(57)【要約】      （修正有）【課題】地山に埋設されるさや管として使用する、高い外圧に耐えられる、外径が６００ｍｍ以上の、大口径ダクタイル鋳鉄管を、提供する。【解決手段】外径が６００ｍｍ以上の、大口径ダクタイル鋳鉄管１の、外径Ｄと、正味管厚ｔとの比、Ｄ／ｔを、４５以下とすることにより、耐外圧Ｐｏが、２．０ＭＰａ以上の、高い外圧に耐えられるものとした。【選択図】図１
2015190490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径が６００ｍｍ以上の大口径ダクタイル鋳鉄管において、外径Ｄと正味管厚ｔとの比Ｄ／ｔを４５以下としたことを特徴とする大口径ダクタイル鋳鉄管。
【請求項２】
前記鋳鉄管が直管であり、遠心鋳造によって鋳造されたものである請求項１に記載の大口径ダクタイル鋳鉄管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外径が６００ｍｍ以上の大口径ダクタイル鋳鉄管に関する。
【背景技術】
【０００２】
基地組織中の黒鉛を球状化したダクタイル鋳鉄管は優れた機械的性質を備え、内水圧が作用する水道用管路等に多く用いられている。ダクタイル鋳鉄管の管厚は、作用する内水圧が高い用途のものほど厚肉とされている。鋳造されたダクタイル鋳鉄管は機械加工等が施されたのち、内水圧を負荷する水圧試験が実施され、水圧試験に合格したもののみが後工程に送られる。
【０００３】
表１は、外径が６００ｍｍ以上のいわゆる大口径ダクタイル鋳鉄管について、高い内水圧が作用する用途に用いられる１種管やＰＦ種管のうちでも最も管厚の厚い特厚と呼ばれているものの、呼び径に対する外径Ｄと公称管厚Ｔおよび正味管厚ｔを示す。表中には、外径Ｄと各管厚Ｔ、ｔとの比Ｄ／Ｔ、Ｄ／ｔも併記する。これらの特厚のダクタイル鋳鉄管は、呼び径によっては、最高で１０ＭＰａの内水圧に耐えられるように設計されている。
【０００４】
【表１】
2015190490.tif 000003
【０００５】
一方、例えば、水力発電所等で導水用に用いられる水圧鉄管は、地山に掘削された立坑、横坑、斜坑等のトンネル内に配設され、水圧鉄管の外周とトンネルの内壁との間にコンクリートを充填する埋設構造とされている（例えば、特許文献１、２参照）。水圧鉄管には鋼管が多く用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１９９５４６号公報
【特許文献２】特開平１１−１４１７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載された従来の水圧鉄管の埋設構造は、地山にトンネルを掘削するために大掛かりな工事を必要とし、工費が非常に高くなる。そこで、トンネルを掘削する替りに、大口径のダクタイル鋳鉄管を推進工法等によって埋設し、この大口径ダクタイル鋳鉄管を水圧鉄管の外周側を覆うさや管として使用すれば、工費を大幅に低減できることが期待できる。
【０００８】
上述したさや管として使用される大口径ダクタイル鋳鉄管には、地下水圧や土圧等の高い外圧が作用する。しかしながら、従来の大口径ダクタイル鋳鉄管は耐内水圧性能は保証するように設計されているが、上述したさや管のような用途での耐外圧性能は考慮されていない。
【０００９】
一般に、外圧が作用する管の限界座屈応力Ｐｋ（ＭＰａ）は、外径をＤ（ｍｍ）、正味管厚をｔ（ｍｍ）とすると（１）式で表される。
Ｐｋ＝｛２Ｅ／（１−ν2）｝・（ｔ／Ｄ）3                                  （１）
ここに、Ｅ（ＭＰａ）はヤング率、νはポアソン比である。
また、正味管厚ｔは、日本ダクタイル鉄管協会のＪＤＰＡ Ｔ２３に記載される計算管厚と同義であり、正味管厚ｔが８ｍｍ以上の場合、正味管厚ｔと公称管厚Ｔ（ｍｍ）の関係は（２）式で表される。
ｔ＝０．９１Ｔ−２                                                      （２）
【００１０】
表１には、ダクタイル鋳鉄のヤング率Ｅ＝１６００００ＭＰａ、ポアソン比ν＝０．２８として、（１）式で求めた限界座屈応力Ｐｋと、安全率を１．５倍に見込んだ耐外圧Ｐｏ（ＭＰａ）を併記するが、外径が６００ｍｍ以上の大口径ダクタイル鋳鉄管では、特厚のものでも耐外圧Ｐｏが０．９ＭＰａ以下と低い値になっている。
【００１１】
このため、従来の大口径ダクタイル鋳鉄管は特厚のものであっても、地山に埋設されるさや管として使用すると、地下水圧や土圧等による外圧に耐えられず、座屈損壊する恐れがある。
【００１２】
そこで、本発明の課題は、高い外圧に耐えられる大口径ダクタイル鋳鉄管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明は、外径が６００ｍｍ以上の大口径ダクタイル鋳鉄管において、外径Ｄと正味管厚ｔとの比Ｄ／ｔを４５以下とした構成を採用した。
【００１４】
すなわち、外径Ｄと正味管厚ｔとの比Ｄ／ｔを４５以下と、従来の特厚よりもさらに管厚の厚いものとすることにより、高い外圧に耐えられるようにした。
【００１５】
前記比Ｄ／ｔを４５以下としたのは、（１）式で算出される限界座屈応力Ｐｋを３．０ＭＰａ以上とし、安全率を１．５倍に見込んでも、耐外圧Ｐｏが２．０ＭＰａ以上となるようにするためである。なお、耐外圧Ｐｏの閾値２．０ＭＰａは、地山に埋設されるさや管に作用する外圧を想定したものである。
【００１６】
前記鋳鉄管が直管である場合は、大口径ダクタイル鋳鉄管を遠心鋳造によって鋳造するとよい。
【００１７】
前記管厚が特厚よりも厚い大口径ダクタイル鋳鉄管を遠心鋳造する場合は、通常よりも溶湯量が増大するので、溶湯量の増大に伴う大きな重力に打ち勝つために、鋳型の回転速度を通常の遠心鋳造よりも約５％以上増速する必要がある。また、溶湯の熱容量も大きくなるので、鋳型の熱変形を防止するために十分な水冷を行う必要がある。さらに、凝固時間が長くなり、溶湯ドロス浮上量も増加するので、鋳型内面に散布するフラックス量も多くするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る大口径ダクタイル鋳鉄管は、外径Ｄと正味管厚ｔとの比Ｄ／ｔを４５以下としたので、耐外圧Ｐｏが２．０ＭＰａ以上の高い外圧に耐えられるものとなり、地山に埋設されるさや管として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は大口径ダクタイル鋳鉄管の実施例を示す縦断側面図、（ｂ）は比較例として、従来の特厚の大口径ダクタイル鋳鉄管を示す縦断側面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１（ａ）は、実施例として遠心鋳造で鋳造した直管の大口径ダクタイル鋳鉄管１を示す。この大口径ダクタイル鋳鉄管１は、地山に埋設されるさや管として使用されるものであり、一端側が厚肉の段差部２を有する受口とされ、他端側がストレートな挿し口とされている。実施例のものは、表２に示すように、呼び径が１５００ｍｍであり、外径Ｄが１５５４ｍｍ、段差部２を除くストレート部の公称管厚Ｔが４７．２ｍｍ、正味管厚ｔが４０．９ｍｍとされている。したがって、外径Ｄと正味管厚ｔの比Ｄ／ｔは３８．０となっている。
【００２１】
【表２】
2015190490.tif 000004
【００２２】
前記大口径ダクタイル鋳鉄管１を遠心鋳造するに際しては、鋳型の回転速度を、通常の遠心鋳造よりも約５％増速するとともに、十分な鋳型の水冷を行った。また、鋳型内面に散布するフラックス量も通常よりも多くした。
【００２３】
図１（ｂ）は、比較例として、同じ呼び径で水道用管路に用いられる特厚の大口径ダクタイル鋳鉄管１を示す。比較例のものも、実施例のものと同様に、一端側が厚肉の段差部２を有する受口とされ、他端側がストレートな挿し口とされ、段差部２の肉厚は実施例のものと同じ寸法となっている。比較例のものは、表２に再掲するように、ストレート部の公称管厚Ｔが、実施例のものの約半分の２４ｍｍとされており、外径Ｄと正味管厚ｔの比Ｄ／ｔが７８．４となっている。
【００２４】
上述した実施例と比較例の各大口径ダクタイル鋳鉄管１について、それぞれ（１）式を用いて限界座屈応力Ｐｋを算出すると、実施例のものは、Ｐｋ＝６．３３ＭＰａ、比較例のものは、Ｐｋ＝０．７２ＭＰａとなる。１．５倍の安全率を見込んで耐外圧Ｐｏを求めると、実施例のものは、Ｐｏ＝４．２２ＭＰａとなり、目標とする閾値２ＭＰａよりも十分に高い値となっている。これに対して、比較例のものは、Ｐｏ＝０．４８ＭＰａとなり、閾値２ＭＰａを大きく下回っている。したがって、実施例のものは、地山に埋設されるさや管に使用しても、地下水圧や土圧等による外圧に十分に耐えることが期待できる。
【００２５】
上述した実施例では、大口径ダクタイル鋳鉄管の外径Ｄを１５５４ｍｍとし、外径Ｄと正味管厚ｔとの比Ｄ／ｔを３８．０としたが、本発明に係る大口径ダクタイル鋳鉄管は、外径Ｄが６００ｍｍ以上のものに適用でき、比Ｄ／ｔは４５以下であればよい。
【００２６】
上述した実施例では、大口径ダクタイル鋳鉄管を直管として遠心鋳造で鋳造したが、本発明に係る大口径ダクタイル鋳鉄管は、曲管に適用することもできる。
【００２７】
上述した実施形態では、大口径ダクタイル鋳鉄管を、さや管に使用されるものとし、受口と挿し口を有するものとしたが、本発明に係る大口径ダクタイル鋳鉄管はさや管用のものに限定されることはなく、大きな外圧が作用する他の用途に使用することもできる。
【符号の説明】
【００２８】
１  大口径ダクタイル鋳鉄管
２  段差部
【図１】
2015190490.tif 000005