Uボルトとパイプクランプ：サイズ、荷重経路、図面に記載すべき事項

Uボルトの価格は、それを運ぶ輸送費よりも安い。それが、Uボルトが引き起こすトラブルのほとんどの根本原因だ。

まるで曲がった棒にナットが2つ付いているように見える。工学的な要素は微塵も感じさせない。だから、ワッシャーを買うのと同じように、サイズで、見た目で、あるいは最後に使ったプロジェクトで使ったものに基づいて購入されるのだ。

すると、クランプが当たっていた部分にパイプの溝ができてしまう。あるいは、クランプが1シーズンで緩んでしまう。あるいは、2年間何の問題もなく使用できた配管の脚が、ねじ山の根元でひび割れてしまう。

このガイドでは、Uボルトとパイプクランプアセンブリを適切に選定することで、そのような問題が一切発生しないようにする方法を説明します。実際に重要な寸法、部品が属する荷重経路、これらの部品が割れる原因、耐候性コーティング、そして誰も書き留めない締め付けに関する疑問点について解説します。

最後に、2つの見積もりを比較するための描画フィールドがあります。これらのフィールドに記入すれば、同じ製品を比較することになります。記入しなければ、2つの異なる製品の価格を比較することになります。

覚えておくべき重要な一文：最も安価なクランプは、パイプが2年間静かに動くことを許容するものである。

4つの部分、1つのカタログ用語

「パイプクランプ」という言葉は、用途の異なる少なくとも4種類の製品を指します。購入者はそれらすべてに対してこの言葉を使いますが、供給業者は最も需要の高い製品の見積もりを提示します。

プレーンUボルトは、ねじ山のある2本の脚が付いた曲がった棒です。パイプを支持部材に押し付けます。ゴムライニングUボルトは、同じ部品ですが、ライナーがサドルに接着または被せられているため、鋼材がパイプのコーティングに触れることはありません。サドルクランプは、ストラップまたはトッププレートが付いた成形シートです。ライザークランプは、フランジまたは溶接カラーの下側を掴んで垂直パイプを支えますが、実際にはパイプを表面に固定しているわけではありません。

これら4つの製品は、負荷経路、故障モード、価格のいずれも共通していません。仕様策定において、これらの製品の中からどれを選ぶかが最初の重要な決定事項であり、サイズよりも優先されます。

3列目をもう一度読んでください。Uボルトは固定具であって、拘束具ではありません。パイプが支持部から浮き上がるのを防ぎ、摩擦によって多少の滑りを抑制します。熱膨張によるパイプの膨張を防ぐための固定具ではありません。図面で固定点が必要な場合は、別の部品になります。

カタログの文言では、その違いが分かりにくくなる。熱線を固定するためのUボルトとパイプクランプを探している購入者は、アンカーシュー、ガイド、またはライザークランプも必要としている場合が多い。しかし、最初に届いたUボルトがそのまま取り付けられてしまい、その後、Uボルトのせいにされることになる。

Uボルトとパイプクランプの注文で、種類から始まる注文はたいてい上手くいく。しかし、サイズから始まる注文はたいてい上手くいかない。

クランプが接触する寸法は、パイプの外径のみです。

DN50はUボルトを注文する際のサイズではありません。これは単なる表記番号です。便宜上選ばれた丸い数字です。クランプは外面に接触するため、クランプはその外面に合わせて設計する必要があります。

したがって、問い合わせの最初の項目は、測定された外径です。公称サイズではありません。スケジュールでもありません。「2インチ」でもありません。

巻尺かノギスを使ってパイプの直径を測ります。パイプが大きい場合は、紙片をパイプに巻き付け、重なった部分に印を付け、紙片を平らに広げて円周率で割ります。この方法を使えば、直径を測る巻尺を使わなくても、ミリメートル単位の誤差で正確に測定できます。しかも、既に断熱材で覆われたパイプにも有効です。

鋼管およびダクタイル鋳鉄管の場合、DNとNPSは十分に一致しており、予測可能です。DN50とNPS 2はどちらも60.3mmになります。DN100とNPS 4はどちらも114.3mmになります。肉厚はスケジュールによって変化しますが、外径は全く変わりません。

最後の点が、薄肉管が潰れてしまう原因です。厚肉仕様のDN50管は壁がしっかりしていますが、薄肉仕様のDN50管は、根気のいる作業員がスパナで楕円形に変形させてしまう可能性があります。クランプはその違いを認識しませんが、管は認識します。

他の材料では、こうしたパターンが完全に崩れる場合がある。ポリエチレン管は外径がミリメートル単位で表記されることが多く、DN50のポリエチレン管は50mmに近い寸法になることもある。銅管は公称サイズで表記されるが、サイズが大きくなるにつれて外径は一致しなくなる。ステンレス鋼管は、鋼管規格表のどの数値とも一致しないISO規格の外径で販売されることがある。

だからこそ、「DN50 Uボルト」という一文で会話は終わるべきなのです。これは穴の直径を表しているだけで、クランプに必要なのは円周です。

最後の列は目安となる範囲であり、厳密な規則ではありません。決定的な寸法は内幅と脚径であり、これらは規格または図面から取得します。

DIN 3570は、ほとんどのヨーロッパのUボルトカタログの基準規格です。この規格では、パイプの外径に対して、内幅、内高、ねじ長さ、脚径が規定されています。サプライヤーが「60.3 mm用DIN 3570」と記載している場合は、確認が必要です。一方、「2インチUボルト」と記載している場合は、別途問い合わせが必要です。

糸の長さと脚の長さは別々に​​決定する

この2つの数値はよく混同されます。脚の長さとは、曲がった棒がどれだけ伸びるかを示す長さです。糸の長さとは、その脚のうち、どれだけの部分に糸が通っているかを示す長さです。

ナット、ワッシャー、支柱の厚み分に加えて、数ミリのネジ山が残る程度の長さが必要です。それ以上は不要です。余分なネジ山は腐食の起点となり、脚部の最も弱い部分となります。

構造物から逆算して、必要な部品を積み重ねていきます。サポートフランジまたはチャンネルの厚さ、ワッシャー、ナット、図面で指定されている場合はスプリングワッシャー。これらの合計に、露出しているねじ山を2～3個加えたものが最小値です。次に、カタログに記載されている脚の長さと照らし合わせて確認してください。

「合わない」というタイプの現場での不具合のほとんどは、幅の問題ではありません。スタックにチャネルの深さを考慮に入れなかったために、脚の長さが10mm足りないことが原因です。

もう一方の極端な例も同様によく見られます。60mmスタック用に200mmの脚を購入した場合、140mmのネジ山が外気にさらされます。このネジ山は疲労による損傷箇所となり、腐食や引っ掛かりの原因にもなります。見た目にもミスのように見えますが、実際その通りです。

短くて適切なねじ山を使うことで、ナットを支柱にしっかりと固定し、脚にかかる曲げを軽減できます。費用は一切かかりません。図面に記載するだけで良いのです。

亜鉛メッキUボルトとパイプクランプ。数種類のパイプサイズに対応しています。内幅、脚長、ねじ部長さはそれぞれ別の数値で表され、そのうちパイプサイズを表すのは1つだけです。

荷重経路はパイプから構造物へと伸びている。

クランプを選ぶ前に、荷重経路を描いてください。荷重経路はパイプ壁から始まり、鋼材を支えるあらゆる箇所で終わります。

パイプ壁。ライナーまたはサドル。Uボルト脚。支持部材に作用するナット。支持鋼材。そしてその背後の構造物。

それらはすべて、経路が途切れる可能性のある箇所だ。ライナーがずれる。脚が平らな面ではなく穴の縁に荷重がかかる。点荷重を想定して設計されていない支持部。

荷重の方向は2つ重要です。下向きの荷重は重力とロープにかかる力の合計で、クランプはベアリングと摩擦を通してそれを支持部材に伝達します。横方向の荷重は、屋外走行時の動き、振動、ウォーターハンマー、風などです。

Uボルトは、最初のケースではうまく機能しますが、2番目のケースではうまく機能しません。パイプへの固定は、2本の線状接触部とパイプ表面との摩擦によって行われます。2本の線状接触部は小さな面積です。表面が変われば、固定力も変わります。

塗装されたパイプと塗装されていないパイプは、同じクランプで締め付けても同じようには動作しません。塗料は摩擦の少ない層であり、クリープ現象も起こります。塗装されたパイプを締め付けると、塗膜が薄くなるにつれて予圧が失われます。

支持構造が鋼鉄ではなくコンクリートの場合、経路は固定部へと続きます。その時点では、埋め込み式またはドリル加工式のコンクリートアンカーが引き継ぎ、独自のルールが適用されます。端部の距離、埋め込み深さ、および穴の清掃状況によって、クランプが設計通りの荷重を受けるかどうかが決まります。緩んだアンカーに完璧なUボルトを取り付けても、書類がきちんと揃っていれば、緩んだクランプにしかなりません。

配管の動きについては、独立した項目として扱うべきでしょう。高温の配管は膨張し、冷水を流す配管は収縮します。クランプがスライドできる状態であれば、配管は支持部材に沿って移動し、両方の表面が摩耗します。スライドできない状態であれば、動きは配管壁または支持部材に伝わります。

MSS SP-58は、材質や製造方法を含め、パイプハンガーおよびサポートを製品ファミリーとして網羅しています。クランプ周辺のサポート金具に関する適切な参考資料です。プロジェクトの応力解析に代わるものではなく、いかなるサプライヤーもそうでないと偽るべきではありません。

鋼製支持具に固定された配管。荷重は配管壁、ライナー、脚部、ナット、支持具へと伝わる。この連鎖に隙間があると、そこから動きが始まる。

Uボルトはねじ山の根元で割れ、曲がった部分では割れない。

誰もが曲げ加工が失敗すると予想するが、実際にはほとんど失敗しない。曲げ加工部分は十分な材料量と大きな半径を備えている。ねじ山の根元部分は部品の中で最も断面積が小さく、応力がかかる箇所で形状が急激に変化する。

その点で3つの要素が交わります。ねじ山の根元は切り欠きになっています。最初に噛み合ったねじ山は、その後ろにあるねじ山よりも大きな荷重を支えています。そして、2本の脚が互いに引っ張られ、パイプが押し返すため、脚は純粋な引張状態ではなく、曲げ状態になっています。

振動が加わると、ポンプが起動するたびに作動する疲労機械ができあがる。

破損は通常、脚の内側、最初のねじ山または2番目のねじ山から始まり、数ヶ月かけてその部分全体に広がっていきます。破断面には滑らかな部分と粗い部分があります。滑らかな部分はゆっくりと成長した部分であり、粗い部分はナットの最後の回転部分です。

勝敗を左右するのは地味な作業だ。ねじ山は切るのではなく、転がして切る。転がすことで木目が輪郭に沿って保たれ、表面に圧縮状態が維持される。ナットは支持部の近くに置き、支えのないスパンを短くする。両方の脚を均等に締める。皿状にならないワッシャーを使用する。

グレードは重要ですが、形状の代わりにはなりません。ASTM A307は、日常的な締め付けに広く使用される汎用炭素鋼ボルトのグレードを規定しています。ASTM A193は、より高強度で高温に耐えるボルトを規定しており、B7は購入者が最もよく知っているグレードです。ASTM A563はナットとそのグレードを規定しており、これはアセンブリの半分を占めるものの、忘れられがちな部分です。

ここで一つ注意点があります。硬いUボルトを使っても、柔らかいパイプに引き込まれているクランプは固定されません。単に損傷箇所がロッドからパイプに移るだけです。

コーティング：箱ではなくネジ山を読んでください

ISO 10684またはASTM F2329に準拠した溶融亜鉛めっきでは、厚く丈夫でナットに強い亜鉛鉄層が形成されます。このめっきは均一に施されるわけではなく、端部や角部に多く付着します。ねじ山の場合、根元よりも頂部の方が多くの亜鉛が付着します。

そのため、亜鉛メッキされたUボルトは通常、ナットがオーバータップされているか、コーティング前にねじ山がわずかに小さめに切られている状態で出荷されます。亜鉛メッキ後も、組み立てた部品が回転できるようにする必要があるからです。このことを知らずに「溶融亜鉛メッキ」を指定した購入者は、いずれナットが回らないクランプを受け取ることになるでしょう。

サンプルの糸に沿って爪を滑らせてみてください。コーティングがでこぼこしている場合は、組み立てが固いことを意味します。沿岸部での作業でコーティングが薄い場合は、その逆の問題が発生します。

屋外や沿岸地域での使用においては、通常、溶融亜鉛めっき、亜鉛フレーク、ステンレス鋼のいずれかが選択肢となります。溶融亜鉛めっきは、コストパフォーマンスに優れ、厚肉部材の寿命も最も長くなります。亜鉛フレークは、薄く均一な層を形成し、ねじ山の加工性を維持します。ステンレス鋼はめっきの問題を解消しますが、ナットやボルトが組み立て時に固着する焼き付き現象を引き起こす可能性があります。

ステンレス鋼はガルバニックカップルも引き起こします。亜鉛メッキされた支持部材にステンレス鋼製のUボルトを取り付けた場合、湿潤状態では支持部材が陽極になります。クランプは無事ですが、支持部材は破損します。

コーティングの厚さによってトルクレンチの動作も変化します。なぜなら、乾式亜鉛メッキされたねじ山は、メッキされたねじ山とは摩擦特性が異なるからです。詳しい説明は、溶融亜鉛メッキされた締結部品に関する当社の解説記事に記載されており、構造用ボルトと同様にクランプにも当てはまります。

ゴム裏地付きまたはゴム裏地なしのサドル

ライナーは4つの役割を担っているが、購入者は通常そのうちの1つしか評価しない。

パイプのコーティングを保護します。接触面を2本の線ではなく円弧状に広げます。振動を抑制します。また、2種類の異なる金属を分離することで、接触点でのガルバニ電池の発生を防ぎます。

また、クリープ現象を起こす材料も導入されます。ゴムやエラストマー製のライナーは、荷重がかかると圧縮され、数週間圧縮され続けます。月曜日に正しく締め付けられたクランプは、3週間後には緩んでいるように見えますが、ナットは動いていません。ライナーが動いているのです。

その挙動は欠陥ではありません。配管が稼働を開始した後、ライニング付きクランプを締め直す必要があることが多いのは、まさにそのためです。その手順を設置手順書に明記しておかないと、現場で漏れや異音として発見されてしまう可能性があります。

材質選びは、ほとんどの仕様書が認めている以上に重要です。EPDMは耐候性と耐熱性に優れています。ニトリルゴムは耐油性に優れています。ネオプレンは両者の中間的な特性を持ちます。しかし、いずれも高温多湿で油分の多い屋外環境では長期間使用できません。

次に問題となるのは、接着式か非接着式かという点です。接着式ライナーは現場で紛失する心配がありません。非接着式ライナーは交換が容易ですが、設置ミスも起こりやすいという欠点があります。

薄肉管の場合、構造的な観点から選択が重要になります。軽い荷重がかかる場合、単純なUボルトを強く締め付けると、締め付ける前に管が楕円形に変形してしまいます。ライナーは荷重を分散させ、ある程度の余裕を生み出します。ただし、ライナーによって管の肉厚が増えるわけではなく、締め付けが強すぎるクランプを固定することはできません。

締め付け：パイプの変形に対してクランプ荷重をかける

ここからが厄介な点です。Uボルトには、構造用ボルトのように規定された予荷重目標値がありません。Uボルトが締め付けるのはパイプだけであり、そのパイプは接合部の中で最も柔らかい部分なのです。

つまり、締め付けはバランスが重要です。パイプの動きを抑えるのに十分な締め付け力が必要ですが、変形させてしまうほど強く締め付けてはいけません。Uボルトとパイプクランプの選択は、もはや書類上の作業ではなく、現場で実際に確認できるものとなります。

重要なのは数よりも方法です。クランプがしっかりと固定されるまで、両方のナットを手で締め下げます。次に、片側ずつ交互に少しずつ締め付け、隙間が均等に縮まっていくのを確認します。片側だけを先に締め付けると、クランプが中心からずれてしまい、パイプが2本のラインではなく1本のラインに負荷がかかってしまいます。

両方の脚にトルクレンチを使用し、ラチェットレンチと自己判断で締め付けないでください。トルクレンチは、設定した値で停止します。その値は、クランプの供給業者、パイプの供給業者、またはプロジェクトの仕様書に記載されているべきであり、希望的観測ではなく、設置に関する注記として図面に記載されるべきです。

締め付ける際は、レンチではなくパイプの状態をよく見てください。丸いパイプが楕円形になり始めたら、すでに限界を超えています。クランプの下からライナーが膨らんでいる場合は、圧縮しすぎです。どちらも作業停止の合図です。

ねじの状態によって、一定のトルクが及ぼす影響は変わります。乾燥した溶融亜鉛めっきねじは摩擦による力をより多く吸収するため、締め付け荷重に伝わる力は少なくなります。潤滑されたねじは、同じ設定でより大きな締め付け荷重を及ぼしますが、これはまさに、作業員が誤った表に従って作業した際にパイプが潰れてしまう原因となります。この関係は「ボルトのトルクと締め付け荷重」で説明されているもので、構造用ボルトだけでなく、曲げ加工されたロッドにも同様に当てはまります。

トルクレンチでUボルトを締め付けている様子。クランプの下にライナーが見える。両脚とも少しずつ締め付け、締め付けの合間にパイプの状態を確認している。

2つの見積もりを比較可能にする描画フィールド

配管サイズのみが記載されたクランプ図面では、比較不可能な見積もりが出てしまう。あるサプライヤーはUボルト単体の価格を提示し、別のサプライヤーは亜鉛メッキ金具付きのライニング済みアセンブリの価格を提示する。どちらも図面に対しては「正しい」価格である。

以下の項目を記入すれば、曖昧さは解消されます。たった10分で、膨大な量の議論を省くことができます。

サンプルは、説明文よりも多くのことを解決してくれる。量産前に、正確なサイズとコーティングのクランプを1つ取り寄せよう。ノギスで内幅を測り、手でナットを締め、実際のパイプに取り付けてみよう。たった5分間の確認作業で、証明書以上のものが見つかるはずだ。

当社独自のRFQテンプレートは、一般的にファスナーに対して同じロジックに従っており、クランプに対しても変更なく機能します。カスタムファスナーRFQの書き方。

Uボルトとクランプに関して購入者からよく寄せられる質問

UボルトをDNサイズだけで注文することはできますか？

いいえ。DNは呼び径を表す記号であり、寸法ではありません。クランプは外面に接触するため、外径のみが有効な数値となります。パイプを測定し、その数値を問い合わせに記入してください。

現場でパイプの直径を測定するにはどうすればよいですか？

むき出しのパイプにノギスを当てて長さを測るか、紙片を巻き付けて重なり部分をマークし、平らなパイプの長さを円周率で割ります。断熱材は、全体を通して推定するのではなく、一点で取り外してください。

Uボルトのナットが締まらないのはなぜですか？

通常はねじ部のコーティングの厚さ、または溶融亜鉛めっき後に過剰にねじ切りされていないねじ部が問題となります。ブラスト処理による破片も同様です。出荷前にサンプルを手作業で検査してください。到着後に検査するのは避けてください。

ゴム製の裏地が付いたクランプを使うべきか、それとも普通のクランプを使うべきか？

配管がコーティングされている場合、プラスチック製の場合、肉厚が薄い場合、または振動しやすい場合は、ライナーを使用してください。広い支持面積が必要ない肉厚の裸管には、通常の鋼製ライナーを使用してください。ライナー付きクランプは時間の経過とともに緩むため、試運転後に再締め付けの手順を計画してください。

Uボルトはどのくらいの締め具合にすれば良いですか？

動きを止めるのに十分な力で、パイプの形状を変えない程度に締め付けます。クランプとパイプ用に事前に決められたトルク値を用いて、トルクレンチで両方の脚を少しずつ締め付けます。作業中はパイプが楕円形になっていないか確認してください。

沿岸地域での使用には、亜鉛メッキまたはステンレス鋼のどちらが適していますか？

屋外で使用する炭素鋼製クランプには、ISO 10684またはASTM F2329に準拠した溶融亜鉛めっきが一般的です。ステンレス鋼は塩分を含んだ空気中では長持ちしますが、組み立て時に固着しやすく、亜鉛めっきされた支持部材との間にガルバニックカップルが発生する可能性があります。クランプは接触する対象物に合わせて選択してください。

Uボルトとサドルクランプの違いは何ですか？

Uボルトは、配管を2箇所で固定し、軸方向の保持は摩擦力に依存します。サドルクランプは、所定の支持面積を持つ成形された座面で配管を支えます。後者は、断熱配管や大径配管に適しています。

同じ間違いが繰り返されるから、同じ疑問が繰り返されるのです。Uボルトとパイプクランプの組み合わせが、穴あけ加工の不備によって故障するケースがあります。直径が間違っている、脚が短い、ナットに対してコーティングが厚すぎる、試運転後にライナーが圧縮された、クランプが片方の脚を引っ張ってパイプが楕円形になった、といったことが原因です。

それらはどれも物質的な問題ではありません。すべて情報不足の問題です。

部品は単純なので、誰も仕様を指定しない。注文はサイズだけで行われ、サプライヤーが残りの部分を推測し、サイト側でサイズを調整する。たいていはしばらくの間は問題なくフィットする。

図面上の 10 項目でほとんどが決まります。外径。肉厚。タイプ。ねじ山と脚の長さ。グレード。規格に準拠したコーティング。ライナー材。取り付けトルク。環境。証拠。

JingleFixは寧波からクランプ、ファスナー、機械加工部品を供給しており、図面ベースおよびサンプルベースのカスタマイズに対応しています。12年の輸出実績があります。私たちは、パイプの種類と配管経路を詳しくお伺いし、サイズを提示して期待するよりも、お客様のご要望を丁寧に伺うことを重視しています。

配管の寸法と支持部材の詳細をお送りください。見積もりを出す前に、不足している部品をお知らせします。配管クランプとUボルトのクランプ製品一覧から始めるか、図面を直接お送りください。