JPH0146724B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概略的には流体管路に関し、特にシス
テム背圧の大幅な増加なしに有害なキヤビテーシ
ヨンを抑制する改良型流体荷役アームに係わるも
のである。

現在、荷役アーム（ローデイング・アーム）、
特に船舶用流体荷役アームにおける流速が「キヤ
ビテーシヨン」の現象によつて制限されているこ
とは周知である。この現象は、荷役アームの小さ
い半径のエルボ内において生ずる。すなわち、流
体がエルボを流通する際、エルボ横断面を横切る
圧力勾配が生じ、圧力は内側または最小半径部分
において最低となる。流れの速度が増加するにつ
れて、内側半径部分の圧力が低下してついには流
体の蒸気圧に達する。この特異時点においては産
物蒸気の多数のかなり小さな泡あるいは空洞が形
成されて下流へ流れ始め、そして泡がかなり高圧
の領域へ達するときに泡は内破、すなわち、つぶ
れることになり、このとき激しいエネルギーの解
放を伴う。これらの内破は管壁の侵食およびアー
ムの振動を生じさせ、結果的に、構造的弱化によ
るアーム破損や、動的応力発生による疲労破損が
生じ、あるいは最低限でも侵食されたアーム部品
の交換に経費がかかることになる。

一般的に、アーム内の流速を増大させのが経済
的に望ましく、かつそうすべき重要な誘因が存在
する。流速を増加することの利点は、現在または
新たな停泊における往復時間の短縮や、既存のア
ームをより大径のアームと交換する必要をなくす
こと、更には新しいターミナルの場合であつては
より小さいないしはより少ない数のアームで済ま
すことができることである。この結果、投入資本
額が低減する。しかし、流速を増加させた場合、
エルボの内側半径部分において生ずる低圧領域の
ためにアームへの損傷が相応して増大する。すな
わち、流速の増加が望ましいが、それによつて生
ずるキヤビテーシヨンの対応問題が重要課題であ
る。

キヤビテーシヨンがいつ生じるかを決定する一
次的パラメータには、流れ変数である絶対圧力
P₀および速度V₀、ならびに境界形状、蒸気圧P_v、
液体密度ρがある。これらのパラメータ間の関係
は一般にキヤビテーシヨン数、シグマ（sigma）
として知られ、これは次式で表わされる。

P₀−P_v／１／2ρV₀ ² すなわち、もし流速を増加させることができれ
ば、前述および他の利点が得られるであろうが、
キヤビテーシヨンを抑制する手段を導入しない限
り付帯欠点は避けられない。

キヤビテーシヨン抑制および流量向上のための
エルボにおいて現在使用されている装置および構
造は、アームエルボ内の曲り翼板を含んで構成さ
れている。これらの翼板は単一の流れを、それぞ
れが単一の流れの全体圧力勾配よりも小さい圧力
勾配を有する多数の流れに分割する。これによ
り、流体の蒸気圧に達する前にかつキヤビテーシ
ヨンが発生することなしに、翼板付きエルボによ
つて高圧定格が実現される。この構造は米国特許
第1837901号、第1996596号、第2662553号、第
2723680号、第2733044号、第3597166号の開示に
よつて代表されるものとして一般に知られてい
る。特に重要な特許は米国特許第3724499号であ
り、これに開示されている荷役アームはエルボ内
に成形曲り翼板を有すると共に、荷役アーム内の
流体圧力を高めるためにアームの出口にベンチユ
リー部を設けてある。アーム流体圧力を増加させ
る概念は工業界で周知である。前述したように、
これによつてキヤビテーシヨン発生前により高い
流速を実現することが可能となるであろう。すな
わち、従来特許の荷役アーム設計においては、流
量を向上させるために背圧を増大させることが必
要である。同様の効果は、出口管のところに流れ
制限弁を設けることによつても得ることができ
る。しかし、この型式のシステムの欠点は、ベン
チユリーあるいは弁にもとづく付加的背圧に打ち
勝つために付加的ポンプ容量を必要とすることで
ある。他の重要な従来特許は、流通路内に設けら
れる調節自在な板を開示している米国特許第
2564683号、および流れの曲りの効果を最小限と
なすためのエルボ配置案内板を開示している米国
特許第3398765号である。すなわち、流体荷役ア
ームの流量をキヤビテーシヨンを伴うことなくか
つ背圧の大きな増加を伴うこともなしにより大き
くすることを可能とするようなシステムの必要が
あることは明らかである。

本発明は従来システムの欠点を解消するシステ
ムであり、基本的にはエルボ接点の上流の延長翼
板と負の翼板迎え角との相互作用からなるもので
あり、その延長翼板の長さについてはエルボの内
径の約0.4ないし約1.0倍とされる。本発明は一般
にはエルボを有する流体管路に適用可能であり、
特に船舶用荷役アームに有効である。流れに面す
る翼板の縁はまたかなり平滑な空気力学的形状に
形成される。延長翼板は、エルボが直線管の近く
にある場合に先行縁のいかなるフラツタリングを
も防止するために、両側で支持されるか、あるい
は回転継手のニツプル部分内にある場合は両側縁
を回転継手に溶接することができる。エルボが回
転継手本体の近くにあつてかつ回転継手ニツプル
に密接している場合は、回転自在なリング状支持
具を設けることができる。このリングは回転継手
ニツプル部分内に設けた溝内に納めることができ
る。延長翼板の両側は、フラツタリングを解消す
るため、ならびに翼板を流体流れに関して一定の
迎え角に維持するためにリングに溶接される。延
長翼板の迎え角を調節可能とすることにより、延
長翼板と迎え角の組合せを活用してキヤビテーシ
ヨンを伴うことなく最も望ましい流量を実現する
ことができる。利用し得る適切な翼板調整装置
は、翼板に当接しているロツドを駆動して翼板の
迎え角を調節するような手動スクリユーである
が、別のものとして、特に接近不可能な位置にお
ける調整機能の遠隔制御のためにソレノイドある
いは液圧作動ピストンモータを用いることもでき
る。本発明による翼板付きエルボによつて得られ
る利点は、従来のアームシステムと比較して、キ
ヤビテーシヨンの伴わない基本的により大きなア
ーム流量ないしはより高いシステム圧力であり、
これは新しい農牧事業のための荷役アームに必要
な投資額の低減を意味する。その理由は、小型の
アームあるいはより小数の大型アームで所望の低
容量を得ることができ、また既存設備においては
アームを追加することなくあるいは既存のアーム
を同数の大型アームと交換することなしに出力の
増大を実現でき、更に荷役時間の短縮により停泊
時間が短くなるのでタンカーの超過停泊料の低減
が実現できるからである。

以下、本発明につき実施例にもとづいて図面を
参照し詳細に説明する。

本発明の代表的実施例は流体荷役アームにおけ
るものであり、特に例えば第１図に示すようにタ
ンカーと陸上基地の備蓄設備間の石油または他の
液体産物の輸送に使用するものである。本発明は
他に、エルボを含む管路においても適用可能であ
る。図には、複数の直管部分を回転継手および管
エルボで接続してなる船舶用荷役アーム１０を示
してある。このアームは基部寄り管部１２と、こ
の基部寄り管部に回転継手１６を介して回動自在
に接続される先端寄り管部１４と、基部寄り管部
が回転継手２０を介して回動自在に接続される直
立の立上り管１８と、先端寄り管部１４の先端に
接続される３重回転継手組立体とを含んで構成さ
れている。図では、立上り管を岸壁２２に取り付
けた状態で示してある。立上り管と液体備蓄槽
（図示せず）との間には適当な配管（図示せず）
をしてある。立上り管１８の上端にエルボ２４を
設けてあり、このエルボは下側直線部分に回転継
手２６によつて取り付けられており、この回転継
手は立上り管の鉛直軸線に関するアームの回転運
動を可能となす。３重回転継手組立体は、相互に
直交する平面内にある３つの回転継手と一連の隣
り合うエルボとを含んでなり、アームの自由運動
を許容する。アームの全体形状は基本的に従来一
般のものであり、前記の米国特許第3724499号に
より詳細に図示されている。他の型の船舶用およ
び流体荷役アームも本発明の意図するものであ
る。前述の荷役アームにおいては、流体がいくつ
ものエルボを通過する際に、そのとき生ずる遠心
力によつて圧力差が生じてエルボの外側半径部分
は内側半径部分よりも高い圧力となる。流速が十
分大きいときは、内側半径部分における圧力が液
体の既知の蒸気圧以下に低下して蒸気泡が生ず
る。流速が増加するにつれて、キヤビテーシヨン
の度合いもそれだけ増大する。キヤビテーシヨン
が十分に発展したときにはそれは下流の管の直線
部分にまで延び、そして圧力域にもはや遠心力作
用が存在しないかあるいは流体角度運動量が殺さ
れるような下流位置にて消滅する。形成された蒸
気泡はそのときより高い圧力を受け、泡の内破ま
たはつぶれが生じ、前述したような問題が起こ
る。

これらの問題を克服すべく、エルボ内に本発明
による曲り翼板２８を設けてあり、これがキヤビ
テーシヨンの発生を抑制すると共に流量を向上さ
せる。これらの翼板は湾曲しており、剛固であ
り、かつ金属または他の軽量材料から作られ、そ
して単一の流れを単一流れの圧力勾配よりも小さ
な圧力勾配を有する多数の流れに分割するよう機
能する。これにより、キヤビテーシヨンが生ずる
流体の蒸気圧が達成される前により高い流量が実
現可能となる。本発明によれば、翼板はエルボ接
点から非キヤビテーシヨン流速を向上すると考え
られる距離だけ延長される。翼板をエルボ内径の
約0.4〜１倍ほど延長することによりこれは所望
の目的を達成する。また、延長翼板はわずかに負
の迎え角にて配設された。すなわち、翼板の延長
部分は直管部分の軸線と平行な平面に関して負の
角度で配置される。なお、ここで負の翼板の迎え
角とは翼板の延長部がエルボの曲率中心に向かつ
て傾斜させられた際に直管部分の軸線と平行な平
面となす角度を言う。ほぼ−1.5度の迎え角およ
びエルボ直径の0.4〜１倍の翼板延長がキヤビテ
ーシヨンを防止することが試験結果によつて示さ
れている。しかし、最適な負の迎え角αは産物お
よび使用するエルボ形状に依存して変り得ること
が予想され、経験的に決定される。第２図は、翼
板２８を近接する上流側管部３２内へ符号３０の
部分において距離Ｌだけ延長した場合を示す。翼
板はエルボ内径Ｄのほぼ0.85倍に等しい一定曲り
半径の線上に位置している。この実施例は単一の
翼板を使用するものであるが、流速の所望の増加
量に応じて２つ以上の翼板を用いることも考えら
れる。前方の上流側あるいは先行側の翼板縁３４
はアーム内の流れの方向を横切るように配置さ
れ、またかなり平滑な空気力学的形状を得るため
に流れの方向から離れた傾斜面３６が形成されて
いる。

特定の翼板延長については前述したが、翼板の
上流側直管部分内への個有の延長量は、試験所や
現場における基準試験によつて適宜決めることが
できる。より短い翼板延長がいつかは可能である
かも知れないが、翼板の先行縁は様々な局部的エ
ツジ・キヤビテーシヨンによつて侵食され、これ
がより有害なエルボ・キヤビテーシヨンの発生を
早めることになる。翼板縁の侵食作用を最小限に
したければ、より長い延長翼板を利用することが
できる。延長翼板の先行縁のフラツタリングを防
止するためには、翼板の側縁を第３図に符号３８
で示すように翼板の上面および下面にて荷役アー
ム管部の内壁に溶接して支承するのが好ましい。

第４図に示すように、本発明による翼板２８を
含むエルボが回転継手の近くに位置するときは、
環状の支持リング４０を周囲の回転継手部分に関
して回動自在に設ける。図示のように支持リング
４０は回転継手の回転自在なニツプル部分４４に
形成された凹溝４２内に納められ、そしてリング
の外表面と溝の表面との間には低摩擦材４６が設
けられていて、これが回転ニツプルの表面と支持
リング間の相対滑り関係の形成を助ける。この低
摩擦材は流体の特性に適合するテフロン
（Teflon）または他の材料で構成することができ
る。翼板の延長部分におけるフラツタリングの問
題を解消するために、翼板の側縁をリングの内表
面に溶接しても良く、これはまた翼板を流体の流
れ方向に関して一定の負の迎え角に維持する助け
になる。リングとエルボ接点間の翼板延長部側縁
は溶接されておらず、自由である。回転継手本体
には、ベアリング５２によつて相対運動可能とし
た回転ニツプルと主ボデーとの間の漏れを防止す
るために適当なパツキング材４８，５０を設けて
ある。

好適な迎え角を得るために、翼板の延長部分を
迎え角調整用の手段と協働するようになすことが
できる。その一例として第５図にねじ式調整機構
５４を示してあり、これは直管部分に取り付けら
れており、かつ管壁内のシールユニツトを貫通し
て流れ方向および管の長手軸線に直角に延び、翼
板の表面に接触している。第６図に示すように、
管壁に固定されている支持栓５６に螺着されてい
るねじ部材を回すことにより、この回転方向に応
じて軸が上下し、これにより翼板が上下させられ
て迎え角が制御される。管壁を貫通して翼板と接
触する軸部６０自体は、流れとの干渉を避けるた
めに空気力学的に翼形状に形成することができ
る。管からの流体の漏れを防止するために、翼板
調整軸にはこれを取り囲くモールド成形された弾
性あるいはプラスチツク性のリングのような弁パ
ツキング材５８が詰められ、そしてパツキングの
頂部にはそれをしつかり保持するためにねじを切
つた支持栓５６を取り付けてある。迎え角を調節
あるいは制御するための調整機構を用いる場合に
は、当然のことながら翼板の延長部分は溶接され
ない。また、図示のねじ式調整機構の代わりに、
例えば第１図の基部寄り管部１２と先端寄り管部
１４間のエルボのようにアームの比較的接近しに
くいエルボにおける遠隔制御のためにソレノイド
や液圧駆動ピストンあるいはモータなどの種々の
装置を用いることもできる。

回転継手中へ延びている翼板の場合には、第５
図に関して前述したものとほぼ同様の調整機構を
第４図に示す支持リング４０と組み合わせて使用
することができる。第７図に示すように、支持リ
ング４０は、翼板をそれの先行縁３４およびそれ
に近い両側縁において、両面（上面および下面）
に密接させた支持用ブロツクおよびパツキング６
１によつて把持する。また、翼板の側端における
上下面側には調整ばね６２を設けてあり、これら
のばねは支持リング４０と支持用ブロツクおよび
パツキング６１との間に配設されている。これは
全体が支持リングの凹部６４に取り付けられ、そ
して各支持ブロツク６１はリング凹部に対する摺
動面を構成するテフロンなどのような材料４６で
被覆してある。図示のように、支持リングとエル
ボ接点との間の翼板側縁部は溶接されておらず、
調整機構はエルボ接点のすぐ近くに取り付けられ
ているが、調整機構を回転継手のもつと上流の他
の位置に配置することもできる。ねじを調節する
と延長翼部に力が上向きまたは下向きに作用し、
これに応じて翼板が動いた迎え角が調節される。
調整ばね６２は流れによるフラツタリングを十分
防止し得る程度に強く、従つて他の実施例の場合
のように溶接の必要がない。支持部材６１は単に
支持表面をなすだけでなく、アームを流通する流
体がばねに詰まつて動きが鈍くなるのを防止する
シールの役目もする。

以上のように延長翼板と負の翼板迎え角とを組
み合わせた本発明は、これらの特徴を別々に採用
した場合よりもはるかにキヤビテーシヨン性能を
改善する効果を実現することがわかつた。翼板付
きエルボを設けることによつて期待された流れ特
性の改善は、本発明により翼板をエルボの接点よ
り上流へ負の迎え角で延長することによつてはじ
めて実現された。翼板を単に延長することだけで
は所望の向上性能は生ぜず、この場合は等価の翼
板無し単純エルボ同然であることがわかつた。従
つて、翼板延長および負の迎え角の両者の組合せ
が本発明の必須要件であると考えられる。これら
の特徴により終始一貫してすぐれた流れ性能が実
際の作用において背圧の増加を伴うことなく実現
されると確信する。第９図は、長さが管径の１倍
に等しくかつ迎え角が−1.3゜の延長翼板の例の試
験結果を示す。

荷役アーム内に２つ以上のエルボが存在する場
合、試験で用いられる規準は隣接エルボ間の包括
角度を変えることであつた。多エルボ形状に関し
ては限定された試験が行われただけであるが、翼
板付き単一エルボの安全流速に関する有益な効果
が期待される。翼板を延長しかつ迎え角を変える
という特徴はまた多エルボ形状のエルボにも適用
される。

本発明は上述の実施例に限らず、種々の態様お
よび変形が考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した流体荷役アームの一
部破断斜視図、第２図は本発明による翼板を組み
込んだエルボのほぼ管軸線に沿つた断面図、第３
図は第２図の線３−３に沿つて矢印方向へ見た横
断面図、第４図は本発明による翼板を回転継手に
近い荷役アームエルボ内に取り付けた例を示す断
面図、第５図は本発明による翼板の迎え角調整用
の装置の一例を示す図、第６図は第５図の調整装
置の拡大部分断面図、第７図は本発明による翼板
を回転継手に近いエルボ内に取り付けた第４図と
同様の構造に翼板迎え角調整装置を設けた例を示
す断面図、第８図は第７図のリング内に取り付け
られた翼板を一部拡大して示す図、第９図は本発
明による翼板付きエルボの試験結果を示す線図で
ある。 １０……船舶用流体荷役アーム、１２……基部
寄り管部、１４……先端寄り管部、１６，２０，
２６……回り継手、２２……岸壁、２４……エル
ボ、２８……翼板、３０……翼板延長部、３２…
…上流側管部、３４……翼板先行縁、３６……傾
斜面、３８……翼板側縁、４０……支持リング、
４２……溝、４４……ニツプル部分、４６……低
摩擦材、４８，５０……パツキング材、５４……
調整機構、５６……支持栓、５８……パツキング
材、６０……軸部、６１……支持ブロツク、６２
……調整ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つの曲り管エルボ部分と、この
   曲り管エルボ部分に隣接した上流側直管部分とを
   具備し、この上流側直管部分から前記曲り管エル
   ボ部分に流体を流すようになつた流体通路におい
   て、 前記曲り管エルボ部分の流路中に少なくとも１
   つの曲り翼板を取り付け、この曲り翼板を前記曲
   り管エルボ部分の曲り形状に対応した曲り形状で
   もつて該曲り管エルボ部分の終端から前記上流側
   直管部分内に延長し、この延長部分の長さを前記
   曲り管エルボ部分の内径の約0.4ないし約1.0倍と
   し、前記延長部分を前記上流側直管部分内の流体
   流れ方向に対して負の迎え角となるように設置し
   たことを特徴とする流体通路。 ２ 前記翼板が前記管エルボ部分の接点から延
   び、また前記迎え角を調整するための機構を具備
   する特許請求の範囲第１項記載の流体通路。 ３ 前記翼板の先行縁が、流れ方向から離れた傾
   斜面を有する特許請求の範囲第１項記載の流体通
   路。 ４ 前記翼板の先行縁の実質的フラツタリングに
   備えて該翼板の側縁を支承した特許請求の範囲第
   １項記載の流体通路。 ５ 前記延長翼板の側縁が少なくともその先行縁
   に近い一部分において前記直管部分に溶接されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の流体通路。 ６ 前記管エルボ部分が回転継手本体を有し、そ
   して該回転継手本体に対して相対回転可能に取り
   付けられかつ前記翼板の先行延長部を支持するリ
   ングを具備する特許請求の範囲第１項記載の流体
   通路。 ７ 前記延長翼板の前部を弾性的に支持すると共
   に、翼板の迎え角を調整するための機構と協働し
   て当該通路内の流体流通時の延長翼板前部のフラ
   ツタリングを防止する装置を具備する特許請求の
   範囲第６項記載の流体通路。 ８ 前記調整機構は、翼板の迎え角を制御するた
   めのねじ式部材を含んで成る特許請求の範囲第２
   項記載の流体通路。 ９ 荷役アームを具備する特許請求の範囲第１項
   記載の流体通路。