JPH0392693A - 高強度断面形状を有する直管付きエルボ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、化学プラント用配管、ボイラー用配管及び原
子力用配管のように、機器の運転にともなって内圧及び
曲げモーメントが加わる配管に用いる直管付きエルボに
係わり、更に詳しくはその直管部の内圧及び曲げ強度特
性が曲管部のその強度特性と同等以上の特性を有しかつ
直管付きエルボに熔接で結合する直管の内圧強度特性よ
り優れている、高強度断面形状を有する直管付きエルボ
の製品に関するものである。

（従来の技術） 従来の曲げ配管は、日木工業規格ＪＩＳＢ２３１１２３
１２等に規定されており、日本鉄鋼協会編鉄鋼便覧第３
版鉄鋼便覧ＶＩ　Ｐ　．　１　７　９に記載されている
ハンブルグ法によって製造される第２図一（ａ）に示す
溶接式管継手（通称名：エルボ）２を直管３に溶接部４
て結合され構威されており、その製品断面形状は第２図
−（ｂ）に示すように外径Ｄは直管部外径Ｄ。に等しい
値であり、肉厚Ｔは全円周等肉厚であり、その値は直管
部肉厚Ｔ．に等しい値が使用されていた。このような従
来のエルボに内圧が加わった場合、直管部よりエルボに
発生する応力は高くなり問題であることが明らかになり
、本発明者の一部は特開昭６３−１７２０８９号公報に
示すような、内周部肉厚か直管部肉厚よりも厚くするこ
とにより曲管部の応力が直管部のそれ以下になり安全て
あることの知見を得て、第３図−（ａ）及び（ｂ）に示
すような新形状の曲げ管を発明し開示した。しかしなが
ら、本発明者等はこの新形状の高強度エルポを製造し内
圧及び曲げ強度特性を調査した結果、この高強度エルボ
は確かに直管部よりも内圧強度は優れているけれども、
それに溶接て結合する場合、その結合部近傍の曲げ強度
かその他の直管部よりも劣っていることが判明し、改善
を要することか明らかになった。

（発明か解決しようとする課題） 本発明は上記現状を鑑みてなされたものであり、高強度
エルボと直管が溶接で結合される場合、そこに内圧及び
曲げモーメントが加わっても直管部の高強度エルボ結合
近傍の強度がその他の直管部のそれより優れている、高
強度断面形状を有する直管付きエルボを提供ずることを
目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、直管部と曲管部とからな
り、前記直管部の端部に更に直管が溶接で結合される直
管ｆ」きエルボにあって、前記曲管部の曲げ半径Ｒの管
外径Ｄ。に対する比は下記（３）式で定められる範囲て
あり、前記溶接で結合される直管の肉厚Ｔ。の管外径Ｄ
。に対する比は下記（４）式で定められる範囲にあり、
直管付きエルボの外周部肉厚は前記直管の肉厚Ｔ。と同
じであり、曲管部の内周部肉厚Ｔ，は下記（５）式て定
められる範囲にあり、内圧及び曲げモーメントが加わる
直管付きエルボにおいて、直管部の内周部にはその端部
に漸減する肉厚分布が存在し、端面の肉厚丁，は前記溶
接で結合される直管の肉厚Ｔ。と同じであり、前記肉厚
分布傾斜角度θは下記（ｌ）式で、肉厚分布の存在する
長さしは下記（２）式でそれぞれ規定される範囲にある
ことを特徴とする高強度断面形状を有する直管付きエル
ボにある。

１０．０度≦θ≦４０度　　　　　　　　　　（１）１
．８≦Ｌ／Ｔ．≦＋ｏ．ｏ　　　　　　　　　ｆ２）１
≦Ｒ／Ｄ．≦５（３） ０．０２≦Ｔ　ｏ　／　Ｄ　ｏ≦０．２０　　　　　　
　　（４）ｌＸＩｏ４ＸＩ＋ＸｊＺＸＫ−１１１ａ−１
１ノノ（作用及び実施例） 本発明者らは、前記問題点が高強度エルボに結合ずる直
管の結合部近傍の肉厚分布によって生じることに着目し
、直管との結合部近傍の直管部分に肉厚分布を有する直
管付きエルポに曲げモーメントか加わった場合、その曲
げ強度特性が直管付きエルボの直管部分の肉厚分布角度
θ及び溶接で結合される直管の肉厚Ｔ０とは肉厚差のあ
る直管付きエルボの直管部分の長さしによってどう変化
するかについて調査した。

まず第１図に示す直管付きエルボにおいて、その直管部
分の肉厚分布角度Ｏを有しかつ溶接で結合される直管の
肉厚Ｔ。とは肉厚の異なる直管付きエルボの直管部分の
長さしを有する直管付きエルボを表−１のように製造し
た。その曲管部の断面形状は第１図−（ａ）に示すよう
にその外径Ｄ。は真円で、内径は外周肉厚Ｔ０、内周肉
厚Ｔ，となるような真円とした。更にその直管部の断面
形状は第１図−（Ｃ）に示すように定常部と遷移部があ
り、定常部では直管部長Ｌ，、その外径Ｄ。は真円、内
径は外周肉厚Ｔｏ、内周肉厚Ｔ１となるような真円であ
り、遷移部では直管部長Ｌ２、遷移部の定常側の片端面
断面形状は遷移部と同様であり、もう一方の片端面断面
形状は直管と同様であり、その間の遷移部領域で漸次肉
厚が変化する形状とした。更に直管と熔接で結合する部
分の長さはＬ３で外径及び肉厚は直管と同様、外径Ｄは
直管外径Ｄ。、肉厚Ｔ２は直管肉厚丁。に等しい形状と
した。

発明者等は表−１に各寸法を示す各種直管付きエルボ１
　（第１図）と従来のエルボ５（第３図）を製造すると
ともに、その両端に長さＬ。

が３×Ｄ０以上の直管を溶接で結合して配管を製遁した
。その配管を第４図に示すように両端をビンて固定して
、片端面に油圧ジャッキを用いて１分間あたり１００サ
イクルの交番外力７により曲げモーメントを加えて疲労
試験を行い、その配管の破断位置を観測した。発明者等
が試験を行なった直管付きエルボ１及び従来のエルボ５
の特徴は表−１に示すように、曲管部の曲げ半径比Ｒ／
Ｄｏが１．５　−　３．０、直管付きエルボの定常部長
さＬ１と遷移部長さし２を加算した直管部長さＬ（−Ｌ
，＋１、２）が０．０　−　５．１、遷移部の肉厚分布
角度θが１０度−〇〇５ｔ、直管部肉厚比Ｔ　ｏ　／　
Ｄ　ｏか０．０３−　０．１２の範囲にある。

その結果を表−１に示し、以下のことが明確になった。

１）　肉厚分布角度θが大きくなると、第１図（ｃｌ　
の位置６または第３図一（ａ）の位置６のような直管部
の屈曲部で疲労破壊を生じた。

一方肉厚分布角度θが小さくなると直管｛ｔｊきエルボ
の曲管部で通常の疲労破壊を生した。

この通常の疲労破壊を生しる限界肉厚分布角度θは、試
験番号９によりθ＝４０度であった。第３図に示すよう
な形状を有する従来のエルボの場合は、試験番号６に示
すように、肉厚分布角度θか９０度であり、第３図（ａ
）の位置６て疲労破壊した。

これらの現象は肉厚分布角度θが大きくなると、曲げモ
ーメント付加時に屈曲部に発生する応力が、応力集中に
より、著しく高くなる為と考えられる。

２）　直管付きエルボの定常部長さＬ＋　と遷移部長さ
Ｌ２を加算した長さＬ　（　−　Ｌ＋　＋　Ｌ２）　と
し、長さＬ　／　Ｔ　ｏが小さくなると第１図（Ｃ）の
位置６の直管部の屈曲部で疲労破壊した。一方長さＬ／
Ｔ．が大きくなると、直管｛ｄきエルボの曲管部で通常
の疲労破壊した。

この通常の疲労破壊の限界長さＬ　／　Ｔ　Ｏは試験番
号１６によりＬ／Ｔｏ＝ｔ．７であった。

また直管付きエルボの端面の直管と熔接で結合する部分
の長さＬ３は、試験番号１２１８　　１３：１９及び１
４：２０により、疲労破壊特性には無関係であることが
解った。

これらの現象は限界長さし／丁。が大きくなると、肉厚
分布角度θと同様、長さＬ／Ｔｏか大きくなると応力集
中が軽減されるとともに、屈曲部位置６のモーメントア
ームが短くなり曲げモーメントが小さくなることの複合
効果であると考えられる。

曲管部の内周肉厚は特開昭６３−１７２０８９号公報に
述べてあるように、曲管部に直管を溶接で結合した配管
系に内圧及び曲げモーメントが作用した場合、直管の内
圧強度よりも曲管部の内圧強度の高い範囲として、内周
部肉厚が直管部より厚いことが必要であり、その肉厚は
当該公報の断面角度φ＝−９０度から（５）式が得られ
るものである。

以上表−１から直管付きエルボに内圧及び曲げモーメン
トが加わった場合、直管付きエルボの直管部の肉厚分布
角度θ及び長さＬがそれぞれ（１）及び（２）式で規定
される直管付きエルボであれば、直管付きエルボの直管
部の屈曲部での疲労強度は曲管部のそれよりも高く安全
であることが示され、今回発明した高強度断面形状を有
する直管付きエルボは強度特性か優れていることが明ら
かとなった。

１０．０度≦Ｏ≦４０度　　　　　　　　　　　（１）
ｌ　８　≦Ｌ／Ｔｏ　≦１ｏ．ｏ　　　　　　　　　　
　　　　（２）尚直管付きエルボの外周肉厚Ｔは今回直
管部肉厚Ｔ。に等しく設定したが、特開昭６３−１７２
０８９号公報に述べているように、肉厚がＴ。より薄く
てもよく、また肉厚はＴ。より厚い方が強度特性から望
ましいよいことは別途実験により確認されているが、発
明者等は強度と厚肉による経済性から外周肉厚をＴ０に
設定した。

また今回の試験では曲げ半径Ｒ／Ｄ．は１．５−３．０
、肉厚Ｔｏ／Ｄｏは０．０３−　０．１２であるけれど
もそれぞれＲ／Ｄｏは１．０−５．０、Ｔｏ／Ｄｏは０
．０２−　０．２０の範囲まで拡大できることが別途実
験により確認されている。

１ １ （発明の効果） 従来のエルボから構成される曲げ配管に比へて、本発明
の高強度断面形状を有する直管付きエルボから構成され
る曲げ配管は、内圧および曲げモーメントに対して優れ
た強度特性を持っていることから、今後直管何きエルボ
から構成される配管が化学プラント用配管、ボイラー用
配管及び原子力用配管のように、機器の運転にともなっ
て内圧及び曲げモーメント等の外力が、それぞれ単独又
は複合して加わる配管に適用され、これら設備の安全性
を高め、産業に貢献するところ犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図−（ａ）　，　（ｂ）　．　（ｃ）は本発明の実
施例で、（８）は肉厚分布角度θ及び長さＬを有ずる直
管付きエルボの機略図、（ｂ）はその断面図、ＦＣ＞は
その断面図の内周肉厚近傍の拡大図、第２図一（ａ）は
従来の等肉厚を有するエルボを用いた配管概略図、（ｂ
）はその断面図、第３図（ａ）は以前に発明した曲管部
に偏肉を有するエ１　４ ルボを用いた配管概略図、（ｂ）はその断面図、第４図
は配管に曲げモーメントを付加する方法の概略図である
。 １・・・直管付きエルボ ２・・・従来のエルボ ３・・・直管 ４・・・熔接部 ５・・・偏向を有する従来のエルボ ６・・・疲労破壊位置 ７・・・曲げモーメントの力点 １ ５ （ｂ） 廻 ＝プ １ ：直管付きエルボ 第 １ 図 （Ｃ） ６：疲労破壊位置 第 ２ 図 （Ｇ） （ｂ） 第 ３ 図 （Ｑ） （ｂ） → 第 ４ Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　直管部と曲管部とからなり、前記直管部の端部に更
   に直管が溶接で結合される直管付きエルボにあって、前
   記曲管部の曲げ半径Ｒの管外径Ｄ＿０に対する比は下記
   （３）式で定められる範囲であり、前記溶接で結合され
   る直管の肉厚Ｔ＿０の管外径Ｄ＿０に対する比は下記（
   ４）式で定められる範囲にあり、直管付きエルボの外周
   部肉厚は前記直管の肉厚Ｔ＿０と同じであり、曲管部の
   内周部肉厚Ｔ＿１は下記（５）式で定められる範囲にあ
   り、内圧及び曲げモーメントが加わる直管付きエルボに
   おいて、直管部の内周部にはその端部に漸減する肉厚分
   布が存在し、端面の肉厚Ｔ＿２は前記溶接で結合される
   直管の肉厚Ｔ＿０と同じであり、前記肉厚分布傾斜角度
   θは下記（１）式で、肉厚分布の存在する長さＬは下記
   （２）式でそれぞれ規定される範囲にあることを特徴と
   する高強度断面形状を有する直管付きエルボ １０．０度≦θ≦４０度（１） １．８≦Ｌ／Ｔ＿０≦１０．０（２） １≦Ｒ／Ｄ＿０≦５（３） ０．０２≦Ｔ＿０／Ｄ＿０≦０．２０（４）（Ｄ＿０−
   Ｔ＿０）／（２×Ｔ＿０）≧（（Ｄ＿０−Ｔ＿１）×（
   ４×Ｒ−（Ｄ＿０−Ｔ＿１）））／（４×Ｔ＿１×（２
   ×Ｒ−（Ｄ＿０−Ｔ＿１）））（５）