CN101469616B - 蒸汽阀装置以及蒸汽涡轮设备 - Google Patents

Abstract

一种蒸汽阀装置以及蒸汽涡轮设备，能够提高蒸汽阀装置维护的作业性并减小蒸汽阀装置开阀时的压力损失。蒸汽阀装置具有主蒸汽关闭阀、其下游侧的蒸汽调节阀、以及配置在它们之间的中间流路部。主蒸汽关闭阀和蒸汽调节阀分别具有：在水平方向的入口部与朝向下的出口部之间形成流路，并且在该流路内配置有阀座的壳体；在壳体内能够在上下方向上移动的阀体；驱动阀体的阀杆。阀杆在打开流路时，在向壳体的上方外侧拉拔的方向上延伸。中间流路部，使从主蒸汽关闭阀的出口部流出的主蒸汽的流动从朝向下变为水平方向并引导到蒸汽调节阀的入口部。

Description

蒸汽阀装置以及蒸汽涡轮设备

技术领域

本发明涉及一种具有主蒸汽关闭阀及蒸汽调节阀的蒸汽阀装置，以及具有该蒸汽阀装置的蒸汽涡轮设备。

背景技术

在以往的典型的蒸汽涡轮设备中，来自锅炉的蒸汽通过蒸汽阀装置被送到蒸汽涡轮。在蒸汽涡轮做功后的蒸汽在冷凝器复原为水，通过给水泵升压而再次被供给到锅炉，如此循环。

上述蒸汽阀装置由主蒸汽关闭阀和配置在其下游侧的蒸汽调节阀构成。主蒸汽关闭阀是能够在蒸汽涡轮出现异常等时刻，瞬间停止流入蒸汽涡轮的蒸汽的装置。并且，蒸汽控制阀是控制供给到蒸汽涡轮的蒸汽流量的装置。

以往的典型的蒸汽阀装置使主蒸汽关闭阀和蒸汽调节阀一体化，并对一体化提出了各种组合方案。

例如，在采用主蒸汽关闭阀为横型(水平设置)，蒸汽调节阀为纵型(垂直设置)的情况下，主蒸汽关闭阀的阀体经由在水平方向上贯通侧面的盖的阀杆，并通过配置在其侧方的油缸而被驱动，另一方面，蒸汽控制阀的阀体经由在上下方向上贯通上盖的阀杆，并通过设置在其上方(或下方)的油缸而被驱动(例如参照专利文献1的图8)。

并且除此之外，在以往所使用的蒸汽阀装置中，还采用主蒸汽关闭阀和蒸汽控制法都为纵型(垂直设置)的装置(例如参照专利文献1的图12、专利文献2的图1以及专利文献3的第4图等)。

在这样的情况下，主蒸汽关闭阀、蒸汽控制阀的任意中的一方阀体经由在上下方向上贯通壳体的阀杆并通过配置在上方的油缸而被驱动，另一方阀体同样地也经由在上下方向上贯通壳体的阀杆并通过配置在下方的油缸而被驱动。

专利文献1日本特开2006-183582号公报(图8、图12)

专利文献2日本特开平10-176502号公报(图1)

专利文献3日本实开昭63-82002号公报(第4图)

上述以往的蒸汽阀装置中，在组合了横型(水平放置)的阀和纵型(垂直放置)的阀的蒸汽阀装置中，因为横型(水平放置)的阀的阀杆被水平地设置，因此存在如下问题。

(1)由于由阀体的重量所产生的阀杆的弯曲，设置在阀杆的前端的阀体与阀座的接触不充分，流入的蒸汽的截断不充分。因此，在组装时，考虑到这些阀杆的弯曲，需要调整阀体与阀座的接触配合，在组装时，需要有熟练的组装者和长的调整时间。

(2)在发电厂的蒸汽阀的定期检查等时，在进行横型(水平放置)的阀拆卸和安装作业时，直到阀体和阀杆部分从蒸汽阀主体水平地抽出(拔出)才能设置钢索，进而，该抽出作业中无法找出挂钩作业(slinging work)的重心。结果是，因为在不自然的姿势下作业，所以在劳动安全管理方面较危险并且维护的作业性较差。

除了这样的以往结构的横型(水平放置)的阀和纵型(垂直放置)的阀组合起来的蒸汽阀装置，同样地还考虑使以往已知的主蒸汽关闭阀和蒸汽调节阀的双方为纵型(垂直放置)。但是，在将以往已知的纵型(垂直放置)阀组合起来的蒸汽阀装置中，贯通主蒸汽关闭阀和蒸汽调节阀的阀壳并在上下方向上滑动的阀杆中的任意一个都向阀座的下游侧延伸。

一般地，优选在阀装置的阀座的下游部不存在作为产生压力损失的原因的障碍物，但是在将上述的以往的纵型(垂直放置)阀组合起来的蒸汽阀装置中，在主蒸汽关闭阀或蒸汽调节阀中的任意一个开阀时，阀杆成为蒸汽流动的障碍物并且产生压力损失。

发明内容

本发明是鉴于上述说明的以往技术的课题的装置，目的是提供一种能够提高蒸汽阀装置的维护的作业性以及能够减少蒸汽阀装置的开阀时的压力损失的蒸汽阀装置以及蒸汽涡轮设备。

为了达成上述目的，本发明的蒸汽阀装置，其具有主蒸汽关闭阀、配置在该主蒸汽关闭阀的下游侧的蒸汽调节阀、以及连接上述主蒸汽关闭阀与蒸汽调节阀之间的中间流路部，其特征在于，上述主蒸汽关闭阀具有：第1入口部，在水平方向上开口；第1出口部，在铅直方向上开口并与上述中间流路部连接；第1壳体，在上述第1入口部与第1出口部之间形成第1流路并在该第1流路内配置有第1阀座；第1阀体，能够在该第1壳体内在上下方向上移动，并通过在与上述第1阀座之间脱离或卡合而开闭上述第1流路；以及第1阀杆，与上述第1阀体结合，并且贯通上述第1壳体地在上下方向上滑动，在打开上述第1流路时向上述第1出口部的相反侧移动，上述蒸汽调节阀具有：第2入口部，在水平方向上开口并与上述中间流路部连接；第2出口部，在铅直方向上开口；第2壳体，在上述第2入口部与第2出口部之间形成第2流路并在该第2流路内配置有第2阀座；第2阀体，能够在该第2壳体内在上下方向上移动，并通过在与上述第2阀座之间脱离或卡合而开闭上述第2流路；以及第2阀杆，与上述第2阀体结合，并且贯通上述第2壳体地在上下方向上滑动，在打开上述第2流路时向上述第2出口部的相反侧移动，上述中间流通部使从上述第1出口部流出的主蒸汽的流动从铅直方向变为水平方向，并向上述第2入口部流出。

并且，本发明的蒸汽涡轮设备，具有锅炉、导入由上述锅炉产生的主蒸汽并由该主蒸汽的能量驱动的蒸汽涡轮、和配置在上述锅炉和蒸汽涡轮之间并控制上述主蒸汽的流动的蒸汽阀装置，其特征在于，上述蒸汽阀装置具有主蒸汽关闭阀、配置在该主蒸汽关闭阀的下游侧的蒸汽调节阀、以及连接上述主蒸汽关闭阀与蒸汽调节阀之间的中间流路部，上述主蒸汽关闭阀具有：第1入口部，在水平方向上开口；第1出口部，在铅直方向上开口并与上述中间流路部连接；第1壳体，在上述第1入口部与第1出口部之间形成第1流路并在该第1流路内配置有第1阀座；第1阀体，能够在该第1壳体内在上下方向上移动，并通过在与上述第1阀座之间脱离或卡合而开闭上述第1流路；以及第1阀杆，与上述第1阀体结合，并且贯通上述第1壳体地在上下方向上滑动，在打开上述第1流路时向上述第1出口部的相反侧移动，上述蒸汽调节阀具有：第2入口部，在水平方向上开口并与上述中间流路部连接；第2出口部，在铅直方向上开口；第2壳体，在上述第2入口部与第2出口部之间形成第2流路并在该第2流路内配置有第2阀座；第2阀体，能够在该第2壳体内在上下方向上移动，并通过在与上述第2阀座之间脱离或卡合而开闭上述第2流路；以及第2阀杆，与上述第2阀体结合，并且贯通上述第2壳体地在上下方向上滑动，在打开上述第2流路时向上述第2出口部的相反侧移动，上述中间流通部使从上述第1出口部流出的主蒸汽的流动从铅直方向变为水平方向，并向上述第2入口部流出。

根据本发明，在提高蒸汽阀装置的维护的作业性的同时，能够减小蒸汽阀装置的开阀时的压力损失。

附图说明

图1是表示本发明的蒸汽阀装置的第1实施方式的纵截面图。

图2是表示具有本发明的蒸汽阀装置的蒸汽涡轮设备的一实施方式的系统图。

图3是表示本发明的蒸汽阀装置的第2实施方式的纵截面图。

图4是表示本发明的蒸汽阀装置的第3实施方式的纵截面图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。这里，彼此相同或类似的部分赋予相同的符号，并省略重复说明。

【第1实施方式】

图1是表示本发明的蒸汽阀装置的第1实施方式的纵截面图，图2是表示具有本发明的蒸汽阀装置的蒸汽涡轮设备的一实施方式的系统图。

在该蒸汽涡轮设备中，如图2所示，来自锅炉20的蒸汽在通过蒸汽阀装置21后，被送到高压蒸汽涡轮10。蒸汽阀装置21具有主蒸汽关闭阀1和配置在其下游侧的蒸汽调节阀2。

在高压蒸汽涡轮10做功后的蒸汽，经由单向阀7再次通过锅炉20的再热器被再次加热，经由再热蒸汽关闭阀3、中间截止阀4被送到中压蒸汽涡轮，之后被送到低压蒸汽涡轮12进一步做功。从低压蒸汽涡轮12出来的蒸汽通过冷凝器13复原为水，通过给水泵14升压并再次被供给到锅炉20，如此循环。

在图示的例子中，为了提高设备的运用效率，设置从主蒸汽关闭阀1的上游侧与锅炉20的再热器的上游侧相连接的高压涡轮旁通阀5和从锅炉20的再热器的下游侧与冷凝器13相连接的低压涡轮旁通阀6，能够不受涡轮的运转的影响而进行锅炉系统单独的循环运转。

本实施方式的蒸汽阀装置21如图1所示，具有上游侧的主蒸汽关闭阀1、配置在其下游侧的蒸汽调节阀2、以及将它们联系起来的中间流路部30，主蒸汽关闭阀1和蒸汽调节阀2的双方为纵型(垂直设置)。另外，图1表示主蒸汽关闭阀1和蒸汽调节阀2都关闭的状态。

主蒸汽关闭阀1具有形成第1流路61的第1壳体31以及在该第1壳体31内上下地移动的第1阀体32。在第1壳体31上，形成有在水平方向上开口并使蒸汽进入的第1入口部33，并且，还形成有在铅直方向上开口并在下方排出蒸汽的第1出口部34。

在第1出口部34上，配置向内侧成隆起状的第1阀座35，在第1阀体32上升或下降时，第1阀体32和第1阀座35脱离或卡合而开闭第1流路61。

在第1壳体31的上部，配置有在维护时能够开放的第1阀盖36。第1阀体32上安装有第1阀杆37，第1阀杆37向第1阀体32的上方延伸并且贯通第1壳体31中的第1阀盖36的部分，并与第1油缸38内的第1活塞39相连接。

这里，第1阀杆37相对于第1阀体32，安装在第1出口部34的相反侧，在使第1阀体32从第1阀座35脱离(即打开第1流路61)时，向与第1出口部34相反侧的方向移动。在第1壳体31的内侧并于第1阀体32的外侧配置有过滤器40。

蒸汽调节阀2的配置与主蒸汽关闭阀1大体相同，具有形成第2流路71的第2壳体41以及在该第2壳体41内上下地移动的第2阀体42。在第2壳体41上，形成在水平方向上开口并使蒸汽进入的第2入口部43，并且，还形成有在铅直方向上开口并在下方排出蒸汽的第2出口部44。

在第2出口部44上，配置有向内侧成隆起状的第2阀座45，在第2阀体42上升或下降时，第2阀体42和第2阀座45脱离或卡合而开闭第2流路71。

在第2壳体41的上部，配置有在维护时能够开放的第2阀盖46。第2阀体42上安装有第2阀杆47，第2阀杆47向第2阀体42的上方延伸并且贯通第2壳体41中的第2阀盖46的部分，并与第2油缸48内的第2活塞49相连接。

这里，第2阀杆47相对于第2阀体42，安装在第2出口部44的相反侧，在使第2阀体42从第2阀座45脱离(即打开第2流路71)时，向与第2出口部44相反侧的方向移动。

中间流路部30形成连接第1出口部34和第2入口部43的一个圆弧状的弯头，其圆弧角为90度。

为了回避中间流路部(弯头)30内部的流体的剥离现象，希望该中间流路部30的圆弧的中心半径R和中间流路部30的内径Di的比(R/Di)较大，希望(R/Di)为1以上，甚至为2以上。

在该实施方式中，主蒸汽关闭阀1、蒸汽调节阀2和中间流路部30成一体，能够通过锻造或铸造而形成。

通过这样地构成的蒸汽阀装置21，从锅炉20(图2)供给的主蒸汽从第1入口部33朝向水平地流入主蒸汽关闭阀1的第1壳体31内，进而流入过滤器40内，并通过第1阀体32和第1阀座35之间，向下地通过第1出口部34并通过主蒸汽关闭阀1。

通过主蒸汽关闭阀1的主蒸汽，通过中间流路部30并且流向从朝向下变为朝向水平，从第2入口部43水平方向地流入蒸汽调节阀2的第2壳体41内。流入第2壳体41内的蒸汽通过第2阀体42和第2阀座45之间，朝向下地通过第2出口部44并通过蒸汽调节阀2。

主蒸汽关闭阀1的第1阀体32经由第1阀杆37与第1活塞39联动而上下移动。在主蒸汽关闭阀1向打开方向移动时，第1阀棒37被向上游侧拉起，因为不会妨碍蒸汽流路，所以因第1阀杆37而产生的压力损失变小。

同样，蒸汽调节阀2的第2阀体42经由第2阀杆47与第2活塞49联动而上下移动。在蒸汽调节阀2向打开方向移动时，第2阀棒47被向上游侧拉起，因为不会妨碍蒸汽流路，所以因第2阀杆47而产生的压力损失变小。

并且，根据本实施方式，可以使主蒸汽关闭阀1和蒸汽调节阀2双方都为纵型(垂直放置)。其结果是，组装时的由阀体的重量而产生的阀杆弯曲的影响被排除，对设置在阀杆的前端的阀体和阀座的接触作业变容易。另外，能够在分解检查油缸或上盖等内置部件时使用桥式吊车铅直地吊起、吊下，能够不伴随危险地维护。

一般的，弯管内部的流动中，离心力作用在流体上，作用在流速快的中央部的流体部分的离心力比作用在壁面附近的流速慢的流体部分的离心力大，因此，中央部的流体被推向弯管的弯头的外侧，管壁附近的流体沿着壁拐入弯管的弯头的内侧。

并且，与弯管截面内的壁面的压力分布不同，压力在弯管的弯头的外侧的壁较高，而在内侧的壁较低，因此，在弯管内部发生二维流。作为该二维流的连续的流动，发生下述所示的流体的剥离。

(1)在弯管的弯头的外侧，靠近弯头的流动的压力逐渐上升，在弯管的弯头的入口部发生剥离。

(2)在弯管的弯头的内侧，压力较低，在弯管的弯头的末端(出口部)不存在离心力，压力再次上升并在弯管的弯头之后发生剥离。

在本实施方式的中间流路部(弯管)30内流动的蒸汽的压力损失主要是由上述弯管内部的流体的剥离造成的。如上所述，通过使中间流通部30的圆弧的中心半径R和中间流路部30的内经Di之比(R/Di)为1以上，或者更理想地达到2以上，能够回避中间流路部(弯管)30内部的流体的剥离现象，据此，能够减小在中间流路部30的压力损失。

【第2实施方式】

图3是表示本发明的蒸汽阀装置的第2实施方式的纵截面图。第2实施方式的蒸汽阀装置21与第1实施方式的蒸汽阀装置在构造上大致相同。但是在制造过程上，在第2实施方式中，将主蒸汽关闭阀1、蒸汽调节阀2、以及中间流路部30分别作为个体，通过锻造或铸造形成，之后，将它们通过例如在焊接部55焊接而结合。

对于一般的弯管内部的流动，判断为如第1实施方式所说明的那样的复杂流动的情况，因为离心力作用在流体上并且中央部的流体被推向中间流路部30的弯头的外侧，所以中间流路部30内面存在由于该流体而局部地被腐蚀的缺陷。

为了防止该问题，作为中间流路部30的材质，与主蒸汽关闭阀1的第1壳体31和蒸汽调节阀2的第2壳体41的材质不同，自由地选择含有镍、铬的耐腐蚀性优良的材料并制作，之后，可以通过焊接与第1壳体31和第2壳体41连接并一体化。

另外，作为以往的主蒸汽关闭阀1的第1壳体31或蒸汽调节阀2的第2壳体41的材料，通过添加铬、钼而增加高温强度，进而为了抑制这些添加物所造成的材料表面不稳定现象，可以使用添加有钒的铬-钼-钒铸钢品。这些第1和第2壳体31、41具有复杂的形状，因此通过铸造来制造是最合适的方法。

但是，为了提高发电设备的效率，当使作用在蒸汽阀上的蒸汽温度上升到600°以上时，上述铬-钼-钒铸钢品强度达到极限而不能对应，并选择制品内部没有原材料缺陷的高铬钢锻钢品作为新材料。

这样，在今后设想的入口蒸汽的高温化的流动中，下述方法比较适合，即，对应目的和用途通过铸钢品或锻钢品单独地制作第1和第2壳体31、41以及中间流路部30的构成部件，之后将它们组合并通过焊接连接而一体化。

据此，由于铸钢品复杂的形状而使构造上各部分的壁厚不均匀，其结果是，在蒸汽设备的起动时等情况下，由于厚壁部的内外面间产生的温度差会看到以下现象，即，无法避免产生巨大的热应力，但是，通过有效地组合并使用铸钢品或锻钢品，能够得到壁厚均匀化并且强度也高的效果。

【第3实施方式】

图4是表示本发明的蒸汽阀装置的第3实施方式的纵截面图。本实施方式是第1实施方式的变形例。第1实施方式的中间流路部30形成一个圆弧状的弯管，其圆弧角为90度。

与之相对，第3实施方式的中间流路部30由与主蒸汽关闭阀1的出口部(第1出口部)34相连接的弯曲角度为45°以上的圆弧状的弯管50、将上游侧与该弯管50的下游侧相连接的倾斜的直线状流路部51、以及上游侧与该直线状流路部51的下流侧相连接的圆弧状的弯管构成，将它们组合而形成。

根据本实施方式，能够进一步减小在弯管内流动的蒸汽的剥离，并能够减小由此产生的压力损失。优选该弯管50的圆弧的中心半径R和弯管内径Di的比(R/Di)与第1实施方式同样地为2以上。

并且，虽然在图4所示的本实施方式中，将2个弯曲角度为45°的弯管50连接在1个直线状流路部51的两端，但是也可以以弯曲角度的和为90°的方式适当地设定。

另外，也可以对3个以上的弯管50和多个直线状流路部51进行组合而构成中间流路部30。

【其它实施方式】

上述各实施方式为单独的例子，本发明不仅限定于此。例如，可以对上述各实施方式的特征任意地进行组合。例如，在第3实施方式的结构中，可以与第1实施方式相同地将主蒸汽关闭阀1、蒸汽调节阀2、以及中间流路部30作为一体，并通过锻造或铸造而形成，另一方面，也可以与第2实施方式相同地，将主蒸汽关闭阀1、蒸汽调节阀2、以及中间流路部30分别作为个体，通过铸造或锻造而形成，之后通过焊接将它们结合。

并且，在上述各实施方式中，也可以将上下方向反过来。

Claims (7)

1.一种蒸汽阀装置，其具有主蒸汽关闭阀、配置在该主蒸汽关闭阀的下游侧的蒸汽调节阀、以及连接上述主蒸汽关闭阀与蒸汽调节阀的中间流路部，其特征在于，

上述主蒸汽关闭阀具有：

第1入口部，在水平方向上开口；

第1出口部，在铅直方向上开口并与上述中间流路部连接；

第1壳体，在上述第1入口部与第1出口部之间形成第1流路并在该第1流路内配置有第1阀座；

第1阀体，能够在该第1壳体内在上下方向上移动，并通过在与上述第1阀座之间脱离或卡合而开闭上述第1流路；以及

第1阀杆，与上述第1阀体结合，并且贯通上述第1壳体地在上下方向上滑动，在打开上述第1流路时向上述第1出口部的相反侧移动，

上述蒸汽调节阀具有：

第2入口部，在水平方向上开口并与上述中间流路部连接；

第2出口部，在铅直方向上开口；

第2壳体，在上述第2入口部与第2出口部之间形成第2流路并在该第2流路内配置有第2阀座；

第2阀体，能够在该第2壳体内在上下方向上移动，并通过在与上述第2阀座之间脱离或卡合而开闭上述第2流路；以及

第2阀杆，与上述第2阀体结合，并且贯通上述第2壳体地在上下方向上滑动，在打开上述第2流路时向上述第2出口部的相反侧移动，

上述中间流通部使从上述第1出口部流出的主蒸汽的流动从铅直方向变为水平方向，并向上述第2入口部流出。

2.如权利要求1所述的蒸汽阀装置，其特征在于，

上述第1出口部和第2出口部向下方开口，

上述第1阀杆向上方贯通上述第1壳体的上部，

上述第2阀杆向上方贯通上述第2壳体的上部。

3.如权利要求1或2所述的蒸汽阀装置，其特征在于，上述主蒸汽关闭阀、蒸汽调节阀以及中间流路部通过锻造或铸造而一体制造。

4.如权利要求1或2所述的蒸汽阀装置，其特征在于，上述主蒸汽关闭阀、蒸汽调节阀以及中间流路部被分别制造后再结合而成。

5.如权利要求1或2所述的蒸汽阀装置，其特征在于，上述中间流路部为中心角90度的圆弧状。

6.如权利要求1或2所述的蒸汽阀装置，其特征在于，上述中间流路部将直线状流路部和圆弧状流路部组合而成。

7.一种蒸汽涡轮设备，具有锅炉、导入由上述锅炉产生的主蒸汽并由该主蒸汽的能量驱动的蒸汽涡轮、和配置在上述锅炉和蒸汽涡轮之间并控制上述主蒸汽的流动的蒸汽阀装置，其特征在于，

上述蒸汽阀装置具有主蒸汽关闭阀、配置在该主蒸汽关闭阀的下游侧的蒸汽调节阀、以及连接上述主蒸汽关闭阀与蒸汽调节阀的中间流路部，

上述主蒸汽关闭阀具有：

第1入口部，在水平方向上开口；

第1出口部，在铅直方向上开口并与上述中间流路部连接；

第1壳体，在上述第1入口部与第1出口部之间形成第1流路并在该第1流路内配置有第1阀座；

第1阀体，能够在该第1壳体内在上下方向上移动，并通过在与上述第1阀座之间脱离或卡合而开闭上述第1流路；以及

第1阀杆，与上述第1阀体结合，并且贯通上述第1壳体地在上下方向上滑动，在打开上述第1流路时向上述第1出口部的相反侧移动，

上述蒸汽调节阀具有：

第2入口部，在水平方向上开口并与上述中间流路部连接；

第2出口部，在铅直方向上开口；

第2壳体，在上述第2入口部与第2出口部之间形成第2流路并在该第2流路内配置有第2阀座；

第2阀体，能够在该第2壳体内在上下方向上移动，并通过在与上述第2阀座之间脱离或卡合而开闭上述第2流路；以及

第2阀杆，与上述第2阀体结合，并且贯通上述第2壳体地在上下方向上滑动，在打开上述第2流路时向上述第2出口部的相反侧移动，

上述中间流通部使从上述第1出口部流出的主蒸汽的流动从铅直方向变为水平方向，并向上述第2入口部流出。

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