JP5886263B2

JP5886263B2 - 配管用の補強用具

Info

Publication number: JP5886263B2
Application number: JP2013235892A
Authority: JP
Inventors: 西田　秀高; 秀高西田; 栄郎松村; 啓司森下; 荒川　大輔; 大輔荒川
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: JP2015094458A

Description

本発明は、金属製の配管を補強する配管用の補強用具に関する。

金属製の配管としては、例えば、蒸気タービン等の動力として使用され、蒸気温度が３００℃から６５０℃、蒸気圧力が５Ｍｐａから８Ｍｐａ程度の高温高圧の動力用蒸気を流す蒸気配管が知られている。このような蒸気配管は、高温高圧とされた動力用蒸気を流しているのでクリープによる劣化が生じる。

クリープ劣化に伴う蒸気配管の破壊を防止すべく、この蒸気配管に対する補強が行われる。通常は、蒸気配管の対象部分を切断し、切断箇所に健全な配管を接合する方法が採られている。しかしながら、この方法では、蒸気配管の溶断・溶接作業や熱処理作業が伴うため、作業に手間がかかるという問題がある。そこで、例えば、蒸気配管の対象部分にワイヤーを巻回することで、蒸気配管を補強することが知られている(例えば、特許文献１参照)。

特開２０１１−１８５４０３号公報

上記のようにワイヤーを巻回することにより蒸気配管を補強する方法おいて、蒸気配管における補強対象部分にワイヤーを、蒸気配管を切り出さずに巻回する場合には、建屋の梁や蒸気配管を固定している固定金具等が、ワイヤーを巻回する際の障害となり得る。とりわけ、ワイヤーの巻回を機械で行う場合、蒸気配管の周囲に十分な空間を確保することが難しい場合がある。

このため、蒸気配管の周囲に機械作業のための十分な空間が確保できない場合には、例えば、手作業でワイヤーを巻回することが可能であるが、ワイヤーにかける張力が作業中に変化してしまう、或いは、作業者によって張力が相違してしまうなど、安定した性能を確保することができないおそれがある。また、手作業により張力をかけつつ巻回するので、繁雑な作業に多大な労力と時間とがかかるという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、配管に容易に且つ短時間で取り付けることが可能な配管用の補強用具を提供することにある。

前述の目的を達成するため、本発明は、金属製の配管の外周面に沿って当該配管を周方向に囲繞する状態で配置され、前記配管を補強する配管用の補強用具であって、前記配管の長手方向に沿うスリットを形成し前記外周面を囲繞する囲繞部と、前記囲繞部にて前記スリットを形成する端部に各々、囲繞される前記配管と反対方向に突出されたフランジ部とを有し、前記フランジ部は、前記囲繞部から繋がって延出されている延出フランジ部と、前記延出フランジ部に取り付けられたセラミック製のフランジ補強部と、を有し、前記セラミック製のフランジ補強部は、前記延出フランジ部と金属製の保護板との間に設けられており、前記囲繞部が前記配管を囲繞する状態で前記延出フランジ部は、前記周方向に互いに間隔を隔てて対向しており、前記保護板間にわたるボルトにナットを螺合して締め付け、前記延出フランジ部同士の間隔が狭くなるように力を作用させて結合されることにより前記配管に取り付けられることを特徴とする配管用の補強用具である。

本発明の配管用の補強用具によれば、配管の外周面を囲繞する囲繞部にてスリットを形成する端部に各々突出されたフランジ部同士が結合されて取り付けられるので、配管を囲繞部にて囲繞してフランジ部同士を結合するだけで、配管用の補強用具を容易に且つ短時間で取り付けることが可能である。このとき、互いに間隔を隔てたフランジ部同士の間隔が狭くなるように力を作用させて結合されるので、フランジ部と繋がった囲繞部には引張応力が生じる。この引張応力が、囲繞部に囲繞された配管の膨張を抑えるように作用するので配管を補強することが可能である。

また、互いに間隔を隔てて対向するフランジ部同士が互いに引き合うように力を作用させて結合されるが、フランジ部は、囲繞部の端部に配管と反対方向に突出されているので、フランジ部の剛性が低い場合には、フランジ部のみが変形し適切に力を作用させることができないおそれがある。このため、フランジ部が、延出フランジ部と、セラミック製のフランジ補強部とを有しているので、フランジ部が高い剛性を備え、より確実に力を作用させることが可能である。特に、フランジ補強部はセラミック製なので軽量な配管用の補強用具を実現することが可能である。

また、フランジ部同士が互いに引き合うように結合されてセラミック製のフランジ補強部に力が作用される場合であっても、保護板によりセラミック製のフランジ補強部を保護することが可能である。

かかる配管用の補強用具において、前記フランジ部は、前記囲繞部の上方に位置するように配置され、前記保護板は、前記フランジ補強部上に載置される載置部を有していることが望ましい。
このような配管用の補強用具によれば、補強板の載置部をフランジ補強部上に載置することができるので、フランジ部同士を互いに近づく方向に付勢して取り付ける際には、保護板を支える必要がない。このため、保護板から手を離した状態で配管用の補強用具を取り付けることができるので、取り付けが容易である。

かかる配管用の補強用具において、前記互いに対向するフランジ部は、一方の前記フランジ部側から両フランジ部を貫通するボルトに他方のフランジ部側にて螺合されたナットが締め込まれることにより前記力が作用することが望ましい。
このような配管用の補強用具によれば、互いに間隔を隔てた両フランジ部を貫通するボルトに螺合されたナットが締め込まれて力が作用するので、容易に、且つ、確実に、フランジ部同士の間隔が狭くなるように力を作用させることが可能である。

かかる配管用の補強用具において、前記配管は、互いに対向する前記フランジ部間が広げられた前記スリットから前記囲繞部内に配置されることが望ましい。
このような配管用の補強用具によれば、互いに対向するフランジ部間を広げるだけで配管を囲繞部内に配置することができるので、配管用の補強用具の取り付けが容易である。

かかる配管用の補強用具において、前記囲繞部は、前記フランジ部の一方を各々有する２つの湾曲部材にて形成されており、前記２つの湾曲部材は各々、前記フランジ部と反対側の端部同士が、回動自在に連結されていることとしてもよい。
このような配管用の補強用具によれば、囲繞部を形成する２つの湾曲部材がフランジ部と反対側にて回動自在に連結されているので、互いに対向するフランジ部間をより広く広げることが可能である。このため、直径の大きな配管であっても配管用の補強用具を容易に取り付けることが可能である。

本発明によれば、配管に容易に且つ短時間で取り付けることが可能な配管用の補強用具を提供することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る補強用具１０で補強された蒸気配管Ｘの構成を説明する斜視図である。本発明の第２実施形態に係る補強用具２０で補強された蒸気配管Ｘの構成を説明する断面図である。本発明の第２実施形態に係る補強用具２０の変形例を説明する断面図である。本発明の第３実施形態に係る補強用具３０を説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態について、金属製の配管として蒸気配管を例に挙げて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る補強用具１０で補強された蒸気配管Ｘの構成を説明する斜視図である。

図１に示すように蒸気配管Ｘは円筒状をなし、内部空間に動力用蒸気（蒸気温度＝３００℃〜６５０℃、蒸気圧力＝５Ｍｐａ〜８Ｍｐａ）を長期間に亘って流すものであり、この動力用蒸気によってクリープが生じるものである。高温高圧の蒸気を流すことから、蒸気配管Ｘは、熱膨張率の低い（クリープ強度が大きい）フェライト系クロム鋼（例えば９Ｃｒ〜１２Ｃｒ）で形成されている。

蒸気配管Ｘの直径は、用途によって様々であるが、例えば２００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の範囲に定められる。また蒸気配管Ｘの肉厚ｔｘは４０ｍｍ以上７０ｍｍ以下の範囲に定められる。なお、蒸気配管Ｘの直径や肉厚は、動力用蒸気の温度、圧力、流量、及び、流速といった諸条件を加味して定められる。

本実施形態における補強対象部分は、蒸気配管Ｘのほぼ直線状をなす直管部分である。このような蒸気配管Ｘの直管部分は、所定の長さに形成された複数の配管部材１が、長手方向における互いの端部Ｘａが突き合わせられて溶接されて数百メートルにもおよぶ長さを有している。

蒸気配管Ｘの直管部分には、蒸気配管Ｘのクリープ強度を補強する補強用具１０が取り付けられている。補強用具１０は、蒸気配管Ｘの長手方向に沿って所定長さを有し蒸気配管Ｘを周方向に囲繞する状態で配置され、蒸気配管Ｘを囲繞する補強部材１１と、補強部材１１を蒸気配管Ｘに取り付ける複数のボルト１８及びナット１９とを有している。この補強用具１０は蒸気配管Ｘの長さに合わせて複数用い、図１に示すように、互いの端部を突き合わせて繋がるように配置される。

補強部材１１は、蒸気配管Ｘの長手方向に沿うスリット１１ａを形成し蒸気配管Ｘの外周面Ｘｂを囲繞する囲繞部１２と、囲繞部１２にてスリット１１ａを形成する端部に各々設けられ蒸気配管Ｘが配置される側と反対方向に突出されたフランジ部１３とを有している。補強部材１１は、蒸気配管Ｘの外周面Ｘｂの直径とほぼ同じ内径をなすように、鋼板を屈曲させて囲繞部１２が形成され、囲繞部１２の内周面の周長は、蒸気配管Ｘの外周面Ｘｂの周長より僅かに短く形成されている。このため、蒸気配管Ｘが囲繞部１２に囲繞されると、蒸気配管Ｘの長手方向に沿ってスリット１１ａが形成される。

囲繞部１２を形成する鋼板は、囲繞部１２のスリット１１ａを形成する縁から各々蒸気配管Ｘが囲繞される側と反対方向に延出された延出フランジ部１４を有している。スリット１１ａの両側に設けられた延出フランジ部１４は、周方向に互いに間隔ｓを隔てて対向している。各延出フランジ部１４には、互いに対向する側と反対側に金属製で角棒状をなすフランジ補強部１５が各々長手方向に沿って溶接されている。すなわち、補強部材１１のフランジ部１３は、延出フランジ部１４とフランジ補強部１５とで構成されている。

補強部材１１の各フランジ部１３には、各々ボルト１８が貫通される複数の貫通孔(不図示）が、各フランジ部１３に設けられた貫通孔(不図示）が対向する位置に、長手方向に沿って適宜間隔を隔てて設けられている。

囲繞部１２及び延出フランジ部１４を形成する鋼板及びフランジ補強部１５は、蒸気配管Ｘの素材（フェライト系クロム鋼）よりもクリープ強度の大きい素材によって形成されている。例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、高クロム鋼が用いられる。このように、囲繞部１２及び延出フランジ部１４を形成する鋼板の素材を、蒸気配管Ｘの素材よりもクリープ強度の大きい素材とすることにより、蒸気配管Ｘに対する補強強度を高めている。

囲繞部１２及び延出フランジ部１４を形成する鋼板の板厚ｔａは、蒸気配管Ｘの肉厚ｔｘよりも薄くなるように定められている。例えば、蒸気配管Ｘが肉厚４０ｍｍの９クロム鋼で作製され、補強部材２１がオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）で作製されている場合、鋼板の板厚ｔａは５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲に定められる。すなわち、鋼板の板厚ｔａは、蒸気配管Ｘの肉厚ｔｘの１／８〜３／８程度に定められる。

また、フランジ部１３を貫通するボルト１８、及び、ボルト１８に螺合されるナット１９は、補強部材１１と同様に蒸気配管Ｘの素材よりもクリープ強度の大きい素材にて形成されている。本実施形態では、補強部材１１と同じ素材、例えばＳＵＳ３０４などのステンレス鋼で形成されている。

本実施形態の補強用具１０の取り付け方法は、まず、ボルト１８が貫通孔(不図示）に挿通されていない補強部材１１のスリット１１ａを広げ、蒸気配管Ｘに対してほぼ平行に近づけ、広げたスリット１１ａから蒸気配管Ｘを囲繞部１２内に収容する。このとき補強部材１１の２つのフランジ部１３は、周方向に互いに間隔ｓを隔てて対向している。

次に、蒸気配管Ｘが収容された補強部材１１が有する２つのフランジ部１３に、スリット１１ａを跨ぐように貫通させたボルト１８にナット１９を螺合する。すなわち、補強部材１１の対向する２つのフランジ部１３の、一方のフランジ部１３の貫通孔(不図示）と他方のフランジ部１３の貫通孔(不図示）にボルト１８を貫通させ、貫通したボルト１８の先端からナット１９を螺合して２つのフランジ部１３を結合する。

ナット１９が螺合されたボルト１８を締め込むことにより、互いに対向しているフランジ部１３は、その間隔が狭くなるように力を圧縮応力が作用する。このとき、互いに引き寄せあうフランジ部１３と繋がっている囲繞部１２は引張応力が生じ、この引張応力が蒸気配管Ｘの膨張を抑える方向に作用する。蒸気配管Ｘに作用し囲繞部１２に生じる引張応力は、ボルト１８及びナット１９の締め込み具合により変化させることができる。

本実施形態の蒸気配管Ｘ用の補強用具１０によれば、蒸気配管Ｘの外周面Ｘｂを囲繞する囲繞部１２にてスリット１１ａを形成する端部に各々突出されたフランジ部１３同士が結合されて取り付けられるので、蒸気配管Ｘを囲繞部１２囲繞してフランジ部１３同士を結合するだけで、蒸気配管Ｘ用の補強用具１０を容易に且つ短時間で取り付けることが可能である。このとき、互いに間隔ｓを隔てたフランジ部１３同士は、その間隔が狭くなるように力を作用させて結合されるので、フランジ部１３と繋がった囲繞部１２には引張応力が生じる。この引張応力が、囲繞部１２に囲繞された蒸気配管Ｘの膨張を抑えるように作用するので蒸気配管Ｘを補強することが可能である。

また、互いに間隔ｓを隔てて対向するフランジ部１３同士が、互いに間隔が狭くなるように力を作用させて結合されるが、フランジ部１３は、囲繞部１２の端部に蒸気配管Ｘと反対方向に突出されているので、フランジ部１３の剛性が低い場合には、フランジ部のみが変形して適切に力を作用させることができないおそれがある。このため、フランジ部１３を、囲繞部12と繋がった鋼板でなる延出フランジ部１４と、延出フランジ部１４に取り付けられたステンレス鋼製のフランジ補強部１５とで構成することにより、フランジ部１３が高い剛性を有して、より確実に力を作用させることが可能である。

また、互いに間隔ｓを隔てた両フランジ部１３を貫通するボルト１８に螺合されたナット１９が締め込まれてフランジ部１３同士の間隔が狭くなるように力が作用するので、容易に、且つ、確実に力を作用させること、また、力の大きさを調整することが可能である。

また、囲繞部１２内に配置される蒸気配管Ｘは、互いに対向するフランジ部１３間を広げるだけで蒸気配管Ｘを囲繞部１２内に配置することができるので、補強用具１０の取り付けが容易である。

また、囲繞部１２及び延出フランジ部１４を形成する鋼板及びフランジ補強部１５は、補強対象である蒸気配管Ｘを構成する金属よりもクリープ強度が高い金属で形成されているので、補強部材１１の耐力を高めることが可能である。

図２は、本発明の第２実施形態に係る補強用具２０で補強された蒸気配管Ｘの構成を説明する断面図である。
上記実施形態においては、フランジ補強部１５を、囲繞部１２及び延出フランジ部１４を形成する鋼板と同じステンレス鋼とした例について説明したが、ステンレス鋼のフランジ補強部１５は重量が大きく蒸気配管Ｘへの負担が大きくなる。このため、フランジ補強部２５を高靱性（破壊靱性値６．０ＭＰａ√ｍ以上）、高耐熱衝撃性（５００℃以上）、高い３点曲げ強さ（４００ＭＰａ以上）を備えたセラミック、例えば、チッ化珪素系セラミックス(例えば、サイアロン)またはセラミックマトリックス複合材料（Ｃｅｒａｍｉｃ・Ｍａｔｒｉｘ・Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ＣＭＣ）にて形成しても良い。

セラミック製のフランジ補強部を用いる場合には、ボルト及びナットがセラミックでなるフランジ補強部に接触した状態で締め込まれると、フランジ補強部を損傷するおそれがある。このため、第２実施形態の補強用具２０は、例えば、図２に示すように、チッ化珪素系セラミックスでなるフランジ補強部２５とボルト１８及びナット１９との間に、例えばステンレス鋼製の保護板２２を介在している。

第２実施形態の補強用具２０によれば、フランジ部２３を、囲繞部１２と繋がった鋼板でなる延出フランジ部１４と、延出フランジ部１４に取り付けられたチッ化珪素系セラミックス製のフランジ補強部２５とで構成することにより、フランジ部２３が高い剛性を有して、より確実に力を作用させることが可能である。特に、フランジ補強部２５はチッ化珪素系セラミック製なので軽量な補強用具２０を実現し、蒸気配管Ｘへの負担を軽減することが可能である。

また、フランジ部２３同士が互いに引き合うように結合されてチッ化珪素系セラミックス製のフランジ補強部２３に力が作用される場合であっても、保護板２２によりチッ化珪素系セラミックス製のフランジ補強部２５の損傷を防止することが可能である。

図３は、本発明の第２実施形態に係る補強用具２０の変形例を説明する断面図である。
第２実施形態のようにチッ化珪素系セラミックス製のフランジ補強部２５とボルト１８及びナット１９との間に保護板２２を介在させるときに、保護板２２が平板の場合には、フランジ部２３にボルト１８を挿通させ、挿通したボルト１８にナット１９を螺合する際に、保護板２２を支える必要があり、作業がより繁雑になる。このため、図３に示すように、フランジ補強部２５とボルト１８及びナット１９との間に介在される介在部位２４ａと、介在部位２４ａと直交する直交部位２４ｂとを備えた断面がＬ字状をなす保護板２４を用いることが望ましい。

Ｌ字状をなす保護板２４を用いる場合には、フランジ部２３が、囲繞部１２の上方に位置するように蒸気配管Ｘに補強部材２８を取り付け、保護板２４は、直交部位２４ｂをフランジ補強部２５上に載置して配置する。これにより、保護板２４の介在部位２４ａと延出フランジ部とでフランジ補強部２５を挟む位置に介在部位２４ａを配置した状態で保護板２４から手を離すことが可能となり、容易にフランジ部２３にボルト１８を挿通させ、挿通したボルト１８にナット１９を螺合することが可能である。このため、保護板２４から手を離した状態で補強用具２０を取り付けることができるので、取り付けが容易である。

図４は、本発明の第３実施形態に係る補強用具３０を説明する断面図である。
上記実施形態においては、囲繞部１２を一体に形成した例について説明したが、これに限らず、例えば、図４に示すように、囲繞部２９が、蒸気配管Ｘの長手方向に沿って分割され、補強部材２７が２つの湾曲部材２９ａにて形成され、分割された端部同士がヒンジ２６を構成して回動自在に連結されていてもよい。

第３実施形態の補強用具３０によれば、囲繞部２９を形成する２つの湾曲部材２９ａ、２９ｂの分割された端部同士がヒンジ２６をなして回動するので、互いに対向するフランジ部１３間をより広く広げることが可能である。このため、直径の大きな蒸気配管Ｘであっても補強用具３０を容易に取り付けることが可能である。このとき、ヒンジ２６の位置を、蒸気配管Ｘの直径方向におけるフランジ部１３の反対側に配置すると、フランジ部１３間をより広く広げることが可能である。

上記実施形態では、フランジ部１３、２３を結合する部材をボルト１８とナット１９とにより構成した例について説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、万力のように、一対のフランジ部を外側から内側に向けて押圧するものであってもよい。

また、配管は、動力用蒸気を流すものに限られない。動力用蒸気と同程度の高温高圧の蒸気を流す蒸気配管Ｘであってクリープ劣化を受けるものであれば、本発明を適用できる。また、上記実施形態においては、蒸気配管Ｘの直管部分に補強用具１０、２０、３０を取り付けた例について説明したが、蒸気配管Ｘの屈曲部分であっても、その屈曲部に合わせて補強用具１０、２０、３０の長さを変更すれば取り付けることが可能である。

１配管部材、１０補強用具、１１補強部材、１１ａスリット、１２囲繞部、１３フランジ部、１４延出フランジ部、１５フランジ補強部、
１８ボルト、１９ナット、２０補強用具、２１補強部材、２２保護板、
２３フランジ部、２４保護板、２４ａ介在部位、２４ｂ直交部位、
２５フランジ補強部、２６ヒンジ、２７補強部材、２８補強部材、
２９囲繞部、２９ａ湾曲部材、３０補強用具、
ｓフランジの間隔、Ｘ蒸気配管、Ｘａ蒸気配管の端部、Ｘｂ蒸気配管の外周面、
ｔａ鋼板の板厚、ｔｘ蒸気配管の肉厚

Claims

金属製の配管の外周面に沿って当該配管を周方向に囲繞する状態で配置され、前記配管を補強する配管用の補強用具であって、
前記配管の長手方向に沿うスリットを形成し前記外周面を囲繞する囲繞部と、
前記囲繞部にて前記スリットを形成する端部に各々、囲繞される前記配管と反対方向に突出されたフランジ部とを有し、
前記フランジ部は、前記囲繞部から繋がって延出されている延出フランジ部と、
前記延出フランジ部に取り付けられたセラミック製のフランジ補強部と、を有し、
前記セラミック製のフランジ補強部は、前記延出フランジ部と金属製の保護板との間に設けられており、
前記囲繞部が前記配管を囲繞する状態で前記延出フランジ部は、前記周方向に互いに間隔を隔てて対向しており、
前記保護板間にわたるボルトにナットを螺合して締め付け、前記延出フランジ部同士の間隔が狭くなるように力を作用させて結合されることにより前記配管に取り付けられることを特徴とする配管用の補強用具。
前記フランジ部は、前記囲繞部の上方に位置するように配置され、
前記保護板は、前記フランジ補強部上に載置される載置部を有していることを特徴とする請求項１に記載の配管用の補強用具。
前記互いに対向するフランジ部は、一方の前記フランジ部側から両フランジ部を貫通するボルトに他方のフランジ部側にて螺合されたナットが締め込まれることにより前記力が作用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配管用の補強用具。
前記配管は、互いに対向する前記フランジ部間が広げられた前記スリットから前記囲繞部内に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配管用の補強用具。
前記囲繞部は、前記フランジ部の一方を各々有する２つの湾曲部材にて形成されており、
前記２つの湾曲部材は各々、前記フランジ部と反対側の端部同士が、回動自在に連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の配管用の補強用具。