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    公开号:WO1988005143A1
    申请号:PCT/JP1988/000008
    申请日:1988-01-06
    公开日:1988-07-14
    发明作者:Hisashi Naoi；Yasusuke Inoue；Tetsuo Nagasaka；Yoichi Matsubara；Masaaki Takagishi；Seiichi Akizawa
    申请人:Nippon Steel Corporation；Dai-Ichi High Frequency Co., Ltd.；Jgc Corporation；
    IPC主号:F16L43-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 高強度の断面形状を有する 曲 げ管 技 術 分 野
    [0002] 本発明は、 化学ブ ラ ン 卜用 S管、 ボイ ラ ー用配管及び原子 力用 S管の よ う に 、 機器の運転に と も な っ て 内圧及び曲 げ モーメ ン ト な どの外力がそれぞれ単独又は複合 して加わる 配 管において 曲管部の強度特性が直管部の強度特性 よ り も優れ て いる 、 寸法 ♦ 形状.を有する 曲 げ管の製品に 51する も ので あ る 。
    [0003] 背 景 技 術
    [0004] . [従芣の技術 ]
    [0005] 従来の曲げ S管は、 日太工業親格 JISB 2311 ,2312等に規定 されてお り 、 日本鉄鍋協会編第 3 版鉄鋼便覧 VI P179 に記載 されて いるノヽンブルグ式曲げ法に よ っ て製造される第 2 図に 示す溶接式管齄ぎ手 2 ( 通称名 ： エルボ ） を直管 3 に溶接部 4 で結合され構成されていた。 しか し なが ら その製品形状は 180 度曲げま での曲げ角度を有する 曲管部のみの製品で あ る こ と か ら 、 S管施工時において溶接工数が多 く な る こ と 、 ま た こ れに と も ない溶接部の検査工数も増加 し 、 ェ期が長 く な り 工事費も高 く な る と い う 問題をかかえて いた。 そ こ で溶接 部を少な く すべ く 、. 曲げ部の両端に直管部を有する 曲げ管が 要望されてい た。 その製造法の 1 つ と して特開昭 49-24873号 公報および特開昭 53-13587(1 号公報等に第 1 図に示す高周波 曲げ管 1 の加工法が開示されて いる 。 こ の方法で は曲 げ半铎 Rの直管部の外径 D 。 に対する比 （ R / D 。 が 1 〜 5 、 直管- 部肉厚 T。 の直管部の外径 D 。 に対する比 （ T。 Z D 。 ） が 0.02〜 0.20において、 直管部よ り も降伏開始内圧が低い曲管 部 しか得られない という 題点があ る 。
    [0006] [発明が解決し ょ う と する課題 ]
    [0007] 本発明者ら は、 こ のエルボか ら構成される 曲げ配管におい て、 内圧および曲げモーメ ン ト な どの外力が、 それぞれ単独 または複合 して加わ っ た場合に、 その強度特性が十分である かどう かを寸法 ， 形状の点か ら調査 し 題点を抽出 した
    [0008] まず、 エルボに直管を溶接部で結合した S管について、 第 3 図（a) に示すよ う に、 その直管の端面の内圧付加用水入 口 7 か ら水圧で配管内面に圧力を加えて ゆき 、 内圧 P が 100気 圧に達した時のェルボの各部位每の管外面に癸生する応力を 調査する と と も に 、 更に S管が破壊する まで内圧 P を昇圧 し、 その特性を調査した。 第 4 図に内圧 P が 100気圧に達し た時に発生する応力を示したが 発生応力はエルボの内周 I 部 （ Φ =-30度） が最大応力と な っ て-お り 、 危険断面であ る こ とが示された。
    [0009] 第 3 図（ a) に配管が破壊部 5 において破壊 した妆況を示 し たが、 破壊はエルボの内周 I 部 （ φ =- 90度 ） 近傍で起こ つ た。 こ の部位がェルボの外周 0 部 （ Φ - + 9Q度 ） 、 中立 N部 _( Φ =0度及び 180度 ) 及び直管よ り も強度が劣っ ている こ と が示された。
    [0010] 次に、 エルボに直管を溶接部で結合した g管について第 5 図（a) に示すよう に、 直管の片方の端面を固定し、 も う一方 の端面 8 に油圧ジ ャ ッ キ に よ り 外力を加えてエルボに 曲 げ モーメ ン ト を加え 、 エルボの各部位の管外面に発生する応力' を調査 し た。
    [0011] 第 5 図（ b) にエルボ断面内に発生する応力を示 し たが、 内 周 I 部 （ <^ =-90度 ） 、 中立 N部 （ Φ =0度及び 180度） 及び外 周 0部 （ ^) = + 90度 ） でそれぞれ 土 のビーク応力を呈 し 、 こ れ ら の 4個所の部位が危険斬面で ある こ と が示された。 さ ら に こ の原因を調査 し た結果、 曲げモー メ ン ト付加に よ り エルボ の断面形状が偏平化する ため、 上記 4 個所の部位にビー ク応 力が発生する事で あ っ た。
    [0012] 以上のこ と か ら従来の曲げ管に内圧お よ び曲げモーメ ン ト な どの外力が、 それぞれ単独ま たは複合 して加わ っ た場合に は、 エルボのほう が直管よ り も 、 その強度特性が劣 っ て いる と と も に、 エルボ 断面内で は内周 I 部 ( Φ =-90度） 、 中立 Ν部 度及び 180度） 、 及び外周 Ο部 （ ^ = + 90·度） 応 力が大き く 、 なかで も内周 I 都 ( Φ =-90度 ） が危険部位であ る こ と が判 り 改善を要する こ と が明 ら かにな っ た。
    [0013] 本発明は上記の現状を鑑みて な されたもので あ り 、 内圧お よ び曲げモーメ ン ト の外力がそれぞれ単独ま たは複合 し て加 えて も、 発生応力の小さ い高強度なエルボ レス鋼管を提供す る こ と を 目 的 と して レ、る 。
    [0014] 発明の開示
    [0015] *発明の要旨は内圧及び曲げモーメ ン ト の外力が、 それぞ れ単独 ま た は複合 し て 加わ る 曲 げ管において 、 曲管部外径 D 、 曲管部曲率半径 R 、 直管部外径 D 。 、 直管部肉厚丁 。 、 曲管部中央斬面角度 Φ に対 し 、 曲管部肉厚 t が、 下記（1 ) お よ び（2) 式に よ っ て親定される範囲にあ る こ と を特徴 と する 高強度の断面形状を有する 曲げ管および直管部の外径 D 。 、 肉厚 T。 、 曲管部の最大外径 D i 、 最小外径 D 2 、 曲げ半径 , 曲管部の外周 O90度） 部肉厚 で、 直管部の肉厚 /外 径 （ Τ 0 ノ D 。 ） が（ 5 ) 式、 （ 9 ) 式または（ 11 )式及び曲げ半 径 Rが（6) 式で定め られる範囲にあ り 、 内圧が加わる それぞ れの高周波曲 げ管におい て 、 曲管部の外周（ + 90度） 部肉厚
    [0016] Τ ！ が（3) 式で t かつ （7) 式で定め られる 曲管部の外径偏平 率 Uがそれぞれ（4) 式、 （8) 式ま たは（10)式でそれぞれ銳定 される範囲にある こ と を特徴とする高周波曲げ管にあ る 。
    [0017] Do 一 To ^ (D- t) { 4R+ (D- t)s in φ }
    [0018] (I)
    [0019] 2 Τ ο 4 X t {2R+ (D- t)s in φ }
    [0020] 3 T o ≥ t (2)
    [0021] 0 ≤ { ( T 0 - T i ) / T 0 0.20 (3)
    [0022] 0 ≤ υ ≤ o . 03 (4)
    [0023] 0 - QA≤ T o / D o ≤ Q . 10 C5)
    [0024] 1 ≤ K / D o ≤ 5 (6) υ = 2 * ( D x 一 D 2 ) / ( (7) ひ ^ U ≤ 0. 05 C8)
    [0025] 0. 02^ T 0 / D o < 0. 0 C9)
    [0026] 0 ^ U ≤ 0. 015 (10)
    [0027] 0. 10< T。 ゾ D o ≤ 0. 20
    [0028] [作 用 ]
    [0029] 先ず太発明者らは こ のエルボよ り 構成される 曲げ g管よ り も優れた強度特性をもつ 、 第 1 図に示すよ う な不等肉厚の曲 管部をも っ たエルボレス管に着 目 し、 検討を行つ た。
    [0030] 即ち従来のエルボを用い 配管系の弱点であ る 、 ( a ) 内圧が加わ っ た場合に、 内周 I 部 （ Φ = - 9 0度 ） に最大応 力が発生
    [0031] ( b ) 曲げモ ーメ ン ト が加わ っ た場合に 、 曲管部の偏平化に よ る ビーク応力が発生
    [0032] する こ と を防止ま たは軽減する 目 的 と して 、 エルボ レス管の 曲管部の内周 I 部 度） の肉厚をエルボの肉厚よ り 厚 く する事を基本設計 と し たエルボ レス管を試作 し た。
    [0033] こ のエルボ レス管がエルボょ り 構成される 曲げ S管に比べ て強度特性が優れているか どう かを試験 し た。
    [0034] ま ず、 エルボ レス管にエルボと 同様な方法で S管内面に圧 力を加えて ゆ き 、 内圧 P が 1 Q 0気圧に達 し た時， エルボ レス 管の曲管部の管外面に発生する応力を調査する と と も に 、 更 に こ の配管が破壊する ま で内圧 P を昇圧 し 、 その特性を調査 し-た。
    [0035] 第 4 図に内圧 P が 1 0 0気圧に達 した時に発生する応力を示 し たが、 従来エルボで 問題 と な っ て い た 曲管部の内周 I 部 ( Φ = - 9 0度） の発生応力が大幅に軽減する と と も に、 応力の 均一化が図 られた。
    [0036] 更に第 3 図（ b ) の配管に破壊状況を示 し たが、 エルボ レス 管の曲管部では破壊は起ら ず、 同図の破壊部 6 で示す よ う に 直管都のみで破壊が起っ た。
    [0037] こ の こ と か らエルボ レス管で は曲管都の ほう が直管都よ り も内圧強度特性が優れて いる と と も に 、 エルボ レス ¾=がエル ボよ り も著 し く 優れている事が明 ら か ίこな っ た。
    [0038] 一方こ のエルボ レス管の よ う に、 不均一な 肉厚を有する 曲 げ S管 に 発生す る 応力の推定式は今 ま で確立 し た も のがな か つ たが、 今回下記（ 12 )式を、 エルボ レ ス管に適用した と こ ろ第 4 図の荬験-値と 良い一致を示 し、 その値は有限要素法に よ る理論的応力解折結果と も一致 した。 さ ら に直管部の発生 応力は（13)式で表される こ とが同様に解折ざれた。
    [0039] 曲营部の周方向応力
    [0040] P(D— t) { 4R+ CD- t)s in φ }
    [0041] ·· (12)
    [0042] 4t {2 + (D - t)s in φ }
    [0043] 直管部周方向応力
    [0044] Ρ ( Do - To )
    [0045] ·· (13)
    [0046] 2Το
    [0047] 次に、 エルボと 同様な方法でエルボレス管に曲げモーメ ン 卜 を加え た場合の 曲管部の各部位に癸生する応力を調査 し た。
    [0048] 第 5 図 (b) にその結果をエルボ との比較で示したが、 従来 のエルボの内周 I 部 ( φ =-30度 、 中立 N部 （ * = 0 及び 180 度） 及び外周 O部 （ φ =·^0度） で発生していた.靳面形状 の偏平化に伴う 各部の円周方向ビーク応力は大幅に減少する こ とが示された
    [0049] これは当初予想したよ う こ、 第 1 図（ b ) に示したエルボレ ス管内周 I 部 Φ =-90度） の肉厚部の存在がエルボレス管の 曲げ部断面の偏平化を防止し 、 応力の大幅低減と な っ た と考 え られる。
    [0050] 以上の事か ら管の曲げ部の内周 I 部 （ ^ =- 90度） の肉厚を 厚肉化する事に よ つ て配管系の強度特性を大幅に改善する事 が出来る事は ¾萌 したが、 各部の肉厚が.どの程度最低必要で あるかについて考察 した。
    [0051] まず強度の優れたェルボ レス管の応カ条件と して 「 曲 管部 は直管部 よ り も 内圧強度特性が優れた 曲管部形 状 ♦ 寸法を持つ 」 と し （14)式を設定 し た。
    [0052] 直管部の発生応力 ^ 曲管部の発生応力 ー （14) ( 14) 式の左辺に式（U)、 右辺に式（12)を代入する と （1 ) 式 が得 られ、 最低必要肉厚が決定された。
    [0053] Do - To 、 (D- t) { 4R + (D- t)s in φ }_ ( { ) ― 2To ― 4 t {2 R + ( D - t) s in φ }
    [0054] ( 1 ) 式は内圧強度のみを考慮 し たものであ る が、 内周 I 部 ( Φ =-90^ ) が厚肉 と な っ て いる ので前述の理由か ら 、 エル ボよ り も 曲げモーメ ン ト を加え た場合に も応力が軽減され、 安全性は高い。
    [0055] 次に肉厚上限について考察 し た。 肉厚は厚い方が応力は緩 和され安全で あ るが、 肉厚が増加 して行 く と 、 通常は外径は 一定の規格値であ る ので、 管,内径が小さ く な り 、 管内の流体 が移動する 際に管内流速が増大 して管路抵抗が増え不具合で あ り 、 さ ら に経済的にも好ま し く な レ、 こ と か ら （2 ) 式の肉厚 上限を設けた。
    [0056] 3 Τ 0 ≥ t ( 2)
    [0057] ( 1) ， (2) 式で決定されるエルボ レス管の曲管部の計箕例 を 内周 I 都 （ Φ =- 90度 ） と 外周 Ο 部 （ φ = + 90度 ） の 肉厚範 囲 に つ い て 、 曲 管部の 曲率半径比 R D と の関係で第 6 図 に 示 し た 。 配管の 曲 げ 曲率半径比 R / D が小さ い程、 内周
    [0058] I 部 （ ^> = - 90度 ） の厚肉化が必要で あ る と と も に 、 外周 〇 部 （ Φ - + 90度 ） で はあ る程度の薄肉化が可能で あ る事が示さ れ、 新 しいエルボ レス管の範囲が明確にな っ た。 なお計算式 中の曲管部外径 D は通常配管で は D 。 に等 し いので D = D 。 を用いた。 直管部肉厚 T。 は実寸法を示す。 曲率半径比 R
    [0059] D は化学ブラ ン ト用 g管、 ボイ ラー用 se管及び原子力配管な どでは最大 5 程度で、 最小は i が通例である 。
    [0060] 次に表 1 に示す曲管部の偏平化が異なる高周波曲げ管につ いて、 その曲管の端面に内圧付加用入 口か ら水圧で s管内に 圧力を加えてゆき 内圧が 10 0気圧に達した時の、 高周波曲 げ管の各部位毎の管外面に発生する応力を調査し た。
    [0061] 直 管 部 曲 管 部 内压 100¾ 番 号 鋼 嵇
    [0062] 圧時の曲管 外 径 肉 厚 径 偏平率
    [0063] Do To To/Do 内周肉厚 外周肉厚 曲げ半
    [0064] τ2 Ti R/Do U 部最大応力
    [0065] ASTM 闘 mm % mm mm % kg/闘2
    [0066] 1
    [0067] A106B 168.3 10.8 6.4 19.1 9.4 1.5 0.1 7.0
    [0068] ASTM mm 画 % mm mm %
    [0069] 2
    [0070] A106B 188.3 10.9 6.5 18.4 10.1 1.5 2.0 8.3
    [0071] ASTM 删 删 %. mm 隱 % kg/mm2
    [0072] 3
    [0073] A106B 188.3 10.9 6.5 18.8 9.3 1.5 5.0 10.5
    [0074] 第 9 図（ a) に内圧が 100気圧に達した時に偏平率 2 %の曲 管部の外表面部（0 ) に癸生する応力の実測例を、 更に第 9 図 (b) 及び表 1 に偏平率の異な っ た場合の曲管部発生応力の結 杲を示した。 これら の図及び表か ら 明 らかな如 く 、 こ の外表 面部の最大応力は偏平率の増加 と と も に増大 し 、 外周（ + 90 度） 部が最大応力の危険部位と なる こ とが示された。 さ ら に こ の高周波曲げ管に内圧 100気圧を加えた場合の現象を有限 要素解析法によ る数値解析を実施 した結果を第 9 図（a) に実 測値と と も に示した。 その解折結果、 第 8 図に示す外表面図 (0 ) の応力は前述の実測値と 同様の結果が得られ、 さ ら に肉 厚中央部（M) 及び内表面部（I) の応力状況も あわせて記載し た。 これらの結果か ら偏平化に よ る応力の増大は、 偏平化し た曲管部に内圧が加わる と、 偏.平を矯正し ょ う と する応力が 管の各部位に加わる為であ り 、 第 1 0 図に示す よ う に、 こ の 偏平を矯正し ょ う とする応力に よ る 曲管部の外周（+90度） 部 には付加的な引張応力が加わる ためで、 こ の付加的な応力は 肉厚が相対的に厚く なる と とも に増大する こ と に着 目 した。 以上のこ とか ら高周波曲げ管に内圧が加わ っ た場合に、 曲管 部の偏平率が大きい と 、 曲管外周部に発生する最大応力は高 く な り 、 更に曲管外周（ + 90度） 部の肉厚 T i が薄い場合、 こ こ にかかる応力が大き く なる こ と と な る 。 又こ の現象は直管 部の 肉厚 /外径の比 （ T 。 Z D 。 ） と 関連を持つ こ と に な る 。 ；
    [0075] 次に直管部の肉厚/外径 （ T。 / D 。 ） が 0.(H〜Q.1Q鏑管 を高周波誘導加熱によ り 連続的に加熱しながら加熱都に曲げ モーメ ン トを付年し、 その直後の水または空気—による強制冷 却を行っ て製造 し た肉厚差及び偏平率の異なる高周波曲げ管 につ いて 、 内圧を加えて 、 該曲げ管を降伏させ、 肉厚差及び 偏平率の効果を調査 し た結果を表 2 に示す。
    [0076] こ の結果、 偏平率 U が 3 %超の場合及び偏平率 U が 3 %以 下の場合で も 曲管部外周（ + 90度） 部肉厚 が相対的に薄 く な る場合は曲管部か ら 降伏がは じ ま る こ と が認め られた。 こ れ ら の閭係を R / D 。 と の閗連で整理 し た結果を第 7 図に示 す。 図中の ♦ 印は直管部が先に降伏 し たケース、 X 印は曲管 部が先に降伏するケース、 図中数字は曲管部の外径偏平率％ を示す。
    [0077] 一方、 曲管部に偏肉を持つ高周波曲げ管に内圧が加わ っ た 場合の曲管部の安全性を保証する条件 と して は （1) 式の闋係 が必要 と なる こ と は既に述べたが、 こ の （ 1 ) 式か ら 曲管部曲 げ半径 R / D 。 力 1 〜 5 、 Τ 。 / D 。 が 0.02〜 0.2 Gの場合に 限定する と 、 曲管部外周（+90度） 部肉厚 の限界は （14)式 で近似 して表わされる 。
    [0078] { ( T o - T x J / T o } * ( R / D 0 ) = 0.20 … （： 14) さ ら に本発明者 ら は鋼管を高周波誘導加熱に よ り 連続的に 加熱 し なが ら加熱部に 曲げモ一メ ン ト を付芋 し 、 その直後に 氷 ま たは空気に よ る強制冷却を行 っ て製造 し た 肉厚差及び偏 平率の異な る表 3 及び表 4 に示す高周波曲げ管を試作 して、 その高周波曲げ管に内圧を加えて該曲げ管を降伏させ、 肉厚 差及び偏平率の効果を調査 した。
    [0079]
    [0080] -表 . 4
    [0081] 寸 法 · 形 状 先に降伏開始す 直 管 ¾ 曲 菅 部 る部位（X印） 種
    [0082] 外 径 肉 厚 内周肉厚 外周肉厚 曲げ半径
    [0083] ToA> 曲管 Do To τ2 τ. R/D o U
    [0084] ASTM mm % an %
    [0085] 1 139.7 15.9 li.i 21.1 14.8
    [0086] B 2.0 0.5 X
    [0087] ASTM no % m %
    [0088] 2 139.7 15.7 11.2 22.0 14.8 2,0 0.8 X
    [0089] A106B
    [0090] 腿 mo % %
    [0091] 3 139.7 14.4 2.0 1.5 . X
    [0092] A108B 18.0 11.5 21.8
    [0093] ASTM ■ nm % m %
    [0094] 139.7 15.9 11. 21.5. 14.8 2.0 2.3 X A106B
    [0095] ASTM ram % m 00 ¾
    [0096] 5 139.7 15.8 11.3 21.3 14.0 2.0 0.9 X A108B
    [0097] ASTM mi % m %
    [0098] 6 AioeB 139.7 ie. i 11.5 20.9 13.8 2.0 2.5 X こ の 高周波 曲 げ管 の 特徴 を こ れ ら の表 に 示す よ う に 、 直 管部 肉 厚 T 。 /' D 。 が表 3 で は 2 〜 4 未満 ％ 及び表 4 で は
    [0099] 10超〜 20 % で あ り 、 曲 管部 曲 げ半径 R / D 。 が ：！ 〜 5 、 偏 平率 U が 0 〜 10% 及 び 曲 管部外周 （ + 90度） 肉厚 丁 ！ と し て
    [0100] ( T 0 - T , ) / T 0 が O 〜 0.2 の範囲 に あ る 。
    [0101] [ 発明の効果 ]
    [0102] 従来のエルボか ら 構成される 曲 げ配管に く ら べて 、 术発明 のエルボ レス管に よ り 曲 げ配管は内圧及び曲 げモ 一 メ ン ト に 対 し て 優れた強度特性を持 っ て い る 。 ま た靳面偏平が小 さ い こ と か ら 、 今後エ ル ボ レス 管が化学 ブ ラ ン ト 用配管 、 ボイ ラ ー用配管及び原子力 S管の よ う に 、 機器の運転に と も な つ て 内圧及び曲げモ ー メ ン ト な どの外力が、 それぞれ単独 ま た は複合 し て加わ る S管に適用され， こ れ ら の設備の安全性を 高め 、 産業に貢献す る と こ ろ 大で あ る 。
    [0103] 図面の簡単な説明
    [0104] 第 1 図 （ a)，（ b) は *発明実施例エルボ レス管を用い た配管 概略図 と 、 その曲管部 Y - Y 断面形状図、 第 2 図 （a)，（b) は 従来 の瑢接式管 ^ ぎ手 （ 通称名 ： エルボ ） を 用 い た S管概 略図 と そのエルボ部の X - X 断面形状図、 第 3 図 （a) はエル ボを用 い た S管に内圧を加え た場合の破壊状況の斜視図、 第 3 図 （ b ) はエルボ レス管に内圧を加え た場合の破壊状況の斜 視図、 第 4 図は内圧 100気圧付加時のエルボ レス管の 曲管部 お よ びエルボの管周方向発生応力状況を示す グ ラ フ 、 第 5 図 (a) は配管に 曲 げモ ーメ ン ト を加え る 方法の概略図、 第 5 図 ( b ) はエルボ レス管お よ びエルボを用 い た配管に 曲 げモ ー メ ン ト 1 Τοη-Μ を加え た場合の 曲管部の管周方向発生応力状況 を示すグラ フ 、 第 6 図はエルボ レス管の曲管部断面形状の計 箕例を示すグラ フ で 、 第 6 図（ a ) は内周 I 部 （ ψ =- 90度） の 肉厚 （ t / T 。 - 1 ) 第 6 図（b) は外周 0部 （ φ =+90度） の肉厚 （ t / T o - 1 ) を示すグラ フ、 第 7 図は太発玥実施 例で曲管部の異なる偏平率 ϋ及び外周（ + 90度） 部肉厚 を 持っ た高周波曲げ管の内圧に よる 降伏状況を示すグラ フで、 第 7 図（a) は O.Q4≤ T 。 Z D 。 ≤ 0- 10の場合、 第 7 図（b) は Q.Q2≤ T o / D o < (3 - (Hの場合、 第 了 図（c) は 0.10< T 。 / D 。 ^ Q .20の場合を示す。 第 8 図は高周波曲げ管の 曲管部 X — X 靳面の偏平化状況を誇張 して示 し た概念図、 第 9 図 (a) は高周波曲げ管に内圧 100気圧を付加 した場合の曲管部 の偏平率 U = 2 %の場合に曲管部に癸生する応力の実測値と 有限要素法による解析値を示すグラ フ 、 第 9 図（b) は曲管都 の偏平率が異な っ た場合に曲管部に発生する応力の実測値の グラ フ 、 第 1 0 図は曲管部が偏平化している高周波曲げ管に 内圧が加わ っ た場合の、 偏平化を矯正する付加的応力の概念 図であ る 。
    [0105] 癸明を実施する ための最良の形態
    [0106] [実施例 1 I
    [0107] 表 5 および麦 6 に示す よう に （ 1 ) ， (2) 式で規定された各 種サイズのエルボレス管を実際に製造し内圧に よ る破壊試験 と 曲げモーメ ン ト に よる癸生応力の特栓調査を実施した。 表 5 は実施例と しての内圧を加えた場合の破壊状況、 表 6 は実 施例と しての曲げモーメ ン ト 1 Ton を加えた場合のエルボ と比較レた発生応力状況である 。
    [0108] 1) 内圧に よる破壌試験 前述 （第 3 図（b ) ) と 冋様の水圧で配管内面に圧力を加 えて ゆき 、 S管の破壊試験を実施 し 、 その結果を表 5 に示 した。
    [0109] すべてのエルボ レス管は直線部でバース 卜破壊 し 、 曲管部 の安全性が確認され、 エルボ レ ス管が従来のエルボょ り も内 圧強度特性の優れた 靳面形状を有 して い る こ と が明 ら かに な っ た。
    [0110] 5 サ イ ズ （ m in ) 内圧 に よ る破壊位
    [0111] 置は X印 で、 非破
    [0112] 外 径 肉 厚 曲 率 壊位置は 0印で示す
    [0113] 品 嵇 号
    [0114] t t 曲 管 部
    [0115] D.Do To R 直 管 部
    [0116] Φ→ φ=+90 I N 0
    [0117] 1 168,3 12,1 8.6 7.1 1.5D o O o X
    [0118] 2 168.3 10.6 6.6 7.1 2.0D. o O o X Co 本 発 明 例
    [0119] 3 168.3 9,0 6.8 . 7.1 3.0D o O o X
    [0120] エルボレス管 4 168.3 18.5 10.3 π.ο 1.5D o O o X
    [0121] 5 168.3 ie.2 10.4 11.0 2.0D o o o X
    [0122] 6 168.3 12.8 10.4 11.0 3.0D o o o X
    [0123] 従来例エルボ 7 168.3 10.5 10.5 10.5 1.4D, X o o o
    [0124] 曲げモーメ ン ト に よ り 発生応力の特性調査
    [0125] 前述 （ 第 5 図（a ) ) と 同様の方法で試験を行い、 斬内面 で ビー ク応力の発生する 部位の代表例 と して、 中立 N部の 発生応力を表 6 に示 し た。
    [0126] 6 サ ィ ズ （ m m ) 曲げモーメン卜
    [0127] ΙΤοπ- Mを曲管部 外 径 肉 厚 曲 率 に加えた場合の 品 嵇 番 号 中立 Ν部管周方
    [0128] t t 向応力比較
    [0129] D,Do Φ-90 =+90 To R (エルボを 1とした）
    [0130] 4 168.3 18.5 10.3 11.0 1.5D 0.55 本 発 明 例
    [0131] 5 168.3 16.2 10.4 11,0 2.0D 0.54 エルボレス管
    [0132] 6 168.3 12.8 10.4 11.0 3.0D 0.46 従来例エルボ 7 168.3 10.5 10,5 10.5 1.4D 1.00
    [0133] すべてのエルボ レス管の発生応力はエルボのそれよ り も大 幅に低減してお り 、 エルボ レ ス管の内周 I 部の厚肉部の存在 が有効であ る こ と を証明 し た。
    [0134] 以上 1) , 2)の実施例か ら すべての今回発明 し たエルボ レス 管は、 従来のヱルポよ り も強度特性が優れてお り 、 ま た曲管 部は直管部 よ り も 内圧強度特性が優れて い る *が明 ら か に な っ た。
    [0135] [実施例 2 ]
    [0136] 1) G .(M≤ T 。 Z D 。 0.10の場合の試験の結果を第 7 図
    [0137] (a) に示す。 偏平率 U が 3 %超の場合及び偏平率が 3 %以 下の場合で も 曲管部外周（ + 90度） 部肉厚 が相対的に薄 く な る 場合 は 曲管部か ら 降伏がは じ ま る こ と が認め られ た。 ま た偏平率 3 %以下の条件で直管部が降伏する 曲管部 外周（+90度） 部肉厚 T t の限界曲線は（14)式 と ほぼ一致 し た。 即ち高周波曲げ管に内圧が加わ っ た場合、 曲管部の外 周部（ + 90度） 肉厚 及び曲管都の外径偏平率 Uがそれぞ れ（3) 及び（4) 式で規定される範囲にあ る こ と を特徴 と す る 高周波曲 げ管で あれば、 曲管部の降伏開始内圧が直管部 の降伏開始内圧よ り も高く 安全で あ る こ と が示され、 今回 発明 し た曲管部に小偏平断面形状を有する高周波曲げ管の 内圧強度特性が直管部 よ り も 優れて い る こ と が萌 ら か に な っ た。
    [0138] 2) 0.02≤ T 0 Z D 。 < 0.04の場合の試験の結果を第 7 図
    [0139] (b) に示す。 偏平率 U が 5 %超の場合及び偏平率 5 %以下 の場合で も 曲管部外周（ + 90度） 部肉厚 が相対的に薄 く な る場合は曲管部か ら降伏がは じ ま る こ と が認め られた。 また偏平率 5 %以下の条件で直管部が降伏する 曲管部外周 ( + 90度） 部肉厚！^ の限界線は前のケース と 同様（14)式と 一致した （第 7 図（b) ) 。
    [0140] 即ち高周波曲げ管に内圧が加わっ た場合、 曲管部の外周 部 O90度） 肉厚 T i 及び曲管部の外径偏平率 Uがそれぞれ (3) 及び（ 8 ) 式で規定される範囲にあ る こ 'と を特徴と する 高周波曲げ管であれば、 曲管部の降伏開始内圧が直管部の 降伏開始内圧よ り も高ぐ安全であ る こ とが示され、 今回発 明 した曲管部に小偏平靳面形状を有する高周波曲げ管の内 圧強度特性が直管部よ り も優れている こ とが明ら かにな つ た。 -) Q.10< T。 Z D。 0.20の場合の試験の結果を第 7 図 (c》 に示す。 偏平率びが 1-5%超.の場合及び偏平率が 1.5 %以下の場合でも曲管部外周（ + 90度） 部肉厚 が相対的 に薄く なる場合は曲管部か ら降伏がは じ まる こ とが認め ら れた。 ま た偏平率 1.5 %以下の条件で直管部が降伏する 曲管部外周 90度） 肉厚 の限界線は前のケースと 同様 (14)式と一致した （第 7 図（c) ) 。
    [0141] 即ち高周波曲げ菅に内圧が加わ っ た場合、 曲管部の外周 部（ + 90度） 肉厚 T ！ 及び曲管部の外径偏平率 Uがそれぞれ (3) 及び（10)式で親定される範囲にあ る こ と を特徴とする 高周波曲げ管であれば、 曲管部の降伏開始内圧が直管部の 降伏開始内圧よ り も高く 安全で ある こ と が示され、 今回発 明 した曲管部に小偏平断面形状を有する高周波曲げ管の内 圧強度特性が直管部よ り も優れている こ とが明らかにな つ た。 尚曲管部の他の箇所における 肉厚はその高周波曲げ管製 造法か ら 曲げ半径 R と 曲管部外周（ + 90度） 部肉厚 T t に対 応 して ほぼ一義的に決定される が、 例えば曲管部内周（ - g 0 度） 部肉厚 T 2 と して （ Τ 2 — Τ 。 ） /丁。 が 0.07〜 80 の範囲が通常であ る 。 ま た曲管部の外径偏平率 U はその高 周波曲げ管製造法か ら不可避的に生 じ る も のであ り 、 その 対策 と して従来か ら各種方法が試み ら れているがこ れを皆 無にする こ と は難 し く 、 高周波曲げ加工後の外径矯正を特 別に行わない限 り 、 偏平率 U は通常最大 8 %程度で あ る 。
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 囲
    . 内圧及び曲げモーメ ン ト の外力が、 それぞれ単独または 複合して加わる 曲げ管において、 曲管部外径 D 、 曲管部曲 率半径 R、 直管部外径 D 。 、 直管部肉厚 T。 、 曲管部中央 断面角度 Φ に対し、 曲管部肉厚 t が、 下記 （1)お よび（2) 式によ っ て規定される範囲にあ る こ と を特徴と する高強度 の靳面形状を有する 曲げ管。
    Do 一 To - (D - t) { 4R+ (D - t) s in φ }
    ··· (1)
    2 T o 一 4 x t {2R+ (D - t) sin Φ }
    3 T o ≥ t '·· (2). 直管部の外径 D 。 、 肉厚 T。 、 曲管部の最大外径 、 最小外径 D 2 、 曲げ半径 R、 曲管部の外周（ + 90度） 都肉厚 で、 直管部の肉厚 Z外径 （ T。 Z D 。 ） が（5) 式及び 曲げ半径 Rが（ 6 ) 式で定め られる範囲にあ り 、 内圧が加わ る 高周波曲 げ管にお い て 、 曲管部の外周 〔 + 90度） 部肉厚 Τ 及び（7) 式で定め られる 曲管部の外径偏平率 Uがそれ ぞれ（3) 式及び（4) 式で規定される範囲にあ る こ と を特徵 とする高周波曲げ菅
    0 { ( Τ - Τ ) / Τ } * ( R X D ) ^ 0.20
    … (3)
    0 ^ U ^ 0.03 -.. (4 )
    0.04≤ Τ。 Z D 。 0.10 … （： 5)
    1 ≤ R Ό a ^ 5 … （ 6 ) U = 2 'よ ( Ώ ι - Ό ^ ) ( Ό 1 + Ώ ζ ) - (7)
    . 直管部の外径 D 。 > 肉厚 T。 、 曲管部の最大外径 、 最小外径！） 2 、 曲げ半径 R、 曲管部の外周（ + 90度） 部肉厚 T , で 、 直管部の肉厚ノ外径 （ T 。 / D 。 ） が（9 ) 式及び 曲げ半径 Rが（ 6 ) 式で定め ら れる範囲に あ り 、 内圧が加わ る 高周波 曲 げ管に お い て 、 曲管部の外周 （+30度） 部肉厚 T X 及び（7 ) 式で定め られる 曲管部の外径偏平率 Uがそれ ぞれ（3) 式及び（8 ) 式で親定される範囲に あ る こ と を特徴 と する高周波曲げ管
    0 ≤ { ( T 。 - T J Z T 。 い ( R / D 0 0 . 20
    … （3 )
    0 ≤ U ≤ 0. 05 . … ·' （8)
    0 . 02≤ T o / D o < 0 . 04 … ·' （9 ) 1 ≤ R / D 0 ^ 5 … ·' （6 ) U = 2 * ( D x - D 2 ) / ( D 1 + D 2 ) … ·' （7 ). 直管部の外径 D 0 、 肉厚 T o 、 曲管部の最大外径 、 最小外径 D 2 、 曲げ半径 R 、 曲管部の外周（ + 90度） 部肉厚 T t で、 直管部の肉厚 Z外径 （ T 。 Z D 。 ） が（11 )式及び 曲げ半径 Rが（ 6 ) 式で定め'られる範囲に あ り 、 内圧が加わ る 高周波 曲 げ管 に おいて 、 曲管部の外周（ + 90度） 部肉厚 T ！ 及び（7 ) 式で定め られる 曲管部の外径偏平率 Uがそれ ぞれ（3 ) 式及び（10 )式で規定される範囲に あ る こ と を特徴 と する 高周波曲げ管
    0≤ { ( 丁 。 — T , ) y T o } * ( R Z D 。 ） ^ () . 20
    … ( 3 )
    0 U 0 . 015 …（10 ) . 10 < 丁 D 0 .20 •• ( 11 )
    (i) ( z a + ' a ) / ( z Q - τ a ) z = n
    (9) s ° a z ¾ 丁
    . 92
    80000/88df/lDd ε SO/88 ΟΛ
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE3881584D1|1993-07-15|
    DE3881584T2|1994-01-05|
    EP0296251A1|1988-12-28|
    EP0296251B2|1997-08-13|
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    EP19880900788| EP0296251B2|1987-01-07|1988-01-06|Bent pipe having high-strength cross-section|
    DE19883881584| DE3881584T3|1987-01-07|1988-01-06|Gebogenes rohr mit hoher querschnittsfestigkeit.|
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