(57)【要約】【課題】相対的に摩耗の程度が激しく、交換の必要のある部位のみを交換することができ、メンテナンス費用を削減することのできる圧送管を提供する。【解決手段】鋼管１０のうち、内壁が他の部位に比べて相対的に摩耗される高摩耗領域１２ａにおいて切欠き部１３が設けられ、切欠き部１３に取り外し自在に耐摩耗部材２０が取り付けられており、耐摩耗部材２０は、外側の鋼板２１と、外側の鋼板２１の内側面に形成されている硬質チップもしくは硬質粒子を含む硬質層４０，４０Ａと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管のうち、内壁が他の部位に比べて相対的に摩耗される高摩耗領域において切欠き部が設けられ、該切欠き部に取り外し自在に耐摩耗部材が取り付けられており、
前記耐摩耗部材は、外側の鋼板と、該外側の鋼板の内側面に形成されている硬質チップもしくは硬質粒子を含む硬質層と、を有することを特徴とする、圧送管。
【請求項２】
前記鋼管の外側の前記切欠き部の周囲には、外側に突設して該切欠き部を包囲する第一フランジが設けられており、
前記耐摩耗部材の外側の外周には、外側に突設して前記第一フランジに当接する第二フランジが設けられており、
前記第一フランジと前記第二フランジが相互に当接し、固定手段により固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧送管。
【請求項３】
前記硬質粒子はサーメット粒子であり、前記硬質層は、サーメット粒子の硬化肉盛層であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧送管。
【請求項４】
前記硬質チップはサーメットチップであり、前記硬質層は、サーメットチップの溶接層であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧送管。
【請求項５】
前記サーメット粒子は、使用済みの切削工具に適用されているサーメットチップが破砕されたリサイクル材であることを特徴とする、請求項３に記載の圧送管。
【請求項６】
前記切欠き部が前記鋼管のエルボ部の径方向外側に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の圧送管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧送管に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な施設に適用される圧送管（輸送管）は、管内を流通する材料による摩耗以外にも、管内を流通する材料の沈殿物や汚れを除去するために提供される砂や鉄球等による摩耗があり、これら様々な要因による摩耗によって圧送管の内部が滅損し、圧送管の全部の交換が余儀なくされている。また、コンクリートポンプ工法においては、コンクリートが圧送管内を流通する際に、コンクリートと圧送管の内部の摩擦等により圧送管の内部が摩耗することが知られており、定期的に圧送管の内部が点検され、必要に応じて圧送管の全部が交換されている。ここで、「鋼管の全部」とは、所定長の鋼管の全部の他、例えば直管とエルボ管が接続される鋼管において、内部の摩耗が相対的に激しいエルボ管の全部等を意味している。
【０００３】
ここで、耐摩耗管や配管の耐摩耗構造に関する技術が提案されている。例えば、金属管内にセラミックス管を挿入して内壁面を強化した耐摩耗用二重管において、セラミックス管相互の連結部に、流体との接触面に耐摩耗コーティング層を設けた、断面Ｕ字型のリングからなる金属製スペーサを介在させてなる耐摩耗用二重管が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、例えば珪砂からなる粉粒体を移送するための配管のほぼ直角に曲る曲り部において、この配管に移送されてくる珪砂と衝突させるための粉粒体溜り（砂溜り）を有する、配管の耐摩耗構造が提案されている。砂溜りに衝突して跳ね返った珪砂が衝突する部位に、珪砂の硬度よりも大きな硬度を有する、セラミックスあるいはサーメットからなる耐摩耗材（ライニング材）を設けておき、砂溜りに衝突して跳ね返った珪砂は、この珪砂の硬度よりも大きな硬度を有する耐摩耗材に衝突することにより、この耐摩耗材が摩耗し難いことにより、その交換頻度が低減し、配管の耐用期間が延びることになる（例えば、特許文献２参照）。
さらに、硬質粒子を硬化肉盛層内に均等に分布させることのできる、硬化肉盛層の形成方法も提案されている。具体的には、硬質粒子を充填した中空パイプを母材上に載置し、中空パイプの上方に溶接用トーチを近接させてアークを発生させることにより、中空パイプと母材表面を溶融して溶融池を形成し、中空パイプの溶融により中空パイプの内部から溶融池内に硬質粒子を流出させ、溶接トーチを中空パイプに沿って移動させることにより、母材表面において、硬質粒子が硬化肉盛内に均等に分布するようにした硬化肉盛の形成方法である（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１２７５号公報
【特許文献２】特開２００１−５０４７４号公報
【特許文献３】特開２０１８−１１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧送管の内部は、その全領域が同程度に摩耗することはなく、相対的に摩耗の程度が激しい一部の領域の摩耗により、既述するように鋼管の全部の交換が余儀なくされており、従来の圧送管は、不要なメンテナンス費用が生じるといった課題を有している。そして、上記する特許文献１乃至３に記載の耐摩耗管や配管の耐摩耗構造においても、係る課題に関する解決手段は開示されていない。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、相対的に摩耗の程度が激しく、交換の必要のある部位のみを交換することができ、メンテナンス費用を削減することのできる圧送管を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明による圧送管の一態様は、
鋼管のうち、内壁が他の部位に比べて相対的に摩耗される高摩耗領域において切欠き部が設けられ、該切欠き部に取り外し自在に耐摩耗部材が取り付けられており、
前記耐摩耗部材は、外側の鋼板と、該外側の鋼板の内側面に形成されている硬質チップもしくは硬質粒子を含む硬質層と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本態様によれば、鋼管のうち、内壁が他の部位に比べて相対的に摩耗される高摩耗領域に切欠き部が設けられ、切欠き部に取り外し自在に耐摩耗部材が取り付けられていることにより、高摩耗領域が他の部位に比べて早期に摩耗した際に耐摩耗部材を取り外し、耐摩耗部材をメンテナンスしたり新規の耐摩耗部材に取り換えて鋼管に取り付けることにより、交換の必要のある部位のみを交換することができる。そのため、従来の圧送管に比べて、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。鋼管における「高摩耗領域」は、鋼管のエルボ部等、過去の実績や経験則上明らかに摩耗が激しいと特定できる領域の他、摩耗実験等により摩耗が激しいと特定された領域が含まれる。また、耐摩耗部材を形成する外側の鋼板の内側面に配設される硬質粒子もしくは硬質チップを含む硬質層の形態としては、超硬チップ（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とした焼結材料）がろう付けにより貼り付けられる形態、超硬チップが破砕されてなる超硬粒子の硬化肉盛が形成される形態等を挙げることができる。
【０００９】
また、本発明による圧送管の他の態様において、前記鋼管の外側の前記切欠き部の周囲には、外側に突設して該切欠き部を包囲する第一フランジが設けられており、
前記耐摩耗部材の外側の外周には、外側に突設して前記第一フランジに当接する第二フランジが設けられており、
前記第一フランジと前記第二フランジが相互に当接し、固定手段により固定されていることを特徴とする。
本態様によれば、鋼管の切欠き部の周囲にある第一フランジと、耐摩耗部材の外側の外周にある第二フランジが当接し、固定手段により固定されていることにより、鋼管と耐摩耗部材を強固に接合することができ、かつ、双方を容易に取り付け及び取り外しすることができる。ここで、固定手段としては、第一フランジと第二フランジにおいて対応する位置にそれぞれ開設されている挿通孔にボルトが挿通され、ナット締めされる形態、第一フランジと第二フランジをクランプで挟持して固定する形態などがある。
【００１０】
また、本発明による圧送管の他の態様において、前記硬質粒子はサーメット粒子であり、前記硬質層は、サーメット粒子の硬化肉盛層であることを特徴とする。
本態様によれば、硬質層がサーメット粒子の硬化肉盛層により形成されていることにより、耐摩耗性に優れた耐摩耗部材を有する圧送管を形成することができる。ここで、サーメットは、金属の炭化物や窒化物などの硬質化合物の粉末を金属の結合材と混合し、焼結することにより形成される複合材料である。例えば、主に炭化チタン（ＴｉＣ）や炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）などのチタン化合物がニッケルやコバルトにより結合された、チタン系のサーメットなどが挙げられる。
【００１１】
また、本発明による圧送管の他の態様において、前記硬質チップはサーメットチップであり、前記硬質層は、サーメットチップの溶接層であることを特徴とする。
本態様によれば、硬質層がサーメットチップの溶接層であることにより、耐摩耗性に優れた耐摩耗部材を有する圧送管を形成することができる。
【００１２】
また、本発明による圧送管の他の態様において、前記サーメット粒子は、使用済みの切削工具に適用されているサーメットチップが破砕されたリサイクル材であることを特徴とする。
本態様によれば、リサイクルが進んでおらず、従来は産業廃棄物として処理されていたサーメットチップを有効に活用することができる。
【００１３】
また、本発明による圧送管の他の態様において、前記切欠き部が前記鋼管のエルボ部の径方向外側に設けられていることを特徴とする。
本態様によれば、摩耗が激しいことが明らかである鋼管のエルボ部の径方向外側に耐摩耗部材が取り付けられていることにより、高摩耗領域を精度よく絞り込むことができ、可及的に規模の小さな耐摩耗部材を有する圧送管を形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧送管によれば、相対的に摩耗の程度が激しく、交換の必要のある部位のみを交換することができ、メンテナンス費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る圧送管の一例の側面図である。
【図２】実施形態に係る圧送管において耐摩耗部材が取り付けられていない状態の側面図である。
【図３】耐摩耗部材の一例の斜視図である。
【図４】硬質粒子層の一例の斜視図である。
【図５】硬質粒子層の他例の斜視図である。
【図６】摩耗試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態に係る圧送管について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
【００１７】
［実施形態に係る圧送管］
図１乃至図５を参照して、実施形態に係る圧送管の一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る圧送管の一例の側面図であり、図２は、実施形態に係る圧送管において耐摩耗部材が取り付けられていない状態の側面図である。また、図３は、耐摩耗部材の一例の斜視図であり、図４及び図５は、硬質粒子層の一例の斜視図である。
【００１８】
圧送管５０は、鋼管１０のうち、内壁が他の部位に比べて相対的に摩耗される高摩耗領域１２ａにおいて設けられている切欠き部１３に対して、耐摩耗部材２０が取り外し自在に取り付けられることにより形成されている。ここで、対象となる鋼管１０を有する施設や機器としては、木材粉砕搬送施設等のリサイクル施設、不定形耐火材料搬送施設や原材料搬送施設である製鉄所、化学プラント、泥水シールド掘進機や泥土シールド掘進機、泥水推進機や泥土推進機、ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）、コンクリートポンプ車等が挙げられる。
【００１９】
鋼管１０は、直部１１とエルボ部１２を有する。図示例の鋼管１０においては、直部１１とエルボ部１２が連続している鋼管であるが、直管とエルボ管が接続されることにより形成される鋼管であってもよい。ここで、鋼管１０としては、ＪＩＳ  Ｇ  ３４４４  一般構造用炭素鋼管（ＳＴＫ）や、ＪＩＳ  Ｇ  ３４５２  輸送管用炭素鋼鋼管（ＳＧＰ）、ＪＩＳ  Ｇ  ３４５４  圧力輸送管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）などが適用される。
【００２０】
直部１１とエルボ部１２を有する鋼管１０において、高摩耗領域１２ａとなる領域は、過去の実績や経験則に照らせばエルボ部１２の径方向外側の側面となる。例えば、図１に示すように、鋼管１０内をＸ方向に流通する被圧送材は、エルボ部１２の径方向外側の側面に衝突して流れる向きを変えることから、このエルボ部１２の径方向外側の側面が一般に高摩耗領域１２ａとなる。そこで、図２において明らかなように、高摩耗領域１２ａとなるエルボ部１２の径方向外側の側面において、耐摩耗部材２０が取り付けられるための切欠き部１３が開設されている。
【００２１】
そして、切欠き部１２ａの周囲には、外側に突設して、切欠き部１２ａを包囲する第一フランジ１４が鋼管１０に対して溶接により接合されている。第一フランジ１４には、複数の挿通孔１４ａ、１４ｂが開設されている。また、無端状に連続する第一フランジ１４のうち、直部１１との境界にある第一フランジ１４には、第一フランジ１４と直部１１に跨る側面視三角形状の補強リブ１５が溶接により接合されている。
【００２２】
一方、図３に示すように、耐摩耗部材２０は、鋼管１０の切欠き部１３を形成する際に切欠かれてできた鋼管片等からなる本体２１（外側の鋼板の一例）を有する。そして、本体２１の外周には、外側に突設して、本体２１を包囲する第二フランジ２２が本体２１に対して溶接により接合されている。
【００２３】
図２に示す鋼管１０の切欠き部１３に耐摩耗部材２０を配設した際に、無端状の第一フランジ１４に対して、同様に無端状の第二フランジ２２が双方の全領域において当接するように、第二フランジ２２が本体２に取り付けられている。また、第二フランジ２２には、第一フランジ１４と第二フランジ２２が当接した状態において、第一フランジ１４の有する挿通孔１４ａ、１４ｂに対応する位置に挿通孔２２ａ，２２ｂが開設されている。本体２１の両端部においては、本体２１と第二フランジ２２に跨る側面視三角形状の補強リブ２３が溶接により接合されている。さらに、本体２１の一般部には、その長手方向に間隔を置いて、複数の側面視環状の補強リブ２４が、本体２１と左右の第二フランジ２２に跨るようにして溶接により接合されている。
【００２４】
耐摩耗部材２０の内側面には、図４及び図５に示すように、種々の形態の硬質層４０，４０Ａが設けられている。図４に示す硬質層４０は、多数のサーメットチップ４１が溶接層４２を介して層状に形成され、溶接層４２が外側の鋼板２１の内側面に接合されている形態である。ここで、サーメットチップ４１としてリサイクル材が適用されることにより、リサイクルが進んでおらず、従来は産業廃棄物として処理されていたサーメットチップを有効に活用することができる。尚、サーメットチップ４１の他にも超硬チップなどが適用されてもよい。
【００２５】
一方、図５に示す硬質層４０Ａは、多数のサーメット粒子４５が硬化肉盛層４６に分散され、硬化肉盛層４６が外側の鋼板２１の内側面に接合されている形態である。このサーメット粒子４５においても、リサイクルが進んでおらず、従来は産業廃棄物として処理されていたサーメットチップを破砕してサーメット粒子とし、有効に活用できることから好ましい。
【００２６】
一般に、金属加工で使用される切削工具の材質のうち、７乃至８割は超硬チップであり、次いでサーメットである。炭化タングステンを主成分とした焼結材からなる超硬チップは、タングステンがレアメタルであることから、種々のリサイクル方法が実用化されており、リサイクルが進んでいる。
【００２７】
一方、サーメットは極めて硬い材料であることから、破砕が困難であることがリサイクルが進んでいない主たる理由である。その破砕方法として、ステンレス容器内の水中にサーメットチップと火薬をまとめて収容し、水中爆砕する方法では、破砕コストが高価となり、実施場所が限定される。また、臼の内部にサーメットチップを収容し、杵でサーメットチップを破砕するスタンプミルによる方法では、破砕可能な粒度に限界があり、処理時間が長くなる。そこで、回収されたサーメットチップを専用の破砕機で破砕し、振動ふるい機にて分級することにより、所望に分級されたサーメット粒子を得ることができ、サーメットチップが破砕されたリサイクル材を硬質粒子として適用することができる。
【００２８】
外側の鋼板２１に対して硬質層４０、４０Ａが形成される際には、硬質層４０、４０Ａの内側面が、圧送管５０を形成する鋼管１０の内側面と面一となるように形成されるのが好ましい。このような構成により、鋼管１０に耐摩耗部材２０が取り付けられて形成される圧送管５０に被圧送材が流通する際に、エルボ部における被圧送材のスムーズな流れを保証することができる。従って、例えば、上記するように鋼管１０の切欠き部１３を形成する際に切欠かれてできた鋼管片を外側の鋼板２１に適用する場合は、鋼管片の内側面の一部を削り取る加工を行うことにより、硬質層４０、４０Ａが形成された際の外側の鋼板２１と硬質層４０、４０Ａの全厚みを、鋼管１０の厚みと同程度となるようにする。
【００２９】
図１に示すように、鋼管１０の切欠き部１３に対して耐摩耗部材２０を配設し、第一フランジ１４と第二フランジ２２を当接させ、対応する挿通孔１４ａ、２２ａ、挿通孔１４ｂ、２２ｂにそれぞれボルトを挿通し、ナット締めすることにより、ボルトナット３０（固定手段の一例）にて第一フランジ１４と第二フランジ２２が強固に接合されて、圧送管５０が形成される。ここで、固定手段は、図示例の複数のボルトナット３０の他にも、複数のクランプ等であってもよい。
【００３０】
第一フランジ１４と第二フランジ２２が、図示例のボルトナット３０や不図示のクランプ等により固定されていることにより、双方を強固に接合できることに加えて、耐摩耗部材２０のメンテナンスや取り換えに際して耐摩耗部材２０を鋼管１０から容易に取り外すことができ、メンテナンス性にも優れている。また、鋼管１０のうち、内壁が他の部位に比べて相対的に摩耗される高摩耗領域１２ａに交換可能に耐摩耗部材２０が取り付けられていることにより、交換の必要のある部位のみを交換することができる。そのため、鋼管１０の全部をメンテナンスや交換する必要のあった従来の圧送管に比べて、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。尚、耐摩耗部材２０が、その内側面に硬質層４０、４０Ａを有していることから、耐摩耗部材２０のメンテナンス期間を長期化することができ、このこともまた、メンテナンス費用の削減に寄与する。
【００３１】
また、図１からも明らかなように、鋼管１０と耐摩耗部材２０の双方が補強リブ１５，２２，２３により補強されていることにより、双方の接合箇所が補強され、かつ、被圧送材による繰返しの衝撃荷重に対する耐摩耗部材２０の耐衝撃性が高められる。
【００３２】
［摩耗試験について］
本発明者等は、三種の硬質層が鋼板の表面に取り付けられてなる試験体を製作し、各試験体を低荷重研磨摩耗試験機の回転テーブル上にセットし、試験体の上方から荷重を付加した状態で回転テーブルを回転させ、摺動させた際の摩耗量を測定する摩耗試験を行い、各試験体の摩耗量を比較した。
【００３３】
ここで、試験装置において、試験体の相手材には粒度♯５０のシリコンカーバイト（ＳｉＣ）製の砥粒を適用し、試験体には４．０ｋｇｆ（４．０／９．８Ｎ）の荷重を載荷し、回転テーブルの回転速度を２５００ｒｐｍとし、試験距離１．０ｋｍとした。
【００３４】
三種の硬質層は、超硬チップを破砕してなる超硬粒子の硬化肉盛材料（ＨＦ８００）からなる硬質層（比較例１で、硬度Ｈｖは７４０）、高クロム鋳鉄系材料からなる硬質層（比較例２で、硬度Ｈｖは６９０）、及びサーメット粒子の硬化肉盛材料からなる硬質層（実施例で、硬度Ｈｖは、粒子部が１３００、溶接材料部が３５０）である。試験結果を図６に示ており、図６では、比較例１の結果を１とし、比較例１に対する比較例２と実施例の比率を示している。
【００３５】
図６より、比較例１は１．０、比較例２は１．０５と同程度の摩耗量（摩耗減量）となるのに対して、実施例の摩耗量は比較例１，２の６０％程度となり、サーメット粒子の硬化肉盛材料からなる硬質層の耐摩耗性が極めて優れていることが分かる。この結果からも、耐摩耗部材２０のメンテナンス期間を長期化できることが実証されており、圧送管５０が交換の必要のある部位のみを交換できる構成であることと相俟って、メンテナンス費用を大幅に削減できることが分かる。
【００３６】
尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０：鋼管、１１：直部、１２：エルボ部、１２ａ：高摩耗領域、１３：切欠き部、１４：第一フランジ、１４ａ，１４ｂ：挿通孔、１５：補強リブ、２０：耐摩耗部材、２１：本体（外側の鋼板）、２２：第二フランジ、２２ａ，２２ｂ：挿通孔、２３、２４：補強リブ、３０：ボルトナット（固定手段）、４０，４０Ａ：硬質層、４１：サーメットチップ、４２：溶接層、４５：サーメット粒子、４６：硬化肉盛層、５０：圧送管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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