JP7414322B1

JP7414322B1 - フランジ付流体管の接合構造

Info

Publication number: JP7414322B1
Application number: JP2022169425A
Authority: JP
Inventors: 俊文森尾; 俊博山岡
Original assignee: 東海鋼管株式会社
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2042-10-21

Abstract

【課題】地震等により外力が作用しても軸ずれ等による水漏れが発生しないフランジ付流体管の接合構造を提供する。【解決手段】２つの流体管に形成されたフランジ３，４のそれぞれの対向面に、基端側接合面部１５，１６と先端側接合面部１７，１８を設け、これら基端側接合面部と先端側接合面部の間に複数のボルト挿通孔２４，２５が穿設された環状のガスケット収容凹部２０，２１を設けている。そして、ガスケット収容凹部に複数のボルト孔３０，３１が穿設された環状ガスケット２２を収容する。そして、両フランジをボルト３５とナット３７で締め付けると、両フランジの基端側接合面部と先端側接合面部が接触した状態で、ガスケット収容凹部内に環状ガスケットが収容されるようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、２つの流体管のそれぞれのフランジを互い対向するように配置し、両フランジをボルトとナットで締め付けることによって接合するフランジ付流体管の接合構造に関するものである。

流体を流通させるための流体管路、例えば、複数の水道管を互いに繋ぎ合わせて形成した水道管路は、それら水道管の接合位置となる継手部分が、地震等による外力が作用しても離脱防止機能を有し、水道水の供給に支障がない耐震性能を有していることが求められている。ちなみに、水道管でいえば、３ＤｋＮ（Ｄは口径口径が１００ｍｍの場合、３００ｋＮ）という基準以上の離脱防止機能を備えていることが望まれている。

しかしながら、一般に使用されている水道管の継手、特に、水道管に形成されたフランジ継手をボルトとナットで接合するタイプのものは、要求されている耐震性能を備えていないというのが現状である。すなわち、図７には、ＲＦフランジと呼ばれる一般的なフランジを示しているが、この種のフランジの場合、接合する２つのフランジの対向面において、その先端から中央部にかけて互いに接触しない隙間となる箇所が存在している。そのため、仮に地震が発生すると、その揺れによって生じる外力がフランジに作用し、２つのフランジは、図７に示すＡの箇所を支点として図７に示す矢印方向へと変位してしまう。すなわち、接触していた両フランジの対向面の基端部が拡開する方向へフランジを変位させてしまうことになる。この結果、両フランジの接触面間に挟持されていたガスケットＧが位置ずれしてしまったり、場合によっては破断してしまい、ひいては、水道水を水道管から漏出させてしまうといった問題を生じさせる。また、軸ずれしてしまった２つの水道管を復元するための復旧作業を行なわなければならないという問題も発生する。

そこで、現在、前述の問題を解消すると共に、前述の耐震性能を確保するために、次のような手段が採られている。１つは、接合する２つの水道管の開口端同士を溶接する手段であり、またもう１つは、特許文献１に示されているように、接合する水道管の両フランジの先端部に別途補強治具を装着する手段である。

特開２０２１－１７５９２１号公報

しかしながら、溶接接合の場合、溶接に熟練した技術者を確保する必要があるという人的な問題、また、接合作業を行う現場によっては、溶接作業を行うだけのスペースが確保できないという問題がある。他方、フランジに別途補強治具を装着する場合、接合する１箇所のフランジごとに複数の補強治具を準備する必要があるため、コスト面における問題があり、また、これら補強治具を接合する１箇所のフランジに、複数の補強治具を１つずつ装着しなければならず、装着作業に要する労力が大きな負担となる。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、フランジ付流体管の対向する２つのフランジをボルトとナットで接合するという旧来の手段を維持しつつ、地震時等において要求される離脱防止性能を有し、且つ継手となるフランジからの漏水を防止する機能を備えたフランジ付流体管の接合構造を提供することを目的としている。

前記課題を解決するために本発明は、２つの流体管のそれぞれのフランジを互い対向するように配置し、両フランジをボルトとナットで締め付けることによって接合するフランジ付流体管の接合構造において、前記両フランジは、いずれも前記両流体管のそれぞれの開口端部に径方向外側へ張り出すように形成されており、前記両フランジのそれぞれの対向面には、基端部側に位置し先端に向けて所定の長さを有する基端側接合面部と、先端部側に位置する細幅の先端側接合面部と、前記基端側接合面部と前記先端側接合面部の間に周回状に形成された環状のガスケット収容凹部と、前記ガスケット収容凹部内に周方向において所定間隔をもって穿設されたボルト挿通用の複数のボルト挿通孔とが設けられ、前記両フランジの前記ガスケット収容凹部間には弾性を有する環状のガスケットが収容され、前記ガスケットには、周方向において所定間隔をもってボルト挿通用の複数のボルト孔が穿設され、前記両フランジをボルトとナットで締め付けると、前記両フランジの基端側接合面部と先端側接合面部が接触した状態で、前記ガスケット収容凹部内に前記ガスケットが収容されるようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、溶接継手のように特殊な技能を必要とせず、また、フランジに補強治具のような別部材を装着することなく、単に対向する２つのフランジをボルトとナットで接合するだけで、地震時等において要求される離脱防止性能を有し、継手となるフランジからの漏水を防止することができる。

対向する２つのフランジ枠体の断面図。対向する２つのフランジを接合させた状態を示す断面図。対向する２つの流体管及びガスケットを示す分解斜視図。フランジ枠体の平面図。フランジ枠体の底面図。フランジ枠体の正面図。接合した２つの一般的なＲＦフランジに離脱力が作用した状態を示す断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１は対向する２つのフランジ枠体の断面図、図２は対向する２つのフランジを接合させた状態を示す断面図、図３は対向する２つの流体管及びガスケットを示す分解斜視図である。なお、本発明に係るフランジ付流体管の接合構造における流体管は、水等の液体やガス等の気体を流通させるものであり、種々の用途に使用されるものであるが、この実施形態においては、その一例として、流体管が地上において略水平方向に配管される水道管である場合を想定して説明する。また、本発明に係るフランジ付流体管の接合構造は、２つのフランジ付流体管のそれぞれのフランジを互いに対向するように配置することを前提とするので、以下、これら流体管及びフランジを第一水道管１、第二水道管２、第一フランジ３、第二フランジ４として説明する。

前記第一水道管１及び前記第二水道管２は、共に、鋼製の円筒状の管体であり、この実施形態においては、長さが１０００ｍｍ～６０００ｍｍ、呼び径８０Ａ～７００Ａ、肉厚が４から１２ｍｍ程度のものが用いられている。もっとも、これらの長さ、径（呼び径）、肉厚については、配管目的、配管場所、配管距離等に応じて種々のサイズを選択することが可能である。また、材質についても、必ずしも鋼である必要はなく、例えば、鋳鉄、ステンレス、樹脂等であっても本発明の目的を達成することができる。さらに、これら水道管がいわゆる直管の場合のみならず、管の途中で屈曲しているもの等も含まれる。

前記第一フランジ３及び前記第二フランジ４は、図１に示されている第一フランジ枠体Ａを第一水道管１、第二フランジ枠体Ｂを第二水道管２のそれぞれに連結することによって形成されている。ここで、フランジ枠体Ａ，Ｂについて説明すると、これらは第一水道管１及び第二水道管２と同様の鋼製であり、円筒状の管体部５，６と、該管体部５，６の一端から略垂直に延出させた円板状の鍔部７，８とにより形成されており、管体部５，６の他端には溶接用のテーパー部９，１０が形成されている。ちなみに、図示はしないが、両水道管１，２の開口端にも溶接用のテーパー部が形成されている。そして、第一水道管１及び第二水道管２のそれぞれの開口端と、第一フランジ枠体Ａ及び第二フランジ枠体Ｂのそれぞれの開口端を互いに突き合わせ、両者をいわゆる突合せ溶接により接続している。これにより、第一水道管１と第一フランジ枠体Ａの管体部５、第二水道管２と第二フランジ枠体Ｂの管体部６が一体化して流体管を構成することになり、第一水道管１と第一フランジ枠体Ａの鍔部７、第二水道管２と第二フランジ枠体Ｂの鍔部８が第一フランジ３及び第二フランジ４を構成することになる。すなわち、鍔部７，８は、流体管の開口端に径方向外側へ張り出すように形成された第一フランジ３、第二フランジ４となる。

第一水道管１の第一フランジ３と第二水道管２の第二フランジ４を互いに対向させた場合において、第一フランジ３及び第二フランジ４が相対する面、すなわち、両フランジ３，４の対向する側の端面のそれぞれには、両フランジ３，４を接合させた際、これらの端面同士が接触する箇所が形成されている。具体的には、両フランジ３，４のそれぞれの対向端面であり、それらの基端側から先端に向けて所定長さの箇所、この実施形態では、フランジの基端から先端までの長さの略半分程度の長さの箇所を基端側接合面部１５，１６として形成している。また、両フランジ３，４のそれぞれの対向端面であり、その先端部には、先端から基端に向けた所定長さの箇所、この実施形態では、細幅突起状に形成された箇所が先端側接合面部１７，１８になっている。なお、基端側接合面部１５，１６、及び先端側接合面部１７，１８の対向面は、すべてフラットな面になっている。また、基端側接合面部１５と先端側接合面部１７の対向面、基端側接合面部１６と先端側接合面部１８の対向面は共に面一の関係になっている。すなわち、それぞれのフランジの基端側接合面と先端側接合面を仮想線で結んだ場合、両者は同一線上に位置することになる。他方、両フランジ３，４のそれぞれの対向端面であり、基端側接合面部１５と先端側接合面部１７、基端側接合面部１６と先端側接合面部１８の間には、フランジを周回するように形成された環状のガスケット収容凹部２０，２１が形成されている。このガスケット収容凹部２０，２１は、後述する環状ガスケット２２を収容するための部位である。また、このガスケット収容凹部２０，２１内には、周方向において所定間隔おきにボルト３５の軸部を挿通させるための複数（この実施形態では１６個）のボルト挿通孔２４，２４・・・，２５，２５・・・が穿設されている。さらに、ガスケット収容凹部２０，２１のそれぞれの基端側の壁部２６，２７は、先端側へ下傾する傾斜面になっている。なお、両フランジ３，４のうち、一方のフランジ、この実施形態では、第一フランジ３の基端側接合面部１５には、後述するリング状ガスケット２８を収容させる環状の溝部２９が形成されている。ちなみに、この溝部２９は、ガスケット収容凹部２０，２１と比較して細幅に形成されており、いわゆるＧＦフランジと呼ばれている規格のフランジに形成されているＧＦ形ガスケットを嵌め込む溝と同一のものである。なお、上記例では、先端側接合面部がフランジの対向端面の先端に形成されていることを示したが、必ずしも先端である必要はなく、先端部であれば、例えば、先端からやや基端側に入った位置に形成されていてもよい。また、上記例では、基端側接合面部と先端側接合面部の対向面は共に面一になっていることを示したが、これら対向面の位置が多少ずれていても本発明の目的を達成することができる。

前記環状ガスケット２２は、両フランジ３，４を接合させた際に、両水道管１，２内を流通する上水の漏出を防止するものである。そして、この環状ガスケット２２は、弾性部材、この実施形態では、ゴム等の材質により成形されており、第一フランジ３，４のそれぞれのガスケット収容凹部２０，２１内に収まる幅、具体的には、ガスケット収容凹部２０，２１の幅よりもやや細幅のドーナツ形の環状に形成されている。一方、環状ガスケット２２の厚さについては、両フランジ３，４を接合した場合における両ガスケット収容凹部２０，２１間の内法よりも厚みをもたせて形成されている。
また、これら環状ガスケット２２には、周方向において所定間隔おきにボルト３５の軸部を挿通させるための複数（この実施形態では１６個）のボルト孔３０，３０・・・が穿設されている。前記リング状ガスケット２８も、前述した環状ガスケット２２と同様、弾性部材、この実施形態では、ゴム等の材質からなっているが、環状ガスケット２２よりも細幅で、第一フランジ３の溝部２９内に収まる幅のドーナツ形の環状に形成されている。一方、リング状ガスケット２８の厚さは、第一フランジ３の溝部２９の深さよりも厚みをもたせて形成されている。なお、上記において、環状ガスケット２２及びリング状ガスケット２８の材質がゴム等である例を示したが、これらは、弾性を有する部材であれば、ゴム以外の材質を選択することも勿論可能である。

次に、上記のような構成要素からなるフランジ付流体管の接合手順について説明する。２つのフランジ付流体管同士を接合するためには、まず、これら流体管の開口端同士、及び第一フランジ３と第２フランジ４同士を突き合わせる。そして、第一フランジ３のガスケット収容凹部２０に環状ガスケット２２を収容させると共に、第一フランジ３の溝部２９にリング状ガスケット２８を収容させる。次いで、第一フランジ３と第二フランジ４をさらに接近させた後、第一フランジ３のボルト挿通孔２４外方からワッシャー３６を介在させたボルト３５の軸部を挿通する。この時、ボルト３５の軸部を第一フランジ３と第二フランジ４のガスケット収容凹部２０，２１間に位置させてある環状ガスケット２２のボルト孔３０にも挿通させた上で、第二フランジ４のボルト挿通孔２５から外方へ突出させる。そして、第二フランジ４の外方から突出しているボルト３５の軸部にナット３７を装着して締め付ける。このボルト３５とナット３７の締付作業を１６箇所すべてに行うことで、第一フランジ３と第二フランジ４が互いに連結され、ひいては２つの流体管が接合される。なお、環状ガスケット２２は、もともとガスケット収容凹部２０，２１間の内法よりも厚みを持たせているが、ボルト３５とナット３７の締め付けにより圧縮されてガスケット収容凹部２０，２１間に密閉された状態で収容される。同様に、リング状ガスケット２８も、ボルト３５とナット３７の締め付けにより圧縮されて溝部２９内に密閉された状態で収容される。また、ボルト３５とナット３７の締め付けにより、第一フランジ３の基端側接合面部１５と第二フランジ４の基端側接合面部１６、第一フランジ３の先端側接合面部１７と第二フランジ４の先端側接合面部１８は互いに接触した状態になる。

以上のように接合された流体管は、仮に地震等が発生し、剪断力や曲げモーメントといった外力が作用したとしても、第一フランジ３の基端側接合面部１５と第二フランジ４の基端側接合面部１６が接触していると共に、第一フランジ３の先端側接合面部１７と第二フランジ４の先端側接合面部１８も接触しているので、両フランジ３，４の基端側が拡開しようとする力を押さえ込み、結果として、流体管が軸ずれ等を起こすリスクを最小限に抑えることができる。従って、両フランジ３，４の基端側接合面部１５と基端側接合面部１６間に収容されているリング状ガスケット２８の位置ずれや破断を回避して、ひいては、流体管の水漏れを防ぐことができる。また、想定外の大きな地震が発生するなどして、万一、流体管にわずかな軸ずれが発生してしまったとしても、両フランジ３，４のガスケット収容凹部２０，２１間に環状ガスケット２２が存在しているため、この環状ガスケット２２によって漏水を完全に防ぐことができる。すなわち、２箇所にガスケットを設けているため、漏水を完全にシャットアウトすることができる。

１第一水道管
２第二水道管
３第一フランジ
４第二フランジ
１５基端側接合面部
１６基端側接合面部
１７先端側接合面部
１８先端側接合面部
２０ガスケット収容凹部
２１ガスケット収容凹部
２２環状ガスケット
２４ボルト挿通孔
２５ボルト挿通孔
３０ボルト孔
３１ボルト孔
３５ボルト
３７ナット

Claims

内部に流体を流通させる２つの流体管のそれぞれのフランジを互い対向するように配置し、両フランジをボルトとナットで締め付けることによって接合するフランジ付流体管の接合構造において、
前記両フランジは、いずれも前記両流体管のそれぞれの開口端部に径方向外側へ張り出すように形成されており、
前記両フランジのそれぞれの対向面には、基端部側に位置し先端に向けて所定の長さを有する基端側接合面部と、先端部側に位置する細幅の先端側接合面部と、前記基端側接合面部と前記先端側接合面部の間に周回状に形成された環状のガスケット収容凹部と、前記ガスケット収容凹部内に周方向において所定間隔をもって穿設されたボルト挿通用の複数のボルト挿通孔とが設けられ、
前記両フランジの前記ガスケット収容凹部間には弾性を有する環状のガスケットが収容され、前記ガスケットは、その厚さが前記両フランジを接合した場合において前記両ガスケット収容凹部間の内法よりも厚みをもたせて形成されており、また、前記ガスケットには周方向において所定間隔をもってボルト挿通用の複数のボルト孔が穿設され、
前記両フランジの前記基端側接合面部のいずれか一方に環状の溝部が設けられ、
前記溝部には弾性を有するリング状ガスケットが収容され、前記リング状ガスケットは、その厚さが前記両フランジを接合した場合において前記溝部の深さよりも厚みをもたせて形成されており、
前記両フランジをボルトとナットで締め付けると、前記両フランジの基端側接合面部と先端側接合面部が接触した状態で、前記ガスケットが圧縮されて前記ガスケット収容凹部内に密閉されると共に、前記リング状ガスケットが圧縮されて前記溝部内に密閉されるようにしたことを特徴とするフランジ付流体管の接合構造。