産業および住宅の配管システムにおける真鍮継手の重要な用途
真鍮の継手は、産業規模と住宅の両方の配管システムの組み立て、修理、メンテナンスに不可欠なコンポーネントです。 複雑な配管ネットワークは、真鍮の継手に依存して、異なるパイプセグメント間に信頼性の高い油圧シールを作成し、流れの方向を変更し、圧力を調整し、セクションを分離し、パイプサイズを調整します。 黄銅合金の耐久性と耐食性により、継手は給水、排水、暖房、消火、計器用途での定番となっています。 この記事では、最も普及している 7 種類の真鍮継手のタイプと、現代の配管インフラにおけるそれらの重要性について詳しく説明します。
配管システムにおける黄銅合金の基礎
真鍮は、亜鉛含有量が最大 45 パーセントの銅と亜鉛の合金です。 亜鉛を添加すると、純銅と比較して合金の鋳造性、硬度、耐食性が向上します。 一般的なタイプは、イエローブラス (亜鉛 30 パーセント) とネーバルブラス (亜鉛 40 パーセント) です [1]。 切削性を向上させるために以前に添加されていた鉛やヒ素などの微量元素は、毒性のため除去されました。 最新の真鍮合金は、カリフォルニアおよび EU で制定された「鉛フリー」法に準拠しています [2]。
真鍮の継手はパイプよりも銅の割合が高く、パイプの場合は平均 65 パーセントであるのに対し、銅の割合は 55 パーセントです [3]。 これにより水流侵食に対する耐久性が向上します。 真鍮は、鋼や鉄とは異なり、スケールの蓄積を防ぎ、滑らかな表面を維持するため、効率的な水の輸送を可能にします [4]。 真鍮のコンポーネントは、微生物の増殖を抑制し、キュプラの溶解力による金属味を制限するため、飲料水の配管に適しています [5]。 真鍮の展性と機械加工性により、さまざまな取り付け形状の製造が容易になります。
継手は、熱膨張、圧力サージ、機械的力による高いせん断応力と引張応力に耐える必要があります [6]。 鋳造真鍮継手は、これらの応力を吸収するために必要な高い延性と靭性を示します。 PTFE テープ シーリングとトルク レンチを使用して適切に取り付けると、油圧の完全性を低下させるねじ山の歪みや亀裂が防止されます [7]。 真鍮コンポーネントのろう付けまたははんだ付けが容易なため、製造またはメンテナンス中に迅速な接合と漏れのシールが可能になります。 次のセクションでは、一般的な真鍮継手のタイプと配管システムにおけるそれらの不可欠な目的について詳しく説明します。
パイプティー
パイプ ティーは、最も基本的なタイプのパイプ継手です。 名前が示すように、接続ポートが 3 つある文字「T」のような形をしています。 T 型を使用すると、流体の流れを分岐して複数の目的点にサービスを提供したり、別々の起点からの流れを合流したりすることができます。 方向に基づいて、T 型はラン、分岐接続、またはリダクションとして区別されます [8]。
ラン ティーには、ラン上に整列した入口ポートと出口ポートがあり、分岐ポートが垂直になっています。 ブランチが流体を吸引または注入している間、ランは流れの方向を維持します。 T 字のサイズが異なると、配管に比べて分岐パイプの直径が小さくなったり大きくなったりする可能性があります。 収束する分岐流は乱流渦を介して流れと混合し、分岐する分岐流は流れを分割します。
すべてのポートでねじ切りと端を同一にすることができるため、相互接続の柔軟性が向上します。 あるいは、配管にねじ付き分岐を備えた溶剤溶接接合部がある場合もあります。 一般的な T シャツの材質は、DZR 真鍮、鉄合金、銅ニッケル、および PVC、CPVC、ABS などのプラスチックです。 T 字型は、家庭用配水、排水ネットワーク、圧縮空気ライン、セントラル ヒーティング システムに広く適用されています [9]。
パイプ継手
カップリングは、圧力流システムと重力流システムの両方で、隣接するパイプセクション間に漏れのないスリーブジョイントを作成します。 より広い床面積にサービスを提供するために、配管を直線的に延長することができます。 しっかりとしたネジ、ボルト、またはクランプで固定されたカップリングは、振動やパイプの動きによる漏れや破損を防ぎます。 カップリングは、溶融溶接や特殊なバルブの使用と比較して、費用対効果の高い設置ができるように設計されています [10]。
3 つのカップリング サブタイプは、ストレート カップリング、減速機カップリング、および偏心減速機カップリングです。 ストレートカップリングは、内部スリーブシールを使用して等しい直径のパイプを結合します。 レデューサーカップリングは、より小さな直径のセクションとより大きな直径のセクションを結合し、流れを徐々に移行させます。 偏心カップリングはパイプの中心をオフセットし、位置ずれがあっても寸法の移行を可能にします。
製造方法により、カップリングは 3 つの材料タイプ (鋳造真鍮、加工鋼、分割クランプ設計) に分類されます [11]。 鋳造および可鍛性真鍮カップリングは一体構造であり、緊密な接合のために精密に機械加工されたねじ山に依存しています。 スチール製カップリングには、分割スリーブ本体に取り外し可能なネジ付きエンド キャップが付いています。 分割クランプ設計では、ねじ付きロッドまたはナットによって一緒に引き出された平行フランジが使用されます。
真鍮製カップリングは、防火システムや家庭用配管に優れています。 これらはパイプの直径を効果的に調整し、HVAC、圧縮空気、蒸気、計装ラインの直線配管を延長します。 真鍮の高い延性と耐食性により、耐久性のある漏れのない動作が保証されます。 圧力荷重下での薄壁の引張破壊やせん断破壊を避けるためには、適切な締め付けが不可欠です。
エルボ継手
エルボ継手には、流体の流れを垂直方向または鋭角方向の間で方向転換する短半径および長半径の曲がりが含まれています。 物理的な障害物を乗り越え、パイプ配管の柔軟なルーティングを可能にします。 エルボは、入口セクションと出口セクションの間の角度に基づいて、90 度の標準エルボ、45 度のエルボ、および 180 度のリターンベンドに分類されます [12]。
湾曲したフィッティング形状により乱流が発生し、局所的な圧力降下が増加します。 緩やかな長い半径の曲げは効率的ですが、より大きなスペースを占有します。 半径が短いエルボは、摩擦圧力損失の増加と潜在的なエロージョン摩耗を引き起こします。 しかし、機器や壁の周りの配管をコンパクトに配置することが容易になります。 2 インチ未満のより小さい直径のパイプには、通常、半径の短いエルボが取り付けられます [13]。
製造方法には、真鍮素材の鋳造または機械加工、板金の圧着/ろう付け、または熱可塑性プラスチックの射出成形が含まれます。 エルボは、流体の運動量の変化による高い曲げ応力に耐えなければなりません。 鋳造真鍮は、これらの応力に耐える圧縮強度と引張強度を備えています。 真鍮エルボは、配水、オイルライン、圧縮空気システム、排水ネットワークに応用されています。 適切なブラケットは肘関節を固定し、位置ずれによる故障を防ぎます。
パイプアダプターと継手
アダプターを使用すると、異なる寸法、向き、または材質のパイプを接続できます。 これらは、新しいコンポーネントを追加または交換する際の既存システムの寸法の非互換性を克服します。 オスとメスのアダプターの端は標準のパイプ寸法とジョイントの設計に一致します。 一般的なアダプタのタイプは、真鍮製の減速機ブッシュ、ユニオン、誘電体カップリングです。
レデューサーブッシングは、テーパー付きの雄ねじと雌ねじの端を備え、さまざまなサイズのパイプを橋渡しします。 より小さな直径の分岐を使用して、既存のラインを段階的に拡張できます。 ユニオンは、ゴムブッシュを備えた真鍮のネジ端を介して金属とプラスチックの配管を接続します。 誘電結合は、亜鉛メッキ鋼や銅などの異種金属を電気的に絶縁します。 これらは、ピンホール漏れや機器の損傷につながる可能性のある電気腐食を回避します [14]。
プラスチック製の配管には、金属製のバルブや機器のポートと接続するためのアダプターが必要です。 アダプターは、高トルクの金属ジョイントにより熱可塑性コンポーネントの損傷を防ぎます。 また、スピゴットやネジ付きポートの柔軟な位置決めも可能になります。 漏れ防止アダプターのシールは、水質を悪化させる細菌の侵入を防ぐために重要です。
パイププラグ
パイププラグは、流れが遮断されるパイプ出口を一時的または永久的に密閉します。 これにより、メンテナンスや設置作業中にアイドル状態のセクションを分離できます。 プラグは、キャップ付きティー、バルブ、行き止まり、および機器のノズルをシールするために一般的に使用されます。 信頼性の高いプラグシールにより、パイプの滞留部分での腐食を引き起こす流体の漏れや酸素の侵入を防ぎます。
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、高圧下でも使用可能な漏れのない密閉を提供します。 角頭真鍮プラグは多面レンチグリップを提供し、締め付け時のトルク制御を可能にします。 六角頭と丸頭のプラグは、さまざまな取り付けツールに適しています。 皿頭プラグは、アクティブなラインに取り付けたときに流れの障害や浸食を最小限に抑えます。 プレスフィットプラグは、ポートに押し込まれると変形することで永久的に閉まります。
パイプユニオン
パイプ ユニオンは、隣接するコンポーネントを大規模に分解することなく、パイプ セグメントを素早く取り外すことができるコネクタ継手です。 直管間に設置されたバルブ、メーター、機器などの保守、点検、交換を迅速に行うことができます。 ユニオンを使用すると、配管サブセクションをオペレーティング システムに組み立て、位置合わせと位置を最終調整することができます。
ユニオンは、雄ネジと雌ネジが切られたエンドピース、および雌ネジが付いている中央のフランジ付きリングまたはスリーブの 3 つのコンポーネントで構成されています。 嵌合エンドピースはスリーブにねじ込まれ、締め付けられて密閉された剛性アセンブリを提供します。 ただし、ユニオンナットを緩めてエンドピース間の隙間を露出させることで、ジョイントを自由に取り外すことができます。 ユニオンは、正しく取り付けられた場合、最大 10,000 psi の圧力に対して信頼性の高い漏れ防止性能を発揮します。
真鍮のユニオンは、分解を困難にするねじ付きパイプセグメント間のかじりや融着を防ぎます。 真鍮は、蒸気や熱水の用途における温度変動や頻繁な組み立てサイクルにも耐えます。 ユニオンは、供給マニホールド、機器アセンブリ、計装配管の重要な箇所に取り付けられます。
パイプ Y 継手
Y 型継手は、分流間隔で流体の流れを方向転換または結合する Y 字型のコンポーネントです。 回線を 2 つのダウンストリーム パスに分割するか、2 つの回線を 1 つにマージします。 ワイズには、より大きなメインランからの 30 度から 45 度の角度の付いた分岐があり、45 度または 90 度のティーとは区別されます。 ティーに比べて分岐がスムーズなため乱流が軽減されます[15]。
Y 字路は、スプリンクラーの側線と側溝を主供給ヘッダーと排水ヘッダーに接続するために使用されます。 蒸気加熱システムでは、Y 分岐が凝縮水の排水ラインと通気ラインに供給します。 緩やかな角度の分岐により、抵抗と流れの逆流の可能性が軽減されます。 排水と通気のために、急なティーアップは避けてください。
正確な流れの分割と再結合には、鋳造銅合金 Y 型 Y 字型が推奨されます。 滑らかに湾曲したホーンは、流れの剥離や停滞ゾーンを回避します。 熱可塑性 Y 型は経済的ですが、表面仕上げが劣るため、ブランチ間の流れの分配が不均一になる傾向があります。 対称的な排水は、真鍮製 Y 字路の正確な内部輪郭に依存しています。
結論
ティー、エルボ、カップリング、ユニオン、アダプターなどの真鍮製継手は、住宅用と産業用の両方の配管システムにおいて、流体の漏れのない伝達、分配、排水を可能にする不可欠なコンポーネントです。 真鍮は耐食性、応力を吸収するための高い延性、および長い機能寿命を提供します。 配管システムの信頼性を最大限に高めるには、適切な継手の選択と設置が鍵となります。 この記事では、実際の配管要件に即した、重要な真鍮継手のタイプとその目的についての詳細なガイドを提供しました。 真鍮継手のユニークな機能により、継手は現代の水力インフラを接続し保護するための定番となっています。
参考文献
[1] SN Lekakh、V. Richards、KD Peaslee、「Understanding Brass Alloys」、International Journal of Metalcasting、vol. 12、ページ 69-94、2018 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] 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。
[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 International Journal of Life Cycle Assessment、vol. 23、1297–1309ページ、2018年。
[6] N. Bouhassoune et al.、「エンジニアリングポリマー材料を使用した HDPE 配管におけるウォーターハンマー効果の最小化」、International Journal of Engineering Research & Technology、vol. 5、ページ 459-463、2016 年。
[7] W. Smith、「配管システムの振動についての考え」、Sound and Vibration、vol. 41、ページ 10-13、2007 年。
[8] JA Watson、「Useful Piping Arrangement Weld Fitting Configurations」、The Fabricator、vol. 37、44–46ページ、2019年。
[9] FM White、流体力学、第 8 版、ニューヨーク: McGraw Hill、2015 年。
[10] G. Liu、産業用配管システムの設計と診断、ニューヨーク: Momentum Press、2017 年。
[11] JJ Nayyar、Piping Handbook、第 7 版、ニューヨーク、マグロウヒル、2000 年。
[12] MW フランクランド、「パイプエルボ – それらはすべて何を意味しますか? 概要」、Australian Plumbing Review、vol. 2、ページ18-19、2015年。
[13] G. Liu、パイプ フロー: 実践的かつ包括的なガイド、第 1 版。 ニュージャージー州ホーボーケン：ジョン・ワイリー＆サンズ、2008年。
[14] DD Mertz、配管工学およびテーブルの設計ハンドブック。 マサチューセッツ州ケンブリッジ: Academic Press、2014 年。
[15] R. Cheremisinoff、NP Cheremisinoff、制御、測定、視覚化のためのフローおよびレベル ハンドブック、William Andrew Publishing、2021 年。
