JP5384036B2 - 安全締結具手段を含む結合システム - Google Patents

Description

本発明は、特にヘリコプターのタービンエンジン（これに限定されるわけではないが）に使用されるパイプ結合システムの分野に関する。

さらに詳しくは、本発明は、締結接続部を介してパイプの一端に締結する継手を備える結合システムに関する。

このような結合システムは、従来から、例えばタービンエンジンの高温部を冷却すべく、そのような高温部へと圧縮空気を届ける目的など、タービンエンジンの部材に液体または気体などの流体を供給する目的のために、パイプをタービンエンジンの部材に結合できるようにする。

タービンエンジンに取り付けられた継手の締結接続部が、動作中のタービンエンジンが生み出す振動が原因で厳しい機械的応力にさらされ、そのような厳しい機械的応力が、締結接続部の損傷および接合部の破損につながる有害な結果をもたらしかねないことも知られている。

そのような破損の危険を少なくするため、接合部の破損の場合でも、流体が依然として供給されることを保証するように、必要とされるパイプおよび継手の数を２倍にすることが知られており、接合部の破損の場合に、冗長のパイプが流体を供給する唯一のパイプとなる。

しかしながら、パイプの冗長化は、コスト、追加の重量、かさ、および保守などのさまざまな欠点を呈する。

米国特許出願公開第２００４／２３９１０３号明細書が、航空機において２つのパイプ間の分離を制限するための装置を開示している。
米国特許出願公開第２００４／２３９１０３号明細書

本発明の目的は、上述の欠点を被ることがなく、締結接続部の損傷または破損にもかかわらず、流体が継続して供給されることを保証できるようにする、安全な結合システムを提供することにある。

本発明は、その目的を、本発明の結合システムが、締結接続部を囲むスリーブの形態の安全締結具手段をさらに備え、該安全締結具手段が、パイプへの溶接のための第１の端部と、フックを形成する第２の端部とを有し、フックを形成する第２の端部は、締結接続部の損傷の場合に最小限の漏れでの流体の供給を保証する目的のために、フックが継手とパイプとの間に締結をもたらすために適する様式で、継手と協働するという事実によって達成する。

このように、本発明によれば、安全締結具手段が、継手とパイプとが一体に締結されたままであるように保証すべく、締結接続部の代わりをするのに適している。

したがって、従来技術の装置と異なり、冗長のパイプを設ける必要がなく、安全締結具手段が、締結接続部が損傷した場合に、フックによって締結機能を有利に引き受ける。

好ましくは、スリーブの外周に、スリーブがパイプへと締結される間、外部の作業者が締結接続部を見ることができる開口が設けられている。これにより、有利には、整備士が、締結接続部の状態を視認して、必要に応じて、いつ締結接続部が損傷されたかを視覚的に検出することを可能にする。

したがって、本発明によれば、締結接続部の劣化を診断するために、安全締結具手段を分解する必要がない。

適切に、フックが、締結接続部が損傷した場合にのみ、継手とパイプとの間の締結をもたらすのに適している。

したがって、締結接続部が、その締結機能を果たしている限りは、安全締結具手段は、継手とパイプとの間の締結部の提供に寄与しておらず、したがって、有利な様式として、安全締結具手段が、機械的な負荷にさらされない。

換言すると、締結接続部が無傷であり、あるいはいずれにしても損傷がきわめてわずかである限りは、安全締結具手段に負荷が加わらないままである。

これにより、安全締結具手段の機械的強度が有利に保存され、締結接続部の損傷の場合にのみ利用される。

好ましくは、スリーブの第１の端部が、ただ１つの環状の溶接部によってパイプへと溶接され、締結が簡単かつ迅速に実行されることを可能にしている。

本発明の意味において、用語「損傷」は、締結接続部が、もはやその締結機能を果たしていない状態を指すために使用される。この状態は、締結接続部が破損する前に生じることがある。

したがって、本発明において、安全締結具手段が、締結接続部の損傷の場合に、パイプの継手への締結を引き継ぐために適していることを、理解することができる。

締結接続部が、その締結機能をもはや果たすことができないような程度まで損傷するとすぐに、フックが継手に係合して、継手を保持する。安全締結具手段そのものは、パイプに締結されているため、結果として、有利にパイプと継手との間の締結が再び確立される。

このように、本発明において、安全締結具手段の機械的強度が、前記接続部への損傷の起源にある、締結接続部が被る応力を受けないなら、安全締結具手段が、継手をパイプへ締結することができる。

したがって、本発明が、冗長のパイプの省略を有利に可能にすることを、理解することができる。

有利には、締結接続部に損傷が存在しない場合には、フックと継手との間にすき間が存在している。

したがって、損傷がない場合、すなわち結合システムの通常の動作において、継手と安全締結具手段とに間に接触が存在せず、結果として、安全締結具手段は、負荷を受けない。

有利な実施形態において、締結接続部が損傷した場合、特に前記締結接続部が破損した場合に、安全締結具手段が、すき間を超えない距離だけ継手に対して動くことで、フックが、継手の安全締結具手段に対する移動を防止するために適した様式で継手に接触する。前記安全締結具手段がパイプに締結されるため、パイプおよび継手が、フックによって再び互いに締結されることを理解できる。

さらに、すき間は、継手およびパイプの互いの相対移動の最大距離を構成している。

有利には、前記すき間が、パイプの端部に係合される円筒部の軸方向の軸方向すき間である。

好ましくは、円筒部の長さは、締結接続部が損傷した場合に、パイプが継手から外れることがないよう、すき間以上である。

また、好ましくは、すき間は、０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．５ｍｍの範囲にある。

この値を有するすき間の利点は、フックが、締結接続部の損傷の場合に速やかに継手に係合するのに適し、逆に「通常の」動作の際に、フックが継手に接することがないようにするために充分である点にある。

また、このすき間は、本発明の範囲を超えることなく、径方向または角度方向であってもよく、「軸方向」、「径方向」、および「角度方向」などといった形容詞は、パイプの端部の軸を基準にして取られると理解される。

有利には、締結接続部は、環状の溶接部であり、好ましくは円筒部とパイプとの間に形成される。

スリーブの第１の端部が、好ましくはパイプの外表面に溶接される。

本発明の第１の実施形態において、フックを形成する第２の端部が、継手と保持プレートとの間で軸方向に保持されるように構成される。

好ましくは、保持プレートが、安全締結具手段の第１の端部がパイプに締結された後で、継手に締結される。

好ましくは、フックを形成する第２の端部が、継手から延びる円筒部の周囲を軸方向に延びる複数の締結具タブを有する。

詳しくは、隣り合う２つのタブが、締結接続部が見られることを可能にする開口を画定する。

好ましくは、この第１の実施形態における結合システムは、直線状の継手を備え、すなわち継手を出る流体の流れの方向が、継手に進入する流体の流れの方向に実質的に平行である。

本発明の第２の実施形態において、フックを形成する第２の端部が、内周にスタッドが設けられたリングの形態である。

好ましくは、スタッドが、スリーブを形成する安全締結具手段に対して径方向に延びている。

好ましくは、この第２の実施形態における結合システムは、曲がった継手を備え、すなわち継手を出る流体の流れの方向が、継手に進入する流体の流れの方向に対して或る角度にある。

この第２の実施形態において、継手が、パイプの端部に係合する円筒部を含み、前記円筒部が、第１の環状リブを含み、スタッドが、締結接続部の損傷の場合に、パイプの外れを防止するように、第１の環状リブに当接するために適している。

本発明の第２の実施形態の有利な態様において、前記円筒部が、第２の環状リブをさらに含み、第１および第２の環状リブが、溝を画定し、スタッドが、スリーブがパイプに締結される前に、スリーブを継手に保持するように溝内に係合するのに適している。

好ましくは、第１および第２の環状リブが、スタッドと協働し、スリーブがパイプに締結されるときに、スリーブを保持することができるという利点を有するバヨネット式の固定システムを形成する。

限定しない例として提示される実施形態の以下の説明を読むと、本発明をよりよく理解することができ、本発明の利点がさらに明らかになる。説明は添付図面を参照する。

以下で詳しく説明される結合システムは、特に排他的ではなく、ヘリコプターのタービンエンジンの部材に圧縮空気パイプを接続することを目的としている。

図１および図２を参照し、本発明の第１の実施形態を構成する結合システム１０が説明される。

結合システム１０は、継手１２を備え、継手１２から中空の円筒部１４が延在し、この円筒部が、結合システム１０とパイプ１６との間の接続部を形成するために、パイプ１６に係合する。

具体的には、継手１２は、角が丸められた三角形の形状である。しかしながら、本発明の範囲を超えることなく、何らかの他の形状を与えることが可能である。

継手１２は、中空の円筒部１４を同軸に貫通しかつ連通する穴１８を有する。

図１で見ることができるように、継手１２は、複数の開口２０を有し、複数の開口２０は、継手１２を圧縮空気が供給されるべき部材、例えば、タービンエンジンのケーシングに取り付けられることを可能にする。

図１および図２を参照すると、継手１２が、締結接続部２４を介してパイプ１６一端２２に締結され、締結接続部２４は、具体的にはパイプ１６の外周面と円筒部１４の一端２６との間に形成される環状の溶接部２４であることを見ることができる。

この第１の実施形態において、継手１２が直線継手であって、パイプ１６の端部の軸が、穴１８の軸に実質的に平行であることを見ることができる。

本発明によれば、継手１２が、安全締結具手段２８をさらに含み、安全締結具手段２８は、この実施形態においては、パイプ１６を囲むスリーブ２８の形態である。

スリーブ２８は、環状の第１の端部３０を有し、第１の端部３０から、３つの締結具タブ３２が軸方向に延びている。

図１に示されているように、スリーブ２８は、この実施形態において締結具タブ３２の端部によって構成される第２の端部３４も含む。

図１において、締結具タブ３２の各端部が、フックを形成するために径方向に延びるそれぞれの突起３６を有し、結果としてスリーブ２８の第２の端部３４そのものが、フックを形成していることを見ることができる。

図１および図２を参照すると、結合システム１０が、継手１２と同じ三角形形状を有する保持プレート１３をさらに含むことを見ることができる。図１で見ることができるように、保持プレート１３は、パイプ１６に沿ってスライドすることができるよう、パイプ１６の軸を中心とする穴１３ａを有する。また、フックを形成する端部３４を受けるための３つの切り欠き１７も有する。

図２を参照すると、スリーブ２８が取り付けられるとき、スリーブ２８が、締結具タブ３２の突起３６が継手１２に突き当たるように、継手に向かってパイプをスライドすることを、理解することができる。

その後、保持プレート１３が、軸方向に保持プレート１３をスライドさせることによって継手１２に当接され、各突起３６が、継手１２と保持プレート１３の切り欠き１７との間に受容され、その後、保持プレート１３が、例えばねじ１９によって継手に固定される。このようにして、スリーブ２８が、継手１２と保持プレート１３との間に保持され、次いで締結具タブ３２が、円筒部１４の軸方向に延在する。

特に有利な様式においては、切り欠き１７を継手１２に結合することによって画定されるスロット３９の軸方向の幅が、突起３６の軸方向の厚さよりも大きく、したがってスリーブ２８と継手１２との間に軸方向のすき間が存在している。

好ましくは、必須ではないが、スロット３９の周方向の長さも、突起３６の周方向の長さよりも大きく、したがって継手１２とスリーブ２８との間に角度方向のすき間が存在している。

ひとたびスリーブ２８が、継手１２と保持プレート１３との間に保持されると、スリーブ２８は、図２に示されているように、好ましくはスリーブ２８の第１の端部３０とパイプ１６の外周面との間に形成される環状の溶接接続部４０によって、パイプ１６に締結される。

好ましくは、突起３６がスロット３９の内縁に接触することがないように保証しつつ、スリーブ２８が、パイプ１６に締結される。換言すると、締結接続部２４になんら損傷が存在せず、フックを形成する突起３６と溝３９の縁との間にすき間の存在が保証されるように注意が払われる。

このように、好ましい様式で、損傷が存在しないとき、スリーブ２８と継手１２との間の接触は存在しない。

具体的には、軸方向のすき間が、円筒部１４の軸方向に設けられる。好ましくは、このすき間は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある。

この有利な構成によって、スリーブ２８、したがってスリーブ２８をパイプ１６に締結する溶接部は、締結接続部２４に損傷がない限り、負荷が加わることがない。

フックを形成する突起３６が継手に接していないなら、結合システム１０の通常の動作において、継手１２によってスリーブ２８へと機械的な力が直接的に加えられることがないことが、理解される。

したがって、締結接続部２４に損傷が存在せず、スリーブ２８、より詳しくはスリーブ２８をパイプ１６に締結する溶接部４０は、締結接続部２４と異なり、機械的な力にさらされない。結果として、安全締結具手段の締結能力が、有利に保存される。

対照的に、締結接続部２４に損傷が生じ、特に前記締結接続部の破損の場合には、パイプ１６が円筒部１４から離れようとし、結果としてフックを形成する突起３６が、スロット３９の縁に当接するに至り、フックを形成するスリーブ２８の第２の端部３４と継手１２との間に接触が生じ、その後フックを形成するスリーブ２８の第２の端部２４が、継手１２とパイプ１６との間の締結をもたらす。スリーブ２８そのものが、溶接部４０によってパイプ１６へと溶接されていることを、思い出すべきである。

本発明の別の有利な態様において、隣り合う２つの締結具タブの間に画定される空間Ｅが、例えばタービンエンジンの保守を行う整備士など、外部の作業者４２にとって、スリーブ２８がパイプに締結されている間に、締結接続部２４を見ることを可能にする開口を構成している。

これは、有利に、締結接続部２４が損傷を受けていないか否かを確認するために、締結接続部２４の状態を診断できるようにする。

本発明の範囲を超えることなく、保持プレートが存在せず、スリーブが継手１２によって直接に保持される変形も、提供可能である。

本発明の結合システム１１０の有利な第２の実施形態を、図３から図６を参照して以下で説明する。

第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素である第２の実施形態の構成要素には、１００を加えた同じ参照符号が与えられる。

図３は、直角の継手１１２を含む結合システム１１０を示している。換言すると、継手１１２に進入する流体の流れの方向が、継手を出る流体の流れの方向に対して直角である。本発明の装置は、この角度の値にかかわらず適用可能である。

第１の実施形態と同様、パイプ１１６の端部に係合するための中空の円筒部１１４が、継手１１２から延びている。

継手１１２およびパイプ１１６は、環状の溶接部を形成する締結接続部１２４によって、一体に締結される。

本発明によれば、結合システム１１０は、スリーブを形成する安全締結具手段１２８をさらに含む。スリーブ１２８を、図５においてさらに詳しく見ることができる。

図５を参照すると、スリーブ１２８が、環状の第１の端部１３０および環状の第２の端部１３４を備え、第２の端部１３４が、角度方向に延びてスリーブ１２８の軸に向かって径方向に突出もする３つの別個のスタッド１３６を備える内側輪郭のリングを形成していることを見ることができる。このように、スリーブ１２８の第２の端部１３４がフックを形成していることを、理解することができる。

第１の端部１３０および第２の端部１３４は、軸方向に延びる３つのアーム１３２によって一体に接続される。

図３が、パイプ１１６に溶接された継手１１２を示している一方で、スリーブ１２８が、継手１１２への取り付けのための位置へと動かされている。

この図で見ることができるように、円筒部１１４が、第１の環状リブ１５４を有し、好ましくは第１の環状リブ１５４と同じ軸を中心とする第２の環状リブ１５６を有する。

さらに、第１の環状リブ１５４は、径方向に突き出ている突起を有し、この実施形態においては、具体的には、３つのラグを有する。

図示の例では、第２のリブ１５６が、第１のリブ１５４に類似しているが、必ずしもそのようである必要はない。

図３および図５を参照し、どのようにスリーブ１２８が取り付けられるのかを以下に説明する。最初に、スリーブ１２８が、パイプ１１６に沿って継手１１２に向かってスライドさせられる。

その後に、各スタッド１３６が角度方向に２つのラグ１５８の間に位置するような様式で、スリーブ１２８が角度配置され、それによって、スタッドが、第１の環状リブ１５４と第２の環状リブ１５６との間に軸方向に画定される溝１５７へと係合するような様式で、スリーブ１２８が軸方向に配置されることを可能にする。

ひとたびスタッド１３６が、溝１５７内の所定の位置にあると、スリーブ１２８が、スタッド１３６がラグ１５８と同じ角度位置に位置する図６に示されている角度位置まで、自身の軸を中心にして回転させられる。

図６から、この位置にスリーブ１２８が軸方向に保持され、それによってスリーブ１２８のパイプ１１６への締結をより容易にしていることが理解できる。

特に有利な様式において、第１の環状リブと第２の環状リブとの間の軸方向距離が、スタッド１３６の軸方向の距離よりも大きく、したがって継手１１２とスリーブ１２８との間に軸方向のすき間が存在する。このすき間は、好ましくは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある。

スリーブがこの位置にあるときに、好ましくはスタッド１３６が第１のリブ１５４および第２のリブ１５６のいずれにも接触していない状態で、スリーブ１２８の第１の端部１３０が、図４ではっきりと見ることができるように、環状の溶接部１４０によってパイプ１１６の外表面に締結される。

このようにして、締結接続部１２４に損傷が存在しないとき、スリーブ１２８のフックを形成する第２の端部１３４が、好ましくは継手１１２のリブに接しておらず、結果としてスリーブ１２８に負荷が加わっていないことを、理解することができる。

対照的に、締結接続部１２４が損傷するとすぐに、特にタービンエンジンが生み出す振動のために、パイプ１１６が円筒部１１４から離れようとする。これにより、スリーブ１２８が軸方向に移動するが、前記軸方向の移動は、スリーブ１２８のスタッド１３６が継手１１２の環状リブ１５４、１５６のラグ１５８に接触することによって行われる軸方向の妨害のために、有利に制限される。

換言すると、フックを形成するスタッド１３６が、締結接続部１２４が損傷した場合に、継手１１２とパイプ１１６との間の締結をもたらすために適している。

さらに、スリーブの外周面が、隣り合う２つのアーム１３２の間に画定される開口１６０を有することを、図４に見ることができる。

第１の実施形態と同様、これらの開口１６０によれば、外部の作業者が、有利に締結接続部の損傷を診断するために、スリーブ１２８がパイプ１１６に締結されている間に、締結接続部１２４を見ることができる。

また、本発明は、本発明による結合システムを含むタービンエンジンなどのターボ機械を提供する。

本発明の第１の実施形態を構成する結合システムの斜視図であり、継手が、パイプへと溶接される一方で、安全締結具手段が、継手との協働のために継手に導かれる。 本発明の第１の実施形態における結合システムの斜視図であり、安全締結具手段が、パイプへと溶接され、継手へと固定される。 本発明の第２の実施形態における結合システムの斜視図であり、継手が、パイプへと溶接される一方で、スリーブを形成する安全締結具手段が、継手の円筒部に配置された環状のリブとの協働のために継手に導かれる。 本発明の第２の実施形態の斜視図であり、安全締結具手段が、継手に係合させられ、次いでパイプに溶接される。 本発明の第２の実施形態における結合スリーブの斜視図である。 本発明の第２の実施形態における結合スリーブを示す詳しい断面図であり、フックを形成する第２の端部に対する第１の環状リブの位置を示す。

符号の説明

１０、１１０ 結合システム
１２、１１２ 継手
１３ 保持プレート
１３ａ 穴
１４、１１４ 円筒部
１６、１１６ パイプ
１７ 切り欠き
１８ 貫通穴
１９ ねじ
２０、１６０ 開口
２２ パイプの一端
２４ 溶接部
２６ 円筒部の一端
２８、１２８ 安全締結具手段
３０、１３０ 第１の端部
３２ 締結具タブ
３４、１３４ 第２の端部
３６ 突起
３９ スロット
４０、１４０ 溶接部
４２ 外部の作業者
１２４ 締結接続部
１３２ アーム
１３６ スタッド
１５４ 第１の環状リブ
１５６ 第２の環状リブ
１５７ 溝
１５８ ラグ
Ｅ 空間

Claims (12)

1. 締結接続部（２４、１２４）を介してパイプ（１６、１１６）の一端に締結する継手（１２、１１２）を備える結合システム（１０、１１０）であって、
   締結接続部（２４、１２４）を囲むスリーブ（２８、１２８）の形態の安全締結具手段（２８、１２８）をさらに備え、該安全締結具手段（２８、１２８）が、パイプへの溶接のための第１の端部（３０、１３０）と、フックを形成する第２の端部（３４、１３４）とを有し、フックを形成する第２の端部（３４、１３４）は、フック（３４、１３４）が、締結接続部（２４、１２４）の損傷の場合に継手とパイプとの間に締結をもたらすために適する様式で、継手（１２、１１２）と協働することを特徴とする、結合システム。
2. 締結接続部（２４、１２４）に損傷が存在しないとき、フック（３４、１３４）と継手（１２、１１２）との間にすき間が存在していることを特徴とする、請求項１に記載の結合システム。
3. 前記すき間が、パイプ（１６、１１６）の端部に係合される円筒部（１４、１１４）の軸方向の軸方向すき間であることを特徴とする、請求項２に記載の結合システム。
4. すき間が、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項２または３に記載の結合システム。
5. 締結接続部（２４、１２４）が、環状の溶接部であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の結合システム。
6. スリーブの外周が、スリーブ（２８、１２８）がパイプ（１６、１１６）に締結されるときに、外部の作業者が締結接続部（２４、１２４）を見ることができる開口（Ｅ、１６０）を設けられることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の結合システム。
7. フックを形成する第２の端部（３４）が、継手（１２）と保持プレート（１３）との間で軸方向に保持されるように構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の結合システム。
8. フックを形成する第２の端部（３４）が、継手（１２）から延びる円筒部（１４）の周囲を軸方向に延びる複数の締結具タブ（３２）を有することを特徴とする、請求項７に記載の結合システム。
9. フックを形成する第２の端部（１３４）が、内周にスタッド（１３６）が設けられるリングの形態であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の結合システム。
10. パイプ（１１６）の端部と係合する円筒部（１１４）を含み、前記円筒部が、第１の環状リブ（１５４）を含み、スタッド（１３６）が、締結接続部（１２４）の損傷の場合に、パイプ（１１６）の外れを防止するように、第１の環状リブに当接するのに適していることを特徴とする、請求項９に記載の結合システム。
11. 前記円筒部（１１４）が、第２の環状リブ（１５６）をさらに含み、第１および第２の環状リブが、溝（１５７）を画定し、スタッド（１３６）が、スリーブ（１２８）をパイプ（１１６）に締結する前に、スリーブ（１２８）を継手（１１２）に保持するように、溝（１５７）内に係合するのに適していることを特徴とする、請求項１０に記載の結合システム。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の結合システムを含むことを特徴とする、ターボ機械。

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