補強材巻き付け装置
【課題】鋼管曲部に対する補強を行う補強材巻き付け装置に関し、その装置構成の簡素化を図る。
【解決手段】
鋼管Ｘの屈曲部の周囲に配置された複数の案内軸１３と、鋼管が筒内に配置されるとともに、案内軸によって屈曲部の軸線方向に案内される筒状基部３２と、鋼管曲部の周方向に回転可能な状態で筒状基部に取り付けられ、帯状補強材が巻き付けられるリング状の補強材保持部３３と、鋼管曲部の外周面よりも外側を周回移動可能な状態で筒状基部に取り付けられ、補強材保持部から繰り出された帯状補強材Ｙを、鋼管の外周面に向けて案内するガイドローラ３４と、筒状基部を鋼管の軸線方向に移動させる第１駆動機構と、ガイドローラの移動に伴って補強材保持部が回転されるように、ガイドローラの周回動作と前記補強材保持部の回転動作を制御する第２駆動機構を有する。
【解決手段】
鋼管Ｘの屈曲部の周囲に配置された複数の案内軸１３と、鋼管が筒内に配置されるとともに、案内軸によって屈曲部の軸線方向に案内される筒状基部３２と、鋼管曲部の周方向に回転可能な状態で筒状基部に取り付けられ、帯状補強材が巻き付けられるリング状の補強材保持部３３と、鋼管曲部の外周面よりも外側を周回移動可能な状態で筒状基部に取り付けられ、補強材保持部から繰り出された帯状補強材Ｙを、鋼管の外周面に向けて案内するガイドローラ３４と、筒状基部を鋼管の軸線方向に移動させる第１駆動機構と、ガイドローラの移動に伴って補強材保持部が回転されるように、ガイドローラの周回動作と前記補強材保持部の回転動作を制御する第２駆動機構を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補強対象となる鋼管曲部の外周面に、帯状補強材を螺旋状に巻き付ける補強材巻き付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の外周面に補強材を巻き付けて補強する技術が知られている。例えば、特許文献１には、強化繊維を接着剤に浸した後、構造材の表面に巻き付ける技術が記載されている。特許文献２には、鋼材からなる柱材の外周部分に、強化用繊維シートを２周回以上、柱材の長さ方向に巻き付ける技術が記載されている。特許文献３には、金属管の回りに乾燥繊維の層を配置し、この乾燥繊維の層を外部ライナーで覆う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２６８７７５号公報
【特許文献２】特開２００６−７０６６８号公報
【特許文献３】特表２０１０−５０２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の技術は何れも、強化繊維や乾燥繊維といった補強材を鋼管の外周面に巻き付けるものである。この補強材の巻き付けは、補強対象となる鋼管を軸回りに回すことで行われる（特許文献１，３）。鋼管を軸回りに回す方法は、人が持ち運べる程度の大きさの鋼管であれば好適に用いられるが、動力用蒸気配管といった大型の鋼管については装置が大掛かりになってしまうので用いることが困難である。特に、ほぼ９０度に屈曲したエルボー部や円弧状に湾曲した湾曲部について補強材を巻き付けようとすると、装置構成が一層大掛かりになってしまう。
【０００５】
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、鋼管曲部に対する補強を行う補強材巻き付け装置に関し、その装置構成の簡素化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の目的を達成するため、本発明は、補強対象となる鋼管曲部の外周面に、帯状補強材を螺旋状に巻き付ける補強材巻き付け装置であって、前記鋼管曲部の周囲に配置された複数の案内軸と、前記鋼管が筒内に配置されるとともに、前記案内軸によって前記鋼管曲部の軸線方向に案内される筒状基部と、前記鋼管曲部の周方向に回転可能な状態で前記筒状基部に取り付けられ、前記帯状補強材が巻き付けられるリング状の補強材保持部と、前記鋼管曲部の外周面よりも外側を周回移動可能な状態で前記筒状基部に取り付けられ、前記補強材保持部から繰り出された前記帯状補強材を、前記鋼管曲部の外周面に向けて案内するガイドローラと、前記筒状基部を前記鋼管曲部の軸線方向に移動させる第１駆動機構と、前記ガイドローラの周回方向への移動に伴って前記補強材保持部が回転されるように、前記ガイドローラの周回動作と前記補強材保持部の回転動作を制御する第２駆動機構と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、帯状補強材が巻き付けられる補強材保持部と、補強材保持部から繰り出された帯状補強材を鋼管曲部の外周面に向けて案内するガイドローラとを筒状基部に設け、第１駆動機構によって筒状基部を鋼管曲部の軸線方向に移動させるとともに、第２駆動機構によってガイドローラを鋼管曲部に対して周回させているので、補強材保持部から繰り出された帯状補強材を鋼管曲部の外周面に螺旋状に巻き付けることができる。このため、簡単な装置構成で鋼管の補強を行うことができる。
【０００８】
前述の補強材巻き付け装置において、前記第１駆動機構は、前記筒状基部における、前記鋼管曲部の外側に位置する部分の移動速度が、前記鋼管曲部の内側に位置する部分の移動速度よりも高くなるように、前記筒状基部を移動させることが好ましい。このように構成すると、帯状補強材における鋼管曲部の外側位置での巻き付けピッチを、内側位置での巻き付けピッチよりも広げることができ、帯状補強材の巻き付けを適正に行うことができる。
【０００９】
前述の補強材巻き付け装置において、前記第２駆動機構は、前記ガイドローラを第１速度で移動させるように駆動力を付与する第１回転モータと、前記補強材保持部が前記第１速度よりも低い速度で、前記ガイドローラの移動方向へ回転されるように駆動力を付与する第２回転モータとを有することが好ましい。このように構成すると、第１回転モータが付与する駆動力と第２回転モータが付与する駆動力の差によって、帯状補強材に対して張力を付与することができる。これにより、帯状補強材を密に巻き付けることができる。
【００１０】
前述の補強材巻き付け装置において、前記ガイドローラは、前記補強材保持部の径方向外側に配置される第１ガイドローラと、前記第１ガイドローラよりも、前記帯状補強材の巻き付け位置側に配置される第２ガイドローラとを有することが好ましい。このように構成すると、補強材保持部から繰り出された帯状補強材を鋼管の外周面へと円滑に案内することができる。
【００１１】
前述の補強材巻き付け装置において、前記補強材保持部には、前記鋼管への巻き付け方向とは反対方向に、前記帯状補強材が巻き付けられ、前記補強材保持部から繰り出された前記帯状補強材を、前記第１ガイドローラで折り返した後に前記第２ガイドローラで折り返して、前記鋼管の外周面に巻き付けることが好ましい。このように構成すると、補強材保持部から繰り出された帯状補強材に対し、各ガイドローラによって適切な張力を付与することができ、帯状補強材を密に巻き付けることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鋼管曲部に対する補強を行う補強材巻き付け装置に関し、その装置構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】補強材巻き付け装置の斜視図である。
【図２】補強材巻き付け装置の平面図である。
【図３】補強材巻き付け装置の断面図である。
【図４】補強材保持部及びガイドローラを示す図である。
【図５】帯状補強材を補強材保持部に巻き付けている状態を示す図である。
【図６】帯状補強材を鋼管に巻き付けはじめた状態を示す図である。
【図７】帯状補強材を重ねて巻き付けている様子を示す図である。
【図８】ガイドローラを周回させている状態を示す図である。
【図９】帯状補強材を屈曲部分に巻き付けている様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態では、蒸気タービンにおける動力用蒸気用の配管など、高温高圧（例えば６００℃以上、５ＭＰａ以上）に曝される鋼管を補強する場合について説明する。この鋼管は、９クロム鋼や１２クロム鋼といった高クロム鋼（一般的なものよりもクロム含有率が高められたクロムモリブデン鋼）によって作製され、直径は６００ｍｍ〜１０００ｍｍであり、板厚は３０ｍｍ〜５０ｍｍである。また、本実施形態では、ほぼ直角に屈曲したエルボー部の補強を行う場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
図１〜図３に示すように、補強材巻き付け装置１（以下巻き付け装置１という）は、フレーム部２と可動部３とを有している。
【００１６】
フレーム部２は、可動部３を移動可能な状態で支持する部分である。このフレーム部２は、第１止着フレーム１１と、第２止着フレーム１２と、４本の案内軸１３とを有している。ここで、第１止着フレーム１１は、補強対象の鋼管Ｘにおける或る位置に固定される第１固定部材に相当し、第２止着フレーム１２は、この鋼管Ｘにおける別の位置に固定される第２固定部材に相当する。図１〜図３に示すように、第１止着フレーム１１及び第２止着フレーム１２は、それぞれベース板１４，１７と、ねじ取り付け片１５，１８と、止着ねじ１６，１９とを有している。
【００１７】
図１及び図２に示すように、ベース板１４，１７は、鋼管Ｘを通すための空部が開設された略円形のリング状部１４ａ，１７ａと、このリング状部１４ａ，１７ａから９０度間隔でリングの径方向外側に突出された４つの支持片部１４ｂ，１７ｂとを有しており、厚さが１０ｍｍ程度の鋼板によって作製されている。これらのベース板１４，１７は、２分割（半割り）されており、フランジ部１４ｃ，１７ｃをねじ止めすることで一体化されている。これにより、既設の鋼管Ｘに対しても取り付け可能としている。各支持片部１４ｂ，１７ｂは、リング状部１４ａ，１７ａと一体に設けられている。そして、各支持片部１４ｂ，１７ｂにおけるリング状部１４ａ，１７ａ側の部分は、リング状部１４ａ，１７ａに近付く程に末広がりな形状とされ、必要な剛性が確保されている。
【００１８】
また、各支持片部１４ｂ，１７ｂにおける先端側の部分は矩形状に設けられており、案内軸１３の端部を貫通させるための軸孔（図示せず）が開設されている。各案内軸１３は、一対のナット２０で挟まれることにより、対応する支持片部１４ｂ，１７ｂに固定されている。
【００１９】
４本の案内軸１４は、可動部３を案内するためのガイド部材であり、本実施形態ではラックによって構成されており（図では歯の部分を省略している）、ギアボックス３６内のピニオンギア（図示せず）が噛み合わされている。これらの案内軸１３のうち、鋼管Ｘの屈曲方向内側に配置される２本の案内軸１３（便宜上、内側案内軸１３ａという）と、屈曲方向外側に配置される２本の案内軸１３（便宜上、外側案内軸１３ｂという）は、それぞれエルボーの形状にあわせて曲げられている。ここで、内側案内軸１３ａと外側案内軸１３ｂの曲率はそれぞれ異なっている。すなわち、外側案内軸１３ｂは、内側案内軸１３ａよりも大きな曲率となるように曲げられている。
【００２０】
そして、第１止着フレーム１１は４本の案内軸１３の一端側に取り付けられ、第２止着フレーム１２は他端側に取り付けられている。これにより、鋼管Ｘにおける補強対象範囲が第１止着フレーム１１と第２止着フレーム１２の間に位置付けられる。また、第２止着フレーム１２は、第１止着フレーム１１に対して、面方向にほぼ直交する向きに取り付けられる。
【００２１】
図１及び図２に示すように、ねじ取り付け片１５，１８は、止着ねじ１６，１９が取り付けられる矩形状板片であり、リング状部１４ａ，１７ａの表面から垂直方向に取り付けられている。このねじ取り付け片１５，１８には、雌ねじが板厚方向を貫通する状態に設けられている。止着ねじ１６，１９は、この雌ねじに嵌め合わされることで、ねじ軸の突出量が調整される。すなわち、止着ねじ１６，１９を締め込み方向に回転させるほどに、ねじ軸のねじ取り付け片１５，１８からの突出量が増え、反対方向に回転させるほどにねじ軸の突出量が少なくなる。
【００２２】
このねじ取り付け片１５，１８もまた９０度間隔で４つ設けられており、何れの取り付け片１５，１８も、止着ねじ１６，１９のねじ軸が鋼管Ｘの軸心側を向くように角度が定められている。そして、各止着ねじ１６，１９が有するねじ軸は、リング状部１４ａ，１７ａに位置付けられた鋼管Ｘまで十分に届く長さに定められている。このため、各止着ねじ１６，１９を締め込むことにより、補強対象の鋼管Ｘをリング状部１４ａ，１７ａの内側空間に配置した状態で、各止着フレーム１１，１２を鋼管Ｘに固定することができる。また、各取り付け片１５，１８からのねじ軸の突出量を調整することで、リング状部１４ａ，１７ａに対する鋼管Ｘの位置を調整することもできる。
【００２３】
次に、可動部３について説明する。図１に示すように、可動部３は、第１止着フレーム１１（第１固定部材）と第２止着フレーム１２（第２固定部材）との間を案内軸１３に沿って移動され、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの表面に巻き付ける部分である。可動部３は、ベースフレーム３１と、筒状基部３２と、補強材保持部３３と、ガイドローラ３４と、ガイドローラ支持部３５とを有する。この可動部３もまた、既設の鋼管Ｘにも取り付け可能なように、分割（半割り）可能な構成とされている。
【００２４】
ベースフレーム３１は、各案内軸１３に軸支される板状部材である。本実施形態のベースフレーム３１は、前述した各止着フレーム１１，１２と同様に、鋼管Ｘを通すための空部が開設された略円形のリング状部３１ａと、このリング状部３１ａから９０度間隔でリングの径方向外側に突出された４つの支持片部３１ｂとを有しており、厚さが１０ｍｍ程度の鋼板によって作製されている。
【００２５】
ベースフレーム３１もまた、ベース部１４，１７と同様に２分割されており、フランジ部３１ｃをねじ止めすることで一体化されている。各支持片部３１ｂには、対応する案内軸１３が挿通されるギアボックス３６が取り付けられている。このギアボックス３６には、案内軸１４に設けられた歯に噛み合うピニオンギア、及び、ピニオンギアを回転させる走行用モータが配置されている（何れも図示せず）。従って、ギアボックス３６の走行用モータを動力源として、対応する支持片部３１ｂが案内軸１３の軸線方向に移動される。
【００２６】
各支持片部３１ｂの移動を適切に調整することで、ベースフレーム３１を案内軸１３に沿って移動させることができる。例えば、案内軸１３における屈曲部分においては、外側案内軸１３ｂに対応する支持片部３１ｂの移動速度を、内側案内軸１３ａに対応する支持片部３１ｂの移動速度よりも高くする。また、案内軸１３の直線部分においては、各支持片部３１ｂの移動速度を揃える。これにより、ベースフレーム３１を案内軸１３に沿って移動させることができる。
【００２７】
ここで、筒状基部３２は、ベースフレーム３１に取り付けられており、補強材保持部３３及びガイドローラ支持部３５は、筒状基部３２に取り付けられている。そして、ガイドローラ３４は、ガイドローラ支持部３５によって支持されている。このように可動部３を構成する各部がベースフレーム３１を介して各案内軸１３に取り付けられているため、４つのギアボックス３６のそれぞれが有する走行用モータの回転を適切に制御することで、可動部３を鋼管Ｘの軸線方向に移動させることができる。従って、ギアボックス３６（走行用モータ，ピニオンギア）と案内軸（ラック）の組は、可動部３（筒状基部３２）を鋼管曲部の軸線方向に移動させる第１駆動機構に相当する。
【００２８】
筒状基部３２は、補強対象の鋼管Ｘを内側空間に挿通させる部材であり、かつ、補強材保持部３３やガイドローラ支持部３５を取り付けるための部材でもある。本実施形態の筒状基部３２は、図１及び図４に示すように、内径が、鋼管Ｘの外径よりも一回り大きく定められた（ベースフレーム３１の開口径に揃えられた）鋼製の円筒部材によって作製されている。そして、筒状基部３２の基端は、ベースフレーム３１に対し、溶接によって一体的に接合されている。その際、ベースフレーム３１の開口縁と筒状基部３２の内表面の位置が揃うように、位置があわせられている。なお、ベースフレーム３１が２分割されている関係で、筒状基部３２も２分割されている。そして、分割された筒状基部３２は、ねじ止め等によって一体化するように構成されている。
【００２９】
補強材保持部３３は、帯状補強材Ｙを巻き取って保持する部分であり、鋼製の筒状部材で作製されている。図２及び図３に示すように、補強材保持部３３は、リング状回転体３３ａと、一対のガイドリブ３３ｂとを有している。なお、補強材保持部３３も分割されており、筒状基部３２の外周側に被せられた後に、ねじ止め等によって一体化される。
【００３０】
リング状回転体３３ａは、筒状基部３２に回転可能な状態で被せられるリング状（円筒状）部材であり、内径が筒状基部３２の外径と同じか若干大きく定められている。このリング状回転体３３ａは、帯状補強材Ｙを巻き付けるための部材として用いられるとともに、ガイドローラ支持部３５が取り付けられるための部材としても用いられている。本実施形態では、軸線方向の先端側（ベースフレーム３１とは反対側）の位置に帯状補強材Ｙが巻き付けられる。また、中間位置にガイドローラ支持部３５が取り付けられる。
【００３１】
ガイドリブ３３ｂは、リング状回転体３３ａの先端側において、半径方向外側に向けて立設された部材である。このガイドリブ３３ｂは、帯状補強材Ｙをリング状回転体３３ａに巻き付ける際のガイドとして用いられる。このため、一方のガイドリブ３３ｂと他方のガイドリブ３３ｂは、鋼管Ｘの軸線方向に、帯状補強材Ｙの幅の分だけ間隔を空けて設けられている。なお、本実施形態の帯状補強材Ｙは、例えば厚さが０．２ｍｍ程度、幅が３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度、長さが数ｍ〜数１０ｍとされたステンレス製の薄板である。
【００３２】
ガイドローラ支持部３５は、ガイドローラ３４を回転可能な状態で保持する部分であり、図２に示すように、リング状基部３５ａと、Ｌ型ステー３５ｂと、一対の側板３５ｃとを有している。リング状基部３５ａは、リング状回転体３３ａに取り付けられる部分であり、内径がリング状回転体３３ａの外径と同じか若干大きく定められている。このリング状基部３５ａも分割されており、リング状回転体３３ａの外周側に被せられた後に、ねじ止め等によって一体化される。リング状回転体３３ａに取り付けられることで、リング状基部３５ａは、リング状回転体３３ａに対して回転可能な状態になる。Ｌ型ステー３５ｂは、一端がリング状基部３５ａに接合され、他端が一方の側板３５ｃに取り付けられている。このＬ型ステー３５ｂによって、ガイドローラ３４の位置を定めることができる。両側板３５ｃは、ガイドローラ３４を取り付けるための部材であり、ガイドローラ３４用の回転軸によって連結されている。
【００３３】
ガイドローラ３４は、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを、鋼管Ｘの外周面に向けて案内する部材である。図１〜図４に示すように、本実施形態では一対のガイドローラ３４ａ，３４ｂを用いている。そして、図２に示すように、一方のガイドローラ３４ａ（第１ガイドローラ３４ａ）をガイドリブ３３ｂの径方向外側の位置に配置し、他方のガイドローラ３４ｂ（第２ガイドローラ３４ｂ）を、第１ガイドローラ３４ａよりも、帯状補強材Ｙを巻き付ける位置の方へ（ベースフレーム３１とは反対側へ）、位置をずらして配置している。
【００３４】
これにより、ガイドローラ支持部３５が回転すると、第１ガイドローラ３４ａはガイドリブ３３ｂの回りを周方向へ移動することとなり、第２ガイドローラ３４ｂは、鋼管Ｘの回りを周方向へ移動することとなる。その結果、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの外周面へと円滑に案内することができる。
【００３５】
図３に示すように、補強材保持部３３は、張力調整用モータ及び駆動ギアの組３７によって回転駆動され、ガイドローラ支持部３５及びガイドローラ３４は、繰り出し用モータ及び駆動ギアの組３８によって回転駆動される。このとき、繰り出し用モータ（第１回転モータ）は、ガイドローラ３４を或る速度（第１速度）で移動させるように駆動力を付与する。また、張力調整用モータ（第２回転モータ）は、補強材保持部３３が第１速度よりも遅い速度（第２速度）で、ガイドローラ３４の移動方向へ回転されるように駆動力を付与する。
【００３６】
このように、補強材保持部３３の回転速度がガイドローラ３４の移動速度よりも低くなるように各モータの駆動力に差を付けると、ガイドローラ３４の移動に伴って補強材保持部３３が回転されて帯状補強材Ｙが繰り出される。このとき、帯状補強材Ｙがガイドローラ３４で引っ張られるため、繰り出された帯状補強材Ｙに張力を付与することができる。その結果、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘに対して密に巻き付けることができる。このような動作をする張力調整用モータ及び駆動ギアの組３７と、繰り出し用モータ及び駆動ギアの組３８は、ガイドローラ３４の周回動作と補強材保持部３３の回転動作を制御する第２駆動機構に相当する。
【００３７】
次に、この巻き付け装置１を用いた鋼管Ｘの補強作業について説明する。この補強作業では、巻き付け装置１を補強対象の鋼管Ｘに固定する。例えば、補強対象となる既設の鋼管Ｘの周囲に、分割状態の第１止着フレーム１１、第２止着フレーム１２、及び可動部３を配置し、ねじ止めによってこれらを一体化することにより、既設の鋼管Ｘを筒状基部３２の内側空間に位置付ける。その後、止着ねじ１６，１９を締め込むことにより、巻き付け装置１を鋼管Ｘに固定する。
【００３８】
巻き付け装置１を固定したならば、図５に示すように、帯状補強材Ｙを補強材保持部３３に巻き付ける。例えば、芯材に巻回された帯状補強材Ｙを別途用意し、この帯状補強材Ｙの端部を補強材保持部３３（一対のガイドリブ３３ｂで区画されたリング状回転体３３ａの表面）に固定した状態で、張力調整用モータを動作させる。張力調整用モータの駆動力が駆動ギアを介して伝達されるため、補強材保持部３３が回転して帯状補強材Ｙが巻き取られる。なお、本実施形態では、鋼管Ｘへの巻き付け方向とは反対方向に帯状補強材Ｙを巻き取らせている。
【００３９】
帯状補強材Ｙを補強材保持部３３に巻き付けたならば、帯状補強材Ｙを各ガイドローラ３４ａ，３４ｂに架け渡す。本実施形態では、図６に示すように、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを第１ガイドローラ３４ａに沿って略Ｖ字状に折り返した後、第２ガイドローラ３４ｂに沿って再度Ｖ字状に折り返している。そして、帯状補強材Ｙの先端を鋼管Ｘの補強開始位置に溶接する。帯状補強材Ｙを各ガイドローラ３４ａ，３４ｂで折り返すように架け渡すことで、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘへ巻き付ける位置と帯状補強材Ｙを補強材保持部３３から繰り出す位置とが鋼管Ｘの軸線方向にずれていても、帯状補強材Ｙを円滑に案内できる。
【００４０】
帯状補強材Ｙの端部を鋼管Ｘに固定したならば、帯状補強材Ｙの鋼管Ｘへの巻き付けを開始する。このとき、ギアボックス３６の走行用モータも駆動させる。これにより、可動部３が鋼管Ｘの軸線方向へ移動される。そして、図７に示すように、可動部３を一定速度で軸線方向へ移動させることにより、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの直線部分に対して螺旋状に巻き付けることができる。なお、本実施形態では、帯状補強材Ｙにおける幅方向の端部が重なるように、可動部３を移動させている。
【００４１】
この場合、前述したように、補強材保持部３３の回転速度がガイドローラ３４の移動速度よりも低くなるように各モータの駆動力に差を付ける。これにより、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、各ガイドローラ３４ａ，３４ｂが鋼管Ｘの外周面に沿って周方向に移動するときに、駆動力の差が帯状補強材Ｙへの張力になるため、帯状補強材Ｙは、各ガイドローラ３４ａ，３４ｂの間において適度に張られた状態になる。これにより、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘへ密に巻き付けることができる。
【００４２】
可動部３が鋼管Ｘの屈曲部分に到達したならば、ギアボックス３６の走行用モータを制御して可動部３（筒状基部３２）を屈曲部分の軸線方向に移動させる。その際、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、可動部３における、外側案内軸１３ｂに（屈曲部分の外側で）支持されている部分の移動速度が、内側案内軸１３ａに（屈曲部分の内側で）支持されている部分の移動速度よりも高くなるように、走行用モータの回転量を制御する。具体的には、外側案内軸１３ｂ側に位置する走行用モータの回転量を、内側案内軸１３ａ側に位置する走行用モータの回転量よりも多くする。
【００４３】
これにより、帯状補強材Ｙに関し、鋼管曲部における外側位置での巻き付けピッチを、内側位置での巻き付けピッチよりも広げることができ、帯状補強材Ｙの巻き付けを適正に行うことができる。例えば、鋼管曲部の外周面であっても帯状補強材Ｙを隙間なく巻き付けることができる。
【００４４】
可動部３が一方の止着フレームの手前まで移動されたならば、その移動方向を反転させる。この反転は、走行用モータを逆回転させることで行う。そして、この場合においても、鋼管曲部への帯状補強材Ｙの巻き付けを行う際には、外側案内軸１３ｂ側に位置する走行用モータの回転量を、内側案内軸１３ａ側に位置する走行用モータの回転量よりも多くする。
【００４５】
以上の制御を行うことで、先に巻き付けられた帯状補強材Ｙの上に、次の帯状補強材Ｙを重ねて巻き付けることができる。その後は同様に、一方の止着フレームと他方の止着フレームとの間で可動部３を移動させつつ、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘに巻き付ける。そして、帯状補強材Ｙによる補強層が所望の厚さになったならば、帯状補強材Ｙの巻き付けを終了する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の巻き付け装置１によれば、帯状補強材Ｙが巻き付けられる補強材保持部３３と、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの外周面に向けて案内するガイドローラ３４とを筒状基部３２に設け、ギアボックス３６の走行用モータやピニオンギアによって筒状基部３２を鋼管Ｘの軸線方向に移動させるとともに、張力調整用モータや繰り出し用モータ等によってガイドローラ３４を鋼管Ｘに対して周回させているので、鋼管Ｘの屈曲部分であっても、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを、鋼管Ｘの外周面に対して螺旋状に巻き付けることができる。このため、簡単な装置構成で鋼管Ｘの屈曲部分に対する補強を行うことができる。
【００４７】
ここで、単にロール状（糸巻きのような状態）の帯状補強材Ｙを用いた場合、この補強材の保持部が重くなってしまい、鋼管Ｘの周りを回転させるためには、かなりの動力が必要になってしまう。また、重力も作用するため、回転速度にムラがでやすい。これらの点に関し、この巻き付け装置１では、帯状補強材Ｙを保持する補強材保持部３３が、鋼管Ｘの外周側に、この鋼管Ｘと一定間隔を維持しているため、回転させるための動力を低減できるととともに、重力に起因する回転ムラが生じ難くなっている。
【００４８】
また、この巻き付け装置１は、外側案内軸１３ｂ側に位置する走行用モータの回転量を、内側案内軸１３ａ側に位置する走行用モータの回転量よりも多くしているので、鋼管曲部における外側位置での巻き付けピッチを、内側位置での巻き付けピッチよりも広げることができ、帯状補強材Ｙの巻き付けを適正に行うことができる。
【００４９】
また、この巻き付け装置１では、ガイドローラ３４を第１速度で移動させるように駆動力を付与する繰り出し用モータと、補強材保持部３３が第１速度よりも遅い速度で、ガイドローラ３４の移動方向へ回転されるように駆動力を付与する張力調整用モータとを設けているので、各モータの駆動力の差によって、帯状補強材Ｙに対して張力を付与することができる。これにより、帯状補強材Ｙを密に巻き付けることができる。
【００５０】
また、この巻き付け装置１では、ガイドローラ３４を、補強材保持部３３の径方向外側に配置される第１ガイドローラ３４ａと、この第１ガイドローラ３４ａよりも、帯状補強材Ｙの巻き付け位置側に配置される第２ガイドローラ３４ｂとによって構成しているので、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの外周面へと円滑に案内することができる。
【００５１】
また、補強材保持部３３には、鋼管Ｘへの巻き付け方向とは反対方向に帯状補強材Ｙを巻き付け、この補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを、第１ガイドローラ３４ａで折り返した後に第２ガイドローラ３４ｂで折り返して、鋼管Ｘの外周面に巻き付けているので、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙに対し、各ガイドローラ３４ａ，３４ｂによって適切な張力を付与することができ、帯状補強材Ｙを密に巻き付けることができる。
【００５２】
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。
【００５３】
補強対象の鋼管Ｘに関し、前述の実施形態では円筒状であって略直角に屈曲された鋼管Ｘのエルボー部を例に挙げたが、円弧状に湾曲された鋼管Ｘであってもよい。要するに曲部を有する鋼管Ｘであればよい。また、角筒状の鋼管Ｘであっても、筒状基部３２の筒内に挿入可能なサイズであれば、同様に帯状補強材Ｙを巻き付けることができる。また、材質は高クロム鋼に限られない。
【００５４】
帯状補強材Ｙに関し、前述の実施形態では、厚さが０．２ｍｍ程度、幅が３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度、長さが数ｍ〜数１０ｍとされたステンレス製の薄板を例に挙げたが、他の種類の帯状金属であってもよい。また、樹脂製であってもよい。
【００５５】
案内軸１３に関し、前述の実施形態では４本の案内軸１３を９０度間隔で配置したが、この構成に限られない。１８０度間隔で２本配置してもよいし、１２０度間隔で３本配置してもよい。また、５本以上配置してもよい。要するに、補強対象の鋼管Ｘの周囲に複数本配置されていればよい。
【００５６】
第１駆動機構に関し、前述の実施形態では、ギアボックス３６（走行用モータ，ピニオンギア）と案内軸１３（ラック）の組を例示したが、この構成に限定されない。鋼管Ｘの軸方向に可動部３を移動させることのできる機構であれば、どのような構成を採ってもよい。
【００５７】
第２駆動機構に関し、前述の実施形態では、張力調整用モータ及び駆動ギアの組３７と、繰り出し用モータ及び駆動ギアの組３８とを例示したが、この構成に限定されない。例えば、張力調整用モータ及び駆動ギアの組３７に代えて、油の粘性や摩擦によって回転抵抗を付与する軸受けを用いて、リング状回転体３３ａを筒状基部３２に取り付けてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…補強材巻き付け装置，２…フレーム部，３…可動部，１１…第１止着フレーム，１２…第２止着フレーム，１３…案内軸（ラック），１３ａ…従動案内軸，１３ｂ…駆動案内軸，１４…ベース板，１４ａ…リング状部，１４ｂ…支持片部，１４ｃ…フランジ部，１５…ねじ取り付け片，１６…止着ねじ，１７…ベース板，１７ａ…リング状部，１７ｂ…支持片部，１７ｃ…フランジ部，１８…ねじ取り付け片，１９…止着ねじ，２０…ナット，３１…ベースフレーム，３１ａ…リング状部，３１ｂ…支持片部，３１ｃ…フランジ部，３２…筒状基部，３３…補強材保持部，３３ａ…リング状回転体，３３ｂ…ガイドリブ，３４…ガイドローラ，３４ａ…第１ガイドローラ，３４ｂ…第２ガイドローラ，３５…ガイドローラ支持部，３５ａ…リング状基部，３５ｂ…Ｌ型ステー，３５ｃ…側板，３６…ギアボックス（走行用モータ，ピニオンギア），３７…張力調整用モータ及び駆動ギアの組，３８…繰り出し用モータ及び駆動ギアの組，Ｘ…鋼管，Ｙ…帯状補強材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補強対象となる鋼管曲部の外周面に、帯状補強材を螺旋状に巻き付ける補強材巻き付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の外周面に補強材を巻き付けて補強する技術が知られている。例えば、特許文献１には、強化繊維を接着剤に浸した後、構造材の表面に巻き付ける技術が記載されている。特許文献２には、鋼材からなる柱材の外周部分に、強化用繊維シートを２周回以上、柱材の長さ方向に巻き付ける技術が記載されている。特許文献３には、金属管の回りに乾燥繊維の層を配置し、この乾燥繊維の層を外部ライナーで覆う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２６８７７５号公報
【特許文献２】特開２００６−７０６６８号公報
【特許文献３】特表２０１０−５０２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の技術は何れも、強化繊維や乾燥繊維といった補強材を鋼管の外周面に巻き付けるものである。この補強材の巻き付けは、補強対象となる鋼管を軸回りに回すことで行われる（特許文献１，３）。鋼管を軸回りに回す方法は、人が持ち運べる程度の大きさの鋼管であれば好適に用いられるが、動力用蒸気配管といった大型の鋼管については装置が大掛かりになってしまうので用いることが困難である。特に、ほぼ９０度に屈曲したエルボー部や円弧状に湾曲した湾曲部について補強材を巻き付けようとすると、装置構成が一層大掛かりになってしまう。
【０００５】
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、鋼管曲部に対する補強を行う補強材巻き付け装置に関し、その装置構成の簡素化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の目的を達成するため、本発明は、補強対象となる鋼管曲部の外周面に、帯状補強材を螺旋状に巻き付ける補強材巻き付け装置であって、前記鋼管曲部の周囲に配置された複数の案内軸と、前記鋼管が筒内に配置されるとともに、前記案内軸によって前記鋼管曲部の軸線方向に案内される筒状基部と、前記鋼管曲部の周方向に回転可能な状態で前記筒状基部に取り付けられ、前記帯状補強材が巻き付けられるリング状の補強材保持部と、前記鋼管曲部の外周面よりも外側を周回移動可能な状態で前記筒状基部に取り付けられ、前記補強材保持部から繰り出された前記帯状補強材を、前記鋼管曲部の外周面に向けて案内するガイドローラと、前記筒状基部を前記鋼管曲部の軸線方向に移動させる第１駆動機構と、前記ガイドローラの周回方向への移動に伴って前記補強材保持部が回転されるように、前記ガイドローラの周回動作と前記補強材保持部の回転動作を制御する第２駆動機構と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、帯状補強材が巻き付けられる補強材保持部と、補強材保持部から繰り出された帯状補強材を鋼管曲部の外周面に向けて案内するガイドローラとを筒状基部に設け、第１駆動機構によって筒状基部を鋼管曲部の軸線方向に移動させるとともに、第２駆動機構によってガイドローラを鋼管曲部に対して周回させているので、補強材保持部から繰り出された帯状補強材を鋼管曲部の外周面に螺旋状に巻き付けることができる。このため、簡単な装置構成で鋼管の補強を行うことができる。
【０００８】
前述の補強材巻き付け装置において、前記第１駆動機構は、前記筒状基部における、前記鋼管曲部の外側に位置する部分の移動速度が、前記鋼管曲部の内側に位置する部分の移動速度よりも高くなるように、前記筒状基部を移動させることが好ましい。このように構成すると、帯状補強材における鋼管曲部の外側位置での巻き付けピッチを、内側位置での巻き付けピッチよりも広げることができ、帯状補強材の巻き付けを適正に行うことができる。
【０００９】
前述の補強材巻き付け装置において、前記第２駆動機構は、前記ガイドローラを第１速度で移動させるように駆動力を付与する第１回転モータと、前記補強材保持部が前記第１速度よりも低い速度で、前記ガイドローラの移動方向へ回転されるように駆動力を付与する第２回転モータとを有することが好ましい。このように構成すると、第１回転モータが付与する駆動力と第２回転モータが付与する駆動力の差によって、帯状補強材に対して張力を付与することができる。これにより、帯状補強材を密に巻き付けることができる。
【００１０】
前述の補強材巻き付け装置において、前記ガイドローラは、前記補強材保持部の径方向外側に配置される第１ガイドローラと、前記第１ガイドローラよりも、前記帯状補強材の巻き付け位置側に配置される第２ガイドローラとを有することが好ましい。このように構成すると、補強材保持部から繰り出された帯状補強材を鋼管の外周面へと円滑に案内することができる。
【００１１】
前述の補強材巻き付け装置において、前記補強材保持部には、前記鋼管への巻き付け方向とは反対方向に、前記帯状補強材が巻き付けられ、前記補強材保持部から繰り出された前記帯状補強材を、前記第１ガイドローラで折り返した後に前記第２ガイドローラで折り返して、前記鋼管の外周面に巻き付けることが好ましい。このように構成すると、補強材保持部から繰り出された帯状補強材に対し、各ガイドローラによって適切な張力を付与することができ、帯状補強材を密に巻き付けることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鋼管曲部に対する補強を行う補強材巻き付け装置に関し、その装置構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】補強材巻き付け装置の斜視図である。
【図２】補強材巻き付け装置の平面図である。
【図３】補強材巻き付け装置の断面図である。
【図４】補強材保持部及びガイドローラを示す図である。
【図５】帯状補強材を補強材保持部に巻き付けている状態を示す図である。
【図６】帯状補強材を鋼管に巻き付けはじめた状態を示す図である。
【図７】帯状補強材を重ねて巻き付けている様子を示す図である。
【図８】ガイドローラを周回させている状態を示す図である。
【図９】帯状補強材を屈曲部分に巻き付けている様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態では、蒸気タービンにおける動力用蒸気用の配管など、高温高圧（例えば６００℃以上、５ＭＰａ以上）に曝される鋼管を補強する場合について説明する。この鋼管は、９クロム鋼や１２クロム鋼といった高クロム鋼（一般的なものよりもクロム含有率が高められたクロムモリブデン鋼）によって作製され、直径は６００ｍｍ〜１０００ｍｍであり、板厚は３０ｍｍ〜５０ｍｍである。また、本実施形態では、ほぼ直角に屈曲したエルボー部の補強を行う場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
図１〜図３に示すように、補強材巻き付け装置１（以下巻き付け装置１という）は、フレーム部２と可動部３とを有している。
【００１６】
フレーム部２は、可動部３を移動可能な状態で支持する部分である。このフレーム部２は、第１止着フレーム１１と、第２止着フレーム１２と、４本の案内軸１３とを有している。ここで、第１止着フレーム１１は、補強対象の鋼管Ｘにおける或る位置に固定される第１固定部材に相当し、第２止着フレーム１２は、この鋼管Ｘにおける別の位置に固定される第２固定部材に相当する。図１〜図３に示すように、第１止着フレーム１１及び第２止着フレーム１２は、それぞれベース板１４，１７と、ねじ取り付け片１５，１８と、止着ねじ１６，１９とを有している。
【００１７】
図１及び図２に示すように、ベース板１４，１７は、鋼管Ｘを通すための空部が開設された略円形のリング状部１４ａ，１７ａと、このリング状部１４ａ，１７ａから９０度間隔でリングの径方向外側に突出された４つの支持片部１４ｂ，１７ｂとを有しており、厚さが１０ｍｍ程度の鋼板によって作製されている。これらのベース板１４，１７は、２分割（半割り）されており、フランジ部１４ｃ，１７ｃをねじ止めすることで一体化されている。これにより、既設の鋼管Ｘに対しても取り付け可能としている。各支持片部１４ｂ，１７ｂは、リング状部１４ａ，１７ａと一体に設けられている。そして、各支持片部１４ｂ，１７ｂにおけるリング状部１４ａ，１７ａ側の部分は、リング状部１４ａ，１７ａに近付く程に末広がりな形状とされ、必要な剛性が確保されている。
【００１８】
また、各支持片部１４ｂ，１７ｂにおける先端側の部分は矩形状に設けられており、案内軸１３の端部を貫通させるための軸孔（図示せず）が開設されている。各案内軸１３は、一対のナット２０で挟まれることにより、対応する支持片部１４ｂ，１７ｂに固定されている。
【００１９】
４本の案内軸１４は、可動部３を案内するためのガイド部材であり、本実施形態ではラックによって構成されており（図では歯の部分を省略している）、ギアボックス３６内のピニオンギア（図示せず）が噛み合わされている。これらの案内軸１３のうち、鋼管Ｘの屈曲方向内側に配置される２本の案内軸１３（便宜上、内側案内軸１３ａという）と、屈曲方向外側に配置される２本の案内軸１３（便宜上、外側案内軸１３ｂという）は、それぞれエルボーの形状にあわせて曲げられている。ここで、内側案内軸１３ａと外側案内軸１３ｂの曲率はそれぞれ異なっている。すなわち、外側案内軸１３ｂは、内側案内軸１３ａよりも大きな曲率となるように曲げられている。
【００２０】
そして、第１止着フレーム１１は４本の案内軸１３の一端側に取り付けられ、第２止着フレーム１２は他端側に取り付けられている。これにより、鋼管Ｘにおける補強対象範囲が第１止着フレーム１１と第２止着フレーム１２の間に位置付けられる。また、第２止着フレーム１２は、第１止着フレーム１１に対して、面方向にほぼ直交する向きに取り付けられる。
【００２１】
図１及び図２に示すように、ねじ取り付け片１５，１８は、止着ねじ１６，１９が取り付けられる矩形状板片であり、リング状部１４ａ，１７ａの表面から垂直方向に取り付けられている。このねじ取り付け片１５，１８には、雌ねじが板厚方向を貫通する状態に設けられている。止着ねじ１６，１９は、この雌ねじに嵌め合わされることで、ねじ軸の突出量が調整される。すなわち、止着ねじ１６，１９を締め込み方向に回転させるほどに、ねじ軸のねじ取り付け片１５，１８からの突出量が増え、反対方向に回転させるほどにねじ軸の突出量が少なくなる。
【００２２】
このねじ取り付け片１５，１８もまた９０度間隔で４つ設けられており、何れの取り付け片１５，１８も、止着ねじ１６，１９のねじ軸が鋼管Ｘの軸心側を向くように角度が定められている。そして、各止着ねじ１６，１９が有するねじ軸は、リング状部１４ａ，１７ａに位置付けられた鋼管Ｘまで十分に届く長さに定められている。このため、各止着ねじ１６，１９を締め込むことにより、補強対象の鋼管Ｘをリング状部１４ａ，１７ａの内側空間に配置した状態で、各止着フレーム１１，１２を鋼管Ｘに固定することができる。また、各取り付け片１５，１８からのねじ軸の突出量を調整することで、リング状部１４ａ，１７ａに対する鋼管Ｘの位置を調整することもできる。
【００２３】
次に、可動部３について説明する。図１に示すように、可動部３は、第１止着フレーム１１（第１固定部材）と第２止着フレーム１２（第２固定部材）との間を案内軸１３に沿って移動され、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの表面に巻き付ける部分である。可動部３は、ベースフレーム３１と、筒状基部３２と、補強材保持部３３と、ガイドローラ３４と、ガイドローラ支持部３５とを有する。この可動部３もまた、既設の鋼管Ｘにも取り付け可能なように、分割（半割り）可能な構成とされている。
【００２４】
ベースフレーム３１は、各案内軸１３に軸支される板状部材である。本実施形態のベースフレーム３１は、前述した各止着フレーム１１，１２と同様に、鋼管Ｘを通すための空部が開設された略円形のリング状部３１ａと、このリング状部３１ａから９０度間隔でリングの径方向外側に突出された４つの支持片部３１ｂとを有しており、厚さが１０ｍｍ程度の鋼板によって作製されている。
【００２５】
ベースフレーム３１もまた、ベース部１４，１７と同様に２分割されており、フランジ部３１ｃをねじ止めすることで一体化されている。各支持片部３１ｂには、対応する案内軸１３が挿通されるギアボックス３６が取り付けられている。このギアボックス３６には、案内軸１４に設けられた歯に噛み合うピニオンギア、及び、ピニオンギアを回転させる走行用モータが配置されている（何れも図示せず）。従って、ギアボックス３６の走行用モータを動力源として、対応する支持片部３１ｂが案内軸１３の軸線方向に移動される。
【００２６】
各支持片部３１ｂの移動を適切に調整することで、ベースフレーム３１を案内軸１３に沿って移動させることができる。例えば、案内軸１３における屈曲部分においては、外側案内軸１３ｂに対応する支持片部３１ｂの移動速度を、内側案内軸１３ａに対応する支持片部３１ｂの移動速度よりも高くする。また、案内軸１３の直線部分においては、各支持片部３１ｂの移動速度を揃える。これにより、ベースフレーム３１を案内軸１３に沿って移動させることができる。
【００２７】
ここで、筒状基部３２は、ベースフレーム３１に取り付けられており、補強材保持部３３及びガイドローラ支持部３５は、筒状基部３２に取り付けられている。そして、ガイドローラ３４は、ガイドローラ支持部３５によって支持されている。このように可動部３を構成する各部がベースフレーム３１を介して各案内軸１３に取り付けられているため、４つのギアボックス３６のそれぞれが有する走行用モータの回転を適切に制御することで、可動部３を鋼管Ｘの軸線方向に移動させることができる。従って、ギアボックス３６（走行用モータ，ピニオンギア）と案内軸（ラック）の組は、可動部３（筒状基部３２）を鋼管曲部の軸線方向に移動させる第１駆動機構に相当する。
【００２８】
筒状基部３２は、補強対象の鋼管Ｘを内側空間に挿通させる部材であり、かつ、補強材保持部３３やガイドローラ支持部３５を取り付けるための部材でもある。本実施形態の筒状基部３２は、図１及び図４に示すように、内径が、鋼管Ｘの外径よりも一回り大きく定められた（ベースフレーム３１の開口径に揃えられた）鋼製の円筒部材によって作製されている。そして、筒状基部３２の基端は、ベースフレーム３１に対し、溶接によって一体的に接合されている。その際、ベースフレーム３１の開口縁と筒状基部３２の内表面の位置が揃うように、位置があわせられている。なお、ベースフレーム３１が２分割されている関係で、筒状基部３２も２分割されている。そして、分割された筒状基部３２は、ねじ止め等によって一体化するように構成されている。
【００２９】
補強材保持部３３は、帯状補強材Ｙを巻き取って保持する部分であり、鋼製の筒状部材で作製されている。図２及び図３に示すように、補強材保持部３３は、リング状回転体３３ａと、一対のガイドリブ３３ｂとを有している。なお、補強材保持部３３も分割されており、筒状基部３２の外周側に被せられた後に、ねじ止め等によって一体化される。
【００３０】
リング状回転体３３ａは、筒状基部３２に回転可能な状態で被せられるリング状（円筒状）部材であり、内径が筒状基部３２の外径と同じか若干大きく定められている。このリング状回転体３３ａは、帯状補強材Ｙを巻き付けるための部材として用いられるとともに、ガイドローラ支持部３５が取り付けられるための部材としても用いられている。本実施形態では、軸線方向の先端側（ベースフレーム３１とは反対側）の位置に帯状補強材Ｙが巻き付けられる。また、中間位置にガイドローラ支持部３５が取り付けられる。
【００３１】
ガイドリブ３３ｂは、リング状回転体３３ａの先端側において、半径方向外側に向けて立設された部材である。このガイドリブ３３ｂは、帯状補強材Ｙをリング状回転体３３ａに巻き付ける際のガイドとして用いられる。このため、一方のガイドリブ３３ｂと他方のガイドリブ３３ｂは、鋼管Ｘの軸線方向に、帯状補強材Ｙの幅の分だけ間隔を空けて設けられている。なお、本実施形態の帯状補強材Ｙは、例えば厚さが０．２ｍｍ程度、幅が３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度、長さが数ｍ〜数１０ｍとされたステンレス製の薄板である。
【００３２】
ガイドローラ支持部３５は、ガイドローラ３４を回転可能な状態で保持する部分であり、図２に示すように、リング状基部３５ａと、Ｌ型ステー３５ｂと、一対の側板３５ｃとを有している。リング状基部３５ａは、リング状回転体３３ａに取り付けられる部分であり、内径がリング状回転体３３ａの外径と同じか若干大きく定められている。このリング状基部３５ａも分割されており、リング状回転体３３ａの外周側に被せられた後に、ねじ止め等によって一体化される。リング状回転体３３ａに取り付けられることで、リング状基部３５ａは、リング状回転体３３ａに対して回転可能な状態になる。Ｌ型ステー３５ｂは、一端がリング状基部３５ａに接合され、他端が一方の側板３５ｃに取り付けられている。このＬ型ステー３５ｂによって、ガイドローラ３４の位置を定めることができる。両側板３５ｃは、ガイドローラ３４を取り付けるための部材であり、ガイドローラ３４用の回転軸によって連結されている。
【００３３】
ガイドローラ３４は、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを、鋼管Ｘの外周面に向けて案内する部材である。図１〜図４に示すように、本実施形態では一対のガイドローラ３４ａ，３４ｂを用いている。そして、図２に示すように、一方のガイドローラ３４ａ（第１ガイドローラ３４ａ）をガイドリブ３３ｂの径方向外側の位置に配置し、他方のガイドローラ３４ｂ（第２ガイドローラ３４ｂ）を、第１ガイドローラ３４ａよりも、帯状補強材Ｙを巻き付ける位置の方へ（ベースフレーム３１とは反対側へ）、位置をずらして配置している。
【００３４】
これにより、ガイドローラ支持部３５が回転すると、第１ガイドローラ３４ａはガイドリブ３３ｂの回りを周方向へ移動することとなり、第２ガイドローラ３４ｂは、鋼管Ｘの回りを周方向へ移動することとなる。その結果、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの外周面へと円滑に案内することができる。
【００３５】
図３に示すように、補強材保持部３３は、張力調整用モータ及び駆動ギアの組３７によって回転駆動され、ガイドローラ支持部３５及びガイドローラ３４は、繰り出し用モータ及び駆動ギアの組３８によって回転駆動される。このとき、繰り出し用モータ（第１回転モータ）は、ガイドローラ３４を或る速度（第１速度）で移動させるように駆動力を付与する。また、張力調整用モータ（第２回転モータ）は、補強材保持部３３が第１速度よりも遅い速度（第２速度）で、ガイドローラ３４の移動方向へ回転されるように駆動力を付与する。
【００３６】
このように、補強材保持部３３の回転速度がガイドローラ３４の移動速度よりも低くなるように各モータの駆動力に差を付けると、ガイドローラ３４の移動に伴って補強材保持部３３が回転されて帯状補強材Ｙが繰り出される。このとき、帯状補強材Ｙがガイドローラ３４で引っ張られるため、繰り出された帯状補強材Ｙに張力を付与することができる。その結果、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘに対して密に巻き付けることができる。このような動作をする張力調整用モータ及び駆動ギアの組３７と、繰り出し用モータ及び駆動ギアの組３８は、ガイドローラ３４の周回動作と補強材保持部３３の回転動作を制御する第２駆動機構に相当する。
【００３７】
次に、この巻き付け装置１を用いた鋼管Ｘの補強作業について説明する。この補強作業では、巻き付け装置１を補強対象の鋼管Ｘに固定する。例えば、補強対象となる既設の鋼管Ｘの周囲に、分割状態の第１止着フレーム１１、第２止着フレーム１２、及び可動部３を配置し、ねじ止めによってこれらを一体化することにより、既設の鋼管Ｘを筒状基部３２の内側空間に位置付ける。その後、止着ねじ１６，１９を締め込むことにより、巻き付け装置１を鋼管Ｘに固定する。
【００３８】
巻き付け装置１を固定したならば、図５に示すように、帯状補強材Ｙを補強材保持部３３に巻き付ける。例えば、芯材に巻回された帯状補強材Ｙを別途用意し、この帯状補強材Ｙの端部を補強材保持部３３（一対のガイドリブ３３ｂで区画されたリング状回転体３３ａの表面）に固定した状態で、張力調整用モータを動作させる。張力調整用モータの駆動力が駆動ギアを介して伝達されるため、補強材保持部３３が回転して帯状補強材Ｙが巻き取られる。なお、本実施形態では、鋼管Ｘへの巻き付け方向とは反対方向に帯状補強材Ｙを巻き取らせている。
【００３９】
帯状補強材Ｙを補強材保持部３３に巻き付けたならば、帯状補強材Ｙを各ガイドローラ３４ａ，３４ｂに架け渡す。本実施形態では、図６に示すように、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを第１ガイドローラ３４ａに沿って略Ｖ字状に折り返した後、第２ガイドローラ３４ｂに沿って再度Ｖ字状に折り返している。そして、帯状補強材Ｙの先端を鋼管Ｘの補強開始位置に溶接する。帯状補強材Ｙを各ガイドローラ３４ａ，３４ｂで折り返すように架け渡すことで、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘへ巻き付ける位置と帯状補強材Ｙを補強材保持部３３から繰り出す位置とが鋼管Ｘの軸線方向にずれていても、帯状補強材Ｙを円滑に案内できる。
【００４０】
帯状補強材Ｙの端部を鋼管Ｘに固定したならば、帯状補強材Ｙの鋼管Ｘへの巻き付けを開始する。このとき、ギアボックス３６の走行用モータも駆動させる。これにより、可動部３が鋼管Ｘの軸線方向へ移動される。そして、図７に示すように、可動部３を一定速度で軸線方向へ移動させることにより、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの直線部分に対して螺旋状に巻き付けることができる。なお、本実施形態では、帯状補強材Ｙにおける幅方向の端部が重なるように、可動部３を移動させている。
【００４１】
この場合、前述したように、補強材保持部３３の回転速度がガイドローラ３４の移動速度よりも低くなるように各モータの駆動力に差を付ける。これにより、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、各ガイドローラ３４ａ，３４ｂが鋼管Ｘの外周面に沿って周方向に移動するときに、駆動力の差が帯状補強材Ｙへの張力になるため、帯状補強材Ｙは、各ガイドローラ３４ａ，３４ｂの間において適度に張られた状態になる。これにより、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘへ密に巻き付けることができる。
【００４２】
可動部３が鋼管Ｘの屈曲部分に到達したならば、ギアボックス３６の走行用モータを制御して可動部３（筒状基部３２）を屈曲部分の軸線方向に移動させる。その際、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、可動部３における、外側案内軸１３ｂに（屈曲部分の外側で）支持されている部分の移動速度が、内側案内軸１３ａに（屈曲部分の内側で）支持されている部分の移動速度よりも高くなるように、走行用モータの回転量を制御する。具体的には、外側案内軸１３ｂ側に位置する走行用モータの回転量を、内側案内軸１３ａ側に位置する走行用モータの回転量よりも多くする。
【００４３】
これにより、帯状補強材Ｙに関し、鋼管曲部における外側位置での巻き付けピッチを、内側位置での巻き付けピッチよりも広げることができ、帯状補強材Ｙの巻き付けを適正に行うことができる。例えば、鋼管曲部の外周面であっても帯状補強材Ｙを隙間なく巻き付けることができる。
【００４４】
可動部３が一方の止着フレームの手前まで移動されたならば、その移動方向を反転させる。この反転は、走行用モータを逆回転させることで行う。そして、この場合においても、鋼管曲部への帯状補強材Ｙの巻き付けを行う際には、外側案内軸１３ｂ側に位置する走行用モータの回転量を、内側案内軸１３ａ側に位置する走行用モータの回転量よりも多くする。
【００４５】
以上の制御を行うことで、先に巻き付けられた帯状補強材Ｙの上に、次の帯状補強材Ｙを重ねて巻き付けることができる。その後は同様に、一方の止着フレームと他方の止着フレームとの間で可動部３を移動させつつ、帯状補強材Ｙを鋼管Ｘに巻き付ける。そして、帯状補強材Ｙによる補強層が所望の厚さになったならば、帯状補強材Ｙの巻き付けを終了する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の巻き付け装置１によれば、帯状補強材Ｙが巻き付けられる補強材保持部３３と、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの外周面に向けて案内するガイドローラ３４とを筒状基部３２に設け、ギアボックス３６の走行用モータやピニオンギアによって筒状基部３２を鋼管Ｘの軸線方向に移動させるとともに、張力調整用モータや繰り出し用モータ等によってガイドローラ３４を鋼管Ｘに対して周回させているので、鋼管Ｘの屈曲部分であっても、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを、鋼管Ｘの外周面に対して螺旋状に巻き付けることができる。このため、簡単な装置構成で鋼管Ｘの屈曲部分に対する補強を行うことができる。
【００４７】
ここで、単にロール状（糸巻きのような状態）の帯状補強材Ｙを用いた場合、この補強材の保持部が重くなってしまい、鋼管Ｘの周りを回転させるためには、かなりの動力が必要になってしまう。また、重力も作用するため、回転速度にムラがでやすい。これらの点に関し、この巻き付け装置１では、帯状補強材Ｙを保持する補強材保持部３３が、鋼管Ｘの外周側に、この鋼管Ｘと一定間隔を維持しているため、回転させるための動力を低減できるととともに、重力に起因する回転ムラが生じ難くなっている。
【００４８】
また、この巻き付け装置１は、外側案内軸１３ｂ側に位置する走行用モータの回転量を、内側案内軸１３ａ側に位置する走行用モータの回転量よりも多くしているので、鋼管曲部における外側位置での巻き付けピッチを、内側位置での巻き付けピッチよりも広げることができ、帯状補強材Ｙの巻き付けを適正に行うことができる。
【００４９】
また、この巻き付け装置１では、ガイドローラ３４を第１速度で移動させるように駆動力を付与する繰り出し用モータと、補強材保持部３３が第１速度よりも遅い速度で、ガイドローラ３４の移動方向へ回転されるように駆動力を付与する張力調整用モータとを設けているので、各モータの駆動力の差によって、帯状補強材Ｙに対して張力を付与することができる。これにより、帯状補強材Ｙを密に巻き付けることができる。
【００５０】
また、この巻き付け装置１では、ガイドローラ３４を、補強材保持部３３の径方向外側に配置される第１ガイドローラ３４ａと、この第１ガイドローラ３４ａよりも、帯状補強材Ｙの巻き付け位置側に配置される第２ガイドローラ３４ｂとによって構成しているので、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを鋼管Ｘの外周面へと円滑に案内することができる。
【００５１】
また、補強材保持部３３には、鋼管Ｘへの巻き付け方向とは反対方向に帯状補強材Ｙを巻き付け、この補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙを、第１ガイドローラ３４ａで折り返した後に第２ガイドローラ３４ｂで折り返して、鋼管Ｘの外周面に巻き付けているので、補強材保持部３３から繰り出された帯状補強材Ｙに対し、各ガイドローラ３４ａ，３４ｂによって適切な張力を付与することができ、帯状補強材Ｙを密に巻き付けることができる。
【００５２】
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。
【００５３】
補強対象の鋼管Ｘに関し、前述の実施形態では円筒状であって略直角に屈曲された鋼管Ｘのエルボー部を例に挙げたが、円弧状に湾曲された鋼管Ｘであってもよい。要するに曲部を有する鋼管Ｘであればよい。また、角筒状の鋼管Ｘであっても、筒状基部３２の筒内に挿入可能なサイズであれば、同様に帯状補強材Ｙを巻き付けることができる。また、材質は高クロム鋼に限られない。
【００５４】
帯状補強材Ｙに関し、前述の実施形態では、厚さが０．２ｍｍ程度、幅が３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度、長さが数ｍ〜数１０ｍとされたステンレス製の薄板を例に挙げたが、他の種類の帯状金属であってもよい。また、樹脂製であってもよい。
【００５５】
案内軸１３に関し、前述の実施形態では４本の案内軸１３を９０度間隔で配置したが、この構成に限られない。１８０度間隔で２本配置してもよいし、１２０度間隔で３本配置してもよい。また、５本以上配置してもよい。要するに、補強対象の鋼管Ｘの周囲に複数本配置されていればよい。
【００５６】
第１駆動機構に関し、前述の実施形態では、ギアボックス３６（走行用モータ，ピニオンギア）と案内軸１３（ラック）の組を例示したが、この構成に限定されない。鋼管Ｘの軸方向に可動部３を移動させることのできる機構であれば、どのような構成を採ってもよい。
【００５７】
第２駆動機構に関し、前述の実施形態では、張力調整用モータ及び駆動ギアの組３７と、繰り出し用モータ及び駆動ギアの組３８とを例示したが、この構成に限定されない。例えば、張力調整用モータ及び駆動ギアの組３７に代えて、油の粘性や摩擦によって回転抵抗を付与する軸受けを用いて、リング状回転体３３ａを筒状基部３２に取り付けてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…補強材巻き付け装置，２…フレーム部，３…可動部，１１…第１止着フレーム，１２…第２止着フレーム，１３…案内軸（ラック），１３ａ…従動案内軸，１３ｂ…駆動案内軸，１４…ベース板，１４ａ…リング状部，１４ｂ…支持片部，１４ｃ…フランジ部，１５…ねじ取り付け片，１６…止着ねじ，１７…ベース板，１７ａ…リング状部，１７ｂ…支持片部，１７ｃ…フランジ部，１８…ねじ取り付け片，１９…止着ねじ，２０…ナット，３１…ベースフレーム，３１ａ…リング状部，３１ｂ…支持片部，３１ｃ…フランジ部，３２…筒状基部，３３…補強材保持部，３３ａ…リング状回転体，３３ｂ…ガイドリブ，３４…ガイドローラ，３４ａ…第１ガイドローラ，３４ｂ…第２ガイドローラ，３５…ガイドローラ支持部，３５ａ…リング状基部，３５ｂ…Ｌ型ステー，３５ｃ…側板，３６…ギアボックス（走行用モータ，ピニオンギア），３７…張力調整用モータ及び駆動ギアの組，３８…繰り出し用モータ及び駆動ギアの組，Ｘ…鋼管，Ｙ…帯状補強材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強対象となる鋼管曲部の外周面に、帯状補強材を螺旋状に巻き付ける補強材巻き付け装置であって、
前記鋼管曲部の周囲に配置された複数の案内軸と、
前記鋼管が筒内に配置されるとともに、前記案内軸によって前記鋼管曲部の軸線方向に案内される筒状基部と、
前記鋼管曲部の周方向に回転可能な状態で前記筒状基部に取り付けられ、前記帯状補強材が巻き付けられるリング状の補強材保持部と、
前記鋼管曲部の外周面よりも外側を周回移動可能な状態で前記筒状基部に取り付けられ、前記補強材保持部から繰り出された前記帯状補強材を、前記鋼管曲部の外周面に向けて案内するガイドローラと、
前記筒状基部を前記鋼管曲部の軸線方向に移動させる第１駆動機構と、
前記ガイドローラの周回方向への移動に伴って前記補強材保持部が回転されるように、前記ガイドローラの周回動作と前記補強材保持部の回転動作を制御する第２駆動機構と、
を有することを特徴とする補強材巻き付け装置。
【請求項２】
前記第１駆動機構は、
前記筒状基部における、前記鋼管曲部の外側に位置する部分の移動速度が、前記鋼管曲部の内側に位置する部分の移動速度よりも高くなるように、前記筒状基部を移動させることを特徴とする請求項１に記載の補強材巻き付け装置。
【請求項３】
前記第２駆動機構は、
前記ガイドローラを第１速度で移動させるように駆動力を付与する第１回転モータと、
前記補強材保持部が前記第１速度よりも低い速度で、前記ガイドローラの移動方向へ回転されるように駆動力を付与する第２回転モータと、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の補強材巻き付け装置。
【請求項４】
前記ガイドローラは、
前記補強材保持部の径方向外側に配置される第１ガイドローラと、
前記第１ガイドローラよりも、前記帯状補強材の巻き付け位置側に配置される第２ガイドローラとを有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の補強材巻き付け装置。
【請求項５】
前記補強材保持部には、前記鋼管への巻き付け方向とは反対方向に、前記帯状補強材が巻き付けられ、
前記補強材保持部から繰り出された前記帯状補強材を、前記第１ガイドローラで折り返した後に前記第２ガイドローラで折り返して、前記鋼管の外周面に巻き付けることを特徴とする請求項４に記載の補強材巻き付け装置。
【請求項１】
補強対象となる鋼管曲部の外周面に、帯状補強材を螺旋状に巻き付ける補強材巻き付け装置であって、
前記鋼管曲部の周囲に配置された複数の案内軸と、
前記鋼管が筒内に配置されるとともに、前記案内軸によって前記鋼管曲部の軸線方向に案内される筒状基部と、
前記鋼管曲部の周方向に回転可能な状態で前記筒状基部に取り付けられ、前記帯状補強材が巻き付けられるリング状の補強材保持部と、
前記鋼管曲部の外周面よりも外側を周回移動可能な状態で前記筒状基部に取り付けられ、前記補強材保持部から繰り出された前記帯状補強材を、前記鋼管曲部の外周面に向けて案内するガイドローラと、
前記筒状基部を前記鋼管曲部の軸線方向に移動させる第１駆動機構と、
前記ガイドローラの周回方向への移動に伴って前記補強材保持部が回転されるように、前記ガイドローラの周回動作と前記補強材保持部の回転動作を制御する第２駆動機構と、
を有することを特徴とする補強材巻き付け装置。
【請求項２】
前記第１駆動機構は、
前記筒状基部における、前記鋼管曲部の外側に位置する部分の移動速度が、前記鋼管曲部の内側に位置する部分の移動速度よりも高くなるように、前記筒状基部を移動させることを特徴とする請求項１に記載の補強材巻き付け装置。
【請求項３】
前記第２駆動機構は、
前記ガイドローラを第１速度で移動させるように駆動力を付与する第１回転モータと、
前記補強材保持部が前記第１速度よりも低い速度で、前記ガイドローラの移動方向へ回転されるように駆動力を付与する第２回転モータと、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の補強材巻き付け装置。
【請求項４】
前記ガイドローラは、
前記補強材保持部の径方向外側に配置される第１ガイドローラと、
前記第１ガイドローラよりも、前記帯状補強材の巻き付け位置側に配置される第２ガイドローラとを有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の補強材巻き付け装置。
【請求項５】
前記補強材保持部には、前記鋼管への巻き付け方向とは反対方向に、前記帯状補強材が巻き付けられ、
前記補強材保持部から繰り出された前記帯状補強材を、前記第１ガイドローラで折り返した後に前記第２ガイドローラで折り返して、前記鋼管の外周面に巻き付けることを特徴とする請求項４に記載の補強材巻き付け装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８７８２３（Ｐ２０１３−８７８２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７１３３（Ｐ２０１１−２２７１３３）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（５９６１３３１１９）中電プラント株式会社 (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（５９６１３３１１９）中電プラント株式会社 (101)
【Ｆターム（参考）】
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