JPS6044548B2 - 絶縁管継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、大きな引張り荷重を受ける使用条件ある
いは大きな引張り荷重を受けると共に温度が上昇する使
用条件のもとで使用する中央部に連通孔を備えた絶縁管
継手に関し、例えば、通電加熱方式によるオイルサンド
の搾油井戸の電極管を絶縁して懸垂保持させるのに有効
に使用される連通孔を有する絶縁管継手に関するもので
ある。

以下オイルサンドの搾油井戸の電極管を絶縁するとき
に使用する絶縁管継手を例に説明する。近時地下に埋没
するオイルサンドの採油について、通電加熱方式が注目
されている。この方式は、地下数１００７７１、の地底
に存在するオイルサンド層に達する搾油井戸２本を一定
の間隔をおいて設置し、その底部分に位置する電極に電
位を与えてその間に通電し、オイルサンド層の温度を上
昇させることにより、含有油分の粘度を低下させ採油す
るものであるが、一般にオイルサンド層の電気抵抗はオ
イルサンド層上部の地層のそれより高いため、オイルサ
ンド層に設けた管状の通電用電極部は、地層部の搾油用
鉄管と電気絶縁を保持させる必要がある。このため地層
部にある鉄管の下端に絶縁管継手を、その下端に管状の
通電用電極部をそれぞれ接続懸垂して設定するという構
造になる。上記のような構成で使用されるため絶縁管継
手には常に引張り荷重がか）ることになり、しかも通電
により周囲温度が上昇すると、絶縁管継手自体の温度も
上昇するようになるため、絶縁管継手には高温条件下で
大きな引張り強度を保持するものが当然要求されるみな
おこの絶縁管継手は、下端に通電用電極部を接続懸垂し
て、上端は鉄管に接続された状態で地下数１００７ＴＬ
の地底に設置されるものであるから設置作業工程で、孔
壁と接触したり衝突することは現実に避け難い条件にな
る。全体の重量が重いため、僅かな接触も絶縁管継手に
は極めて大きな機械的衝撃になるため、これに耐え得る
機械的衝撃強度も当然要求されることになる。上記の要
求特性を満たし、実用価値のあるものを得るべく多くの
研究が重ねられた。

先ず検討されたのは、金属材で構成した、フランジ付管
状品の全表面部に、テフロンのような耐熱特性に優れた
有機樹脂質を被覆構成する方法である。引張り強度およ
び機械的衝撃特性に関しては完全な特性を保持するもの
が得られるが、被覆が薄い場合には絶縁特性が得難く、
厚くすると常温では絶縁特性が十分に確保出来るが現実
の使用条件である２５０゜Ｃ〜３００゜Ｃの温度の反復
にあうと、本質的な熱膨張収縮率の差により、剥離現象
を生ずるという不可避の致命的欠陥があるため使用不能
である。次に検討されたのは磁器材質である。そもそも
この絶縁管継手には水（油）密特性が要求されるもので
あるから鉄管部、通電用電極部および使用する磁器管と
、ならびに磁器管相互間の接続方法を考慮する必要があ
る。一般的に考えられるのは磁器管外周に金属管を焼嵌
めし、この金属管を溶接あるいは螺子等常法により接続
することである。この方法の場合水（油）密特性は確保
出来るが、磁器管の焼嵌先端部に応力が集中するので、
機械的とくに衝撃強度が低下し、破損し易くなること、
および、温度の上昇により焼嵌め強度が低下し、引張り
強度の低下に連らなるという欠陥がある。次に磁器管の
両端に鍔部を設け、接触面にパッキン材を介在させ、鍔
部を金属質で締付ける方法がある。この場合、常温にお
いてはシール効果を十分に確保出来るが温度が上昇する
と、磁器質と金属質の熱膨張係数の差によりシール効果
が低下するという不可避の欠陥が現われるようになる。
その他、磁器質は本質的に機械衝撃強度が乏しいので、
前述のように、設置作業工程において、予期しない条件
下で発生する機械的衝撃により破損する可能性が極めて
高いという本質的な条件も加わり、現実の問題として使
用することは、上記の不可避の欠陥を含めて使用するこ
とは極めて困難である。本発明は、上記従来の問題点を
完全に除去し、機械的強度、電気的絶縁度に優れた絶縁
管継手を得ることを目的としている。

この目的を達成すべく、本発明者らは、オイルサンドの
通電加熱方式に使用可能な中央に連通孔を有する絶縁管
継手を得る可く種々研究を重ねた結果満足し得る特性品
を得ることに成功した。次にその構造と製造方法につい
て詳細に説明する。構造の代表的な例を第１図に示す。

第１図ａは上面図第１図ｂは第１図ａのＩＢ−Ｂ線縦断
面図である。なお第１図ａは絶縁材３を省略して示して
ある。図中１は第１の管状部材で筒部１ｂの一端部に４
等分の対面に４等分より幾分狭い円板状の鍔部１ａ２ケ
を有し、他方の対面には切欠部を形成している。２は第
２の管状部材で、一端部に袋部２ａを有し、上部の蓋部
２ｂに４等分の対面２面に第１の管状部材１の鍔部１ａ
の外径寸法より大きい径の切欠部２ｃを有し、筒部２ｄ
の内面に円錐形状の空胴部？を保持している。

第１の管状部材１の鍔部１ａを、第２の管状部材の蓋部
２ｂの切欠部２ｃを通して、袋部２ａ内に収納して４分
の１回転させ鍔部１ａを蓋部２ｂと同位置に保持させ、
第１の管状部材１と第２の管状部材２の間に間隙を設け
た状態を現出している。３はガラス質粉末とマイカ粉末
の混合粉末を原料とし、この原料粉末をガラス質が軟化
し、加圧により流動可能な温度に加熱し、加熱状態で加
圧成形したガラスマイカ塑造体からなる絶縁材で、この
絶縁材３は第１の管状部材３の外周絶縁物３ａと鍔状絶
縁物３ｂ１第１の管状部材１と第２の管状部材２の構成
する間隙に介在した絶縁物および第２の管状部材２の内
面の内周絶縁物３ｃを連続して構成する。

なお鍔状絶縁物３ｂは成形上必要な部分で、残しても機
械加工により削除しても差支えない。４は連通孔を構成
するための第３の管状部材であり５の熔接により筒部２
ｄに接続されて連通孔を有する絶縁管継手を構成する。
なお筒部２ｄが、必要とする長さに対して充分長がけれ
ば、第３の管状部材４は省略できる。次に第２図に従い
本発明の絶縁管継手の代表的な製造方法と説明する。第
２図ａ（左半分）は加圧成形直前の状態を、第２図ｂ（
右半分）は加圧成形完了後の状態を示すものである。図
において、６は分割構造の壁部、７は成形枠、８は支持
金具で、第２の管状部材を肩部２ｆで支持し、筒部２ｄ
の底を空間に保持する構造になつている。９は保持金具
で外部で第２の管状部材の筒部２ｄと嵌合するとともに
、空胴部２ｅに円錐状の内周絶縁物３ｃを構成し得、か
つ上部は第１の管状部材１を保持し得る構造になつてい
る。

１０は補助壁部で分割構造で下面は傾面構造の第２の管
状部材の蓋部、２ｂに接するようになつており上面は外
周が高い傾面になつている。

１１は加圧金で第１の管状部材１の筒部１ｂの外周面と
壁部６に嵌合するようになつている。

以下の６部品６，７，８，９，１０，１１で構成された
成形型を使用する。第１の管状部材１と第２の管状部材
２を準備する。これらの金具の材料は特に限定されない
が、例えば鉄およびその合金例えばステンレ等高温強度
が鉄程度のものであれば何れでもよい。１２は予備成形
体で、ガラス質の粉末とマイカ粉末の混合粉末を別の押
型（図示せす）を使用して常温で加圧して一定形状に成
形したものである。

実際の絶縁管継手の製造例を工程に従い詳細に説明する
。先ず予備成形体１２の作成であるが、ガラス質には日
本フェロー株式会社製のＮＯ．２３ｌ２の鉄器琺瑯用釉
薬を２００メッシュに粉砕した粉末４５Ｗ％と、合成金
弗素マイカの粉末６０〜２００メッシュ品５５Ｗ％を混
合し、水５Ｗ％を加えて湿潤状態にしたものを原料とし
、１５００ｇｒ′を秤取し、別の成形型（図示せず）を
使用し、冷間加圧成形により内径１１７ＴＳｆＬφ、外
径１５５瓢φ高さ１３−ｔの円筒形状品を作成し１２０
゜Ｃの乾燥器中に２時間保持し、水分を除去し、作成を
完了した。次に第１の管状部材については、内径１００
ＷｒＩｎφ、外径１１２Ｔｆ０ｆ１φ、長さ２９０Ｔ！
Ｒｌｎｔの鉄管よりなる筒部１ｂの下端に厚さ１０Ｔｆ
＄Ｔｔｌ外径１４ｈφで外周４等分の対辺２方向に４等
分よりも両側各１Ｔｎｍ幅の狭い鉄製の鍔部１ａを保持
するものを使用した。

第２の管状部材については、内径１１２ｗＬφ、外径１
３２ＴＩｒＩＩＬφ、長さ１４４ｗｔｔの鉄管よりなる
筒部２ｄの上側に、下端面から４９１１１ｍｔの位置を
底面とする径１２『φ、勾配４／１００の円錐状の空胴
部２ｅを有し、上面の外周に厚さ７Ｔ０ｎｔ、外径１６
０ｗｆｔφの肩部７とその上に内径１４８Ｔ＄ｔφ、外
径１６０７！Ｒｍφ高さ１８ｗｒｍｔの袋部２ａとその
上に、外径１６０Ｔｎφ、内径１２０順φ、厚さ１５閘
ｔで、上面に内周を基点として勾配１／５の斜面を有し
、円周４等分の対面１／２に径１４２ｗｒＩｎφの切欠
部２ｃを有し、各々が一体構造になつたものを使用した
。成形は、成形型中成形枠７、壁部６、支持金具８、お
よび保持金具９を第２図ａに示すように組立て、補助壁
部１０および加圧金１１は組立てずに各３５０℃に、第
１の管状部材１と第２の管状部材２は５５０℃に、また
予備成形体１２は８５０℃にそれぞれ加熱する。

それぞれの加熱が完了すると先す第２の管状部材２を壁
部６内に挿入し、保持金具９を中心に配して、支持金具
８上に肩部７を載置する。次に第１の管状部材１の鍔部
１ａを第２の管状部材２の切欠部２ｃを通過させ、９０
第回転させて保持金具９上に載置する。次に補助壁部１
０を第２の管状部材２の蓋部２ｂ上に載置する。最後に
予備成形体１２を補助壁部１０上に載置する。この時の
状態が第２図ａに示してある。次に加圧金１１を予備成
形体１２上に載置し、金圧力１００ｔ０ｎの圧力で予備
成形体１２を加圧する。この時の状態が第２図ｂに示し
てある。この時予備成形体１２は、補助壁部１０と第１
の管状部材１、第１の管状部材１と第２の管状部材２お
よび、第２の管状部材２と保持金具９のそれぞれ間隙部
を充満してガラスマイカ塑造体からなる絶縁材３を構成
する。成形品全体を３００゜Ｃまて冷却し、成形型を分
解して成形品を取り出し成形を完了し、外周絶縁物３ａ
の長さ１００ｗ０ｎｔの成形品を得た。上記製造例につ
き成形に直接関係する事項について説明する。先ず加圧
金１１による予備成形体１２の加圧であるが、製造例の
説明では省略したが、第２図に示す状態では、加圧金１
１の下端部付近で筒部１ｂが大きな外圧を受けるので肉
厚が薄い場合には変形することがある。

この場合には変形しないよノうに内側に補助手段を構じ
ておく必要がある。次に構成した絶縁材３の上部に鍔状
絶縁物３ｂを構成させたことは上記実施例にとつて極め
て重要なことである。以下その理由を説明する。

先ず原料のマイカ粉末であるが、これは完全な剥片形状
をしており、剥片の平均面積径と厚さの比は一般に３０
〜５０：１である。

溶融状態のガラス質と共存して加圧成形されたガラスマ
イカ塑造体の機械的強度および電気的特性は上記マイカ
剥片フの配列状態と密接に関連し、機械的引張り強度は
沿層方向が、機械的圧縮強度は貫層方向が、また電気絶
縁破壊電圧は貫層方向が各逆方向に対し、３〜１０ｆ８
の特性を保持するものである。この成形品の場合、管状
部材の壁面に沿う部分ではマイカ剥片が壁面と並行した
配列状態とすることが、最も理想的である。外周絶縁物
３ａおよび内周絶縁物３ｃは機械的引張り強度が主体で
あるので、並行配列が望ましく、第１の管状部材１と第
２の管状部材２の間隙部は絶縁抵抗が必要であり、とく
に鍔部１ａと蓋部２ｂの間隙部は、両管状部材の引張り
に際し機械的圧縮力を受けるようになるので並行に配列
させることが必要になる。第１図および第２図ｂの絶縁
材３を点線で示してあるのは、その配列状態を示したも
ので鍔状絶縁物３ｂの上面が管状部１ｂに直角に配列し
ている。これは原料自体が流動せずに移動した場合の配
列状態を示すもので、その他の部分は総べて原料が流動
移動したもので、壁面と並列に配列されている。即ち、
外周絶縁物３ａを壁面と並行した配列にすることが主目
的であり、なお配列の状態は流動速度が早い程整然とす
るものであるから、予備成形体１２の受圧面積を広くす
ることは流動速度の上昇に有効に作用するので、広くす
る程望ましい。補助壁部１０は上記目的を果すのに有用
な働きをしている。次に保持金具９の外周を円錐形状に
したのは離形を容易にするためで、その勾配は大きい程
望ましいが、形状寸法、金具の関係などで大きく出来な
い場合には離形剤を使用することにより、離形を助ける
ことが出来る。

次にこの製造例ではガラス質に市販の鉄器琺瑯釉薬を使
用した場合について説明したが、成分的には何ら制限さ
れるものではなく、用途の使用条件に応じ鉛系ガラス等
を使用してもよい。

また使．用マイカ粉末については混合共存して８００℃
以上の温度に加熱するので、この温度で分解するものは
使用出来ない。即ち天然マイカは使用不可能で、合成マ
イカに限定され、合成金弗素マイカは最適である。次に
成形型、管状部材、および予備成形体の加熱温度の関係
であるが、成形型の温度は原料ガラスの転位温度に密接
に関係する。

即ち転位温度よりも高過ぎる場合には加圧成形時に絶縁
物が成形型に密着し離型が困難になる恐れがあり、低過
ぎ・ると、低密度部分を形成する恐れがあり、転位温度
より僅かに低く保持することが望ましい。なお脱圧分解
時の温度は転位温度より低いことが必須条件になるので
、この点も考慮して温度設定をすることが肝要である。
第１及び第２の管状部材の温度であるが、後述する予備
成形体の加熱温度と密接に関係する。ガラス質の転位温
度より高い温度であれば低密度部分を形成する恐れはな
いが、予備成形体の温度より余り低い時には予備成形体
の温度を低下させ、その粘度を上昇させることになるの
で、その流動性が悪くなり均一な充填が困難になる。ま
た余りにも高過ぎると、金具自体の機械的強度が低下し
、変形の危険性があられれる）ので好ましくなく、実際
には予備成形体の加熱温度より僅かに低くすることが望
ましい。次に予備成形体の加熱温度であるが、使用する
ガラス質の軟化温度、及び含有比率に関連し、一率に規
定することはできない。要は加圧により流動可能な温度
にすることが必要で、例えば鉄器琺瑯釉を使用した場合
には、鉄器の焼付焼成温度と同等もしくは５０゜Ｃ程度
高い温度が適温範囲である。次にこの製造の例では、成
形枠６および壁部７で構成された成形型を使用し、成形
型を電気炉で加熱する方式を対象に説明したが、成形は
この方式に限定されるものではなく、例えば中間に固定
盤を上下におのおの駆動部を有する加圧成形機を使用し
、成形枠及ひ壁部を中間の固定盤に支持金具８及び保持
金具９を下部駆動部に、加圧金１１を上部駆動部に、そ
れぞれ固定し、かつ加熱設備を具備ざせた成形型を使用
して連続して成形することが可能であることは当然で、
斯くすることにより生産費は大幅に削減されるものであ
る。上記のようにして成形を完了したものは、管状部２
ｄに第１の管状部丼ｊの筒部１ｂと同寸法の第３の管状
部材４を適切な方法例えば溶接５などで接合して連通孔
を設えた絶縁管継手の製造を完了する。本発明になる絶
縁管継手は、管状部材の壁面に沿う部分ではマイカ剥片
が壁面に対して並行になるように配列されており、継手
の両端に加わる引張り力が、鍔部１ａと蓋部２ｂの間の
圧縮力になる構造になつている。

そもそも一般に無機材料の場合、圧縮強度は引張り強度
に比し数倍大きい値を有しており、しかもこの発明に使
用するガラスマイカ塑造体からなる絶縁物の圧縮強度は
マイカ剥片の配列方向に大きく支配され、積層方向と直
角の方向には極めて大きく、この絶縁管継手の場合この
条件が現出されているので、その強度はむしろ金属部の
構造に支配されるようになり、また、ガラスマイカ塑造
体は磁器質に比し、大きな弾力性を有しており、耐衝撃
強度に富むため、設置作業中における不測の衝撃に対し
ても、破損の危険性が極めて低く従来品の欠陥は完全に
除去された。なおこの絶縁管継手は、前記オイルサンド
の通電加熱方式による搾油井戸に使用されるほか、水道
管、ガス管などに電気防食に関連して、中間部に絶縁部
を必要とする場合などにも好適に使用可能であり、その
効果は極めて大きい。

また、この発明の実施例では、基本的な構造品を説明し
たが、第３図に示すように、第１の管状部材１の鍔部１
ａを全円周に設け、第２の管状部材２の蓋部２ｂを全円
周に有する袋部２ａと筒部２ｄに分け、第１の管状部材
１を挿入した後、両者を螺着２ｇさせた構造品を使用す
ることも可能であり、また第４図に示すように両者を溶
接２ｈにより接続することも可能である。

この構造品の場合、実用的には大きな有用要素を発揮す
るようになる。この場合、製造条件的には本質的には殆
んど変化がなく、強度の増加については大変望ましいも
のである。また、第１図に示す実施例では第１の管状部
材１の鍔部が２ケのものを示してあるが、４ケあるいに
６ケに分割するなど適宜変更し得ることは言うまでもな
い。

以上説明したように、本発明の絶縁管継手は、第１及び
第２の管状部材を密封固着するガラスマイカ塑造体絶縁
材のマイカ剥片が管状部材の壁面に沿う部分では、壁面
に対して平行に配列するようにしたので、機械的強度、
電気的強度に優れた絶縁管継手が得られる効果がある。

図面の簡単な説明第１図は本発明になる絶縁管継手の構
造を示す図で、第１図ａは上面図、第１図ｂはａ（７）
ＩＢ一旧線に沿う縦断面図、第２図は本発明になる絶縁
管継手の製造方法の一例を示す断面図で、第２図ａ（左
半分）は加圧成形直前の状態を、第２図ｂ（右半分）は
加圧成形完了後の状態を示す。

第３図および第４図は本発明の他の実施例を示す断面図
である。図中、１は第１の管状部材、１ａは鍔部、２は
第２の管状部材、２ａは袋部、３は絶縁材、４は・第３
の管状部材、５は溶接部、６は壁部、７は成形枠、８は
支持金具、９は保持金具、１０は補助壁部、１１は加圧
金、１２は予備成形体である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一端部に鍔部を有する第１の管状部材、この第１の
   管状部材の鍔部を間隙を保つて収納した袋部を一端部に
   有する第２の管状部材、上記袋部の蓋部に切欠部を設け
   、この切欠部を通つて上記鍔部が上記袋部に収納される
   ように上記鍔部に切欠部を設け、上記鍔部と袋部との間
   隙に介在し、第１と第２の管状部材を密封固着すると共
   に、第１と第２の管状部材間を電気的に絶縁するように
   設けたガラス質及びマイカ剥片を含み、管状部材の壁面
   に沿う部分では上記マイカ剥片が上記壁面に並行した配
   列状態であるガラスマイカ塑造体絶縁材を備えた絶縁管
   継手。