WO2010116517A1 - 温度計の保護管 - Google Patents

Abstract

　防振帯と保護管表面との間の隙間をなくして保護管の腐食と防振帯の剥離を解消し、しかも、防振帯を簡便に形成することができるフランジ取付、ねじ込み取付及び溶接取付の温度計保護管を提供する。 筒状部２と、その筒状部２の胴部外壁に螺旋状に成形された1本乃至複数本の防振帯である凸条部３とを有する温度計の保護管において、上記凸条部３が、筒状体の胴部外壁を切削加工することによって形成されたものあり、また、この保護管がフランジ取付、ねじ込み取付または溶接取付により配管に取り付ける形状であることを特徴とする。

Description

温度計の保護管

　本発明は、管壁に取り付けられ、その内部を流れる流体の温度を測定する温度計の保護管に関するものである。

　管の内部を流れる流体の温度を測定する場合、通常、円筒状若しくはテーパ付円筒状の保護管を、管壁を貫通して取り付け、その保護管内に熱電対、測温抵抗体等の温度センサを挿入することにより、流体温度を測定している。

　ところが、流体が高速で流れている管や容器の内部において、流れと直交する方向に温度計保護管を配置すると、カルマン渦による流力振動を受けて温度計保護管が破損する場合がある。

　周知のようにカルマン渦とは、一様な流れの中に物体（この場合、温度計保護管）を置いたときにその下流側に交互に発生する渦のことであり、カルマン渦が発生すると温度計保護管が振動する。この流力振動による疲労（温度計保護管の固有振動と流体の流れによる振動との同期現象による疲労）は、しばしば事故をもたらす原因の一つとなっている。

　温度計保護管の振動を防止するために、従来から温度計保護管の肉厚を厚くするなどの対策が取られていたが、肉厚を厚くすると温度計の応答が遅くなり、また、測定値に配管外部温度の影響が現れて測定精度が低下するという問題がある。

　そこで、図６に示すように、カルマン渦そのものの発生を防止するようにした保護管構造が提案されている（例えば非特許文献１参照）。

　同図に示す形態は、円柱形構造物（この場合、温度計保護管）５０の表面に、細長い平板や線条からなる防振帯５１を螺旋状に巻き付けたものであり、防振帯５１の設計仕様は以下のように示されている。

　　平板、線条の高さ：０．０５Ｄ～０．１２Ｄ
　　平板、線条の数：３螺旋、平行巻
　　巻きのピッチ：３．６Ｄ～５Ｄ
　ただし、Ｄは円柱形構造物５０の直径である。

　このような防振帯５１を巻き付ければ渦のでき方が不規則になり、温度計保護管の振動を防止することができる。上記防振帯５１は、既存の部材を利用することができることから線条、より具体的には針金線で構成することが多い。この針金線を、上記設計仕様に従い、温度計保護管５０の表面に３本巻き付け、図７の拡大図に示すように、温度計保護管５０の表面にＴＩＧスポット溶接を行うことにより固定していた。なお、図中の符号５１ａは溶接部を示している。

日本機械学会基準「配管内円柱状構造物の流力振動評価指針」，(１９９８年発行)，B83～B84頁

　しかしながら、従来の温度計保護管５０では、溶接されていない範囲の防振帯５１と温度計保護管５０表面との間に隙間の発生することが避けられない。

　このような隙間の残る温度計保護管５０を、例えば石油化学プラントにおける流体温度測定に使用した場合、その隙間に不純物が付着し温度計保護管５０を腐食させる原因となる。また、食品工業の分野で使用した場合には、隙間に付着した付着物が腐敗して製品に混入する虞れがある。

　さらには、流体中に固形物が含まれていると、その固形物が防振帯５１に繰り返し衝突することにより、防振帯５１が温度計保護管５０の表面から剥離することも懸念される。

　このような問題を解消するために、図８（ａ）の側面図、およびそのＣ－Ｃ矢視横断面を示した図８（ｂ）に示すように、温度計保護管５０と防振帯としての巻付線５２との接触部分をすべて溶接する、いわゆる全周溶接を施すことも実施された。しかしながら、全周溶接を行うには、多大な時間と労力を費やさなければならず、また、溶接線が長くなると熱応力や熱ひずみによる悪影響を受けやすくなるという新たな問題も発生する。なお、図中の符号５３は温度計挿入孔であり、符号５４は溶接部である。

　本発明は以上のような従来の温度計の保護管構造における課題を考慮してなされたもので、管壁に取り付け可能な構成を持ち、防振帯と温度計保護管表面との間の隙間をなくして温度計保護管の腐食を解消し、しかも、防振帯を簡便に形成することができる温度計の保護管を提供するものである。

　本発明は、筒状部と、その筒状部の胴部外壁に螺旋状に形成された１乃至複数本の凸条部とを有する温度計の保護管において、上記凸条部が、筒状体の胴部外面を切削加工することによって形成され、かつ、配管に取り付けるためのフランジを備えた、という構成を採っている。本発明において、筒状体とは筒状部の加工前の形態を示している。

　本発明に従えば、筒状部と凸条部を一体構造とすることができるため、筒状部とその胴部外周壁に形成される凸条との間に隙間ができず、針金線を巻き付けて全周溶接する場合に比べ、保護管製作期間を大幅に短縮して労力を削減することができる。また、溶接による熱応力や熱ひずみが抑制されるため、信頼性の高い保護管を提供することができる。加えて、測定対象の配管の壁に設けられたフランジに、保護管に付属するフランジによって取り付けることができる。

　本発明において、上記筒状体は、テーパを付けることによってその先端側を絞れば、配管に対して取り付け、または取り外しをスムーズに行うことができる。

　本発明において、フランジの代わりに雄ねじを備えることにより、測定対象の配管の壁に設けられた雌ねじに本保護管を取り付けることができる。

　本発明において、フランジまたは雄ねじの代わりに溶接が可能な箇所を備えることにより、測定対象の配管の壁に設けられた短管などに、溶接で本保護管を取り付けることができる。

　本発明の温度計の保護管構造によれば、切削加工によって防振帯を筒状部と一体に形成しているため、防振帯と保護管表面との間に隙間が存在せず、それにより不純物の付着が防止され、その不純物を原因とする保護管の腐食を解消することができる。さらには、流体中に固形物が含まれていても、その固形物の防振帯への繰り返し衝突によって防振帯が温度計保護管の表面から剥離することもない。

　また、防振帯を全周溶接する場合に比べ製作時間を大幅に短縮することができ、しかも、溶接を施さないため熱応力や熱ひずみの影響が軽減されて信頼性の高い保護管を提供することができるという長所を有し、加えて、フランジ、ねじ込みまたは溶接により管壁に取り付けることができる。

図１（ａ）本発明に係る温度計の保護管構造の凸条部構成を示す一部断面を有する側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ－Ａ矢視横断面図である。 本発明に係るフランジにより取り付ける保護管の形状を示す側面図である。 本発明に係るフランジにより取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 本発明に係るフランジにより取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 図２ｂ，図２ｃの保護管のフランジの溶接部を示す一部断面を有する側面図である。 図２ｂ，図２ｃの保護管のフランジの溶接部の他の例を示す一部断面を有する側面図である。 本発明に係るフランジにより取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 本発明に係るフランジにより取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 本発明に係るねじにより取り付ける保護管の形状を示す側面図である。 図３ａの保護管の種類の異なるねじを示す側面図である。 本発明に係るねじにより取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 図３ｃの保護管の種類の異なるねじを示す側面図である。 本発明に係るねじにより取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 図３ｅの保護管の種類の異なるねじを示す側面図である。 本発明に係る溶接により取り付ける保護管の形状を示す側面図である。 本発明に係る溶接により取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 本発明に係る溶接により取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 本発明に係る溶接により取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 本発明に係るねじと溶接により取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 図４ｅの保護管の種類の異なるネジを示す側面図である。 本発明に係るねじと溶接により取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 図４ｇの保護管の種類の異なるネジを示す側面図である。 本発明に係るねじと溶接により取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 図４ｉの保護管の種類の異なるネジを示す側面図である。 本発明に係るねじと溶接により取り付ける保護管の形状の他の例を示す側面図である。 図４ｋの保護管の種類の異なるネジを示す側面図である。 フランジの使用方法が図２と異なるタイプの保護管の形状を示す側面図である。 フランジの使用方法が図２と異なるタイプの保護管の形状を示す側面図であり、図５ａとは保護管がテーパになっている点で異なる形状を示す図である。 従来のカルマン渦の発生を防止する保護管構造を示した側面図である。 図６の要部拡大図である。 図８（ａ）は従来の保護管構造の別の例を示す一部断面を有する側面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＣ－Ｃ矢視横断面図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）の部分拡大図である。

　以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

　図１は、本発明に係る温度計の保護管のうち、凸条部が削り出されている先端部の一実施形態を示したものであり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）はＡ－Ａ矢視横断面図である。なお、図１（ａ）において、中心線Ｃ．Ｌより右側半分は保護管１を断面で示し、左側半分は外観図で示している。

　これらの図において、本実施形態における温度計の保護管１の材質はＳＵＳ３０４であり、有底の筒状部２を有し、この筒状部２の胴部外壁に凸条部３が形成されている。上記凸条部３は図１（ｂ）に示すように、円周方向に等間隔に３本配置されており、それぞれ平行な状態で管軸方向に向けて螺旋状に形成されている。

　筒状部２の中心（筒軸上）には筒孔Ｓが所定深さ穿設されており、熱電対、測温抵抗体等の温度センサが挿入されるようになっている。また、筒状部２の胴部外壁にはテーパ（管状部後端側の外径Ｄ₂＞管状部先端の外径Ｄ₁）が付けられており先端側が若干絞られている。それにより、図示しない配管に対して取り付け、または取り外しがスムーズに行なえるようになっている。

　上記凸条部３は、従来、筒状部の胴部外壁に巻き付けられていた針金線に相当するものであり、本発明では削り出しにより螺旋状の凸条部３を形成している。この凸条部３がカルマン渦の発生を防止する防振帯として機能する。

　具体的には、保護管１は丸棒に対して穴開け加工を施すことにより有底筒状に製作し、保護管１の胴部について、隣接する凸条部３と凸条部３の間の範囲をフライス盤でエンドミルを用い溝状に切削することにより、凸条部３を筋状に形成する。

　このようにして切削加工によって形成された保護管１は、凸条部３が保護管１と一体物で製作されているため、従来の溶接による針金線取付方法のように保護管と針金線との間に隙間が発生しない。このため、不純物が付着して腐食が発生するという従来の保護管の問題を完全に解消することができるようになっている。また、流体中に固形物が含まれていて、それが凸条部３に繰り返し衝突しても、凸条部３が保護管１の表面から剥離することがない。

　製作は、丸棒に対してドリルで穴開け加工を施すことにより筒状体としての保護管１を製作し、その保護管１の胴部外壁をエンドミルで溝削りすることにより、凸条部３を螺旋状に形成した。製作された保護管１の外径（凸条部３を除く）は約φ２０ｍｍ（Ｄ）であり、凸条部３の高さは２ｍｍ（約０．１Ｄ）とした。また、凸条部３は３螺旋、平行巻とし、巻きのピッチは約１００ｍｍ（約５Ｄ）とした。

　このようにして得られた保護管１を、流体の流れと直交する方向で測定対象の配管に取り付け、保護管１の筒孔Ｓに熱電対を挿入し、流体の温度を測定した。上記構成を有する温度計の保護管１によれば、凸条部３に不純物が付着しないことが確認された。

　なお、上記実施形態では保護管１の材質としてＳＵＳ３０４を使用したが、保護管１の材質としてはこれに限らず、例えばＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、その他、用途に応じた耐熱耐食鋼等を使用することもできる。

　次に、保護管１の全体構造について３種類の実施形態の例を説明する。図２ａ～図２ｇは配管にフランジにより取り付ける保護管１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｆ，１２ｇ、図３ａ～図３ｆは配管にねじにより取り付ける保護管１３ａ，１３ｃ，１３ｅ、図４ａ～図４ｌは配管に溶接若しくはネジ込み後の溶接により取り付ける保護管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｇ，１４ｉ，１４ｋである。いずれも、筒状部２には凸条部３が３螺旋、平行巻の形に削りだされており、各々の螺旋の高さは、図中にＤで示す筒状部の外径の約10％である。なお、図２、図３及び図４のうち、図２のフランジ５は、中心線より右側半分は断面図で示し、左側半分は外観図で示している。フランジ５以外は全て外観図である。

　図２ａ，図２ｂ，図２ｃ，図２ｆ，図２ｇの保護管１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｆ，１２ｇは、筒状部２、凸条部３、短管４及びフランジ５から構成されており、フランジ５を、配管に溶接された短管に設けられたフランジに、ボルト止めすることにより配管に取り付ける。また、短管４の内側には雌ねじが切ってあり、温度センサに設けられている雄ねじをこれにねじ込んで保護管１に挿入した温度センサを固定する。

　図２ａは、表面に凸条部３が削りだされた先端が閉止されていないストレート状の筒状部２を先ず製作し、その先端に閉止蓋２ａを溶接して先端を封じたものと短管４を、フランジ５に溶接したものである。図２ｂは、表面に凸条部３がある有底でストレート状の筒状部２と短管４を、一体物として削り出して製作し、これをフランジに溶接したものである。図２ｃは、配管に設けられたフランジに対する保護管１の挿入と取り出しがスムーズに行えるよう、図２ｂの筒状部２にテーパを付けたものである。

　図２ｄと図２ｅは、図２ｂ及び図２ｃのフランジへの溶接形態を示したもので、図２ｄは短管部４の下部とフランジ５の上面、または、フランジ５の上下面を溶接するケース、図２ｅは短管部４の下部とフランジ５をフルペネトレーション溶接するケースである。図２ｆは、表面に凸条部３がある有底でストレート状の筒状部２と短管４を別々に削りだしにより製作し、其々をフランジ５に溶接したものである。図２ｇは、配管に設けられたフランジに対する保護管１の挿入と取り出しがスムーズに行えるよう、図２ｆの筒状部２にテーパを付けたものである。

　図３ａ，図３ｃ，図３ｅの保護管１３ａ，１３ｃ，１３ｅは、筒状部２、凸条部３及び雄ねじ部６から構成されている。雄ねじ部６は、下部表面に配管に取り付けるための雄ねじが切ってあり、この雄ねじを配管に溶接された雌ねじを切った短管などにスパナでねじ込んで取り付ける。スパナが使用できるよう、雄ねじ部６の頭部を六角形状としている。また、雄ねじ部６は、図２の短管４と同様に温度センサを固定するための雌ねじが内部に切られている。

　図３ａは、表面に凸条部３が削りだされた先端が閉止されていないストレート状の筒状部２を先ず製作し、その先端に閉止蓋２ａを溶接して先端を封じたものと、別に削り出しにより製作した雄ねじ部６を溶接したものである。図３ｃは、表面に凸条部３がある有底でストレート状の筒状部２と雄ねじ部６を、一体物として削り出して製作したものである。図３ｅは、配管側の短管に対する保護管１の挿入、取り外しがスムーズに行えるよう、図３ｃの筒状部２にテーパを付けたものである。図３ｂ，図３ｄ，図３ｆは、図３ａ，図３ｃ，図３ｅの雄ねじ部６の下部表面のテーパ雄ねじを、ストレート雄ねじにした形態である。

　図４ａ，図４ｂ，図４ｃ，図４ｄ，図４ｅ，図４ｇ，図４ｉ，図４ｋは、管壁に設けた短管に、溶接または雄ねじをねじ込んだ後に溶接することにより取り付ける保護管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｇ，１４ｉ，１４ｋである。溶接用短管７、雄ねじ付き溶接用短管８及び雄ねじ付き六角頭部溶接用短管９の内部には、短管４及び雄ねじ部６と同様に温度センサを固定するための雌ねじが切られている。

　図４ａ，図４ｂ，図４ｃ，図４ｄの保護管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、筒状部２、凸条部３及び溶接用短管７から構成されており、溶接用短管７を管壁に設けた短管などに溶接することにより管壁に取り付ける。図４ａ，図４ｃは、表面に凸条部３がある有底でストレート状の筒状部２と溶接用短管７を、一体物として削り出して製作したものである。管壁に溶接された短管に保護管を挿入し、図４ａのものは、溶接用短管７の表面と配管側の短管を溶接する。図４ｃのものは、溶接用短管７の下部が刳り貫かれて下向きの溶接開先となっており、管壁に溶接された短管に保護管１４ｃを挿入し、この開先と配管側短管を突き合せ溶接する。

　図４ｂは、保護管１４ｂの配管側短管への挿入がスムーズに行えるよう、図４ａの筒状部２にテーパを付けたものであり、図４ｄは、同様に図４ｃの筒状部２にテーパを付けたものである。図４ｅ，図４ｇの保護管１４ｅ，１４ｇは、筒状部２、凸条部３及び雄ねじ付き溶接用短管８から構成されている。雄ねじ付き溶接用短管８は、下部表面に管壁に溶接した短管に切った雌ねじにねじ込むための雄ねじが切ってあり、円形断面の頭部には、ねじ込むためにスパナが使用できるように向かい合う２つの箇所が平面８ａになっている。

　保護管１４ｅ，１４ｇの管壁への取り付けは、雄ねじ付き溶接用短管８の下部表面の雄ねじを、管壁に取り付けた短管の雌ねじにねじ込んだ後、溶接用短管８の平面８ａと雄ねじの間の円筒形部分で当該短管と溶接する。図４ｅは、表面に凸条部３がある有底でストレート状の筒状部２と雄ねじ付き溶接用短管８を、一体物として削り出して製作したものである。図４ｇは、保護管１４ｇの配管側短管への挿入がスムーズに行えるよう、図４ｃの筒状部２にテーパを付けたものである。

　図４ｆ，図４ｈは、それぞれ図４ｅ，図４ｇの雄ねじ付き溶接用短管８の下部表面のテーパ雄ねじを、ストレート雄ねじにした形態である。

　図４ｉ，図４ｋの保護管１４ｉ，１４ｋは、筒状部２、凸条部３及び雄ねじ付き六角頭部溶接用短管９から構成されている。雄ねじ付き六角頭部溶接用短管９は、下部表面に管壁に溶接した短管の雌ねじにねじ込むための雄ねじが切ってあり、頭部は、ねじ込むためにスパナ等が使用できるよう六角形状としている。保護管１４ｉ，１４ｋの配管への取り付けは、雄ねじ付き六角頭部溶接用短管９の下部表面の雄ねじを、管壁に取り付けた短管の雌ねじにねじ込んだ後、六角の頭部と雄ねじの間の円筒形部分で当該短管と溶接する。

　図４ｉは、表面に凸条部３がある有底でストレート状の筒状部２と雄ねじ付き六角頭部溶接用短管９を、一体物として削り出して製作したものである。図４ｋは、保護管１の配管側短管への挿入がスムーズに行えるよう、図４ｉの筒状部２にテーパを付けたものである。図４ｊ，図４ｌは、図４ｉ，図４ｋの雄ねじ付き六角頭部溶接用短管９の下部表面のテーパ雄ねじを、ストレート雄ねじにした形態である。

　図５ａ，図５ｂは、図２に示したフランジにより配管に取り付ける型式の変形で、短管４の下部の外径が上部より太くなっているものである。図２の場合と同様に、配管側には配管に溶接された短管にフランジが設けられており、当該フランジの上面に短管４の下面が接するよう、保護管１５ａ，１５ｂを挿入した後、上から他のフランジを、短管４の下部の外径を太くした部分の上面に接するよう被せて２つのフランジにより短管４の下部の外径を太くした部分挟み、フランジ間をボルト締めすることにより配管に取り付ける。図２の短管４と同様に、図５の短管４の内側にも温度センサを固定するための雌ねじが切られている。

　図５ａは、表面に凸条部３がある有底でストレート状の筒状部２と短管４を、一体物として削り出して製作したものであり、図５ｂは、配管に設けられたフランジに対する保護管１５ｂの挿入と取り出しがスムーズに行えるよう、図５ａの筒状部２にテーパを付けたものである。

　なお、図２、図３、図４及び図５に示した形状は、従来の、防振帯をＴＩＧスポット溶接または全周溶接により取り付けた保護管にも適用できる。

１　　保護管
２　　筒状部
２ｅ　筒状部閉止蓋
３　　凸条部
４　　温度センサ固定用短管
５　　フランジ
６　　雄ねじ部
７　　溶接用短管
８　　雌ねじ付き溶接用短管
８ａ　平面部
９　　雄ねじ付き六角頭部溶接用短管

Claims (4)

1. 　筒状部と、その筒状部の胴部外壁に螺旋状に形成された1本乃至複数本の凸条部とを有する温度計の保護管において、
   　前記凸条部が、前記筒状体の胴部外壁を切削加工することによって形成され、かつ、配管に取り付るためのフランジを備えたことを特徴とする温度計の保護管。
2. 　前記筒状体は、テーパが付けられることによりその先端が絞られていることを特徴とする請求項１に記載の温度計の保護管。
3. 　請求項１または２に記載の温度計保護管構造において、前記フランジの代わりに配管に取り付けるための雄ねじを備えたことを特徴とする温度計の保護管。
4. 　請求項１または２に記載の温度計保護管構造において、フランジの代わりに配管に取り付けるための溶接を行う個所を備えたことを特徴とする温度計の保護管。

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