JP4216063B2 - 可撓性摺動型継手 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、1対の流体輸送部材を互いに接続するための液密継手、特に、1対の流体輸送部材間の軸方向動作を許容する点で可撓性である液密モジュール継手に関する。
【0002】
【従来の技術】
高圧および/または高温流体用途において、配管系あるいは導管系は一般に、ある程度の可撓性を備え、配管により接続されたさまざまな要素の間に発生する寸法公差、熱膨脹および収縮、振動変位を許容するように設計されている。したがって、こうした配管系あるいは導管系では、さまざまな要素の間に発生する寸法公差、熱膨脹および収縮、振動変位を吸収するために管内に可撓性継手を使用することが多い。この種類の可撓性継手はしばしば、航空機用途、発電、およびこうした可撓性を備えた配管系を必要とする他の産業用途に使用される。従来技術による可撓性継手あるいは連結器の例は、既に米国特許明細書に示されている(例えば、特許文献1〜5参照。)。
【0003】
【特許文献1】
米国特許第4054306号明細書(Sadoff, Jr.らに付与)
【0004】
【特許文献2】
米国特許第4071268号明細書(Hallingらに付与)
【0005】
【特許文献3】
米国特許第4071269号明細書(Hallingらに付与)
【0006】
【特許文献4】
米国特許第4448449号明細書(Hallingらに付与)
【0007】
【特許文献5】
米国特許第4553775号明細書(Hallingらに付与)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
可撓性継手は、折り曲げられても漏れを起こさないようにシールされていなければならない。シールするために、パッキン、TUBESEALS、ピストンリング、あるいはベローズなどの可撓性要素を含めて、さまざまな種類のシールが使用されてきた。シールが摺動型であれば、広範囲の運動に対してシールできるが、変位磨耗サイクルに耐えられる回数は限られてしまう。シールが可撓性であると、シールできる運動範囲は限られるが、何回もの変位サイクルに耐えることができる。
【0009】
大半の伸縮継手用途において、継手は、かなりの距離を変位できなければならないが、それは、設置時あるいはメンテナンス用の取外し時など数回だけである。このような場合、シールを摺動式にするとよい。使用時には、継手は再度、熱膨張による、比較的ゆっくりではあるが大きくなり得る変位を吸収しなければならず、こうした状況でもまた、摺動型シールであれば対処することができる。しかし、著しく振動の多い用途では、比較的細かい変位が極めて多数発生するため、摺動型シールはすぐに磨耗してしまう。この種の用途では、摺動型シールを使用する継手に可撓性シールを加えて、摺動型シールの利点をすべて生かしながら、振動を吸収させることができる。
【0010】
上記を鑑みると、従来技術における上述の問題を克服する可撓性摺動型継手が要望されている。本発明は、従来技術におけるこの要望ばかりでなく、当業者には本開示内容から明らかとなろう他の要望にも対処するものである。
本発明の1つの目的は、細かい線形変位に対する軸方向圧縮性要素と、第1チューブ部材と第2チューブ部材との間に発生する、この線形変位より大きな線形動作を吸収するように構成された摺動型シール部材とを有する可撓性摺動型継手を提供することにある。
【0011】
本発明の別の目的は、極めて多数の小さな振幅変位に耐えられる可撓性摺動型継手を提供することにある。
本発明の別の目的は、軽量で小型であり、極温環境にも使用できる可撓性摺動型継手を提供することにある。
本発明の別の目的は、製造および設置が容易である可撓性摺動型継手を提供することにある。
【0012】
本発明によるいくつかの実施形態のもう1つの目的は、配管系に使用されている2本のチューブ間の角度ずれに対処できる可撓性摺動型継手を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述した目的を達成するために、1対の流体輸送部材間に発生する軸ずれを吸収する可撓性摺動型継手を提供する。この可撓性摺動型継手は、第1チューブ部材、第2チューブ部材、摺動型シール部材および軸方向圧縮性要素を有する。第1チューブ部材には第1中心軸があり、第2チューブ部材には第2中心軸がある。摺動型シール部材は、第1チューブ部材と第2チューブ部材との間に第1の所定の軸方向力が発生すると、第1チューブ部材と第2チューブ部材との間の軸方向動作を吸収するように構成されている。軸方向圧縮性要素は、第1チューブ部材と第2チューブ部材との間に第2の所定の軸方向力が発生すると、第1チューブ部材と第2チューブ部材との間に生じる軸方向動作を吸収するように第1チューブ部材と第2チューブ部材との間で構成されている。この軸方向圧縮性要素は、第2の所定の軸方向力が第1の所定の軸方向力より小さくなるように、摺動型シール部材に対して力の面で釣り合っている。
【0014】
以上のみならず、本発明の他の目的、特徴、態様および利点が、添付の図面と併せて本発明の好適な実施形態を開示する以下の詳述から当業者には明白になるであろう。
【0015】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
以下、本発明の選択された実施形態を、図面を参照しながら説明する。当業者であれば、この開示内容から、本発明による実施形態に関する以下の説明が例示のみを目的とするものであって、添付した請求の範囲およびその等価物によって定められる本発明を何ら制限するものではないことが明らかであろう。
【0016】
図1および図2をまず参照すると、本発明の第1実施形態による可撓性摺動型継手10が図示されている。
可撓性摺動型継手10は、高温および高圧流体が内側で流動できるように、第1および第2流体輸送部材12および14をシールして、これらを互いに相互接続する。可撓性摺動型継手10は、第1流体輸送部材12と第2流体輸送部材14との間の角度ずれ、軸方向動作および回転動作を許容するように設計されている。第1および第2流体輸送部材12および14は、いずれの種類の流体輸送部材でもよい。したがって、流体輸送部材の構造は、本発明に重要ではない。図1において、流体が内側で流動する配管系を形成するため、可撓性摺動型継手10は、溶接線16に沿って溶接することにより第1流体輸送部材12に固定され、第2流体輸送部材14は溶接線18に沿って可撓性摺動型継手10に溶接されている。
【0017】
可撓性摺動型継手10は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)20と、軸方向圧縮性要素22と、1対の案内要素24と、シールスリーブ26と、シールチューブ28と、シールチューブライナ(第2チューブ部材)30と、保持リング50とを含む。シールチューブ28およびシールチューブライナ30が、シールスリーブ26に摺動自在に連結される摺動型シール部材32を形成する。摺動自在なシールアセンブリ34は、シールスリーブ26、シールチューブ28、およびシールチューブライナ30により形成される。継手10はまた、以下に説明するように、この実施形態ではチューブアダプタ20およびシールスリーブ26と一体型である停止面を含む。
【0018】
この実施形態において、軸方向圧縮性要素22は、PerkinElmer Fluid Sciencesから販売されている加圧式Eシールなどの加圧式シールである。本発明を実施するために、他の種類の軸方向圧縮性シールあるいは部材を使用できる。シールスリーブ26およびシールチューブ28が、チューブアダプタ20とシールチューブライナ30との間の角度ずれ、軸方向動作および回転動作を許容する摺動型シールを形成する。軸方向圧縮性要素22は、可撓性摺動型継手10内の小さな軸方向動作を吸収するように設計された軸方向に弾性を有する部材である。一方、シールチューブ28は、可撓性摺動型継手10内のそれより大きな軸方向動作を吸収する。シールチューブ28はまた、所定の角度方向力がチューブアダプタ20とシールチューブライナ30との間に生じると、その角度方向動作を吸収するように構成されている。したがって、シールチューブ28は、第1の所定の軸方向力が第1チューブ部材と第2チューブ部材との間に発生した場合、第1の所定範囲の軸方向動作のうち、大きな軸方向動作を吸収するように構成されている。軸方向圧縮性要素22は、第2の所定の軸方向力がチューブアダプタ20とシールチューブライナ30との間に発生すると、第2の所定範囲の軸方向動作のうち、小さな軸方向動作を吸収するように構成されている。軸方向圧縮性要素22に対する第2の所定の軸方向力が、シールチューブ28に対する第1の所定の軸方向力より小さくなるように、軸方向圧縮性要素22を圧縮する力は、シールチューブ28を摺動させる力と釣合いをとっている。
【0019】
可撓性摺動型継手10に軸方向圧縮性要素22と摺動型シール部材32とを組み合わせることにより、航空機用途、発電、および、軸方向に補正できる配管系を必要とする他の産業用途で使用される例などの導管あるいは配管系に可撓性を提供することができる。可撓性摺動型継手10にこの可撓性を持たせることにより、設置時の公差、熱膨張、機体の歪みによる例などの外部「総」運動、回転する機械による例などの振動変位を吸収し、音響および空力音を低減することができる。さまざまな可撓性要件による運動の大きさは、通常、設置時の公差が最も大きく、熱膨張はそれより小さく、振動環境における運動は最も小さい。反対に、振動から生じるサイクル数は、振動環境の場合に非常に大きくなる可能性があり、熱膨脹によるサイクルは余り大きくなく、設置時のサイクルは時折発生する程度である。
【0020】
軸方向圧縮性要素22は、軸方向に可撓性を提供するものであり、角度方向におけるその可撓性は非常に限定されている(運動範囲が小さい)。軸方向圧縮性要素22は通常、数百万回の小さな歪みサイクルに耐えられる。この実施形態における軸方向圧縮性要素22は、ある程度のねじり動作も許容する。
シールチューブ28から得られる軸方向、角度方向、およびねじり方向における可撓性は、さらに大きいものである。言い換えれば、シールチューブ28により、軸方向、角度方向、およびねじり方向における広範囲の運動に対する可撓性が得られる。シールチューブ28は、第1流体輸送部材12と第2流体輸送部材14との間のコネクタとして作用する。シールチューブ28は通常、耐えられる磨耗サイクル数が軸方向圧縮性要素22の場合よりも限定されている。したがって、可撓性摺動型継手10には、最高の性能の組合わせとなる軸方向圧縮性要素22と摺動型シール部材32とを単一継手内に組み入れるようにする。この可撓性摺動型継手10では、可撓性摺動型継手10に対する大きな軸方向変位および屈曲角形成を吸収するように摺動型シール部材32を摺動させることができ、軸方向圧縮性要素22およびシールスリーブ26は、小さな変位サイクルに対して自由に運動する。
【0021】
設計上、摺動型シール部材32に対する摺動力と軸方向圧縮性要素22に対する圧縮力との間で力を釣り合わせる必要がある。振動影響をなくすはずの運動範囲全体について、摺動型シール部材32の摺動力は、軸方向圧縮性要素22の歪み力よりも強くなければならない。摺動型シール部材32は、ある程度の振動運動を吸収するが、これは、軸方向圧縮性要素22と共に振動運動をできるだけ多く取り除くためである。
【0022】
さらに、設計上、筒状シール部材32の圧力端部「差込み」負荷と軸方向圧縮性要素22の圧力端部「差込み」負荷との間で力あるいは圧力をある程度釣り合せなければならない。これらの差込み負荷が釣り合っていないと、軸方向圧縮性要素22が不意にいくらか動作してしまう。軸方向圧縮性要素22が移動し過ぎると、スリーブ26は、以下に説明するようにその停止面に突き当たるか、停止面が適切に作用しない場合には筒状シール部材32がチューブアダプタ20から抜けてしまうかのいずれかとなる。シールスリーブ26が突き当たると、振動運動を吸収するために移動することができなくなる。したがって、軸方向圧縮性要素22の平均直径およびシールスリーブ26の内径の寸法を、スリーブ26が、振動運動を吸収できない位置に突き当たることのないようにする。好ましくは、軸方向圧縮性要素22の平均直径およびシールスリーブ26の内径の寸法を比較的近似値とする。
【0023】
軸方向圧縮性要素22および摺動型シール部材32は、連続移動するように配置されている。軸方向圧縮性要素22は、好ましくは、軸方向にのみ移動するように拘束されている。軸方向圧縮性要素22の軸方向移動はまた、以下に説明するように軸方向停止面により拘束されている。いくつかの変形例では、軸方向圧縮性要素22を案内し、半径方向の動作を吸収し、案内による磨耗を削減する半径方向のバネあるいは軸受がある。摺動型シール部材32は、耐摩耗性シールスリーブ26内で摺動して動作する。
【0024】
設計上さらに、可撓性摺動型継手10にある程度の角度方向自由を追加することによる不測の影響について考慮する。横方向の振動負荷がかかった場合に、シールスリーブ26が循環的に環状シール部材32上に屈曲角形成をしないように防止しなければならない。複数の案内要素24間に筒状シールチューブ28を配置することにより、ある程度シールスリーブ26の屈曲角形成は制限される。
【0025】
図1および図2でわかるように、チューブアダプタ20は、溶接線16に沿って溶接して第1流体輸送部材12に固定連結された第1開口端部40と、隙間嵌めを介して、摺動型シールスリーブ26を摺動自在に内側に収容するための第2開口端部42とを有する。第2開口端部42は、シールスリーブ26をチューブアダプタ20内に保持するために、スナップリング50を収容する筒状溝42aを有する。チューブアダプタ20は、第1開口端部40と第2開口端部42との間に延びる階段状の筒状内面46を有する。チューブアダプタ20の内面46は、(第1および第2の)2つの円筒状面46aおよび46bを有する。第1円筒状面46aは、第1開口端部40に隣接しており、第2円筒状面46bは、第2開口端部に隣接して配置されている。第1円筒状面46aの直径は第2円筒状面46bの直径よりも小さい。図示した実施形態では、筒状内面46は、継手が完全に整合されると継手10の長手方向軸を中心に同心となる。チューブアダプタ20は、好ましくは、硬く剛性である金属材料で形成された機械加工部材である。
【0026】
筒状停止面あるいは受容面48は、第1円筒状面46aと第2円筒状面46bとの間で半径方向内側に延びて、チューブアダプタ20の第1開口端部40に隣接する第1軸方向停止面あるいは受容面を形成している。チューブアダプタ20の第2開口端部42は、スナップリング50を連結して有し、第2軸方向停止面あるいは受容面52を形成している。第1および第2軸方向停止面48および52は、軸方向圧縮性要素22の軸方向移動(膨脹および収縮)を制御あるいは制限するものである。具体的には、シールスリーブ26の軸方向移動は、第1および第2軸方向停止面48および52により制御され、これにより、軸方向圧縮性要素22の軸方向移動(膨脹および収縮)が制御あるいは制限される。本実施形態では、軸方向圧縮性要素22は、チューブアダプタ20とシールスリーブ26との間で軸方向に配置されている。したがって、軸方向圧縮性要素22は、チューブアダプタ20の内面46とシールスリーブ26の外面との間の界面をシールしている。軸方向圧縮性要素22を他の位置に配置することもできる。
【0027】
この実施形態において、第2円筒状面46bは、案内要素24を内側に収容して保持する2つの筒状溝46cを有する。案内要素24は、停止面48aと52aとの間の第2円筒状面46b内にシールスリーブ26を摺動自在に支持する金属製波形座金として図示されている。案内要素24を、案内構造を有する他の適した種類にしてもよい。また、多くの用途で、必要に応じて、案内要素24を省くことができる。さらに、必要に応じて、単一案内要素(すなわち、一方の案内要素を取り除く)を使用できる。
【0028】
軸方向圧縮性要素22は、複数回折り畳まれた、比較的従来型の可撓性シールである。本発明に適した複数回折り畳み式シールリングの例は、Hallingに付与された米国特許第4,121,843号に開示されている。その内容全体を参照として本明細書内に引用したものとする。軸方向圧縮性要素22は、好ましくは、第1環状シール端部22aをチューブアダプタ20の環状面48に当接させ、第2環状シール端部22bをシールスリーブ26に当接させた金属製アコーディオン型部材である。複数の折り畳み部分22cが、端部22aと22bとの間に延びている。
【0029】
摺動型シール部材32は、好ましくは、Hallingに付与された米国特許第4,553,775号に開示されている筒状シール部材の変形である。その内容全体を参照として本明細書内に引用したものとする。しかし、可撓性摺動型継手10をシールチューブ28と併用しなければならないのではなく、他の種類の環状摺動型シール部材と併用してもよい。他の態様として、本発明の概念を、ピストンリングが高い摺動力を持ち、ベローズが走行し過ぎた場合のみ動作するピストンリング継手のような他の伸縮摺動型継手に適用することもできる。このような継手では、ピストンリングが移動して、アセンブリ公差、および実質的にベローズでは対処できない他の大きな変位を吸収し、ベローズは、小さな振動から発生する運動を吸収する。
【0030】
図1および図2でわかるように、シールスリーブ26は、外側環状あるいは円筒状支持部材60と、その支持部材60内で固定した状態で連結されている内側環状あるいは円筒状耐摩耗性要素62とを含む。したがって、シールスリーブ26は、好ましくは、支持部材60と耐摩耗性要素62とを一体型ユニットとして互いに動かない状態に固定連結したツーピースユニットである。支持部材60は、好ましくは、硬い剛性材料で製造したものである。一方、耐摩耗性要素62は、摩擦係数の低い非金属材料で製造したものである。支持部材60は、内側で流体が流動できるように、第1開口端部56を備える第1円筒状部分60aと、第2開口端部58を備える第2円筒状部分60bとを有する階段状の筒状部材である。半径方向部分60cが、第1円筒状部分60aと第2円筒状部分60bとの間で半径方向に延びている。この半径方向部分60cは、軸方向圧縮性要素22に当接している、環状で軸方向に向いた面を有し、これらの間にシールを形成している。
【0031】
好ましくは、支持部材60を加熱して、その内側円筒状面を膨脹させてからその内側に耐摩耗性要素62を挿入し、支持部材60を冷却すると同時に、耐磨耗性要素62が支持部材60内で動かない固定状態に連結されることにより、耐摩耗性要素62を支持部材60に固定状態で連結する。耐磨耗性要素62は、これら要素の間の回転動作、角度動作および軸方向線形動作を許容するために、シールチューブ28を係合する平滑な円筒状内面63を有する。上述したように、シールスリーブ26とシールチューブ28とが摺動型シール部材32を形成する。
【0032】
シールチューブ28は、好ましくは、筒状弾性金属部材であり、剛性筒状チューブライナ30に固着状態で連結されている。シールチューブ28については、Hallingに付与された米国特許第4,553,775号に開示されている。この金属製弾性シールチューブ28は、弾性的に変形自在であり、Hallingに付与された米国特許第4,553,775号で説明されているのと実質的に同様方法で、耐摩耗性要素62と締まりばめを形成する。シールチューブ28は、第1球状端部70と、その球状端部70から延びる第2円筒状端部72とを含む。
【0033】
シールチューブライナ30は、シールチューブ28をその上に支持する剛性金属部材である。シールチューブライナ30は、第1球状端部80と、その球状端部80から延びる第2円筒状端部82とを有する。シールチューブライナ30の円筒状端部82は、シールチューブ28とシールチューブライナ30とが第2流体輸送部材14と共に移動するように、第2流体輸送部材14に溶接されている。シールチューブ28は、その円筒状端部72をシールチューブライナ30の円筒状端部82の外面に溶接した状態で、シールチューブライナ30の上に重なっている。球状端部80の曲率は、球状端部70の曲率より小さい。したがって、シールチューブ28の球状端部70および80とシールチューブライナ30との間に環状空間が形成されている。
【0034】
この締まりばめは、摩擦力を低く抑えて、シールチューブ28と円筒状内面63とを相対的に摺動および回転させ、弾性シール要素にその弾性限界を超えた応力を絶対に受けさせないように、比較的軽量でなければならない。
本発明による可撓性摺動型継手10の設計として、多数の変形が考えられる。継手10の用途に応じて、それぞれの変形に有用性がある。例えば、継手10の用途に応じて、軸方向圧縮性要素22および停止面が継手10内で摺動型シール部材32に対して配置されている点を変更することができる。また、継手10の用途に応じて、軸方向圧縮性要素22および停止面がチューブアダプタ20に取付けられている点を変更することができる。製造面では、停止面の構成、および軸方向圧縮性要素22の取付けについて変更することができる。サービス面では、修理および再調整を可能とする変形が考えられる。
【0035】
操作時、可撓性摺動型継手10を以下のように取付ける。例えば、機械工が、可撓性摺動型継手10を第1チューブ部材12と第2チューブ部材14との間に設置する。設置時の公差を吸収するように、摺動型シール部材32をその内腔部内で摺動させる。軸方向圧縮性要素22を圧縮あるいは伸ばして、機械的停止面が許容する運動範囲内で嵌合させる。導管および支持構造が熱膨脹したら、この系は始動する。振動を一時的に無視して、摺動型シール部材32を別の位置まで摺動させて、導管内の熱応力を解放する。導管が膨脹するにつれて、軸方向圧縮性要素22が偏向して、圧縮あるいは伸張により停止面に係合するまで摺動型シールスリーブ26を移動させる。
【0036】
次に、この系が運転されており、振動が来ている状況について考察する。この系が振動し始めたら、機械的停止面48および52が、摺動型シールスリーブ26をシールチューブ28周囲の新たな位置まで前進させて、軸方向圧縮性要素22が自由に移動できるようにする。こうして、軸方向圧縮性要素22は、停止面48および52が許容する範囲内で、軸方向に自由に回転できるようになる。振動による変位が増加した場合、摺動型シールスリーブ26は、軸方向圧縮性要素22が再度自由に移動できるようになるまで、その停止面48および52を介して押し返される。停止面と停止面と間の空隙を超えた変位が起こるたびに、摺動型シールスリーブ26は押し返される。
【0037】
停止面48および52があるため、軸方向圧縮性要素22のバネレートは低くてよい。言い換えれば、停止面48および52により、確実に、軸方向圧縮性要素22の付勢力は常に、シールチューブ28を摺動させる力より大幅に小さくなっている。
摺動型シールスリーブ26が各サイクルの終わりで無理にわずかに摺動させられるという極端な状態も起こり得る。この状態では、磨耗が発生してしまうが、磨耗サイクルの大半は回避できる。また、振動運動が見込まれる範囲を特定し、それに対処できるように軸方向圧縮性要素22および停止面を設計することが望ましい。
【0038】
[第2実施形態]
図3〜図5をまず参照すると、本発明の第2実施形態による可撓性摺動型継手110が図示されている。第1および第2実施形態は同様に機能する。第1実施形態と第2実施形態とが類似していることから、以下では、第1実施形態と第2実施形態との間で異なる点に主に焦点を当てて説明する。
【0039】
可撓性摺動型継手110は、高温および高圧流体が内側で流動できるように、第1および第2流体輸送部材112および114をシールし、これらを互いに相互接続する。可撓性摺動型継手110は、第1流体輸送部材112と第2流体輸送部材114との間の角度ずれ、軸方向動作および回転動作を許容するように設計されている。第1および第2流体輸送部材112および114は、いずれの種類の流体輸送部材でもよい。したがって、第1および第2流体輸送部材112および114の構造は、本発明に重要ではない。図3において、流体が内側で流動する配管系を形成するため、可撓性摺動型継手110は、複数本のボルト116(2つのみ図示)により第1流体輸送部材112に固定され、第2流体輸送部材は溶接線118に沿って可撓性摺動型継手110に溶接されている。
【0040】
可撓性摺動型継手110は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)120と、ベローズあるいは軸方向圧縮性要素122と、1対の案内要素124と、シールスリーブ126と、シールチューブ128と、シールチューブライナ(第2チューブ部材)130とを含む。シールスリーブ126およびシールチュー128が、チューブアダプタ120とシールチューブライナ130との間の角度ずれ、軸方向動作および回転動作を許容する、摺動自在に連結される摺動型シールを形成する。言い換えれば、シールチューブ128は、所定の角度方向力がチューブアダプタ120とシールチューブライナ130との間で発生すると、その角度方向動作を吸収するように構成されている。さらにシールチューブ128は、第1チューブ部材と第2チューブ部材との間に第1の所定の軸方向力が発生すると、その軸方向動作を吸収するように構成されている。ベローズ122は、第2の所定の軸方向力がチューブアダプタ120とシールチューブライナ130との間で発生すると、その軸方向動作を吸収するように構成されている。ベローズ122に対する第2の所定の軸方向力が、シールチューブ128に対する第1の所定の軸方向力より小さくなるように、ベローズ122の圧縮力は、シールチューブ128を摺動する力に対して釣合いがとられている。
【0041】
可撓性摺動型継手110にベローズ122と摺動型シール部材132とを組み合わせることにより、航空機用途で用いられる例などの導管系に可撓性を提供することができる。可撓性摺動型継手110にこの可撓性を持たせることにより、設置時の公差、熱膨張、機体の歪みによる例などの外部「総」運動、回転する機械による例などの振動変位を吸収し、音響および空力音を低減することができる。さまざまな可撓性要件による動作範囲は、通常、設置時の公差が最も大きく、熱膨張はそれより小さく、振動環境における運動は最も小さい。反対に、振動から生じるサイクル数は、振動環境の場合に非常に大きくなる可能性があり、熱膨脹によるサイクルは余り大きくなく、設置時のサイクルは時折発生する程度である。
【0042】
ベローズ122は、軸方向の可撓性を提供するものであり、角度方向におけるその可撓性は非常に限定されている(動作範囲が小さい)。ベローズ122は通常、数百万回の小さな偏向サイクルに耐えられ、ねじり動作には対応しない。ベローズ122は通常、導管系に溶接されるが、本発明の基本概念から逸脱しなければ、他の取付け方法も利用可能である。
【0043】
シールチューブ128からは、軸方向、角度方向、およびねじり方向における可撓性が得られる。つまり、シールチューブ128により、軸方向、角度方向、およびねじり方向における広範囲の動作に対する可撓性が得られる。シールチューブ128は、第1流体輸送部材112と第2流体輸送部材114との間のコネクタとして作用する。シールチューブ128は通常、耐えられる磨耗サイクル数がベローズ122の場合よりも限定されている。したがって、可撓性摺動型継手110には、最高の性能の組合わせとなるベローズ122と摺動型シール部材132とを単一継手内に組み入れるようにする。この可撓性摺動型継手110では、可撓性摺動型継手110が大きな軸方向変位および屈曲角形成を吸収するように摺動型シール部材132を摺動させることができ、ベローズ122は、小さな変位サイクルに対して自由に動作する。
【0044】
設計上、摺動型シール部材132の摺動力とベローズ122の圧縮力との間で力を釣り合わせる必要がある。振動影響をなくすべき運動範囲全体について、摺動型シール部材132に対する摺動力は、ベローズ122に対する圧縮力よりも強くなければならない。摺動型シール部材132は、ある程度の振動運動を吸収するが、これは、ベローズ122と共に振動運動をできるだけ多く取り除きたいからである。
【0045】
設計上、筒状シール部材132の圧力端部「差込み」負荷とベローズ122の圧力端部「差込み」負荷との間で力をある程度釣り合せなければならない。これらの差込み負荷が釣り合っていないと、ベローズ122がいくらか移動してしまう。ベローズ122が移動し過ぎると、スリーブ126は、以下に説明するようにその停止面に突き当たるか、停止面が適切に作用しない場合には筒状シール部材132がチューブアダプタ120から抜けてしまうかのいずれかとなる。スリーブ126が突き当たると、振動運動を吸収するために移動することができなくなる。
【0046】
ベローズ122および摺動型シール部材132は、連続動作するように配置されている。ベローズ122は、好ましくは、軸方向にのみ動作するように拘束されている。ベローズ122の軸方向動作はまた、以下に説明するように軸方向停止面により拘束されている。いくつかの変形例には、ベローズ122を案内し、半径方向の動作を吸収し、案内磨耗を削減する半径方向のバネあるいは軸受がある。摺動型シール部材132は、耐摩耗性シールスリーブ126内で摺動して動作する。
【0047】
設計上さらに、可撓性摺動型継手110にある程度の角度方向自由を追加することによる不測の影響について考慮する。横方向の振動負荷がかかった場合に、シールスリーブ126が循環的に環状シール部材132上に屈曲角形成をしないように防止しなければならない。複数の案内要素124間に筒状シールチューブ128を配置することにより、ある程度シールスリーブ126の屈曲角形成は制限される。
【0048】
図3〜図6でわかるように、チューブアダプタ120は、ボルト116により第1流体輸送部材112に固定連結された第1開口端部140と、隙間嵌めを介して、摺動型シールスリーブ126の一部を内側に収容するための第2開口端部142とを有する。第1開口端部140との第2開口端部142との間に、筒状内面146が延びている。この実施形態において、筒状内面146は、継手が完全に整合されると継手110の長手方向軸を中心に同心となる。チューブアダプタ120は、好ましくは、硬く剛性である金属材料で形成された機械加工部材である。
【0049】
環状取付けフランジ144が、チューブアダプタ120の第1開口端部140から半径方向に外向きに延出している。環状取付けフランジ144には、チューブアダプタ120を第1流体輸送部材112に動かない状態で固定するようにボルト116を収容するための複数の取付け穴144aが形成されている。チューブアダプタ120の第2開口端部142には、ベローズ122が、溶接線145に沿って溶接され、動かない状態で固定されている。ベローズ122は、チューブアダプタ120内で同軸に取付けられている。
【0050】
筒状停止フランジ148は、内面146から半径方向内側に延びて、チューブアダプタ120の第1開口端部140にて第1軸方向停止面あるいは受容面148aを形成している。チューブアダプタ120の第2開口端部142は、第2軸方向停止面あるいは受容面150aを形成するように、溶接線145に沿って筒状停止要素150を溶接して有する。第1および第2軸方向停止面148aおよび150aは、ベローズ122の軸方向移動(膨脹および収縮)を制御あるいは制限するものである。具体的には、シールスリーブ126の軸方向移動は、第1および第2軸方向停止面148aおよび150aにより制御され、これにより、ベローズ122の軸方向移動(膨脹および収縮)が制御あるいは制限される。本実施形態では、ベローズ122は、停止要素150とチューブアダプタ120との間に配置されている。ベローズ122を他の位置に配置することもできる。
【0051】
チューブアダプタ120の内面146は、筒状停止フランジ148と第2開口端部142との間に位置する2つ(第1および第2)の円筒状面146aおよび146bを有する。第1円筒状面146aは、第1開口端部140に隣接して位置し、第2円筒状面146bは、第2開口端部に隣接して位置している。第1円筒状面146aの直径は、第2円筒状面146bの直径よりも小さい。
【0052】
この実施形態において、第1円筒状面146bは、案内要素124を内側に収容して保持する2つの筒状溝146cを有する。案内要素124は、停止面148aと150aとの間の第1円筒状面146a内にシールスリーブ126を摺動自在に支持する金属製波形座金として図示されている。多くの用途で、必要に応じて、案内要素124を省くことができる。これについては、以下で別の好適実施形態を参照しながら説明する。さらに、必要に応じて、単一案内要素(すなわち、一方の案内要素を取り除く)を使用できる。
【0053】
ベローズ122は、複数回折り畳まれた、比較的従来型の可撓性シールである。本発明に適したベローズの例は、Hallingに付与された米国特許第4,643,463号に開示されている。その内容全体を参照として本明細書内に引用したものとする。ベローズ122は、好ましくは、溶接、あるいは当業者に周知の他の手段により、第1環状端部122aをチューブアダプタ120の第2開口端部142に溶接線145に沿って装着し、第2端部122bをシールスリーブ126に装着させた金属製アコーディオン型部材である。停止要素150も、好ましくは、溶接線145に沿ってチューブアダプタ120の第2開口端部に溶接する。
【0054】
摺動型シール部材132は、好ましくは、Hallingに付与された米国特許第4,553,775号に開示されている筒状シール部材に類似したものである。その内容全体を参照として本明細書内に引用したものとする。しかし、可撓性摺動型継手110をシールチューブ128と併用しなければならないのではなく、他の種類の環状摺動型シール部材と併用してもよい。他の態様として、本発明の概念を、ピストンリングが高い摺動力を持ち、ベローズが走行し過ぎた場合のみ動作するピストンリング継手のような他の伸縮摺動型継手に適用することもできる。このような継手では、ピストンリングが動作して、アセンブリ公差、および実質的にベローズでは対処できない他の大きな変位を吸収し、ベローズは、小さな振動から発生する動作を吸収する。
【0055】
図3および図6でわかるように、摺動自在なシール装置134のシールスリーブ126は、内側で流体が流動できるように、第1開口端部および第2開口端部を有する、実質的に筒状あるいは円筒状部材である。シールスリーブ126は、外側環状あるいは円筒状支持部材160と、その支持部材160内に固定状態で連結されている内側環状あるいは円筒状耐摩耗性要素162とを含む。したがって、シールスリーブ126は、好ましくは、支持部材160と耐摩耗性要素162とを一体型ユニットとして互いに動かない固定状態で連結したツーピースユニットである。支持部材160は、好ましくは、硬い剛性材料で製造したものである。一方、耐摩耗性要素162は、摩擦係数の低い非金属材料で製造したものである。スリーブ126の外面は、チューブアダプタ120内で案内要素124と滑り当接するための嵌合を設けられる寸法となっている。スリーブ内腔部163は、締まりばめ内でシールチューブ128を支持する寸法になっている。
【0056】
シールチューブ128は、好ましくは、筒状弾性金属部材であり、剛性筒状チューブライナ130に固定状態で連結されている。シールチューブ128については、Hallingに付与された米国特許第4,553,775号に開示されている。この金属製弾性シールチューブ128は、弾性的に変形自在であり、Hallingに付与された米国特許第4,553,775号で説明されているのと実質的に同様方法で、耐摩耗性要素162と締まりばめを形成する。シールチューブ128は、第1球状端部170と、その球状端部170から延びる第2円筒状端部172とを含む。シールチューブ128には、外面174と内面176とがある。
【0057】
シールチューブライナ130は、シールチューブ128をその上に支持する剛性金属部材である。シールチューブライナ130は、第1球状端部180と、その球状端部180から延びる第2円筒状端部182とを有する。シールチューブライナ130の円筒状端部182は、シールチューブ128とシールチューブライナ130とが第2流体輸送部材114と共に移動するよう第2流体輸送部材114に溶接されている。シールチューブ128は、その円筒状端部172をシールチューブライナ130の円筒状端部182の外面に溶接した状態で、シールチューブライナ130の上に重なっている。球状端部180の曲率は、球状端部170の曲率より小さい。したがって、シールチューブ128の球状端部170および180とシールチューブライナ130との間に環状空間が形成されている。
【0058】
締まりばめは、摩擦力を低く抑えて、シールチューブ128と円筒状内面163とを相対的に摺動および回転させ、弾性シール要素にその弾性限界を超えた応力を絶対に受けさせないように、比較的軽量でなければならない。
次に図7および図8を参照すると、図3に示した装置が図示されており、この場合、第1および第2流体輸送部材112および114(図3にのみ図示)により形成された配管系が受ける熱膨張あるいは機械的な力により、シールチューブライナ130およびシールチューブ128がチューブアダプタに対して軸方向に変位している。しかし、シールチューブライナ130およびシールアダプタ120はこのように軸方向に変位していても、装置に使用されているシールはそのシール当接を維持している。したがって、シールチューブ128は、耐磨耗性要素162の円筒状内面163とのシール当接を、これらの部材間に軸方向変位が発生した場合にも、維持することができる。
【0059】
操作時、可撓性摺動型継手110を以下のように取付ける。例えば、機械工が、可撓性摺動型継手110を第1チューブ部材112と第2チューブ部材114との間に設置する。摺動型シール部材132をその内腔部内で摺動して、設置時の公差を吸収させる。ベローズ122を圧縮あるいは伸ばして、機械的停止面が許容する運動範囲内で嵌合させる。導管および支持構造が熱膨脹したら、この系が始動する。振動を一時的に無視して、摺動型シール部材132を別の位置まで摺動させて、導管内の熱応力を解放する。ベローズ122が偏向して、圧縮あるいは伸張により停止面に係合するまで摺動型シールスリーブ26を移動させる。
【0060】
次に、この系が運転されており、振動が来ている状況について考察する。この系が振動し始めると、機械的停止面が、摺動型シールスリーブ26をシールチューブ28周囲の新たな位置まで前進させて、ベローズ122が自由に動作できるようにする。こうして、ベローズ122は、停止面48および52が許容する範囲内で、軸方向に自由に回転できるようになる。振動による変位が増加した場合、摺動型シールスリーブ126は、ベローズ122が再度自由に移動できるようになるまで、その停止面148および152を介して押し返される。停止面と停止面と間の空隙を超えた変位が起こるたびに、摺動型シールスリーブ126は押し返される。
【0061】
摺動型シールスリーブ26が各サイクルの終わりで無理にわずかに摺動させられるという極端な状態も起こり得る。この状態では、磨耗は発生してしまうが、磨耗サイクルの大半は回避できる。また、振動運動が見込まれる範囲を特定し、それに対処できるようにベローズ122および停止面を設計することが望ましい。
【0062】
[第3実施形態]
次に図9を参照すると、本発明の第3実施形態による可撓性摺動型継手210が図示されている。第2実施形態と第3実施形態とは同様であるが、この第3実施形態では、取付け構造が以下で説明するように変更されている。具体的には、可撓性摺動型継手210は、別の第1流体輸送部材(図示せず)に動かない状態で固定されるように設計された変形型チューブアダプタ220を含む。可撓性摺動型継手210のその他の部分は、第2実施形態と同様である。第2実施形態と第3実施形態とが類似していることから、第2実施形態の部品と同様である第3実施形態の部品には、第2実施形態に含まれる部品の参照番号に100を加えた参照番号を付与する。さらに、第3実施形態の部品についての記載は、第2実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。言い換えれば、以下では、第2実施形態と第3実施形態との違いに焦点を当てて記載する。
【0063】
第2実施形態と同様、可撓性摺動型継手210は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)220、ベローズ222、1対の案内要素224、シールスリーブ226、シールチューブ228およびシールチューブライナ(第2チューブ部材)230を含む。上述したように、チューブアダプタ220を除き、可撓性摺動型継手210の部品と可撓性摺動型継手110の部品は同様である。具体的には、チューブアダプタ220は、クランプ(図示せず)を介して従来の方法で、第2実施形態とは異なる第1流体輸送部材(図示せず)に連結できるように、一方の端部で一体形成された「V字型」フランジアダプタ244を含む。言い換えれば、「V字型」フランジアダプタ244が、第2実施形態の取付けフランジ144の代わりとなる。「V字型」フランジアダプタ244は、第2実施形態が具備する環状停止フランジ148の代わりとなる、第1軸方向停止面あるいは受容面248aを一体形成して備える変形型停止フランジ248を有する。したがって、可撓性摺動型継手210は、第2実施形態と同様に機能する。
【0064】
他の態様として、可撓性摺動型継手210に、チューブアダプタ220ではなく、第1流体輸送部材(図示せず)に溶接により動かない状態で固定されるように設計された変形型チューブアダプタを具備することができる。
[第4実施形態]
次に図10を参照すると、本発明の第4実施形態による可撓性摺動型継手310が図示されている。第2実施形態と第4実施形態とは同様であるが、この第4実施形態では、案内構造が以下で説明するように変更されている。具体的には、可撓性摺動型継手310は、第2実施形態の案内要素124ではなく、空隙型案内構造(すなわち変形型チューブアダプタ)を使用する。可撓性摺動型継手310のその他の部分は、第2実施形態と同様である。第2実施形態と第4実施形態とが類似していることから、第2実施形態の部品と同様である第4実施形態の部品には、第2実施形態に含まれる部品の参照番号に200を加えた参照番号を付与する。さらに、第4実施形態の部品についての記載は、第2実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。言い換えれば、以下では、第2実施形態と第4実施形態との違いに焦点を当てて記載する。
【0065】
第2実施形態と同様、可撓性摺動型継手310は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)320、ベローズ322、シールスリーブ326、シールチューブ328およびシールチューブライナ(第2チューブ部材)330を含む。上述したように、第2実施形態の案内要素124が取り除かれているため、チューブアダプタ320は、空隙型案内構造を形成するようにわずかに変形されている。具体的には、チューブアダプタ320の円筒状面346aは、好ましくは、一定の直径を有する(すなわち、第2実施形態の溝146cおよび案内要素124はない)。したがって、シールスリーブ326の外側環状面は、チューブアダプタ320内に限定空隙を有し、空隙型案内構造を形成している。この配置により、可撓性摺動型継手310の複数部分の横方向動作を限定できる上、部材数および製造ステップを削減することができる(すなわち、簡略化された構造が得られる)。このように、可撓性摺動型継手310は、第2実施形態と実質的に同様に機能する。
【0066】
[第5実施形態]
次に図11を参照すると、本発明の第5実施形態による可撓性摺動型継手410が図示されている。第2実施形態と第5実施形態とは同様であるが、この第5実施形態では軸方向の動作を停止面るための構造が以下で説明するように変更されている。具体的には、可撓性摺動型継手410は、変形型第1停止面を有する。具体的には、可撓性摺動型継手410は、変形型第1停止面を形成するために、変形型チューブアダプタ420と変形型ベローズ422とを含む。可撓性摺動型継手410のその他の部分は、第2実施形態と同様である。第2実施形態と第5実施形態とが類似していることから、第2実施形態の部品と同様である第5実施形態の部品には、第2実施形態が含む部品の参照番号に300を加えた参照番号を付与する。さらに、第5実施形態の部品についての記載は、第2実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。言い換えれば、以下では、第2実施形態と第5実施形態との違いに焦点を当てて記載する。
【0067】
第2実施形態と同様、可撓性摺動型継手410は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)420、ベローズ422、1対の案内要素424、シールスリーブ426、シールチューブ428およびシールチューブライナ(第2チューブ部材)430を含む。上述したように、可撓性摺動型継手410の部品は、チューブアダプタ420およびベローズ422以外については、可撓性摺動型継手110の部品と同様である。具体的には、チューブアダプタ420は、第1停止面の一部を形成するように、ベローズ422に隣接して形成された環状停止面凹部448を有する。第2実施形態の環状停止フランジ148は、この実施形態では取り除かれている。ベローズ422は、第1端部422aと、停止面部分を形成する第2端部422bを有する。ベローズ422の停止面部分422bは、チューブアダプタ420の環状停止面凹部448に選択的に当接して第1停止面を形成するように配置されている。したがって、可撓性摺動型継手410は、第2実施形態と同様に機能する。
【0068】
[第6実施形態]
次に図12を参照すると、本発明の第6実施形態による可撓性摺動型継手510が図示されている。第2実施形態と第6実施形態とは同様であるが、この第6実施形態では軸方向の動作を停止面るための構造とベローズ522およびチューブアダプタ520の間の接続とが以下で説明するように変更されている。第2実施形態と第6実施形態とが類似していることから、第2実施形態の部品と同様である第6実施形態の部品には、第2実施形態が含む部品の参照番号に400を加えた参照番号を付与する。さらに、第6実施形態の部品についての記載は、第2実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。
【0069】
第2実施形態と同様、可撓性摺動型継手510は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)520、ベローズ522、1対の案内要素524、シールスリーブ526、シールチューブ528およびシールチューブライナ(第2チューブ部材)530を含む。この実施形態では、ベローズ522の第1端部522aが、スプリットリング545aおよび皿座金あるいはバネ545bを介してチューブアダプタ520に連結されている。具体的には、ベローズ522の第1端部522aが、スリットリング545aおよび皿座金あるいはバネ545bを連結器として、チューブアダプタ520の内面546bの錐面に対して挟持されるよう湾曲している。ベローズ522の第2端部522bは、シールスリーブ526の支持部材560に溶接されている。
【0070】
また、この実施形態では、シールスリーブ526の支持部材560は、1対の軸方向停止面563aおよび563bを形成する環状フランジ563を、その外面上に含んでいる。案内要素524が、この支持部材560の軸方向停止面563aおよび563bに当接して、シールスリーブ526およびベローズ522の軸方向移動を制限する。
【0071】
[第7実施形態]
次に図13を参照すると、本発明の第7実施形態による可撓性摺動型継手610が図示されている。第2実施形態と第7実施形態とは同様であるが、この第7実施形態では、ベローズ622とチューブアダプタ620との間の接続が以下で説明するように変更されている。第2実施形態と第7実施形態とが類似していることから、第2実施形態の部品と同様である第7実施形態の部品には、第2実施形態が含む部品の参照番号に500を加えた参照番号を付与する。さらに、第7実施形態の部品についての記載は、第2実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。
【0072】
第2実施形態と同様、可撓性摺動型継手610は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)620、ベローズ622、1対の案内要素624、シールスリーブ626、シールチューブ628およびシールチューブライナ(第2チューブ部材)630を含む。この実施形態では、ベローズ622の第1端部622aが、スプリットリング645および筒状停止要素650を介してチューブアダプタ620に連結されている。具体的には、筒状停止要素650は、停止面を形成する第1端部650aと、スリットリング645を介してベローズ622の第1端部622aをチューブアダプタ620にクランプする第2V字型端部650bとを有する。言い換えれば、ベローズ622の第1端部622aは、チューブアダプタ620の内面646bが含む錐面と、V字型端部650bとの間に挟持されている。筒状停止要素650のV字型端部650bは軸方向に弾性であるため、スリットリング645がチューブアダプタ620の環状溝内に取付けられると、軸方向に圧縮される。ベローズ622の第2端部622bは、シールスリーブ626の支持部材660に溶接されている。
【0073】
[第8実施形態]
次に図14を参照すると、本発明の第8実施形態による可撓性摺動型継手710が図示されている。第2実施形態と第8実施形態とは同様であるが、この第8実施形態では、チューブアダプタ720が以下で説明するように変更されている。第2実施形態と第8実施形態とが類似していることから、第2実施形態の部品と同様である第8実施形態の部品には、第2実施形態が含む部品の参照番号に600を加えた参照番号を付与する。さらに、第8実施形態の部品についての記載は、第2実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。
【0074】
第2実施形態と同様、可撓性摺動型継手710は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)720、ベローズ722、1対の案内要素724、シールスリーブ726、シールチューブ728およびシールチューブライナ(第2チューブ部材)730を含む。この実施形態では、第2実施形態のように一体型フランジ148を有するのではなく、スプリットリング748が、チューブアダプタ720の内面746aに固定されている。
【0075】
[第9実施形態]
次に図15を参照すると、本発明の第9実施形態による可撓性摺動型継手810が図示されている。第2実施形態と第9実施形態とは、上述した同様原理を用いている。しかし、この第9実施形態では、ベローズ822、シールスリーブ826、シールチューブ828およびシールチューブライナ830の配置が第2実施形態と異なっている。第2実施形態と第9実施形態とが類似していることから、第2実施形態の部品と同様である第9実施形態の部品には、第2実施形態が含む部品の参照番号に700を加えた参照番号を付与する。さらに、第9実施形態の部品についての記載は、第2実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。
【0076】
第2実施形態と同様、可撓性摺動型継手810は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)820、ベローズ822、シールスリーブ826、シールチューブ828、シールチューブライナ(第2チューブ部材)830、および3つの筒状部材831、833および835を含む。上述の実施形態で示したように、可撓性摺動型継手810を、ボルトあるいは溶接により、第1流体輸送部材と第2流体輸送部材との間に設置することができる。したがって、この実施形態では、ベローズ822を、第2流体輸送部材14とチューブシール828との間に配置する。これにより、シールスリーブ826が、筒状アダプタ820の内面846に固定される。
【0077】
第1筒状部材831は、溶接によりベローズ822の第1端部822aに固定され、第2筒状部材833は、溶接によりベローズ822の第2端部822bに固定される。第3筒状部材835は、溶接により第2筒状部材833に固定され、第1筒状部材831の内面を摺動自在に支持する。潤滑剤を、好ましくは、第1筒状部材831の内面と第3筒状部材835の外面との間に適用する。
【0078】
第1筒状部材831は、溶接によりチューブあるいは流体輸送部材14に溶接される第1円筒状端部831aと、第1円筒状端部831aより直径の小さな第2円筒状端部831bと、移行部831cとを有する。移行部831cは、第1円筒状端部831aと第2円筒状端部831bとの間に形成されており、第3筒状部材835に当接する軸方向停止面あるいは接当面として作用する。第1筒状部材831の端面831dも、軸方向停止面として作用する。
【0079】
第2筒状部材833は、シールチューブライナ830に溶接された第1円筒状端部833aと、第3筒状部材835に溶接された第2円筒状端部833bとを有する。第2円筒状端部833bの直径は、第2円筒状端部833bの直径よりも小さい。第2筒状部材833の端面833cは、第1筒状部材831の端面あるいは停止面831dに当接する、軸方向停止面あるいは接当面831dとして作用する。
【0080】
第3筒状部材835は、第1筒状部材831が具備する第1円筒状端部831aの内面を支持する第1円筒状端部835aと、第2筒状部材833の円筒状端部833bに溶接された第2円筒状端部835bとを有する。第2円筒状端部835bの直径は、第1円筒状端部835aの直径より小さいため、第1円筒状端部835aと第2円筒状端部835bとの間で移行部835cが形成されている。移行部835cは、第1筒状部材831の移行部831cに当接するように配置されている。したがって、移行部835cは、ベローズ822の軸方向動作を制限する軸方向停止面あるいは接当面として作用する。第2円筒状端部835bは、第1筒状部材831が具備する第2円筒状端部831bの内面を支持する。したがって、第1筒状部材831は第3筒状部材835の周囲上を摺動して、ベローズ822の屈曲角形成を防止する。このように、第1、第2および第3筒状部材831、833および835は、ベローズ822の軸方向移動(膨脹および収集)を制限あるいは制御するように配置されると同時に、ベローズ822の屈曲角形成も防止している。具体的には、端面あるいは停止面831dおよび833cがベローズ822の収縮を制限し、移行部831cおよび835cがベローズの膨脹を制限する。第1、第2および第3筒状部材831、833および835は協働して、横方向の振動があった場合に、ベローズ822全体にわたる屈曲角形成の自由度を制限することにより、摺動型シール部材832がスリーブ826内で回転して屈曲角を形成し、磨耗させることを防止する。
【0081】
上述した実施形態と同様に、本発明によるこの第9実施形態の可撓性摺動型継手810も、摺動型シール部材832の摺動力とベローズ822を圧縮する力とを釣り合わせる必要がある。振動影響をなくすべき動作範囲に対して、摺動型シール部材832の摺動力をベローズ822の付勢力よりも強くしなければならない。摺動型シール部材832は振動運動をいくらか吸収するが、これは、ベローズ822の振動運動をできる限りなくすためである。
【0082】
可撓性摺動型継手810ではまた、摺動型シール部材832の圧力端部「差込み」負荷とベローズ822の圧力端部「差込み」負荷との間で力を釣り合せなければならない。これらの差込み負荷が釣り合っていないと、ベローズ822がいくらか動作してしまう。ベローズ122が動作し過ぎると、スリーブ126は、以下に説明するようにその停止面に突き当たるか、停止面が適切に作用しない場合には筒状シール部材832がチューブアダプタ820から抜けてしまうかのいずれかとなる。ベローズ822が突き当たると、振動運動を吸収するために動作することができなくなる。
【0083】
[第10実施形態]
次に図16を参照すると、本発明の第10実施形態による可撓性摺動型継手910が図示されている。第9実施形態と第10実施形態とは同様であるが、この第10実施形態では、以下に説明するように筒状部材833が取り除かれている。第9実施形態と第10実施形態とが類似していることから、第9実施形態の部品と同様である第10実施形態の部品には、第9実施形態が含む部品の参照番号に100を加えた参照番号を付与する。さらに、第9実施形態の部品についての記載は、第9実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。
【0084】
第9実施形態と同様、可撓性摺動型継手910は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)920、ベローズ922、シールスリーブ926、シールチューブ928およびシールチューブライナ(第2チューブ部材)930を含む。この実施形態では、第1筒状部材931は、溶接によりベローズ922の第1端部922aに固定されており、ベローズ922の第2端部922bは、溶接によりシールチューブライナ930の筒状端部933に直接固定されている。したがって、筒状端部933が第2筒状部材を形成している。第3筒状部材935は、溶接により第2筒状部材933に固定されて、第1筒状部材931の内面を摺動自在に支持している。
【0085】
第1筒状部材931は、チューブあるいは流体輸送部材14に溶接された第1円筒状端部931aと、第1円筒状端部931aより直径の小さな第2円筒状端部931bと、移行部931cとを有する。移行部931cは、第1円筒状端部と第2円筒状端部との間に形成されて、第3筒状部材935に当接する、軸方向停止面あるいは接当面として作用している。第1筒状部材931の端面931dも、軸方向停止面として作用する。
【0086】
第2筒状部材933は、シールチューブライナ930と一体形成された第1円筒状端部933aと、第3筒状部材935に溶接された第2円筒状端部933bとを有する。第2円筒状端部933bの直径は、第1円筒状端部933aの直径より小さい。第2筒状部材933の端面933cは、第1筒状部材931の端面あるいは停止面931dに当接する軸方向停止面あるいは接当面として作用する。
【0087】
第3筒状部材935は、第1筒状部材931が具備する第1円筒状端部931aの内面を支持する第1円筒状端部935aと、第2筒状部材933が具備する第2円筒状端部933bに溶接された第2円筒状端部935bとを有する。第2円筒状端部935bの直径は第1円筒状端部935aの直径より小さくなっているため、これらの間に移行部935cが形成されている。移行部935cは、第1筒状部材931の移行部931cに当接するように配置されている。したがって、移行部材部材935cは、ベローズ922の軸方向動作を制限する、軸方向停止面あるいは接当面として作用する。第2円筒状端部935bは、第1筒状部材931が具備する第2円筒状端部931bの内面を支持している。したがって、第1筒状部材931は、第3筒状部材935の周囲上で摺動して、ベローズ922の屈曲角形成を防止する。こうして、第1、第2および第3筒状部材931、933および935は、ベローズ922の軸方向移動(膨脹および収縮)を制限あるいは制御して、ベローズ922の屈曲角形成を防止するように配置されている。具体的には、端面あるいは停止面931dおよび933cがベローズ922の収縮を制限し、移行部931cおよび935cがベローズ922の膨脹を制限する。
【0088】
[第11実施形態]
次に図17を参照すると、本発明の第11実施形態による可撓性摺動型継手1010が図示されている。第9実施形態と第11実施形態とは同様であるが、この第11実施形態では、以下に説明するように筒状部材833が取り除かれ、筒状部材835が逆になっている。以下に説明するように、他にもいくつかの変更点がある。第3筒状部材1035は、シールチューブライナ1030を完全に貫通して延び、シールチューブライナ1030の自由端と協働して、その端部に案内面を形成している。第9実施形態と第11実施形態とが類似していることから、第9実施形態の部品と同様である第11実施形態の部品には、第9実施形態が含む部品の参照番号に200を加えた参照番号を付与する。さらに、第11実施形態の部品についての記載は、第9実施形態の部品と同様であるため、便宜上省略することができる。
【0089】
第9実施形態と同様、可撓性摺動型継手1010は、チューブアダプタ(第1チューブ部材)1020、ベローズ1022、シールスリーブ1026、シールチューブ1028、筒状部材1033(第2チューブ部材)と連続して一体であるシールチューブライナ1030、および2つの追加された筒状部材1031および1035を含む。この実施形態では、第1筒状部材1031は溶接によりベローズ1022の第1端部1022aに固定されており、ベローズ1022の第2端部1022bは、溶接によりシールチューブライナ1030の筒状端部1033に直接固定されている。したがって、シールチューブライナ1030が含む両端部の一方の端部である筒状部材1033が第2筒状部材を形成している。第3筒状部材1035は、溶接により第1筒状部材1031に固定されて、シールチューブライナ1030の一部である第2筒状部材1033の内面を摺動自在に支持している。
【0090】
第1筒状部材1031は、チューブあるいは流体輸送部材14に溶接された第1円筒状端部1031aと、第1円筒状端部931bより直径の小さな第2円筒状端部1031bと、移行部1031cとを有する。移行部1031cは、第1円筒状端部1031aと第2円筒状端部1031bとの間に形成されている。第1筒状部材1031の端面1031dが、軸方向停止面として作用する。
【0091】
第2筒状部材1033は、シールチューブライナ1030の主要な円筒状部分である第1円筒状端部1033aと、シールチューブライナ1030の自由端である第2円筒状端部1033bとを有する。第2円筒状端部1033bは、第3筒状部材1035に沿って摺動する。第2円筒状端部1033bの直径は、第1円筒状端部の直径より小さくなっているため、ベローズ1022の軸方向動作を制限する軸方向停止面あるいは接当面として作用する移行部1033cが形成されている。第2筒状部材1033の端面1033dも、第1筒状部材1031の端面あるいは停止面1031dに当接する軸方向停止面あるいは接当面として作用する。
【0092】
第3筒状部材1035は、第2筒状部材1033が具備する第1円筒状端部1033aの内面を摺動自在に支持する第1円筒状端部1035aと、第1筒状部材1031が具備する第2円筒状端部1031bに溶接された第2円筒状端部1035bとを有する。第3筒状部材1035は、シールチューブ1030を完全に貫通して延び、シールチューブライナ1032の自由端と協働して、その端部に案内面を形成している。第2円筒状端部1035bの直径は第1円筒状端部1035aより小さくなっているため、これらの間に移行部1035cが形成されている。移行部1035cは、第2筒状部分1033の移行部1033cに当接するように配置されている。したがって、移行部1035cは、ベローズの軸方向動作を制限する軸方向停止面あるいは接当面として作用する。第2円筒状端部1035bは、第2筒状部材1033が具備する第2円筒状端部1033bの内面を支持している。したがって、第2筒状部材1033は、第3筒状部材1035の周囲上で摺動して、ベローズ1022の屈曲角形成を防止している。このように、第1、第2および第3筒状部材1031、1033および1035は、ベローズの軸方向動作(膨脹および収縮)を制限あるいは制御しながら、ベローズ1022の屈曲角形成を防止するように配置されている。具体的には、端面あるいは停止面1031dおよび1033cがベローズ1022の収縮を制限し、移行部1031cおよび1035cがベローズ1022の膨脹を制限している。
【0093】
[上記実施形態で使用した用語]
本明細書でいう「締まりばめ」は、円筒状面の直径とは設置前に多少異なる自由直径を有し、かつ弾性であるシール部材あるいは要素の湾曲面について、その湾曲面を円筒状面内あるいは周囲に押し付けると、シール部材あるいは要素が弾性的に変形して、その弾性変形の反力により、円筒状面に密接した状態を維持することをいう。
【0094】
本明細書でいう「自由直径」とは、円筒状面に設置する前、したがって、弾性変形、圧縮あるいは膨脹する前のリング部分湾曲面の直径をいう。
本明細書でいう「実質的に」「約」および「およそ」などの程度を示す用語は、最終結果が大幅に変化しない程度に、こうした用語に修飾された条件に妥当量の偏差を含むことを意味している。こうした程度を示す用語が、その用語で修飾する条件の意味を否定するものでない場合には、これらの用語を、修飾された条件に対する少なくとも±5%の偏差を含むものとして解釈すべきである。
【0095】
以上、選択した実施形態のみを用いて本発明を例示してきたが、当業者であれば本開示内容から、添付した請求の範囲に定められる本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変更および修正を本明細書に加えられることが明白であろう。さらに、本発明による実施形態に関する上述は例示のみを目的とするものであって、添付した請求の範囲およびその等価物によって定められる本発明を制限するものではない。
【0096】
【本発明の効果】
本発明によれば、細かい線形変位に対する軸方向圧縮性要素と、第1チューブ部材と第2チューブ部材との間に発生するこの線形変位より大きな線形動作を吸収するように構成された摺動型シール部材とを有する可撓性摺動型継手が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による、第1流体輸送部材と第2流体輸送部材との間に設置された可撓性摺動型継手を示し、一部長手方向断面を通る側面図である。
【図2】本発明の第1実施形態による、図1に示した可撓性摺動型継手のうち選択した部品を示す長手方向断面図である。
【図3】本発明の第2実施形態による、第1流体輸送部材と第2流体輸送部材との間に設置された可撓性摺動型継手を示し、一部長手方向断面を通る側面図である。
【図4】本発明の第2実施形態による、図3に示した可撓性摺動型を示す長手方向拡大断面図である。
【図5】本発明の第2実施形態による、図3および図4に示した可撓性摺動型継手の選択部分を示す長手方向拡大断面図である。
【図6】本発明の第2実施形態による、図3〜図5に示した可撓性摺動型継手の選択部分を示す長手方向断面図である。
【図7】本発明の第2実施形態による可撓性摺動型継手を示す、図4に類似した長手方向拡大断面図であるが、この可撓性摺動型継手は第1方向に軸方向変位をしている。
【図8】本発明の第2実施形態による可撓性摺動型継手を示す、図4および図7に類似した長手方向拡大断面図であるが、この可撓性摺動型継手は第2方向に軸方向変位をしている。
【図9】本発明の第3実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【図10】本発明の第4実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【図11】本発明の第5実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【図12】本発明の第6実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【図13】本発明の第7実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【図14】本発明の第8実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【図15】本発明の第9実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【図16】本発明の第10実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【図17】本発明の第11実施形態による可撓性摺動型継手を示す長手方向拡大断面図である。
【符号の説明】
10 可撓性摺動型継手
12 第1流体輸送部材
14 第2流体輸送部材
16 溶接線
18 溶接線
20 チューブアダプタ
22 軸方向圧縮性要素
22a 第1環状シール端部
22b 第2環状シール端部
22c 折り畳み部分
24 案内要素
26 シールスリーブ
28 シールチューブ
30 シールチューブライナ
32 摺動型シール部材
34 シールアセンブリ
40 第1開口端部
42 第2開口端部
42a 筒状溝
46 筒状内面
46a 円筒状面
46b 円筒状面
48 停止面あるいは受容面
50 保持リング
52 停止面あるいは受容面
56 第1開口端部
58 第2開口端部
60 外側環状あるいは円筒状支持部材
60a 第1円筒状部分
60b 第2円筒状部分
60c 半径方向部分
62 内側環状あるいは円筒状耐摩耗性要素
63 平滑な円筒状内面
70 第1球状端部
72 第2円筒状端部
80 第1球状端部
82 第2円筒状端部

Claims (26)

  1. 第1中心軸を有する第1チューブ部材と、
    第2中心軸を有する第2チューブ部材と、
    前記第1チューブ部材と前記第2チューブ部材との間で第1の所定の軸方向力が発生すると第1範囲の軸方向動作を吸収するよう、前記第1チューブ部材と前記第2チューブ部材との間で構成される摺動自在なシールアセンブリと、
    前記第1チューブ部材と前記第2チューブ部材との間で第2の所定の軸方向力が発生すると第2範囲の軸方向動作を吸収するよう、前記第1チューブ部材と前記第2チューブ部材との間で構成されるとともに、前記第2の所定の軸方向力が前記第1の所定の軸方向力より小さくなるよう前記摺動型シール部材に対して力の面で釣合いがとられている軸方向圧縮性要素と、
    を含む可撓性摺動型継手。
  2. 前記摺動自在なシールアセンブリは、前記第1チューブ部材に連結されるシールスリーブと、前記第2チューブ部材に連結されるシールチューブとを含み、
    前記シールスリーブは、前記シールチューブの外側当接面と摺動自在に当接する環状内側当接面を有する、
    請求項1に記載の可撓性摺動型継手。
  3. 前記軸方向圧縮性要素は、前記シールスリーブが前記第1チューブ部材に対して軸方向に摺動するよう、前記第1チューブ部材に対する第1端部と、前記シールスリーブに対する第2端部とに配置される、請求項に記載の可撓性摺動型継手。
  4. 前記シールスリーブは、少なくとも1つの案内要素により前記第1チューブ部材上に摺動自在に支持される、請求項2に記載の可撓性摺動型継手。
  5. 前記第1チューブ部材と、前記シールスリーブと、前記軸方向圧縮性要素とが協働して前記シールスリーブの軸方向動作を所定範囲内に制限する1対の第1軸方向停止面および1対の第2軸方向停止面を形成するよう構成されている、請求項3に記載の可撓性摺動型継手。
  6. 前記第1軸方向停止面は、前記第1チューブ部材の対向する両端部に形成され、前記第2軸方向停止面は、前記シールスリーブの対向する両端部に形成される、請求項5に記載の可撓性摺動型継手。
  7. 前記軸方向停止面の少なくとも1つは、前記シールスリーブを摺動自在に支持する前記第1チューブ部材の筒状部一体の単一部品として一体形成される、請求項6に記載の可撓性摺動型継手。
  8. 前記第1軸方向停止面の少なくとも1つは、前記第1チューブ部材に固定連結される別部材である、請求項6に記載の可撓性摺動型継手。
  9. 前記軸方向停止面の少なくとも1つは、前記シールスリーブを摺動自在に支持する、前記第1チューブ部材の筒状部の一体の単一部品として一体形成される、請求項5に記載の可撓性摺動型継手。
  10. 前記第1軸方向停止面の少なくとも1つは、前記第1チューブ部材に固定連結される別部材である、請求項5に記載の可撓性摺動型継手。
  11. 前記第1軸方向停止面の1つは、前記軸方向圧縮性要素の一方の端部により形成される、請求項5に記載の可撓性摺動型継手。
  12. 前記第1チューブ部材および前記シールスリーブの一方が1対の案内要素を連結して有するとともに前記第1チューブ部材および前記シールスリーブの他方が停止面部材を連結して有することにより、前記第1軸方向停止面が前記案内要素により形成され、前記第2軸方向停止面が前記停止面部材により形成される、請求項5に記載の可撓性摺動型継手。
  13. 前記軸方向圧縮性要素は、前記シールチューブに対して半径方向に外向きに配置される、請求項2に記載の可撓性摺動型継手。
  14. 前記シールチューブは、前記シールスリーブに対して角度をつけるため、前記シールスリーブに当接する弾性球状部を有する、請求項2に記載の可撓性摺動型継手。
  15. 前記シールスリーブは、前記第1チューブ部材の内面に固定連結され、
    前記シールチューブは、前記シールスリーブの前記内側当接面に当接する前記外側当接面を有する第1端部と、前記第2チューブ部材に連結される第2端部とを含み、
    前記軸方向圧縮性要素は、前記第2端部と前記第2チューブ部材との間に配置される、
    請求項2に記載の可撓性摺動型継手。
  16. 前記軸方向圧縮性要素は、前記第2チューブ部材に固定連結された第1端部と、前記シールチューブの前記第2端部に固定連結された第2端部とを有しており、支持チューブが、前記第2チューブ部材および前記シールチューブの一方に固定連結され、前記第2チューブ部材および前記シールチューブの他方に摺動自在に連結される、請求項15に記載の可撓性摺動型継手。
  17. 前記第2チューブ部材と、前記シールチューブと、前記支持チューブとが協働して前記軸方向圧縮性要素の軸方向動作を所定範囲内に制限する1対の第1軸方向停止面および1対の第2軸方向停止面を形成するように構成される、請求項16に記載の可撓性摺動型継手。
  18. 前記シールチューブは、筒状部材を連結して有し、前記筒状部材は、前記シールチューブを前記軸方向圧縮性要素に連結するように構成されている、請求項17に記載の可撓性摺動型継手。
  19. 前記シールチューブは、前記シールスリーブに対して角度をつけるため、前記シールスリーブに当接する弾性球状部を有しており、シールチューブライナが、前記シールチューブを前記筒状部材に連結している、請求項18に記載の可撓性摺動型継手。
  20. 前記シールチューブは、前記シールスリーブに対して角度をつけるため、前記シールスリーブに当接する弾性球状部を有する、請求項18に記載の可撓性摺動型継手。
  21. 前記摺動自在なシールアセンブリは、前記第1チューブ部材と前記第2チューブ部材との間で所定の角度方向力が発生すると前記第1中心軸と前記第2中心軸との間の角度方向動作を吸収するよう、前記第1チューブ部材と前記第2チューブ部材との間で構成されている、請求項1に記載の可撓性摺動型継手。
  22. 前記軸方向圧縮性要素は、前記第1シール端部と前記第2シール端部とを有する着脱自在なシールリングである、請求項1に記載の可撓性摺動型継手。
  23. 前記シールリングは、前記第1シール端部と前記第2シール端部との間に複数の折り畳み部を有する、請求項22に記載の可撓性摺動型継手。
  24. 前記シールリングは、加圧されて作動するよう、前記第1および第2チューブ部材に対して構成される、請求項23に記載の可撓性摺動型継手。
  25. 前記軸方向圧縮性要素は、複数の折り畳み部を有するベローズである、請求項1に記載の可撓性摺動型継手。
  26. 第1チューブに連結するための第1取付手段と、
    第2チューブに連結するための第2取付手段と、
    前記第1取付手段と前記第2取付手段との間で第1の所定の軸方向力が発生した場合に、前記第1取付手段と前記第2取付手段との間で第1範囲の軸方向動作を吸収するための第1シール手段と、
    前記第1取付手段と前記第2取付手段との間で第2の所定の軸方向力が発生した場合に、前記第1取付手段と前記第2取付手段との間で第2範囲の軸方向動作を吸収するとともに、前記第2の所定の軸方向力が前記第1の所定の軸方向力より小さくなるよう、前記第1シール手段に対して力の面で釣り合っている第2シール手段と、
    を含む可撓性摺動型継手。
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