JP2016539283A - パイプ接続構造、二元燃料エンジンの高圧流体ラインシステム、二元燃料エンジン、およびテンションナットの使用法 - Google Patents

Abstract

本発明は、二元燃料エンジン３の高圧流体ラインシステム２に設けられるパイプ接続構造１に関し、パイプ接続構造１は、外側シーリングコーン６とこれに隣接する円錐ショルダ７とを有する第１のパイプ要素４を備え、内側シーリングコーン１０と雄ネジ１１とを有するさらなるパイプ要素８を備え、内側締め付けコーン２０を含む締め付けスリーブ領域３１と雌ネジ１９を含むネジスリーブ領域３２とを有するスクリューナット要素１７とを備え、外側シーリングコーン６は内側シーリングコーン１０内に部分的に配置され、かつスクリューナット要素１７の雌ネジ１９はさらなるパイプ要素８の雄ネジ１１に螺合され、内側締め付けコーン２０は、外側シーリングコーン６および内側シーリングコーン１０がシーリング様式で互いに締め付けられるように、第１のパイプ要素４の円錐ショルダ７に対して引き寄せられ、ネジスリーブ領域３２は円錐構造となるよう構成されている。

Description

本発明は、二元燃料エンジンの高圧流体ラインシステムに設けられるパイプ接続構造であって、該パイプ接続構造は、外側シーリングコーンを有しかつ該コーンに隣接する円錐ショルダを有する第１のパイプ要素を備え、内側シーリングコーンおよび雄ネジを有するさらなるパイプ要素を備え、内側締め付けコーンを含む締め付けスリーブ領域を有しかつ雌ネジを含むネジスリーブ領域を有するスクリューナット要素を備えており、第１のパイプ要素の外側シーリングコーンがさらなるパイプ要素の内側シーリングコーン内に少なくとも部分的に配置され、かつ、スクリューナット要素の雌ネジがさらなるパイプ要素の雄ネジに螺合され、その結果、スクリューナット要素の内側締め付けコーンが、外側シーリングコーンと内側シーリングコーンとがシーリング様式で互いに締め付けられるように第１のパイプ要素の円錐ショルダに引き寄せられる、パイプ接続構造に関するものである。

本発明はまたパイプ接続構造を有する高圧流体ラインシステムに関するものでもある。

本発明はさらに、少なくとも１つのパイプ接続構造を有する高圧流体ラインシステムに接続される、ガスタービンを有する二元燃料エンジンに関するものでもある。

こうしたタイプのパイプ接続構造はとりわけ、導管要素がねじ込み継手によって互いに接続される高圧ガスラインに関し、特に二元燃料エンジンにおいてはこれら導管要素が燃焼エンジンの接続スタブ要素に接続される高圧ガスラインに関して公知となっている。これらねじ込み継手では漏出が発生することが知られている。そのため、ガスやオイルなどの燃料が、対応する流体ラインシステムから特に高圧流体ラインシステムから制御されていない様式で漏出して損害が発生することがある。

このようにねじ込み継手が意図せずに緩むリスクを防止するために、ねじ込み継手のユニオンナットに一体化されたコーン締め付けシステムが使用される。このコーン締め付けシステムにおいて、導管要素の端部または接続スタブ要素は端部は円錐構造を有する。加えて、ねじ込み継手のユニオンナットは、ユニオンナットにおける予荷重を高めるためにロックナットシステムを用いて固定される。例えば特許文献１に従来のそうした実施形態の例示的な開示が示される。

さらに多くの場合に、こうした種類のねじ込み継手は、システムのうちアクセスが難しい領域（例えばガスタービンシステムのバーナー支持フランジ）や外部からは非常に手が届きにくい領域に配置されており、そのためそうしたねじ込み継手が適切に締め付けられないというリスクが高まるという問題が存在する。

ガスタービン（図示せず）を備える二元燃料エンジン３の高圧ガスラインシステム２のためのこうしたタイプの従来のパイプ接続構造１が図４に図示される。このパイプ接続構造１は、一方では、外側シーリングコーン６と円錐ショルダ７とを備える、接続端部５を有するパイプ要素４を有する。パイプ接続構造１は、他方では、二元燃料エンジン３の接続スタブ要素９の形態のさらなるパイプ要素８を有しており、該接続スタブ要素は、その端部において内側シーリングコーン１０と雄ネジ１１とを有する。パイプ要素４およびさらなるパイプ要素８は、パイプ接続構造１の中心長手方向軸線１２に沿って一方が他方に挿入されており、そのためパイプ要素４の外側シーリングコーン６は内側シーリングコーン１０への積極的な係合をもたらす。さらなるパイプ要素８には内側パイプ構成要素１３も挿入される。該内側パイプ構成要素１３は、ギャップ１５が生じるように、空間１４を伴って第１のパイプ要素４から離間される。ギャップ１５にはシール要素１６が挿入される。パイプ接続構造１の２つのパイプ要素４および８は、ユニオンナット１８の形態のスクリューナット要素１７を用いて、中心長手方向軸線１２の方向に互いに締め付けられている。この目的のために、ユニオンナット１８は、第１のパイプ要素４に押し付けられて、その雌ネジ１９を用いてさらなるパイプ要素８の雄ネジ１１にねじ留めされる。この工程中、ユニオンナット１８の内側締め付けコーン２０は、第１のパイプ要素４の円錐ショルダ７と効果的に接触する。ユニオンナット１８がさらなるパイプ要素８に螺合されれば螺合されるほど、ますます第１のパイプ要素４は、最終的には第１のパイプ要素４の外側シーリングコーン６が所望の予荷重力でさらなるパイプ要素８の内側シーリングコーン８に対して締め付けられるまで、ユニオンナット１８の内側締め付けコーン２０によってさらなるパイプ要素８の方向に移動させられる。パイプ接続構造１は、バルクヘッドユニオン２１を用いてバーナー支持フランジ２２にさらに固定される。このとき、さらなるパイプ要素８はバーナー支持フランジ２２における穴２３を通る。バルクヘッドユニオン２１は、さらなるパイプ要素８の雄ネジ１１に同様にねじ留めされるナット２４を備える。さらなるパイプ要素８はショルダ２５を有しており、バーナー支持フランジ２２はナット２４によって該ショルダ２５に対して締め付けられる。そのため、従来公知の図４に示されるパイプ接続構造１は、ねじ込み継手（ユニオンナット）を備えるコーン締め付けシステム２６として実現されており、ユニオンナット１８によってパイプ接続構造１にもたらされる予荷重力のおかげで良好な耐漏性が実現される。概してそうしたねじ込み継手の構成要素は、コーン締め付けシステム２６（特にその外側シーリングコーン６および内側締め付けコーン１０）とユニオンナット１８とがおおよそ同じ温度となっている限りは、互いにしっかりと接続されたままとなり耐漏性も保持される。これは、特に対応するシステムが定常状態モードで運転される場合に、そうした状況となる。

なお相対的に大きな温度変動が、特に二元燃料エンジン３において燃料の変更が実施される場合つまりオイルの供給とガスの供給との間での切換が実施される場合に、一時的に生じる。冷却ガスが一時的に燃料ラインのための上述のタイプのパイプ接続構造を通って誘導されるため、コーン締め付けシステム２６は、特にその外側シーリングコーン６および内側シーリングコーン１０は、重大な程度まで冷却されて収縮することがあり、その場合、依然としてより温度の高いユニオンナット１８の予荷重は、外側シーリングコーン６および内側シーリングコーン１０をこれらが十分なシーリング作用をもたらすよう軸線方向に圧縮される状態で保持するほど十分に高いものにはならない。ねじ込み継手は一時的に緩んで漏出２７が生じる。例えばスムーズではない燃焼に起因するシステムでの振動を伴う燃焼では、パイプ接続構造１は振動に起因してさらに緩むことがあり、その結果としてパイプ接続構造１は、該構造において優勢な温度状況が再び均一となった場合でさえも漏出を起こしやすくなる。

独国実用新案出願第９１ ０６ ４４１号明細書

本発明の目的は、上述の不利な点を少なくとも解消するために、当該タイプのパイプ接続構造を発展させることである。

本発明の目的は、二元燃料エンジンの高圧流体ラインシステムに設けられるパイプ接続構造であって、該パイプ接続構造は、外側シーリングコーンを有しかつコーンに隣接する円錐ショルダを有する第１のパイプ要素を備え、内側シーリングコーンと雄ネジとを有するさらなるパイプ要素を備え、内側締め付けコーンを含む締め付けスリーブ領域を有しかつ雌ネジを含むネジスリーブ領域を有するスクリューナット要素を備えており、第１のパイプ要素の外側シーリングコーンは、さらなるパイプ要素の内側シーリングコーン内に少なくとも部分的に配置されており、かつスクリューナット要素の雌ネジは、さらなるパイプ要素の雄ネジに螺合され、その結果、スクリューナット要素の内側締め付けコーンは、外側シーリングコーンおよび内側シーリングコーンがシーリング様式で互いに締め付けられるように、パイプ要素の円錐ショルダに引き寄せられ、スクリューナット要素のネジスリーブ領域は円錐構造のものである、パイプ接続構造によって達成される。

円錐構造のネジスリーブ領域は有利なことに、パイプ接続構造におけるねじ込み継手に著しい弾性を持たせることができ、それによって、パイプ接続構造に非常に良好な予荷重をもたらすことができる。そのため本発明に基づくねじ込み継手は、従来公知のねじ込み継手、とりわけ特許文献１に記載されるねじ込み継手とは異なる。

弾性作用により、関連するスクリューナット要素の円錐形状は、コーン締め付けシステムがともに引き寄せられるように、シーリング座にかかる圧力を常に保持することを常に保証する。したがって、組み立て中に発生する予荷重は、さまざまな熱膨張があっても維持される。

関連するスクリューナット要素は、一方ではネジスリーブ領域によって、他方では締め付けスリーブ領域によって区分される。これら領域は、パイプ接続構造の長手方向つまりパイプ接続構造の中心長手方向軸線の方向において互いに隣接して配置される。ネジスリーブ領域とは対照的に、締め付けスリーブ領域には雌ネジが設けられておらず、代わりに第１のパイプ要素の円錐ショルダを支持する内側締め付けコーンが設けられる。これは、関連するスクリューナット要素がテンションナットとして設計されている場合、テンションナットは本質的に良好な弾性特性を有するため、有利となる。

したがって、本発明に目的は、パイプ接続構造のねじ込み継手の十分な予荷重力を維持するための、二元燃料エンジンの高圧流体ラインシステムのパイプ接続構造におけるテンションナットの使用法によっても達成される。

テンションナットの使用によって、パイプ接続構造において外側から内側へより高い温度勾配が一時的に生じる場合にねじ込み継手が意図せずに緩むというリスクが大きく低減される。これは、特に二元燃料エンジンの高圧流体ラインシステムで燃料が変更される場合に生じ得る。

提案されるスクリューナット要素はまた、起こり得る膨張に起因して、両振応力および負荷衝撃と称される負荷の迅速な変化を軽減するという利点を提供する。

したがって、本発明の目的は、パイプ接続構造を有する高圧流体ラインシステムであって、上述の特徴の１つに従うパイプ接続構造を備える高圧流体ラインシステムによって達成される。

関連するパイプ接続構造の使用によって、高圧流体ラインシステムの温度変化または温度変動についての影響の受けやすさが大きく低減される。それによって、特に二元燃料エンジンにおいて、ねじ込み継手が意図せずに緩むリスクが低減される。こうした理由からも、本発明の目的は、少なくとも１つのパイプ接続構造を有する高圧流体ラインシステムに接続される、ガスタービンを有する二元燃料エンジンであって、上述の特徴の１つに従ったパイプ接続構造または高圧流体ラインシステムを備える二元燃料エンジンによって達成される。

デザインに関して、ネジスリーブ領域が円錐の外形を有する場合、スクリューナット要素は、非常に良好な弾性特性をもたらすよう単純なものとなる。

ネジスリーブ領域がスクリューナット要素の長手方向において可変壁断面を有する場合に、パイプ接続構造の中心長手方向軸線の方向におけるスクリューナット要素の有利な軸線方向膨張特性が実現可能となる。

特に有利な別の実施形態は、ネジスリーブ領域とさらなるパイプ要素の雄ネジとが、ネジスリーブ領域とさらなるパイプ要素の端部領域であって雄ネジを備える端部領域とが同じ意味で変形できるように、構成されかつ互いに動作接続されていることを想定する。

ネジスリーブ領域および該ネジスリーブ領域に対応する雄ネジが、特に温度に従って同じように変形可能な場合、優先的な温度状況に関わりなく、複数のネジが常に互いに係合することを確実に保証できる。これは、多くの場合に、従来公知の以前のパイプ接続構造には当てはまらないため、従来のパイプ接続構造では温度変動時に漏出が発生することがある。さらにそれは、ネジスリーブ領域が、プリアンブルにおいて述べたタイプのパイプ接続構造におけるスクリューナット要素のネジスリーブ領域にわたって２０％以上または４０％以上増大された軸線方向変形能力を有する場合に有利となる。

本発明の場合において、スクリューナット要素の半径方向および軸線方向の弾性は、ネジスリーブ領域における接線応力によって主に負荷を受けるスクリューナット要素の円錐構造によって高められる。円錐構造のネジスリーブ領域を用いることによって、軸線方向の変形距離を少なくとも４３％増大できる。そのため、本発明に基づくパイプ接続構造の予荷重をゼロに低減するためには、約３００Ｋ程度の温度増加または温度変動が必要となる。

同様のことが設定量に関する許容範囲に適用される。

特に、ネジスリーブ領域の軸線方向変形能力は、スクリューナット要素の締め付けスリーブ領域の軸線方向変形能力の少なくとも２倍以上である。

パイプ接続構造は、特に高圧流体ラインシステムにおいて、バルクヘッドユニオンを用いてハウジング構成要素などに固定される場合に、より安定した様式で保持され得る。

したがって、それは、さらなるパイプ要素が、軸線方向において雄ネジに隣接して配置されるバルクヘッドユニオンのネジショルダを有する場合に有利となる。

理想的には、スクリューナット要素とバルクヘッドジョイントのナットのために同じ雄ネジが使用できる。

関連するパイプ接続構造は、さらなるパイプ要素が予混合ガスパイプ要素または燃焼エンジンにおける接続スタブ要素である場合に、特に有利な方法で実現できる。さらに、パイプ接続構造は、付加的な回り止め装置なしに管理でき、そのため自動ロックされる。

加えて、本発明に基づくパイプ接続構造は、プレストレス負荷に耐えるネジとなるだけでなく、ねじ込み継手におけるさらにより均一な分散を実現できるとの利点を提供する。また、移行範囲において弾性的な（つまり「固定」状態および「弛緩」状態だけではない）締め付けが可能となる。さらに従来のコーン締め付けシステムが留められてもよい。その上、さらなる保持手段は必要ない。さらに上記ネジにおいて二次元な支持挙動およびより均一な負荷分散が実現できる。本発明に基づくパイプ接続構造はさらに、単純な構成、単純な製造、単純な設置、ひいては非常に抵コストの解決法を提供する。

以下、本発明に基づくパイプ接続構造の好ましい実施形態について、添付の概略的な図面を参照して説明する。

円錐構造のネジスリーブ領域を備えるテンションナットとして設計されたスクリューナット要素を有するパイプ接続構造の概略斜視図である。 図１によるパイプ接続構造の概略長手方向断面図である。 図１および図２によるテンションナットの部分斜視詳細図である。 ガスタービンの高圧ガスラインシステムのための上述のタイプの従来のパイプ接続構造を示す図である。

図１および図２に図示されるパイプ接続構造１は、二元燃料エンジン３の高圧流体ラインシステム２に組み込まれる。

このパイプ接続構造１は本質的に、第１のパイプ要素４と、さらなるパイプ要素８と、２つのパイプ要素４および８をねじ込み継手３０を用いてシーリング様式で互いに対してしっかりと接続するためのスクリューナット要素１７と、を備える。

図２から明らかなように、第１のパイプ要素４は外側シーリングコーン６と円錐ショルダ７とを有する。さらなるパイプ要素８は、内側シーリングコーン１０と雄ネジ１１とを有する。スクリューナット要素１７は、内側締め付けコーン２０を有する締め付けスリーブ領域３１と、雌ネジ１９を有するネジスリーブ領域３２と、に区分される。

この構造では、第１のパイプ要素４の外側シーリングコーン６は、さらなるパイプ要素８の内側シーリングコーン１０に少なくとも部分的に挿入される。さらに、スクリューナット要素１７の雌ネジ１９が、さらなるパイプ要素８の雄ネジ１１に螺合され、その結果、スクリューナット要素１７の内側締め付けコーン２０は、外側シーリングコーン６と内側シーリングコーン１０とが互いに対してシーリング様式で締め付けられてコーン締め付けシステム２６を提供するように、第１のパイプ要素４の円錐ショルダ７に引き寄せられる。外側シーリングコーン６には、コーン締め付けシステム２６の耐漏性を向上させるために、軟質のシーリング要素（図示せず）を配置できる周方向溝２８がさらに切り込み形成されている。そのため、シーリング手段を第１のパイプ要素４とさらなるパイプ要素８に挿入される内側パイプ部分１３との間に配置できる。本発明によれば、この様式で、上述のコーン締め付けシステム２６と関連して、常に十分なパイプ接続構造１における高い予荷重を有するねじ込み継手３０を提供するために、スクリューナット要素１７のネジスリーブ領域３２は円錐構造を有する。

そのため本発明に基づくという点で、スクリューナット要素１７は特に、パイプ要素４および８に導入される一時的に冷たいガス３４による冷却に起因してコーン締め付けシステム２６が著しく収縮する一方でスクリューナット要素１７が短期間では同様には著しく冷却されない場合であっても、ネジスリーブ領域３２の特別な構成のおかげで常に十分に高い予荷重をパイプ接続構造１にもたらすことができるテンションナット３３を形成する。

この構造では、スクリューナット要素１７のネジスリーブ領域３２は、円錐外形３５を有しており、その結果として、スクリューナット要素１７の壁３６は非常に弾性的でありかつ当該ネジスリーブ領域３２内で拡張可能である。

図２および図３によれば、ネジスリーブ領域３２が、スクリューナット要素１７の長手方向３７において変化する壁断面３８を有することが明らかである。

この例示的な実施形態では、さらなるパイプ要素８は、二元燃料エンジン３の接続スタブ要素９として設計された予混合ガスパイプ要素３９である。

さらなるパイプ要素８は、バルクヘッドユニオン２１を用いて二元燃料エンジン３のバーナー支持フランジ２２に固定される。この目的のために、さらなるナット２４が雄ネジ１１に螺合され、最終的にはさらなるパイプ要素８のショルダ２５に対してバーナー支持フランジ２２を固定する。

図３によれば、スクリューナット要素１７が部分的に詳細に図示されており、どのようにして、さらに堅実な締め付けスリーブ領域３１が、非常に薄手のより円錐形のネジスリーブ領域３２に接合されるのかが明瞭に示される。

本発明について好ましい例示的な実施形態を用いて詳細により具体的に例示して説明してきたが、本発明は上述の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明の保護の範囲を超えない限り、当業者によってそこから別の変形例が派生し得る。

１ パイプ接続構造
２ 高圧流体ラインシステム
３ 二元燃料エンジン
４ 第１のパイプ要素
５ 接続端部
６ 外側シーリングコーン
７ 円錐ショルダ
８ 内側シーリングコーン
９ 接続スタブ要素
１０ 内側シーリングコーン
１１ 雄ネジ
１２ 中心長手方向軸線
１３ 内側パイプ部分
１４ 空間
１５ ギャップ
１６ シール要素
１７ スクリューナット要素
１８ ユニオンナット
１９ 雌ネジ
２０ 内側締め付けコーン
２１ バルクヘッドユニオン
２２ バーナー支持フランジ
２３ 穴
２４ ナット
２５ ショルダ
２６ コーン締め付けシステム
２７ 漏出
２８ 周方向溝
３０ ねじ込み継手
３１ 締め付けスリーブ領域
３２ ネジスリーブ領域
３３ テンションナット
３５ 円錐外形
３６ 壁
３７ 長手方向
３８ 可変壁断面
３９ 予混合ガスパイプ要素

Claims (8)

1. 二元燃料エンジン（３）の高圧流体ラインシステム（２）のためのパイプ接続構造（１）であって、
   前記パイプ接続構造（１）は、
   外側シーリングコーン（６）を有しかつ前記コーンに隣接する円錐ショルダ（７）を有する第１のパイプ要素（４）を備え、
   内側シーリングコーン（１０）と雄ネジ（１１）とを有するさらなるパイプ要素（８）を備え、
   内側締め付けコーン（２０）を含む締め付けスリーブ領域（３１）を有し、かつ雌ネジ（１９）を含むネジスリーブ領域（３２）を有する、スクリューナット要素（１７）を備えており、
   前記第１のパイプ要素（４）の前記外側シーリングコーン（６）は、前記さらなるパイプ要素（８）の前記内側シーリングコーン（１０）内に少なくとも部分的に配置され、かつ、
   前記スクリューナット要素（１７）の前記雌ネジ（１９）は、前記さらなるパイプ要素（８）の前記雄ネジ（１１）に螺合され、その結果、前記スクリューナット要素（１７）の前記内側締め付けコーン（２０）は、前記外側シーリングコーン（６）および前記内側シーリングコーン（１０）がシーリング様式で互いに締め付けられるように、前記第１のパイプ要素（４）の前記円錐ショルダ（７）に対して引き寄せられ、
   前記スクリューナット要素（１７）の前記ネジスリーブ領域（３２）は円錐構造のものであることを特徴とするパイプ接続構造（１）。
2. 前記ネジスリーブ領域（３３）は円錐外形（３５）を有することを特徴とする請求項１に記載のパイプ接続構造（１）。
3. 前記ネジスリーブ領域（３３）は、スクリューナット要素（１７）の前記長手方向（３７）における可変壁断面（３８）を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパイプ接続構造（１）。
4. 前記ネジスリーブ領域（３３）と前記さらなるパイプ要素（８）の前記雄ネジ（１１）とは、前記ネジスリーブ領域（３３）と前記さらなるパイプ要素（８）の端部領域であって前記雄ネジ（１１）を備える端部領域とが、同じように変形できるように、構成されかつ互いに対して動作接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパイプ接続構造（１）。
5. 前記さらなるパイプ要素（８）は、予混合ガスパイプ要素（３９）または前記燃焼エンジンにおける接続スタブ要素（９）であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパイプ接続構造（１）。
6. パイプ接続構造（１）を有する高圧流体ラインシステム（２）であって、
   前記高圧流体ラインシステム（２）は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のパイプ接続構造（１）を備えることを特徴とする高圧流体ラインシステム（２）。
7. 少なくとも１つのパイプ接続構造（１）を有する高圧流体ラインシステム（２）に接続される、ガスタービンを有する二元燃料エンジン（３）であって、前記二元燃料エンジン（３）は、請求項１から請求項５に記載のパイプ接続構造（１）または請求項６に記載の高圧流体ラインシステム（２）を備えることを特徴とする二元燃料エンジン（３）。
8. 二元燃料エンジン（３）の高圧流体ラインシステム（２）のパイプ接続構造（１）におけるテンションナット（３３）の、前記パイプ接続構造（１）のねじ込み継手（３０）の十分な予荷重力を得るための、使用法であって、
   前記テンションナット（３３）は、内側締め付けコーン（２０）を含む締め付けスリーブ領域（３１）を有しかつ雌ネジ（１９）を含むネジスリーブ領域（３２）を有するスクリューナット要素（１７）として構成されており、
   前記スクリューナット要素（１７）の前記ネジスリーブ領域（３２）は円錐構造を有することを特徴とするテンションナット（３３）の使用法。

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