JP6913007B2

JP6913007B2 - 配管部材及び流体輸送装置

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Publication number: JP6913007B2
Application number: JP2017221220A
Authority: JP
Inventors: 宜男矢野; 弘一宿院
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: TWI713926B; JP2019090515A; US20200325885A1; KR102368276B1; WO2019097953A1; KR20200066688A; CN111344513B; TW201923273A; CN111344513A; US11661933B2

Description

本発明は、配管部材及び配管部材を備える流体輸送装置に関する。

流体を輸送する流体輸送装置では、例えば、空気圧縮機によって圧縮された空気を輸送する場合、圧縮され高温となった空気を熱交換器によって冷却するため、空気圧縮機の圧縮空気出口と熱交換器とが配管部材によって連結される構成が用いられている。そして、このような配管部材は、吐出空気の脈動成分と共振しやすく、その共振振動が配管部材と連結された空気圧縮機等に悪影響を与える可能性がある。

特許文献１には、吐出空気による配管部材の振動を抑制するため、圧縮部と冷却部との間に可撓連結部を設けることが開示されている。

特開平１０−３０５６９号公報

しかし、可撓連結部を設けるためには、配管部材の構造が複雑となり、さらに、可撓連結部の撓み量を確保するための十分な空間が必要となる。また、可撓連結部を用いると、不可撓な配管部材に比べてコストが増加する。

そこで本発明では、簡易な構造で流体の輸送に伴う振動を抑制することができる配管部材及びそのような配管部材を備える流体輸送装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、配管部材であって、管状部と、前記管状部の両端にフランジ部と、を備え、
前記両フランジ部の間には、曲がり部が形成されており、
前記両フランジ部同士は、互いに直接連結されていることを特徴とする。

前記構成によれば、両フランジ部同士を直接連結することによって、配管部材の剛性を向上させることができ、その結果、配管部材を通過する流体による配管部材の振動を抑制することができる。

前記第１態様は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。

（１）前記両フランジ部の連結部と前記曲がり部とを連結する補強部材が設けられている。

前記構成（１）によれば、補強部材によって、配管部材の剛性をさらに向上させることができる。

（２）前記両フランジ部は、それぞれ矩形状を有している。

前記構成（２）によれば、両フランジ部の連結部の長さを確保でき、さらに、各フランジ部の取付ボルトを均等に配置することができる。

（３）前記曲がり部の曲がり角度は、９０度である。

前記構成（３）によれば、配管部材の曲がりを９０度とすることによって、配管部材の位置合わせを容易とすることができる。

（４）前記配管部材は、鋳物でできている。

前記構成（４）によれば、両フランジ部が連結される構造を鋳物によって容易に形成することができる。

本発明の第２態様は、流体機械本体と、前記流体機械本体の流体流れ下流側に位置する下流側機器と、前記流体機械本体と、前記下流側機器とを連結する配管と、を備える流体輸送装置であって、
前記配管は、２箇所以上の曲がり部を有し、複数の配管材が連結されて構成されており、
少なくとも１つの前記配管材は、第１態様の配管部材である。

前記構成によれば、複数の配管材が連結されて構成されている配管の少なくとも１つの配管材の振動を抑制することによって、配管全体の振動も抑制することができる。

本発明の第３態様は、流体機械本体と、前記流体機械本体の流体流れ下流側に位置する下流側機器と、前記流体機械本体と、前記下流側機器とを連結する配管と、を備える流体輸送装置であって、
前記配管は、２箇所以上の曲がり部を有し、複数の配管材が連結されて構成されており、
前記配管の内、流体流れ最下流側に位置する曲がり部を有する最下流側配管材が、第１態様の配管部材である。

前記構成によれば、流体機械本体から最も離れた最下流側配管材の剛性を向上させることによって、流体機械本体への振動の伝搬を抑制することができる。

前記第３態様は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。

（５）前記最下流側配管材の流路の長さは、他の前記配管材のそれぞれの流路の長さよりも短い。

前記構成（５）によれば、最下流側配管材の流路の長さを他の配管材の流路の長さより短くすることによって、最下流側配管材の剛性を向上させることができる。その結果、流体機械本体への振動の伝搬をさらに抑制することができる。

（６）前記配管は、前記流体機械本体と連結される第１配管と、流体流れ上流端が前記第１配管に連結され、流体流れ下流端が前記下流側機器に連結される第２配管と、を備え、
前記第１配管は、流体流れ上流側から下流側に向けて順に、第１直管部、第１曲がり部、第２直管部、第２曲がり部、第３直管部を備え、
前記第２配管の前記両フランジ部の連結部は直線状となっており、
前記連結部は、前記第１直管部の軸心線、前記第２直管部の軸心線及び前記第３直管部の軸心線が位置する第１平面に対して、鋭角側の角度が４５度以下となっている。

前記構成（６）によれば、第１平面に平行な方向に脈動が生じ易いため、連結部と第１平面とのなす角度を小さくすることによって、配管の振動抑制効果を向上させることができる。

（７）前記構成（６）において、前記連結部は、前記第１平面に対して平行となっている。

前記構成（７）によれば、連結部と第１平面とを平行とすることによって、配管の振動抑制効果をさらに向上させることができる。

前記第２態様又は前記第３態様は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。

前記流体機械本体は、供給された（主に気体で構成される）流体を圧縮して吐出する圧縮機である。

空気圧縮機等の圧縮機の配管は、圧縮機の吐出流体が高温、高圧であるため、耐熱性及び強度が要求され、さらに吐出流体の脈動加振力が大きいため、耐振性が要求される。したがって、本構成によれば、圧縮機の配管、特に吐出側の配管において、より有利な効果を発揮することができる。

本発明によると、簡易な構造で流体の輸送に伴う振動を抑制することができる配管部材及びそのような配管部材を備える流体輸送装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る配管部材を備える流体輸送装置の全体構成図。流体輸送装置において、第１段圧縮機本体からインタークーラまでの部分を示す斜視図。第２配管材の斜視図。図３の側面図。配管部材の斜視図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る配管部材を備える流体輸送装置１０の全体構成図である。図１に示されるように、流体輸送装置１０は、２段型の空気圧縮機として、低圧側の第１段圧縮機本体２、モータ３、高圧側の第２段圧縮機本体４、インタークーラ５、逆止弁１４、アフタークーラ６、吸込流路１１、中間流路１２及び吐出流路１３を備えている。本実施形態では、第１段圧縮機本体２のロータ軸が、モータ３によって回転駆動されると共に、第２段圧縮機本体４のロータ軸と同期して回転するように構成されている。

第１段圧縮機本体２の吸込口には、吸込流路１１が接続されている。第１段圧縮機本体２の吐出口と第２段圧縮機本体４の吸込口とを接続する中間流路１２には、インタークーラ５が配設されている。第２段圧縮機本体４の吐出口に接続される吐出流路１３には、逆止弁１４及びアフタークーラ６が配設されている。インタークーラ５及びアフタークーラ６は、それぞれ、圧縮空気を冷却するクーラとして働く。

流体輸送装置１０では、吸込流路１１から吸い込まれた空気が、第１段圧縮機本体２によって圧縮される。第１段圧縮機本体２によって圧縮された圧縮空気は、中間流路１２のインタークーラ５によって冷却され、第２段圧縮機本体４に送られる。圧縮空気は、第２段圧縮機本体４によってさらに圧縮された後、吐出流路１３に排出され、アフタークーラ６によって冷却されて、供給先に供給される。

図２は、流体輸送装置１０において、第１段圧縮機本体２からインタークーラ５までの部分を示す斜視図である。図２に示されるように、第１段圧縮機本体２とインタークーラ５とは、中間流路１２を形成する配管部材７によって連結されている。

配管部材７は、第１段圧縮機本体２と連結される第１配管材８と、流体流れ上流端が第１配管材８に連結され、流体流れ下流端がインタークーラ５に連結される第２配管材９と、を備えている。

第１配管材８は、流体流れ上流側から下流側に向けて順に、管状部として、第１直管部８１、第１曲がり部８２、第２直管部８３、第２曲がり部８４、第３直管部８５を備えている。第１直管部８１には（長方形又は正方形の）矩形状のフランジ部８１ａが形成されており、フランジ部８１ａが第１段圧縮機本体２に接続されている。第１直管部８１と第２直管部８３とは、第１曲がり部８２によって９０度の角度をなしている。より具体的には、第１直管部８１の軸線と第２直管部８３の軸線とのなす角度は９０度である。また、第２直管部８３と第３直管部８５とは、第２曲がり部８４によって９０度の角度をなしている。より具体的には、第２直管部８３の軸線と第３直管部８５の軸線とのなす角度は９０度である。第３直管部８５には矩形状のフランジ部８５ａが形成されており、フランジ部８５ａが第２配管材９に接続されている。

図３は、第２配管材９の斜視図であり、図４は、図３の側面図である。図３及び図４に示されるように、第２配管材９は、流体流れ上流側から下流側に向けて順に、管状部として、第４直管部９１、第３曲がり部９２、第５直管部９３を備えている。第４直管部９１には矩形状のフランジ部９１ａが形成されており、フランジ部９１ａが第３直管部８５のフランジ部８５ａと接続されている。第４直管部９１と第５直管部９３とは、第３曲がり部９２によって９０度の角度をなしている。より具体的には、第４直管部９１の軸線９１ｂと第５直管部９３の軸線９３ｂとのなす角度は９０度である。第５直管部９３には矩形状のフランジ部９３ａが形成されており、フランジ部９３ａがインタークーラ５に接続されている。

最下流配管である第２配管材９の流路の長さ、すなわち第２配管材９の入口から出口までの軸中心線の長さは、上流側配管である第１配管材８の流路の長さ、すなわち第１配管材８の入口から出口までの軸中心線の長さより短くなっている。

第４直管部９１のフランジ部９１ａと第５直管部９３のフランジ部９３ａとは直接連結されている。具体的には、第２配管材９は鋳物でできており、第４直管部９１、第３曲がり部９２、第５直管部９３は、一体として形成されている。そして、フランジ部９１ａとフランジ部９３ａとの連結部９１１も、鋳物でその他の部材と一体に形成されている。なお、第２配管材９は、フランジ部９１ａ、９３ａの厚さが、第２配管材９の管状部の肉厚より厚くなるように形成されている。

図５は、配管部材７の斜視図である。図５に示されるように、連結部９１１は直線状となっており、第１配管材８における、第１直管部８１の軸心線８１ｂ、第２直管部８３の軸心線８３ｂ及び第３直管部８５の軸心線８５ｂが位置する第１平面Ｓ１に対して、鋭角側の角度θが４５度以下となっている。具体的には、角度θは０度、すなわち、連結部９１１と第１平面Ｓ１とは平行であることが好ましい。

また、連結部９１１と第３曲がり部９２との間に形成される空間には、連結部９１１と第３曲がり部９２とを直接連結する補強部材９１２が設けられる。図３及び図４に示されるように、補強部材９１２は、連結部９１１と第３曲がり部９２との間の空間全体を埋めるリブでもよく、また、連結部９１１と第３曲がり部９２との間の空間に位置し、単に連結部９１１と第３曲がり部９２とを連結する棒状又は板状の部材でもよい。さらに、第３曲がり部９２の外周面及び第５直管部９３の外周面に沿って、第３曲がり部９２とフランジ部９３ａとを直接連結するリブ９３１が形成されている。

前記構成の配管部材７によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）両フランジ部９１ａ、９３ａ同士を直接連結することによって、配管部材７の剛性を向上させることができ、その結果、配管部材７を通過する吐出流体による配管部材７の振動を抑制することができる。

（２）両フランジ部９１ａ、９３ａの連結部９１１と曲がり部９２とを連結する補強部材９１２が設けられているので、補強部材９１２によって、配管部材７の剛性をさらに向上させることができる。

（３）両フランジ部９１ａ、９３ａは、それぞれ矩形状を有しているので、両フランジ部９１ａ、９３ａの連結部９１１の長さを確保でき、さらに、各フランジ部９１ａ、９３ａの取付ボルトを均等に配置することができる。

（４）曲がり部９２の曲がり角度は、９０度であるので、配管部材７の位置合わせを容易とすることができる。

（５）配管部材７は、鋳物でできているので、両フランジ部９１ａ、９３ａが連結される構造を鋳物によって容易に形成することができる。

（６）複数の配管材８、９が連結されて構成されている配管部材７の少なくとも１つの配管材である第２配管材９の振動を抑制することによって、配管部材７全体の振動も抑制することができる。

（７）配管部材７の内、第１段圧縮機本体２から最も離れた第２配管材９の剛性を向上させることによって、第１段圧縮機本体２への振動の伝搬を抑制することができる。

（８）配管部材７の内、最下流側配管材である第２配管材９の流路の長さを他の配管材である第１配管材８の流路の長さより短くすることによって、第２配管材９の剛性を向上させることができる。その結果、第１段圧縮機本体２への振動の伝搬をさらに抑制することができる。

（９）第１平面Ｓ１に平行な方向に脈動が生じ易いため、連結部９１１と第１平面Ｓ１とのなす角度を小さくすることによって、配管部材７の振動抑制効果を向上させることができる。

（１０）連結部９１１と第１平面Ｓ１とを平行とすることによって、配管部材７の振動抑制効果をさらに向上させることができる。

（１１）空気圧縮機の配管は、空気圧縮機の吐出流体が高温、高圧であるため、耐熱性及び強度が要求され、さらに内部流体の脈動加振力が大きいため、耐振性が要求される。したがって、両フランジ部９１ａ、９３ａを連結することによって、空気圧縮機の配管部材７において、より有利な振動抑制効果を得ることができる。

（１２）第３曲がり部９２の外周面に、第３曲がり部９２とフランジ部９３ａとを直接連結するリブ９３１が形成されているので、リブ９３１によって第２配管材９の剛性をさらに向上させることができる。その結果、配管部材７全体の振動を抑制することができる。

（１３）配管部材７は、第１配管材８と第２配管材９の２つを有しているが、３以上の配管材が連結されて構成されてもよい。この場合、最下流側配管のフランジを連結することによって、最下流側配管の剛性を向上させることができ、最下流側配管から流体機械への振動の伝搬を抑制することができる。さらに、最下流側配管の剛性が上流側配管の剛性より大きいことによって、最下流側配管の振動が上流側に伝搬しにくい構造とすることができる。

上記実施形態では、第２配管材９において、第４直管部９１と第５直管部９３とは９０度の角度をなしているが、４５度以上１８０度未満の曲がりがあれば、第４直管部９１のフランジ部９１ａと第５直管部９３のフランジ部９３ａとは直接連結されていることによる振動抑制効果が有意に発揮される。

上記実施形態では、配管部材７は、上流側の第１配管材８と下流側の第２配管材９とを備えているが、３以上の配管材を備えていてもよい。この場合、少なくとも１つの配管材の両端のフランジ部同士が直接連結されていればよいが、好ましくは、最下流側配管材の両端のフランジ部同士が直接連結されていることが好ましい。これは、第１段圧縮機本体２から最も離れた最下流側配管材の剛性を向上させることによって、配管部材７の上流側に位置する第１段圧縮機本体への振動の伝搬を効果的に抑制することができるからである。なお、配管材の両端に各々独立した（互いに直接連結されていない）フランジ部を構成した場合、配管材の端部に構成されるフランジ部自体が重しとなって、振動を惹起する可能性が生じる。そのような可能性を低減し、振動を抑制するためにも１つの配管材の両端のフランジ部同士が直接連結されていることが有効である。その場合でも、好ましくは複数の配管材のうちの下流側の配管材において、より好ましくは、上記のとおり、最下流側配管材において、その両端のフランジ部同士が直接連結されていることが有効である。

また、配管部材７が３以上の配管材を備える場合、最下流側配管材の流路の長さを他の配管材の流路の長さより短くすることが好ましい。これによって、最下流側配管材の剛性を向上させることができる。その結果、配管部材７の上流側に位置する第１段圧縮機本体２への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。

上記実施形態では、第３曲がり部９２とフランジ部９３ａとを連結するリブ９３１が設けられているが、第３曲がり部９２とフランジ部９１ａとを連結するリブが設けられてもよい。また、第４直管部９１、第３曲がり部９２及び第５直管部９３の外周面に沿っており、フランジ部９１ａとフランジ部９３ａとを連結するリブが設けられてもよい。

上記実施形態では、流体輸送装置１０の第１段圧縮機本体２とインタークーラ５とを接続する配管部材を例として説明したが、本発明は、第２段圧縮機本体４とアフタークーラ６とを接続する配管部材に適用してもよい。

上記実施形態では、第１段圧縮機本体２のロータ軸が、モータ３によって回転駆動されると共に、第２段圧縮機本体４のロータ軸と同期して回転するように構成されているが、第１段圧縮機本体を駆動するモータと第２段圧縮機本体を駆動するモータが異なっていてもよい。

上記実施形態では、流体輸送装置１０として空気圧縮機を備えるものを例として説明したが、本発明は、流体が流れることによって振動が生じる流体輸送装置全般に適用される。

本発明は、上記実施形態で説明した構成には限定されず、特許請求の範囲に記載した内容を逸脱することなく、当業者が考え得る各種変形例を含むことができる。

２第１段圧縮機本体
３モータ
４第２段圧縮機本体
５インタークーラ
６アフタークーラ
７配管部材
８第１配管材
８１第１直管部
８２第１曲がり部
８３第２直管部
８４第２曲がり部
８５第３直管部
９第２配管材
９１第４直管部
９１ａフランジ部
９２第３曲がり部
９３第５直管部
９３ａフランジ部
１０流体輸送装置
１１吸込流路
１２中間流路
１３吐出流路
１４逆止弁

Claims

管状部と、前記管状部の両端に、前記管状部の端部の外周面から径方向に突出するフランジ部と、を備え、
前記両フランジ部の間には、曲がり部が形成されており、
前記両フランジ部同士は、互いに直接連結されており、一体となっており、
前記両フランジ部の連結部と前記曲がり部とを連結する補強部材が設けられ、前記補強部材は、前記連結部と前記曲がり部との間の空間全体を埋めるようになっている部材、又は、前記連結部と前記曲がり部との間の空間に位置し、前記連結部と前記曲がり部とを連結する棒状又は板状の部材であることを特徴とする、配管部材。
前記両フランジ部は、それぞれ矩形状を有している、請求項１記載の配管部材。
前記曲がり部の曲がり角度は、９０度である、請求項１又は２に記載の配管部材。
前記配管部材は、鋳物でできている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の配管部材。
流体機械本体と、前記流体機械本体の流体流れ下流側に位置する下流側機器と、前記流体機械本体と、前記下流側機器とを連結する配管と、を備える流体輸送装置であって、
前記配管は、２箇所以上の曲がり部を有し、複数の配管材が連結されて構成されており、
少なくとも１つの前記配管材は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の配管部材である、流体輸送装置。
流体機械本体と、前記流体機械本体の流体流れ下流側に位置する下流側機器と、前記流体機械本体と、前記下流側機器とを連結する配管と、を備える流体輸送装置であって、
前記配管は、２箇所以上の曲がり部を有し、複数の配管材が連結されて構成されており、
前記配管の内、流体流れ最下流側に位置する曲がり部を有する最下流側配管材が、請求項１〜４のいずれか１つに記載の配管部材である、流体輸送装置。
前記最下流側配管材の流路の長さは、他の前記配管材のそれぞれの流路の長さよりも短い、請求項６記載の流体輸送装置。
前記配管は、前記流体機械本体と連結される第１配管と、流体流れ上流端が前記第１配管に連結され、流体流れ下流端が前記下流側機器に連結される第２配管と、を備え、
前記第１配管は、流体流れ上流側から下流側に向けて順に、第１直管部、第１曲がり部、第２直管部、第２曲がり部、第３直管部を備え、
前記第２配管の前記両フランジ部の連結部は直線状となっており、
前記連結部は、前記第１直管部の軸心線、前記第２直管部の軸心線及び前記第３直管部の軸心線が位置する第１平面に対して、鋭角側の角度が４５度以下となっている、請求項６又は７に記載の流体輸送装置。
前記連結部は、前記第１平面に対して平行となっている、請求項８記載の流体輸送装置。
前記流体機械本体は、供給された流体を圧縮して吐出する圧縮機である、請求項５〜９のいずれか１つに記載の流体輸送装置。