KR20180102156A - 수지 배관의 권취 구조체, 권취 구조체의 제조 방법, 수지 배관의 부설 방법, 및 수지 배관 - Google Patents

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Abstract

영구 변형을 억제시키면서, 권취된 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능한 수지 배관의 권취 구조체, 권취 구조체의 제조 방법, 수지 배관의 부설 방법, 및 수지 배관을 제공한다. 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있고, 외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며, 두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하인, 수지 배관의 권취 구조체이며, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.62×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)의 관계를 만족시키고 있다.

Description

수지 배관의 권취 구조체, 권취 구조체의 제조 방법, 수지 배관의 부설 방법, 및 수지 배관
본 발명은 수지 배관의 권취 구조체에 관한 것이다.
종래부터, 내부에 액체를 흐르게 하기 위한, 수지로 구성된 배관이 사용되고 있다.
예를 들어 특허문헌 1(일본 특허 공개 소63-274529호 공보)에 기재된 예에서는, 내부에 화학 약품을 흐르게 하기 위한 불소 수지 배관의 접속 방법이 제안되어 있다. 또한 특허문헌 2(일본 특허 공개 제2009-154505호 공보)에는, 내약액성이 우수한 불소 수지를 내층에 사용한 다층 배관이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 소63-274529호 공보 일본 특허 공개 제2009-154505호 공보
이와 같은 수지 배관은, 종래에는, 외경이 50㎜ 이상인 수지 배관으로서는 길이가 고작 3m 정도밖에 되지 않으며, 이 3m 길이의 직관을 트럭에 복수 개 적재하여 부설 현지까지 수송하고 있다. 그리고 현지에서는, 각 3m 길이의 배관끼리를 용접에 의하여 접속하거나 플랜지 조인트 등의 조인트를 사용하여 접속함으로써 원하는 길이의 배관을 짜맞추고 있다.
그런데 수지 배관 내에 흐르게 하는 유체의 누설을 억제하기 위해서는, 수지 배관끼리의 접속 개소가 적은 것이 바람직하다. 즉, 1개의 수지 배관으로(접속 개소 없이) 액체를 가능한 한 장거리 수송시키는 것이 바람직하다.
그러나 수지 배관을 트럭 등에 적재시켜 부설 현지까지 수송하는 경우에는, 1개당의 직관의 수지 배관의 길이는, 트럭 등의 적재 가능 공간의 크기 제약을 받게 된다.
그래서, 예를 들어 수지 배관을 릴 등에 권취된 상태로 하거나 또는 릴 없이 수지 배관을 권취한 상태로 하여 트럭 등의 적재 공간에 적재시키는 것을 생각할 수 있다.
그런데 수지 배관의 외경이 50.0㎜ 이상의 대구경이고 수지 배관의 두께가 2.0㎜ 이상인 경우에는, 권취된 상태에서는 수지 배관에 영구 변형(말림)이 발생해 버려 부설 현지에 있어서 원래의 직관으로 되돌리는 것이 곤란해지는 일이 있다.
본 발명의 과제는 상술한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 영구 변형을 억제시키면서, 권취된 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능한 수지 배관의 권취 구조체, 권취 구조체의 제조 방법, 수지 배관의 부설 방법, 및 수지 배관을 제공하는 것에 있다.
제1 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체는, 수지 배관이, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있다. 이 수지 배관은, 외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이다. 또한 이 수지 배관은, 두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하이다. 이 수지 배관의 권취 구조체는, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 수지 배관의 외경에 대한 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.62×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을 만족시키고 있다.
또한 탄성률은 영률이라 칭하는 경우가 있다.
또한 수지 배관은, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.02 이상 0.042 이하인 재료로 구성되어 있어도 된다. 이 수지 배관의 외경은 50.8㎜ 이상 127.0㎜ 이하여도 된다. 이 수지 배관의 두께는 2.0㎜ 이상 10.0㎜ 이하여도 된다. 또한 수지 배관의 권취 구조체는, 3000.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜)의 관계를 또한 만족시키고 있는 것이어도 된다.
또한 수지 배관의 권취 구조체에 있어서는, 권취되어 있는 수지 배관에 있어서 좌굴(절곡) 등이 발생하고 있지 않은 것이 바람직하지만, 상당 소성 변형을 1.0% 이하로 억제할 수 있으면 되며, 좌굴을 발생시키지 않는 것은 필수 조건은 아니다.
이 수지 배관의 권취 구조체에서는, 상당 소성 변형을 1.0% 이하로 억제하면서, 권취된 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능해진다.
제2 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체는, 제1 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체이며, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 수지 배관의 외경에 대한 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.79×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을 만족시키고 있다.
또한 수지 배관의 권취 구조체는, 3000.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜)의 관계를 또한 만족시키고 있는 것이어도 된다.
또한 수지 배관의 권취 구조체에 있어서는, 권취되어 있는 수지 배관에 있어서 좌굴(절곡) 등이 발생하고 있지 않는 것이 바람직하지만, 상당 소성 변형을 0.5% 이하로 억제할 수 있으면 되며, 좌굴을 발생시키지 않는 것은 필수 조건은 아니다.
이 수지 배관의 권취 구조체에서는, 상당 소성 변형을 0.5% 이하로 억제하면서, 권취된 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능해진다.
제3 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체는, 제1 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체이며, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 수지 배관의 외경에 대한 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥1.025×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을 만족시키고 있다.
또한 수지 배관의 권취 구조체는, 3000.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜)의 관계를 또한 만족시키고 있는 것이어도 된다.
또한 수지 배관의 권취 구조체에 있어서는, 권취되어 있는 수지 배관에 있어서 좌굴(절곡) 등이 발생하고 있지 않는 것이 바람직하지만, 상당 소성 변형을 실질적으로 0.0% 이하로 억제할 수 있으면 되며, 좌굴을 발생시키지 않는 것은 필수 조건은 아니다.
이 수지 배관의 권취 구조체에서는, 상당 소성 변형을 실질적으로 0.0% 이하로 억제하면서, 권취된 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능해진다.
제4 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체는, 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나에 관한 수지 배관의 권취 구조체이며, 수지 배관은 불소 수지를 포함하여 구성되어 있다.
이 불소 수지로서는, 예를 들어 PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체), FEP(테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체), ETFE(테트라플루오로에틸렌·에틸렌 공중합체), PVDF(폴리불화비닐리덴), PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌), ECTFE(에틸렌·클로로트리플루오로에틸렌 공중합체)로 이루어지는 군에서 선택되는 ECTFE(에틸렌·클로로트리플루오로에틸렌 공중합체), THV(테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐리덴플루오라이드의 3종류의 단량체로 이루어지는 열가소성의 불소 수지)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
이 수지 배관의 권취 구조체에서는, 수지 배관이 불소 수지를 포함하여 구성되어 있기 때문에 내약품성이 우수하다.
제5 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체는, 제4 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체이며, 수지 배관은, 60질량% 이상이 PFA로 구성되어 있다.
제6 관점에 관한 권취 구조체의 제조 방법은, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있고, 외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며, 두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하인 수지 배관을 압출 성형하면서 권취함으로써 권취 구조체를 제조하는 방법이다. 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 수지 배관의 외경에 대한 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.62×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을 만족시키도록 수지 배관을 권취한다.
이 권취 구조체의 제조 방법에서는, 수지 배관을 압출 성형하면서 권취함으로써 권취 구조체를 제조한다. 여기서 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 수지 배관이 압출되는 출구로부터 권취가 행해지는 개소까지의 거리는 10m 이하로 할 수 있다.
이와 같이, 이 권취 구조체의 제조 방법에서는, 상당 소성 변형을 1.0% 이하로 억제하면서, 권취된 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능한 권취 구조체를 제조하는 것에 필요한 스페이스를, 압출과 권취를 동시에 행함으로써 협소화시킬 수 있다.
제7 관점에 관한 수지 배관의 부설 방법은, 제1 관점 내지 제5 관점 중 어느 하나의 권취 구조체 또는 제6 관점의 제조 방법에 의하여 얻어지는 권취 구조체를, 수지 배관을 부설하는 현지에 있어서 풀어낸다.
이 수지 배관의 부설 방법에서는, 권취 구조체를 부설지까지 운반하여 부설지에서 풀어낼 수 있기 때문에, 권취 구조체의 제조지와 수지 배관의 부설지가 떨어져서 존재하고 있는 경우에도 수지 배관을 부설하는 것이 가능해진다.
제8 관점에 관한 수지 배관의 부설 방법은, 제1 관점 내지 제5 관점 중 어느 하나의 권취 구조체 또는 제6 관점의 제조 방법에 의하여 얻어지는 권취 구조체를 복수 준비하고, 수지 배관을 부설하는 현지에 있어서 복수의 권취 구조체를 풀어내고, 권취 구조체를 풀어냄으로써 얻어지는 복수의 수지 배관을 서로 접속함으로써, 이음매의 간격이 6m 이상인 수지 배관을 부설한다.
이 수지 배관의 부설 방법에서는, 이음매의 간격을 길게 할 수 있기 때문에, 이음매의 수를 적게 억제하여 이음매에서의 누설을 억제시키는 것이 가능해진다.
제9 관점에 관한 수지 배관은, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있고, 외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며, 두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하이며, 긴 쪽 방향의 길이가 6m 이상이다.
이 수지 배관은 특정한 성질 및 형상을 갖고 있기 때문에, 감겨진 상태로 하여 차량에 적재시켜 운반한 경우에도 상당 소성 변형을 1.0% 이하로 억제하는 것이 가능해진다. 또한 복수의 수지 배관끼리를 접속하여 사용하는 경우에도 이음매의 간격을 충분히 길게 할 수 있기 때문에, 이음매의 수를 적게 억제하여 이음매에서의 누설을 억제시키는 것이 가능해진다.
제1 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체에서는, 상당 소성 변형을 1.0% 이하로 억제하면서, 감겨진 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능해진다.
제2 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체에서는, 상당 소성 변형을 0.5% 이하로 억제하면서, 감겨진 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능해진다.
제3 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체에서는, 상당 소성 변형을 실질적으로 0.0% 이하로 억제하면서, 감겨진 상태에서 차량에 적재시켜 운반하는 것이 가능해진다.
제4, 5 관점에 관한 수지 배관의 권취 구조체에서는, 내약품성이 우수하다.
제6 관점에 관한 권취 구조체의 제조 방법에서는, 제조에 필요한 스페이스를 협소화시킬 수 있다.
제7 관점에 관한 수지 배관의 부설 방법에서는, 권취 구조체의 제조지와 수지 배관의 부설지가 떨어져서 존재하고 있는 경우에도 수지 배관을 부설하는 것이 가능해진다.
제8 관점에 관한 수지 배관의 부설 방법에서는, 이음매의 수를 적게 억제하여 이음매에서의 누설을 억제시키는 것이 가능해진다.
제9 관점에 관한 수지 배관에서는, 복수의 수지 배관끼리를 접속하여 사용하는 경우에도 이음매의 수를 적게 억제하여 이음매에서의 누설을 억제시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 수지 배관의 권취 구조체에 대하여, 릴에 감겨진 상태의 예를 도시하는 개략 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 수지 배관의 권취 구조체에 대하여, 릴로부터 분리된 상태의 예를 도시하는 개략 외관 사시도이다.
도 3은 수지 배관이 권취되는 상태의 일례를 도시하는, 축 방향에서 본 개략도이다.
도 4는 수지 배관의 권취 구조체가 차량에 적재되어 있는 상태의 일례를 도시하는 개략 외관 사시도이다.
도 5는 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 50.8㎜, 두께가 2.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 50.8㎜, 두께가 2.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 63.5㎜, 두께가 3.1㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 63.5㎜, 두께가 3.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 76.2㎜, 두께가 3.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 76.2㎜, 두께가 3.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 88.9㎜, 두께가 4.1㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 88.9㎜, 두께가 4.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 101.6㎜, 두께가 4.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 101.6㎜, 두께가 4.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 114.3㎜, 두께가 5.1㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 114.3㎜, 두께가 5.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 127.0㎜, 두께가 5.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 항복 변형이 2.05%, 수지 배관의 외경이 127.0㎜, 두께가 5.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19는 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 50.8㎜, 두께가 2.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 50.8㎜, 두께가 2.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21은 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 63.5㎜, 두께가 3.1㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 63.5㎜, 두께가 3.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23은 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 76.2㎜, 두께가 3.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 24는 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 76.2㎜, 두께가 3.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25는 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 88.9㎜, 두께가 4.1㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 26은 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 88.9㎜, 두께가 4.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 27은 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 101.6㎜, 두께가 4.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 28은 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 101.6㎜, 두께가 4.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 29는 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 114.3㎜, 두께가 5.1㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 30은 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 114.3㎜, 두께가 5.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 31은 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 127.0㎜, 두께가 5.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 32는 항복 변형이 3.08%, 수지 배관의 외경이 127.0㎜, 두께가 5.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 33은 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 50.8㎜, 두께가 2.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 34는 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 50.8㎜, 두께가 2.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 35는 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 63.5㎜, 두께가 3.1㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 36은 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 63.5㎜, 두께가 3.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 37은 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 76.2㎜, 두께가 3.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 38은 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 76.2㎜, 두께가 3.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 39는 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 88.9㎜, 두께가 4.1㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 40은 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 88.9㎜, 두께가 4.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 41은 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 101.6㎜, 두께가 4.6㎜인 경우의 릴 직경과 상당 소성 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 42는 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 101.6㎜, 두께가 4.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 43은 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 114.3㎜, 두께가 5.1㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 44는 항복 변형이 4.10%, 수지 배관의 외경이 127.0㎜, 두께가 5.6㎜인 경우의 릴 직경과 권취 모멘트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 45는 항복 변형마다의, 「수지 배관의 외경/수지 배관의 두께」에 대한, 좌굴이 발생하지 않는 최소 릴 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 46은 항복 변형이 2.05%인 경우에 있어서의, 상당 소성 변형(%)별 수지 배관의 외경과 릴 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 47은 항복 변형이 3.08%인 경우에 있어서의, 상당 소성 변형(%)별 수지 배관의 외경과 릴 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 48은 항복 변형이 4.10%인 경우에 있어서의, 상당 소성 변형(%)별 수지 배관의 외경과 릴 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 일 실시 형태를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
(1) 수지 배관의 권취 구조체의 전체 구성
수지 배관의 권취 구조체는, 수지 배관이, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있다. 이 수지 배관은, 외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이다. 또한 이 수지 배관은, 두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하이다. 이 수지 배관의 권취 구조체는, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 수지 배관의 외경에 대한 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.62×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을 만족시키고 있다. 이 수지 배관의 권취 구조체에 의하면, 상당 소성 변형을 1.0% 이하로 억제하면서, 권취된 상태에서 트럭 등에 적재하여 수송하는 것이 가능해진다.
수지 배관의 권취 구조체는, 수지 배관이 코일상으로 권취된 것이며, 내측에 릴을 갖고 있어도, 갖고 있지 않아도 된다. 또한 권취 구조체가 릴을 갖고 있는 경우에는, 그 릴이, 축 방향의 양단에 있어서 직경 방향으로 확장된 플랜지를 갖고 있어도 되고, 이와 같은 플랜지를 갖고 있지 않아도 된다. 또한 수지 배관의 권취 구조체는, 직경 방향으로 1중으로 되도록 권취되어 있어도 되고, 직경 방향으로 2중 이상으로 중첩되도록 하여 권취되어 있어도 된다.
또한 수지 배관의 권취 구조체는, 상당 소성 변형을 0.5% 이하로 억제할 수 있는 관점에서, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.79×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을 만족시키고 있는 것이 바람직하다.
또한 수지 배관의 권취 구조체는, 상당 소성 변형을 실질적으로 0.0% 이하로 억제할 수 있는 관점에서, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥1.025×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을 만족시키고 있는 것이 더 바람직하다.
수지 배관의 권취 구조체는, 적재에 필요한 스페이스를 더 작게 할 수 있는 점에서, 3000.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜)의 관계를 또한 만족시키고 있는 것임이 바람직하다.
(2) 수지 배관의 재료
권취 구조체를 구성하는 수지 배관의 재료(수지 재료)는, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있다.
수지 재료의 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비는 0.010 이상 0.050 이하(즉, 항복 변형이 1.0% 이상 5.0% 이하)이며, 바람직하게는 0.017 이상 0.042 이하(즉, 항복 변형이 1.7% 이상 4.2% 이하)이고, 더 바람직하게는 0.02 이상 0.042 이하(즉, 항복 변형이 2.0% 이상 4.2% 이하)이다.
여기서, 수지 재료의 탄성률(영률)은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 300㎫ 이상 800㎫ 이하가 바람직하고, 350㎫ 이상 650㎫ 이하가 더 바람직하고, 390㎫가 더욱 바람직하다. 여기서의 탄성률(영률)은, ASTM D638-99에 준하여 인장 시험하여 얻어지는 값으로 하며, 구체적으로는, PFA에 대해서는, 350℃로 설정된 열 프레스로 압축 성형된, 2㎜ 두께의 압축 시트로부터 ASTM D638-99에 기재된 덤벨 타입 V로 시험편을 펀칭하고, ASTM D638-99에 준하여 인장 시험을 행하고, A 2.4에 기재된 방법으로 「영률」을 측정하여 얻어지는 값이다. 또한 다른 수지의 측정에 있어서는, 당해 수지에 적합한 온도(당업자에게 명확한 온도)에서 열 프레스되고 측정되며, 일반적으로 열 프레스되는 대표적인 온도는, 용융시키는 시간에 따라 10 내지 20℃ 정도의 차는 있지만, PFA나 FEP에서는 350℃, PCTFE는 265℃, ETFE나 ECTFE는 300℃, PVDF는 200℃의 온도가 용융 온도로서 적당하다. 가열 시간은 금형 사이즈에 따라 상이하지만, 직경 120㎜이고 두께 2㎜ 사이즈인 원반이면 30 내지 40분이 적당하다.
또한 수지 재료의 항복 응력은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 7.0㎫ 이상 17.0㎫ 이하가 바람직하고, 8.0㎫ 이상 16.0㎫ 이하가 더 바람직하다. 여기서의 항복 응력은, ASTM D638-99에 준하여 인장 시험하여 얻어지는 값(A 2.6에 기재된 방법으로 얻어지는 값)이다.
또한 수지 재료의 푸아송비는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.39 이상 0.49 이하인 것이 바람직하다. 여기서의 푸아송비는, JIS K7181에 준하여, 측정 온도 23℃에서 종횡 변형 게이지가 부착된 인스트론 1125형 장치를 사용하여, 로드 셀 10ton, 풀스케일 200㎏, 크로스헤드 속도 2㎜/min에서 압축 성형 시험편의 푸아송비를 측정하여 얻어지는 값으로 한다.
수지 재료는 수지이며, 열가소성 수지인 것이 바람직하고, 압출 성형에 의하여 수지 배관을 제조 가능한 것임이 바람직하며, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하이면 특별히 한정되지 않는다. 항복 응력/탄성률의 비를 0.010 이상 0.050 이하로 하는 것이 가능한 수지로서, 예를 들어 불소 수지, PPS(폴리페닐렌술피드), PEEK(폴리에테르에테르케톤), 폴리아세탈, 우레탄, 경질 염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리카르보네이트, 나일론, 폴리에틸렌, 엔지니어링 플라스틱류, 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이들 수지에는, 예를 들어 안료가 또한 첨가되어 있어도 된다.
또한 그 중에서도, 강산이나 유기 용제 등과 같은 약품에 대한 내약품성이 우수하고, 내부에 약품을 흐르게 하는 용도로 이용하기 쉽다는 관점에서, 불소 수지가 바람직하다. 이와 같은 불소 수지로서는, PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체), FEP(테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체), ETFE(테트라플루오로에틸렌·에틸렌 공중합체), PVDF(폴리불화비닐리덴), PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌), ECTFE(에틸렌·클로로트리플루오로에틸렌 공중합체), THV(테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐리덴플루오라이드의 3종류의 단량체로 이루어지는 열가소성의 불소 수지)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 예를 들어 PFA와 PTFE의 혼합물의 경우에는, PTFE의 혼합비가 50wt% 이하인 것이 바람직하다. 또한 예를 들어 FEP와 PTFE의 혼합물의 경우에는, PTFE의 혼합비는 50wt% 이하인 것이 바람직하다. 또한 불소 수지로서는, 가스 배리어성이 우수한 것을 사용하는 것이 더 바람직하다. 불소 수지 중에서도 PFA를 함유하는 것이 바람직하며, PFA의 함유율이 60질량% 이상인 것이 바람직하고, 90질량% 이상인 것이 더 바람직하다. 또한 PPS로서는, 예를 들어 영률이 3300㎫, 푸아송비가 0.40, 항복 응력이 97㎫인 것이 있다.
이와 같은 수지 재료는, 상술한 수지 재료의 조건을 만족시키는 것을 적절히 상업적으로 입수해도 되고, 원료를 사용하여 제조함으로써 얻도록 해도 된다.
상업적으로 입수 가능한 수지로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 이하의 것을 들 수 있다.
PFA: 다이킨 고교사 제조의 네오플론 PFA AP-230(MFR(용융 유속)=2g/10min, 성형 방법은 압출 성형, 영률(=탄성률, 이하 마찬가지)이 390㎫, 푸아송비가 0.45, 항복 응력이 8.0㎫)
PFA: 다이킨 고교사 제조의 네오플론 PFA AP-210(MFR=12g/10min, 성형 방법이 압출 성형, 영률이 390㎫, 푸아송비가 0.47, 항복 응력이 8.9㎫)
FEP: 다이킨 고교사 제조의 네오플론 FEP NP-30(성형 방법이 압출 성형, 영률이 340㎫, 푸아송비가 0.48, 항복 응력이 12㎫)
PVDF: 다이킨 고교사 제조의 네오플론 PVDF VP-835(성형 방법이 압출 성형, 영률이 1000㎫, 푸아송비가 0.34, 항복 응력이 50㎫)
PCTFE: 다이킨 고교사 제조의 네오플론 PCTFE M-300PL(성형 방법이 압출 성형, 영률이 1400㎫, 푸아송비가 0.42, 항복 응력이 41㎫)
ETFE: 다이킨 고교사 제조의 네오플론 FTFE EP-541(성형 방법이 압출 성형, 영률이 770㎫, 푸아송비가 0.42, 항복 응력이 25㎫)
ECTFE: Solvay Solexis사 제조의 상품명 Halar(영률이 1600㎫, 푸아송비가 0.42, 항복 응력이 28㎫)
(3) 수지 배관의 형상 및 치수
권취 구조체를 구성하는 수지 배관의 외경은 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며, 바람직하게는 50.8㎜ 이상 127.0㎜ 이하이다.
또한 권취 구조체를 구성하는 수지 배관의 두께는 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하이며, 바람직하게는 2.0㎜ 이상 10.0㎜ 이하이다. 또한 수지 배관의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 수지 배관의 외경의 30% 이하로 할 수 있으며, 더 바람직하게는 수지 배관의 외경의 15% 이하로 할 수 있고, 더욱 바람직하게는 수지 배관의 외경의 8% 이하로 할 수 있다. 이것에 의하여, 권취에 필요한 모멘트가 지나치게 커지는 것을 피하는 것이 가능해진다. 또한 수지 배관의 두께는 특별히 한정되지 않지만 수지 배관의 외경 1.5% 이상으로 할 수 있고, 더 바람직하게는 수지 배관의 외경 2.0% 이상으로 할 수 있고, 더욱 바람직하게는 수지 배관의 외경 3.0% 이상으로 할 수 있다. 수지 배관의 두께의 하한으로서는, 예를 들어 수송되는 유체의 펌프의 최대 압력에 대하여, 안전율로서의 3배를 곱하여 얻어지는 압력보다도 높은 파괴 압력을 보증할 수 있는 두께로 할 수 있으며, 특별히 한정되지 않지만 수송되는 유체의 펌프의 최대 압력은 0.7㎫로 할 수 있다.
권취되는 대상인 수지 배관(권취되기 전의 수지 배관)의 축 방향(긴 쪽 방향)의 길이는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 4m 이상 200m 이하로 할 수 있으며, 10m 이상 150m 이하인 것이 바람직하고, 20m 이상 100m 이하인 것이 더욱 바람직하다.
(4) 수지 배관의 용도
수지 배관의 용도로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 도장용 도료 배관 튜브, 식품 반송 시트, 음료 및 액체상 식품 수송 튜브, 액정 제조 장치용, 또는 반도체 제조 장치용의 약액 수송용 튜브 등을 들 수 있고, 그 중에서도 도장용 도료 배관 튜브, 음료 및 액체상 식품 수송 튜브, 약액 수송용 튜브, 제약 공장, 제철 공장의 산세 라인, 금속 플랜트의 슬러리 수송 배관, 화력 발전소의 슬러리 수송 배관인 것이 바람직하다. 또한 온천수나 열수 등의 고온 배관이나, 해양수 등의 미생물의 부착이 우려되는 배관 등에 사용되어도 된다. 해양수를 수송하는 용도로 사용되는 경우에 있어서, 수지 배관의 재료로서 불소 수지를 사용하는 경우에는 굴 등 등의 해양 생물의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 또한 가압된 유체의 수송에 사용되어도 된다.
(5) 수지 배관의 권취 및 권취 구조체의 제조 방법
수지 배관의 권취 구조체의 제작 작업은 특별히 한정되지 않지만, 압출 성형에 의하여 얻어진 원통 형상의 수지 배관을 축 방향으로 송출하면서 릴 등에 의하여 권취하도록 해도 된다. 여기서, 릴 등에 의하여 수지 배관이 권취될 때는, 수지 배관의 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 수지 배관의 외경에 대한 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가, 3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한, 권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.62×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을 만족시키도록 권취가 행해진다.
예를 들어 도 1의 개략 외관 사시도에 도시한 바와 같이, 수지 배관의 권취 구조체(1)는, 릴(20)의 외주에 수지 배관(10)이 감겨져 구성되어 있어도 된다. 또한 도 2의 개략 외관 사시도에 도시한 바와 같이, 수지 배관의 권취 구조체(1)는, 도 1에 도시한 바와 같은 릴(20)과 일체화된 상태가 아니라 수지 배관(10)이 권취되어 구성되어 있어도 된다. 트럭 등의 차량에 적재되는 경우에는, 수지 배관의 권취 구조체(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이 릴(20)과 일체화시킨 채로 적재시켜도 되고, 도 2에 도시한 바와 같이 릴(20)과는 분리된 상태에서 적재되어도 된다.
또한 수지 배관의 권취 시에는, 도 3의 축 방향에서 본 개략도에 도시한 바와 같이, 수지 배관(10)은 릴(20)과 권취 지그(30) 사이에 끼워진 상태에서 권취 작업이 행해져도 된다. 여기서, 권취 지그(30)는, 수지 배관(10)을 릴(20)측으로 압박하는 역할을 할 수 있다. 또한 특별히 한정되지 않지만 수지 배관(10)의 권취 작업은, 권취 지그(30)를 릴(20)의 축심에 대하여 공전시킴으로써 행해져도 되고, 릴(20)과 권취 지그(30)의 위치는 이동시키지 않고 각각의 축심에 대하여 자전시킴으로써 행해져도 된다. 여기서, 권취 지그(30) 중 수지 배관(10)과 접촉하여 수지 배관(10)을 압박하는 부분은, 수지 배관(10)에 국소적인 만곡 개소를 발생시키지 않고 상당 소성 변형을 작게 억제하기 위하여, 곡률이 릴(20)의 외주의 곡률과 동등 이하인 것이 바람직하다(권취 지그(30)가 원통 형상인 경우에는 권취 지그(30)의 곡률 반경이 릴(20)의 곡률 반경과 동등 이상인 것이 바람직하다).
또한 수지 배관의 권취 구조체로서는, 수지 배관이 직경 방향에 있어서 1중으로 권취된 것에 한정되지 않으며, 권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜)이 3500.0㎜ 이하이면, 직경 방향으로 2중으로 권취된 것이거나 직경 방향으로 3중 이상으로 권취된 것이어도 된다.
또한 특별히 한정되지 않지만 수지 배관을 압출 성형하면서 권취해 가는 경우에는, 압출 성형되는 수지 배관의 압출기의 출구와 릴의 축심의 거리는 10m 이하로 할 수 있으며, 8m 이하로 하는 것이 바람직하고, 6m 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 이와 같이 거리를 짧게 함으로써, 압출 성형과 권취를 행하기 위하여 필요한 스페이스를 협소화시키는 것이 가능해진다.
또한 압출되는 수지 배관의 길이는, 용도에 따른 길이로 할 수 있기 때문에 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 6m 이상으로 하는 것이 바람직하고, 10m 이상으로 하는 것이 더 바람직하고, 20m 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 수지 배관의 길이의 상한은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 외경 50㎜이고 두께 2㎜인 수지 배관을 릴 직경 2500㎜의 릴에 최대 권취 직경 3500㎜까지 감은 경우, 릴의 축 방향의 길이가 500㎜인 경우에는 수지 배관의 전체 길이는 440m로 되고, 릴을 포함한 총중량은 PFA의 경우에는(비중 2.14로 하면) 약 300㎏으로 된다. 또한 외경 130㎜이고 두께 15㎜인 수지 배관을 릴 직경 3000㎜의 릴에 최대 권취 직경 3500㎜까지 감은 경우, 릴의 축 방향의 길이가 500㎜인 경우에는 수지 배관의 전체 길이는 79m로 되고, 릴을 포함한 총중량은 PFA의 경우에는(비중 2.14로 하면) 약 950㎏으로 된다. 따라서 수지 배관의 길이는, 외경 50㎜의 수지 배관에서는 500m로 하는 것도 이론적으로는 가능하지만, 수지 배관의 외경과 총중량을 고려한 경우에는 수지 배관의 길이의 상한을 500m로 하는 것이 바람직하고, 상한을 200m로 하는 것이 취급성으로부터 더욱 바람직하다. 취급이 용이한 사이즈와 중량을 고려한 권취 구조체를 구성하여, 트럭에 적재하여 반송하고, 부설하는 현지에서 용도에 따른 길이로 절단하여 사용할 수 있다.
(6) 수지 배관의 권취 구조체의 운반
수지 배관의 권취 구조체의 운반은, 도 4에 도시한 바와 같이 차량(50)의 적재 개소에 수지 배관의 권취 구조체(1)를 적층시킨 상태에서 행해진다.
수지 배관의 권취 구조체(1)의 적재 시의 자세는 특별히 한정되지 않으며, 수지 배관의 권취 구조체(1)의 축 방향이 차량의 진행 방향을 향한 자세여도 되고, 수지 배관의 권취 구조체(1)의 축 방향이 차량의 상하 방향을 향한 자세여도 되며, 수지 배관의 권취 구조체(1)의 축 방향이 차량의 진행 방향 및 상하 방향에 수직인 방향을 향한 자세여도 된다.
또한 차량(50)에 적재 가능한 경우에는, 수지 배관의 권취 구조체의 적재 개수는 특별히 한정되지 않으며, 2개 이상을 적재시켜도 된다.
(7) 현지에서의 부설
현지까지 운반된 수지 배관의 권취 구조체는 현지에 있어서 풀어져, 목적에 따른 자세로 부설된다.
수지 배관의 길이가 충분하면, 접속 개소 없이도 부설할 수 있다.
또한 현지에서의 수지 배관끼리의 접속이 필요한 경우에는, 복수의 수지 배관을 준비하여 서로 단부끼리를 용접(예를 들어 맞댐 용착)하거나, 플랜지를 사용하여 접속하거나, 조인트를 사용하여 접속할 수 있다. 또한 수지 배관의 재질로서 불소 수지가 사용되고 있는 경우에는, 불소 수지의 특성인 크리프 현상에 의하여 응력 완화가 발생하는 점에서, 누설을 억제시키는 관점에서, 기계식의 비틀어 넣기를 수반하는 접속을 행하는 것보다도 용접에 의하여 접속을 행하는 편이 바람직하다.
또한 현지에 부설된 수지 배관은 용도에 따라 내부를 세정하여 사용하는데, 수지 배관끼리의 접속 개소가 존재하는 경우에는 접속 개소로부터 오염이 발생할 수 있기 때문에 특히 충분히 세정을 행하는 것이 바람직하다.
복수의 수지 배관끼리를 부설하는 현지에 있어서 접속하는 경우에는, 예를 들어 접속 개소(이음매)의 간격이 6m 이상인 것이 바람직하고, 10m 이상인 것이 더 바람직하고, 20m 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 이음매의 간격을 길게 함으로써, 내부를 흐르는 유체가 누출될 수 있는 개소를 적게 억제할 수 있다. 또한 수지 배관끼리를 접속할 때 접속 개소에 발생하는 오염의 양을 저감시키는 것이 가능해지기 때문에, 세정 비용을 억제시키는 것도 가능해진다.
또한 이와 같은 수지 배관의 부설은, 새로이 현지에 부설하는 경우에 한정되지 않으며, 이미 부설되어 있는 배관을 교체에 의하여 갱신하는 경우도 포함된다. 예를 들어 갱신되는 수지 배관보다도 내경이 작은 것이 사용되고 있은 경우에는, 갱신에 의하여 대구경화시킴으로써 더 대량의 유체를 수송하는 것이 가능해진다. 갱신으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 금속 배관이나 폴리염화비닐 배관 등으로부터 불소 수지를 포함하는 수지 배관에의 갱신을 들 수 있다.
(8) 시뮬레이션
수지 배관의 권취 구조체는, 그 외주의 최대 폭(외주의 최대 직경)이 작아지도록 권취함으로써 직경 방향의 크기를 작게 할 수 있어, 트럭 등의 차량에 적재하기 쉬워진다.
그런데 수지 배관의 권취 구조체의 외주의 최대 폭을 작게 하고자 하면, 수지 배관의 곡률이 커지기 때문에 수지 배관에 변형이 발생해 버린다. 그리고 권취된 상태인 수지 배관의 권취 구조체를 현지에 운송하고 현지에서 권취를 풀었다고 하더라도, 수지 배관에 영구 변형(영구 변형, 상당 소성 변형)이 크게 남아 버려 말림을 바로잡기 어려운 등의 문제가 발생해 버린다.
그래서 발명자들은, 수지 배관의 권취 구조체의 권취 직경을 가능한 한 작게 해 간 경우에 있어서 수지 배관에 영구 변형이 발생하기 어려운 조건(상당 소성 변형이 1% 이하로 억제되는 조건, 0.5% 이하로 억제되는 조건, 0.0% 이하로 억제되는 조건)을, 이하에 설명하는 시뮬레이션을 행함으로써 확인하였다.
시뮬레이션에서는, 수지 배관의 재료의 성질인 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비(즉, 수지 재료의 항복 변형)와, 수지 배관의 외경과, 수지 배관의 두께((수지 배관의 외경-수지 배관의 내경)/2)를 각각 변화시킨 경우의, 수지 배관에 영구 변형이 발생하기 어려운(상당 소성 변형이 1% 이하로 억제되고, 바람직하게는 0.5% 이하로 억제되고, 더 바람직하게는 0.0% 이하로 억제되는) 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(수지 배관이 릴에 권취되는 경우에는 릴의 외경에 상당)을 구하기 위하여, 각 릴 직경마다의 상당 소성 변형을 산출하였다. 구체적으로는, 각각의 수지 재료의 항복 변형과 수지 배관의 외경과 수지 배관의 두께의 조건마다, 릴의 외경마다의 상당 소성 변형(%)의 값을 구하였다.
또한 상당 소성 변형은, 직접적으로 측정되는 물리량이 아니라 소성 일에 대하여 존재를 가정하여 계산되는 것이다. 상당 소성 변형은 소성 변형량(영구 변형)의 지표로서 사용되고 있다. 여기서, 소성 일 증분은, 상당 응력(예를 들어 Mises 응력)과 상당 소성 변형 증분을 곱함으로써 얻어진다고 가정된다. 소성 변형에서의 상당 소성 변형 증분을 적분하면 상당 소성 변형을 계산할 수 있다.
상당 응력
Figure pct00001
는 이하와 같다(미제스의 항복 조건식의 경우). 또한 첨자 x, y, z는 좌표계 방향을 나타내고 있다.
Figure pct00002
이하와 같이, 소성 변형에 필요한 소성 일 증분
Figure pct00003
는, 상당 응력
Figure pct00004
과 상당 소성 변형 증분
Figure pct00005
의 곱이다.
Figure pct00006
상당 소성 변형 증분
Figure pct00007
는 이하와 같다.
Figure pct00008
이상으로부터, 상당 소성 변형 증분
Figure pct00009
를 적분하여 얻어지는 이하의
Figure pct00010
가 상당 소성 변형이다.
Figure pct00011
시뮬레이션에서는, 이상의 사고에 따라 상당 소성 변형의 산출을 행하였다.
또한 수지 배관의 권취 작업은 원통 형상의 권취 지그를 사용하여 행해지는 것으로 하고, 권취 지그의 외경은 릴의 외경과 동일한 것을 사용하는 것으로 하였다.
또한 상기 시뮬레이션에서는, 상당 소성 변형뿐 아니라, 각각의 수지 재료의 항복 변형과 수지 배관의 외경과 수지 배관의 두께의 조건마다 권취에 요하는 모멘트의 산출도 행하였다. 권취 모멘트로서는, 릴의 중심축으로부터 권취 지그의 중심축까지의 거리 d와, 권취 지그를 릴에 대하여 공전시켜 수지 배관을 권취해 갈 때의 힘 F의 곱(dF)으로서 얻어지는 값을 이용하였다.
또한 수지 배관의 재료로서는, 불소 수지인 PFA를 모델로서 사용하였다. 모델로서 사용한 PFA의 물성은, 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비(항복 변형)가 0.0205(2.05%)인 것과 0.0308(3.08%)인 것과 0.0410(4.10%)인 것이 있었다. 또한 항복 변형이 0.0205(2.05%)인 것은, 탄성률이 390㎫, 푸아송비가 0.46, 항복 응력이 8.0㎫이라고 하였다. 항복 변형이 0.0308(3.08%)인 것은, 탄성률이 390㎫, 푸아송비가 0.46, 항복 응력이 12.0㎫이라고 하였다. 항복 변형이 0.0410(4.10%)인 것은, 탄성률이 390㎫, 푸아송비가 0.46, 항복 응력이 16.0㎫이라고 하였다.
또한 시뮬레이션에서는, 릴이나 권취 지그의 강성이 수지 배관의 강성과 비교하면 극히 높은 점에서, 릴이나 권취 지그는 강체로 간주하고 계산을 행하였다. 또한 시뮬레이션 정밀도를 높이기 위하여, 충분히 미세한 메쉬로 해석 모델을 제작하여, 해석 결과에 미치는 메쉬 사이즈의 영향이 없음을 확인하였다. 또한 수지 배관의 릴에의 권취 시에는, 릴의 축 방향의 변위는 구속시키고 계산을 행하였다. 또한 수지 배관과 릴의 접촉면의 마찰, 및 수지 배관과 권취 지그의 접촉면의 마찰에 대해서는, 고려하지 않는 것으로 하였다.
여기서, 시뮬레이션 결과를 나타내기 전에, 이하의 보조적인 시뮬레이션 결과(수지 배관의 재료를 항복 변형 2.05%의 것으로 하고 권취 릴 직경을 3000㎜로 한 경우에 대하여, 수지 배관의 외경이 50.8㎜, 63.5㎜, 76.2㎜, 88.9㎜인 각각의 경우에 대하여, 수지 배관의 두께를 변화시킨 경우의 시뮬레이션 결과)를 이하의 표 1 내지 표 4에 나타낸다.
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
이상의 보조적인 시뮬레이션 결과에 의하면, 표 1 내지 표 4의 상당 소성 변형(%)의 값이 나타낸 바와 같이, 놀랍게도 수지 튜브의 두께는 상당 소성 변형의 값에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것이 밝혀졌다. 즉, 어느 수지 배관에 있어서도, 수지 배관의 권취 구조체에 있어서 영구 변형이 발생하지 않도록 하기 위해서는(상당 소성 변형의 값을 작게 억제하기 위해서는), 수지 배관의 두께는 고려할 필요가 없는 것이 명확해졌다.
이상의 보조적인 시뮬레이션 결과에 기초하여, 시뮬레이션에서는, 각 수지 배관의 외경의 값에 대한 수지 배관의 두께의 값에 대하여 대표적인 하나의 두께를 정한 시뮬레이션을 행하였다.
각 시뮬레이션 결과를 도 5 내지 도 44에 나타낸다. 또한 대응하는 수치 데이터의 표를 표 5 내지 표 25에 나타낸다.
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
Figure pct00030
Figure pct00031
Figure pct00032
Figure pct00033
Figure pct00034
Figure pct00035
Figure pct00036
또한 표 5 내지 25에 있어서 사선으로 나타내는 개소는, 좌굴(권취 구조체의 직경 방향 내측에 위치하고 있는 수지 배관 부분의 휨)이 발생하는 시뮬레이션 결과였던 것을 나타내고 있다. 수지 배관의 권취 구조체는, 상당 소성 변형이 소정% 이하로 억제되어 있을 뿐 아니라 또한 좌굴도 발생하고 있지 않은 것이 더 바람직하다. 이 좌굴이 발생하지 않는 조건을, 상기 시뮬레이션 결과 중 좌굴이 발생하지 않는 최소의 릴 직경의 정보에 기초하여 이하의 표 26을 작성하여, 항복 변형마다, 「수지 배관의 외경/수지 배관의 두께」에 대한 좌굴이 발생하지 않는 릴 직경을 구하였다. 항복 변형마다의, 「수지 배관의 외경/수지 배관의 두께」에 대한 좌굴이 발생하지 않는 최소 릴 직경의 관계를 나타내는 그래프를, 도 45에 나타낸다. 여기서, 「수지 배관의 외경/수지 배관의 두께」를 x로 하고, 좌굴이 발생하지 않는 최소 릴 직경을 y로 한 경우의, x와 y의 항복 변형마다의 근사 관계식을 구한 바, 항복 변형 2.05%에서는 y>165.90x2-6348.6x+61586으로 되고, 항복 변형 3.08%에서는 y>162.27x2-6115.5x+58469로 되고, 항복 변형 4.10%에서는 y>168.41x2-6430.3x+62407로 되었다. 이들 관계식은 모두 유사하며, 항복 변형에 의존하지 않는 근사 관계식을 구하면 y>165.53x2-6298.13x+60960으로 되었다. 따라서 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되고, 외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며, 두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하인 수지 배관에 있어서, 당해 관계를 만족시키는 경우에는 좌굴은 발생하지 않게 된다.
Figure pct00037
또한 항복 변형이 2.05%인 경우에 대하여, 상당 소성 변형(%)이 1.0%로 되는 경우와 0.5%로 되는 경우와 0.0%로 되는 경우의 각각의 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴의 외경)(㎜)을 상기 시뮬레이션 결과의 선형 내삽법 및 선형 외삽법에 의하여 구한 결과를, 이하의 표 27 및 도 46에 나타낸다.
Figure pct00038
표 27에 있어서 「――――――」로 나타내는 개소에 대해서는, 당해 조건을 만족시키고 또한 릴의 외경이 3500.0㎜ 이하인 수지 배관의 권취 구조체가 얻어지지 않는 경우를 나타내고 있다(표 27, 28에 있어서도 마찬가지). 예를 들어 항복 변형이 2.05%이고 수지 배관의 외경이 127.0㎜인 경우에 있어서, 상당 소성 변형 1.0% 이하로 하고자 하면, 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴의 외경)(㎜)을 3500.0㎜ 이하로 하지 못하는 것을 나타내고 있다.
또한 항복 변형이 3.08%인 경우에 대하여, 상당 소성 변형(%)이 1.0%로 되는 경우와 0.5%로 되는 경우와 0.0%로 되는 경우의 각각의 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴의 외경)(㎜)을 상기 시뮬레이션 결과의 선형 내삽법 및 선형 외삽법에 의하여 구한 결과를, 이하의 표 28 및 도 47에 나타낸다.
Figure pct00039
표 28에 있어서 수지 배관의 외경이 63.5㎜, 76.2㎜, 88.9㎜, 101.6㎜, 114.3㎜, 127.0㎜인 경우에는, 상당 소성 변형(%)을 1.0% 이하까지 저하시키기 전에 수지 배관의 좌굴이 발생해 버리는 점에서, 상당 소성 변형을 1.0% 이하로 억제할 뿐 아니라 또한 수지 배관의 좌굴도 발생시키지 않는 경우의 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴의 외경)(㎜)의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있으며, 그때의 상당 소성 변형(%)은 각각 0.98%, 0.78%, 0.68%, 0.58%, 0.52%, 0.47%였다.
또한 항복 변형이 4.10%인 경우에 대하여, 상당 소성 변형(%)이 1.0%로 되는 경우와 0.5%로 되는 경우와 0.0%로 되는 경우의 각각의 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴의 외경)(㎜)을 상기 시뮬레이션 결과의 선형 내삽법 및 선형 외삽법에 의하여 구한 결과를, 이하의 표 29 및 도 48에 나타낸다.
Figure pct00040
표 29에 있어서 수지 배관의 외경이 50.8㎜, 63.5㎜, 76.2㎜, 88.9㎜, 101.6㎜, 114.3㎜, 127.0㎜인 경우에는, 상당 소성 변형(%)을 1.0% 이하까지 저하시키기 전에 수지 배관의 좌굴이 발생해 버려, 상당 소성 변형(%)을 0.5% 이하까지 저하시키기 전에 수지 배관의 좌굴이 발생해 버리는 점에서, 상당 소성 변형을 1.0% 이하로 억제하거나 0.5% 이하로 억제할 뿐 아니라 또한 수지 배관의 좌굴도 발생시키지 않는 경우의 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴의 외경)(㎜)의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있으며, 그때의 상당 소성 변형(%)은 각각 0.38%, 0.22%, 0.12%, 0.07%, 0.02%, 0.0%, 0.0%였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 시뮬레이션 결과에 기초하여, 수지 재료의 항복 변형(항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비, %는 아님)이 0.010 이상 0.050 이하이고, 수지 배관의 외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며, 수지 배관의 두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하인 범위를 전제로 한 경우에 있어서, 수지 배관의 외경(㎜)과 수지 재료의 항복 변형(항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비, %는 아님)에 따른 상당 소성 변형(%)을 적어도 1.0% 이하로 할 수 있는 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴 외경의 최솟값)에 대하여, 이하의 관계식 (1)을 도출할 수 있었다. 또한 상술한 바와 같이 수지 배관의 두께는, 놀랍게도 상당 소성 변형에 대하여 실질적으로 영향을 주지 않는 것이 명확해졌기 때문에, 당해 관계식에서는 수지 배관의 두께는 파라미터로서 이용하고 있지 않다.
권취 구조체의 내주의 최소폭≥0.62×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률) … 관계식 (1)
예를 들어 수지 재료의 항복 변형(항복 응력/탄성률)이 0.0205(% 표기로는 2.05%)이고 수지 배관의 외경이 50.8㎜인 경우에 있어서, 상당 소성 변형(%)을 1.0% 이하로 하고자 하면, 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴의 외경)이 0.62×50.8÷0.0205=1536.4(㎜) 이상이면 되게 된다.
또한 수지 배관의 권취 구조체의 외주의 최대 폭은, 트럭 등의 차량에 적재 가능한 범위여야 하는 점에서 3500.0㎜ 이하로 하고 있다. 여기서, 예를 들어 권취 구조체의 직경 방향에 있어서 수지 배관이 중첩되도록 2중 이상으로 권취하고 있는 경우에는, 직경 방향의 외측에 위치하고 있는 수지 배관의 직경 방향 외측 부분이 권취 구조체의 외주의 최대 폭을 결정하게 된다.
또한 마찬가지로서, 수지 배관의 외경(㎜)과 수지 재료의 항복 변형(항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비, %는 아님)에 따른 상당 소성 변형(%)을 적어도 0.5% 이하로 할 수 있는 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴 외경의 최솟값)에 대하여, 이하의 관계식 (2)를 도출할 수 있었다.
권취 구조체의 내주의 최소폭≥0.79×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률) … 관계식 (2)
또한 마찬가지로서, 수지 배관의 외경(㎜)과 수지 재료의 항복 변형(항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비, %는 아님)에 따른 상당 소성 변형(%)을 실질적으로 0.0% 이하로 할 수 있는 수지 배관의 권취 구조체의 내주의 최소폭(릴 외경의 최솟값)에 대하여, 이하의 관계식 (3)을 도출할 수 있었다.
권취 구조체의 내주의 최소폭≥1.025×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률) … 관계식 (3)
또한 더 콤팩트화시켜 차량에 적재시키는 것이 가능해지는 관점에서, 3000.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜)의 관계를 또한 만족시키는 것이 바람직하다.
(9) 특징
종래에는, 3m 정도의 직관을 복수 개 차량에 적재하여 현지까지 운반하고, 현지에서 플랜지, 조인트, 또는 용접에 의하여 직관끼리를 접속하여 목적으로 하는 길이의 배관을 부설하고 있었다. 그러나 수지 배관끼리의 접속 개소가 많기 때문에 현지에서의 작업성이 나쁘고, 또한 접속 개소로부터의 수송 유체의 누설의 문제가 발생하기 쉽다.
이에 대하여, 본 실시 형태의 수지 배관의 권취 구조체에서는, 종래보다도 긴 수지 배관을 차량에 적재하여 운반하는 것이 가능하게 되어 있고, 게다가 현지에서 권취를 풀어낸 경우에도 영구 변형(영구 변형, 상당 소성 변형)을 작게 억제하는 것이 가능하게 되어 있으며, 또한 종래보다도 접속 개소를 감소시길 있기 때문에, 수송 유체의 누설의 문제가 발생하는 것을 억제시킬 수 있다.
1: 권취 구조체
10: 수지 배관
20: 릴

Claims (9)

  1. 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있고,
    외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며,
    두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하인,
    수지 배관의 권취 구조체이며,
    상기 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 상기 수지 배관의 외경에 대한 상기 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가,
    3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한,
    권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.62×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을
    만족시키고 있는,
    수지 배관의 권취 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 상기 수지 배관의 외경에 대한 상기 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가,
    3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한,
    권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.79×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을
    만족시키고 있는,
    수지 배관의 권취 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 상기 수지 배관의 외경에 대한 상기 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가,
    3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한,
    권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥1.025×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을
    만족시키고 있는,
    수지 배관의 권취 구조체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 배관은 불소 수지를 포함하여 구성되어 있는,
    수지 배관의 권취 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수지 배관은, 60질량% 이상이 PFA로 구성되어 있는,
    수지 배관의 권취 구조체.
  6. 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있고, 외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며, 두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하인 수지 배관을 압출 성형하면서 권취함으로써 권취 구조체를 제조하는 방법이며,
    상기 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비 및 상기 수지 배관의 외경에 대한 상기 권취 구조체의 외주 및 내주의 관계가,
    3500.0㎜≥권취 구조체의 외주의 최대 폭(㎜), 또한,
    권취 구조체의 내주의 최소폭(㎜)≥0.62×수지 배관의 외경÷(항복 응력/탄성률)을
    만족시키도록 상기 수지 배관을 권취하는,
    권취 구조체의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 권취 구조체 또는 제6항에 기재된 제조 방법에 의하여 얻어지는 권취 구조체를,
    상기 수지 배관을 부설하는 현지에 있어서 풀어내는,
    수지 배관의 부설 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 권취 구조체 또는 제6항에 기재된 제조 방법에 의하여 얻어지는 권취 구조체를 복수 준비하고,
    상기 수지 배관을 부설하는 현지에 있어서 복수의 상기 권취 구조체를 풀어내고,
    상기 권취 구조체를 풀어냄으로써 얻어지는 복수의 수지 배관을 서로 접속함으로써, 이음매의 간격을 6m 이상으로 하는,
    수지 배관의 부설 방법.
  9. 항복 응력(㎫)/탄성률(㎫)의 비가 0.010 이상 0.050 이하인 재료로 구성되어 있고,
    외경이 50.0㎜ 이상 130.0㎜ 이하이며,
    두께가 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하이며,
    긴 쪽 방향의 길이가 6m 이상인,
    수지 배관.
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