JP2004019832A - 配管のフランジ接続構造及びこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】配管のフランジ接続構造の軸線方向長さを調整でき、かつ、その接続状態について高い信頼性を得る。
【解決手段】一方の配管１０の端部１１に設けられた一方のフランジ３０と他方の配管２０の端部２１に設けられた他方のフランジ４０とを対向配置して、フランジ３０，４０同士の間に、中間フランジ５０を配置する。中間フランジ５０のスリーブ５４を一方の配管１０内に挿入する。スリーブ５４の外周面と一方の配管１０の内周面との間にＯリング５６，５６を介在させ、中間フランジ５０を軸線Ｏ方向で移動可能にする。中間フランジ５０と他方のフランジ４０との間にＯリング５８を介在させる。中間フランジ５０と他方のフランジ４０とを互いに短ボルト６０によって固定し、一方のフランジ３０と他方のフランジ４０とを互いに長ボルト６１によって固定する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管同士をフランジを用いて接続するフランジ接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、５０００ｋｗクラスの内燃機関になると、そのシリンダカバーが各シリンダ毎に個別に分割された構造とされており、製作、メンテナンス上の便宜が図られている。
例えば、図３及び図４に示すような、ガスを燃料とする内燃機関１では、各シリンダーに対して個別に設けられた複数のシリンダカバー２…が、フレーム側に植え込まれたボルト３…によってそれぞれ固定されている。そして、これらシリンダカバー２…に対しては、ガスを供給するための燃料供給配管４…の分岐管がそれぞれ直接接続されており、また、これら燃料供給配管４…は、フランジ５…を用いて互いに同軸状に接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなガスを燃料とする内燃機関１においては、点検の必要性に応じて、複数のシリンダカバー２…のうちの１つを取り外してシリンダを開放しなければならないことがある。
このような場合、シリンダカバー２に対して直接接続された配管４まで取り外さなければならないが、配管４のフランジ接続構造の軸線方向長さを調整することができないため、両側を配管４，４によって挟まれて軸線方向の力が加わった状態の１つの配管４のみを取り外すことはできない。それゆえ、１つの配管４の両側に位置する配管４，４のフランジ接続構造まで緩めてずらすことが必要となり、シリンダの点検の際の操作性が非常に悪くなってしまうので、軸線方向長さを調整できるフランジ接続構造が熱望されていた。
さらに、この点検においては、一旦取り外したシリンダカバー２の下端面を削って仕上げてから設置し直すために微妙にシリンダカバー２の位置が変わることや、設置し直すときにシリンダカバー２の取付角度が異なりやすいことなどからも、軸線方向長さを調整できるフランジ接続構造の必要性が生じていた。
【０００４】
なお、ガスを燃料とする配管以外では、フランジに形成されたスリーブを配管内に差し込み、このスリーブの外周面と配管の内周面との間にＯリングを圧縮状態で介在させることで、シール性を得るとともに配管長さの調整を可能にした、いわゆるルーズフランジを採用することにより、上記のようなフランジ接続構造の軸線方向長さの調整の問題を解決できる。
しかしながら、このようなＯリング式のルーズフランジは、配管の軸線方向への荷重に弱く、配管同士の接続状態の信頼性が低いという問題があり、とくに燃料としてのガスを供給するための燃料供給配管４については取扱法規上でもその使用が禁止されているので、このようなＯリング式のルーズフランジを採用することはできなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、配管のフランジ接続構造の軸線方向長さを調整できるとともに、その接続状態について高い信頼性を得ることができる配管のフランジ接続構造及びこれを備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明による配管のフランジ接続構造は、一方の配管の端部に設けられた一方のフランジと他方の配管の端部に設けられた他方のフランジとが対向配置されるとともに、これら一対のフランジ同士の間にスリーブを有する中間フランジが配置され、前記中間フランジのスリーブが前記一方の配管内に挿入されるとともに、これらスリーブの外周面と一方の配管の内周面との間に圧縮状態とされたＯリングが介在させられることにより、前記中間フランジが前記一対の配管の軸線方向で移動可能とされていて、さらに、前記中間フランジと前記他方のフランジとの間に圧縮状態とされたガスケットあるいはＯリングが介在させられるとともに、これら中間フランジと他方のフランジとが互いにボルトによって固定され、かつ、前記一方のフランジと前記他方のフランジとが互いにボルトによって固定されていることにより、前記一対の配管が互いに接続されていることを特徴とするものである。
このような構成とすると、中間フランジに形成されたスリーブと一方の配管との間に介在する圧縮状態のＯリングによって高いシール性を得ることができるのに加え、このＯリングの圧縮状態を維持しながら、中間フランジを配管に対してその軸線方向に沿って移動可能とすることができる。このため、中間フランジと他方のフランジとがそれらの間にガスケットあるいはＯリングを圧縮状態で介在させて互いにボルトで固定されて、配管同士が完全にシールされた状態でも、中間フランジと一方のフランジとの間に隙間を設けることが可能となる。
これにより、中間フランジと一方のフランジとの間に形成された隙間を小さくするように、この中間フランジを一方のフランジ側に近づけていくことで、中間フランジと他方のフランジとの間に隙間が形成されてゆき、このフランジ接続構造の軸線方向長さを調整することができる。
そして、このように配管のフランジ接続構造の軸線方向長さが調整可能でありながらも、一方のフランジと他方のフランジとが互いにボルトで固定されていることから、配管同士の接続状態において、軸線方向にかかる荷重に対しても、スリーブを有する中間フランジが一方の配管から外れてしまうといった事態が生じることがなく、接続状態の高い信頼性を得ることができる。
このような本発明の配管のフランジ接続構造は、例えば内燃機関で用いられる各種の配管のように、互いにフランジ接続された配管のうちの１つのみを取り外したい場合が生じるようなときに、その効果を顕著に発揮することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態による配管のフランジ接続構造の断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【０００８】
本実施形態による配管のフランジ接続構造は、上述の従来技術で述べたような、例えばガスを燃料とする内燃機関における燃料供給配管などのフランジ接続構造に用いられ、図１及び図２に示すようになる。
互いに接続しあう略円筒状をなす一方の配管１０と、同じく略円筒状をなす他方の配管２０とが、互いの軸線Ｏ方向を一致させるように同軸状に配置されており、一方の配管１０の端部１１には略円形板状をなす一方のフランジ３０が設けられているとともに、他方の配管２０の端部２１にも同じく略円形板状をなす他方のフランジ４０が設けられていて、これら一方のフランジ３０の端面３０Ａと他方のフランジ４０の端面４０Ａとが対向して配置されるようになっている。
【０００９】
一方の配管１０の端部に設けられた一方のフランジ３０の中央部には、貫通孔３１が形成されており、この貫通孔３１の内周部分が、一方の配管１０における端部１１の外周部分に溶接されることによって、この一方のフランジ３０が、一方の配管１０の端部１１から径方向外側に一段突出するようにして一方の配管１０に固定されている。
また、一方のフランジ３０における貫通孔３１の周囲には、周方向で略等間隔に複数、例えば６つの第１ボルト孔３２…が形成されているとともに、周方向で隣接する第１ボルト孔３２…同士の中間部分に、同じく周方向で略等間隔に複数、例えば６つの第２ボルト孔３３…が形成されている。
【００１０】
同様に、他方の配管２０の端部に設けられた他方のフランジ４０の中央部には、貫通孔４１が形成されており、この貫通孔４１の内周部分が、他方の配管２０における端部２１の外周部分に溶接されることによって、この他方のフランジ４０が、他方の配管２０の端部２１から径方向外側に一段突出するようにして他方の配管２０に固定されている。
また、他方のフランジ４０における貫通孔４１の周囲にも、周方向で略等間隔に複数、例えば６つの第１ボルト孔４２…が形成されているとともに、周方向で隣接する第１ボルト孔４２…同士の中間部分に、同じく周方向で略等間隔に複数、例えば６つの第２ボルト孔４３…が形成されており、これら第１ボルト孔４２…と第２ボルト孔４３…との周方向での位置は、一方のフランジ３０の第１ボルト孔３２…と第２ボルト孔３３…との周方向での位置とそれぞれ合致させられている。
【００１１】
そして、対向配置された一方のフランジ３０と他方のフランジ４０との間には、略円形板状をなす中間フランジ５０が配置されていて、この中間フランジ５０の一の端面５０Ａが一方のフランジ３０と対向させられているとともに、他の端面５０Ｂが他方のフランジ４０と対向させられている。
中間フランジ５０の中央部には、貫通孔５１が形成されており、この貫通孔５１の周囲には、周方向で略等間隔に複数、例えば６つの第１ボルト孔５２…が形成されているとともに、周方向で隣接する第１ボルト孔５２…同士の中間部分には、同じく周方向で略等間隔に複数、例えば６つの第２ボルト孔５３…が形成されている。なお、第１ボルト孔５２…の内周面には雌ねじが切られている。
これら第１ボルト孔５２…と第２ボルト孔５３…との周方向での位置は、一方のフランジ３０の第１ボルト孔３２…と第２ボルト孔３３…との周方向での位置及び他方のフランジ４０の第１ボルト孔４２…と第２ボルト孔３３…との周方向での位置とそれぞれ合致させられている。
【００１２】
そして、この中間フランジ５０における一の端面５０Ａには、中央部に位置する貫通孔５１の縁から、一方のフランジ３０側へ、軸線Ｏ方向に沿って突出するような略円筒状のスリーブ５４が形成されている。
この略円筒状をなすスリーブ５４の外周面には、例えば２つのＯリング溝５５，５５が周回するように形成されており、これらＯリング溝５５，５５には、それぞれＯリング５６，５６が嵌め込まれて保持されている。
また、中間フランジ５０における他の端面５０Ｂには、例えば１つのＯリング溝５７が形成されており、このＯリング溝５７には、Ｏリング５８が嵌め込まれて保持されている。
【００１３】
中間フランジ５０におけるスリーブ５４は、一方の配管１０内に挿入されており、このスリーブ５４の外周面に形成されたＯリング溝５５，５５に保持されたＯリング５６，５６が、一方の配管１０の内周面によって押圧されて圧縮状態となっている。
また、他方のフランジ４０と中間フランジ５０とに形成された第１ボルト孔４２…，５２…に対して、それぞれ短ボルト６０…が、他方のフランジ４０から中間フランジ５０側に向けて挿入され、これら短ボルト６０…の雄ねじ部が中間フランジ５０の第１ボルト孔５２…の雌ねじ部にねじ込まれることにより、他方のフランジ４０の端面４０Ａと中間フランジ５０の他の端面５０Ｂとが互いに近づく方向に締め付けられている。
これにより、中間フランジ５０の他の端面５０Ｂに形成されたＯリング溝５７に保持されたＯリング５８が、他方のフランジ４０の端面４０Ａによって押圧されて圧縮状態となっている。
【００１４】
さらには、一方のフランジ３０と中間フランジ５０と他方のフランジ４０とに形成された第２ボルト孔３３…，５３…，４３…に対して、それぞれ長ボルト６１…が、一方のフランジ３０から他方のフランジ４０側に向けて挿入され、これら長ボルト６１…の雄ねじ部が、他方のフランジ４０の第２ボルト孔４３から突出させられてナット６２…が螺合させられている。
これにより、一方のフランジ３０と他方のフランジ４０とが、中間フランジ５０の一の端面５０Ａと他方のフランジ４０の端面４０Ａとの間に所定の隙間を形成するようにして、軸線Ｏ方向で互いに固定されている。
このようにして互いに接続された一方の配管１０と他方の配管２０との内部には、他方の配管２０から一方の配管１０側に向けて、燃料とされるガスが供給されていくことになる。
【００１５】
上述のような本実施形態では、他方のフランジ４０と中間フランジ５０との間に圧縮状態で介在するＯリング５８（このＯリング５８に代えて、薄板状のガスケットを用いてもよい）と、中間フランジ５０のスリーブ５４と一方の配管１０との間に圧縮状態で介在するＯリング５６，５６とによって、高いシール性を得ることができるのに加え、例えばガスを燃料とする内燃機関で用いられている燃料供給配管のように、分解・開放が定期的に行われるシリンダカバーに対して直接接続されていて、互いにフランジ接続された配管のうちの１つのみを取り外したいときであっても、フランジ接続構造の軸線Ｏ方向長さを調整することで容易に対応できる。
すなわち、フランジ接続構造の軸線Ｏ方向長さを調整する場合には、まず、他方のフランジ４０と中間フランジ５０とを互いに固定している短ボルト６０…を第１ボルト孔４２，５２から抜き出すとともに、一方のフランジ３０と他方のフランジ４０とを互いに固定している長ボルト６０…を第２ボルト孔３２，５２，４２から抜き出した後、例えば、一方のフランジ３０と中間フランジ５０とに形成された第１ボルト孔３２…，５２…に対して、それぞれ図示せぬボルトを、一方のフランジ３０から中間フランジ５０側に向けて挿入し、これらボルトの雄ねじ部を中間フランジ５０の第１ボルト孔５２…の雌ねじ部にねじ込んでいく。
【００１６】
すると、一方のフランジ３０の端面３０Ａと中間フランジ５０の一の端面５０Ａとの間に設けられていた隙間が小さくなるように、Ｏリング５６，５６の圧縮状態を維持したまま、これら一方のフランジ３０と中間フランジ５０とが互いに近づいていくので、他方のフランジ４０の端面４０Ａと中間フランジ５０の他の端面５０Ｂとの間の隙間が大きくなっていく。
これにより、本実施形態によるフランジ接続構造では、その軸線Ｏ方向長さを調整することが可能となるので、例えばガスを燃料とする内燃機関で用いられている燃料供給配管のように、分解・開放が定期的に行われるシリンダカバーに対して直接接続されていて、互いにフランジ接続された配管のうちの１つのみを取り外したい場合であっても、容易に他方のフランジ４０の端面４０Ａと中間フランジ５０の他の端面５０Ｂとの間に隙間をして１つの配管のみを取り外すことが可能となり、その操作性を向上を図ることできるのである。
【００１７】
また、上記のような、ガスを燃料とする内燃機関における燃料供給配管が接続されているシリンダカバーは、シリンダの点検で一旦取り外したときに、その下端面を削って仕上げてから設置し直すために微妙にシリンダカバーの位置が変わることや、設置し直すときのシリンダカバーの取付角度が異なりやすいことがあるが、このようなときでも、フランジ接続構造の軸線Ｏ方向長さを調整することによって、何ら不具合を生じさせることがない。
【００１８】
そして、このようにフランジ接続構造の軸線Ｏ方向長さが調整可能でありながらも、一方のフランジ３０と他方のフランジ４０とが互いに長ボルト６１で軸線Ｏ方向で強固に固定されていることから、一方の配管１０と他方の配管２０との接続状態において、軸線Ｏ方向に強い力が加わったとしても、中間フランジ５０におけるスリーブ５４が、一方の配管１０から外れてしまうといった事態が生じるおそれを確実になくし、この接続状態の高い信頼性を得ることができている。
【００１９】
なお、本実施形態による配管のフランジ接続構造では、例えばガスを燃料とする内燃機関における配管に適用したものとして説明しているが、これに限定されることなく、分解・開放を定期的に実施する機械に接続される配管に対して広く適用でき、配管内を流れる流体の種類、圧力、温度に対しても、Ｏリング材質の選択、バックアップリングの追加等による最適化で広く対応できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、中間フランジのスリーブと一方の配管との間に介在するＯリングの圧縮状態を維持したまま、中間フランジを一方のフランジに対して軸線方向に移動できるため、中間フランジと一方のフランジとの間に隙間を設けて一対の配管同士を接続することで、このフランジ接続構造の軸線方向長さを調整することができる。これにより、中間フランジと一方のフランジとの間に形成された隙間を小さくするように、この中間フランジを一方のフランジ側に近づけていくことで、中間フランジと他方のフランジとの間に隙間を容易に形成できて、このフランジ接続構造の軸線方向長さを調整できるので、操作性の向上を図ることが可能となる。
そして、このように配管のフランジ接続構造の軸線方向長さが調整可能でありながらも、一方のフランジと他方のフランジとが互いにボルトで固定されていることから、配管同士の接続状態において、軸線方向にかかる荷重に対しても、スリーブを有する中間フランジが一方の配管から外れてしまうといった事態が生じることがなく、接続状態の高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による配管のフランジ接続構造の断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】内燃機関の一例を示す側面図である。
【図４】内燃機関の一例を示す上面図である。
【符号の説明】
１０　一方の配管
１１　端部
２０　他方の配管
２１　端部
３０　一方のフランジ
４０　他方のフランジ
４１　貫通孔
５０　中間フランジ
５４　スリーブ
５６，５８　Ｏリング
６０　短ボルト
６１　長ボルト

Claims (3)

1. 一方の配管の端部に設けられた一方のフランジと他方の配管の端部に設けられた他方のフランジとが対向配置されるとともに、これら一対のフランジ同士の間にスリーブを有する中間フランジが配置され、
   前記中間フランジのスリーブが前記一方の配管内に挿入されるとともに、これらスリーブの外周面と一方の配管の内周面との間に圧縮状態とされたＯリングが介在させられることにより、前記中間フランジが前記一対の配管の軸線方向で移動可能とされていて、
   さらに、前記中間フランジと前記他方のフランジとの間に圧縮状態とされたガスケットあるいはＯリングが介在させられるとともに、これら中間フランジと他方のフランジとが互いにボルトによって固定され、かつ、前記一方のフランジと前記他方のフランジとが互いにボルトによって固定されていることにより、前記一対の配管が互いに接続されていることを特徴とする配管のフランジ接続構造。
2. 請求項１に記載の配管のフランジ接続構造において、
   前記中間フランジと前記一方のフランジとの間に隙間が設けられていることを特徴とする配管のフランジ接続構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の配管のフランジ接続構造を備えていることを特徴とする内燃機関。

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