(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の高温高圧流体によってクリープが生じ、壁部に形成された貫通孔が閉塞プラグで閉塞された金属製配管を、前記配管の外周面に帯状の薄板鋼板を巻回することで補強する補強工法に用いられる補強補助具であって、
前記配管の外周面に当接され、前記配管の外周面の曲率と揃えられた湾曲形状の内周側湾曲面と、
前記内周側当接面よりも前記配管の半径方向外側に形成され、前記配管の外周面よりも大きい曲率とされた湾曲形状の外周側湾曲面と、
前記内周側湾曲面から前記外周側湾曲面に向けて形成され、前記閉塞プラグにおける前記配管の外周面よりも突出された突出部分が収納される収納部と、
を有することを特徴とする補強補助具。
【請求項２】
前記収納部は、内周側湾曲面と前記外周側湾曲面との間を貫通する貫通孔によって構成され、
前記貫通孔の長さは、前記閉塞プラグにおける突出部分の高さに揃えられていることを特徴とする請求項１に記載の補強補助具。
【請求項３】
前記配管を構成する金属よりもクリープ強度の高い金属で作製されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の補強補助具。
【請求項４】
前記帯状の薄板鋼板を構成する金属と同一種類の金属で作製されていることを特徴とする請求項３に記載の補強補助具。
【請求項５】
平面視で短冊状、側面視で三日月状に形成され、短冊の長辺が前記配管の周方向となるように配置されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の補強補助具。
【請求項６】
前記収納部の位置で分割されていることを特徴とする請求項５に記載の補強補助具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部の高温高圧流体によってクリープが生じ、壁部に形成された貫通孔が閉塞プラグで閉塞された金属製配管を、配管の外周面に帯状の薄板鋼板（帯板）を巻回することで補強する補強工法に用いられる補強補助具に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン等の動力として使用される動力用蒸気は高温高圧の流体である。例えば、蒸気温度が３００℃から６５０℃、蒸気圧力が５Ｍｐａから８Ｍｐａ程度に調整される。このような高温高圧とされた動力用蒸気を流しているので、配管にはクリープによる劣化が生じる。
【０００３】
クリープ劣化に伴う配管の破壊を防止すべく、この配管に対する補強が行われる。通常は、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、配管の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、特許文献１に記載された方法では、配管の対象部分にワイヤーを巻回することで、配管の補強を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８５４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配管に作用する曲げ応力への耐性を高めるため、帯板を巻回することが考えられるが、この配管には閉塞プラグが突設されている。この閉塞プラグは、配管溶接部の放射線検査の実施に伴って取り付けられるものであり、一方の端部が配管を貫通する貫通孔に挿入され、溶接によって固着されている。そして、閉塞プラグの残りの部分は、配管の外周面から半径方向の外側に突出している。
【０００６】
このように閉塞プラグは配管の外周面から突出しているので、帯板は閉塞プラグの先端を通って巻回されることになる。このため、帯板は、閉塞プラグの近傍で配管の外周面から離れてしまい、その部分に応力が集中して効果が低下してしまう。
【０００７】
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、閉塞プラグが突設されている配管に対して有効な補強を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するため、本発明は、内部の高温高圧流体によってクリープが生じ、壁部に形成された貫通孔が閉塞プラグで閉塞された金属製配管を、前記配管の外周面に帯状の薄板鋼板を巻回することで補強する補強工法に用いられる補強補助具であって、前記配管の外周面に当接され、前記配管の外周面の曲率と揃えられた湾曲形状の内周側湾曲面と、前記内周側当接面よりも前記配管の半径方向外側に形成され、前記配管の外周面よりも大きい曲率とされた湾曲形状の外周側湾曲面と、前記内周側湾曲面から前記外周側湾曲面に向けて形成され、前記閉塞プラグにおける前記配管の外周面よりも突出された突出部分が収納される収納部とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の補強補助具によれば、内周側湾曲面の全体が配管の外周面に当接され、帯状の薄板鋼板（帯板）が外周側湾曲面に密着される。すなわち、配管と帯板の隙間が補強補助具で埋められる。これにより、補強補助具を介して帯板の締め付け力を配管の外周面へと伝達することができ、帯板が離れることに起因する応力集中を抑制できる。その結果、閉塞プラグが突設されている配管であっても、有効な補強を行うことができる。
【００１０】
前述の発明において、前記収納部が、内周側湾曲面と前記外周側湾曲面との間を貫通する貫通孔によって構成され、前記貫通孔の長さが、前記閉塞プラグにおける突出部分の高さに揃えられている場合には、帯板と閉塞プラグとが当接されるので、帯板の締め付け力を閉塞プラグに作用させることができる。これにより、閉塞プラグに対する補強も行うことができる。
【００１１】
前述の発明において、補強補助具が、前記配管を構成する金属よりもクリープ強度の高い金属で作製されている場合には、補強によって配管のクリープ強度を高めることができる。
【００１２】
前述の発明において、補強補助具が、前記帯状の薄板鋼板を構成する金属と同一種類の金属で作製されている場合には、補強によって配管のクリープ強度を一層高めることができる。
【００１３】
前述の発明において、補強補助具が、平面視で短冊状、側面視で三日月状に形成され、短冊の長辺が前記配管の周方向となるように配置されている場合には、帯板による配管の補強を補強補助具の直近まで行うことができる。
【００１４】
前述の発明において、補強補助具が、前記収納部の位置で分割されている場合には、補強補助具の配管表面への取り付けを容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、閉塞プラグが設けられた金属製配管に対しても、帯状の薄板鋼板を巻回することで有効な補強を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の補強補助具を説明する斜視図である。
【図２】第１実施形態の補強補助具を説明する縦断面図である。
【図３】補強対象の配管を説明する横断面図である。
【図４】補強補助具を取り付ける様子を説明する図である。
【図５】補強補助具を取り付けた配管を説明する横断面図である。
【図６】帯板を巻回する様子を説明する図である。
【図７】帯板を巻き付けた配管を説明する横断面図である。
【図８】帯板を巻き付けた配管を説明する縦断面図である。
【図９】補強補助具の他の実施形態を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態の補強補助具１は、図１及び図２に示すように、平面視で短冊状（長方形状）をし、長辺側からの側面視で三日月状をした金属製部材によって作製されている。
【００１８】
ここで、補強補助具１の詳細な説明に先立ち、補強対象となる配管２について説明する。図３に示すに示す配管２は、内部空間２１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、配管２は金属製である。詳しくは、熱膨張率の低いフェライト系クロム鋼（例えば９Ｃｒ〜１２Ｃｒ）で作製されている。
【００１９】
配管２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。また配管２の肉厚は４０ｍｍ以上７０ｍｍ以下の範囲に定められる。なお、配管２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。
【００２０】
この配管２は、単管同士を溶接によって接合することで長尺化されるが、接合部分の溶接が適切に行われていることを確認すべく放射線検査が行われている。この放射線検査では、放射線源を内部空間２１に配置し、溶接部２２（図６を参照）の外側へと透過した放射線を検出することで行われる。このため、検査に際しては、配管２の厚さ方向を貫通する検査孔２３が、溶接部２２の近傍位置に形成される（図８を参照）。
【００２１】
この検査孔２３は、配管２の実運用では使用されないことから、検査終了後に閉塞される。検査孔２３の閉塞は、閉塞プラグ２４によって行われる。この閉塞プラグ２４は、金属製の円柱状部材によって作製されている。そして、一方の端部が検査孔２３に挿入され、溶接によって配管２に固着されている。また、閉塞プラグ２４における残りの部分は、配管２の外周面２５から半径方向の外側に突出している。
【００２２】
以下、補強補助具１について詳細に説明する。図１及び図２に示す補強補助具１は、内周側湾曲面１１と、外周側湾曲面１２と、収納孔１３とを有している。そして、この補強補助具１は、配管２を構成する金属（フェライト系クロム鋼）よりもクリープ強度の高い金属で作製されている。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）によって作製されている。
【００２３】
内周側湾曲面１１は、配管２の外周面２５に当接する部分であり、外周面２５の曲率と揃えられた湾曲形状をしている。本実施形態では、配管２の半径Ｒ１に相当する曲面で構成されている。
【００２４】
外周側湾曲面１２は、補強用の帯板３（図６を参照）が巻き付けられる部分であり、内周側湾曲面１１よりも配管２の半径方向における外側に形成されている。そして、外周側湾曲面１２は、内周側湾曲面１１（配管２の外周面２５）よりも大きい曲率とされた湾曲形状をしている。本実施形態では、半径Ｒ１よりも短い半径Ｒ２に相当する曲面で構成されている。
【００２５】
そして、収納孔１３の形成位置における補強補助具１の厚さｔ（内周側湾曲面１１と外周側湾曲面１２との間隔）は、閉塞プラグ２４における配管２の外周面２５よりも突出した部分（閉塞プラグ２４の突出部分）の高さと揃えられている。
【００２６】
収納孔１３は、閉塞プラグ２４の突出部分が収納される空間を形成する部分であり、収納部に相当する。本実施形態の収納孔１３は、内周側湾曲面１１と外周側湾曲面１２との間を貫通する貫通孔によって構成されている。また、収納孔１３の横断面は円形をしており、その直径は閉塞プラグ２４の突出部分の直径よりも僅かに大きく定められている。このため、収納孔１３内に収納された突出部分の周囲には、若干のクリアランスが与えられる。
【００２７】
加えて、収納孔１３の長さは、突出部分の長さに揃えられているので、帯板３が巻回された際、突出部分の端面が帯板３の表面に当接する。これにより、閉塞プラグ２４の突出部分が検査孔２３から離れる方向へ移動しようとしても、帯板３によってその移動が規制される。
【００２８】
次に、前述の補強補助具１を使用した配管２の補強工法について説明する。この例では、閉塞プラグ２４の形成位置に対する補強について説明する。
【００２９】
この補強工法では、まず補強補助具１を配管２に取り付ける。例えば、図４に示すように、長辺が配管２の周方向となるように補強補助具１の向きを定め、補強補助具１の収納孔１３を閉塞プラグ２４の形成位置に位置付ける。そして、補強補助具１を配管２側に移動させて、内周側湾曲面１１を配管２の外周面２５に当接させる。
【００３０】
これにより、図５に示すように、閉塞プラグ２４の突出部分は収納孔１３の内部に収納される。また、補強補助具１の内周側湾曲面１１は、配管２の外周面２５に隙間なく当接する。さらに、外周側湾曲面１２の両端部と配管２の外周面２５との間で、滑らかに連続した面が形成される。
【００３１】
次に、図６に示すように、補強補助具１を取り付けた配管２の外周面２５に対し、帯板３を巻き付ける。帯板３としては、例えば厚さ０．２ｍｍ、幅３０〜５０ｍｍのステンレス製のものを用いる。本実施形態では、補強補助具１と同一種類の金属であるオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）によって作製されたものを用いている。
【００３２】
そして、上記の帯板３を、縁部が互いに重なり合う状態で螺旋状に複数回重ねて巻き付ける。例えば、補強補助具１が設けられた範囲Ｌ１に対して帯板３を螺旋状に巻き付けつつ配管２の軸方向へ往復させる。これにより、図７及び図８に示すように、帯板３が何重にも重なった補強層が形成される。本実施形態では、帯板３を２５重に巻き付けることで、厚さ約５ｍｍとされた補強層３´を形成している。
【００３３】
このようにして形成された補強層３´（複数層の帯板３）は、補強補助具１が取り付けられた部分において外周側湾曲面１２と密着する。そして、内周側湾曲面１１は、配管２の外周面２５に隙間なく当接している。すなわち、配管２と帯板３の隙間が補強補助具１で埋められた状態になっている。これにより、補強補助具１を介して帯板３の締め付け力を配管２の外周面２５へと伝達することができ、帯板３が外周面２５から離れることに起因する応力集中を抑制できる。その結果、閉塞プラグ２４が突設されている配管２であっても、有効な補強を行うことができる。
【００３４】
また、収納孔１３の長さが閉塞プラグ２４における突出部分の高さに揃えられているので、巻回された帯板３の内表面と閉塞プラグ２４の突出側端面とが当接する。これにより、帯板３の締め付け力を閉塞プラグ２４に作用させることができ、閉塞プラグ２４に対する補強も行うことができる。すなわち、閉塞プラグ２４が検査孔２３から離れる方向へ移動しようとしても、この移動力を帯板３で負担することができる。
【００３５】
また、本実施形態の補強補助具１は、配管２を構成する金属（フェライト系クロム鋼）よりもクリープ強度の高い金属（オーステナイト系ステンレス鋼）で作製されているので、補強によって配管２のクリープ強度を高めることができる。さらに、補強補助具１と帯板３とが同一種類の金属で作製されているので、配管２のクリープ強度を一層高めることができる。
【００３６】
加えて、補強補助具１が、平面視で短冊状、側面視で三日月状に形成され、短冊の長辺が前記配管２の周方向となるように配置されているので、帯板３による配管２の補強を補強補助具１の際まで行うことができる。これにより、図８に符号Ｌ２の範囲で示すように、補強補助具１の近傍に設けられた溶接部２２に対する補強を行うことができる。
【００３７】
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
【００３８】
前述の実施形態における補強補助具１は、全体が１つのピースによって構成されていたが、この構成に限定されるものではない。図９に示すように、収納孔１３の位置で２つのピース１ａ，１ｂに分割されていてもよい。このように分割されていると、補強補助具１を取り付ける際に、各ピース１ａ，１ｂを配管２の表面に沿ってスライドさせることが可能になる。各ピース１ａ，１ｂは重量物であるため、配管２の表面に沿ってスライドできると、取り付け作業を容易に行うことができる。
【００３９】
また、閉塞プラグ２４の突出部分を収納する収納孔１３（収納部）に関し、前述の実施形態では貫通孔を例に挙げて説明したが、突出部分を収納できればこの構成に限定されない。例えば、内周側湾曲面側が開放され、外周側湾曲面側が塞がれた窪み部分であってもよい。
【００４０】
また、配管２の材質に関し、前述の実施形態では、高クロム鋼で作製された配管２を例に挙げて説明したが、この構成に限定されない。本発明は、他の種類の金属で作製された配管２であっても適用できる。同様に、補強補助具１や帯板３に関してもオーステナイト系ステンレス鋼に限定されない。配管２を構成する金属よりも、クリープ強度の高い金属であればよい。このため、補強補助具１と帯板３を異なる種類の金属で作製してもよい。加えて、帯板３の厚さや幅については、補強対象となる配管２に応じて適宜選択することができる。
【００４１】
また、配管２の用途に関し、動力用蒸気を流通させるものに限定されない。高温高圧流体を通すことでクリープ損傷を受け、かつ、閉塞プラグ２４で検査孔２３が塞がれているものであれば、本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１…補強補助具，１ａ…補強補助具における一方のピース，１ｂ…補強補助具における他方のピース，１１…内周側湾曲面，１２…外周側湾曲面，１３…収納孔，２…補強対象となる金属製の配管，２１…配管の内部空間，２２…配管の溶接部，２３…検査孔，２４…閉塞プラグ，３…帯板，３´…補強層
【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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【図７】
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【図８】
0005420727.tif 000009
【図９】
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