(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに設けられかつ温度変化する管路内に設置された配管を保持する配管支持構造であって、
前記配管に設けられるサポートと、前記管路に設けられるサポート受けとを備え、
これらサポートおよびサポート受けは、前記管路内が所定温度まで変化したときの少なくとも一方の熱変形により当該サポート受けで当該サポートを挟み込んだ状態で保持するようにそれぞれ配置され、
当該サポート受けで当該サポートを保持することにより前記配管の固有振動数を上げて、前記エンジンが稼働時の振動数から外れるようにすることを特徴とする配管支持構造。
【請求項２】
前記サポートと前記サポート受けとが、熱膨張率の異なる素材で形成されることを特徴とする請求項１記載の配管支持構造。
【請求項３】
前記サポート受けは、前記サポートを嵌め入れ可能な凹部を備えることを特徴とする請求項１または２記載の配管支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度変化する雰囲気中に設置された管路において、この管路内に挿通される配管を保持する配管支持構造に関し、特に、クランプやボルト等の治具を用いることなく、管路内の温度変化を利用することにより、容易かつ確実に配管を管路内に保持できるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
温度が変化する雰囲気、例えば常温から高温へ変化する雰囲気としては、ガスタービンエンジン等の内燃機関の近傍などに見受けられる。これは、エンジン停止時でのエンジン近傍が常温である一方、エンジン稼働時では稼働熱を受けて高温雰囲気となるからである。そして、このような温度が変化する雰囲気に設置される管路としては、航空機用ガスタービンエンジンのストラットなどがある。このストラットは、例えばターボファンエンジンにおいてファンと圧縮機との間のフロントフレームにおける放射方向の管状部材であり、その内部には、ベアリング等の潤滑用のオイル、冷却やシール用のエア、燃料などを送るための配管が挿通されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ストラット（管路）が長くなると、その中を挿通される配管も長くなり、その固有振動数を低下させることになる。この固有振動数が、例えばガスタービンエンジンなどの振動数に接近していると、共振により配管の破損を招く場合があるといった問題点を有している。特に、近年では、航空機用エンジンにおける高速度域と低速度域との運用効率改善のため、ターボファンエンジンの外周に、高速時に稼働させるラム圧利用のジェットエンジンを組み込んだものがあり、このような最外殻とタービン軸との距離が長いものでは当然にストラットも長くなり、上記問題点を生じさせることになる。
【０００４】
このような配管の共振を防止するため、配管の径や長さを変更したり、配管の途中をクランプやボルト等の治具で保持することにより配管の固有振動数を上げ、エンジンの振動数から離すことも考えられる。しかしながら、配管の径や長さは、エアやオイルの流量設定に基づいて決定されるため、上記のように配管の径や長さの変更はエンジン設計上好ましくない。
【０００５】
また、配管の途中をクランプやボルトなどの治具で固定してもエンジンの振動等により隙間やゆるみが生じやすく、クランプ等の治具により配管の固有振動数を確実に制御することは難しい。さらに、ストラットなどの狭い管路内においてクランプ等を操作するため作業性が悪く、例えば配管を交換する場合にクランプ等の取り外しや取り付けなど面倒な作業が必要となる。
【０００６】
本発明は、このような上記問題点に鑑みてなされたもので、管路内の温度変化を利用することにより、この管路内を挿通される配管を容易かつ確実に保持することができるようにした配管支持構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、エンジンに設けられかつ温度変化する管路内に設置された配管を保持する配管支持構造であって、配管に設けられるサポートと、管路に設けられるサポート受けとを備え、これらサポートおよびサポート受けは、管路内が所定温度まで変化したときの少なくとも一方の熱変形によりサポート受けでサポートを挟み込んだ状態で保持するようにそれぞれ配置され、サポート受けでサポートを保持することにより配管の固有振動数を上げて、エンジンが稼働時の振動数から外れるようにする技術が採用される。この配管支持構造では、サポートまたはサポート受けが所定温度での変形により、サポートをサポート受けで挟み込んで保持するため、クランプ等の治具を用いることなく、配管を容易かつ確実に管路に保持してその固有振動数を上げるとともに、治具の取り付けや取り外しといった面倒な作業を不要として、作業効率の向上を図ることが可能となる。例えば、所定温度をガスタービンエンジンの稼働時における平均温度に設定すれば、エンジン稼働時にはストラット（管路）が稼働熱を受けることによりサポート受けでサポートを保持し、配管の一部を支持する一方、エンジン停止後にストラットが常温になると元の状態に戻り、上記保持を解除して配管を開放することになる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の配管支持構造において、サポートとサポート受けとが、熱膨張率の異なる素材で形成される技術が適用される。この配管支持構造では、サポートとサポート受けとの熱膨張差を利用してサポートをサポート受けで保持することができ、サポートの保持・開放を効率よく行うことが可能となる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２の配管支持構造において、サポート受けが、サポートを嵌め入れ可能な凹部を備える技術が適用される。この配管支持構造では、サポート受けに凹部を備えているため、例えば上記ガスタービンエンジンの例において常温で管路内に配管を設置する場合、サポートを凹部に嵌め入れるだけで配管のセットが完了し、サポート受けに対するサポートの位置決めを簡単に行うことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。図１に示すものは、ガスタービンエンジンのストラットへの本発明の適用例を示している。図１に示すように、ストラット（管路）１は、内側部材２と、内側管状部材３と、中間部材４と、外側管状部材５と、外側部材６とが、それぞれ溶接等により接続されて形成される。このストラット１は、図２および図３に示すように、ガスタービンエンジン７のフロントフレーム８において、放射状に設けられる管状部材である。なお、図２は、本発明が適用されるエンジンを模式的に示した断面図であり、図３は、図２に示すエンジンに用いられるフロントフレームを示す正面図である。
【００１１】
このエンジン７について説明すると、図２に示すように、高圧圧縮機用タービン９と、低圧圧縮機（ファン）用タービン１０とを備え、ファン１１からの空気を圧縮機１２に送るコア流れと、そのまま推力として使用するバイパス流れとに分けるようにしたターボファンエンジンであり、さらに、バイパス流れ用の通路１３の外側に、飛行速度のラム圧を利用したラムジェットエンジンとして機能させるための通路１４が形成されている。
【００１２】
そして、バイパス流れ用の通路１３を形成する外周ハウジング１５と、ラムジェットエンジン用の通路１４を形成する最外周ハウジング１６とは、それぞれストラット１により保持されている。その結果、このストラット１は、図３に示すように、ラムジェットエンジン用の最外周ハウジング１６を保持する分だけ、通常のターボファンエンジンと比較して長いものが用いられている。
【００１３】
図１に戻り、内側部材２，外側部材６には、配管を通すための開口部２ａ，６ａが形成されている。中間部材４は、ストラット１の内部を径方向内外に仕切り、所定の位置に配管を通すための開口部１８ａおよび後述する配管支持構造１９が形成されている。
【００１４】
内側部材２は、図２に示すように、コア流れを圧縮機１２に案内する内側ハウジングを支持している。また、中間部材４は、図２に示すように、バイパス流れ用の外周ハウジング１５を支持している。外側部材６は、図２に示すように、ラムジェットエンジン用の最外周ハウジング１６を支持している。
【００１５】
ストラット１には、図１に示すように種々の配管２０，２１が挿通されているが、本発明の配管支持構造１９は、共振が問題となる配管（ここでは小径の配管２１）に適用される。小径の配管２１は、シール用のエアを配送する配管であって、開口部２ａ、内側管状部材３、中間部材４、外側管状部材５および外側部材６の開口部６ａといった管路に配置され、外側の端部２１ａが外側部材６に保持されている。配管２０と異なるところは、中間部材４の配管支持構造１９により一部が保持されている点である。この配管２１は、配管２０と異なり小径であり、このような長いストラット１に配置される長さだと固有振動数が低くなり、エンジン７の振動数に接近して共振する可能性があるため、その途中で保持して固有振動数を上げる必要がある。
【００１６】
配管支持構造１９は、ストラット１内で配管２１の一部を保持するものであり、配管２１に固着されたサポート２２と、中間部材４に設けられたサポート受け２３とで構成される。サポート２２は、所定の熱変形率を持つ素材で円盤状に形成されたものであり、配管２１をストラット１内に設置したときにサポート受け２３に対応するように配管２１の一部に固着される。サポート受け２３は、中間部材４のストラット１内の一表面に設けられた凹部２４と、凹部２４と連通して中間部材４を貫通する連通孔２５とから構成され、ここに配管２１が挿通される。
【００１７】
このサポート受け２３の素材は、サポート２２と比較して熱膨張率（熱変形率）の小さな素材が用いられている。また、凹部２４は、常温において、サポート２２を嵌め入れたときにサポート２２の外周との間に隙間を生じさせるように形成されている。従って、図４に示すように、配管２１をストラット１内に設置する際、配管２１の端部から連通孔２５に差し込んでサポート２２を凹部２４に嵌め入れるだけで両者の位置決めが完了する。
【００１８】
続いて、図５（ａ）および（ｂ）により、ストラット１が設置される雰囲気に温度変化が生じた場合について説明する。先ず、図５（ａ）に示すように、常温においてサポート２２がサポート受け２３の凹部２４に嵌め入れられた状態では、サポート２２の外周２２ａと凹部２４の内壁２４ａとの間に隙間ができた状態となっている。そして、この図５（ａ）に示す状態から、エンジン７が稼働し、この稼働熱によりストラット１周囲の雰囲気が高温に変化すると、サポート２２およびサポート受け２３の双方は、この熱によってそれぞれ膨張する。
【００１９】
このとき、サポート受け２３は、熱膨張率が小さいため、サポート２２より変形が小さく、エンジン７の稼働時におけるストラット１周囲の平均温度となったとき、図５（ｂ）に示すように、凹部２４の内壁２４ａでサポート２２の外周２２ａを挟み込んだ状態となる。これにより、サポート２２はサポート受け２３に保持された状態となり、ひいては配管２１の一部が中間部材４に保持されることになる。
【００２０】
このように、エンジン７の稼働熱による熱変形量の差を用いてサポート２２をサポート受け２３で保持するため、クランプ等の治具を用いることなくエンジン７の稼働時において配管２１の一部が確実に保持され、これにより配管２１の固有振動数を上げることからエンジン７の振動数より十分高い値となり、共振を効果的に防止することになる。
【００２１】
なお、エンジン７を停止し、ストラット１を設置した雰囲気が常温になると、サポート２２およびサポート受け２３は収縮して図５（ａ）に示す元の状態に戻るため、その後の配管２１の交換作業において、クランプ等の治具の取り外しや、新たな配管２１設置後の治具の取り付けといった作業が不要であり、作業時間の短縮化を図ることになる。ただし、サポート受け２３として凹部２４を備えるか否か任意である。
【００２２】
また、図１および図４、図５に示すものは、サポート受け２３が、サポート２２より熱膨張率の小さなものを用いているが、これに限定するものではなく、所定温度に雰囲気が変化した場合、サポート２２およびサポート受け２３の少なくとも一方が変形して、サポート受け２３でサポート２２を保持できるものであれば、熱膨張率の大小は任意である。ただし、図５で示すように、サポート受け２３の熱膨張率がサポート２２より小さいと、所定温度に変化した場合、サポート２２が大きく変形することによりサポート受け２３による保持が効率よく行われる。
【００２３】
図６は、サポート受けの他の形態を示す平面図である。図６（ａ）において、管路２６内には、一対の片部２８および２９からなるサポート受け２７が設けられている。この片部２８および２９は、曲面状の端面２８ａおよび２９ａを対向させて配置されており、常温雰囲気において、これら端面２８ａと２９ａとの間に、外周２２ａと所定の隙間を形成させた状態でサポート２２を設置可能としている。なお、片部２８および２９は、熱膨張率（熱変形率）がサポート２２より大きい素材で形成される点で図５に示すものと異なる。
【００２４】
そして、管路２６内の温度が上昇すると、図６（ｂ）に示すように、主として片部２８および２９がこの熱によってそれぞれ伸長することにより、所定温度において、サポート２２を両側から挟み込んで保持する。これにより、配管２１は、サポート２２および片部２８および２９を介して管路２６に保持される。なお、管路２６内が常温に戻ると、各部材が収縮することによりサポート２２が片部２８および２９より開放される点は、図１に示すものと同様である。
【００２５】
ただし、片部２８および２９の熱膨張率がサポート２２より小さい場合や、双方の熱膨張率が同じであってもよく、いずれであっても所定温度に変化した場合に、サポート２２および片部２８，２９の少なくとも一方が膨張することによりサポート２２を両側から挟み込んで保持するものであれば、熱膨張率の大小は任意である。
【００２６】
以上のものでは、管路内の温度変化が常温から高温へ変化し、熱変化率を熱膨張率として考えたものであるが、これに限定されるものではなく、管路内の温度変化が常温から低温へ変化し、熱変化率を熱収縮率として考えることも可能である。図７は、管路内の温度変化が常温から低温へ変化する場合の本発明の適用例を示している。
【００２７】
図７（ａ）において、管路３０内には、開口部３３を持つ突出片３２からなるサポート受け３１が設けられている。この突出片３２は、サポート２２より低温への温度変化に対して大きな変形量を持つ熱収縮率の大きな素材により形成されるとともに、開口部３３が常温においてサポート２２の外周と所定の隙間をもって嵌め込み可能に形成されている。
【００２８】
そして、管路３０内の温度が下がって、サポート２２および突出片３２がこの温度低下によってそれぞれ収縮すると、突出片３２の熱収縮率が大きいことから開口部３３もサポート２２より大きく収縮し、所定温度において、サポート２２を挟み込んで保持する。これにより、配管２１は、サポート２２および突出片３２を介して管路３０に保持される。なお、管路３０内が常温に戻ると、突出片３２（開口部３３）が膨張してサポート２２を開放する点は、上記のサポート受けと同様である。
【００２９】
このような配管支持構造では、例えば装置の周辺部分に用いるとすれば、この装置の運転時の温度を所定温度に設定することにより、装置の運転状態では配管を保持しつつ装置の運転停止後では配管の保持を開放するといった、配管の保持・開放を装置の運転・停止に連動させて自動的に行うものとなり、配管の交換作業の省力化を図りつつ、配管の固有振動数を確実に制御している。また、図７に示すものは、作業空間が寒冷地であり、作業終了後の保管空間が常温になる装置に適用可能である。
【００３０】
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法、あるいは、組み合わせ等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。例えばサポート２２の形態は円盤状に限定するものではなく、サポート受けによって保持可能な任意の形状が選択される。また、配管支持構造１９を図１の配管２０の一部を保持する場合にも適用できる。さらに、配管２１をストラット（管路）１の略中央付近で保持することに限定されず、配管２１の固有振動数を上げることが可能であれば、何れか一方に偏らせて配置することも可能であり、しかも、配管支持構造１９を一つの配管につき複数設置してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る配管支持構造は、サポートまたはサポート受けが所定温度での変形により、サポートをサポート受けで挟み込んで保持するため、クランプ等の治具を用いることなく、配管を容易かつ確実に管路に保持してその固有振動数を上げるとともに、治具の取り付けや取り外しといった面倒な作業を不要として、作業効率の向上を図ることができる。さらに、例えば、所定温度をガスタービンエンジンの稼働時における平均温度に設定すれば、エンジン稼働時にはストラット（管路）が稼働熱を受けることによりサポート受けでサポートを保持し、配管の一部を支持する一方、エンジン停止後にストラットが常温になると元の状態に戻り、上記保持を解除して配管を開放する、といった内燃機関における配管に好適に適用できる。
【００３２】
請求項２に係る配管支持構造は、サポートとサポート受けとの熱膨張差を利用してサポートをサポート受けで保持することができ、サポートの保持・開放を効率よく行うことができる。
【００３３】
請求項３に係る配管支持構造は、サポート受けに凹部を備えているため、例えば上記ガスタービンエンジンの例において常温で管路内に配管を設置する場合、サポートを凹部に嵌め入れるだけで配管のセットが完了し、サポート受けに対するサポートの位置決めを簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る配管支持構造の実施形態を示す断面図である。
【図２】  本発明が適用されるガスタービンエンジンの一例を示す断面図である。
【図３】  図２のエンジンに使用されるフロントフレームの正面図である。
【図４】  図１に示す配管支持構造の要部を拡大した斜視図である。
【図５】  配管支持構造の作用を示す断面図であって、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時を示している。
【図６】  配管支持構造の他の実施形態を示す平面図であって、（ａ）は常温時，（ｂ）は高温時を示している。
【図７】  配管支持構造の他の実施形態を示す平面図であって、（ａ）は常温時，（ｂ）は低温時を示している。
【符号の説明】
１  ストラット（管路）
７  ガスタービンエンジン
８  フロントフレーム
１９  配管支持構造
２１  配管
２２  サポート
２３，２７，３１  サポート受け
２４  凹部
【図１】
0004103173.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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