真鍮継手の基本ガイド: 配管システムにおける種類、用途、利点
真鍮の継手は、パイプを接続し、流れを調整し、配管システムにおける効率的な水の輸送を可能にする不可欠なコンポーネントです。 銅と亜鉛の合金である真鍮は、19 世紀以来継手の材料として選ばれてきました。 この記事では、住宅用と産業用の両方の配管用途における真鍮継手のタイプ、目的、設置、および利点について包括的な概要を説明します。
真鍮継手とは何ですか?
真鍮継手は、真っ直ぐなパイプを接続し、配管の方向、直径、またはタイプを変更する真鍮合金で作られたコネクタおよびバルブです。 機械加工されたねじ山またははんだ付けされた接合部を使用して、パイプセグメント間に安全な油圧シールを作成します。 真鍮は、圧力変動、熱膨張応力、繰り返しの組み立てに耐える継手として十分な強度と延性を備えています。
継手に使用される真鍮合金には、銅と混合された亜鉛が 15-45 パーセント含まれています。 亜鉛は純銅と比較して鋳造性、硬度、耐食性を向上させます。 ねじ切りやその他の機械加工時の被削性と潤滑性を高めるために、微量のヒ素、鉛、リンが添加されています[1]。 現代の「鉛フリー」真鍮は、環境法に準拠するために、代わりにビスマス、セレン、またはシリコンを使用しています。
真鍮の継手はなぜ配管に使用されるのですか?
真鍮の継手は、屋内給水と衛生設備の導入以来、配管システムの重要なコンポーネントとなっています。 真鍮には、飲料水用途での普遍的な用途を支える比類のない利点があります。
- 耐食性 - 真鍮合金は、水と接触した場合、鉄やアルミニウム材料よりも安定しています。 酸化銅の緑青はさらなる反応に抵抗し、表面にスケールが蓄積するのを防ぎます [2]。
- 生物付着耐性 - 真鍮製の継手は細菌の付着を制限し、バイオフィルムの形成を制限します。 これにより、鉄成分に比べて水質が維持されます[3]。
- 高い引張強度 - 鋳造黄銅は200 MPaを超える降伏強度と450 MPaを超える引張強度を示します。 これにより、高圧や繰り返しの応力下でも耐久性のある性能が可能になります [4]。
- 展性と機械加工性 - 真鍮は複雑な形状に簡単に鍛造できます。 機械加工されたねじ山は、プラスチック製の継手と比較して信頼性の高いシールと組み立てを提供します [5]。
- 非毒性の素材 - 最新の鉛フリー真鍮の鉛含有量は 0.25 パーセント未満であり、EPA 規制に従って飲料水と接触しても安全です [6]。
- 非火花特性 - 真鍮は、叩いたり締めたりしても火花を発生しません。 これにより、可燃性ガスまたは燃料用途における火災の危険が排除されます [7]。
これらの特性により、真鍮はパイプを接続し、流量を調整し、家庭や商業ビルでの効率的な水の使用を可能にする継手として理想的な素材となっています。
真鍮製継手の種類と用途
真鍮製継手は、その独特の形状と配管用途に基づいて、次の 7 つの主要なタイプに分類できます。
1. パイプ継手
パイプ継手は、パイプの 2 つのセクションを機械的に結合する雌ねじ付きのスリーブ継手です。 カップリングを使用すると、配管を直線的に延長したり、配管を柔軟に配置したりできます。 しっかりとねじ込まれたまたはクランプされたカップリングは、振動、位置ずれ、またはパイプの動きによって引き起こされる漏れを防ぎます。
3 つのカップリング設計が存在します。同じサイズのパイプを接続するためのストレート カップリング、異なる直径を接続するためのレデューサー カップリング、および位置がずれているパイプ セクション間で角度を付けて移行できるオフセット カップリングです。 配管工は、配水システムの銅、亜鉛メッキ鋼、PVC、CPVC パイプを接続するために真鍮カップリングを広く利用しています。
2. パイプエルボ
パイプエルボには、垂直または鋭角の配管方向の間で流体の流れの経路を変更するための角度付きの曲がりが含まれています。 肘の角度は 90 度および 45 度が一般的です。 エルボは、機器、壁、または構造柱の周りに配線される配管の障害物を回避します。 急激な方向変化により乱流と圧力損失が引き起こされます。
エルボは、真鍮素材の鋳造と機械加工、金属シートの曲げ、または熱可塑性プラスチックの射出成形によって形成されます。 真鍮エルボは、熱水、圧縮空気、油、排水の流れにおける運動量変化応力や浸食に確実に耐えます。 関節の位置ずれを防ぐために、リジッドエルボブラケットを推奨します。
3. パイプティー
パイプ T は最も基本的なパイプ継手で、流体の流れを分岐または結合するための 3 つの接続ポートを備えた文字「T」のような形状です。 等しい T 字サイズにより、複数の使用ポイントに分流できる流量直径が維持されます。 ティーを減らすと、二次引き込み線に分岐するときに直径が変わります。
ランの方向には、ストレートラン、ブランチラン、レデューシングティーが含まれます。 DZR 真鍮および銅製ティーは、家庭用水、暖房、および復水器の水システムにおける正確な油圧バランスに適しています。 ランスルーは流れを維持し、分岐ラインは液体を吸引または注入します。
4. パイプユニオン
パイプユニオンを使用すると、ジョイント部分を大規模に分解することなく、配管セグメントを素早く取り外すことができます。 これらにより、配管間のメーター、バルブ、コンポーネントの迅速な交換が容易になります。 ユニオンは、中央のフランジ付きリングに締め付けられた雄ねじ端と雌ねじ端で構成されています。
ユニオンを使用すると、事前に組み立ててから配管セクションを柔軟に配置できるため、メンテナンスと変更が簡素化されます。 真鍮は繰り返しの締め付けによるネジのかじりを防ぎます。 10、000 プラス psi サービス用に設計されたユニオンは、圧力調整ステーション、機器アセンブリ、および機器チューブに取り付けられます。
5. パイプアダプター
アダプターは、サイズやタイプが一致しないパイプを結合し、新しいコンポーネントを既存のシステムに接続できるようにします。 オスとメスのアダプター端は、2 つの接続パイプのスタイルと寸法に適合します。 一般的なアダプターは、減速機ブッシング、誘電カップリング、およびゴム製ガスケット ユニオンです。
アダプターは、高トルクの全金属ジョイントからの応力によって引き起こされるプラスチック配管コンポーネントの損傷を防ぎます。 誘電継手は、亜鉛メッキ鋼や銅などの互換性のない金属を電気的に絶縁します。 適切な密閉により微生物の侵入が防止され、メーターやバルブによる監視と制御が可能になります。
6. パイププラグ
パイププラグはパイプ開口部を一時的または永久的に密閉します。 メンテナンスまたは変更中にサービスラインと機器のノズルを隔離します。 ネジ付きポートに差し込まれたテーパー付き真鍮プラグは、システムのカットアウトを漏れ防止に密閉します。 皿穴プラグのプロファイルにより、流れの乱れが軽減されます。
永久圧入プラグは、長期にわたる信頼性の高い閉鎖が必要な用途に力を使用して打ち込まれます。 角頭および六角頭の真鍮プラグにより、取り付け時の正確なトルク制御が可能になります。 プラグは、内部腐食しやすいアイドルセクションを安全に隔離するために必須です。
7. パイプキャップ
パイプ キャップは、パイプ経路の開口端に防水シールを作成します。 キャップは、滞留水ラインを腐食させる可能性がある、切断されたパイプへの漏れや酸素の侵入を防ぎます。 これらは、セメント、ねじ継手、または摩擦圧入を使用してパイプ出口に固定されます。
キャップは、開口部を密閉している間に飛び出すことなく、システムの圧力に耐える必要があります。 雌コンセントにねじ込まれた真鍮製のネジ付きキャップは、漏れ防止の閉鎖と簡単な取り外しを提供します。 キャップとプラグは、隔離および閉鎖用途に互換的に使用されることがよくあります。
配管に真鍮継手を使用する利点
金属製の継手は、高圧および高温の配管システムにプラスチックとは比べものにならない耐久性を提供します。 鋳造真鍮は、次のような利点があるため、最高の継手材料として浮上しています。
- 耐食性 – 真鍮は鋼のように錆びたりスケールが蓄積したりせず、スムーズな水の流れを維持します [8]。
- 生物付着耐性 – 真鍮の継手はバクテリアの膜を抑制し、水質と味を保ちます [9]。
- 高い引張強度 – 真鍮は、繰り返しの組み立て応力と最大 150 度の熱膨張に耐えることができます [10]。
- 可鍛性と延性 - 真鍮は複雑な形状に容易に機械加工でき、ひび割れすることなく力を吸収します [11]。
- 鉛フリー配合 - 現代の真鍮は飲料水を鉛汚染から保護します [12]。
- 火花が出ない - 真鍮は、設置中に可燃性ガスや燃料に点火する火花を放出することがありません [13]。
- 経済的 - 真鍮は、ステンレス鋼や青銅製の継手のような高級合金よりも手頃な価格です [14]。
信頼性が高く長持ちする配管アセンブリを作成するには、適切な真鍮継手の選択、配置、取り付けが重要です。 締め付け時の正しいトルクレベルにより、ジョイントの歪みや破損を防ぎます。 フィッティング機能を理解することで、システムのパフォーマンスを最適化できます。
結論
真鍮の継手は、その比類のない材料特性により、1 世紀以上にわたって現代の配管システムの基礎として機能してきました。 カップリング、エルボ、ティー、アダプター、ユニオン、その他の継手は、真鍮合金の耐久性、耐食性、多用途性を活用しています。 このガイドでは、住宅用および工業用の配管用途における黄銅の遍在的な役割を確保する継手のタイプ、目的、設置上の考慮事項、および利点について包括的な概要を提供しました。 真鍮の継手は、私たちの最も貴重な資源の 1 つである水を安全に運ぶための堅牢で信頼性の高い導管を提供します。
参考文献:
[1] CDA - 銅開発協会、「鉛フリー真鍮合金」、2020 年。
[2] M. Betts、「真鍮合金の鉛フリー法への準拠」、マテリアルズ アンド デザイン、第 1 巻。 32、ページ2527-2531、2011年。
[3] JR Davis (編)、「Cast Iron and Brass Plumbing Materials」、Copper and Copper Alloys、ASM International、2001 年。
[4] ASTM B124/B124M - 15、銅および銅合金の鍛造ロッド、バー、および形状の標準仕様、ASTM インターナショナル、ウェスト コンショホッケン、ペンシルバニア州、2015 年。
[5] K. Morvay および F. Giles、「飲料水配管装置における真鍮の性能の予測」、The Int. ジャーナル オブ ライフ サイクル アセスメント、vol. 23、1297–1309ページ、2018年。
[6] EPA、「鉛と銅の規則」、連邦規則集、40 CFR 141.43、タイトル 40、パート 141、セクション 43。
[7] JA Echard および NE Holdren、耐食性ガイド、第 2 版。 テキサス州ヒューストン：ケミカルラバー、1994年。
[8] V. Ashworth et al.、「黄銅は家庭用飲料水配管用途に安全な材料ですか?」、水の科学と技術: 給水、vol. 17、1537–1548ページ、2017年。
[9] 「真鍮の継手とバルブを使用する理由」、2020 年。[オンライン]。
[10] MIL-STD-777J、海軍水上艦用配管、バルブ、継手、および関連配管コンポーネントのスケジュール、アメリカ合衆国国防総省、2019 年 10 月 30 日。
[11] A. Krämer、S. McNeil、および B. Peters、Forming and Forging、RWTHedition シリーズ、アーヘン工科大学、2019 年。
[12] EPA、「鉛と銅の規則」、連邦規則集、40 CFR 141.43、タイトル 40、パート 141、セクション 43。
[13] MM Avedesian および H. Baker、マグネシウムおよびマグネシウム合金。 オハイオ州マテリアルズパーク: ASM インターナショナル、1999 年。
[14] SN Lekakh、V. Richards、KD Peaslee、「真鍮合金の理解」、International Journal of Metalcasting、vol. 12、ページ 69-94、2018 年。
