JP2018063046A - 耐震用フレキシブルスリップジョイント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐震用フレキシブルスリップジョイント装置を提供する。
【解決手段】スリップジョイント装置１が、中空円筒状の外側管状部１１と、外側管状部の一端部から外側管状部の中心に向かって延出する端部連結部１２と、端部連結部の延出端部から外側管状部の内側に向かって延在し、自由端部を有する内側管状部１４とを含むジョイント外管１０と、ジョイント外管の内側管状部内に摺動自在に挿入される、中空円筒状のスリップ内管２０とを備え、ジョイント外管は、外側管状部、端部連結部、及び内側管状部によって取り囲まれて形成された加圧空間Ｐを有し、内側管状部は、端部連結部から離間した部分に配置されたパッキング部１６を含み、内側管状部は、端部連結部とパッキング部との間に配置され、波形に折り曲げて形成された内側波形部１８をさらに含む構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、耐震用フレキシブルスリップジョイント装置に係り、さらに詳細には、地震やその他の原因によって発生可能な上下左右方向の動きに対し、さらに柔軟に対応することはもとより、耐久性も強化される耐震用フレキシブルスリップジョイント装置に関する。

一般的に、各種産業用プラント、発電所、ビル、アパート、大型船舶などでは、温水、油、ガス、蒸気のような流体を移送するために、配管ラインを設ける。配管ラインは、移送流体と外気との温度差、圧力変化、または地震及び風圧などの多様な原因により、膨脹及び収縮されたりねじれたりするような変形が生じてしまう。かような場合、防止対策がなければ、応力集中及び疲労累積によって配管ラインの連結部分に亀裂が生じ、流体が漏れるという事故が発生する。特に、地震のような大きい衝撃が来る場合、変形程度がはなはだしくなり、事故発生危険性は、さらに高くなる。

従って、配管ラインの設置作業時には、配管ラインの連結部分に、外気と移送流体との温度及び圧力の変化や、地震及び風圧に起因する膨脹、収縮、ねじれなどの変形によって発生する過度の応力を吸収し、配管を保護することが可能な伸縮ジョイントを設けることが必ず必要である。

従来は、配管の伸縮変形を吸収するための伸縮ジョイントとして、配管と配管との間をベローズ形態の波形管（crimped pipe）で連結するベローズ型伸縮ジョイントが汎用されてきた。

しかし、かような従来のベローズ型伸縮ジョイントは、構造が簡単であって低価であるという利点があったが、長さに比べて伸縮長さが短く、伸縮性の限界があるために、適用範囲が極めて制限的であるだけではなく、両端部が配管間に固定されることにより、回転力によってねじれが生ずる場合、容易に破損されるという問題点、及び上下左右方向の動きには、対応することができなかったという問題点があった。

他の従来技術のスリップジョイントは、外管と内管とから構成し、内管が外管の内側にスリップ移動自在に構成し、同時に相互接触面に多様なパッキング部を具備し、移送流体の漏れを防止するものであった。しかし、かような従来のスリップジョイントは、上下左右方向の動きやねじれに対して、効果的に対応することができなかったという限界があった。

また、スリップジョイント以外にも、スリップジョイントに上下左右方向から加わる外力に対して様々な方法で対応するために、スリップジョイント及びボールジョイント、またはボールジョイントだけを含む複合ジョイントが提案されている。

しかし、かような従来の複合ジョイントは、構造の限界や、構造の複雑性により、外管とスリップ管との隙間から移送流体が漏れてしまうという問題があった。また、製作が困難であり、製作コストも多大なものであり、維持補修も困難であるという問題もあった。

かような問題点は、本発明者によって提案された特許文献１により、ある程度解決されている。図１は、前記特許公報の代表図面であり、図２は、図１において、スリップ内管１０２が外管１０１に対する相対的な動きとして、上下左右方向に動く場合について説明するための断面図である。

移送流体の圧力により加圧空間Ａは、パッキング部と、スリップ内管１０２の外側面とを互いに密着させ、これにより、移送流体の漏れを効果的に遮断する。また、スリップ内管１０２が、ある外力によって、上下左右方向に動く場合にも、垂直端部１１２が弾性変形することにより、スリップ内管１０２の動きに対して対応する。

しかし、かような従来技術には、改善しなければならない問題がある。

すなわち、パッキング部材１３０と補助パッキング１３１とが、内管部１１３の全体にわたって長さ方向に配置されている構成により、スリップ内管１０２の上下左右方向の動きが継続的に発生する場合、垂直端部１１２は継続的に弾性変形して対応しなければならないため、垂直端部１１２には、疲労が累積し、破損が発生するという問題点が発見された。また、地震のような大きい外力が作用する場合には、垂直端部１１２の変形だけでは対処できないため、垂直端部１１２、あるいは他所の破損が発生し、移送中の流体が漏れてしまう事故が発生するという問題点がある。

韓国登録特許第１０−１３８６６６３号公報

本発明は、前述のような問題点を解決するためのものであり、移送中の流体が、内管と外管との隙間に流出することが防止されることはもとより、地震のような外力によって、連結された管の上下左右方向の動きが大きく、反復的に起きる場合にも、内側波形部が弾性変形されながら対応が可能な耐震用フレキシブルスリップジョイント装置を提供することをその目的とする。

本発明は、耐震用フレキシブルスリップジョイント装置に係わり、円筒状の外側管状部、前記外側管状部の端部から中心方向に延長形成された端部連結部、前記端部連結部の端部から内部に向けて延設され、自由端部を有する内側管状部から構成されたジョイント外管と、前記ジョイント外管の内側管状部に対してスリップ移動自在に設けられる円筒状のスリップ内管と、を含んで構成されるが、前記ジョイント外管の外側管状部、端部連結部及び内側管状部で取り囲まれて形成される加圧空間が具備され、前記内側管状部は、前記端部連結部から離隔された部分にパッキング部を具備し、前記内側管状部は、前記端部連結部と前記パッキング部との間部分に、波状に曲がって形成された少なくとも１つの波形を含む内側波形部を具備し、前記加圧空間を介して加えられる移送流体の圧力により、前記内側管状部と、前記スリップ内管との密着力が増大すると共に、前記スリップ内管が上下左右方向に動く場合、前記内側波形部が弾性変形され、移送流体が外部に漏れないように構成されたことを特徴とする。

前記内側波形部は、弾性を具備した素材によって形成され、中心から外側方向に延長された後、さらに中心方向に曲がって形成された波形が２個以上であることが望ましい。

前記パッキング部は、外周に沿って形成された溝部と、当該溝部に具備されたパッキング部材と、を含み、前記内側管状部には、前記パッキング部を挟み、当該パッキング部の両側それぞれに、ガイドパッキング部がさらに具備されることが望ましい。

前記端部連結部には、波状に曲がって形成された少なくとも１つの端部波形を含む端部波形部が具備されることが望ましい。

そして、前記端部波形部は、弾性を具備した素材によって形成され、内部に向けて延長された後、さらに外部に向けて曲がって形成された端部波形が２個以上であることが望ましい。

前記内側管状部に形成された内側波形部は、変形される前には、前記スリップ内管の外側面に対して離隔されるように構成されることが望ましい。

本発明による耐震用フレキシブルスリップジョイント装置によれば、移送中の流体の圧力が加圧空間を介して内側管状部を密着させて隙間で移送中の流体が流出されることが効果的に防止されることは勿論、地震のような外力によってスリップ内管のジョイント外管に対する上下左右方向の動きが大きく起きる場合と外力が反復的に加えられて上下左右方向の動きが反復的に起きる場合にも、内側波形部が弾性変形されながら対応が可能であって、移送中の流体の漏れが防止される効果を得ることができる。

また、端部連結部に端部波形部を追加的に具備する場合、さらに効果的に、スリップ内管の上下左右方向に大きくて反復的な動きに対する対応が可能であって、移送中に流体の漏れが防止される効果を得ることができる。

従来のスリップジョイントについて説明するための図面である。 従来のスリップジョイントについて説明するための図面である。 本発明の一実施形態に係る耐震用フレキシブルスリップジョイント装置の縦方向断面図である。 図３のスリップ内管が上下方向に動く場合について説明するための図面である。

以下、図３及び図４を参照して、本発明に係る耐震用フレキシブルスリップジョイント装置１について具体的に説明する。

図３は、本発明に係る耐震用フレキシブルスリップジョイント装置１を示す断面図である。

本発明に係る耐震用フレキシブルスリップジョイント装置１は、配管の連結部分の変形及び動きに対して対応できるように構成された装置である。

本実施形態に係る耐震用フレキシブルスリップジョイント装置１は、ジョイント外管１０とスリップ内管２０とを含んで構成される。

ジョイント外管１０の一端部には、外管フランジ３０が具備される。

ジョイント外管１０は、外管フランジ３０を介して、別の配管に連結される。なお、別の実施形態では、ジョイント外管１０の一端部の構成は、フランジを設ける構成以外にも、様々に変更可能である。

ジョイント外管１０は、その他端部に、外側管状部１１と、端部連結部１２と、内側管状部１４とを含む。

すなわち、図３に示すように、ジョイント外管１０は、中空円筒状の外側管状部１１と、外側管状部１１の一端部から外側管状部１１の中心に向かって所定の長さで延出する端部連結部１２と、端部連結部１２の延出端部から外側管状部１１の内側（図中右側）に向かって所定の長さで延在し、自由端部を有する内側管状部１４とを含む。

言い換えれば、ジョイント外管１０の他端部は、ジョイント外管１０の内側に向けて折り曲げて形成された「逆コ」字状の形状を有し、スリップ内管２０は、その折り曲げられた他端部に、摺動自在かつ上下左右方向の動きも可能に挿入される。

内側管状部１４の右側端部は、自由端部である。そして、外側管状部１１は、全体的に見て、管部材の一般的な形状である中空円筒形状を有する。「中心」という用語は、管部材の断面形状である円の中心を意味する。

ジョイント外管１０は、弾性を有する金属材料から形成される。本実施形態では、外側管状部１１、端部連結部１２及び内側管状部１４は一体的に形成されており、各部を互いに連結する部分は曲面状に形成されている。

そして、ジョイント外管１０において、外側管状部１１、端部連結部１２、及び内側管状部１４によって取り囲まれて形成された内部空間が、加圧空間Ｐである。移送流体は加圧空間Ｐ内で加圧力を発生させ、この加圧力によって、内側管状部１４のパッキング部１６はスリップ内管２０の外側面に密着させられる。これにより、スリップ内管２０とジョイント外管１０の内側管状部１４との間から移送流体が外部に漏出することが防止される。

内側管状部１４は、端部連結部１２から離間した部分に、パッキング部１６を含む。パッキング部１６は、内側管状部１４とスリップ内管２０との間の隙間を通って移送流体が外部に漏出するのを防止する役割を果たす。図３を参照して、パッキング部１６は、内側管状部１４の自由端部（最右側端部）に設けられている。また、詳細については後述するが、内側管状部１４は、端部連結部１２とパッキング部１６との間に内側波形部１８を含む。

図４を参照して、パッキング部１６は、スリップ内管２０が上下左右方向に動くときのスリップ内管２０の動きの中心点ＣＰと直交する中心線ＣＬ上に配置されている。かような配置によって、内側波形部１８は制限されることなく弾性変形することができ、これにより、ジョイント外管１０が損傷することなく、スリップ内管２０の上下左右方向の大きな動きに対して効果的に対応することが可能となる。

本実施形態では、パッキング部１６は、溝部１６０と、溝部１６０に配置されたパッキング部材１６２とを含む。溝部１６０は、内側管状部１４の周方向に沿って、パッキング部材１６２を収容することができる形状に形成される。パッキング部材１６２は、水分を吸収して膨張する材料から構成される。

パッキング部材１６２は、潰れた「Ｃ」字状の形状を有し、これにより、パッキング部材１６２の内部に膨脹空間Ｐ２が形成される。内側管状部１４とスリップ内管２０との間の隙間を通って移送流体が漏出した場合、漏出した流体は、膨脹空間Ｐ２に流入し、パッキング部材１６２を膨脹させる。そして、膨脹したパッキング部材１６２の外側面（すなわち、溝部１６０との当接面）が溝部１６０を加圧することによって、内側管状部１４とスリップ内管２０との間の密着性が高められ、これにより、移送流体の漏出が防止される。別の実施形態では、パッキング部材１６２は、例えば単純なＯリングなどの、様々な公知の形態であってもよい。

加えて、内側管状部１４は、パッキング部１６の両側に、パッキング部１６を挟み込むように配置されたガイドパッキング部１７をさらに含む。各ガイドパッキング部１７は、ガイドパッキング溝部１７０と、ガイドパッキング溝部１７０に配置されたガイドパッキング部材１７２とから構成される。ガイドパッキング部１７は、ジョイント外管１０内でのスリップ内管２０の直線的な摺動をガイドする役割を果たす。

内側管状部１４は、端部連結部１２とパッキング部１６との間に、波形に折り曲げて形成された内側波形部分１８０を有する内側波形部１８を含む。

本実施形態では、内側波形部１８は、４つの内側波形部分１８０から構成されている。各内側波形部分１８０は、ジョイント外管１０の中心側からジョイント外管１０の外側に向かって延びた後にジョイント外管１０の中心に向けて折り曲げることにより形成されている。なお、「波形部分（内側波形部分）」は、その名称や図示した実施形態によって形態が限定されるものではなく、波形部分の大きさまたは形状、波形部分間の間隔、波形部分が互いに同一の大きさまたは形状を有するか否かなどは、必要に応じて様々なに変更可能である。一般的に、「波形部分」は、ひだ状部分またはベローズ状部分とも呼ばれる。

別の実施形態では、内側波形部分１８０の個数は、多様に変更可能である。すなわち、必要に応じて、１つまたは２つの内側波形部分１８０を形成してもよいし、または５つ以上の内側波形部分１８０を形成してもよい。また、内側波形部１８の全長も、必要に応じて、多様に変更可能である。

図４に示すように、内側波形部１８は、スリップ内管２０が上下左右方向に動いたときに、その動きに対して対応（応従）するために弾性変形する。これにより、パッキング部１６での気密性が維持され、移送流体の外部への漏出が防止される。また、スリップ内管２０から加わる応力に起因するジョイント外管１０の損傷を防ぐことができる。

本実施形態では、内側波形部１８は、弾性変形前の状態では、スリップ内管２０の外側面から離間して配置されている。すなわち、スリップ内管２０に加えられた外力に応答してスリップ内管２０が上下左右方向に動く前は、内側波形部１８は、スリップ内管２０の外側面とは接触しておらず、スリップ内管２０の外側面から若干離間している。かような構成によって、スリップ内管２０から応力が加えられた場合に、内側波形部１８は、制限されることなく、容易に弾性変形することができる。

また、本実施形態では、端部連結部１２は、端部波形部１２０を含む。端部波形部１２０は、弾性材料から構成されており、波形に曲げて形成された１つの端部波形部分を含む。詳細には、端部波形部分は、ジョイント外管１０の内側（図中では右側）に向かって延びた後に、ジョイント外管１０の外側（図中では左側）に向けて折り曲げられた形状を有する。

別の実施形態では、端部波形部１２０は、２つ以上の端部波形部分を含む。また、さらに別の実施形態では、端部連結部１２は、端部波形部１２０を含まない。

スリップ内管２０は、ジョイント外管１０の内側管状部１４に対して摺動可能に設けられた中空円筒状の管部材である。スリップ内管２０の一端部には、内管フランジ４０が具備される。スリップ内管２０は、内管フランジ４０を介して、別の配管に連結される。なお、別の実施形態では、スリップ内管２０の一端部の構成は、フランジを設ける構成以外にも、様々に変更可能である。

スリップ内管２０の他端部には、ストッパ２２が具備されている。このストッパ２２は、スリップ内管２０がジョイント外管１０から脱離するのを防止する役割を果たす。

以下、本発明の一実施形態に係る耐震用フレキシブルスリップジョイント装置１の作用効果について説明する。

上述した構成を具備した耐震用フレキシブルスリップジョイント装置１によれば、スリップ内管２０が、ジョイント外管１０の内側に向かって屈曲した端部を有するジョイント外管１０の内側管状部１４に挿入され、スリップ内管２０とスリップ内管２０との間に、加圧空間Ｐを介して移送流体により加圧可能なパッキング部１６が設けられており、かつ、内側波形部１８及び端部波形部１２０が設けられている。したがって、装置が損傷したり移送流体が漏出したりすることなく、スリップ内管２０の摺動（ジョイント外管１０に対する相対的な動き）のみならず、スリップ内管２０の上下左右方向の動きも対応することができる。

特に、スリップ内管２０が上下左右方向に動く場合には、図４に示すように、フレキシブルな内側波形部１８及び端部波形部１２０が状況に応じて伸張または収縮することができるので、スリップ内管２０の大きな動きに対応（応従）することができる。

すなわち、図４に示すように、スリップ内管２０がジョイント外管１０に対して、回転中心ＣＰを中心にして角度θの相対回動運転を行う場合、下部の内側波形部１８は伸張し、上部の内側波形部１８は収縮し、上部の端部波形部１２０は伸張し、下部の端部波形部１２０は収縮し、これにより、スリップ内管２０の相対的な動きに対して効果的に対応（応従）することができる。

したがって、地震のような大きい動きが発生する状況においても、ジョイント外管１０に対する損傷または移送流体の漏出を防止することができ、これにより、安全が確保される。

従来技術では、スリップ内管２０の上下左右方向の動き、すなわちジョイント外管１０に対する相対的な動きが繰り返し行われた場合は、ジョイント外管１０における応力が加わる部分に応力が蓄積され、その応力が蓄積した部分で疲労破壊が発生するという問題点があった。これに対して、本発明によれば、内側波形部１８及び端部波形部１２０の伸張または収縮により、ジョイント外管１０に加わる応力を分散させることができ、これにより、疲労破壊を大幅に減少させることができる。

また、ジョイント外管１０が内側波形部１８のみを具備する場合でも、スリップ内管２０の相対的な動きが大きい場合に、従来技術よりも良好に対応することができる。そして、ジョイント外管１０が内側波形部１８に加えて端部波形部１２０をさらに具備する場合には、スリップ内管２０の大きな相対的な動きに対して、内側波形部１８のみを具備する場合よりもさらに良好に対応することができる。

また、本実施形態では、内側波形部１８は、スリップ内管２０と接触しないように、スリップ内管２０から離間して配置されており、パッキング部１６は、内側管状部１４の端部に配置されているので、スリップ内管２０の上下左右方向の動きによりスムーズに対応することができる。

本発明は、図面に図示された実施形態を参照して説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当該技術分野において当業者であるならば、それらから多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決められるものである。

本発明の耐震用フレキシブルスリップジョイント装置は、例えば、配管関連の技術分野に効果的に適用可能である。

１ 耐震用フレキシブルスリップジョイント
１０ ジョイント外管
１１ 外側管状部
１２ 端部連結部
１４ 内側管状部
１６ パッキング部
１８ 内側波形部
２０ スリップ内管
１２０ 端部波形部
１８０ 内側波形部分
Ｐ 加圧空間

Claims (6)

1. 耐震用フレキシブルスリップジョイント装置であって、
   中空円筒状の外側管状部と、前記外側管状部の一端部から前記外側管状部の中心に向かって延出する端部連結部と、前記端部連結部の延出端部から前記外側管状部の内側に向かって延在し、自由端部を有する内側管状部とを含むジョイント外管と、
   前記ジョイント外管の前記内側管状部内に摺動自在に挿入される、中空円筒状のスリップ内管とを備え、
   前記ジョイント外管は、前記外側管状部、前記端部連結部、及び前記内側管状部によって取り囲まれて形成された加圧空間を有し、
   前記内側管状部は、前記端部連結部から離間した部分に配置されたパッキング部を含み、
   前記内側管状部は、前記端部連結部と前記パッキング部との間に配置され、波形に折り曲げて形成された少なくとも１つの内側波形部分を有する内側波形部をさらに含み、
   前記加圧空間を介して加えられる移送流体の圧力によって前記内側管状部と前記スリップ内管との間の密着性を高めると共に、前記スリップ内管が上下左右方向に動いたときに前記内側波形部が弾性変形するように構成されたことを特徴とする耐震用フレキシブルスリップジョイント装置。
2. 前記内側波形部は、前記ジョイント外管の中心側から前記ジョイント外管の外側に向かって延びた後に前記ジョイント外管の中心に向けて折り曲げることにより形成された、弾性材料からなる少なくとも２つの内側波形部分を有することを特徴とする請求項１に記載の耐震用フレキシブルスリップジョイント装置。
3. 前記パッキング部は、前記内側管状部の周方向に沿って形成された溝部と、前記溝部に配置されたパッキング部材とを含み、
   前記内側管状部は、前記パッキング部の両側に、前記パッキング部を挟み込むように配置されたガイドパッキング部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の耐震用フレキシブルスリップジョイント装置。
4. 前記端部連結部は、波形に折り曲げて形成された少なくとも１つの端部波形部分を有する端部波形部を含むことを特徴とする請求項１に記載の耐震用フレキシブルスリップジョイント装置。
5. 前記端部波形部は、前記外側管状部の内側に向かって延びた後に前記外側管状部の外側に向けて折り曲げることにより形成された、弾性材料からなる少なくとも２つの端部波形部分を有することを特徴とする請求項４に記載の耐震用フレキシブルスリップジョイント装置。
6. 前記内側管状部の前記内側波形部は、弾性変形前の状態では、前記スリップ内管の外側面から離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の耐震用フレキシブルスリップジョイント装置。

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