JPH06109192A - コアンダベンド管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 管路に連結する入口管部とこれに延設した漸
拡大部と湾曲ベンド部および漸縮小部と出口管部とを有
するベンド管であって、湾曲ベンド部は中心軸に沿っ
て、これに直交する面が実質的に同一の断面積を有し、
また漸縮小部は、圧縮気体を噴出する環状スリットとこ
のスリットから出口管部に向う漸縮小径の傾斜内壁面を
有し、この漸縮小部を圧縮流体の噴出のによるコアンダ
スパイラルフロー生成部としてなることを特徴とするコ
アンダベンド管。 【効果】 耐エロージョン性が顕著に向上し、より高速
での管内輸送が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コアンダベンド管に
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、工場
や原子力施設等の配管に有用な、耐摩耗性に優れ、流体
個体粒子の損傷も少ない新しいベンド管に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来より、各種の工場や原子
力施設等における配管には、直線部だけでなく湾曲部が
存在し、この湾曲部にはベンド管が用いられている。し
かしながら、その配管において、粉体などの固体を空気
や水などの流体で輸送したり、空気などの気体と液体と
を混合して輸送する場合など、固気、固液、気液の２相
流や３相流においては、多くの場合、このベンド部でエ
ロージョンが発生し、ついには穿孔が生じてしまうとい
う問題が避けられなかった。

【０００３】また、多相流の場合はこの問題は、さらに
顕著であり、エロージョンの発生は、一方では固体粉粒
体の破壊、摩耗による損傷劣化をともなうという大きな
問題があった。もちろん、これまでにも、このようなベ
ンド管のエロージョンを回避するための様々な工夫が成
されてきている。

【０００４】たとえば、従来より、流速や固気比を調節
する手法や、ベンド管の形状や素材を改良する手法が採
用されてきており、この二つの手法を併用することもな
されてきている。まず、流速を調整する手法としては、
流速を遅くすることが一般的である。しかしながら、流
速を遅くすると、管内での閉塞が生じる可能性が高くな
るという欠点がある。また搬送効率の点からも流速を遅
くすることは好ましくなく、流速は速い方が望ましい。

【０００５】固気比を調節する手法としては、固気比を
高くすることによってエロージョン量を減少させること
が考えられてきている。これは固気比の増加によって単
位体積中の粒子数が多くなるため、粒子相互間の衝突確
率が高くなり、粒子が管壁に衝突する割合がそれだけ低
くなるためである。しかしながら、固気比を上げること
は、閉塞する可能性を高めることになるため、現実的に
は、エロージョンを回避させるほど固気比を上げること
はできない。

【０００６】一方、ベンド管そのものを改良する手法
も、これまでに多くの提案がなされてきている。たとえ
ば、ア）穿孔にいたるまでの時間を引き伸ばす、イ）穿
孔したベンド部を容易に修繕する、ウ）セルフライニン
グによってエロージョンを抑える、エ）ベンド部を特殊
構造とすることによってエロージョンを抑えること等が
具体的手法として提案されている。

【０００７】ア）時間引き延ばしの方法は、ベンド部の
損傷しやすい箇所を前もって他の部分より厚くすること
によって穿孔するまでの時間を引き延ばすものである。
しかしながら、この方法においては、ベンド管が穿孔ま
でに至った場合、ベンド部全体を交換しなければならな
いため、ラインを長時間止めなければならない。 イ）修繕の方法は、ベンド部の損傷しやすい外壁部にラ
イナーを取り付け、穿孔してもこの部分だけを交換すれ
ばよいとしたものである。この場合、ベンド部全体では
なく、一部分の交換ですむため、修繕コストと修繕時間
を抑えることができるが、短時間であってもラインを止
めなければならないことには変わりがない。

【０００８】ウ）セルフライニングの方法は、たとえ
ば、図１に例示したように、ベンド管内壁部（１００）
に設けた段差部（１０１）に粉体が引っかかって停滞す
るような構造にしたもので、そこに粉体が付着し堆積す
るようにしている。また、図２のように、ベンド管（１
０２）の外側に細いパイプ（１０３）を隙間無く巻いた
ものもある。この場合には、ベンド管（１０２）が穿孔
に至るとその細いパイプ（１０３）面が露出することに
なる。このパイプ層の凹凸部分に粉体が入り込んで、付
着し堆積するようにしている。

【０００９】図３の例は、ベンド管（１０２）の外周を
角張った構造にし、そこに粉体を付着させることによっ
て、ライニングを形成するものである。付着初期には、
そのベンド形状から空気流の乱れによって圧力損失が大
きくなるが、ランニングが徐々に形成されることによ
り、定常状態となる。しかしながら、これらのベンド管
は、エロージョンそのものを抑止したものではない。

【００１０】また、エ）特殊構造採用の方法では、たと
えば、図４に例示したように、空気噴出斜孔（１０４）
付ベンド管（特許 138959）が知られており、ベンド部
外周に設けられた外箱（１０５）から、粉体の進行方向
に対して接線をなすように空気が噴出するようにした孔
（１０４）を設けている。ここから噴出した空気流によ
って、管内流線を制御し、ベンド部の一部分に集中する
粉体を分散させることによってエロージョンを防ぐよう
にしている。

【００１１】図５の例は、竜骨状凸起付ベンド管（実公
昭44-22686号公報）であり、ベンド管内部に竜骨状の突
起（１０６）を設けたものである。この突起（１０６）
により、粉体を両側に分散させることで粉体の一個所へ
の衝突の集中を防ぐものである。図６の例は、漸拡大矩
形ベンド（特公昭41-7536 号公報）であり、ベンド管中
央部（１０７）において管断面積を大きくした点が特徴
である。したがって、中央部（１０７）において粉体は
低速になり、ベンド管のカーブに沿って粉体が流れるた
めエロージョンを抑えることができる。しかし、このベ
ンド管はその形状のため、設置場所が限定され、汎用性
がない。

【００１２】たとえば以上例示したように、これまでの
特殊形状ベンド管はいずれも粉体の衝突によるエロージ
ョンの抑止を目的としている。しかしながら、各種の従
来のベンド管においては、ベンド部のエロージョンの抑
止には限界があり、実用的に満足できるものではなかっ
た。そして、その主な原因は、輸送パイプ中の気体流が
乱流化しているため、エロージョンの制御が充分にでき
ないことにあった。

【００１３】一方、この発明の発明者は、流体の一つの
秩序構造として渦流（スパイラルフロー）を流体制御の
観点から注目し、このスパイラルフローの生成と制御に
よって、漸拡大部、漸縮小部を有する新しい構造のベン
ド管が有効であることをすでに提案している。このベン
ド管は、耐エロージョン、非閉塞性の特徴をもった新し
いものである。

【００１４】そして、このベンド管は、流通管路よりも
管径の太いベンド部とその前後の漸拡大径および漸縮小
径の２つのコーン体を接続した特徴のある、構造を有し
ている。この構造は、コーン体内において流体の旋回成
分を発生させることを目的としたものである。つまり、
ベンド管内のフローパターンをスパイラル・パターンに
変形することで、粉体の挙動を制御するというものであ
る。すなわち、図７に示すように、このベンド管（１）
は、コーン体からなる漸拡大部（１１）、中心軸に沿っ
た断面積が実質的に同一の湾曲管からなるベンド部（１
２）、コーン体からなる漸縮小部（１３）の３つの部分
から構成されている。

【００１５】漸拡大部（１１）と漸縮小部（１３）は、
実質的に同一の中さ（Ｌ）と、同一の開き角度（α）と
を有している。コーン体の漸拡大部（１１）と漸縮小部
（１３）と入口および出口の直管部（１４）、さらにベ
ンド部（１２）との接合は、段差が生じて抵抗にならな
いように、滑らかに施している。

【００１６】このベンド管（１）の構成部品は全て単純
な対称形状であり、従来のように非対称な特殊形状部品
は用いていないため、コスト的負担は小さく、また、こ
のベンド管の場合、特に管材の素材選定の制約もなく、
通常のベンド管と同じ素材でも、充分に耐エロージョン
を高めることができる。しかしながら、このように優れ
た特長にもかかららず、その後のこの発明者の研究によ
って、このベンド管の場合にも改良すべき点があること
がわかってきた。それは、従来のベンド管に比べて耐エ
ロージョン性は向上したものの、実用的にはさらなる向
上が求められるということであった。

【００１７】この発明は、上記の通りの課題を解決する
ためになされたものであって、図７に示したベンド管の
特徴を生かしつつ、さらに耐エロージョン性を向上させ
ることのできる改良された新しいベンド管構造を提供す
ることを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、管路に連結する入口管部とこれ
に延設した漸拡大部と湾曲ベンド部および漸縮小部と出
口管部とを有するベンド管であって、湾曲ベンド部は中
心軸に沿って、これに直交する面が実質的に同一の断面
積を有し、また漸縮小部は、圧縮気体を噴出する環状ス
リットとこのスリットから出口管部に向う漸縮小径の傾
斜内壁面を有し、この漸縮小部を圧縮流体の噴出のよる
コアンダスパイラルフロー生成部としてなることを特徴
とするコアンダベンド管を提供するものである。

【００１９】すなわち、この発明は、この発明者がすで
に提案しているコアンダスパイラルフローの流体運動を
利用し、ベンド管装置の新しい構成を提案するものであ
る。ここで規定するところのコアンダスパイラルフロー
は、流体の流れる軸方向流とその周囲との速度差、およ
び密度差が大きく、管軸の流れが速く、外側の流れが遅
い、いわゆるステイーパな速度分布を示すという特徴が
ある。また、その乱れ度が通常の乱流の０．２に対して
０．０９と半分以下の値を示し、通常の乱流とは異なる
状態を形成し、進行方向に向って、その導入口部には強
い負圧吸引力が生じ、軸方向ベクトルと半径方向ベクト
ルとの合成によって特有のスパイラル流を形成するとい
う特徴がある。

【００２０】図８はこの発明のベンド管（２）を例示し
た模式図である。たとえばこの図８に示したように、流
通管路（２１）に連結する入口管部（２２）と、これに
延設した漸拡大部（２３）と湾曲ベンド部（２４）およ
び漸縮小部（２５）と出口管部（２６）とを有するベン
ド管（２）において、湾曲ベンド部（２４）は中心軸
（Ａ）に沿ってこれに直交する面が実質的に同一の断面
積であって、たとえば図８中のＡ₁ 、およびＡ₂ 断面の
断面積は同一となるようにしている。

【００２１】また漸縮小部（２５）は、圧縮気体を噴出
する環状のコアンダスリット（２５１）と、その近傍の
傾斜面（２５２）、圧縮流体の分配室（２５３）、さら
に圧縮流体供給路（２５４）とを一つの典型例として有
するコアンダスパイラルフロー生成部を備えている。こ
のベンド管においては、漸拡大部（２３）は、円錐状の
コーン体とし、そのコーン体の開き角度（α）を ０＜α≦５０°、 より好ましくは、 １５≦α≦３０° 程度とする。

【００２２】また、漸縮小部（２５）の傾斜面（２５
２）の角度（β）は、５〜７０°程度することが好まし
い。漸拡大部（２３）の最大径部は、漸縮小部（２５）
の最大径部であるコアンダスパイラルフロー生成部の導
入口部（２５５）とともに、前記のベンド部（２４）と
同一の径を有し、これに連結している。

【００２３】このベンド管（２）においては、環状のコ
アンダスリット（２５１）を通じて流体の進行方向に向
けて、圧縮流体供給路（２５４）より圧縮流体が供給さ
れる。空気、ガス等の気体や、液体からなる圧縮流体の
供給手段としては、エアーコンプレッサ、あるいは窒素
等の圧縮流体のボンベを用いることができる。ボンベを
用いる場合でも圧縮流体の供給圧力を１０kg／cm² 程度
に保つことができるもので十分である。

【００２４】コアンダスパイラルフロー生成部の導入口
部（２５５）には強い負圧力が生じ、ベンド管（２）内
の流体を強く吸引し、かつ、進行方向に向って、圧縮流
体のコアンダスリット（２５１）からの噴出によって高
速なスパイラル流が形成される。湾曲ベンド部（２４）
は、その曲率半径を任意とし得るが、より好ましくは、
このベント部（２４）が９０°屈曲するようにする。

【００２５】以上の通りのこの発明のベンド管によっ
て、高速なスパイラルフローがベンド部において生成さ
れ、耐エロージョン性がさらに向上することになる。

【００２６】

【作用】この発明のベンド管は、耐エロージョン性を向
上させ、非閉塞性で、高効率での搬送を可能とする。そ
れと言うのも、この発明のベンド管の漸拡大部（２３）
においては、拡散する渦流が形成され、管路（２１）か
ら流入する流体、たとえば空気、その他のガス等は、こ
の拡散渦となり、また混在している固体粒子などの衝突
角度の臨界角度を避けることができる。たとえばベンド
部（２４）は管径が太くなっているため、平均流速が下
がっており、さらにスパイラルフローの発生によって管
壁付近の流速が下がっているため、固体粒子などの衝突
速度を抑えることができる。

【００２７】一方、ベンド部（２４）には、遠心力によ
って非対称で大きさの異なる一対の渦が発生し、初期旋
回流が形成される。漸縮小部において、この初期旋回流
は、スパイラルフローとなり、これがアップリスト効果
によってベンド部に影響を与え、ベンド部にもスパイラ
ルフローが形成される。これにより、たとえぱベンド部
に形成されているスパイラルフローの求心力によって混
在する個体粒子は管軸に収れんする。ベンド部において
は平均流速が閉塞限界内であるが、管軸においては、閉
塞限界速度を上回っているため、管軸に収れんした固体
粒子は限界速度以上の速度で流れることになる。

【００２８】以下実施例を示し、さらにこの発明につい
て詳しく説明する。

【００２９】

【実施例】実施例１ この発明のベンド管を用い、アルミナ粒子の搬送を行
い、ベント管の性能評価を行った。ベント管は図８の構
成を有し、カーボンスティール製（JIS 規格 G3452 SG
P）のものとした。

【００３０】ベンド部の内径は１０５．３mm、肉厚は
４．５mm、曲率は１５２．４mm、開き角度（α）は２２
°である。また、比較のための図７に示した従来のベン
ド管も同様の大きさとして使用した。図８の構成のこの
発明のベンド管では、スパイラルフロー生成のため、圧
縮流体供給手段として、エアーコンプレッサを用い、供
給圧力を６kg／cm² に保った。このスパイラルフロー生
成装置への供給流量は、２００NI／min とした。ベンド
部流入口での平均流速は２７．３ｍ／sec とした。管径
が徐々に大きくなることから流速は低下し、ベンド部で
は平均流速が１．３ｍ／sec になった。

【００３１】さらにまた、２０Ａの通常ベンド管も比較
に使用し、これは、内径は２１．６mm、肉厚２．８mm、
Ｒは２００．０mmである、管内平均流速は、２７．３ｍ
／sec であった。アルミナの粒度分布は表１の通りであ
った。

【００３２】

【表１】

【００３３】ベンド部以外の配管も同じカーボンスティ
ール製とし、外径は２７．２mm、内径は２１．６mm、肉
厚２．８mmとした。粉体供給装置して、回転棚式容積フ
ィーダ（ハイブロー３００Ｐ型）を用いた。供給能力は
最高、２．０ｌ／min 、ホッパー容量は２００ｌとし
た。これを用いて、６０kg／hrの割合でアルミナを供給
した。輸送空気量は３６Nm3 ／hrであった。

【００３４】以上のような条件においてアルミナ搬送し
たところ、２０Ａの通常ベンド管では３７．８時間で穿
孔した。これに対し、従来の図７のベンド管は４０００
時間の連続運転においても穿孔せず、４０００時間連続
運転後のベンド部のエロージョンの深さは、約３mmであ
った。さらにこの発明のベンド管の場合には６０００時
間の連続運転においても穿孔せず、正常に稼動した。６
０００時間連続運転後のベンド部のエロージョンの深さ
は、約２mmであった。

【００３５】これらの結果から、ベンド管材料を１mmの
厚さでエロージョンするのに要した時間（Erosion rat
e）は、表２に示すように、２０Ａの通常ベンド管が１
３．５hr／mmであるのに対し、従来の図７のベンド管は
１３３３．３hr／mmであり、さらに、コアンダスパイラ
ルフロー生成をともなうこの発明のベンド管は３０００
hr／mmであった。

【００３６】

【表２】

【００３７】つまり、この発明のベンド管は、通常のベ
ンド管の１／２００以下の穿孔速度であるため、２００
倍以上の寿命、耐エロージョン性を有することになる。
また、従来の図７のベンド管に対しては、２倍以上の寿
命、耐エロージョン性を有することになる。また、ベン
ド部の平均流速が１．３ｍ／sec であるにも関わらず、
６０００時間の連続運転において全く閉塞しなかった。

【００３８】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明の
ベンド管によって、耐エロージョン性が顕著に向上し、
より高速での管内輸送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のベンド管を例示した断面図である。

【図２】従来の別のベンド管を例示した断面図である。

【図３】また別の従来例を示した断面図である。

【図４】さらに別の従来例を示した断面図である。

【図５】別の従来例を示した断面図である。

【図６】別の従来例を示した断面図である。

【図７】この発明者がすでに提案している従来のベンド
管を示した断面図である。

【図８】この発明のベンド管の例を示した断面図であ
る。

【符号の説明】 １００ ベンド管内壁部 １０１ 段差部 １０２ ベンド管 １０３ パイプ １０４ 孔 １０５ 外箱 １０６ 突起 １０７ 中央部 １ ベンド管 １１ 漸拡大部 １２ ベンド部 １３ 漸縮小部 ２ ベンド管 ２１ 管路 ２２ 入口管部 ２３ 漸拡大部 ２４ ベンド部 ２５ 漸縮小部 ２６ 出口管部 ２５１ コアンダスリット ２５２ 傾斜面 ２５３ 分配室 ２５４ 圧縮流体供給路 ２５５ 導入口部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管路に連結する入口管部とこれに延設し
   た漸拡大部と湾曲ベンド部および漸縮小部と出口管部と
   を有するベンド管であって、湾曲ベンド部は中心軸に沿
   って、これに直交する面が実質的に同一の断面積を有
   し、また漸縮小部は、圧縮気体を噴出する環状スリット
   とこのスリットから出口管部に向う漸縮小径の傾斜内壁
   面を有し、この漸縮小部を圧縮流体の噴出によるコアン
   ダスパイラルフロー生成部としてなることを特徴とする
   コアンダベンド管。