JP2018179035A - 流体供給回転継手 - Google Patents

Abstract

【課題】中継する配管の数が増えても確実な設置作業が行える流体供給回転継手を提供する。【解決手段】流体供給回転継手１は、複数の部分回転継手１０，２０と、部分回転継手１０，２０を連結する連結部３０とを有する。部分回転継手１０，２０は、それぞれ外筒１１，２１と内筒１２，２２とを有し、外筒１１，２１に接続された複数の外部配管４１〜４５，４７と内筒１２，２２に形成された複数の内部流路６１〜６５，７７とが、外筒１１，２１と内筒１２，２２との間の連通溝５１〜５５，５７を介して個別に連通されている。連結部３０は、一方の部分回転継手２０の内部流路６１〜６５と、他方の部分回転継手１０の内部流路７１〜７５とを、それぞれ個別に接続する複数の接続管３１〜３５を有する。【選択図】図１

Description

本発明は流体供給回転継手に関する。

製鉄用の転炉では、炉体のトラニオンリングの両側に突起するトラニオン軸を回転自在に支持し、炉体を上向きの状態から横向きの状態までの回動可能としている。
転炉には、炉内に精製用の酸素ガスや窒素ガスが吹き込まれるとともに、炉体の冷却用の水や空気が供給される。これらの流体は、それぞれトラニオン部分を通る配管により外部から炉体へと供給される。
トラニオン部分においては、前述した流体の配管を通しつつ炉体の回動を許容するために、流体の配管ごとに回転継手（ロータリージョイント）を設置している（特許文献１の第２図参照）。

回転継手としては、相対回転可能な外筒と内筒とを設置し、例えば外筒の内面に周方向の連通溝を形成し、外部からの配管を連通させておき、反対側の内筒の外面に炉体に至る流路の開口を形成し、この開口を連通溝に連通するように配置することにより、外筒と内筒との回転角度に拘わらず、各々の間で流通が維持される構造が用いられる。
回転継手において、連通溝は中継する配管毎に設置され、従って配管の数に相当する数の連通溝が軸方向に配列される。また、各連通溝に連通された内筒側の流路は、回転継手の内部を軸方向に延びてトラニオン軸の内部を通り、炉体へと導かれる。

転炉では、同じ冷却水であっても、炉体の部位毎に供給する必要があり、回転継手を通る配管は膨大な数に及ぶ。このため、転炉のトラニオン部分の回転継手では、次のような改善が図られている。

第１に、回転継手で膨大な数の配管を中継する場合、回転継手に必要な連通溝の設置スペースを確保するべく、回転継手の軸方向寸法を長大化させる必要がある。しかし、長大な回転継手を高精度に製造することは困難が伴う。そこで、予め軸方向に分割した部分回転継手を製造しておき、各部分を連結して一連として用いる分割式の回転継手が提案されている。

第２に、回転継手で膨大な数の配管を中継する場合、回転継手からトラニオン軸の内部へと導かれる流路の数も膨大となり、トラニオン軸の内部に流路スペースが十分に確保できなくなる。そこで、トラニオン軸の周囲にスリーブを設け、回転継手の内部からの流路を一旦外部配管に取り出してスリーブを通すことで、トラニオン軸を迂回させることが提案されている（特許文献１の第１図、特許文献２および特許文献３参照）。

実開平４−５６９８８号公報 実開昭５９−１４１５５７号公報 特開昭５６−６９３１８号公報

しかし、前述した分割式の回転継手では、炉体側の部分回転継手と、先端側（炉体から遠い側）の部分回転継手とを連結する際に、先端側の内部の流路と炉体側の流路とを確実にシール接続する必要がある。具体的には、各々の内筒の端面に露出する流路の開口どうしを、それぞれ気密状態で接続する。開口どうしの接続は多数に及ぶが、これらを各々の内筒の連結時に同時に行う必要がある。このように、連結作業時に多数の流路について煩雑な接続作業を一気に行うため、作業が困難なだけでなく、確実なシールが得られない虞がある。
一方、前述したスリーブ式の構造では、スリーブを組み込むスペースが必要であり、設備コストの上昇が避けられない。さらに、スリーブに至る外部配管が多数生じるため、スリーブの周辺にも周囲との干渉を避けるのに十分なスペースを確保する必要がある。

本発明の主な目的は、中継する配管の数が増えても確実な設置作業が行える流体供給回転継手を提供することにある。
本発明の他の目的は、中継する配管の数が増えても周辺との干渉が避けられる流体供給回転継手を提供することにある。

本発明の流体供給回転継手は、複数の部分回転継手と、前記部分回転継手を連結する連結部とを有し、前記部分回転継手は、それぞれ外筒と内筒とを有し、前記外筒に接続された複数の外部配管と前記内筒に形成された複数の内部流路とが、前記外筒と前記内筒との間の連通溝を介して個別に連通されており、前記連結部は、一方の前記部分回転継手の内部流路と、他方の前記部分回転継手の内部流路とを、それぞれ個別に接続する複数の接続管を有することを特徴とする。

本発明では、部分回転継手どうしを連結する際に、各々の内部流路を個別の接続管で接続する。この際、各接続管は順次接続作業を行えばよく、一気に行う必要がなくなる。従って、中継する配管の数が増えても、設置作業の容易性が確保され、かつシール性などを確実なものとすることができる。
その結果、中継する配管の数が増えても確実な設置作業が行える流体供給回転継手を提供することができる。

本発明の流体供給回転継手において、前記連結部は、複数の前記部分回転継手の前記内筒どうしを連結する連結軸を備えていることが好ましい。

本発明では、複数の部分回転継手の内筒が、それぞれ連結軸により回転を伝達されて互いに同期回転するため、各々間に設置された複数の接続管が捻れたりすることがない。

本発明の流体供給回転継手において、前記接続管は可撓性を有し、前記連結軸は軸線の傾き、軸線の変位、軸方向の変位を許容可能な自在継手を含むことが好ましい。

本発明では、例えば炉体側の部分回転継手の回転軸と、これに連結される他の部分回転継手の回転軸とがずれた場合でも、接続管が撓みまたは伸縮し、連結軸が自在継手で傾き、変位することで、相互のずれを許容することができ、回転動作に支障を生じることがない。このため、複数の部分回転継手の設置にあたって、回転軸の精度割出しを過剰に行う必要がなく、設置作業を容易にすることができる。
なお、複数の部分回転継手が、各々の軸線が高精度に揃うように設置されるのであれば、各々を結ぶ接続管は可撓性でなくてもよく、連結軸は傾きや変位を生じない固定軸であってもよい。

本発明の流体供給回転継手において、前記連結部は、複数の前記部分回転継手の前記外筒どうし、前記内筒どうし、または、一方の前記内筒と他方の前記外筒と、を連結するケースを備え、前記ケースは内部が気密シールされていることが好ましい。

本発明では、例えばケースが外筒どうしを連結する場合、ケースが部分回転継手の外筒と同様に固定されるため、外部配管を接続してケースの内部に流体を受け入れることができる。ケースの内部空間を炉体側の部分回転継手の内部流路に連通させれば、ケースの内部も配管の中継に利用することができる。
本発明では、ケースは一対の部分回転継手の外筒と内筒とを連結してもよく、内筒どうしを連結してもよい。部分回転継手の内筒（炉体とともに回転する）とケースとを連結する際には、相互の摺動を許容しつつ気密性を確保できるシール構造などを介在させることが好ましい。

本発明の流体供給回転継手において、前記部分回転継手の内部は空洞とされ、前記空洞の内部には前記内部流路を形成する内部配管が設置されていることが好ましい。

本発明では、部分回転継手の内部流路を、個別の内部配管で形成することができる。とくに、転炉側の部分回転継手に適用することで、内部配管を内筒の中心部に密集して設置することができ、多数の配管であってもトラニオン軸の内部を挿通させることができる。
その結果、従来のスリーブ方式のような外部配管を解消することができ、中継する配管の数が増えても周辺との干渉が避けられる流体供給回転継手を提供することができる。

本発明によれば、中継する配管の数が増えても確実な設置作業が行える流体供給回転継手を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す断面図。 図１のＳ２断面図。 図１のＳ３断面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、炉体２は、製鉄用の転炉であり、トラニオンリング３の両側面のトラニオン軸４を支持体５で回転自在に支持されている。炉体２には、精製用の酸素ガスや窒素ガス、炉体の冷却用の水や空気が、トラニオン軸４の炉体２とは反対側に開口する空洞６を通して供給される。これらの流体を供給する固定的な外部配管４１〜４７と回転するトラニオン軸４とを中継するために、トラニオン軸４には同軸で流体供給回転継手１が設置されている。

流体供給回転継手１は、炉体側の部分回転継手１０と、先端側の部分回転継手２０と、これらを連結する連結部３０とを有する。
炉体側の部分回転継手１０はトラニオン軸４に連結され、連結部３０および部分回転継手２０が順次直列に連結されている。
炉体２およびトラニオン軸４の回転軸ＡＦに対し、部分回転継手１０の回転軸Ａ１、連結部３０の回転軸Ａ３，部分回転継手２０の回転軸Ａ２は、基本的に同一線上に配置されている。

先端側の部分回転継手２０は、外筒２１と内筒２２とを有する。
外筒２１と内筒２２との間には軸受が介装され、各々は回転軸Ａ２まわりに相対回転可能である。外筒２１は支柱２１１を介して固定され、これにより回転軸Ａ２の軸線方向も所定の方向に固定されている。
外筒２１は筒状の部材で形成され、外周面には外部配管４１〜４５が接続されている。外筒２１の内周面には周方向に連続する連通溝５１〜５５が形成されている。連通溝５１〜５５は、外部配管４１〜４５のいずれかと個別に連通されている。

内筒２２は、中実の軸材で形成され、内部には内部流路６１〜６５が形成されている。内部流路６１〜６５は、それぞれ内筒２２の外周面に開口され、各開口はそれぞれ連通溝５１〜５５のいずれかと個別に連通されている。
従って、外筒２１と内筒２２との回転角度位置に拘わらず、外部配管４１〜４５から連通溝５１〜５５を経由して内部流路６１〜６５に至る流路が個別に確保されている。
内部流路６１〜６５は、それぞれ内筒２２の炉体側に向けて導かれ、炉体側の端面には各々の開口が円形に配列されている（図３参照）。

炉体側の部分回転継手１０は、外筒１１と内筒１２とを有する。
外筒１１と内筒１２との間には軸受が介装され、各々は回転軸Ａ１まわりに相対回転可能である。外筒１１は支柱１１１を介して固定され、これにより回転軸Ａ１の軸線方向も所定の方向に固定されている。

外筒１１は筒状の部材で形成され、外周面には外部配管４７が接続されている。外筒１１の内周面には周方向に連続する連通溝５７が形成されている。外部配管４７は、それぞれ連通溝５７に連通されている。
内筒１２は、筒状の部材であるが、中実部分の内部に内部流路７７が形成されている。
内筒１２は、筒状の内部に空洞１９を有し、そこには複数の内部配管７４１，７５１が配置され、各々の内部に内部流路７４，７５が形成されている。

内部配管７４１，７５１は、炉体側の端部がトラニオン軸４の空洞６内へ導入され、反対側の端部は内筒１２の底面に形成されたポートに接続されている。
図２に示すように、空洞１９において、内部が内部流路７１〜７５となる内部配管７１１〜７５１が円形に配列されている。この配列を維持するために、内部配管７１１〜７５１はブラケット１８で支持されている。
図１に戻って、内筒１２の底面には内部流路７６が形成され、内筒１２の炉体２と反対側の端面から空洞１９を経てトラニオン軸４の空洞６までが連通されている。

連結部３０は、炉体側の部分回転継手１０と先端側の部分回転継手２０とを連結する。
具体的には、部分回転継手１０，２０の外筒１１，２１を連結するケース３８と、ケース３８の内部で部分回転継手１０，２０の内筒１２，２２を連結する連結軸３９と、部分回転継手１０の内部流路７１〜７５と、部分回転継手２０の内部流路６１〜６５とを、それぞれ個別に接続する複数の接続管３１〜３５（図３参照）とを有する。

ケース３８は、円筒状に形成され、支柱３８１を介して固定されている。
ケース３８の両端の周縁は、それぞれ弾性シール部材３８２，３８３を介して、部分回転継手１０，２０の外筒１１，２１の端面に接続されている。
これらの弾性シール部材３８２，３８３の弾性により、ケース３８は外筒１１，２１の回転軸Ａ１，Ａ２に対して傾斜可能である。また、弾性シール部材３８２，３８３により、ケース３８の内部空間は気密シールされている。

ケース３８の外周面には外部配管４６が接続されている。
外部配管４６は、ケース３８の内部に連通され、さらに内筒１２の端面に開口する内部流路７６および空洞１９を経由してトラニオン軸４の空洞６内まで導かれている。

連結軸３９は、回転軸Ａ３に沿って配置された棒状の部材であり、部分回転継手１０，２０の内筒１２，２２の間で回転力を伝達可能である。
連結軸３９は、両端近傍の２箇所にクロスピン式の自在継手３９１、３９２を有する。連結軸３９の両端が接続される内筒１２，２２は、それぞれ回転軸Ａ１，Ａ２が固定されているが、これらが同一軸線から外れた場合でも、連結軸３９は自在継手３９１、３９２が屈曲して連結を維持することができる。

図３にも示すように、連結軸３９の部分回転継手２０側の端部は、内筒２２の接続部２１２との間でキー３９３を用いて嵌合されている。同様に、連結軸３９の部分回転継手１０側の端部は、内筒１２の接続部１１２との間でキー３９４を用いて嵌合されている。これらにより、連結軸３９と内筒２２および連結軸３９と内筒１２とは、互いに回転力を伝達可能である。

接続管３１〜３５は、可撓性を有する管部材であり、部分回転継手１０の内筒１２の端面に開口する内部流路７１〜７５と、部分回転継手２０の内筒２２の端面に開口する内部流路６１〜６５とを、それぞれ個別に接続している。
接続管３１〜３５が可撓性を有することで、内筒１２，２２の回転軸Ａ１，Ａ２が同一軸線から外れた場合でも個々の接続を維持することができる。

本実施形態によれば、以下に述べる通りの効果が得られる。
本実施形態では、流体供給回転継手１により、固定的な外部配管４１〜４７と回転するトラニオン軸４との間で流体を中継することができる。
外部配管４１〜４５については、先端側の部分回転継手２０の連通溝５１〜５５から内部流路６１〜６５を経て連結部３０に導かれる。そして、接続管３１〜３５により炉体側の部分回転継手２０へと導かれ、内部流路７１〜７５によりトラニオン軸４の空洞６内へ送られる。

外部配管４６については、連結部３０のケース３８内に導入されたのち、内筒１２の内部流路７６から空洞１９を経由してトラニオン軸４の空洞６内へ送られる。
外部配管４７については、炉体側の部分回転継手１０の連通溝５７から内部流路７７を経てトラニオン軸４の空洞６内へ送られる。
このように、本実施形態によれば、複数の部分回転継手１０，２０を連結して用いることで、多数の外部配管４１〜４７を分散化して受け入れることができる。

本実施形態では、部分回転継手１０，２０どうしを連結する際に、各々の内部流路６１〜６５および内部流路７１〜７５を個別の接続管３１〜３５で接続することができる。
これらの接続管３１〜３５は、施工時には順次接続作業を行えばよく、一気に行う必要がない。
従って、流体供給回転継手１として中継すべき外部配管４１〜４７の数が増えても、設置作業の容易性が確保され、かつ個々の流路のシール性などを確実なものにできる。

本実施形態では、連結部３０は、部分回転継手１０，２０の内筒１２，２２どうしを連結する連結軸３９を備え、複数の部分回転継手１０，２０の内筒１２，２２が、それぞれ連結軸３９により回転を伝達されて互いに同期回転するため、各々間に設置された複数の接続管３１〜３５が捻れたりすることがない。

本実施形態において、接続管３１〜３５は可撓性を有するとともに、連結軸３９は軸線の傾き、軸線の変位、軸方向の変位を許容可能な自在継手３９１、３９２およびキー３９３、３９４による嵌合構造を備えている。
従って、例えば炉体側の部分回転継手１０の回転軸Ａ１と、先端側の部分回転継手２０の回転軸Ａ２とがずれた場合でも、接続管３１〜３５が撓みまたは伸縮し、連結軸３９が自在継手で傾き、変位することで、相互のずれを許容することができ、回転動作に支障を生じることがない。
このため、部分回転継手１０，２０の設置にあたって、回転軸Ａ１，Ａ２の精度割出しを過剰に行う必要がなく、設置作業を容易にすることができる。

本実施形態では、連結部３０に部分回転継手１０，２０の外筒１１，２１どうしを連結するケース３８を設け、弾性シール部材３８２，３８３によりケース３８の内部を気密シールすることができる。
このため、外部配管４６を接続してケース３８の内部に流体を受け入れ、ケース３８の内部空間を炉体側の部分回転継手１０の内部流路７６ないし空洞１９に連通させることで、ケース３８の内部を外部配管４６の中継に利用することができる。

本実施形態では、炉体側の部分回転継手１０の内部に空洞１９が形成され、空洞１９の内部には内部流路７１〜７５を形成する内部配管７１１〜７５１が設置されている。つまり、炉体側の部分回転継手１０の内部流路７１〜７５を、個別の内部配管７１１〜７５１で形成することで、部分回転継手１０の内部空間の中心部に密集して設置することができ、多数の配管であってもトラニオン軸４の空洞６内を挿通させることができる。
その結果、従来のスリーブ方式のような外部配管を解消することができ、中継する外部配管４１〜４７の数が増えても周辺との干渉を避けることができる。また、スリーブを組み込むスペースも不要となり、設備コストの上昇も避けることができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、接続管３１〜３５は可撓性を有するとともに、連結軸３９は軸線の傾き、軸線の変位、軸方向の変位を許容可能な自在継手３９１、３９２およびキー３９３、３９４による嵌合構造を有するものとしていた。
しかし、例えば、部分回転継手１０，２０が、各々の回転軸Ａ１，Ａ２が高精度に揃うように設置されるのであれば、各々を結ぶ接続管３１〜３５は可撓性でなくてもよく、連結軸３９は傾きや変位を生じない固定軸であってもよい。

さらに、前記実施形態では、連結軸３９で部分回転継手１０，２０の内筒１２，２２を連結し、相互に回転を伝達することで、接続管３１〜３５のねじれを防止していた。しかし、部分回転継手１０，２０の内筒１２，２２を相互に同期回転させる機構を設けたならば、連結軸３９は省略することができる。例えば、炉体側の内筒１２の回転を検出し、先端側の内筒２２をモータ等で同期回転させるならば、連結軸３９なしで接続管３１〜３５のねじれを防止できる。

前記実施形態では、連結部３０にケース３８を設けて部分回転継手１０，２０の外筒１１，２１どうしを連結し、その内部を流体の中継に利用した。しかし、ケース３８で連結するのは、外筒１１，２１どうしに限らず、部分回転継手１０，２０の一方の外筒１１，２１と内筒１２，２２とを連結してもよく、あるいは、各々の内筒１２，２２どうしを連結してもよい。部分回転継手の内筒１２，２２は、炉体２とともに回転するため、ケース３８と連結する際には、相互の摺動を許容しつつ気密性を確保できるシール構造などを介在させることが好ましい。

前記実施形態では、連結部３０に設けたケース３８の内部も流体の中継に利用した。しかし、ケース３８の内部を流体の中継に利用しなくてもよく、ケース３８も適宜省略してもよい。
前記実施形態では、炉体側の部分回転継手１０の内筒１２の内部に空洞１９を形成し、そこに内部配管７１１〜７５１を設置した。しかし、空洞１９および内部配管７１１〜７５１は省略してもよく、内筒１２の内部に内部流路７１〜７５を形成してもよい。

本発明は、転炉などに流体供給を行う流体供給回転継手として利用できる。

１…流体供給回転継手、２…炉体、３…トラニオンリング、４…トラニオン軸、５…支持体、６…空洞、１０，２０…部分回転継手、１１，２１…外筒、１２，２２…内筒、３０…連結部、１１１，２１１，３８１…支柱、１８…ブラケット、１９…空洞、１１２，２１２…接続部、３８…ケース、３８２，３８３…弾性シール部材、３９…連結軸、３９１，３９２…自在継手、３９３，３９４…キー、４１〜４７…外部配管、５１〜５５，５７…連通溝、６１〜６５，７１〜７７…内部流路、７１１〜７５１…内部配管、Ａ１，Ａ２，Ａ３，ＡＦ…回転軸。

Claims (5)

1. 複数の部分回転継手と、前記部分回転継手を連結する連結部とを有し、
   前記部分回転継手は、それぞれ外筒と内筒とを有し、前記外筒に接続された複数の外部配管と前記内筒に形成された複数の内部流路とが、前記外筒と前記内筒との間の連通溝を介して個別に連通されており、
   前記連結部は、一方の前記部分回転継手の内部流路と、他方の前記部分回転継手の内部流路とを、それぞれ個別に接続する複数の接続管を有することを特徴とする流体供給回転継手。
2. 請求項１に記載した流体供給回転継手において、
   前記連結部は、複数の前記部分回転継手の前記内筒どうしを連結する連結軸を備えていることを特徴とする流体供給回転継手。
3. 請求項２に記載した流体供給回転継手において、
   前記接続管は可撓性を有し、
   前記連結軸は軸線の傾き、軸線の変位、軸方向の変位を許容可能な自在継手を含むことを特徴とする流体供給回転継手。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した流体供給回転継手において、
   前記連結部は、複数の前記部分回転継手の前記外筒どうしを連結するケースを備え、前記ケースは内部が気密シールされていることを特徴とする流体供給回転継手。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した流体供給回転継手において、
   前記部分回転継手の内部は空洞とされ、前記空洞の内部には前記内部流路を形成する内部配管が設置されていることを特徴とする流体供給回転継手。

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