JP6751936B2 - 二重管の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
「さりながら、該第3図に示す実施例においては、該シールドヘッド6の芯金17’に対するスライド部に段差部27が形成されているために、該シールドヘッド6に対する反力は生じないか、又、極めて小さく、このために、当該第3図に示す実施例においては、二重管の製造が内管2の収縮力を容易に得ることが出来ることにより製造がし易いという利点がある。
さりながら、当該第3図に示す実施例において、当該段差部27をその前部の拡管室21よりも積極的に大径にすることにより、内管2に対する軸方向収縮力を却って積極的に大きくすることが出来ることにより製造がし易いというメリットがある。」(4頁右欄27行目〜39行)
(1)予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造方法において、
内鋼管を水圧拡管するときに、該内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに対して、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付与して軸力バランスを調整し、
内鋼管を水圧拡管するときの高圧水の供給段階を2段階以上とし、最終段階で高圧水が所定の最大圧力になるまでの時間が0.5〜5秒であることを特徴とする二重管製造方法。
(2)予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造方法において、
内鋼管を水圧拡管するときに、該内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに対して、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付与して軸力バランスを調整し、
内鋼管及び外鋼管を緊締嵌合して二重管とした後、内鋼管を水圧拡管するときの通水路に高圧水を供給して二重管の水圧試験を行うことを特徴とする二重管製造方法。
(3)予め外鋼管を100〜500℃に加熱して熱膨張させる、(1)又は(2)に記載の二重管製造方法。
(4)外鋼管に内鋼管を相対重層するときに、該内鋼管を30℃以下の冷却水で冷却する、(1)〜(3)のいずれかに記載の二重管製造方法。
(5)予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造装置において、
内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付加して軸力バランスを調整する軸力補償シリンダを設け、
前記スライドヘッド及び前記軸力補償シリンダに冷却水又は高圧水を供給又は排水する給排水機構を有し、
前記給排水機構は、給水タンクから水を受給すると共に油循環システムから高圧油を受給して高圧水を供給するブースタを有することを特徴とする二重管製造装置。
(6)前記ブースタが複数段からなる、(5)に記載の二重管製造装置。
図2は本発明を実施する基本的な一ラインを示し、該ラインを工程別に基本工程A、基本工程B、基本工程C及び基本工程Dと称して区別する。図2において、基本工程Bから基本工程Dはマンドレル4の中心軸に合わせた一直線の装置であるが、図示の都合上、記号ホ及びホ′で切った二段表示としている。
図2と共に図3を参照すると、基本工程Aにおいて高圧水供給経路は、貯水タンク22から給水管でつながるポンプ24、該ポンプ24から配水管42でラム3の供給口15へ、また配水管42′でブースタ30に連結されている。ブースタ30はアキュムレータ36から高圧油管37で供給される高圧油を受けて、高圧水を高圧水管41、41’及び41”を経てラム3及び軸力補償シリンダ12に供給する。ブースタ30の1次シリンダ室から排出された油は油管37’を経て油圧ユニット35に送られ、該油はアキュムレータ36に高圧状態で蓄えられる。
図2を参照すると、基本工程Bにおいて軸力調整機構は、架台54に設けた固定フレーム8に固設されたラム3及びマンドレル4の後端部を掴む(囲む)ように設けられたスライドヘッド11、該スライドヘッド11に設けた連結ロッド10及び移動ビーム9を有し、該移動ビーム9から固定フレーム8’に固設された軸力補償シリンダ12のピストンロッドにつながっている。
図2を参照すると、基本工程Cにおいてラム3と一体構造のマンドレル4は、架台54に設置された矢印53方向に昇降用エアーシリンダ51によって傾倒するマンドレル支持装置50によって支えられている。
図2と共に図7を参照すると、基本工程Dにおいて架台65に設置されたレール52を走行する加熱炉60を搭載した加熱炉移動台車64は、加熱炉移動用モータ69によって矢印71方向に往復動する。外管1は外管回転ロール79に搭載され、また外管1を回転させるロータリチャック66に連結されている。該ロータリチャック66はロータリチャック移動用モータ67に連結し矢印70方向に往復移動する。
図1に示すA列工程の内管2は、端部に内向きフレア73及び外向きフレア74を加工し、図2に示すマンドレル4の自由端側から外向きフレア74を先にマンドレル4を被うように挿入する。図3に示すようにマンドレル4を被うように挿入された内管2は、その外向きフレア74をシールドジョー18によって水密裡にスライドヘッド11の先端部に、また内向きフレア73をマンドレル先端部6に当接しシールディスク5を挟んで締付けナット7によって水密理に締め付ける。また、スライドヘッド11はラム3との間に設けた水密シール72によって水密裡、かつ軸方向に摺動可能な構造として、スライドヘッド11の排水口19の排水電磁バルブ20を閉じることで高圧水室17を形成する。
マンドレル4にセットされた内管2への通水は、冷却水を貯水タンク22から冷却水供給バルブ23を開いて冷却水ポンプ24から逆止弁25を開いて通水管42を通水してラム3の冷却水供給口15に供給した冷却水をマンドレル3内の冷却水通路16及び通水路16(a)を通水する。その冷却水はマンドレル4及び内管2の間隙に形成した円環状の通水路、又は高圧水室17を満たし、スライドヘッド11に設けた排水口19から排水されて配水管21、21’から貯水タンク22に戻り、循環する。
図1に示すB列工程の外管1は、その内面を回転ブラシによる研磨、他によって清浄化し、図2に示す基本工程D及び図7に示す加熱炉60に装填し、100℃〜500℃の温度に加熱する。
図3に示す基本工程Aは、ブースタ30への冷却水供給機構及び高圧油を送る油循環システムによって、ブースタ30から高圧水をラム3及び軸力補償シリンダ12へ供給する工程である。
図2に示す基本工程Dの加熱炉60によって予め100℃〜500℃、例えば350℃に加熱した外管1は、加熱炉移動台車64により加熱炉移動方向71に加熱炉移動用モータ69の駆動により移動し、既に設置し冷却した内管2を被うように相対重層する。相対重層の間、内管2の温度上昇を防止するため、前記a)で一旦終了した内管2の通水路17に冷却水を継続通水し内管2を冷却する。
アキュムレータ36の油圧力が設定値に達し、拡管機構側において外管1の内管2との相対重層が完了すると、加圧条件が整う。なお、アキュムレータ36を有する油圧システムはブースタ30のピストン39の後退時に油圧電磁バルブ34を開いて1次側シリンダ室43の油は矢印ハの方向に流れ、油圧ユニット35に供給する。油圧ユニット35は、油圧電磁バルブ38を閉じて該油を圧縮して圧力を付加してアキュムレータ36に所定圧力の高圧油になるまで供給して貯油する。
高圧水による加圧保持の終了後、「加圧停止タイマー」のタイムアップで排水電磁バルブ20が開き、このとき、次の大量冷却に備え、モーターバルブ45は開となる。冷却水ポンプ24が起動し、二重管を冷却し、「冷却水注水タイマー」のタイムアップで冷却水ポンプ24は停止する。大量冷却が終了しても各バルブは、その状態を継続し、冷却水供給ポンプ24の弱駆動により少量冷却を継続し、「少量冷却OFF」押釦を押して1工程の終了となる。
次に図4及び図3によって、内管2の拡管作用と軸力補償シリンダ12及びスライドヘッド11の作動について説明する。
(ア)スライドヘッドに左向き(←)に作用する水圧軸力Flは
Fl=π/4・(dc2−dr2)・P+π/4・(dp2−dt2)・P …式1
(イ)スライドヘッドに右向き(→)に作用する水圧軸力Frは(負として)
Fr=−π/4・(dc2−dt2)・P …式2
(ウ)FlとFrの合成水圧軸力Faは
Fa=Fl+Fr=π/4・(dp2−dr2)・P …式3
dp=drでFa=0 :軸力バランスして軸力は発生しない。
dp>drでFa>0 :この場合は左向き軸力となり内管2を引張る。
dp<drでFa<0 :この場合は右向き軸力となり内管2を圧縮する。
ただし、上記式に使用した符号は図4に示す直径の符号を示し、以下に定義する。
dp=拡管により内管が外管に内接したときの内径
dr=スライドヘッド摺動部のラム径
dc=スライドヘッドのシリンダ径
dt=スライドヘッド先端部のコーン喉部(最狭部)内径
dm=マンドレル本体の径
P=拡管圧力、とする。
図5及び図6を使用して拡管時間について説明する。図5においては、製造工程順に「第1ステージ」〜「第5ステージ」に区分して示す。ただし、該区分はブースタ30の第1段階〜第3段階とリンクするものではない。
図5及び図6を使用して嵌合応力の調整について説明する。
図1のフローチャートで示す二重管の水圧試験C5について説明する。
前項における二重管の冷却工程を終了した後、排水電磁バルブ20を閉じ、拡管開始時と同様の制御によって水圧試験用の高圧水(例:加圧力設定25.0MPa)をラム3の供給口15に所定時間(例:10秒)通水して水圧試験を実施する。
加熱炉移動台車64を駆動して基本工程Cに嵌装状態にあった加熱炉60を架台65の位置に引き戻し、マンドレル4に内向きフレア73及び外向き74を介して水密、かつ固設されていた二重管内管部の両端部を開放して、マンドレル4から二重管を引き抜くように取り出す。該二重管は第1図に示す端部の仕上げ加工C4に移行する。
図8及び表1を用いて冷却水等の給排システムを1システムと本発明の二重管製造装置を製造装置ライン1(以下、ライン1という。同様にライン2、3という。)、ライン2及びライン3を一体的な設備として装置化した、いわゆる「ワン給排水システムとマルチ製造装置」を連続的に稼働し二重管を製造する例を説明する。
外管1の好ましい加熱温度が500℃以下であるのは、炭素鋼を主とする外管1は、該外管の製造会社が製造の最終工程で焼き戻しを施して任意の規格等の品質を保証しているので、この焼き戻し処理した鋼材の性質を改変しない温度以下とし、500℃を超えると外管鋼材の降伏点が下がって引張強度が低下するおそれがあるからである。他方100℃未満になると外管1の熱膨張が少なく、目標とする内径に満たなくなるおそれがあり、また100℃未満では鋼管内面に結露等で水分を持ち、嵌合面間に残留して嵌合品質を悪くするおそれがある。よって、外管1の好ましい加熱温度は100℃〜500℃とする。
内管2の温度は低いほど、すなわち、外管1との温度差が大きいほど、嵌合応力は高くなる。したがって、加熱した外管1が内管2を被うように相対重層するときに、内管2の温度が上昇するのを防止するため、冷却水としてできるだけ低い温度の水を供給する。また、拡管開始直前には、排水電磁バルブ20を閉じて高圧水室17の冷却水は封止状態にするので、内管1の低温を維持するためにもできるだけ低温の冷却水が必要である。また、図6に示す点P2及びP3の拡管終了後は、直ちに二重管を急速、大量冷却するため、大量の冷却水を通水して該二重管を100℃以下に冷却する。このような観点から二重管の均一で所定の嵌合応力を有する二重管を効率よく製造するため、冷却水は30℃以下が好ましく、冷却能力を高めて生産性を上げるため10℃以下、例えば5℃で供給するのがより好ましい。
拡管時間が長いと外管1の温度が低下し、内管1の温度が上昇して内管1と外管2との温度差が少なくなり、また、前記第5ステージにおける外管1の収縮量が低下するので嵌合応力が低くなる原因となるため、拡管時間は極力短時間とすることが好ましい。ただし、拡管時間が0.5秒未満では高圧水室17の全長に渉って均一の圧力・矢印Pが付与できず、均一の拡管ができないおそれがある。他方、5秒超では、内管2及び外管1の温度差が少なくなり、第5ステージにおいて冷却に時間を要し、適正かつ均一の嵌合応力が得られないおそれがある。よって、拡管時間は0.5秒〜5秒が好ましい。
表2に本発明の実施例及び比較例に使用した外鋼管1の成分系とその成分例及び該当規格を参考に示す。
1 外管、外鋼管
2 内管、内鋼管
3 ラム
4 マンドレル
5 シールディスク
6 マンドレル先端部
7 締付けナット
8 8’固定フレーム
9 移動ビーム
10 連結ロッド
11 スライドヘッド
12 軸力補償シリンダ
13 補償シリンダピストン
14 補償シリンダ高圧水受給口
15 冷却水、高圧水供給口
16 冷却水通路又は高圧水通路
16(a) 通水路(a)
16(b) 通水路(b)
17 通水路 又は高圧水室
18 シールジョー
19 冷却水、高圧水排水口
20 排水電磁バルブ
21 21′排水管
22 貯水タンク
23 冷却水供給バルブ
24 冷却水供給ポンプ
25 逆止弁
26 ブースタ水供給電磁バルブ
27 逆止弁
28 ブースタ水供給管
29 29’29” 冷却水供給逆止弁
30 ブースタ
31 2次側シリンダc室
32 2次側シリンダb室
33 2次側シリンダa室
34 油圧電磁バルブ
35 油圧ユニット
36 アキュムレータ
37 油圧管
38 油圧電磁バルブ
39 39′39″ ピストン
40 40’ 40” 高圧水供給電磁バルブ
41 41’ 41” 高圧水供給管
42、42’ 冷却水供給管
43 1次側シリンダ室
44 44’ 44” 高圧水逆止弁
45 モーターバルブ
46 主加圧バルブ
イ イ’ 冷却水流方向
ロ 高圧水流方向
ハ ハ’ 高圧油流方向
ニ 排水流方向
50 マンドレル支持装置
51 昇降用エアーシリンダ
52 加熱炉走行用レール
53 支持部材傾倒方向
54 架台
60 加熱炉
61 排気ダンパー
62 温度計
63 ガスバーナ
64 加熱炉移動台車
65 架台
66 ロータリチャック
67 ロータリチャック移動用モータ
68 チェイン
69 加熱炉移動用モータ
70 ロータリチャック移動方向
71 加熱炉移動方向
A 基本工程A:冷却水供給、高圧油循環システム及びブースタ
B 基本工程B:軸力補償シリンダ、ラム、マンドレル基部
C 基本工程C:スライドヘッド先端部、マンドレル、内管及び外管の嵌合
D 基本工程D:外管加熱炉、外管回転装置及びそれらの搭載台車、外管加熱、移動
72 水密シール
73 内向きフレア
74 外向きフレア
dp 拡管により内管が外管に内接したときの内径
dr スライドヘッドのラム径
dc スライドヘッドのシリンダ径
dt スライドヘッドのコーン喉部(最狭部)内径
dm マンドレル径
Fr 右向き軸力(内管圧縮)
Fl 左向き軸力(内管引張)
DPO 外管の初期内径
DLO 内管の初期外径
P 半径方向の水圧力
P1 P1’ 内管の外面が外管の内面への接触点
P2 外管の拡管停止、熱収縮開始点 σ2 外管の拡管応力
P3 内管の拡管停止、熱収縮開始点 σ1 内管の拡管応力
P4 外管の熱収縮完了点
P5 管の引張応力と圧縮応力の分岐点
P6 内管の熱収縮完了点
75 耐火煉瓦
76−1 側壁耐火材
76−2 天井耐火材
77 ロール支持軸
78 鋼管軸心調整治具
79 鋼管回転用ロール
80 炉体側壁
81 炉蓋開閉枠
82 油圧シリンダ
83 炉蓋開閉ロッド
84 炉蓋回動軸
85 炉蓋開閉方向
87 分岐器1
88 分岐器2
89 分岐器3
101 外管
102 コイルヒータ
103 内管
104 内部
105 穴あき栓体
105’ 栓体
106 穴
107 液体供給方向
108 加圧方向
201 外管
202 内管
203 203’ 内管先端部フレア、基部フレア
205 固定ラム
206 206’206″ シールヘッド
207 円錐状テーパ面
208 シールジョウ
209 タイロッド (第3図)
210 固定式シールヘッド
211 拡管流通路
212 排水通路
214 流通路
215 二重管製造装置
216 スタンド
217 芯金
218 油圧シリンダ
219 219’ ピストンロッド
220 シール
221 拡管室
223 外部通路
224 224’ オイル通路
225 ナット
228 外部シリンダ
F 拡管圧
Claims (6)
- 予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造方法において、
内鋼管を水圧拡管するときに、該内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに対して、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付与して軸力バランスを調整し、
内鋼管を水圧拡管するときの高圧水の供給段階を2段階以上とし、最終段階で高圧水が所定の最大圧力になるまでの時間が0.5〜5秒であることを特徴とする二重管製造方法。 - 予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造方法において、
内鋼管を水圧拡管するときに、該内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに対して、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付与して軸力バランスを調整し、
内鋼管及び外鋼管を緊締嵌合して二重管とした後、内鋼管を水圧拡管するときの通水路に高圧水を供給して二重管の水圧試験を行うことを特徴とする二重管製造方法。 - 予め外鋼管を100〜500℃に加熱して熱膨張させる、請求項1又は2に記載の二重管製造方法。
- 外鋼管に内鋼管を相対重層するときに、該内鋼管を30℃以下の冷却水で冷却する、請求項1〜3のいずれかに記載の二重管製造方法。
- 予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造装置において、
内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付加して軸力バランスを調整する軸力補償シリンダを設け、
前記スライドヘッド及び前記軸力補償シリンダに冷却水又は高圧水を供給又は排水する給排水機構を有し、
前記給排水機構は、給水タンクから水を受給すると共に油循環システムから高圧油を受給して高圧水を供給するブースタを有することを特徴とする二重管製造装置。 - 前記ブースタが複数段からなる、請求項5に記載の二重管製造装置。
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