JP2007278179A - 一体型蒸気弁および一体型蒸気弁を備えた蒸気タービンプラント - Google Patents

Abstract

【課題】 蒸気の漏洩を低減する一体型蒸気弁および一体型蒸気弁を備えた蒸気タービンプラントを提供する。
【解決手段】
本発明に係る一体型蒸気弁は、弁本体３０１と、弁本体３０１に収容された第１の弁体３０５と、第１の弁体３０５と接続する第１の弁棒３０６と、弁本体３０１の内部の第１の弁体３０５の外側に収容された第２の弁体３０７と、第２の弁体３０７と接続する第２の弁棒３０８ａ、３０８ｂと、弁本体３０１に取り付けられ、第１の弁棒３０６の摺動部３１４と、第２の弁棒３０８ａ、３０８ｂの摺動部３１６ａ、３１６ｂとを貫通させる弁蓋３０２とからなり、第２の弁棒３０８ａ、３０８ｂの摺動部３１６ａ、３１６ｂの弁体側の端部にテーパ面Ａを設け、このテーパ面Ａと気密状に当接するように、弁蓋の第２の弁棒３０８ａ、３０８ｂの貫通部に蒸気シール部を形成するシート面Ｂを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タ−ビンなどに適用される一体型蒸気弁に関する。

従来の一体型蒸気弁としては、例えば特許文献１に記載のものがある。このような従来型の一体型蒸気弁の組み立て断面図を図６に示す。

弁本体１は、蒸気タ−ビンの第１の蒸気弁及び第２の蒸気弁を内蔵している。弁蓋２は、弁本体１の上端に取り付けられ、漏洩蒸気回収管１７を備えている。

第１の蒸気弁弁棒１０は、第１の蒸気弁のブッシュ４内を軸方向に往復可能に設けられ、弁蓋２を貫通して上端をレバー１２に固定され、下端に第１の蒸気弁の先開弁７、及び先開弁７を覆うように取り付けられた主弁６を保持している。

第１の蒸気弁の主弁６の後端部には凸部１６が形成され、凸部１６の外径は、第１の蒸気弁のブッシュ４の外径と同径となっており、主弁６が全開したとき、凸部１６の上端面のシート面Ｇと第１の蒸気弁のブッシュ４の下端面のシート面Ｈが接触してシール部を形成する。

第２の蒸気弁弁棒３は、第１の蒸気弁弁棒１０のまわりに複数本設けられている。第２の蒸気弁弁棒３はそれぞれ、第２の蒸気弁のブッシュ１５内を軸方向に往復可能に設けられている。第２の蒸気弁弁棒３はそれぞれ、弁蓋２を貫通し上端をレバー１１に固定され、下端を第２の蒸気弁の主弁５に接続されている。

第２の蒸気弁の主弁５の上端面と第２の蒸気弁のブッシュ１５の下端面にはそれぞれシート面Ｃとシート面Ｄが形成されており、第２の蒸気弁の主弁５が全開したとき、シート面Ｃとシート面Ｄが接触してシール部を形成する。

凸部１６の側部の切欠き高さは、第１の蒸気弁の主弁６のシート面Ｇと第１の蒸気弁のブッシュ４のシ−ト面Ｈが接触した状態で、第２の蒸気弁の主弁５が上下作動した時に干渉しない高さとなっている。第２の蒸気弁の主弁５と第２の蒸気弁弁棒３の接続は、ル−ズな嵌め込み式として、第２の蒸気弁の主弁５と第２の蒸気弁弁棒３が互いに拘束しない様、多少のスキマが設けられている。

第１の蒸気弁弁棒１０と第１の蒸気弁のブッシュ４、及び第２の蒸気弁弁棒３と第２の蒸気弁のブッシュ１５の各スキマからの漏洩蒸気を回収するための貫通穴は、第１の蒸気弁のブッシュ４と第２の蒸気弁のブッシュ１５の上下の中間部に、各２ヶ所設けられ、漏洩蒸気回収管１７に接続されている。

ばね１３は、第２の蒸気弁の油筒８に接続されているレバ−１１用シリンダ−を第２の蒸気弁の主弁５が閉となる向きに付勢するように、第２の蒸気弁の油筒８内に設置されている。

ばね１４は、第１の蒸気弁弁棒１０の上端と弁蓋２の上端に設けられたカバ−との間に設置されている。これにより、第１の蒸気弁の油筒９に接続されているレバ−１２用シリンダ−は第１の蒸気弁の主弁６が閉となる向きに付勢されている。

蒸気タ−ビンに蒸気を流入及び遮断するときは、次の順序で一体型蒸気弁が開閉する。

第１の蒸気弁用の駆動用ピストンを内蔵した油筒９に高圧油を供給すると、ピストンに接続されたレバ−１２が支点を中心として動作し、ブッシュ４内を挿通し、弁蓋２の上端を貫通して固定された弁棒１０を介して第１の蒸気弁の先開弁７と主弁６を上に引き上げて全開し、いつでも蒸気がタ−ビンに流入できる状態になる。

次に、タ−ビンの制御信号により第２の蒸気弁用の駆動用ピストンを内蔵した油筒８に高圧油を供給及び排出すれば、ピストンに接続されたレバ−１１が支点を中心として動作し、弁蓋２の上端を貫通し、ブッシュ１５によって支持された弁棒３を介して第２の蒸気弁用の主弁５を開閉させることができる。これによりタ−ビン流入蒸気量を調節し、タ−ビン回転数または負荷を制御できる。

タ−ビントリップ時は、第１の蒸気弁用の油筒９の高圧油を排出することにより、油筒９に接続されているレバ−１２用シリンダ−に作用している弁を開く力が失われ、弁棒１０の上端と弁蓋２の上端に設けられたカバ−との間に設置されたばね１４の力により弁棒１０を下方に押して先開弁７及び主弁６を全閉する。

第２の蒸気弁用の油筒８の高圧油を排出すると、油筒８の内部に組み込まれたばね１３の力で弁棒３を下方に押して主弁５を全閉させる。
特開平９−３２９９６

従来の一体型蒸気弁は、第１の蒸気弁が全開状態のとき、主弁６の凸部１６の平面状のシート面Ｇとブッシュ４の平面状のシ−ト面Ｈとが当接して蒸気をシ−ルする構造である。また第２の蒸気弁が全開状態のとき、主弁５の後端面の平面状のシ−ト面Ｃとブッシュ１５の平面状のシ−ト面Ｄとが当接して蒸気をシ−ルする構造である。この各主弁と各ブッシュとの平面状のタッチ面を第１の蒸気シ−ル部とする。

しかし、第１の蒸気弁及び第２の蒸気弁が全開状態となるためには、各々弁棒が各主弁を引き上げなければならないので、第１の蒸気弁では先開弁７と主弁６とが当接し、また第２の蒸気弁では主弁５と主弁５にルーズに嵌め込まれている弁棒３とが当接する。このとき、第１の蒸気シ−ル部以外に先開弁７と主弁６の当接部、及び主弁５と弁棒３の当接部に蒸気をシ−ルする面を備える第２の蒸気シ−ル部が必要となる。この二段階のシ−ル構造では、構成部品が多く構造が複雑になり、たとえ第１の蒸気シ−ル部が完全であっても、第２の蒸気シ−ル部が不完全であれば蒸気が漏洩する。

特に、第２の蒸気弁は、主弁５に弁棒３がルーズに嵌め込まれる構成となっており、この嵌め込み部のすぐ上に平面状の第１のシール部を備えている。弁棒３を主弁５にルーズに嵌め込んで組み立てるためには、弁棒３を主弁５の内部に組み付けるための開口部を設け、弁棒３を組み入れた後にこの開口部の外側をふさぐ必要がある。このようにして弁棒３を主弁５に嵌め込む場合、第１のシール部を平面状のシール面として十分なシールを備えるように加工するのは困難である。

また、第２の蒸気弁は弁棒が複数本配置されているので、これら複数本の弁棒が同時に引き上げられ、蒸気をシ−ルすることは、困難である。

さらに、第１、第２の蒸気シ−ル部とも、これらシ−トが平面状のタッチ面で構成されていることから、弁全開時の油筒駆動力による蒸気シ−ルのための強制力が乏しく、漏洩しやすい欠点がある。

以上から、従来の一体型蒸気弁では、弁棒とブッシュの間隙からの漏洩蒸気を無駄に捨てることになるという問題があった。

本発明の目的は、蒸気の漏洩を低減できる一体型蒸気弁および一体型蒸気弁を備えた蒸気タービンプラントを得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明における一体型蒸気弁は、弁本体と、前記弁本体の内部に形成された入口部から出口部に通ずる蒸気通路と、前記弁本体の内部に収容された第１の弁体と、前記第１の弁体と接続し、摺動部を備える第１の弁棒と、前記弁本体の内部の前記第１の弁体の外側に同心状に収容され、前記第１の弁体と同方向に往復動する第２の弁体と、前記第２の弁体と接続し、摺動部を備える第２の弁棒と、前記弁本体に取り付けられ、前記第１の弁棒の前記摺動部と、前記第２の弁棒の前記摺動部とを貫通させる弁蓋とからなり、前記第２の弁棒の前記摺動部の弁体側の端部にテーパ面を設け、このテーパ面と気密状に当接するように、前記弁蓋の前記第２の弁棒の貫通部に蒸気シール部を形成するシート面を備えたことを特徴とする。

本発明の一体型蒸気弁によれば、弁棒とブッシュの間隙からの蒸気の漏洩を低減できる。

以下本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る一体型蒸気弁の組み立て断面図である。

本実施の形態に係る一体型蒸気弁は蒸気タ−ビンなどに使用される蒸気止め弁と蒸気加減弁を組み合わせたものであり、図示しないボイラ等からの蒸気流は、弁本体３０１の側部から蒸気入口管Ｉへ流入し、蒸気入口管Ｉとは垂直に配置されている蒸気出口管Ｏから流出して図示しない蒸気タ−ビン等へと流れていく。

弁蓋３０２は、弁本体３０１の上端部にボルト３１１で固定されて、蒸気入口管Ｉと蒸気出口管Ｏの間に弁室３１２を形成している。ストレ−ナ３０３は、弁本体３０１内の弁室３１２の周囲に、流入する蒸気に混入している異物を取り除くために１つ配設されている。弁座３０４は、弁本体３０１内方の弁室３１２の下流部、つまり弁室３１２に蒸気出口管Ｏが接続される側に設けられ、後述する第１の弁体及び第２の弁体を当接させて蒸気流を遮断する。

第１の弁体３０５は、全閉状態で弁座３０４に接しており、上端は第１の弁棒３０６に接続されている。第１の弁棒３０６は、弁本体３０１に取り付けられた弁蓋３０２を貫通して図示しない油筒に接続されている。

また、第２の弁体３０７は、第１の弁体３０５の外側に同心状に収容され、全閉状態で弁座３０４に接しており、上端は第２の弁棒である２本の弁棒３０８ａと３０８ｂに接続されている。第２の弁棒３０８ａと３０８ｂは、弁本体３０１に取り付けられた弁蓋３０２を貫通して図示しない油筒に接続されている。２本の第２の弁棒３０８ａと３０８ｂは、上方から見たとき、第１の弁棒３０６を中心として配置されている。なお、弁棒３０８ａ、３０８ｂは、２本に限らず、３本以上設けてもよい。この場合、これらの複数の弁棒３０８ａ、３０８ｂ、…を、上方から見たときに第１の弁棒３０６を中心とした点対称の位置に配置するとよい。

第１の蒸気弁のブッシュ３０９、及び第２の蒸気弁のブッシュ３１０ａ、３１０ｂは、弁蓋３０２のそれぞれの弁棒３０６、３０８ａ、３０８ｂの貫通部にそれぞれ設置され、これらのブッシュ３０９、３１０ａ、３１０ｂがこれらの弁棒３０６、３０８ａ、３０８ｂをガイドしている。

弁棒３０６は、第１の弁体３０５を保持しており、第１の弁体３０５に接続された接続部３１３と、この接続部３１３に後述するテーパ面Ｅを介して接続する、半径が接続部３１３よりも小さい摺動部３１４とを備えており、この摺動部３１４がブッシュ３０９によってガイドされている。

テーパ面Ｅは、第１の弁棒３０６の摺動部３１４の下端に設けられ、４５度の傾斜をもつように形成されており、シート面Ｆは、そのテーパ面Ｅに相対するように弁蓋３０２の第１の弁棒３０６の貫通部に、テーパ面Ｅの傾斜と等しい４５度の傾斜をもつように形成されている。

第１の弁棒３０６に接続された弁体３０５がテーパ面Ｅとシート面Ｆが接触するまで開弁すれば、これが第１の蒸気弁の全開状態となる。このとき、テーパ面Ｅはシート面Ｆに気密状に当接してシール部を形成する。

同様に、弁棒３０８ａ及び３０８ｂは、第２の弁体３０７を保持しており、前記第２の弁体３０７に接続された接続部３１５ａ、３１５ｂと、この接続部３１５ａ、３１５ｂに後述するテーパ面Ａを介して接続する、半径が接続部３１５ａ、３１５ｂよりも小さい摺動部３１６ａ、３１６ｂとを備えており、この摺動部３１６ａ、３１６ｂがブッシュ３１０ａ、３１０ｂによってガイドされている。

テーパ面Ａは、第２の弁棒３０８ａ、３０８ｂの摺動部３１６ａ、３１６ｂの下端に設けられ、４５度の傾斜をもつように形成されており、シ−ト面Ｂは、そのシ−ト面Ａに相対するように、弁蓋の第２の弁棒３０８ａ、３０８ｂの貫通部に４５度の傾斜をもつように形成されている。第２の弁棒３０８ａ及び３０８ｂに接続された弁体３０７がテーパ面Ａとシート面Ｂが接触するまで開弁すれば、第２の蒸気弁の全開状態となる。このとき、テーパ面Ａはシート面Ｂに気密状に当接してシール部を形成する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る一体型蒸気弁の全開状態を示す組み立て断面図である。

これらテーパ面Ｅとシート面Ｆ及びテーパ面Ａとシート面Ｂは、傾斜を持つ円錐状のタッチ面で構成されていることから、弁全開時の油筒駆動力により弁棒が自動調芯するように動くので蒸気シ−ルのための強制力が強く、漏洩しにくい利点がある。また、１本の弁棒において蒸気シール部が１箇所となるように、構造が簡素化されている。

これらテーパ面Ｅとシート面Ｆ、及びテーパ面Ａとシート面Ｂとも、その接触面は蒸気シ−ルに適した鏡面仕上げを行っており、その接触面の耐久性を増すために表面硬化処理、例えば窒化熱処理や硬質合金のステライト（登録商標）を盛ることも可能である。

なお、本実施の形態において、更に、起動前の弁本体３０１の暖気運転に用いる弁座前ドレン構造を設けてもよい。また、第１の弁体３０５、第２の弁体３０７を中間開度で運用する時に、第１の弁棒３０６、第２の弁棒３０８ａまたは３０８ｂから外部へ漏洩する蒸気を回収する漏洩蒸気回収穴や蒸気配管等を付加することもできる。

また、本実施の形態に係る一体型蒸気弁は蒸気止め弁と蒸気加減弁を組み合わせたものであり、第１の弁体３０５、第２の弁体３０７のうち一方を蒸気止め弁の弁体として、他方を蒸気加減弁の弁体として供すればよく、いずれを蒸気止め弁としても構わない。

図３は、上述の本発明の第１の実施の形態に係る一体型蒸気弁の駆動機構及び油筒の取り付け概要を示した概要図である。

第１の弁棒３０６、第２の弁棒３０８ａ及び３０８ｂは、弁本体３０１に取り付けられた弁蓋３０２を貫通している。

第１の弁体３０５と第１の弁棒３０６は、第１の蒸気弁の油筒５０１にレバ−等の駆動機構を介することなく直接接続され、給油ポ−トから第１の蒸気弁の油筒５０１へ油が供給されることにより直動的に開閉動作を行う。

一方、第２の弁体３０７と第２の弁棒３０８ａ及び３０８ｂは、上部の駆動レバ−６０４ａ及び６０４ｂの中央部に各々接続される。駆動レバ−６０４ａ及び６０４ｂは、一端を支点ロッド６０５ａ及び６０５ｂに接続され、この接続点を支点６０６ａ、６０６ｂとして回転運動する。駆動レバー６０４ａ、６０４ｂの他端は連結レバ−６０３に接続されている。連結レバ−６０３は、両端に各駆動レバー６０４ａ、６０４ｂが接続され、その中心（重心）部には、油筒ロッド６０２を介して第２の蒸気弁の油筒６０１が接続されている。給油ポ−トから第２の蒸気弁の油筒６０１へ油が供給されることにより、油筒ロッド６０２を介して連結レバ−６０３が持ち上げられる。駆動レバ−６０４ａ及び６０４ｂは、支点６０６ａ及び６０６ｂを中心として同時に回転運動し、駆動レバ−６０４ａ及び６０４ｂの中央に接続された第２の弁棒３０８ａ及び３０８ｂが同時に引き上げられ第２の弁体３０７が開弁動作するように動く。ここで、第２の蒸気弁の弁棒３０８ａ及び３０８ｂのテーパ面Ａとシート面Ｂが接触するまでの寸法に機械加工上の微妙な差が生じている場合でも、一本の連結レバ−６０３が油筒ロッド６０２との連結点を支点として天秤のように自由に傾斜するので、弁棒３０８ａ及び３０８ｂのいずれにも確実に油筒６０１の駆動力が伝達される。これにより、テーパ面Ａとシート面Ｂを確実に当接させることができるので、第２の蒸気弁が全開状態になったときに確実な蒸気シ−ルが可能となる。

第１の蒸気弁の油筒５０１及び第２の蒸気弁の油筒６０１は、給油ポ−トからの油を遮断されると、内蔵されたバネ力により閉弁動作する。

図４及び図５は、本発明の第１の実施の形態に係る第１の蒸気弁の主弁４０５の変形例である。図４は、本変形例に係る一体型蒸気弁の組み立て断面図であり、図５は、図４の主弁４０５と弁座３０４の部分拡大図である。第１の弁体４０５以外の構造は第１の実施形態と同様であるため、第１の弁体４０５以外の構成要素については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。

蒸気タ−ビンの運転中に、第２の弁体３０７が全開を保持した状態で、第１の弁体４０５が制御状態により絞り込み動作した場合、弁座３０４と第１の弁体４０５とで構成される蒸気通路部には、振動や騒音が発生することから、前記第１の弁体４０５は、底部側に設けられ縁辺にエッジを備えた凹陥部で構成し、このエッジで第１の弁体４０５の球面に沿って流れる蒸気を途中でカットさせて第１の弁体４０５廻りの蒸気流れの安定化を確保、維持している。

また、エッジは、第１の弁体４０５と弁座３０４とで形成する蒸気通路を流れる蒸気に衝撃波が発生する上流側の位置に設けるか、もしくは、エッジは、前記第１の弁体４０５と前記弁座３０４とで形成する蒸気通路を流れる蒸気が臨界圧となる位置に設ける。

第１の弁体４０５と前記弁座３０４とで形成する蒸気通路において、第１の弁体４０５の弁口径、つまり、弁座と主弁が接触する直径をＤｏとした時、第１の蒸気弁の主弁４０５のエッジ及び弁座３０４は、エッジの直径Ｄｉを
[数３]
Ｄｉ≧０．９Ｄｏ
とし、弁座３０４の内径Ｄｔｈを
[数４]
Ｄｔｈ≧０．８Ｄｏ
の範囲に設定することにより、第１の弁体４０５で形成される蒸気通路を通過する蒸気流れの騒音、振動を低減できる。そして、第１の弁体４０５は高圧力、低流量の非常に低い弁揚程でも長期間の絞り込みによる流れの不安定及び振動を低減できる。

本発明の第１の実施の形態に係る一体型蒸気弁の組み立て断面図。 本発明の第１の実施の形態に係る一体型蒸気弁の全開状態を示す組み立て断面図。 本発明の第１の実施の形態に係る一体型蒸気弁の駆動機構を示す概要図。 本発明の第１の実施の形態に係る一体型蒸気弁の変形例を示す組み立て断面図。 図４の部分拡大図。 従来の一体型蒸気弁の組み立て断面図。

符号の説明

３０１…弁本体、３０２…弁蓋 、３０３…ストレ−ナ、３０４…弁座、３０５…第１の弁体、３０６…第１の弁棒、３０７…第２の弁体、３０８ａ…第２の弁棒（１本目）、３０８ｂ…第２の弁棒（２本目）、３０９…第１の蒸気弁のブッシュ、３１０ａ…第２の蒸気弁のブッシュ（１本目）、３１０ｂ…第２の蒸気弁のブッシュ（２本目）、３１１…弁蓋用ボルト、３１２…弁室、３１３…第１の弁棒の接続部、３１４…第１の弁棒の摺動部、３１５ａ…第２の弁棒（１本目）の接続部、３１５ｂ…第２の弁棒（２本目）の接続部、３１６ａ…第２の弁棒（１本目）の摺動部、３１６ｂ…第２の弁棒（２本目）の摺動部、Ｅ…第１の弁棒のテーパ面、Ｆ…第１の蒸気弁の弁蓋のシ−ト面、Ａ…第２の弁棒のテーパ面、Ｂ…第２の蒸気弁の弁蓋のシ−ト面、Ｉ…蒸気入口管、Ｏ…蒸気出口管。

Claims (6)

1. 弁本体と、
   前記弁本体の内部に形成された入口部から出口部に通ずる蒸気通路と、
   前記弁本体の内部に収容された第１の弁体と、
   前記第１の弁体と接続し、摺動部を備える第１の弁棒と、
   前記弁本体の内部の前記第１の弁体の外側に同心状に収容され、前記第１の弁体と同方向に往復動する第２の弁体と、
   前記第２の弁体と接続し、摺動部を備える第２の弁棒と、
   前記弁本体に取り付けられ、前記第１の弁棒の前記摺動部と、前記第２の弁棒の前記摺動部とを貫通させる弁蓋とからなり、
   前記第２の弁棒の前記摺動部の弁体側の端部にテーパ面を設け、このテーパ面と気密状に当接するように、前記弁蓋の前記第２の弁棒の貫通部に蒸気シール部を形成するシート面を備えたことを特徴とする一体型蒸気弁。
2. 前記第１の弁棒の前記摺動部の弁体側の端部にテーパ面を設け、このテーパ面と気密状に当接するように、前記弁蓋の前記第１の弁棒の貫通部に蒸気シール部を形成するシート面を備えたことを特徴とする請求項１記載の一体型蒸気弁。
3. 前記第２の弁棒が複数設けられ、前記第２の弁棒には複数の駆動レバーを介して前記第２の弁体を駆動する油筒に接続されていることを特徴とする請求項１記載の一体型蒸気弁。
4. 前記第１の弁体は、底部側に設けられ縁辺にエッジを備えた凹陥部で形成されたことを特徴とする請求項１記載の一体型蒸気弁。
5. 前記第１の弁体の弁座のシ−ト径をＤｏとしたとき、前記エッジの直径Ｄｉを、
   [数１]
   Ｄｉ≧０．９Ｄｏ
   とし、前記弁座の内径Ｄｔｈを、
   [数２]
   Ｄｔｈ≧０．８Ｄｏ
   の範囲に設定したことを特徴とする請求項４記載の一体型蒸気弁。
6. 請求項１乃至５に記載された一体型蒸気弁を備えたことを特徴とする蒸気タービンプラント。

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