JPS59217091A - 分岐管構造 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は配管系に使用される分岐管に係り、特に高温流
体と低温流体が合流する配管系の分岐管構造に関する。

〔発明の背景〕

従来の分岐管の構造は第１図に示すように母管１の側面
に枝管２が単に接合されたものであった。

このような構造の分岐管においては、母管１を流れる流
体３と枝管２を流れる流体４との温度差がある場合、こ
れらの流体３，４が合流したのち入れ替り接触する母管
側において、温度変化によるｉｒＡ　ＶｆＪｉ＊応力が
発生する。この応力の僅返しによって母管１の管壁に熱
疲労き裂５が発生する場合がある。そのためこのような
従来構造の分岐管では、流体の温度差がある限界以上に
なっだノＩ易合には強す［信頼性に間ＩＪ１があった。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑みて外されたもので、その目的と
するところは、晶度差の大きな流体が合流する分岐管に
おいて５熱衝撃応力を緩和し熱疲労き裂を防止できる強
度信頼性の高い分岐管構造を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は分岐管の母管および枝管から流れ込み合流する
流体の何れか一方の流体を他方の流体の内部に導き、外
側の流体によって内側の流体を包みこむためのＡ遍内管
−や案内ノズルを設け・さらには前記枝管から流入する
流体に旋回流を発生させるため、この枝管と前記母管と
のそれぞれの中心軸を交差させずに距Ｉ′；！ｆｌを設
けることにより、所間の目的を達成するように成したも
のである。

〔づｉ３明の実ノイａ例〕 以下本発明に係る分岐管（−１じ笑の一実）１亀例を図
面を参照して説明する。

第２図及び第３図に本発明の一実施例を示す。

第１図と同じ部分は同じ７・７号及び記号にて表わす。

該図に示す実Ｍｑ例において、母管１の側面に枝管２が
固設されており、この枝管２の延長上には案内ノズル６
が設けられている。この案内ノズル６は前記母管１内に
突出しており、その先＜、Ｍ　ｉｊ丹竹管１中心軸口・
、：］、Ｊス）と同軸になる如く直角に曲折されている
。

上記のような本゛ｌ、２告の本実線側の分岐管宿造によ
れば、母管１を流れる流体３と枝管２を流れる流体４と
の間に（黒度差があるＪ、１合、第１図のＡ−Ａ’断面
を示す第２図にみる如く、これらの流体２及び４が合流
した時点では流体４がｖ７１体３で包壕れた状態となす
、′ｆ、１′管１の管壁には流体３のみが接触し熱病１
“１１応力は発生しない。こｔｌら２つの流体３及び流
体４はさらに流れながら徐々に混合拡散し・温度の一様
な流体と々る。このようにして混合流体が母管１内を通
るときの母管ｌに生ずる熱価型を緩和することができる
。

第４図には本発明の他の実施例を示し、前記案内ノズル
６の前記母管１との平行部分に多数の孔７を形成しであ
る。この実施例においては流体３と流体４どの混合速度
が早くできる効果があり、熱衝感応力を緩和する効果は
第２図に示す実施例の、鳴合と同様である。

第５図及び７ｑ　６図は本発明のさらに別の実施例を示
し・母Ｗ１の内径側で枝管２との接合部の直前に、母管
１と同軸に案内ノズル８を設けてちる。

この実Ｍｌｉ例においては第５図のＢ　−Ｂ　’断面を
示す第６図にみる如く、母管１を流れる流体３と枝管２
から流入する流体４が合流した時点では。

流体３が流体ｌで包１れた状態となり、第１の実施例の
場合と同和）に母管１の’Ｊ’　”ｕには１）ｉ５１本
４のみが接）独し熱ｅ２；　′牛応力は発生せず、同様
の効７１々を有する。

ｇ＋＞；　７　ｑ、ｒには本発明のさらに他の？こ廁例
を示し、前記案内ノズル８に多７′、：２の孔９鞘形成
してあり、流体３と流体４の混合速度を早くできる効果
があることは第２の実施Ｆ゛１］の場合と同様である。

第８図及び第９［紺は本発明に聞徨する別の発明の一実
施例を示す。族トイ１に示ず不買）向側において、母管
１０の側面に枝′１１１が固設さ八でおり、これらの母
管１０と枝管１１の夫々の中心軸は交差しないようにな
っている。前記票、’ｑｌｏ内（では案内ノズル１２が
母管１０と同１油に設けられ、その流入端は切管１０の
内周面に接咎′シシ、流出端は１１１放されている。

このように構成された本実施例に給いでは、枝管１１よ
り１１１５人した流体１３ば、枝管１１が母管１０に対
してその中心軸位は、かかんよっているため旋回流を生
じる。この旋回）Ａｆｉによって生じる遠心力の作用に
よって、案内ノズル１２の外側では案内ノズル１２に近
い０点よりも遠いＤ点の方がＬＥ力が高くなる。また枝
管１１より流入する流体１３が母管１０を流れる流体１
４より低温の場合は、この流体１４は密度差と遠心力に
より内側に引き戻される。この２つのことにより母管１
０の内面の管壁に、低温で堕力の高い層ができだのと同
じ効果が生ずる。上述のようにして第８図に示すように
枝〈６１１から流入する流体１３の旋回流は、内（Ｉｌ
ｌに乱流混合域１５を押し込め々から螺旋運動を行う。

第１０図は乱流混合域１５の温度夏動の状態を′２；ミ
内ノズル１２の開放端からの距ＩＱｉ？　Ｘの位置すな
わちＸ＝０．Ｘ＝Ｅ、Ｘ＝Ｆの位置において示し／こも
ので、実線は直流方式、破線は旋回流方式の場合を示す
。φＩＬ）＋＋　φＤ２はそれぞれ母管１０、案内ノズ
ル１２の内径である。第１０図によって明かなように、
旋回流によって乱流混合域１５が管壁に接触するまでの
時間が直流方式の場合より長くなり、この時間が長くな
った分だけ混合が進み温度変動値が減少する。この温度
変動値ΔＴと管表面の温度変動値ΔＴ０との間には次式
の関係がある。

ΔＴ　ｍ　−”ΔＴ こ＼でａは熱伝導に係わる係数であり、流体のレイノル
ズ数、流体と金属の熱伝樽率などによって決捷る。また
この管表面の温度変動１［αΔＴ□は、管表面との応力
振幅σとの間に次の関係がある。

こ＼でＦは管壁のヤング率、αは瞬間熱膨張係数、νは
ポアッソン比である。これらの関係から次の式が成立す
る。

σ■ΔＴ 第１１図は繰り返し疲労の評価に使用するＳ−Ｎ曲線で
ある。こ＼でＳは応力振幅を許容操り返し回数１０３の
時の応力振幅で除して無次元表示したものであり、Ｎは
／ｆ許容繰返し回数である。

この第１１図により明らかのように応力振幅を半分に減
らすと許容操り返し回数が約１０倍となる。

す々わち寿命が約１０倍伸びることになる。この関係は
曲線全体でほぼ成り立つ。壕だ前述のように応力振幅と
温度変動は比例するから、温度変動を減少させれば大幅
に対合を伸ばすことができる・本実施例ではぐ１に造が
直流方式とほとんど変らない／こめ製作及び数句費用が
ほとんど直流方式と変わらないという効果がある。

第１２図及び第１３図は本発明の他の実施例を示し、第
８図及び第９図に示す実施例と異なるのは枝管１１から
母管１０へ流体を噴出する噴出角肢を、母管１０の中心
軸に対して高さ方向に４５度、水平方向に４５邸傾けた
点である。本実施例では第８図及び第９図に示す実施例
に比べて圧力損失が低減できる効果がある。

〔発明の効果〕

上記のように本発明によれば、温度差の大きい流体が合
流する分岐管の母管または枝管に案内管ノズルを設け、
さらに母管と枝管との中心線を交叉させずに距離を設け
たものであるから、配管に与える熱衝撃の変動応力を小
さく抑えることができ、温度変動域が管壁に接触する丑
での時間を延長できるだめ、高サイクル熱疲労によるき
裂の発生を防止し、配・′１イの疲労寿命を伸ばして強
度信頼性を向上できるようになったので、その効果は犬
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の分岐管（１６人を示す一部１析而千面図
、第２図は本発明に係る分岐層構造の一実／Ｉ粕例を示
す一部断面平面図、２４３図は２１１２図のＡ−Ａ、’
断面図、第４図及び第５図は本発明の他の実施例を示す
一部１σ「面平面ニジ１．第６１１絹は第５１４’４の
１３−Ｂ′断面図、第７図は本発明の他の実が１例を示
す一部断面平面図、紀８図は関連発明の一部”ＭＭ例を
示す横断面図、第９図は第８図の縦１所面しｊ、第１０
図は乱流混合域の温度変動の程度と拡大の状態を示す模
式図、第１１図は無次元化した応力振幅と許容繰り返し
回数との関係を示す曲綜図５第１２区は本発明の他の実
施例を示す正面図、第１３図は第１２図の平面図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の流体が流れる母管と、第１の流体と異なる温
   度の第２の流体が流れる枝管とを接合した分岐管構造に
   おいて、前記接ぎ部の前記母管内に前記第１の流体又は
   前ｈピ嬉２の流体のいずれか一方が流通するノズルを前
   記母管の車山線に沿って設けたことを特徴とする分岐管
   構造。 Ｚ　前記ノズルは流体の流入端が前記母管の内周面に接
   続され、前記枝管は前記切管に偏心して接合され、前記
   母管の軸線と前記枝管の軸線とは反差していないことを
   特徴とする特ｉ１ｉ’ｆ　ｉ〜求の範囲第１項記載の分
   岐管構造。