JP7225157B2 - 継手構造の検査方法および継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、輸送管の継手構造の検査方法および継手構造に関する。

農業用水の用水路での水路ロスを改善するために、用水路のパイプライン化が進められている。受口部を備えた熱可塑性樹脂製の輸送管と、差口部を備えた熱可塑性樹脂製の輸送管とが連結された農業用パイプラインは、受口部の内面と差口部の外面とが熱融着接合された電気融着継手構造を備える。電気融着継手構造における流体の漏出検査の一例として、テストバンドで覆われる継目部分に水圧を加えて圧力変化を確認することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。一方、輸送管内にテストバンドを設置することが困難となる小径輸送管の漏出検査には、連結された輸送管を埋めてから検査区間を充水する水張り試験が採用されている。

特許第４１９５６６７号公報

しかしながら、寒冷地に敷設された農業用パイプラインの水張り試験を積雪前に終了できない場合には、農業用パイプラインの工期が雪解け後まで延期されてしまう。さらに、雪解け後の水張り試験で漏水が確認された場合には、埋設された輸送管を掘り起こして補修作業を行うなど、大掛かりな工事を農作業開始までの短期間で行う必要がある。このような課題は、農業用パイプラインの検査に限られたものではなく、輸送管の継手構造全般に共通している。

本発明は、以上のような課題を鑑みてなされたものであり、輸送管の継手構造の工期短縮を可能とした検査方法および継手構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための継手構造の検査方法は、流体を輸送する熱可塑性樹脂で構成された第１輸送管および第２輸送管の継手構造の検査方法において、前記第１輸送管が備える受口部に前記第２輸送管が備える差口部を挿入し、前記差口部を挿入された前記受口部の第１位置において、前記受口部の内面と前記差口部の外面とを熱融着によって封止し、管軸方向の位置が前記第１位置よりも前記受口部の先端側である第３位置において、前記差口部を挿入された前記受口部と前記差口部とを封止した後に、管軸方向の位置が前記第１位置と前記第３位置との間である第２位置において、前記受口部に配置された貫通孔を通じて、前記受口部と前記差口部との間の空間であって前記第１位置と前記第３位置との間の空間を加圧または減圧する。上記構成によれば、受口部と差口部との間を貫通孔を通じて加圧または減圧することで、敷設後に継手部分における流体の漏出検査を行うことができ、輸送管路の工期を短縮できる。

上記継手構造の検査方法において、前記検査孔には、圧力計が設置され、前記第１位置と前記第３位置との間であって、かつ、前記受口部と前記差口部との間を、前記貫通孔を通じて加圧または減圧し、前記圧力計で圧力を測定してもよい。上記構成によれば、測定された圧力変化が正常状態における圧力変化と異なる場合に、流体の漏出が発生していると判断できる。

上記継手構造の検査方法において、前記差口部は、前記受口部と対向する外面であって、かつ、前記第１位置と前記第３位置との間に位置して、管周方向に連続して延びる溝部を備えてもよい。上記構成によれば、管周方向の全周に亘って流体の漏出の有無を検査できる。

上記課題を解決するための継手構造は、熱可塑性樹脂で構成された第１輸送管および第２輸送管の継手構造であって、前記第１輸送管は、受口部を備え、前記第２輸送管は、差口部を備え、前記受口部は、管軸方向における第１位置において、内面を熱融着することで、前記受口部の内面と前記差口部の外面との間を封止する熱融着部と、前記管軸方向における前記熱融着部より前記受口部の先端側の第２位置において、管厚方向に貫通した貫通孔とを備え、前記継手構造は、前記管軸方向における前記貫通孔よりも前記受口部の先端側の第３位置において、前記受口部と前記差口部との間を封止する封止部を備える。上記構成によれば、貫通孔を通じて第１位置と第３位置との間であって、かつ、受口部と差口部との間において、所定圧の流体を供給、もしくは、空気を吸引して減圧することで、継手部分の流体の漏出の有無を確認できる。

上記継手構造において、前記熱融着部は、第１熱融着部であって、前記封止部は、前記受口部において、前記貫通孔よりも前記受口部の先端側に設けられた第２熱融着部を備え、前記第１位置および前記第３位置において、前記受口部の内面と前記差口部の外面とは熱融着され、前記第３位置に前記封止部を構成してもよい。上記構成によれば、第１位置と第３位置において、熱融着され、継手構造の強度を高めることができる。

上記継手構造において、前記受口部は、前記第１熱融着部の位置に、第１電熱体部を備え、前記第２熱融着部の位置に、第２電熱体部を備え、前記第１電熱体部と前記第２電熱体部とは、電気的に接続されてもよい。上記構成によれば、第１電熱体部と第２電熱体部とを同時制御できる。

上記継手構造において、前記封止部は、シール部材で構成されてもよい。上記構成によれば、封止部を第２熱融着部で構成する場合よりも、構成を簡素化できる。

本発明によれば、輸送管の継手構造の工期を短縮できる。

輸送管路の側面図。 輸送管の断面図。 接合前の継手構造の断面図。 接合後の継手構造の断面図。 継手構造の検査における構成および検査状態を示す概念図。 継手構造の検査手順のフローチャート。 封止部にシール部材として防水ゴムを使用した例を示す断面図。 封止部にシール部材として封止テープを使用した例を示す断面図。 封止部にシール部材としてコーキング材およびバックアップ材使用した例を示す断面図。 継手構造が検査装置を備える場合の構成および検査状態を示す概念図。

以下、本発明が適用された輸送管路について図１ないし図１０を参照して説明する。
図１に示すように、輸送管路１は、農業用水などに使用される内圧用管路であって、複数の輸送管２が継手接続されている。各輸送管２は、ガラス繊維を含有した熱可塑性樹脂管であって、ここではガラス繊維強化ポリエチレン管が使用されている。輸送管２は、熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン材料を使用することで、耐薬品性、耐腐食性、耐摩耗性、耐衝撃性、および軽量性に優れた管となっており、さらに、ガラス繊維の配向によって管周方向に高剛性を備えた管となっている。

図２に示すように、各輸送管２は、管本体３と、管本体３の第１管端部に構成される受口部４と、管本体３の第２管端部に構成される差口部５とを備える。受口部４は、外径および内径が管本体３よりも大きくなるように構成されている。差口部５は、その内径が管本体３の内径と一致し、外径が管本体３よりも大きな肉厚部により構成されている。

図３に示すように、受口部４は、内面に電熱体部６と、電熱線端子７とを備える。電熱体部６は、管軸方向における第１位置に配置される第１電熱体部６ａと、第１位置よりも受口部４の先端側の第３位置に配置される第２電熱体部６ｂとを備える。さらに、管軸方向において第１位置と第３位置の間である第２位置に配置され、第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂを電気的に接続する接続部６ｃを備える。

第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂは、管周方向に延びる発熱抵抗体であり、受口部４の内面に配置される。また、第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂは、接続部６ｃにより直列に接続されている。第２電熱体部６ｂは、管軸方向において第１電熱体部６ａおよび接続部６ｃよりも先端側に配置されており、外方に臨まされている電熱線端子７と接続されている。電熱体部６は、電熱線端子７を介して制御装置に接続され、設定された通電条件で発熱する。

受口部４は、管厚方向に貫通する貫通孔であって、管軸方向において第１電熱体部６ａより受口部４の先端側となる第２位置に検査孔８を備える。すなわち、検査孔８は、第１電熱体部６ａが配置された第１位置と第２電熱体部６ｂが配置された第３位置との間の第２位置に設けられている。検査孔８は、その内周面にねじ溝が設けられている。流体の漏出検査を行う際には、検査孔８に円筒状の連結パイプが螺合される（図５参照）。

差口部５は、外面に、管周方向に延びる連続した溝である溝部９を備える。差口部５は、外面における管本体３側に、標線１０が設けられている。標線１０は、受口部４に対する差口部５の挿入深さを示す指標である。ここでは、標線１０は、互いに平行な２本で構成されており、差口部５は、受口部４の先端部が２本の標線１０の間に位置するまで受口部４に挿入される。このとき、溝部９は、管軸方向において対向する受口部４の第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂの間である第２位置に位置する。

次に、以上のように構成された輸送管路１の作用について説明する。
輸送管２は、電気融着継手構造によって接合される。すなわち、先ず、受口部４の内面および差口部５の外面をアセトンまたはエタノールなどを含浸させたタオルなどで清掃する。次いで、図３に示すように、接合される２つの輸送管２のうち、一方の輸送管２である第１輸送管の受口部４に対して、他方の輸送管２である第２輸送管の差口部５を第１輸送管の受口部４の先端部が２本の標線１０の間に位置するまで挿入する。この状態において、受口部４の内面と差口部５の外面とが対向する。そして、接合される２つの輸送管２は、芯出しおよび仮固定され、さらに、スリングベルトなどの固定具で固定される。

次いで、外方に臨まされた電熱体部６の電熱線端子７が制御装置に接続される。制御装置は、設定された通電条件で、第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂを所定時間発熱する。これにより、受口部４および差口部５における、第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂの近傍の熱可塑性樹脂が溶融される。その後、所定時間冷却されることによって溶融した熱可塑性樹脂が固化され、図４に示すように、受口部４および差口部５の一部が一体化されて、第１電熱体部６ａの近傍に熱融着部としての第１熱融着部１１が形成され、第２電熱体部６ｂの近傍に封止部としての第２熱融着部１２が形成される。すなわち、第１位置において受口部４および差口部５の熱可塑性樹脂が一体化されて第１熱融着部１１が形成され、第３位置において受口部４および差口部５の熱可塑性樹脂が一体化されて第２熱融着部１２が形成される。

このとき、第１熱融着部１１と第２熱融着部１２との間の第２位置において管周方向に延在する空間であって、受口部４と差口部５とが対向する空間である間隙部１３が形成される。間隙部１３は、受口部４側に検査孔８が位置され、差口部５側に溝部９が位置される。一例として、溝部９上に検査孔８が位置する。

次に、上記のように接合された輸送管２の継手構造の検査について説明する。図５に示すように、輸送管２は、検査孔８に連結パイプ１４が取り付けられる。連結パイプ１４は、検査孔８に対して連結パイプ１４が自立する深さまで挿入されて螺合される。検査孔８は、連結パイプ１４およびホースなどを介してポンプ１５に接続される。ポンプ１５は、高圧流体としての高圧水を送り込むことができ、連結パイプ１４および検査孔８を介して間隙部１３に高圧水を送り込む。さらに、検査孔８には、連結パイプ１４を介して圧力計１６が設けられている。圧力計１６は、間隙部１３内の圧力を測定し、圧力の測定値を表示する。

次に、上記のように接合された輸送管２における継手構造の検査方法について説明する。
図６に示すように、輸送管２の継手構造における流体の漏出検査方法の動作は、ステップＳ１からステップＳ７で構成される。先ず、ポンプ１５を駆動し検査孔８を介して間隙部１３に高圧水を注入する（ステップＳ１）。これにより、間隙部１３には、高圧水が管周方向全体に行き渡るまで充填される。

継手構造の第１熱融着部１１および第２熱融着部１２が十分な水密性および気密性を有する正常状態の場合、充填された高圧水により間隙部１３内の圧力が高まり、圧力計１６による測定値は、あらかじめ設定された規定値内の値を示す。ここでの規定値の範囲は、正常状態の継手構造に対して高圧水を注入した場合の圧力値の範囲である。これに対して、第１熱融着部１１および第２熱融着部１２のうち少なくとも何れか一方の水密性が不十分な場合、注入された高圧水が水密性の不十分な箇所から漏水するため、間隙部１３内の圧力は正常状態よりも低くなる。このため、圧力計１６による測定値は、設定された規定値よりも低い値となる。

次に、圧力計１６に表示された測定値を目視確認し、間隙部１３内の圧力が規定値の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。間隙部１３内の圧力が規定値内であると判定した場合、ステップＳ３に進み、間隙部１３内の圧力が規定値外であると判定した場合、ステップＳ４に進み、異常ありという結果で検査を終了する。ステップＳ４の場合、次いで当該継目の補修作業が行われることになる。

次に、間隙部１３内の高圧状態を所定の時間保持する（ステップＳ３）。ここでの所定の時間は、時間経過に伴う水密性の変化の有無を確認するための時間である。その後、ステップＳ２と同様に、再度、圧力計１６に表示された測定値を目視確認し、間隙部１３内の圧力が規定値内か否かを判定する（ステップＳ５）。その際、ステップＳ５での規定値は、ステップＳ２での規定値と同じ値でもよいし、それぞれ別に定めてもよく、ステップＳ２での測定値に応じてステップＳ５の規定値を定めてもよい。また、ステップＳ５での測定値に対して規定値を設けるのではなく、ステップＳ２での測定値と、ステップＳ５での測定値との差を圧力の変化量とし、圧力の変化量に対して規定値を設けてもよい。

ステップＳ５において、間隙部１３内の圧力が規定値内である場合は、ステップＳ６に進み、異常なしという結果で検査を終了し、他の継手構造の検査を行う。これに対して、間隙部１３内の圧力が規定値外である場合は、ステップＳ７に進み、異常ありという結果で検査を終了し、当該継手構造の補修作業を行う。

以上のような検査方法により、輸送管路１のそれぞれの継手構造において流体の漏出検査を行い、他の継手構造も同様の手順で接合および検査していくことで、輸送管路１を構成する。

以上のような輸送管路１および輸送管路１の検査方法は、以下のように列挙する効果を得ることができる。
（１）上記検査方法は、管本体３内部に充水しないことから時期によらず敷設直後から検査できるため、効率的に流体の漏出検査を行うことができ、工期を短縮できる。

（２）上記検査方法は、埋め戻しなどをせずに流体の漏出検査を行うことができる。
（３）上記検査方法は、検査孔８を通して間隙部１３に高圧流体を注入することで、テストバンドを使用せずに流体の漏出検査ができる。

（４）上記検査方法は、管内にテストバンドを設置する継目試験が可能な大径（８００ｍｍ以上）の輸送管２の継手構造だけでなく、それより小径の輸送管２でもそれぞれの継手構造に対して流体の漏出検査ができる。

（５）封止部を設けることで、第１熱融着部１１のみで接合する場合よりも接合強度を高めることができる。
（６）封止部として第２熱融着部１２を設けることで、第１熱融着部１１と第２熱融着部１２を同時に融着できる。

（７）圧力計１６が接続されることで、間隙部１３内の圧力を確認することができ、第１熱融着部１１および第２熱融着部１２からの流体の漏出の有無を確認できる。
（８）間隙部１３に管周方向の連続溝である溝部９が設けられることで、間隙部１３において受口部４の内面と差口部５の外面とが部分的に干渉している箇所が存在しても、間隙部１３の管周方向の全周に亘って高圧流体を供給して流体の漏出検査ができる。

（９）第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂが電気的に接続されることで、輸送管２の接続工程において第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂを同時制御できる。
なお、以上のような輸送管路１および輸送管路１の検査方法は、さらに、以下のように適宜変更して実施することもできる。

・輸送管２の継手構造は、封止部として止水材などのシール部材を用いてもよい。例えば、図７に示すように、シール部材は、防水性のゴム２２である。受口部４の内面には、管周方向に取付溝２３が設けられる。取付溝２３には、防水性のゴム２２が管周方向に設けられる。これにより、封止部として第２熱融着部１２を設ける場合よりも、構成を簡素化できる。

・防水性のゴム２２および取付溝２３は、差口部５の外面に配置されてもよい。
・ゴム２２が位置ずれしないのであれば、取付溝２３は設けなくてもよい。
・ゴム２２は、水膨張ゴムを使用してもよい。水膨張ゴムは、止水材であって、受口部４の内面と差口部５の外面との間に水が浸入すると、ゴム弾性およびシール性により初期止水し、その後は水分を吸収して数倍（２～３倍）の体積に膨張し、この自己体積膨張機能により確実に止水する。

・シール部材として防水のゴムとブチルテープを組み合わせた封止テープ２４を用いてもよい。具体的には、図８に示すように、受口部４の内面または差口部５の外面に封止テープ２４を貼付した状態で差口部５を挿入し、封止テープ２４を圧し潰しながら接合することで、封止部を形成する。図７および図８に示す場合でも、上述した電気融着継手構造と同様、受口部４に差口部５を差し込む簡単な作業で、輸送管２どうしを接続できる。

・図９に示すように、シール部材として受口部４の内面と差口部５の外面との隙間を埋めるコーキング材２５およびバックアップ材２６などを用いて封止部を形成してもよい。すなわち、先ず、受口部４と差口部５との隙間にバックアップ材２６を詰め、そして、コーキング材２５によってバックアップ材２６とともに受口部４と差口部５との隙間を塞ぐ。この場合、流体の漏出検査において封止部から流体の漏出が確認された場合でも、外部からの補修が容易になる。

・受口部４の内面と差口部５の外面との隙間が十分小さい場合は、バックアップ材２６を設けなくてもよい。
・第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂは、電気的に接続されていれば、並列に接続されていてもよい。また、第１電熱体部６ａと第２電熱体部６ｂとが電気的に接続されていなくてもよい。すなわち、接続部６ｃを設けず、第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂそれぞれに対して電熱線端子７を接続する構成としてもよい。

・電熱体部６は、差口部５の外面に設けられてもよい。また、第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂのうち何れか一方が差口部５の外面に設けられていてもよい。例えば、接続部６ｃを設けず、第１電熱体部６ａを受口部４に設け、第２電熱体部６ｂを差口部５に設け、第１電熱体部６ａおよび第２電熱体部６ｂそれぞれに対して電熱線端子７を接続する構成としてもよい。

・第１電熱体部６ａは、複数の発熱抵抗体で構成されていてもよい。また、第２電熱体部６ｂは、複数の発熱抵抗体で構成されていてもよい。
・溝部９は、受口部４に設けられてもよい。溝部９は、管周方向に複数設けられてもよく、受口部４および差口部５の両方に設けられてもよい。また、溝部９は、高圧流体が間隙部１３の全周に行き渡るのであれば、設けられなくてもよい。

・ポンプ１５は、エアコンプレッサであってもよく、間隙部１３には高圧流体として圧縮エアを送り込むようにしてもよい。
・ポンプ１５は、真空ポンプであってもよく、間隙部１３内の空気を吸引するようにしてもよい。この場合、正常状態であればポンプ１５によって間隙部１３内の気圧が減少し、第１熱融着部１１および封止部の気密性が不十分であれば、外部から間隙部１３内に空気が流入し、正常状態よりも気圧の減少の程度が小さくなる。

・圧力計１６は、目視などの方法で流体の漏出が確認できるのであれば設けられなくてもよい。この場合、封止部の位置からの流体の漏出や差口部５の先端部と受口部４の内面との境界からの流体の漏出を目視確認することになる。

・圧力計１６による圧力判定は、目視確認によらず、検査装置による自動判定であってもよい。例えば、輸送管２の継手構造に検査装置をさらに設けて、間隙部１３の圧力を確認してもよい。図１０に示すように、ポンプ１５および圧力計１６は、検査装置１７に接続されている。検査装置１７は、インターフェース部１８と、モニタ１９と、制御部２０と、操作部２１とを備えている。インターフェース部１８は、外部機器との接続部であり、ポンプ１５および圧力計１６などと接続される。モニタ１９は、液晶ディスプレイなどの表示パネルであって、圧力計１６によって測定された間隙部１３内の圧力の測定値や、圧力の測定値に基づいて判定された検査結果などを表示する。制御部２０は、コンピュータなどの情報処理装置であって、記憶部に格納された検査プログラムに従って検査処理を実行する。具体的に制御部２０は、操作ボタン、スイッチなどで構成される操作部２１からの入力に従ってポンプ１５の稼働を制御する。また、圧力計１６によって測定された間隙部１３内の圧力の測定値に基づき、検査結果を判定し、モニタ１９に表示する。

この場合、間隙部１３内の圧力を確認するために、圧力計１６の目盛読み取る必要はなく、モニタ１９に表示される測定値を確認するだけでよい。また、検査における規定値をあらかじめ検査装置１７に設定しておくことで、制御部２０が間隙部１３内の圧力が規定値内か否かを判定することができる。

・標線１０は、１本であってもよく、３本以上であってもよい。また、標線１０は、受口部４および差口部５の長さなどで挿入深さが決まるのであれば設けられなくてもよい。
・輸送管２は、その強度が十分であればガラス繊維を含有しなくてもよい。また、材料は、高密度ポリエチレンでなくてもよく、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などであってもよい。

・輸送管２の材料には、使用に必要な顔料、酸化防止剤、安定剤などの添加剤などが含まれてもよい。また、輸送管２の材料には、カップリング材が含まれてもよい。
・輸送管路１で輸送する流体としては、農業用水の他に、海水や下水であってもよいし、薬液であってもよい。また、液体だけでなく、ガスなどの気体の輸送に用いてもよい。

・輸送管路１は、農業用パイプラインだけでなく、水力発電設備の水圧管路、水処理施設、下水道施設、工場内循環水管などに適用してもよい。

１…輸送管路
２…輸送管
３…管本体
４…受口部
５…差口部
６…電熱体部
８…検査孔
１１…第１熱融着部
１２…第２熱融着部
１３…間隙部
１５…ポンプ
１６…圧力計

Claims (3)

1. 流体を輸送する熱可塑性樹脂で構成された第１輸送管および第２輸送管の継手構造の検査方法において、
   前記第１輸送管が備える受口部に前記第２輸送管が備える差口部を挿入し、前記差口部を挿入された前記受口部の第１位置において、前記受口部の内面と前記差口部の外面とを熱融着によって封止し、管軸方向の位置が前記第１位置よりも前記受口部の先端側である第３位置において、前記差口部を挿入された前記受口部と前記差口部とを熱融着によって封止した後に、
   管軸方向の位置が前記第１位置と前記第３位置との間である第２位置において、前記受口部に配置された貫通孔を通じて、前記受口部と前記差口部との間の空間であって前記第１位置と前記第３位置との間の空間を加圧または減圧する
   継手構造の検査方法。
2. 前記貫通孔には、圧力計が設置され、
   前記第１位置と前記第３位置との間であって、かつ、前記受口部と前記差口部との間を、前記貫通孔を通じて加圧または減圧し、前記圧力計で圧力を測定する
   請求項１に記載の継手構造の検査方法。
3. 前記差口部は、前記受口部と対向する外面であって、かつ、前記第１位置と前記第３位置との間に位置して、管周方向に連続して延びる溝部を備える
   請求項１または２に記載の継手構造の検査方法。

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