(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一本の主管（１）と、これに接合された複数本の枝管（２、３）とから成り、上記の主管（１）と枝管（２、３）は該主管（１）より大径の１つの共通の仮想球（５）に外接する円錐台状の主管片（１Ａ）と円錐台状の枝管片（２Ａ、３Ａ）とを有し、上記主管片（１Ａ）は、上記仮想球（５）に外接する大径シェル（１ｃ）と小径シェル（１ｂ）を接合して形成され、上記枝管片（２Ａ、３Ａ）は、大径シェル（２ｄ、３ｄ）、中径シェル（２ｃ、３ｃ）及び小径シェル（２ｂ、３ｂ）を接合して形成されると共に、その各枝管片（２Ａ、３Ａ）の大径シェル（２ｄ、３ｄ）は隣接する枝管片（２Ａ、３Ａ）の大径シェル（２ｄ、３ｄ）との間に生じる交截部（６）を有し、その交截部（６）にその内側に突き出した三日月板状の補強部材（８）を設けてなる分岐管において、
上記枝管片（２Ａ、３Ａ）の大径シェル（２ｄ、３ｄ）は、上記主管片（１Ａ）の大径シェル（１ｃ）と接合される上記仮想球（５）に外接する主管側シェル片（２ｄ２、３ｄ２）と、上記中径シェル（２ｃ、３ｃ）に接合される枝管側シェル片（２ｄ１、３ｄ１）を接合することにより構成され、上記補強部材（８）は上記枝管側シェル片（２ｄ１、３ｄ１）の交截部（６ａ）のみに設けられ、その補強部材（８）の両端が上記枝管側シェル片（２ｄ１、３ｄ１）の交截部（６ａ）の両端に達している分岐管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水力発電所の水圧管路や流体機械等の水力施設において、液体の分流又は合流のために用いられる分岐管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電所の水圧管路や液体機械においては、分岐管内部で生じる流体のエネルギー損失が無視できない大きさとなるため、これを極力低減することが要求される。
【０００３】
一方、このような分岐管はいくつかの管部分を接合することにより構成されるが、その接合部における流体圧力等に起因する力の均衡を保つために、何らかの補強手段を施す必要がある。その補強が適切でない場合には、分岐管の構造部分に高い応力を生じ、破壊の原因となる。
【０００４】
以上のような分岐管のエネルギー損失、あるいは接合部に生じる力又は応力は、分岐管の形状及び構造によってその特性が規定される。
【０００５】
図３に示した従来例（特公昭３６−１０８８０号公報参照）の分岐管は、１本の主管１と、これより小径の２本の枝管２、３とを接合して構成される。また、主管１に３本の枝管を接合する場合もある。
【０００６】
主管１は円筒状の主管片１ａと円錐状の主管片１Ａとを接合して構成され、その円錐状の主管片１Ａは、それぞれ円錐状の小径シェル１ｂと大径シェル１ｃとを段差なく接合して構成される。その小径シェル１ｂと上記の円筒状の主管片１ａとが段差なく接合される。
【０００７】
各主管２、３は、円筒状の枝管片２ａ、３ａと、円錐状の枝管片２Ａ、３Ａとを接合して構成され、その円錐状の枝管片２Ａ、３Ａは、それぞれ円錐状の小径シェル２ｂ、３ｂ、中径シェル２ｃ、３ｃ及び大径シェル２ｄ、３ｄをそれぞれ段差なく接合して構成される。その小径シェル２ｂ、３ｂと上記の円筒状の枝管片２ａ、３ａとが段差なく接合される。
【０００８】
上記の円錐状の主管片１Ａと２本の円錐状の枝管片２Ａ、３Ａとは、主管片１Ａの直径より大きい直径を有する１つの共通の仮想球５に外接する形状に形成されることにより、枝管片２Ａ、３Ａの大径シェル２ｄ、３ｄ相互間に交截部６が生じると共に、主管片１Ａと２本の枝管片２Ａ、３Ａの三者がすき間無く接合される。
【０００９】
上記の交截部６に三日月板状（以下、「三日月状」又は「三日月形」という）の補強部材８の外周円弧部８ａが挟着され、接合される。補強部材８の内周円弧部８ｂは分岐管の内部に突き出し、その両端は、交截部６の両端、即ち主管片１Ａと、２つの枝管片２Ａ、３Ｂの三者の接合箇所９に達する。
【００１０】
上記のような構造により、分岐管内部で生じる流体のエネルギー損失の低減がはかられると共に、補強部材８はその断面内に主として引張応力のみが発生するため使用材料の量の低減がはかられる。
【００１１】
上記の補強部材８のように、隣接する２つの枝管２、３の交截部６に取付けられる形式の分岐管においては、その補強部材８に流体の圧力に起因する引張力等がその板厚方向に作用するためラメラティア等の割れが発生する恐れがあり、これを防止するために、その材料が一般の鋼材ではなく、いわゆる耐ラメラティア鋼材のように前記の力学条件に耐えうる性能を有するものが使用される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の分岐管においては、三日月形の補強部材８が隣接する２つの枝管２、３の大径シェル２ｄ、３ｄ相互間の交截部６に設けられ、その両端は主管片１Ａと２つの枝管２Ａ、３Ａの三者の接合箇所９に達している。このため、特に、管路口径の大きい場合には、上記補強部材８の寸法が大きくなり、その材料費が高くつく。また、流体圧が高い場合は、使用材料が極めて厚くなるので、材料費が一層高くつき、分岐管の建造費が著しく高価になる問題がある。
【００１３】
材料費を低減する対策として、補強部材８を複数の小部材の接合により構成する方法が考えられるが、接合費用の増加が避けられないので、有効な対策とはならない。
【００１４】
一方、分岐管における流体のエネルギー損失をより小さくすることは常に追求される課題であり、また例えば揚水式発電所の水圧管路に用いられる分岐管のように分流と合流の両方で用いられるような場合は、どの場合においても流体のエネルギー損失のより小さいことが強く要求されるようになっている。
【００１５】
この発明の課題は、三日月形の補強材の寸法を従来のものに比べて小さくし、その材料費及び分岐管の建造費を低減すると共に、分流時においても合流時においても、分岐管内部で生じる流体のエネルギー損失を従来のものより低減できる分岐管を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、１本の主管と、これに接合された複数本の枝管とから成り、上記の主管と枝管は該主管より大径の１つの共通の仮想球に外接する円錐状の主管片と円錐状の枝管片とを有し、上記の主管片は、上記仮想球に外接する大径シェルと小径シェルを接合して形成され、上記の枝管片は、大径シェル、中径シェル及び小径シェルを接合して形成されると共に、その各枝管片の大径シェルは隣接する他の枝管片の大径シェルとの間に生じる交截部を有し、上記の主管片と上記の各枝管片の大径シェルとが接合され、上記交截部にその内側に突き出した三日月状の補強部材を設けてなる分岐管において、上記枝管片の大径シェルは、上記主管片と接合される上記仮想球に外接する主管側シェル片と、上記中径シェルと接合される枝管側シェル片を接合することにより構成され、上記の補強部材は上記枝管側シェル片の交截部のみに設けられ、その補強部材の両端がその枝管側シェル片の交截部の両端に達した構成とした。
【００１７】
【作用】
この発明によると、各枝管の枝管片の大径シェルが、主管側シェル片と中径シェル側シェル片とを接合することにより構成されるので、分流の場合は主管から各枝管に至るまで、また合流の場合は各枝管から主管に至るまでの流路の方向転換角が緩やかになり、流体の方向転換が円滑に達成される。
【００１８】
一方、上記のような構造によると、補強部材の両端部附近における発生応力が大きくなく、その結果補強部材を従来より相当小形化しても、分岐管全体の強度に影響を及ぼさない。
【００１９】
なお、補強部材があまり小さくなると、整流効果を失うことになり好ましくないが、その両端点が上記両シェル片の接合箇所に達する程度である場合は、整流効果を有し、エネルギー損失の増大を避けることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示した第１実施形態の分岐管は前述の従来例と同様に、主管１と、これより小径の２本の枝管２、３とを接合してなる。主管１は円筒状の主管１ａと円錐状の主管片１Ａとを接合して構成され、その円錐状の主管片１Ａは、それぞれ円錐状の小径シェル１ｂと大径シェル１ｃとを段差なく接合して構成される。その小径シェル１ｂと上記の円筒状の主管片１ａとが段差なく接合される。
【００２１】
各枝管２、３は、それぞれ円筒状の枝管片２ａ、３ａと、円錐状の枝管片２Ａ、３Ａとを接合して構成され、その円錐状の枝管片２Ａ、３Ａは、それぞれ円錐状の小径シェル２ｂ、３ｂ、中径シェル２ｃ、３ｃ及び大径シェル２ｄ、３ｄをそれぞれ段差なく接合して構成される。その小径シェル２ｂ、３ｂと上記の円筒状の枝管片２ａ、３ａとが段差なく接合される。
【００２２】
上記の主管片１Ａと２本の枝管片２Ａ、３Ａとは、主管片１Ａの直径より大きい直径を有する１つの共通の仮想球５に外接する形状に形成されることにより、枝管片２Ａ、３Ａの大径シェル２ｄ、３ｄ相互間に交截部６ａ、６ｂが生じると共に、主管片１Ａと２本の枝管片２Ａ、３Ａの三者がすき間無く接合される。
【００２３】
以上の構成は従来例と同じであるが、以下の構成においては相違がある。即ち、相違点の第１は、上述の枝管片２Ａ、３Ａの大径シェル２ｄ、３ｄが、枝管片２Ａ、３Ａの中径シェル２ｃ、３ｃと接合される枝管側シェル片２ｄ1 、３ｄ1 と、主管片１Ａの大径シェル１ｃと接合される主管側シェル片２ｄ2 、３ｄ2 とが、接合部１０、１１において段差なく接合することにより構成された点である。これらの枝管側シェル片２ｄ1 、３ｄ1 は、交截部６ａを有し、また主管側シェル片２ｄ2 、３ｄ2 は、交截部６ｂを有する。
【００２４】
また、相違点の第２は、補強部材８の大きさである。即ち、この場合の補強部材８は、三日月形をなしている点で従来と共通しているが、その寸法は従来のものに比べて相当小形化され、その外周円弧部８ａが前記の枝管側シェル片２ｄ1 、３ｄ1 の交截部６ａに挟着され接合される。補強部材８の内周円弧部８ｂは、分岐管の内部に突き出し、その両端は枝管側シェル片２ｄ1 、３ｄ1 の交截部６ａの両端、即ち枝管側シェル片２ｄ1 、３ｄ1 と主管側シェル片２ｄ2 、３ｄ2 との接合部１０、１１と、交截部６ａの両端との２箇所の接合箇所９ａ、９ａに達する。
【００２６】
なお、図１において、大径シェル２ｄ2 、３ｄ2 の交截部６ｂの両端点を符号９ｂ、９ｂで示す。
【００２７】
上記のように構成することにより、補強部材８の寸法は、従来例に比べて相当小さい寸法となる。図２（ａ）は、従来例の寸法の長い補強部材８を用いた場合のその従来例内を流れる流体圧力による応力分布を示すものであり、図２（ｂ）は上記の実施形態の寸法の短い補強部材８を用いた場合のその実施形態内を流れる流体圧力による応力分布図である。これらの応力分布図は、補強部材８の各部の応力σを基準応力（σ0＝１）に対する比率（σ／σ0）で表したものである。
【００２８】
両者を比較すると、この実施形態の場合のように、寸法の短い補強材８を用いた場合でも著しい応力増加のないことが確認できる。また、補強部材８の端部において、従来の場合は、接合箇所９に至る長い範囲において応力の発生が認められるのに対し、この実施形態の場合は、接合箇所９ａまでの短い範囲において応力が十分に小さくなっていることが確認できる。即ち、この発明による補強部材８は、従来のものに比べて寸法が相当小さいにもかかわらず、分岐管の安定性を低下させないということができる。
【００２９】
また、流れの方向が主管１から枝管２、３の方向、即ち分流である場合と、枝管２、３から主管１の方向、即ち合流である場合に分けて、分岐管におけるエネルギー損失係数の検討結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0003866853.tif 000002
【００３１】
上記の表１からわかるように、分流及び合流のいずれの場合も従来例に比べこの実施形態の方がエネルギー損失係数が小さい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、この発明は各枝管片の大径シェルを、主管側シェル片と中径シェル側シェル片とを接合して形成したことにより、分流及び合流のいずれの場合も流体の方向転換が円滑に行われる。このため、補強部材の寸法を従来に比べて相当小形化しても分岐管全体の強度を従来と同様に維持することができる。また、上記の流体の方向転換の円滑化と補強部材の小形化とが相いまって、分流、合流いずれの場合にも分岐管における流体のエネルギー損失が著しく低減される。更に、補強部材が小形化されることにより、材料費及び分岐管の建造費が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）  第１実施形態の横断平面図
（ｂ）  同上の縦断正面図
【図２】（ａ）  従来例の応力分布図
（ｂ）  第１実施形態の場合の応力分布図
【図３】（ａ）  従来例の横断平面図
（ｂ）  同上の縦断正面図
【符号の説明】
１  主管
１ａ  主管片
１ｂ  小径シェル
１ｃ  大径シェル
１Ａ  主管片
２  枝管
２ａ  枝管片
２ｂ  小径シェル
２ｃ  中径シェル
２ｄ  大径シェル
２ｄ1   枝管側シェル片
２ｄ2   主管側シェル片
２Ａ  枝管片
３  枝管
３ａ  枝管片
３ｂ  小径シェル
３ｃ  中径シェル
３ｄ  大径シェル
３ｄ1   枝管側シェル片
３ｄ2   主管側シェル片
３Ａ  枝管片
４  枝管
４ａ  枝管片
４ｂ  小径シェル
４ｃ  中径シェル
４ｄ  大径シェル
４ｄ1   枝管側シェル片
４ｄ2   主管側シェル片
４Ａ  枝管片
５  仮想球
６  交截部
６ａ、６ｂ  交截部
７  分岐点
８  補強部材
８ａ  外周円弧部
８ｂ  内周円弧部
９  接合箇所
１０、１１  接合部
【図１】
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【図２】
0003866853.tif 000004
【図３】
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