JP3861035B2 - 管部材接合構造及びこれを適用した燃焼器の燃料ノズル取付構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は管部材の接合構造に関し、特に、熱膨張の大きな構造部材に設けられる管部材、例えばガスタービン用燃焼器の燃料ノズルの取付などに好適する構造を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
発電用ガスタービンなどの熱機関では、全体の構造が大きいことと、稼働温度帯が高いことから、熱膨張の影響が顕著に発現する。熱膨張の程度は一様ではなく、部位によって異なる。すなわち稼働時に高温となる部位（以下「高温部位」と呼ぶ）に属する部材はそれ自身の熱膨張及びそれを支える部材の熱膨張により稼働時に大きく変位する。稼働時に高温部位ほどには温度が上昇しない部位（以下「低温部位」と呼ぶ）に属する部材は稼働時の熱膨張変位が比較的小さい。従って、高温部位に属する部材と低温部位に属する部材を接合する場合、熱膨張の差（熱伸び差）をどのように吸収あるいは抑制するかが一つの技術的課題となる。なお「高温」「低温」は相対概念であり、何度以上が高温で、何度以下が低温かといった絶対的な基準はない。
【０００３】
上記熱伸び差は、例えば特開平１０−２０５７５７号公報に記載されているような、ガスタービン用燃料ノズルの取付箇所で問題となり得る。というのは、ガスタービンの燃焼器で用いる燃料ノズルは燃料油のコーキング（coking：乾留）現象を防ぐため、燃料油の供給路と燃焼室の間に断熱層が設けられている。そのため燃料ノズルの取付構造は低温部位に属する管部材と高温部位に属する管部材を接合した形になっているからである。
【０００４】
高温部位に属する管部材と低温部位に属する管部材が内部に流体を通す役割を担っている場合は、接合部から熱伸び差に起因する流体漏れが生じないように対策を施す必要がある。図１１はそのような対策を施した管部材接合構造の一例を示す正面図である。第１の管部材２０１と第２の管部材２０２は接合され、連通するが、第１の管部材２０１は低温部位に属し、第２の管部材２０２は高温部位に属する。矢印は非稼働時（冷却時）と稼働時（加熱時）の間における熱膨張による変位量を象徴的に表したものである。当然のことながら、高温部位に属する第２の管部材２０２の方が変位量が大きい。すなわち第１の管部材２０１と第２の管部材２０２との間には熱伸び差が存在する。
【０００５】
第１の管部材２０１と第２の管部材２０２は、接合部となる端部にそれぞれフランジ２０３、２０４を有する。複数のボルト２０５がフランジ２０３、２０４を貫通し、貫通したところでナット２０６に螺合する。接合部にシール部材２０７を挿入し、ボルト２０５を締め付けて、接合部からの流体漏れを阻止する。
【０００６】
図１１のような管部材接合構造は、熱伸び差が小さければ問題は生じない。しかしながら熱伸び差の大きな箇所で用いた場合には、「非稼働―稼働」の熱サイクル毎にシール部材２０７に大きなストレスが発生し、シール部材２０７が早く劣化する。これが流体漏れに発展する。
【０００７】
図１２は別の流体漏れ防止対策を施した管部材接合構造の正面図である。ここでは第１の管部材２０１のフランジ２０３と第２の管部材２０２のフランジ２０４とを突き合わせ、その合わせ目をシール溶接している。接合構造としては図１１のものよりも強固である。しかしながらこの構造においても、熱伸び差が大きく、熱サイクル毎にシール溶接部２０８に大きなストレスが発生するような状況下では、シール溶接部２０８に次第にクラックが入り、それが流体漏れに発展し、さらにはシール溶接部２０８の破断に至る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、熱伸び差を免れることのできない管部材同士を接合するに際し、流体漏れを確実に防ぐことのできる管部材接合構造を提供することにある。また、このような管部材接合構造を適用して、燃料漏れのおそれをなくした燃焼器の燃料ノズル取付構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、管部材を次のように接合するものとした。
【００１０】
（１）内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材を備え、前記第１の管部材には内フランジを形成し、この内フランジと前記第２の管部材とを突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、中心に貫通孔を、一端に外フランジを有する中空ボルトを前記第１の管部材の内部より前記第２の管部材の内面に螺合させ、前記外フランジを前記内フランジに係合させつつ中空ボルトの締め付けを行うことにより、前記内フランジと前記第２の管部材との間に面圧を発生させた。
【００１１】
この構成によれば、シール溶接により接合部からの流体漏れがなくなる。これと併せ、中空ボルトにより第１の管部材の内フランジと第２の管部材との間に面圧を発生させたから、シール溶接部の熱応力を低減し、サイクル寿命を向上できる。またシール溶接部が圧縮力を受けているので、仮にクラックが発生したとしても流体漏れが生じない。
【００１２】
（２）上記のような中空ボルトを用いた管部材接合構造において、中空ボルトの外周面と、内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の間にいんろう嵌合部を形成した。
【００１３】
この構成によれば、中空ボルトの外周面と内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減することができる。
【００１４】
（３）上記のような中空ボルトを用いた管部材接合構造において、第１の管部材と第２の管部材の間にいんろう嵌合部を形成した。
【００１５】
この構成によれば、第１の管部材と第２の管部材の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減することができる。
【００１６】
（４）管部材接合構造が以下の構成を備えるものとした。
（ａ）内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材
（ｂ）前記第１の管部材に形成された、前記第２の管部材の受入孔
（ｃ）前記第１の管部材の内面に、前記受入孔に連続して形成されたシール保持孔
（ｄ）前記シール保持孔の内面と、前記受入孔を通じシール保持孔に挿入された前記第２の管部材の外面との間の空間に挿入されるリング状シール
（ｅ）外周には前記シール保持孔の内面の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、中心には前記第２の管部材を挿通させる貫通孔を有し、前記リング状シールを圧迫して前記シール保持孔及び前記第２の管部材に対する面圧を発生させる締付ねじ
（ｆ）前記第１の管部材の内部空間を横切って前記締付ねじに達し、この締付ねじの回転を止める回り止め部材
（ｇ）前記回り止め部材を前記第１の管部材に固定する固定手段。
【００１７】
この構成によれば、締付ねじにより圧迫されたリング状シールがシール保持孔及び第２の管部材に対して面圧を及ぼすので、第１の管部材と第２の管部材の間のシールを確実に維持できる。また回り止め部材が締付ねじの回転を止めるので、シール効果が低下することがない。
【００１８】
また本発明では、燃焼器の燃料ノズル取付構造を次のように構成した。
【００１９】
（５）燃焼器の燃料ノズル構造体を燃料ダクトに取り付けるに際し、燃料ダクトを第１の管部材とし、燃料ノズル構造体を第２の管部材として、
前記第１の管部材と第２の管部材に各々フランジを形成し、前記フランジ同士を突き合わせてその合わせ目をシール溶接し、溶接後のフランジ同士をクランプ部材で挟みつけてフランジ端面間に面圧を発生させるとともに、前記クランプ部材の内周面とフランジの外周面の間にいんろう嵌合部を形成し、前記第１の管部材と第２の管部材の間にもいんろう嵌合部を形成した管部材接合構造に、上記（１）又は（４）の管部材接合構造を組み合わせた。
【００２０】
この構成によれば、低温部位に属する燃料ダクトと高温部位に属する燃料ノズル構造体とを燃料漏れを生じない形で接合できる。しかも燃料漏れ防止性能は長期にわたり維持される。
【００２１】
第１に、シール溶接により接合部からの燃料漏れがなくなる。これと併せ、溶接後のフランジ同士をクランプ部材で挟んでフランジ端面間に面圧を発生させたから、シール溶接部の熱応力を低減し、サイクル寿命を向上できる。またシール溶接部が圧縮力を受けているので、仮にクラックが発生したとしても燃料漏れが生じない。
【００２２】
クランプ部材の内周面とフランジの外周面の間にはいんろう嵌合部を形成したから、クランプ部材の内周面とフランジの外周面の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減することができる。
【００２３】
第１の管部材と第２の管部材の間にもいんろう嵌合部を形成したから、第１の管部材と第２の管部材の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減することができる。
【００２４】
そして、第１の管部材には内フランジを形成し、この内フランジと第２の管部材とを突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、中心に貫通孔を、一端に外フランジを有する中空ボルトを第１の管部材の内部より第２の管部材の内面に螺合させ、外フランジを内フランジに係合させつつ中空ボルトの締め付けを行うことにより、内フランジと第２の管部材との間に面圧を発生させる管部材接合構造を組み合わせることとすれば、シール溶接により接合部からの燃料漏れがなくなるのと併せ、中空ボルトにより第１の管部材の内フランジと第２の管部材との間に面圧を発生させたことにより、シール溶接部の熱応力を低減し、サイクル寿命を向上できる。またシール溶接部が圧縮力を受けているので、仮にクラックが発生したとしても燃料漏れが生じない。
【００２５】
あるいは、第１の管部材に形成された、第２の管部材の受入孔と、第１の管部材の内面に、前記受入孔に連続して形成されたシール保持孔と、このシール保持孔の内面と、前記受入孔を通じシール保持孔に挿入された第２の管部材の外面との間の空間に挿入されるリング状シールと、外周には前記シール保持孔の内面の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、中心には第２の管部材を挿通させる貫通孔を有し、前記リング状シールを圧迫して前記シール保持孔及び第２の管部材に対する面圧を発生させる締付ねじと、第１の管部材の内部空間を横切って前記締付ねじに達し、この締付ねじの回転を止める回り止め部材と、この回り止め部材を前記第１の管部材に固定する固定手段を備える管部材接合構造を組み合わせることとすれば、締付ねじにより圧迫されたリング状シールがシール保持孔及び第２の管部材に対して及ぼす面圧で第１の管部材と第２の管部材の間のシールを確実に維持し、燃料漏れを防ぐことができる。
【００２６】
そして、回り止め部材が締付ねじの回転を止めるので、シール効果が低下することがない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明管部材接合構造の第１実施形態を示す部分断面正面図である。内部に流体を通す第１の管部材１と第２の管部材２のうち、第１の管部材１は低温部位に属し、第２の管部材２は高温部位に属する。第１の管部材１と第２の管部材２は、それぞれ接合部となる端部に円環状のフランジ３、４を有する。フランジ３、４は外フランジで、外径は相等しい。フランジ３、４の端面同士を突き合わせ、その合わせ目をシール溶接する。
【００２９】
溶接後のフランジ３、４をリング状のクランプ部材１１、１２で挟む。複数のボルト５がクランプ部材１１、１２を貫通し、貫通したところでナット６に螺合する。ボルト５を締め付ければクランプ部材１１、１２がフランジ３、４を圧迫し、フランジ３、４の端面間に面圧が発生する。これによりシール溶接部８に圧縮力が働き、熱応力が低減し、サイクル寿命が向上する。シール溶接部８に圧縮力が働いているので、仮にシール溶接部８にクラックが発生したとしてもそこから流体が漏れることはない。
【００３０】
クランプ部材１１の内周面とフランジ３の外周面の間にはいんろう嵌合部１３を形成する。クランプ部材１２の内周面とフランジ４の外周面の間にもいんろう嵌合部１４を形成する。「いんろう嵌合」とは印籠のように凹部と凸部を嵌合させる嵌合形態である。いんろう嵌合のはめあいは「しまりばめ」「テーパ嵌合」「とまりばめ」など、隙間がゼロ、若しくは隙間があったとしても極く僅かなはめあいを選択する。このようにクランプ部材１１、１２の内周面とフランジ３、４の外周面とがいんろう嵌合することにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００３１】
図２は本発明管部材接合構造の第２実施形態を示す断面図である。第１実施形態と共通する構成要素には前に使用した符号をそのまま付し、説明は省略する。同じ原則を第３実施形態以下の実施形態の説明にも適用し、既出の実施形態と共通する構成要素には支障のないかぎり前に使用した符号をそのまま付し、説明を省略する。
【００３２】
第２実施形態では、第１の管部材１と第２の管部材２の間にいんろう嵌合部１５を形成した。具体的には、フランジ３の端面に凹部を形成し、フランジ４の端面に凸部を形成し、凹部の内周面と凸部の外周面をいんろう嵌合させている。このように第１の管部材１と第２の管部材２がいんろう嵌合することにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００３３】
第２実施形態ではクランプ部材１１の内周面とフランジ３の外周面の間にもいんろう嵌合部１３があり、クランプ部材１２の内周面とフランジ４の外周面の間にもいんろう嵌合部１４があるが、これらのいんろう嵌合部１３、１４は廃止し、いんろう嵌合部１５だけ残すこととしてもよい。
【００３４】
図３は本発明管部材接合構造の第３実施形態を示す断面図である。ここでは第１の管部材１の端部に内フランジ２１が形成されている。第２の管部材２は第１の管部材１より外径が小さく、内面には雌ねじ部２２が形成されている。内フランジ２１の端面と第２の管部材２の端面とを突き合わせ、その合わせ目を内側からシール溶接する。
【００３５】
流体を通すための貫通孔２６を中心に設けるとともに、一端に外フランジ２７を形成した中空ボルト２５を第１の管部材１の中に挿入し、その雄ねじ部２８を第２の管部材２の雌ねじ部２２に螺合させる。螺合を進めると外フランジ２７が内フランジ２１に係合する。外フランジ２７の端面に形成した図示しない係合溝に図示しない回転用工具を係合し、中空ボルト２５を締め付け方向に回転させると、第２の管部材２が引き寄せられ、内フランジ２１と第２の管部材２との間に面圧が発生する。これによりシール溶接部８に圧縮力が働き、熱応力が低減し、サイクル寿命が向上する。シール溶接部８に圧縮力が働いているので、仮にシール溶接部８にクラックが発生したとしてもそこから流体が漏れることはない。
【００３６】
図４は本発明管部材接合構造の第４実施形態を示す断面図である。これも第１の管部材１の内フランジ２１に第２の管部材２を突き合わせてその合わせ目をシール溶接するのであるが、内側からでなく外側から溶接した点が第３実施形態との違いである。第２の管部材２は第１の管部材１と外径が同じになっている。その他の構成は第３実施形態と変わらない。
【００３７】
図５は本発明管部材接合構造の第５実施形態を示す断面図である。第５実施形態は第３実施形態の構成に次の構成を加えたものである。すなわち中空ボルト２５の外周面と内フランジ２１の内周面の間にいんろう嵌合部３１を形成した。また中空ボルト２５の外周面と第２の管部材２の内周面の間にいんろう嵌合部３２を形成した。これにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と中空ボルト２５が分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００３８】
図６は本発明管部材接合構造の第６実施形態を示す断面図である。第６実施形態は第３実施形態の構成に次の構成を加えたものである。すなわち第１の管部材１と第２の管部材２の間にいんろう嵌合部３３を形成した。具体的には、第１の管部材１の端部に凹部を形成し、第２の管部材２の端部に凸部を形成し、凹部の内周面と凸部の外周面をいんろう嵌合させている。その上で合わせ目を内側からシール溶接している。このように第１の管部材１と第２の管部材２がいんろう嵌合することにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００３９】
図７は本発明管部材接合構造の第７実施形態を示す断面図である。第７実施形態は第４実施形態の構成に次の構成を加えたものである。すなわち第１の管部材１と第２の管部材２の間にいんろう嵌合部３４を形成した。具体的には、第１の管部材１の端部に凹部を形成し、第２の管部材２の端部に凸部を形成し、凹部の内周面と凸部の外周面をいんろう嵌合させている。その上で合わせ目を外側からシール溶接している。このように第１の管部材１と第２の管部材２がいんろう嵌合することにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００４０】
図８は本発明管部材接合構造の第８実施形態を示す断面図である。これまでの実施形態は管部材の軸線と直角に生じる熱伸び差への対処を主眼としていたが、第８実施形態は管部材の軸線方向に生じる熱伸び差への対処を主眼とする。
【００４１】
低温部位に属する第１の管部材４１は、内部が空洞部４３となったブロック４２に空洞部４３の開口を閉ざす蓋体４４を組み合わせ、両者の合わせ目をシール溶接したものである。４５がシール溶接部である。蓋体４４は外部と空洞部４３を連通させる受入孔４６を有する。蓋体４４には受入孔４６に連続し、且つ同一軸線上に位置する形でシール保持孔４７が設けられる。シール保持孔４７は受入孔４６より直径が大きく、空洞部４３に向かって開口する。
【００４２】
高温部位に属する第２の管部材５１の端が外部から受入孔４６を通じてシール保持孔４６に挿入される。第１の管部材４１と第２の管部材５１との間に生じる軸線方向の熱伸び差により、第１の管部材４１と第２の管部材５１とは熱サイクル毎に軸線方向への相対移動を行う。このような相対移動にもかかわらず第１の管部材４１と第２の管部材５１の間から流体が漏れないようにするため、以下のシール構造を採用する。
【００４３】
第２の管部材５１の外面と、シール保持孔４６の内面との間の環状の空間に、耐熱性弾性体からなるリング状シール５２を複数個、直列に挿入する。シール保持孔４７の入口部には、内面に雌ねじ部４８を形成する。この雌ねじ部４８に、図９の斜視図に示すような形状の締付ねじ５３をねじ込む。締付ねじ５３は雌ねじ部４８に螺合する雄ねじ部５４を外周全体に有し、中心には第２の管部材５１を挿通させる貫通孔５５を有する。締付ねじ５３の一方の端面には計６個の係合溝５６が６０゜間隔で放射状に形成されている。
【００４４】
ブロック４２には、シール保持孔４７に向き合う箇所に受入孔６１を形成する。リング状シール５２及び締付ねじ５３は受入孔６１よりシール保持孔４７に挿入され、また雌ねじ部４８にねじ込まれる。所定数のリング状シール５２をシール保持孔４７に挿入した後、締付ねじ５３を雌ねじ部４８にあてがい、係合溝５６に図示しない回転用工具を係合させ、締付ねじをねじ込んで行く。すると締付ねじ５３はリング状シール５２を軸線方向に圧迫し、圧迫されたリング状シール５２は内外にふくらむ。そのためリング状シール５２はシール保持孔４７の内周面と第２の管部材５１の外周面とに面圧を及ぼし、蓋体４４と第２の管部材５１の間をしっかりとシールする。
【００４５】
リング状シール５２が所定の面圧を発生したところで締付ねじ５３の回転を止め、回転用工具を受入孔６１から引き抜く。代わりに回り止め部材７１を受入孔６１に挿入する。回り止め部材７１は受入孔６１にぴったりと収まる円筒形の本体７２と、本体７２の一側から延び出し、第１の管部材４１の内部空間すなわち空洞部４３を横切って締付ねじ５３に達する回り止めアーム７３と、本体７２の他側に設けられた大径の頭部７４とを有する。
【００４６】
回り止めアーム７３は、本体７２に一体形成されていた筒状部を切削し、断面円弧状の棒状部を残したものである。元の筒状部は第２の管部材５１を受け入れる内径を有していたので、第２の管部材５１は回り止めアーム７３に衝突することなくスライド可能である。回り止めアーム７３の先端はさらに削られ、締付ねじ５３の係合溝５６に係合する幅の係合部７５となっている。
【００４７】
回り止めアーム７３の外面にはキー７６を装着し、このキー７６を受け入れるキー溝６２を受入孔６１に形成する。このため回り止め部材７１は第１の管部材４１に対して回転することはなく、締付ねじ５３も第１の管部材４１に対して回転しない。係合部７５は仮想の直線軌道に沿ってスライドするので、その軌道上に係合溝５６の１個が位置するように締付ねじ５３の角度を調整する。
【００４８】
受入孔６１は第１の管部材４１の外部に向かう箇所が径大部６３となっていて、回り止め部材７１の頭部７４はここに収まる。径大部６３の奥の環状平面と頭部７４との間に耐熱性弾性体からなるリング状シール６４を挿入する。径大部６３の内面には雌ねじ部６５を形成し、この雌ねじ部６５にねじ栓６６をねじ込む。ねじ栓６６は回り止め部材７１を第１の管部材４１に固定する固定手段としての役割を果たす。ねじ栓６６を締め付け、回り止め部材７１の頭部７４を介してリング状シール６４に所定の面圧を与えれば、受入孔６１からの流体漏れは阻止される。
【００４９】
図１０はガスタービン用燃焼器の部分断面図である。ここには本発明に係る管部材接合構造のいくつかが適用されている。燃焼器１００はパイロット燃料ノズル１０１を中心にして、その周囲にメインの燃料ノズル構造体１０２を配置したものである。燃料ノズル構造体１０２は燃料ダクト１０３に接続する。燃料ダクト１０３は燃焼器１００の中で低温部位に属し、第１の管部材ということになる。燃料ノズル構造体１０２は燃焼器１００の中で高温部位に属し、第２の管部材ということになる。
【００５０】
燃料ノズル構造体１０２は次の構成要素を含む。すなわち燃料ノズル１１１、燃焼空気ダクト１１２、及びハブシャフト１１３である。これらの構成要素が、それぞれ別の管部材接合構造で燃料ダクト１０３に接合される。
【００５１】
燃料ダクト１０３と燃料ノズル１１１の接合には第８実施形態の管部材接合構造が適用される。
【００５２】
燃料ダクト１０３と燃焼空気ダクト１１２の接合には第１実施形態及び第２実施形態の管部材接合構造が適用される。すなわち燃料ダクト１０３は外側にフランジ１２３を有し、燃焼空気ダクト１１２は外側にフランジ１２４を有する。フランジ１２３、１２４は突き合わせられ、合わせ目がシール溶接されている。ボルト１１５で連結されるクランプ部材１３１、１３２で溶接後のフランジ１２３、１２４を挟み、ボルト１１５を締め付ける。するとフランジ１２３、１２４の端面間に面圧が発生し、シール溶接部１１８ａは圧縮力を受ける。
【００５３】
フランジ１２３とクランプ部材１３１の間にはいんろう嵌合部１３３が設けられている。燃料ダクト１０３と燃焼空気ダクト１１２の間にもいんろう嵌合部１３５が設けられている。
【００５４】
燃料ダクト１０３とハブシャフト１１３の接合には第３実施形態の管部材接合構造が適用される。燃料ダクト１０３には内フランジ１４１が形成され、これにハブシャフト１１３が突き合わせられる。内フランジ１４１とハブシャフト１１３の合わせ目は内側からシール溶接される。ハブシャフト１１３の内面には雌ねじ部１４２が形成される。中心に貫通孔を有する中空ボルト１４５の雄ねじ部１４８を雌ねじ部１４２に螺合させ、中空ボルト１４５の外フランジ１４７を内フランジ１４１に係合させつつ中空ボルト１４５の締め付けを行うことにより、ハブシャフト１１３が引き寄せられ、内フランジ１４１とハブシャフト１１３との間に面圧が発生し、シール溶接部１１８ｂは圧縮力を受ける。
【００５５】
以上本発明の各実施形態につき説明したが、これ以外にも種々の実施形態が採用可能である。例えば第３〜第８の各実施形態では内フランジを有する第１の管部材又はシール保持孔を有する第１の管部材が低温部位に属することとしたが、これらの第１の管部材が高温部位に属することとしてもよい。この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は次のような効果を奏するものである。
【００５７】
（１）内部に流体を通す１対の管部材に各々フランジを形成し、前記フランジ同士を突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、溶接後のフランジ同士をクランプ部材で挟みつけ、フランジ端面間に面圧を発生させたから、シール溶接により接合部からの流体漏れがなくなるとともに、溶接後のフランジ同士がクランプ部材で挟まれてフランジ端面間に面圧が発生し、シール溶接部の熱応力が低減し、サイクル寿命が向上する。シール溶接部が圧縮されているので、仮にクラックが発生したとしても流体漏れが生じない。このため、熱伸び差により大きな応力の発生する管部材接合部にあって、流体密封性能の高い管部材接合構造を得ることができる。
【００５８】
（２）上記のような管部材接合構造において、クランプ部材の内周面とフランジの外周面の間にいんろう嵌合部を形成したから、クランプ部材の内周面とフランジの外周面の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減し、流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００５９】
（３）上記のような管部材接合構造において、第１の管部材と第２の管部材の間にいんろう嵌合部を形成したから、第１の管部材と第２の管部材の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減し、流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００６０】
（４）内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材を備え、前記第１の管部材には内フランジを形成し、この内フランジと前記第２の管部材とを突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、中心に貫通孔を、一端に外フランジを有する中空ボルトを前記第１の管部材の内部より前記第２の管部材の内面に螺合させ、前記外フランジを前記内フランジに係合させつつ中空ボルトの締め付けを行うことにより、前記内フランジと前記第２の管部材との間に面圧を発生させたから、シール溶接により接合部からの流体漏れがなくなるとともに、中空ボルトが第１の管部材の内フランジと第２の管部材との間に発生させた面圧によりシール溶接部の熱応力が低減し、サイクル寿命が向上する。シール溶接部が圧縮されているので、仮にクラックが発生したとしても流体漏れが生じない。このため、熱伸び差により大きな応力の発生する管部材接合部にあって、流体密封性能の高い管部材接合構造を得ることができる。
【００６１】
（５）上記のような中空ボルトを用いた管部材接合構造において、中空ボルトの外周面と、内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の間にいんろう嵌合部を形成したから、中空ボルトの外周面と内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減し、流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００６２】
（６）上記のような中空ボルトを用いた管部材接合構造において、第１の管部材と第２の管部材の間にいんろう嵌合部を形成したから、第１の管部材と第２の管部材の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減し、流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００６３】
（７）管部材接合構造が、内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材と、前記第１の管部材に形成された、前記第２の管部材の受入孔と、前記第１の管部材の内面に、前記受入孔に連続して形成されたシール保持孔と、前記シール保持孔の雌ねじ部と、前記受入孔を通じシール保持孔に挿入された前記第２の管部材の外面との間の空間に挿入されるリング状シールと、外周には前記シール保持孔の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、中心には前記第２の管部材を挿通させる貫通孔を有し、前記リング状シールを圧迫して前記シール保持孔及び前記第２の管部材に対する面圧を発生させる締付ねじと、前記第１の管部材の内部空間を横切って前記締付ねじに達し、この締付ねじの回転を止める回り止め部材と、前記回り止め部材を前記第１の管部材に固定する固定手段とを備えるものとしたから、締付ねじにより圧迫されたリング状シールがシール保持孔及び第２の管部材に対して面圧を及し、第１の管部材と第２の管部材の間のシールを確実に維持できる。また回り止め部材が締付ねじの回転を止めるので、シール効果が低下することがない。このため流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００６４】
また本発明では、燃焼器の燃料ノズル構造体を燃料ダクトに取り付けるに際し、燃料ダクトを第１の管部材とし、燃料ノズル構造体を第２の管部材として、上記管部材接合構造のいずれか又はいくつかを適用したから、低温部位に属する燃料ダクトと高温部位に属する燃料ノズル構造体とを燃料漏れを生じない形で接合できる。しかも燃料漏れ防止性能は長期にわたり維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明管部材接合構造の第１実施形態を示す一部断面正面図
【図２】 本発明管部材接合構造の第２実施形態を示す断面図
【図３】 本発明管部材接合構造の第３実施形態を示す断面図
【図４】 本発明管部材接合構造の第４実施形態を示す断面図
【図５】 本発明管部材接合構造の第５実施形態を示す断面図
【図６】 本発明管部材接合構造の第６実施形態を示す断面図
【図７】 本発明管部材接合構造の第７実施形態を示す断面図
【図８】 本発明管部材接合構造の第８実施形態を示す断面図
【図９】 第８実施形態で使用する締付ねじの斜視図
【図１０】 本発明管部材接合構造を適用した燃焼器の部分断面図
【図１１】 従来の管部材接合構造を示す正面図
【図１２】 従来の管部材接合構造を示す正面図
【符号の説明】
１ 第１の管部材
２ 第２の管部材
３、４ フランジ
５ ボルト
６ ナット
８ シール溶接部
１１、１２ クランプ部材
１３、１４、１５ いんろう嵌合部
２１ 内フランジ
２２ 雌ねじ部
２５ 中空ボルト
２６ 貫通孔
２７ 外フランジ
２８ 雄ねじ部
３１、３２、３３ いんろう嵌合部
４１ 第１の管部材
４６ 受入孔
４７ シール保持孔
４８ 雌ねじ部
５１ 第２の管部材
５２ リング状シール
５３ 締付ねじ
５４ 雄ねじ部
５５ 貫通孔
６１ 受入孔
６３ 径大部
６５ 雌ねじ部
６６ ねじ栓
７１ 回り止め部材
７３ 回り止めアーム
１００ 燃焼器
１０１ パイロット燃料ノズル
１０２ 燃料ノズル構造体
１０３ 燃料ダクト
【発明の属する技術分野】
本発明は管部材の接合構造に関し、特に、熱膨張の大きな構造部材に設けられる管部材、例えばガスタービン用燃焼器の燃料ノズルの取付などに好適する構造を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
発電用ガスタービンなどの熱機関では、全体の構造が大きいことと、稼働温度帯が高いことから、熱膨張の影響が顕著に発現する。熱膨張の程度は一様ではなく、部位によって異なる。すなわち稼働時に高温となる部位（以下「高温部位」と呼ぶ）に属する部材はそれ自身の熱膨張及びそれを支える部材の熱膨張により稼働時に大きく変位する。稼働時に高温部位ほどには温度が上昇しない部位（以下「低温部位」と呼ぶ）に属する部材は稼働時の熱膨張変位が比較的小さい。従って、高温部位に属する部材と低温部位に属する部材を接合する場合、熱膨張の差（熱伸び差）をどのように吸収あるいは抑制するかが一つの技術的課題となる。なお「高温」「低温」は相対概念であり、何度以上が高温で、何度以下が低温かといった絶対的な基準はない。
【０００３】
上記熱伸び差は、例えば特開平１０−２０５７５７号公報に記載されているような、ガスタービン用燃料ノズルの取付箇所で問題となり得る。というのは、ガスタービンの燃焼器で用いる燃料ノズルは燃料油のコーキング（coking：乾留）現象を防ぐため、燃料油の供給路と燃焼室の間に断熱層が設けられている。そのため燃料ノズルの取付構造は低温部位に属する管部材と高温部位に属する管部材を接合した形になっているからである。
【０００４】
高温部位に属する管部材と低温部位に属する管部材が内部に流体を通す役割を担っている場合は、接合部から熱伸び差に起因する流体漏れが生じないように対策を施す必要がある。図１１はそのような対策を施した管部材接合構造の一例を示す正面図である。第１の管部材２０１と第２の管部材２０２は接合され、連通するが、第１の管部材２０１は低温部位に属し、第２の管部材２０２は高温部位に属する。矢印は非稼働時（冷却時）と稼働時（加熱時）の間における熱膨張による変位量を象徴的に表したものである。当然のことながら、高温部位に属する第２の管部材２０２の方が変位量が大きい。すなわち第１の管部材２０１と第２の管部材２０２との間には熱伸び差が存在する。
【０００５】
第１の管部材２０１と第２の管部材２０２は、接合部となる端部にそれぞれフランジ２０３、２０４を有する。複数のボルト２０５がフランジ２０３、２０４を貫通し、貫通したところでナット２０６に螺合する。接合部にシール部材２０７を挿入し、ボルト２０５を締め付けて、接合部からの流体漏れを阻止する。
【０００６】
図１１のような管部材接合構造は、熱伸び差が小さければ問題は生じない。しかしながら熱伸び差の大きな箇所で用いた場合には、「非稼働―稼働」の熱サイクル毎にシール部材２０７に大きなストレスが発生し、シール部材２０７が早く劣化する。これが流体漏れに発展する。
【０００７】
図１２は別の流体漏れ防止対策を施した管部材接合構造の正面図である。ここでは第１の管部材２０１のフランジ２０３と第２の管部材２０２のフランジ２０４とを突き合わせ、その合わせ目をシール溶接している。接合構造としては図１１のものよりも強固である。しかしながらこの構造においても、熱伸び差が大きく、熱サイクル毎にシール溶接部２０８に大きなストレスが発生するような状況下では、シール溶接部２０８に次第にクラックが入り、それが流体漏れに発展し、さらにはシール溶接部２０８の破断に至る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、熱伸び差を免れることのできない管部材同士を接合するに際し、流体漏れを確実に防ぐことのできる管部材接合構造を提供することにある。また、このような管部材接合構造を適用して、燃料漏れのおそれをなくした燃焼器の燃料ノズル取付構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、管部材を次のように接合するものとした。
【００１０】
（１）内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材を備え、前記第１の管部材には内フランジを形成し、この内フランジと前記第２の管部材とを突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、中心に貫通孔を、一端に外フランジを有する中空ボルトを前記第１の管部材の内部より前記第２の管部材の内面に螺合させ、前記外フランジを前記内フランジに係合させつつ中空ボルトの締め付けを行うことにより、前記内フランジと前記第２の管部材との間に面圧を発生させた。
【００１１】
この構成によれば、シール溶接により接合部からの流体漏れがなくなる。これと併せ、中空ボルトにより第１の管部材の内フランジと第２の管部材との間に面圧を発生させたから、シール溶接部の熱応力を低減し、サイクル寿命を向上できる。またシール溶接部が圧縮力を受けているので、仮にクラックが発生したとしても流体漏れが生じない。
【００１２】
（２）上記のような中空ボルトを用いた管部材接合構造において、中空ボルトの外周面と、内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の間にいんろう嵌合部を形成した。
【００１３】
この構成によれば、中空ボルトの外周面と内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減することができる。
【００１４】
（３）上記のような中空ボルトを用いた管部材接合構造において、第１の管部材と第２の管部材の間にいんろう嵌合部を形成した。
【００１５】
この構成によれば、第１の管部材と第２の管部材の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減することができる。
【００１６】
（４）管部材接合構造が以下の構成を備えるものとした。
（ａ）内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材
（ｂ）前記第１の管部材に形成された、前記第２の管部材の受入孔
（ｃ）前記第１の管部材の内面に、前記受入孔に連続して形成されたシール保持孔
（ｄ）前記シール保持孔の内面と、前記受入孔を通じシール保持孔に挿入された前記第２の管部材の外面との間の空間に挿入されるリング状シール
（ｅ）外周には前記シール保持孔の内面の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、中心には前記第２の管部材を挿通させる貫通孔を有し、前記リング状シールを圧迫して前記シール保持孔及び前記第２の管部材に対する面圧を発生させる締付ねじ
（ｆ）前記第１の管部材の内部空間を横切って前記締付ねじに達し、この締付ねじの回転を止める回り止め部材
（ｇ）前記回り止め部材を前記第１の管部材に固定する固定手段。
【００１７】
この構成によれば、締付ねじにより圧迫されたリング状シールがシール保持孔及び第２の管部材に対して面圧を及ぼすので、第１の管部材と第２の管部材の間のシールを確実に維持できる。また回り止め部材が締付ねじの回転を止めるので、シール効果が低下することがない。
【００１８】
また本発明では、燃焼器の燃料ノズル取付構造を次のように構成した。
【００１９】
（５）燃焼器の燃料ノズル構造体を燃料ダクトに取り付けるに際し、燃料ダクトを第１の管部材とし、燃料ノズル構造体を第２の管部材として、
前記第１の管部材と第２の管部材に各々フランジを形成し、前記フランジ同士を突き合わせてその合わせ目をシール溶接し、溶接後のフランジ同士をクランプ部材で挟みつけてフランジ端面間に面圧を発生させるとともに、前記クランプ部材の内周面とフランジの外周面の間にいんろう嵌合部を形成し、前記第１の管部材と第２の管部材の間にもいんろう嵌合部を形成した管部材接合構造に、上記（１）又は（４）の管部材接合構造を組み合わせた。
【００２０】
この構成によれば、低温部位に属する燃料ダクトと高温部位に属する燃料ノズル構造体とを燃料漏れを生じない形で接合できる。しかも燃料漏れ防止性能は長期にわたり維持される。
【００２１】
第１に、シール溶接により接合部からの燃料漏れがなくなる。これと併せ、溶接後のフランジ同士をクランプ部材で挟んでフランジ端面間に面圧を発生させたから、シール溶接部の熱応力を低減し、サイクル寿命を向上できる。またシール溶接部が圧縮力を受けているので、仮にクラックが発生したとしても燃料漏れが生じない。
【００２２】
クランプ部材の内周面とフランジの外周面の間にはいんろう嵌合部を形成したから、クランプ部材の内周面とフランジの外周面の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減することができる。
【００２３】
第１の管部材と第２の管部材の間にもいんろう嵌合部を形成したから、第１の管部材と第２の管部材の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減することができる。
【００２４】
そして、第１の管部材には内フランジを形成し、この内フランジと第２の管部材とを突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、中心に貫通孔を、一端に外フランジを有する中空ボルトを第１の管部材の内部より第２の管部材の内面に螺合させ、外フランジを内フランジに係合させつつ中空ボルトの締め付けを行うことにより、内フランジと第２の管部材との間に面圧を発生させる管部材接合構造を組み合わせることとすれば、シール溶接により接合部からの燃料漏れがなくなるのと併せ、中空ボルトにより第１の管部材の内フランジと第２の管部材との間に面圧を発生させたことにより、シール溶接部の熱応力を低減し、サイクル寿命を向上できる。またシール溶接部が圧縮力を受けているので、仮にクラックが発生したとしても燃料漏れが生じない。
【００２５】
あるいは、第１の管部材に形成された、第２の管部材の受入孔と、第１の管部材の内面に、前記受入孔に連続して形成されたシール保持孔と、このシール保持孔の内面と、前記受入孔を通じシール保持孔に挿入された第２の管部材の外面との間の空間に挿入されるリング状シールと、外周には前記シール保持孔の内面の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、中心には第２の管部材を挿通させる貫通孔を有し、前記リング状シールを圧迫して前記シール保持孔及び第２の管部材に対する面圧を発生させる締付ねじと、第１の管部材の内部空間を横切って前記締付ねじに達し、この締付ねじの回転を止める回り止め部材と、この回り止め部材を前記第１の管部材に固定する固定手段を備える管部材接合構造を組み合わせることとすれば、締付ねじにより圧迫されたリング状シールがシール保持孔及び第２の管部材に対して及ぼす面圧で第１の管部材と第２の管部材の間のシールを確実に維持し、燃料漏れを防ぐことができる。
【００２６】
そして、回り止め部材が締付ねじの回転を止めるので、シール効果が低下することがない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明管部材接合構造の第１実施形態を示す部分断面正面図である。内部に流体を通す第１の管部材１と第２の管部材２のうち、第１の管部材１は低温部位に属し、第２の管部材２は高温部位に属する。第１の管部材１と第２の管部材２は、それぞれ接合部となる端部に円環状のフランジ３、４を有する。フランジ３、４は外フランジで、外径は相等しい。フランジ３、４の端面同士を突き合わせ、その合わせ目をシール溶接する。
【００２９】
溶接後のフランジ３、４をリング状のクランプ部材１１、１２で挟む。複数のボルト５がクランプ部材１１、１２を貫通し、貫通したところでナット６に螺合する。ボルト５を締め付ければクランプ部材１１、１２がフランジ３、４を圧迫し、フランジ３、４の端面間に面圧が発生する。これによりシール溶接部８に圧縮力が働き、熱応力が低減し、サイクル寿命が向上する。シール溶接部８に圧縮力が働いているので、仮にシール溶接部８にクラックが発生したとしてもそこから流体が漏れることはない。
【００３０】
クランプ部材１１の内周面とフランジ３の外周面の間にはいんろう嵌合部１３を形成する。クランプ部材１２の内周面とフランジ４の外周面の間にもいんろう嵌合部１４を形成する。「いんろう嵌合」とは印籠のように凹部と凸部を嵌合させる嵌合形態である。いんろう嵌合のはめあいは「しまりばめ」「テーパ嵌合」「とまりばめ」など、隙間がゼロ、若しくは隙間があったとしても極く僅かなはめあいを選択する。このようにクランプ部材１１、１２の内周面とフランジ３、４の外周面とがいんろう嵌合することにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００３１】
図２は本発明管部材接合構造の第２実施形態を示す断面図である。第１実施形態と共通する構成要素には前に使用した符号をそのまま付し、説明は省略する。同じ原則を第３実施形態以下の実施形態の説明にも適用し、既出の実施形態と共通する構成要素には支障のないかぎり前に使用した符号をそのまま付し、説明を省略する。
【００３２】
第２実施形態では、第１の管部材１と第２の管部材２の間にいんろう嵌合部１５を形成した。具体的には、フランジ３の端面に凹部を形成し、フランジ４の端面に凸部を形成し、凹部の内周面と凸部の外周面をいんろう嵌合させている。このように第１の管部材１と第２の管部材２がいんろう嵌合することにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００３３】
第２実施形態ではクランプ部材１１の内周面とフランジ３の外周面の間にもいんろう嵌合部１３があり、クランプ部材１２の内周面とフランジ４の外周面の間にもいんろう嵌合部１４があるが、これらのいんろう嵌合部１３、１４は廃止し、いんろう嵌合部１５だけ残すこととしてもよい。
【００３４】
図３は本発明管部材接合構造の第３実施形態を示す断面図である。ここでは第１の管部材１の端部に内フランジ２１が形成されている。第２の管部材２は第１の管部材１より外径が小さく、内面には雌ねじ部２２が形成されている。内フランジ２１の端面と第２の管部材２の端面とを突き合わせ、その合わせ目を内側からシール溶接する。
【００３５】
流体を通すための貫通孔２６を中心に設けるとともに、一端に外フランジ２７を形成した中空ボルト２５を第１の管部材１の中に挿入し、その雄ねじ部２８を第２の管部材２の雌ねじ部２２に螺合させる。螺合を進めると外フランジ２７が内フランジ２１に係合する。外フランジ２７の端面に形成した図示しない係合溝に図示しない回転用工具を係合し、中空ボルト２５を締め付け方向に回転させると、第２の管部材２が引き寄せられ、内フランジ２１と第２の管部材２との間に面圧が発生する。これによりシール溶接部８に圧縮力が働き、熱応力が低減し、サイクル寿命が向上する。シール溶接部８に圧縮力が働いているので、仮にシール溶接部８にクラックが発生したとしてもそこから流体が漏れることはない。
【００３６】
図４は本発明管部材接合構造の第４実施形態を示す断面図である。これも第１の管部材１の内フランジ２１に第２の管部材２を突き合わせてその合わせ目をシール溶接するのであるが、内側からでなく外側から溶接した点が第３実施形態との違いである。第２の管部材２は第１の管部材１と外径が同じになっている。その他の構成は第３実施形態と変わらない。
【００３７】
図５は本発明管部材接合構造の第５実施形態を示す断面図である。第５実施形態は第３実施形態の構成に次の構成を加えたものである。すなわち中空ボルト２５の外周面と内フランジ２１の内周面の間にいんろう嵌合部３１を形成した。また中空ボルト２５の外周面と第２の管部材２の内周面の間にいんろう嵌合部３２を形成した。これにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と中空ボルト２５が分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００３８】
図６は本発明管部材接合構造の第６実施形態を示す断面図である。第６実施形態は第３実施形態の構成に次の構成を加えたものである。すなわち第１の管部材１と第２の管部材２の間にいんろう嵌合部３３を形成した。具体的には、第１の管部材１の端部に凹部を形成し、第２の管部材２の端部に凸部を形成し、凹部の内周面と凸部の外周面をいんろう嵌合させている。その上で合わせ目を内側からシール溶接している。このように第１の管部材１と第２の管部材２がいんろう嵌合することにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００３９】
図７は本発明管部材接合構造の第７実施形態を示す断面図である。第７実施形態は第４実施形態の構成に次の構成を加えたものである。すなわち第１の管部材１と第２の管部材２の間にいんろう嵌合部３４を形成した。具体的には、第１の管部材１の端部に凹部を形成し、第２の管部材２の端部に凸部を形成し、凹部の内周面と凸部の外周面をいんろう嵌合させている。その上で合わせ目を外側からシール溶接している。このように第１の管部材１と第２の管部材２がいんろう嵌合することにより、熱伸び差の荷重をシール溶接部８と分かち合う形になり、シール溶接部８の熱応力はさらに低減される。
【００４０】
図８は本発明管部材接合構造の第８実施形態を示す断面図である。これまでの実施形態は管部材の軸線と直角に生じる熱伸び差への対処を主眼としていたが、第８実施形態は管部材の軸線方向に生じる熱伸び差への対処を主眼とする。
【００４１】
低温部位に属する第１の管部材４１は、内部が空洞部４３となったブロック４２に空洞部４３の開口を閉ざす蓋体４４を組み合わせ、両者の合わせ目をシール溶接したものである。４５がシール溶接部である。蓋体４４は外部と空洞部４３を連通させる受入孔４６を有する。蓋体４４には受入孔４６に連続し、且つ同一軸線上に位置する形でシール保持孔４７が設けられる。シール保持孔４７は受入孔４６より直径が大きく、空洞部４３に向かって開口する。
【００４２】
高温部位に属する第２の管部材５１の端が外部から受入孔４６を通じてシール保持孔４６に挿入される。第１の管部材４１と第２の管部材５１との間に生じる軸線方向の熱伸び差により、第１の管部材４１と第２の管部材５１とは熱サイクル毎に軸線方向への相対移動を行う。このような相対移動にもかかわらず第１の管部材４１と第２の管部材５１の間から流体が漏れないようにするため、以下のシール構造を採用する。
【００４３】
第２の管部材５１の外面と、シール保持孔４６の内面との間の環状の空間に、耐熱性弾性体からなるリング状シール５２を複数個、直列に挿入する。シール保持孔４７の入口部には、内面に雌ねじ部４８を形成する。この雌ねじ部４８に、図９の斜視図に示すような形状の締付ねじ５３をねじ込む。締付ねじ５３は雌ねじ部４８に螺合する雄ねじ部５４を外周全体に有し、中心には第２の管部材５１を挿通させる貫通孔５５を有する。締付ねじ５３の一方の端面には計６個の係合溝５６が６０゜間隔で放射状に形成されている。
【００４４】
ブロック４２には、シール保持孔４７に向き合う箇所に受入孔６１を形成する。リング状シール５２及び締付ねじ５３は受入孔６１よりシール保持孔４７に挿入され、また雌ねじ部４８にねじ込まれる。所定数のリング状シール５２をシール保持孔４７に挿入した後、締付ねじ５３を雌ねじ部４８にあてがい、係合溝５６に図示しない回転用工具を係合させ、締付ねじをねじ込んで行く。すると締付ねじ５３はリング状シール５２を軸線方向に圧迫し、圧迫されたリング状シール５２は内外にふくらむ。そのためリング状シール５２はシール保持孔４７の内周面と第２の管部材５１の外周面とに面圧を及ぼし、蓋体４４と第２の管部材５１の間をしっかりとシールする。
【００４５】
リング状シール５２が所定の面圧を発生したところで締付ねじ５３の回転を止め、回転用工具を受入孔６１から引き抜く。代わりに回り止め部材７１を受入孔６１に挿入する。回り止め部材７１は受入孔６１にぴったりと収まる円筒形の本体７２と、本体７２の一側から延び出し、第１の管部材４１の内部空間すなわち空洞部４３を横切って締付ねじ５３に達する回り止めアーム７３と、本体７２の他側に設けられた大径の頭部７４とを有する。
【００４６】
回り止めアーム７３は、本体７２に一体形成されていた筒状部を切削し、断面円弧状の棒状部を残したものである。元の筒状部は第２の管部材５１を受け入れる内径を有していたので、第２の管部材５１は回り止めアーム７３に衝突することなくスライド可能である。回り止めアーム７３の先端はさらに削られ、締付ねじ５３の係合溝５６に係合する幅の係合部７５となっている。
【００４７】
回り止めアーム７３の外面にはキー７６を装着し、このキー７６を受け入れるキー溝６２を受入孔６１に形成する。このため回り止め部材７１は第１の管部材４１に対して回転することはなく、締付ねじ５３も第１の管部材４１に対して回転しない。係合部７５は仮想の直線軌道に沿ってスライドするので、その軌道上に係合溝５６の１個が位置するように締付ねじ５３の角度を調整する。
【００４８】
受入孔６１は第１の管部材４１の外部に向かう箇所が径大部６３となっていて、回り止め部材７１の頭部７４はここに収まる。径大部６３の奥の環状平面と頭部７４との間に耐熱性弾性体からなるリング状シール６４を挿入する。径大部６３の内面には雌ねじ部６５を形成し、この雌ねじ部６５にねじ栓６６をねじ込む。ねじ栓６６は回り止め部材７１を第１の管部材４１に固定する固定手段としての役割を果たす。ねじ栓６６を締め付け、回り止め部材７１の頭部７４を介してリング状シール６４に所定の面圧を与えれば、受入孔６１からの流体漏れは阻止される。
【００４９】
図１０はガスタービン用燃焼器の部分断面図である。ここには本発明に係る管部材接合構造のいくつかが適用されている。燃焼器１００はパイロット燃料ノズル１０１を中心にして、その周囲にメインの燃料ノズル構造体１０２を配置したものである。燃料ノズル構造体１０２は燃料ダクト１０３に接続する。燃料ダクト１０３は燃焼器１００の中で低温部位に属し、第１の管部材ということになる。燃料ノズル構造体１０２は燃焼器１００の中で高温部位に属し、第２の管部材ということになる。
【００５０】
燃料ノズル構造体１０２は次の構成要素を含む。すなわち燃料ノズル１１１、燃焼空気ダクト１１２、及びハブシャフト１１３である。これらの構成要素が、それぞれ別の管部材接合構造で燃料ダクト１０３に接合される。
【００５１】
燃料ダクト１０３と燃料ノズル１１１の接合には第８実施形態の管部材接合構造が適用される。
【００５２】
燃料ダクト１０３と燃焼空気ダクト１１２の接合には第１実施形態及び第２実施形態の管部材接合構造が適用される。すなわち燃料ダクト１０３は外側にフランジ１２３を有し、燃焼空気ダクト１１２は外側にフランジ１２４を有する。フランジ１２３、１２４は突き合わせられ、合わせ目がシール溶接されている。ボルト１１５で連結されるクランプ部材１３１、１３２で溶接後のフランジ１２３、１２４を挟み、ボルト１１５を締め付ける。するとフランジ１２３、１２４の端面間に面圧が発生し、シール溶接部１１８ａは圧縮力を受ける。
【００５３】
フランジ１２３とクランプ部材１３１の間にはいんろう嵌合部１３３が設けられている。燃料ダクト１０３と燃焼空気ダクト１１２の間にもいんろう嵌合部１３５が設けられている。
【００５４】
燃料ダクト１０３とハブシャフト１１３の接合には第３実施形態の管部材接合構造が適用される。燃料ダクト１０３には内フランジ１４１が形成され、これにハブシャフト１１３が突き合わせられる。内フランジ１４１とハブシャフト１１３の合わせ目は内側からシール溶接される。ハブシャフト１１３の内面には雌ねじ部１４２が形成される。中心に貫通孔を有する中空ボルト１４５の雄ねじ部１４８を雌ねじ部１４２に螺合させ、中空ボルト１４５の外フランジ１４７を内フランジ１４１に係合させつつ中空ボルト１４５の締め付けを行うことにより、ハブシャフト１１３が引き寄せられ、内フランジ１４１とハブシャフト１１３との間に面圧が発生し、シール溶接部１１８ｂは圧縮力を受ける。
【００５５】
以上本発明の各実施形態につき説明したが、これ以外にも種々の実施形態が採用可能である。例えば第３〜第８の各実施形態では内フランジを有する第１の管部材又はシール保持孔を有する第１の管部材が低温部位に属することとしたが、これらの第１の管部材が高温部位に属することとしてもよい。この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は次のような効果を奏するものである。
【００５７】
（１）内部に流体を通す１対の管部材に各々フランジを形成し、前記フランジ同士を突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、溶接後のフランジ同士をクランプ部材で挟みつけ、フランジ端面間に面圧を発生させたから、シール溶接により接合部からの流体漏れがなくなるとともに、溶接後のフランジ同士がクランプ部材で挟まれてフランジ端面間に面圧が発生し、シール溶接部の熱応力が低減し、サイクル寿命が向上する。シール溶接部が圧縮されているので、仮にクラックが発生したとしても流体漏れが生じない。このため、熱伸び差により大きな応力の発生する管部材接合部にあって、流体密封性能の高い管部材接合構造を得ることができる。
【００５８】
（２）上記のような管部材接合構造において、クランプ部材の内周面とフランジの外周面の間にいんろう嵌合部を形成したから、クランプ部材の内周面とフランジの外周面の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減し、流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００５９】
（３）上記のような管部材接合構造において、第１の管部材と第２の管部材の間にいんろう嵌合部を形成したから、第１の管部材と第２の管部材の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減し、流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００６０】
（４）内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材を備え、前記第１の管部材には内フランジを形成し、この内フランジと前記第２の管部材とを突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、中心に貫通孔を、一端に外フランジを有する中空ボルトを前記第１の管部材の内部より前記第２の管部材の内面に螺合させ、前記外フランジを前記内フランジに係合させつつ中空ボルトの締め付けを行うことにより、前記内フランジと前記第２の管部材との間に面圧を発生させたから、シール溶接により接合部からの流体漏れがなくなるとともに、中空ボルトが第１の管部材の内フランジと第２の管部材との間に発生させた面圧によりシール溶接部の熱応力が低減し、サイクル寿命が向上する。シール溶接部が圧縮されているので、仮にクラックが発生したとしても流体漏れが生じない。このため、熱伸び差により大きな応力の発生する管部材接合部にあって、流体密封性能の高い管部材接合構造を得ることができる。
【００６１】
（５）上記のような中空ボルトを用いた管部材接合構造において、中空ボルトの外周面と、内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の間にいんろう嵌合部を形成したから、中空ボルトの外周面と内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減し、流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００６２】
（６）上記のような中空ボルトを用いた管部材接合構造において、第１の管部材と第２の管部材の間にいんろう嵌合部を形成したから、第１の管部材と第２の管部材の嵌合によって熱伸び差の荷重をシール溶接部と分かち合うことができ、シール溶接部の熱応力をさらに低減し、流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００６３】
（７）管部材接合構造が、内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材と、前記第１の管部材に形成された、前記第２の管部材の受入孔と、前記第１の管部材の内面に、前記受入孔に連続して形成されたシール保持孔と、前記シール保持孔の雌ねじ部と、前記受入孔を通じシール保持孔に挿入された前記第２の管部材の外面との間の空間に挿入されるリング状シールと、外周には前記シール保持孔の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、中心には前記第２の管部材を挿通させる貫通孔を有し、前記リング状シールを圧迫して前記シール保持孔及び前記第２の管部材に対する面圧を発生させる締付ねじと、前記第１の管部材の内部空間を横切って前記締付ねじに達し、この締付ねじの回転を止める回り止め部材と、前記回り止め部材を前記第１の管部材に固定する固定手段とを備えるものとしたから、締付ねじにより圧迫されたリング状シールがシール保持孔及び第２の管部材に対して面圧を及し、第１の管部材と第２の管部材の間のシールを確実に維持できる。また回り止め部材が締付ねじの回転を止めるので、シール効果が低下することがない。このため流体密封性能を長期にわたり維持することができる。
【００６４】
また本発明では、燃焼器の燃料ノズル構造体を燃料ダクトに取り付けるに際し、燃料ダクトを第１の管部材とし、燃料ノズル構造体を第２の管部材として、上記管部材接合構造のいずれか又はいくつかを適用したから、低温部位に属する燃料ダクトと高温部位に属する燃料ノズル構造体とを燃料漏れを生じない形で接合できる。しかも燃料漏れ防止性能は長期にわたり維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明管部材接合構造の第１実施形態を示す一部断面正面図
【図２】 本発明管部材接合構造の第２実施形態を示す断面図
【図３】 本発明管部材接合構造の第３実施形態を示す断面図
【図４】 本発明管部材接合構造の第４実施形態を示す断面図
【図５】 本発明管部材接合構造の第５実施形態を示す断面図
【図６】 本発明管部材接合構造の第６実施形態を示す断面図
【図７】 本発明管部材接合構造の第７実施形態を示す断面図
【図８】 本発明管部材接合構造の第８実施形態を示す断面図
【図９】 第８実施形態で使用する締付ねじの斜視図
【図１０】 本発明管部材接合構造を適用した燃焼器の部分断面図
【図１１】 従来の管部材接合構造を示す正面図
【図１２】 従来の管部材接合構造を示す正面図
【符号の説明】
１ 第１の管部材
２ 第２の管部材
３、４ フランジ
５ ボルト
６ ナット
８ シール溶接部
１１、１２ クランプ部材
１３、１４、１５ いんろう嵌合部
２１ 内フランジ
２２ 雌ねじ部
２５ 中空ボルト
２６ 貫通孔
２７ 外フランジ
２８ 雄ねじ部
３１、３２、３３ いんろう嵌合部
４１ 第１の管部材
４６ 受入孔
４７ シール保持孔
４８ 雌ねじ部
５１ 第２の管部材
５２ リング状シール
５３ 締付ねじ
５４ 雄ねじ部
５５ 貫通孔
６１ 受入孔
６３ 径大部
６５ 雌ねじ部
６６ ねじ栓
７１ 回り止め部材
７３ 回り止めアーム
１００ 燃焼器
１０１ パイロット燃料ノズル
１０２ 燃料ノズル構造体
１０３ 燃料ダクト
Claims (5)
- 内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材を備え、前記第１の管部材には内フランジを形成し、この内フランジと前記第２の管部材とを突き合わせてその合わせ目をシール溶接するとともに、中心に貫通孔を、一端に外フランジを有する中空ボルトを前記第１の管部材の内部より前記第２の管部材の内面に螺合させ、前記外フランジを前記内フランジに係合させつつ中空ボルトの締め付けを行うことにより、前記内フランジと前記第２の管部材との間に面圧を発生させることを特徴とする管部材接合構造。
- 前記中空ボルトの外周面と、前記内フランジ及び／又は第２の管部材の内周面の間にいんろう嵌合部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の管部材接合構造。
- 前記第１の管部材と第２の管部材の間にいんろう嵌合部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の管部材接合構造。
- 以下の構成を備えた管部材接合構造：
（ａ）内部に流体を通す第１の管部材及び第２の管部材
（ｂ）前記第１の管部材に形成された、前記第２の管部材の受入孔
（ｃ）前記第１の管部材の内面に、前記受入孔に連続して形成されたシール保持孔
（ｄ）前記シール保持孔の内面と、前記受入孔を通じシール保持孔に挿入された前記第２の管部材の外面との間の空間に挿入されるリング状シール
（ｅ）外周には前記シール保持孔の内面の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、中心には前記第２の管部材を挿通させる貫通孔を有し、前記リング状シールを圧迫して前記シール保持孔及び前記第２の管部材に対する面圧を発生させる締付ねじ
（ｆ）前記第１の管部材の内部空間を横切って前記締付ねじに達し、この締付ねじの回転を止める回り止め部材
（ｇ）前記回り止め部材を前記第１の管部材に固定する固定手段。 - 燃焼器の燃料ノズル構造体を燃料ダクトに取り付けるに際し、燃料ダクトを第１の管部材とし、燃料ノズル構造体を第２の管部材として、
前記第１の管部材と第２の管部材に各々フランジを形成し、前記フランジ同士を突き合わせてその合わせ目をシール溶接し、溶接後のフランジ同士をクランプ部材で挟みつけてフランジ端面間に面圧を発生させるとともに、前記クランプ部材の内周面とフランジの外周面の間にいんろう嵌合部を形成し、前記第１の管部材と第２の管部材の間にもいんろう嵌合部を形成した管部材接合構造に、
請求項１又は請求項４に記載された管部材接合構造を組み合わせたことを特徴とする燃焼器の燃料ノズル取付構造。
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