JPS63293394A - 曲管部の断面偏平が小さい高周波曲げ管 - 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が
加わる配管において曲管部の内圧強度特性が直管部の内
圧強度特性よりも優れている、曲管部に小偏平断面形状
を有する高周波曲げ管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、日本工業規格ＪＩＳＢ　２３１１゜
２３１２等に規定されており、日本鉄鋼協会編第３版鉄
鋼便覧ＶＩ　Ｐ１７９に記載されているハングルグ式曲
げ法によって製造される第４図に示す溶接式管継ぎ手２
（通称名：エルボ）を直管３に溶接部４で結合され構成
されていた。しかしながらその製品形状は１８０度曲げ
までの曲げを角度を有する曲管部のみの製品であること
から、配管施工時において溶接工数が多くなること、ま
たこれにともない溶接部の検査工数も増加し、工期が長
くなり工事費も高くなるという問題をかかえていた。そ
こで溶接部を少なくすべく、曲げ部の両端に直管部を有
する曲げ管が要望されていた。その製造法の１つとして
特開昭４９−２４８７８号公報および特開昭５３−１３
５８７０号公報等に第２図に示す高周波曲げ管１の加工
法が開示されている。この方法では曲げ半径Ｒの直管部
の外径ＤＯに対する比　（Ｒ／　Ｄ　０）が１〜５、直
管部肉厚ＴＯの直管部の外径ＤＯに対する比（Ｔ　Ｏ／
Ｄ　０）が０．０２〜０．２０において、直管部よりも
降伏開始内圧が低い曲管部しか得られないという問題点
がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記現状を鑑みてなされたものであり、内圧が
加わっても曲管部の発生応力が直管部の発生応力と同等
ないしは小さくなる、曲管部を有する高周波曲げ管を提
供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の要旨とすることろは、直管部の外径Ｄｏ、肉厚
ＴＯ５曲管部の最大外径Ｄ１、最小外径Ｄ２、曲げ半径
Ｒ１曲管部の外周（９０度）部肉厚Ｔ１で、直管部の肉
厚／外径　（Ｔ　Ｏ／Ｄ　０）が（３）式、（７）式ま
たは（９）式及び曲げ半径Ｒが（４）式で定められる範
囲にあり、内圧が加わるそれぞれの高周波曲げ管におい
て、曲管部の外周（９０度）部肉厚ＴＩが（１）式で、
かつ（５）式で定められる曲管部の外径偏平率Ｕがそれ
ぞれ（２）式、（６）式または（８）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周波曲げ管にある
。

０≦（（Ｔ　Ｏ−７１）／　Ｔ　０）牟（Ｒ／　Ｄ　０
）≦０，２０・・・（１） ０≦Ｕ≦０．０３　　　　　　　　　　　・・・（２）
０．０４≦ＴＯ／Ｄｏ≦０．１０　　　　　　　・・・
（３）１≦Ｒ／ＤＯ≦５　　　　　　　　・・・（４）
Ｕ　＝　２　＊（Ｄ　Ｉ−Ｄ　２）／（Ｄ　１＋Ｄ　２
）　　　　　　・・・（５）０≦Ｕ≦０５０５　　　　
　　　　　　　・・・（６）０．０２≦Ｔ０／Ｄ０≦０
゜０４　　　　　　　　　・・・（７）Ｏ≦Ｕ≦０．０
１５　　　　　　　　　　　・・・（８）０．１０≦Ｔ
Ｏ／Ｄｏ≦０．２０　　　　　　　・（９）［作用及び
実施例］ 本発明者らは、前記問題点が高周波曲げ管の曲管部所面
の肉厚差および偏平化によって生じることに着目し、曲
管部所面の肉厚差がありかつ偏平化している高周波曲げ
管に内圧が加わった場合、その内圧強度特性が曲管部の
肉厚差及び偏平化状況によってどう変化するかについて
調査した。

まず、表１に示す曲管部の偏平化が異なる高周波曲げ管
について、その曲管の端面に内圧付加用人口から水圧で
配管内に圧力を加えてゆき、内圧が１００気圧に達した
時の、高周波曲げ管の各部位毎の管外面に発生する応力
を調査した。

第５図（ａ）に内圧が１００気圧に達した時に偏平率２
％の曲管部の外表面部（０）に発生する応力の実測例を
、更に第５図（ｂ）及び表１に偏平率の異なった場合の
曲管部発生応力の結果を示した。これらの図及び表から
明らかな如く、この外表面部の最大応力は偏平率の増加
とともに増大し、外周（９０度）部が最大応力の危険部
位となることが示された。さらにこの高周波曲げ管に内
圧１００気圧を加えた場合の現象を有限要素解析法によ
る数値解析を実施した結果を第５図（ａ）に実測値とと
もに示した。その解析結果、第３図に示す外表面図（０
）の応力は前述の実測値と同様の結果が得られ、さらに
肉厚中央部（Ｍ）及び内表面部（１）の応力状況もあわ
せて記載した。これにの結果から偏平化による応力の増
大は、偏平化した曲管部に内圧が加わると、偏平を矯正
しようとする応力が管の各部位に加わる為であり、第６
図に示すように、この偏平を矯正しようとする応力によ
る曲管部の外周（９０度）部には付加的な引張応力が加
わるためで、この付加的な応力は肉厚が相対的に厚くな
るとともに増大することに着目した。以上のことから高
周波曲げ管に内圧が加わった場合に、曲管部の偏平率が
大きいと、曲管外周部に発生する最大応力は高くなり、
更に曲管外周（９０度）部の肉厚ＴＩが薄い場合、ここ
にかかる応力が大きくなることとなる。又この現象は直
管部の肉厚／外径Ｔ０／Ｄ０と関連を持つことになる。

次に直管部の肉厚／外径　（Ｔ　Ｏ／Ｄ　０）が０．０
４〜０．１０鋼管を高周波話導加熱により連続的に加熱
しながら加熱部に曲げモーメントを付与し、その直後の
水または空気による強制冷却を行って製造した肉厚差及
び偏平率の異なる高周波曲げ管について、内圧を加えて
、該曲げ管を降伏させ、肉厚差及び偏平率の効果を調査
した結果を表２に示す。

この結果、偏平率Ｕが３％超の場合及び偏平率Ｕが３％
以下の場合でも曲管部外周（９０度）部肉厚Ｔ１が相対
的に薄くなる場合は曲管部から降伏がはじまることが認
められた。これらの関係をＲ／Ｄｏとの関連で整理した
結果を第１図に示す。図中の・印は直管部が先に降伏し
たケース、Ｘ印は曲管部が先に降伏するケース、図中の
数字は曲管部の外径偏平率％を示す。

以上のことから、曲管部に偏平を持つ高周波曲げ管に内
圧が加わった場合の曲管部の安全性を保証する条件とし
ては の関係が必要となる。この為の条件を第１図より求める
と、偏平率３％以下の条件で直管部が降伏する曲管部外
周（９０度）部肉厚Ｔ１の限界曲線を近似式で求めると
下式で表わされる。

（（ＴＯ−Ｔ１）／Ｔ０）＊（Ｒ／Ｄｏ）−０，２０・
・・（１０）さらに本発明者らは鋼管を高周波誘導加熱
により連続的に加熱しながら加熱部に曲げモーメントを
付与し、その直後に水または空気による強制冷却を行っ
て製造した肉厚差及び偏平率の異なる表３及び表４に示
す高周波曲げ管を試作して、その高周波曲げ管に内圧を
加えて該曲げ管を降伏させ、肉厚差及び偏平率の効果を
調査した。

この高周波曲げ管の特徴をこれらの表に示すように、直
管部肉厚Ｔ０／Ｄ０が表３では２〜４未満％及び表４で
はｌＯ超〜２０％であり、曲管部曲げ半径Ｒ／ＤＯが１
〜５、偏平率Ｕが０〜１０％及び曲管部外周（９０度）
肉厚Ｔ１として（Ｔ　Ｏ／Ｔ　１）／Ｔ　Ｏが０〜０．
２の範囲にある。

本発明では各Ｔ０／Ｄ０の値に対して、偏平率Ｕと肉厚
Ｔ１の値を設定した理由は以下の通りである。

１　０．０４≦Ｔ１）／Ｔ０｝＊（Ｒ／Ｄ０）≦０．ｌ
Ｏの場合の試験の結果を表２及び第１図（ａ）に示す、
偏平率Ｕが３％超の場合及び偏平率が３％以下の場合で
も曲管部外周（９０度）部肉厚ＴＩが相対的に薄くなる
場合は曲管部から降伏がはじまることが認められた。ま
た偏平率３％以下の条件で直管部が降伏する曲管部外周
（９０度）部肉厚Ｔ１の限界曲線の近似式を第１図（ａ
）から求めると（１０）式であった。

即ち高周波曲げ管に内圧が加わった場合、曲管部の外周
部（９０度）肉厚Ｔ１及び曲管部の外径偏平率Ｕがそれ
ぞれ（１）及び（２）式で規定される範囲にあることを
特徴とする高周波曲げ管であれば、曲管部の降伏開始内
圧が直管部の降伏開始内圧よりも高く安全であることが
示され、今回発明した曲管部に小偏平断面形状を有する
高周波曲げ管の内圧強度特性が直管部よりも優れている
ことが明らかになった。

Ｏ≦｛（Ｔ０−ＴＩ）／Ｔｏ）！（Ｒ／Ｄ０）≦０．２
０・・・（１） ０≦Ｕ≦０６０３　　　　　　　　　　　・−（２）２
　０．０２≦Ｔ０／Ｄ０＜０．０４の場合の試験の結果
を表３′ＥＬび第１図（ｂ）に示す。偏平率Ｕが５％超
の場合及び偏平率が５％以下の場合でも曲管部外周（９
０度）部肉厚Ｔ１が相対的に薄くなる場合は曲管部から
降伏がはじまることが詔められな。また偏平率５％以下
の条件で直管部が降伏する曲管部外周（９０度）部肉厚
Ｔ１の限界線は前のケースと同様（１０）式であった（
第１図（ｂ））。

即ち高周波曲げ管に内圧が加わった場合、曲管部の外周
部（９０度）肉厚Ｔ１及び曲管部の外径偏平率Ｕがそれ
ぞれ（１）及び（６）式で規定される範囲にあることを
特徴とする高周波曲げ管であれば、曲管部の降伏開始内
圧が直管部の降伏開始内圧よりも高く安全であることが
示され、今回発明した曲管部に小偏平断面形状を有する
高周波曲げ管の内圧強度特性が直管部よりも優れている
ことが明らかになった。

０≦Ｕ≦０．０５　　　　　　　　　　　　　　・・・
（６）３　０．１０＜　Ｔ　Ｏ／Ｄ　Ｏ≦０．２０の場
合の試験の結果を表４及び第１図（ｃ）　に示す。偏平
率Ｕが１．５％超の場合及び偏平率が１．５％以下の場
合でも曲管部外周（９０度）部肉厚Ｔ１が相対的に薄く
なる場合は曲管部から降伏がはじまることが認められた
。また偏平率１．５％以下の条件で直管部が降伏する曲
管部外周（９０度）肉厚Ｔ１の限界線は前のケースと同
様（１０）式であった　（第１図（Ｃ））。

即ち高周波曲げ管に内圧が加わった場合、曲管部の外周
部（９０度）肉厚Ｔ１及び曲管部の外径偏平率Ｕがそれ
ぞれ（１）及び（８）式で規定される範囲にあることを
特徴とする高周波曲げ管であれば、曲管部の降伏開始内
圧が直管部の降伏開始内圧よりも高く安全であることが
示され、今回発明した曲管部に小偏平断面形状を有する
高周波曲げ管の内圧強度特性が直管部よりも優れている
ことが明らかになりた。

０≦（（Ｔ　Ｏ−７１）／、Ｔ　０）＊（Ｒ／　Ｄ　０
）≦０．２０・・・（１） ０≦Ｕ≦０．０１５　　　　　　　　　　　・・・（８
）尚曲管部の他の箇所における肉厚はその高周波曲げ管
製造法から曲げ半径Ｒと曲管部外周（９０度）部肉厚Ｔ
１に対応してほぼ一義的に決定されるが、例えば曲管部
内周（−９０度）部肉厚Ｔ２として　（Ｔ　２−Ｔ　０
）／Ｔ　Ｏが０．０７〜０．８０の範囲が通常である。

また曲管部の外径偏平率Ｕはその高周波曲げ管製造法か
ら不可避的に生じるものであり、その対策として従来か
ら各種方法が試みられているがこれを皆無にすることは
難しく、高周波曲げ加工後の外径矯正を特別に行わない
限り、偏平率Ｕは通常最大８％程度である。

「発明の効果］ 本発明の曲管部の断面偏平が小さい高周波曲げ管は、配
管系の直管部に比較して、内圧強度特性が優れているこ
とから、今後この高周波曲げ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
にともなって内圧が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大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例で曲管部の異なる偏平率Ｕ及び外
周（９０度）部肉厚Ｔ１を持った高周波曲げ管の内圧に
よる降伏状況を示すグラフで、第１図（ａ）は０，０４
≦Ｔ０／Ｄ０≦０．１０の場合、第１図（ｂ）　は０，
０２≦Ｔ　Ｏ／Ｄ　Ｏ＜　０．０４の場合、第１図（ｃ
）は０．１０＜　Ｔ　Ｏ／Ｄ　Ｏ≦０．２０の場合を示
す。第２図は高周波曲げ管を用いた配管概略図、第３図
は高周波曲げ管の曲管部Ｘ−Ｘ断面の偏平化状況を誇張
して示した概念図、第４図は従来の溶接式継ぎ手（通称
名：エルボ）を用いた配管概略図、第５図（ａ）は高周
波曲げ管に内圧１００気圧を付加した場合の曲管部の偏
平率Ｕ＝２％の場合に曲管部に発生する応力の実測値と
有限要素法による解析値を示すグラフ、第５図（ｂ）は
曲管部の偏平率が異なった場合に曲、管部に発生する応
力の実測値のグラフ、第６図は曲管部が偏平化している
高周波曲げ管に内圧が加ねりた場合の、偏平化を矯正す
る付加的応力の概念図である。 １・・・高周波曲げ管　　　　２・・・エルボ３・・・
直管　　　　　　　　４・・・溶接部Ｏ・・・外表面Ｋ
　　　　　　　Ｍ・・・肉厚中央部！・・・内表面部 第１図 （Ｑ） 第１図 曲げ半径（Ｒ／Ｄｏｔ 第２図　１ 第３図 第４図 第５図 ＣＧ） 第５図 （ｂ） 曲管部の周方向位置（度） 第６図 事件との関係　　出　願　人 住所（居Ｓゝ京京都千代田区大手町２丁ロ６番３号氏名
（名称）　（６６５）新１１木製鐵株式會社４、　代　
　理　　人　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（他２社）住　所　　東京都千代田区丸の内２
丁目６番２号丸の内へ重洲ビル３３０８、　　ｍ止の８
谷　　　別歌のと８”）補　　　　　正　　　　　書 本願明細書及び図面中下記事項を補正いたします。 記 １、特許請求の範囲を別紙の如く訂正する。 ２、第６頁９行目に ｒ　Ｏ，０２≦ＴＯ／Ｄｏ≦０．０４４とあるをｒ　Ｏ
，０２≦ＴＯ／Ｄｏ　＜０．０４Ｊと訂正する。 ３、第６頁１１行目に ｒ　Ｏ，１０≦Ｔ０／Ｄ０≦０．２０Ｊとあるをｒ　Ｏ
，１０＜　Ｔ　Ｏ／Ｄ　Ｏ≦０．２０Ｊと訂正する。 ４、第８頁ｒ表１」を次の如く訂正する。 ５、第９頁１５行目に 「記載した。これにの結果」とあるを 「記載した。これらの結果」と訂正する。 ６、第１５頁６行目に ｒ　（ＴＯ／Ｔ１）／Ｔ０）Ｊとあるをｒ　（ＴＯ−Ｔ
１）／Ｔ０）Ｊと訂正する。 特許請求の範囲 １　直管部の外径Ｄ０、肉厚Ｔ０、曲管部の最大外径Ｄ
１、最小外径Ｄ２、曲げ半径Ｒ１曲管部の外周（９０度
）部肉厚Ｔ１で、直管部の肉厚／外径（Ｔ　Ｏ／Ｄ　０
）が（３）式及び曲げ半径Ｒが（４）式で定められる範
囲にあり、内圧が加わる高周波曲げ管において、曲管部
の外周（９０度）部肉厚ＴＩ及び（５）式で定められる
曲管部の外径偏平率Ｕがそれぞれ（１）式及び（２）式
で規定される範囲にあることを特徴とする高周波曲げ管 Ｏ≦Ｕ≦０．０３　　　　　　　　　　　・−（２）０
．０４≦Ｔ０／Ｄ０≦０．ｌＯ・・・（３）１≦Ｒ／Ｄ
ｏ≦５　　　　　　　　　・・・（４）Ｕ　＝　２　＊
（Ｄ　１−Ｄ　２）／（Ｄ　Ｉ÷Ｄ２）　　　　・・・
（５）。 ２　直管部の外径Ｄ０、肉厚Ｔ０、曲管部の最大外径Ｄ
１、最小外径Ｄ２、曲げ半径Ｒ１曲管部の外周（９０度
）部肉厚Ｔ１で、直管部の肉厚／外径（Ｔ　Ｏ／Ｄ　０
）が（７）式及び曲げ半径Ｒが（４）式で定められる範
囲にあり、内圧が加わる高周波曲げ管において、曲管部
の外周（９０度）部肉厚Ｔ１及び（５）式で定められる
曲管部の外径偏平率Ｕがそれぞれ（１）式及び（６）式
で規定される範囲にあることを特徴とする高周波曲げ管
。 Ｏ≦Ｕ≦０．０５　　　　　　　　　　　・・・（６）
０．０２≦Ｔ０／Ｄ０＜０．０４　　　　　　　・・・
（７）１≦Ｒ／ＤＯ≦５　　　　　　　　・・・（４）
Ｕ　＝　２　＊（Ｄ　１−Ｄ　２）／（Ｄ　１＋Ｄ　２
）　　　　・・・（５）。 ３　直管部の外径Ｄ０、肉厚Ｔ０、曲管部の最大外径Ｄ
Ｉ、最小外径Ｄ２、曲げ半径Ｒ１曲管部の外周（９０度
）部肉厚Ｔ１で、直管部の肉厚／外径　（Ｔ　Ｏ／Ｄ　
０）が（９）式及び曲げ半径Ｒが（４）式で定められる
範囲にあり、内圧が加わる高周波曲げ書において、曲管
部の外周（９０度）部肉厚Ｔ１及び（５）式で定められ
る曲管部の外径偏平率Ｕがそれぞれ（１）式及び（８）
式で規定される範囲にあることを特徴とする高周波曲げ
管 ０≦Ｕ≦０．０１５　　　　　　　　　　　・・・（８
）０．１０＜　Ｔ　Ｏ／Ｄ　Ｏ≦０．２０　　　　　　
　　・・・（９）１≦Ｒ／ＤＯ≦５　　　　　　　　　
・・−（４）Ｕ＝２申（Ｄ　１−Ｄ　２）／（Ｄ　１÷
０２）　　　　　　・・・（５）。 第１図 （Ｑ） 曲げ半ｌそ（Ｒ／Ｄｏｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　直管部の外径Ｄ０、肉厚Ｔ０、曲管部の最大外径Ｄ
   １、最小外径Ｄ２、曲げ半径Ｒ、曲管部の外周（９０度
   ）部肉厚Ｔ１で、直管部の肉厚／外径（Ｔ０／Ｄ０）が
   （３）式及び曲げ半径Ｒが（４）式で定められる範囲に
   あり、内圧が加わる高周波曲げ管において、曲管部の外
   周（９０度）部肉厚Ｔ１及び（５）式で定められる曲管
   部の外径偏平率Ｕがそれぞれ（１）式及び（２）式で規
   定される範囲にあることを特徴とする高周波曲げ管 ０≦｛（Ｔ０−Ｔ１）／Ｔ０｝＊（Ｒ／Ｄ０）≦０．２
   ０・・・（１）０≦Ｕ≦０．０３・・・（２） ０．０４≦Ｔ０／Ｄ０≦０．１０・・・（３）１≦Ｒ／
   Ｄ０≦５・・・（４） Ｕ＝２＊（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１＋Ｄ２）・・・（５）
   。 ２　直管部の外径Ｄ０、肉厚Ｔ０、曲管部の最大外径Ｄ
   １、最小外径Ｄ２、曲げ半径Ｒ、曲管部の外周（９０度
   ）部肉厚Ｔ１で、直管部の肉厚／外径（Ｔ０／Ｄ０）が
   （７）式及び曲げ半径Ｒが（４）式で定められる範囲に
   あり、内圧が加わる高周波曲げ管において、曲管部の外
   周（９０度）部肉厚Ｔ１及び（５）式で定められる曲管
   部の外径偏平率Ｕがそれぞれ（１）式及び（６）式で規
   定される範囲にあることを特徴とする高周波曲げ管 ０≦｛（Ｔ０−Ｔ１）／Ｔ０）＊（Ｒ／Ｄ０）≦０．２
   ０・・・（１）０≦Ｕ≦０．０５・・・（６） ０．０２≦Ｔ０／Ｄ０≦０．０４・・・（７）１≦Ｒ／
   Ｄ０≦５・・・（４） Ｕ＝２＊（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１＋Ｄ２）・・・（５）
   。 ３　直管部の外径Ｄ０、肉厚Ｔ０、曲管部の最大外径Ｄ
   １、最小外径Ｄ２、曲げ半径Ｒ、曲管部の外周（９０度
   ）部肉厚Ｔ１で、直管部の肉厚／外径（Ｔ０／Ｄ０）が
   （９）式及び曲げ半径Ｒが（４）式で定められる範囲に
   あり、内圧が加わる高周波曲げ管において、曲管部の外
   周（９０度）部肉厚Ｔ１及び（５）式で定められる曲管
   部の外径偏平率Ｕがそれぞれ（１）式及び（８）式で規
   定される範囲にあることを特徴とする高周波曲げ管 ０≦｛（Ｔ０−Ｔ１）／Ｔ０｝＊（Ｒ／Ｄ０）≦０．２
   ０・・・（１）０≦Ｕ≦０．０１５・・・（８） ０．１０≦Ｔ０／Ｄ０≦０．２０・・・（９）１≦Ｒ／
   Ｄ０≦５・・・（４） Ｕ＝２＊（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１＋Ｄ２）・・・（５）
   。