JP3543890B2

JP3543890B2 - 管継手構造

Info

Publication number: JP3543890B2
Application number: JP07257196A
Authority: JP
Inventors: 芳美小野; 信久鈴木; 昭彦加藤; 正樹吉川
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: JPH09264474A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管、樹脂管、複合材料管等の耐震性能を有する管継手構造に関し、管口径、管内流体、内圧及び敷設環境等の配管条件に依存することなく広く適用可能であって、耐震構造を有する管継手構造に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高信頼性が要求される比較的管口径の大きい、例えば、１００Ａ以上の水道管やガス管では敷設現場において被接続管を突き合わせて溶接接続されている。一方、８０Ａ以下ではねじ式のソッケット継手やカップリングで接合するメカニカル継手などが使用されている。
【０００３】
これらの管継手方法は現場で管継手作業が煩雑であって施工に熟練を要する場合が多い。又、地中に埋設して使用する管継手では耐震性に優れていることが要求され、しかも水道管やガス導管ではシール性の良好な管継手構造であることが要求されている。
【０００４】
メカニカル継手についてそれぞれの用途の基づいて説明する。
図１１は、水道管用のメカニカル継手であり、管本体１Ａ，１Ｂの両端部にはＯリング３が設けられ、当接部を覆うようにゴムパッキング４が設けられ、Ｏリング３とゴムパッキング４を上下ハウジング２ａ，２ｂで被覆してボルト５で締結している。管本体１Ａ，１Ｂは管端部にＯリング３が食い込むことにより継手される。
【０００５】
図１２は、ガス導管用のメカニカル継手であり、管本体１Ａ，１Ｂの両端部にテーパ面６ａを持つ段付部６と直角の段付部７がそれぞれ設けられ、管本体１Ａ，１Ｂの両端面にＯリング９が設けられ、絶縁性ガスケット８を介在させて当接し、テーパ面６ａを除き、管端部を絶縁性ガスケット１０で被覆して半割状のクランプ１１の溝の管本体１Ａ，１Ｂの両端部を収納して上下クランプ１１をボルト締めすることにより継手されている。
【０００６】
図１３は、消火配管用のグルーブ管継手であるが、本管１Ａ，１Ｂのそれぞれの端部を覆うようにゴムパッキング１２が装着され、上下ハウジング１３内にゴムパッキング１２が収納され、上下ハウジング１３をボルト締めして継手した管継手構造である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１乃至図１３に示した管継手構造は、本管１Ａ，１Ｂの当接部に上下ハウジングやクランプ等で締め付けて継手する構造である。図１１及び図１２の管継手構造では、ハウジングやクランプが本管１Ａ，１Ｂから突出しており、本管１Ａ，１Ｂに対して継手部の肉厚が厚い。従って、これらの管継手構造体が地中に埋設して使用される場合、この管継手部に繰り返し荷重が作用する場合には破壊が生じるおそれがあり、本管の肉厚に対して管継手部に肉厚比を小さくする必要がある。
【０００８】
又、図１１の水道管用のメカニカル継手では、Ｏリング３が本管１Ａ，１Ｂに食い込み、有効管厚の減少や食い込み部分の変形をもたらし、地震の繰り返し荷重に対して十分な疲労強度が得られない欠点がある。
又、図１２のガス導管用のメカニカル継手においても図１１と同様な欠点を有するとともに、ガスケット７，８の高分子系材料が介在しており、長期荷重と繰り返し荷重に対する強度や経年劣化等の長期信頼性が低い欠点があり、テーパ面６ａとクランプ１１のテーパ面との接触が寸法制度によっては締結力が低下するおそれがある。
【０００９】
又、図１３の消火配管用のグルーブ管継手は、有効管径が減少する欠点があり、継手部の応力集中及び局部的な強度な硬度の上昇があり、地震等の繰り返し荷重に対する十分な疲労強度が得られない欠点がある。
更に、被覆鋼管のように防錆処理のための被覆層を有するものでは、上記のような管本体から張り出した管継手構造では被覆層を形成することは困難であり、改善の余地があった。
【００１０】
本発明は、上述のような問題に鑑みなされたものであり、管継手作業が簡便であり、耐震性に優れた管継手構造を提供することを目的とするものである。
又、本発明は、管継手作業が簡便であり、耐震性を有するとともに、防錆処理を施した被覆鋼管に効果的な管継手構造を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するためになされたものであり、請求項１の発明は、内面に、両側面が各々テーパ状の２つの環状突出部と、これら２つの環状突出部の間に形成され両側面が各々テーパ状の円周溝部を有し、周方向に分割したカップリングを用いて、管体部とその先端に設けられた肉厚管部からなり、前記肉厚管部に、２つの環状突出部と、これら２つの環状突出部の間に形成された円周溝部とを有し、前記２つの環状突出部の前記円周溝部側の両側面を各々テーパ状とし、この両側面の間隔を管軸中心方向に狭くした被接続管どうしを継手する管継手構造であって、前記各被接続管の先端側の前記環状突出部の端面どうしを当接させて、これら端面どうしを当接させた両被接続管の先端側の環状突出部により構成される、両側面が各々テーパ状を呈する環状突出部連結体を、前記カップリングの前記円周溝部に収容して、該円周溝部の両側面と前記環状突出部連結体の両側面とを各々当接させると共に、前記被接続管のそれぞれの円周溝部に前記カップリングの前記各環状突出部を収容し、前記被接続管のそれぞれの円周溝部の両側面と前記カップリングの前記各環状突出部の両側面とを各々当接させて前記被接続管を継手することを特徴とする管継手構造であり、カップリングの内面に形成された円周溝部の山側部（環状突出部）が被接続管のそれぞれの円周溝部に嵌合して収納された継手構造であり、カップリングと被接続管とが一体に構成されている。
【００１２】
又、請求項１の発明は、上記の構成に加えて、前記肉厚管部の前記管体部側の前記環状突出部の前記管体部側の側面がテーパ状であることを特徴とする管継手構造であり、被接続管の端部にテーパ状の肉厚部を形成してその肉厚部に円周溝部が形成されており、振動に対する強度が増すとともに、継手部が突出していないので熱収縮性のチューブ等を被覆して防食処理を行うのに有利である。
【００１３】
又、請求項２の発明は、請求項１に記載の管継手構造に於いて、前記カップリングの円周溝部と前記肉厚管部の円周溝部とが接触する接触テーパ面の半径方向に対する角度が摩擦角以下であることを特徴とする管継手構造であり、管継手構造であり、カップリングが管端部に強固に固着される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る管継手構造の実施形態を示す図である。
なお、図１（ａ）は軸方向断面図であり、図１（ｂ）は円周方向の断面図である。
【００１５】
図１に於いて、被接続管２０は管体部２１とその端部に溶接部Ｍで接続した肉厚管部２２とからなる。テーパ状の肉厚管部２２には環状突出部２４，２５とその狭間にテーパ状の円周溝部２３が形成され、円周溝部２３の内壁面は接触テーパ面２４ａ，２５ａが形成されている。被接続管２０の継手は、被接続管２０を当接させて被接続管２０の肉厚管部２２に形成された両円周溝部２３にカップリング２６の環状突出部２８に嵌合させて継手されている。
【００１６】
カップリング２６は、周方向に分割された上下カップリング２６₁，２６₂からなり、カップリング２６はその内面にテーパ状の環状突出部２８とその間にテーパ状の円周溝部２７が形成され、円周溝部２７の内壁面が接触テーパ面２６ａであり、両環状突出部２８の外周面、即ち、カップリングの端部円周面が接触テーパ面２６ｂである。なお、この実施形態では周方向に上下に分割されたカップリング２６₁，２６₂で構成されているが、カップリングを周方向に三つ以上に分割して、被接続管２０にカップリングを噛み込み合わせるようにしてもよい。
【００１７】
この継手構造は、両被接続管２０の環状突出部２４の端面を当接させて、カップリング２６₁，２６₂を半径方向から押し付けることにより、カップリング２６₁，２６₂の円周溝部２７に両環状突出部２４を、肉厚管部２２に形成された円周溝部２３にカップリング２６の環状突出部２８を嵌合させて継手する構造である。円周溝部２７の両内壁面の接触テーパ面２６ａと、環状突出部２４の接触テーパ面２４ａとが接触し、且つ、カップリング２６₁，２６₂の両端面の接触テーパ面２６ｂと肉厚管部２２の環状突出部２５の接触テーパ面２５ａが接触して、カップリング２６₁，２６₂が両被接続管２０に強固に嵌合して継手されている。即ち、カップリング２６₁，２６₂と両被接続管２０とが一体となった管継手構造であり、継手部に地震等の振動によって異常な負荷が加わらないようになされている。
【００１８】
更に、詳細に説明すると、被接続管２０の肉厚管部２２は肉厚円筒状の鋼材等を切削するか、或いは、型鍛造、鋳造によって製作して、管体部２１に先端に溶接する。又、管体部２１の先端部をアップセット状態にして形成加工して製造する。被接続管２０の肉厚管部２２は、その外面の管軸方向に対する勾配を１／３〜１／５とし、肉厚管部２２の最大厚さは管体部２１の厚さの２〜５倍に、円周溝部２３の厚さは、管体部２１の厚さの１〜２倍、肉厚管部２２の先端の環状突出部２４の厚さは管端部の厚さの２〜５倍に設定される。
【００１９】
接触テーパ面は、半径方向に対して摩擦角以下、例えば３〜５°に設定することにより、分割されたカップリング２６₁，２６₂相互の連結機構がなくとも組み立て後に、容易に抜け落ちることがなく、強固に固着され、振動等の衝撃や連続的な振動によって被接続管２０からカップリング２６₁，２６₂が離脱することがない。
【００２０】
このようなカップリングを噛み合わせる形状とすることによって、カップリング２０の材料や寸法は、被接続管２０の管体部２１や肉厚管部２２の弾性係数、降伏強度、疲労強度などに基づいて、いかなる負荷モードに対しても管継手部全体として剛性や強度が本管同等以上になるようにすることができる。
【００２１】
又、この管継手構造では、カップリング２６の円周溝部２７と、被接続管２０の先端の環状突出部２４の長さを調整することによって、カップリング２６を肉厚管部２２に嵌合した際の被接続管２０同志の当接面圧を、被接続管２０内の流体の圧力に十分耐え得ることができる。無論、被接続管２０同志の接触部にシール部材を介装したり、シール剤を塗布することにより、より高いシール性を得ることができる。
【００２２】
以下の実施形態は、上記の特性を兼ね備え、よりそれらの特性を高めたものである。
尚、図２（ａ）〜図４（ａ）は軸方向断面図であり、図２（ｂ）〜図４（ｂ）は円周方向の断面図である。
先ず、図２を参照して、本発明の実施形態について説明する。図２は、シール性の高い管継手構造であり、図１と同一部分には同一符号が付与されており、図１と同一部分の説明は省略する。図２に於いて、両被接続管２０の何れか一方の接触面には環状溝２９が形成され、環状溝２９内にＯリング等のシール部材３０が設けられている。シール部材としてゴム系の材料からなるＯリングで継手後に圧縮率が１０〜３０％となるように寸法に選定されている。両被接続管２０の接触部が強固に接触されているとともに、その接触面にシール部材３０が設けられているので、シール性が極めて高い管継手構造とすることができる。
【００２３】
次に、本発明の他の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３の管継手構造に於いて、図２と同一部分には、同一符号が付与されており、同一部分の説明は省略する。図３に於いて、被接続管２０の肉厚管部２２は、被接続管２０の軸方向の長さを短くして、テーパ状の肉厚管部２２の最も肉厚の厚い部分がカップリング２６に接している。両被接続管２０の継手部の外形形状がより滑らかな外観となり、継手部が管体部２１とより一体となった構造となるので、継手部の振動モードと管体部２１の振動モードとを略同一にすることができる。従って、一層耐震性が向上するとともに、継手部の異常な突出部が解消されるので、管継手部を防食処理する際の収縮チューブや収縮テープの被覆が容易である。
【００２４】
図４の実施形態では、カップリング３２の形状が図３の実施形態と異なるのみであり、カップリング３２の嵌合部の形状は図３と同一であり、同一部分の説明は省略する。
図４の管継手構造では、カップリング３２の内面に円周溝部２７が形成され、その外面が肉厚管部３２のテーパ面３１に沿って滑らかな曲面３２ａを有しており、曲げに対する強度を高めることができる。
【００２５】
次に、図５〜図７は、本発明の参考例を示すものであり、同図によって、カップリングの嵌合部の種々参考例について説明する。
尚、図５（ａ）〜図７（ａ）は軸方向断面図であり、図５（ｂ）〜図７（ｂ）は円周方向の断面図である。
図５では、カップリング２６の両端面と肉厚管部２２との接触面２５ａ′，２６ｂ′は管軸方向に対して直角に接触している。カップリング２６₁，２６₂は、カップリング２６の円周溝部２７の接触テーパ面２６ａが、図１〜図４と同様に、肉厚管部２２の環状突出部２４の接触テーパ面２４ａと接触して嵌合している。
【００２６】
図６では、カップリング２６の一外端面と肉厚管部２２との接触面２５ａ′，２６ｂ′が管軸方向に対して直角に接触し、カップリング２６の他外端面は接触テーパ面２６ａ，２５ａで接触している。一方、カップリング２６の内面の円周溝部２７の一方の接触テーパ面２６ａは、図１〜図４と同様に、肉厚管部２２の環状突出部２４の一方の接触テーパ面２４ａと接触しており、他方の円周溝部２７の接触面２６ａ′，２４ａ′は、管軸方向に対して直角に接触している。
【００２７】
図７では、カップリング２６′の内面に円周溝部２７が形成され、その両端に断面形状が曲面を有する円周突出部３３が形成されている。被接続管２２の肉厚管部２２にも対応して断面形状が曲面である円周溝３４が形成されている。カップリング２６′と被接続管２０の肉厚管部２２との嵌合部が曲面を有するので、部分的に応力の集中が解消される。
【００２８】
次に、図８を参照して本発明の他の実施形態について説明する。
同図に於いて、被接続管２２の先端の環状突出部２４には、それぞれの当接部に環状凹部２４₁と環状凸部２４₂が形成されている。両被接続管２２を当接する際は、環状凹部２４₁と環状凸部２４₂が嵌合しており、カップリング２６₁ ，２６₂の取付が容易である。他の形状は図１と同様である。なお、環状凹部２４₁と環状凸部２４₂とを嵌合させる形状は、上記図１〜図７の実施形態においても適応できることは明らかである。
【００２９】
なお、図９は管継手構造の外観図を示している。同図は、管体部２１と肉厚管部２２が一体となった管継手構造であり、カップリング２６₁，２６₂が嵌合して継手されている。溶接部は図示されていないが、図１，図２，図８の実施形態や、図５〜図７の参考例も同等な外観形状である。
【００３０】
次に、図１０を参照して、本発明の他の参考例について説明する。
図１０に於いて、被接続管２２が管体部２１に肉厚管部２２が溶接され、肉厚管部２２には、上下に周方向に分割したカップリング３５が嵌合している。肉厚管部２２とカップリング３５との接触部は、テーパ接触部Ａと直角接触部Ｂが交互に形成されている。テーパ接触部Ａと直角接触部Ｂとが形成されることにより、カップリング３５を取り付ける際の位置決めが容易である。又、カップリング３５を強固に取り付けることができる。更に、継手された被接続管２２は防食処理のための収縮チューブや収縮テープ等による被覆層３６が形成されている。
なお、図１〜図４、図８の実施形態や、図５〜図７、図９の参考例においても継手部は滑らかなテーパ状の形状であるので、管本体の防食処理のための被覆層を形成するのに適している。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、管継手部の強度が管体部と同等であるので、大規模な地震に伴う断層変位或いは液状化による地盤の側方流動や浮力によって管路に作用する変位負荷に対して、管路全体として管体部が有する延性強度を十分発揮することができるので、震災時にも管路機能を維持できる耐震性に優れた効果を有する管継手構造である。
【００３２】
又、継手に伴う部品点数を少なくすることができるので、施工が簡便なものとなり、コスト、品質管理、維持管理の面で有利である。
又、継手部の外面が滑らかであり、本管外面からの張り出し量も小さいので低く抑えられる。管軸方向の地盤変位を管体部に伝えにくく、管路に発生する歪みが低く抑えられる。
【００３３】
又、本発明によれば、現地で管体部を接合するための溶接作業が不要であるため、以下に記載されるような溶接継手による種々の施工工程に関する課題が解決される。先ず、カップリングを組み付けるのみで、被接続管の管継手できるので、熟練作業者が不要である。無論、溶接に必要な溶接用機材、電源やシールドガス等が不要であり、施工能率が高い利点がある。又、溶接工程を行う必要がないので、溶接熱による管材料及び塗覆装材料への影響がなく、防食処理を施した鋼管等に有利である。現地作業環境の制約が少なく、管口径、管内流体、内圧及び敷設環境等の配管条件に依存することなく、又、埋設管として使用する場合、土木掘削量が少ない等の種々の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る管継手構造の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る管継手構造の実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係る管継手構造の実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係る管継手構造の実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る管継手構造の参考例を示す図である。
【図６】本発明に係る管継手構造の参考例を示す図である。
【図７】本発明に係る管継手構造の参考例を示す図である。
【図８】本発明に係る管継手構造の実施形態を示す図である。
【図９】本発明に係る管継手構造の実施形態及び参考例を示す外観図である。
【図１０】本発明に係る管継手構造の参考例を示す外観図と断面図である。
【図１１】従来の管継手構造を示す図である。
【図１２】従来の管継手構造を示す図である。
【図１３】従来の管継手構造例を示す図である。
【符号の説明】
２０被接続管
２１管体部
２２肉厚管部
３１テーパ面
２３円周溝部
２４環状突出部（２５，２８）
２４ａ接触テーパ面（２５ａ，２６ａ，２６ｂ）
２６カップリング（２６₁，２６₂，３２，３５）
２７円周溝部
２８円周状突出部

Claims

内面に、両側面が各々テーパ状の２つの環状突出部と、これら２つの環状突出部の間に形成され両側面が各々テーパ状の円周溝部を有し、周方向に分割したカップリングを用いて、管体部とその先端に設けられた肉厚管部からなり、前記肉厚管部に、２つの環状突出部と、これら２つの環状突出部の間に形成された円周溝部とを有し、前記２つの環状突出部の前記円周溝部側の両側面を各々テーパ状とし、この両側面の間隔を管軸中心方向に狭くした被接続管どうしを継手する管継手構造であって、
前記各被接続管の先端側の前記環状突出部の端面どうしを当接させて、これら端面どうしを当接させた両被接続管の先端側の環状突出部により構成される、両側面が各々テーパ状を呈する環状突出部連結体を、前記カップリングの前記円周溝部に収容して、該円周溝部の両側面と前記環状突出部連結体の両側面とを各々当接させると共に、
前記被接続管のそれぞれの円周溝部に前記カップリングの前記各環状突出部を収容し、前記被接続管のそれぞれの円周溝部の両側面と前記カップリングの前記各環状突出部の両側面とを各々当接させて前記被接続管を継手するように構成すると共に、
前記肉厚管部の前記管体部側の前記環状突出部の前記管体部側の側面がテーパ状であるように構成した、
ことを特徴とする管継手構造。
請求項１に記載の管継手構造に於いて、前記カップリングの円周溝部と前記肉厚管部の円周溝部とが接触する接触テーパ面の半径方向に対する角度が摩擦角以下であることを特徴とする管継手構造。