対応する凹状形状とした斜面３ａ、３ｂを設けた。スリーブ円弧管１ａ、１ｂの斜面３ａ、３ｂが、短管１０ｄの斜面１６、１７により支えられるため、スリーブ円弧管１ａ、５ａが配管Ｐ、Ｑに対して平行姿勢をとりやすくなるという効果がある。

上記実施例においては、スリーブ円弧管は金属管を縦割りに２分割したものであったが、３分割四分割したものとしても良い。また、本実施例では、ボルト穴８、９をスリーブ円弧管１、５（若しくは１ａ、５ａ。以下同じ）に設けてボルトにより両者を締結したが、他の方法で締結しても良い。例えば、スリーブ円弧管１、５の外周にテーピングを施すことにより、接着剤が固化するまで養生するようにしても良い。

上記実施例においては、スリーブ円弧管１、５により配管Ｐ、Ｑの突き合わせ端を挟み、収容溝３、７の底面が短管１０の外周面に押しつけることにより、接着内周面２、６と配管Ｐ、Ｑの外周面との間に充填する接着剤ｇ２を適切な厚さとしたが、収容溝３、７の両側のボルトＲを均等に締めても、配管Ｐ、Ｑは重力により傾くため、変動が生じる。図５は、接着内周面２、６と配管Ｐ、Ｑの外周面との間の隙間を、さらに精度良く制御するための実施例を示している。本実施例においては、配管Ｐ、Ｑの外周に断面が円となる針金１９を１重だけ巻いて、接着剤ｇ２の中に針金１９が埋まるようにしている。針金１９は、金属であれば良いが、酸化した金属表面が容易に剥離しないもの、例えばステンレスが望ましい。

接着内周面２、６の内径半径と配管Ｐ、Ｑの公称半径との差異は、０．３ｍｍであることは先に示した。近年、配管Ｐ、Ｑの外径半径は、公称半径に近づいている。そこで、本実施例においては、０．３ｍｍが接着内周面２、６の内径半径と配管Ｐ、Ｑの公称半径との現実的な差異である場合に、直径０．２８ｍｍの針金１９を配管Ｐ、Ｑの外周に巻くのである。０．３ｍｍと０．２８ｍｍの差異である０．０２ｍｍが接着内周面２、６と針金１９との間に隙間間隔として残る一方、隣接する輪の針金１９の周囲には、配管Ｐ、Ｑの一周にわたって均等な量だけの接着剤が存在することができる。これにより、重力による配管Ｐ、Ｑの傾き変動が接着剤の厚さのバランスを崩すことを低減できる。また、接着剤ｇ２の厚さは薄いほど強度が高くなることが知られている。本実施例では、針金１９の存在により接着剤ｇ２は薄くすることができ強度を向上させることができる。

本実施例では、０．３ｍｍに近い０．２８ｍｍの直径の針金を使用したが、配管Ｐ、Ｑの外径半径の公称半径より偏差が大きいときには、もっと細い針金を用いても良い。例えば直径０．０２ｍｍの針金を使用しても良い。この場合、直径０．０２ｍｍの針金ではあるが、その分だけ接着剤ｇ２の厚さを薄くすることがてきる。

上記実施例では、各スリーブ１、５の収容溝３、７を挟んだ両側の外側面において、スリーブ円弧管１、５同士を結合するボルト穴８、９を穿孔した。そのような穿孔をしない代わりに、図６に示すスリーブ１００、１０５のように、夫々の外周側面にフランジ１１０、１１１を設け、各フランジ１１０、１１１に対して通し孔１０８、１０９を穿孔しても良い。通し孔１０８、１０９には、ボルトＲが差し込まれ、ナットＮにより締結される。１０２、１０６は接着内周面、１０３、１０７は、収容溝である。

１、５ スリーブ円弧管
２、６ 接着内周面
３、７ 収容溝
８、９ ボルト穴
１０ 短管
１１ 外周面
１２ 内周面
Ｐ、Ｑ 配管
ｇ１、ｇ２ 接着剤

Claims (6)

1. 同一軸線上に２本の配管を突き合わせて継手を介して接続する配管の接続方法であって、
   接続すべき一方の配管の突き合わせ端を外環し、かつ当該配管の軸線上に一部が突出するように円筒状の短管を固定し、
   接続すべき他方の配管の突き合わせ端を、前記一部が突出した短管に挿入し、
   合わせた状態で一部が欠落した円となる複数のスリーブ円弧管であって、それぞれの内周面の中央には、前記短管の外周面と接触する円弧状に窪んだ収容溝が設けられ、収容溝の両脇に前記配管の外径よりも大きい内径の接着内周面が設けられたスリーブ円弧管を用意し、
   前記収容溝に前記短管が位置するように、前記複数のスリーブ円弧管を突き合わせ端の外周に配置し、
   前記複数のスリーブ円弧管の内周面と２本の配管の外周面に接着剤を供給し、
   前記複数のスリーブ円弧管同士を押し付けた状態を保持して接着剤を硬化させることを特徴する配管の接続方法。
   
2. 前記配管に対する短管の固定は、前記配管と前記短管との間に接着剤を配して硬化させることによるものであることを特徴とする請求項１記載の配管の接続方法。
   
3. 前記配管に対する短管の固定は、前記配管と前記短管との間に雄螺子を螺合することによるものであることを特徴とする請求項１記載の配管の接続方法。
   
4. 前記配管に対する短管の固定は、前記配管の端部に雄螺子を設け、一方前記短管の内周に雌螺子を設け、両者を螺合することによるものであることを特徴とする請求項１記載の配管の接続方法。
   
5. 前記複数のスリーブ円弧管は、金属管を縦割りにしたものであって、かつスリーブ円弧管同士を締結するためのボルト穴が、スリーブ円弧管の側面に穿孔されていることを特徴とする請求項１記載の配管の接続方法。
   
6. 前記接着剤が供給される２本の配管の外周面に、針金を巻き付け、その後に前記複数のスリーブ円弧管同士の押し付けを行うことを特徴とする請求項１記載の配管の接続方法。