JP2008019775A - 蒸気止め弁用操作機 - Google Patents

Abstract

【目的】油の使用種類および油の使用量が少なくて済む蒸気止め弁用操作機の提供。
【構成】この発明の蒸気止め弁用操作機１は、制御装置からの指令に応じて可逆回転動作をする出力軸１２を備えた電動機１１、電動機１１の出力軸１２の前記動作を蒸気止め弁の全開およびリセットを行うのに必要な動作に変換する動作変換用機構２１，蒸気止め弁が全開された場合に電動機１１を駆動することなしにこの状態を保持できるようにする全開状態保持機構５および全閉操作用ばね体１４を内部に装着した操作機構部２、この操作機構部２の動作に応じて蒸気止め弁の弁体に開閉動作を行わせるリンク機構１５、シリンダー，ピストンなどを有し油圧の有無に応じて全開状態保持機構５をロック状態／ロック解除状態に切り換えてセットする油圧操作機構部６を備える。
【選択図】 図３

Description

この発明は、蒸気タービンの蒸気入口部に設置される蒸気止め弁の開閉操作に用いられる蒸気止め弁用操作機に関するものである。

地熱蒸気タービンを含む蒸気タービンの主蒸気入口部や，コンバインドサイクルプラント用蒸気タービンの混圧蒸気入口部などには、蒸気タービンおよび蒸気タービンで駆動される発電機などの被駆動機の保護などのために、主蒸気止め弁，混圧蒸気止め弁などと称せられている蒸気止め弁が設置されている。これ等の蒸気止め弁は蒸気タービンの運転開始時に全開とされ，蒸気タービンの運転停止時に全閉とされるが、蒸気タービンを持つプラントに何らかの不具合が発生してプラントの緊急停止を要する場合には、迅速かつ確実に全閉できるように配慮されている。そうして、蒸気止め弁の緊急停止を含む開閉操作が正常に行えることを蒸気タービンの運転中にも確認できるようにするために、蒸気止め弁を含む蒸気供給配管系統を少なくとも２系統備え、蒸気止め弁の開閉操作を電磁弁の操作を介して行うようにした蒸気タービンプラントが知られている。（例えば、特許文献１参照。)。

以下、図８，図９を用いて従来例の蒸気タービンに用いられている蒸気止め弁用操作機の概要について説明する。ここで、図８は従来例の蒸気タービンプラントを説明するその要部の概要を示す説明図であり、図９は図８に示した従来例の蒸気止め弁用操作機を説明する説明図である。図８においては、蒸気タービンプラントは地熱蒸気タービンプラントとして例示されており、地熱蒸気井から取り入れられた地熱蒸気は周知の気水分離処理，フラッシャー処理などが行われた上で、蒸気タービン用の主蒸気９９として用いられることが一般的であるので、図８ではこのような内容を一括して主蒸気源９８として示している。主蒸気源９８で得られた主蒸気９９は、この事例の場合には２系統に分かれ、主蒸気止め弁９１ａ，主蒸気加減弁９２ａ、および主蒸気止め弁９１ｂ，主蒸気加減弁９２ｂを通って蒸気タービン９６に供給され、蒸気タービン９６に接続された発電機９５の駆動に用いられる。地熱蒸気を直接に利用する地熱蒸気タービンプラントの場合には、蒸気タービン９６の駆動を終えて復水された主蒸気９９は、還元井９７に戻されるのが一般的である。

蒸気タービン９６の出力は不図示の負荷制御装置によって主蒸気加減弁９２（主蒸気加減弁９２ａ，主蒸気加減弁９２ｂを総称する場合には、以降も含めてこのように記述する。）の弁開度を調整することにより行われる。主蒸気止め弁９１（主蒸気止め弁９１ａ，主蒸気止め弁９１ｂを総称する場合には、以降も含めてこのように記述する。）は蒸気タービンプラントの運転開始時に全開に、運転停止時に全閉とされる。また、蒸気タービンプラントに不具合が発生した緊急時には、主蒸気止め弁９１は速やかに全閉とされる。この主蒸気止め弁９１の全開，全閉の操作は、この事例の場合には、主蒸気止め弁９１ａ，主蒸気止め弁９１ｂのそれぞれに個別に設けられた、油圧を駆動源とした油圧駆動装置８ａ，油圧駆動装置８ｂによって行われている。図９に示したように、油圧駆動装置８（油圧駆動装置８ａ，油圧駆動装置８ｂを総称する場合には、以降も含めてこのように記述する。）は駆動油８９によって駆動されるパワーピストン８１と、駆動油８９のパワーピストン８１への供給を制御するリレーピストン８２とを有し、リレーピストン８２の動作制御用として制御油８８が使用され、リレーピストン８２への制御油８８の供給の指令用として電磁弁８３ｃが配設されている。油圧駆動装置８による主蒸気止め弁９１の開閉操作は、主蒸気止め弁用の制御装置である制御装置９４も用いて次のようにして行われる。

まず、全閉状態の主蒸気止め弁９１を全開する場合には、電磁弁８３ｃを制御装置９４からの電気信号によって開くと、制御油８８の油圧駆動装置８の排出口８８ｂからの排出が開始されることで、図９におけるリレーピストン８２の下側の空間の圧力が、リレーピストン８２の上側の空間の圧力よりも低くなることで、リレーピストン８２にはリターンスプリング８２ａの引張力が働いているにもかかわらず、リレーピストン８２は図９におけるＹ方向に動かされる。リレーピストン８２がＹ方向に動かされると、リレーピストン８２と一体に動作するように構成されたリレー８３がＹ方向に動くことで、流入口８９ａ以降の油圧駆動装置８内の駆動油８９の通流経路が、流入口８９ａ→リレー８３に設けられている駆動油８９の導入通路→ブッシュ８４に設けられている駆動油８９の通流路→図９におけるパワーピストン８１の下側のパワーシリンダー８５に至る経路として形成され、駆動油８９が図９におけるパワーピストン８１の下側のパワーシリンダー８５に流入する。パワーシリンダー８５にこのようにして流入された駆動油８９の油圧によってパワーピストン８１がＸ方向に動かされ、主蒸気止め弁９１はパワーピストン８１に装着された駆動軸８６を介して開操作されて全開する。図９に示されたリレーピストン８２とパワーピストン８１の位置は、主蒸気止め弁９１が全開状態にある場合の位置である。なお、主蒸気止め弁９１のこの開操作の際に、主蒸気止め弁９１を全閉するように作用する全閉操作用ばね体９３が付勢される。

また、全開状態の主蒸気止め弁９１を全閉する場合には、電磁弁８３ｃを制御装置９４からの電気信号によって閉じると、制御油８８の油圧駆動装置８の排出口８８ｂからの排出が停止されることで、図９におけるリレーピストン８２の下側の空間の圧力が，電磁弁８３ｃが開いている場合よりも上昇し、リレーピストン８２にはリターンスプリング８２ａの引張力が働くこともあって、リレーピストン８２は図９におけるＸ方向に動かされる。リレーピストン８２がＸ方向に動かされると、リレーピストン８２と一体に動作するように構成されたリレー８３がＸ方向に動くことで、図９におけるパワーピストン８１の下側のパワーシリンダー８５に満たされている駆動油８９の排出経路が、パワーピストン８１の下側のパワーシリンダー８５→ブッシュ８４に設けられている駆動油８９の通流路→リレー８３に設けられている駆動油８９の排出通路→駆動油８９の排出口８９ｂに至る経路として形成され、駆動油８９がパワーピストン８１の下側のパワーシリンダー８５から排出される。パワーピストン８１に働いていたパワーピストン８１の下側の駆動油８９の油圧に基づく力が喪失されることで、主蒸気止め弁９１は全閉操作用ばね体９３の力によって全閉される。

なお、以上説明した油圧駆動装置８と全閉操作用ばね体９３とは、総称して蒸気止め弁用操作機と呼ばれるが、主蒸気止め弁９１では全開する場合には駆動油８９の油圧による力を用いて行われ、全閉する場合には全閉操作用ばね体９３による力を用いて行われるので、油圧駆動装置８と全閉操作用ばね体９３とが用いられる主蒸気止め弁用操作機は、一般にばね単動型操作機とも呼ばれている。すなわち、図８，図９を用いて示された蒸気止め弁用操作機は、ばね単動型の油圧操作機であり、使用される油は駆動油８９と制御油８８の２種類であり、制御油８８はリレーピストン８２の動作に使用されるのみなのに対し、駆動油８９は主蒸気止め弁９１の全開および主蒸気止め弁９１の全閉を行う全閉操作用ばね体９３の付勢に使用されるので、その使用油量は制御油８８と対比して多量になっている。
特開２００３−３３６６０３号公報 （第４−５頁、第１−２図）

前述した蒸気タービンプラントの蒸気止め弁の開閉操作に用いられている従来技術による蒸気止め弁用操作機８は、制御装置９４からの電気信号による電磁弁８３ｃに対する開閉指令によって蒸気止め弁９１の開閉操作を行うことができる。しかしながら、従来技術による蒸気止め弁用操作機８では、駆動油８９と制御油８８の２種類の油が併用されること、また、駆動油８９は制御油８８と対比すると油の使用量が多量であることによって、制御油８８に対する油配管よりも大口径の油配管が必要になることで、広い設置スペースが油配管に要することなどが問題点として指摘されている。したがってこの発明の目的は、油の使用種類および油の使用量が少なくて済む蒸気止め弁用操作機を提供することにある。

この発明では前述の目的は、
１）蒸気タービンに設置される蒸気止め弁の全開操作および全閉操作を行う蒸気止め弁用操作機において、前記蒸気止め弁の全開操作を行う場合にはその出力軸がある方向の回転動作を行うと共に蒸気止め弁の全閉状態においてリセットを行う場合にはその出力軸が蒸気止め弁の全開操作時とは逆方向となる方向の回転動作を行う可逆回転動作をする電動機と、この電動機の出力軸の可逆回転動作を蒸気止め弁の全開および前記リセットに必要な動作に変換する動作変換用機構と、蒸気止め弁が全開された状態においては前記電動機の駆動を行うことなしに蒸気止め弁の全開状態を保持する全開状態保持機構とを有する操作機構部と、前記動作変換用機構の蒸気止め弁の全開操作時の前記動作により付勢されて前記蒸気止め弁の全閉操作時の駆動源となる全閉操作用ばね体と、蒸気止め弁の全開操作開始前の全閉状態において油圧を印加することで前記全開状態保持機構をリセットすると共に，蒸気止め弁の全閉操作時に前記油圧を釈放することで前記全開状態保持機構をリセット状態から解除する油圧動作機構部とを備えること、または、
２）前記1項に記載の蒸気止め弁用操作機において、前記油圧動作機構部に印加される油圧は、タービン保護のための非常停止装置に用いられている非常停止油による油圧であること、または、
３）前記1または２項に記載の蒸気止め弁用操作機において、前記動作変換用機構は、前記電動機の出力軸の前記可逆回転動作を可逆直進動作に変換する互いに嵌め合うことが可能な雄ねじと雌ねじとでなるねじ機構と；前記電動機の出力軸に組み合わせられる一方の端部の側で前記出力軸の回転動作には同体で回転可能で、かつ出力軸の軸長方向には移動可能であるように組み合わせられ，その他方の端部の側に前記ねじ機構の雄ねじを持つと共に，前記一方の端部と前記他方の端部との中間となる部位に前記雄ねじのねじ外径よりも大きな外形寸法の段差部を持つねじスピンドルと；前記ねじ機構の雌ねじを内面側に持っ筒状部を一方の端部の側に、前記主蒸気止め弁の弁体を回動自在に保持する弁軸を回動させるためのリンク機構を装着するリンク機構装着部を他方の端部に、前記全閉操作用ばね体である圧縮コイルばねを掛止するためのばね体掛止部を前記一方の端部と前記他方の端部との中間となる部位にそれぞれ持ち、前記電動機の出力軸の前記可逆回転動作などに関連付けて前記リンク機構装着部に可逆直進動作を行わせる操作軸と；前記ねじスピンドルの一方の端部の外面部が回転可能に嵌め合わされる一方の内面部と、前記操作軸の一方の端部の外面部に軸長方向に移動可能に嵌め合わされて前記一方の内面部よりも大きな寸法を持つ他方の内面部と、これ等の一方の内面部と他方の内面部とが接続される部位にねじスピンドルの前記段差部に当接されるねじスピンドル掛止部が形成される内面を持ち、前記全開状態保持機構のロックを行う際に全開状態保持機構が掛止される保持機構掛止部を外面部に持つ円筒状のブッシュと；前記ねじ機構の一方の端部の側に前記ブッシュをその一方の内面部で嵌め合わせた状態で，これ等のねじ機構とブッシュとをねじ機構が回動可能であるようにして締結する締結体とを有するものであること、または、
４）前記1ないし３の何れかの項に記載の蒸気止め弁用操作機において、前記全開状態保持機構は、前記ブッシュの外面にその中心軸線がほぼ接するように、しかもブッシュの中心軸線とほぼ直交する姿勢関係で回動可能に配設され，前記ロックが行われる際にブッシュの前記保持機構掛止部に掛止される部位がカム面をなしている円形軸状のカム軸を有するものであること、または
５）前記1ないし４の何れかの項に記載の蒸気止め弁用操作機において、前記油圧動作機構部は、油圧用のシリンダー部とこのシリンダー部に可逆直進動作可能に嵌め合わされると共に前記油圧の印加の有無に応じて可逆直進動作を行うピストン部とこのピストン部と一体の可逆直進動作を行うピストン軸とを有し，前記油圧の印加状態に応じてこのピストン軸により全開状態保持機構の前記カム軸を可逆回動駆動することで，油圧の印加時にこのカム軸を前記保持機構掛止部に掛止して全開状態保持機構をロック状態にすると共にこの油圧の釈放時に前記全開状態保持機構をロック状態から解除するものであることにより達成される。

この発明による蒸気止め弁用操作機は、前記課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることで、蒸気止め弁９１の全開操作をこの操作機に備えられた電動機の駆動力によって行い、蒸気止め弁９１の全閉操作を前記電動機の駆動力によって付勢された全閉操作用ばね体のばね力によって行うことになるので、ばね単動型の電動操作機であることになる。そうして、油の使用種類は制御油８８の１種類のみであり、しかも、この制御油８８がこの操作機が備えるブッシュの保持機構掛止部を掛止状態（ロック状態）にするためにのみ用いられることで、その使用油量を従来例の制御油８８の場合と同様に少量で済ますことが可能になる。また、蒸気止め弁９１の操作用に必要な油配管は、制御油８８用の１本の細い油配管と、この制御油８８が元になって生じたドレイン油用の１本の細いドレイン油配管の合計２本で済むことになる。したがって、従来例の油圧操作機の場合に必要とした高圧で多量の駆動油８９が不要になることで、駆動油８９とそれから生じるドレイン油のために必要であった大口径の駆動油用配管を全く不要にすることが可能になり、油配管を設置するためのスペースの縮小が可能になるとの効果を得られる。
さらに、制御油８８としてタービン保護のための非常停止装置に用いられている非常停止油を利用することにより、非常停止油は蒸気タービンプラントの緊急停止時にその油圧が解放されることから、蒸気タービンプラントの緊急停止時に制御油８８の油圧がそれ自身で釈放される。これにより、蒸気止め弁の全開状態保持機構のロック状態が解除され、緊急時に速やかに蒸気を遮断することができるようになり、蒸気タービンプラントの保護装置と連動した緊急遮断機能を実現することができる。

以下この発明を実施するための最良の形態を図１〜図７を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、図８，図９に示した従来例の蒸気タービンプラントおよび蒸気止め弁用操作機と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。また、以後の説明に用いる図中には、図８，図９で付した符号については代表的な符号のみを記すことがある。なお、この発明の蒸気止め弁用操作機は図１〜図７に示された内容のみに限定されるものではない。図１はこの発明の実施の形態の一例による蒸気止め弁用操作機を搭載した主蒸気止め弁が適用されている蒸気タービンプラントを説明するその要部の概要を示す説明図であり、図２は図１に示したこの発明の一例の蒸気止め弁用操作機を説明する主蒸気止め弁と共に示す説明図である。図３はこの発明の一例の蒸気止め弁用操作機のリセット状態の図２における一部破断したＰ矢視図である。図４はこの発明の一例の蒸気止め弁用操作機の全開状態保持機構にロックが施された状態とされた場合の図２における一部破断したＰ矢視図であり、図５は図４におけるＡ−Ｂ断面図である。図６は図４におけるＲ部の図２におけるＰ矢視図であり、図７は全開状態保持機構が持つカム軸の図５におけるＣ−Ｃ断面図である。

図１〜図７において、１は、電動機１１，操作機構部２，全閉操作用ばね体である圧縮コイルばね１４，リンク機構１５，油圧操作機構部６とフレーム類とを備えるこの発明の蒸気止め弁用操作機である。図８，図９に示された従来例の蒸気タービンプラントの場合と対比すると、この発明の蒸気止め弁用操作機１は、従来例の場合の油圧駆動装置８と全閉操作用ばね体９３とが持つ機能とを一体に有して、蒸気止め弁９１の全開操作および蒸気タービン９６の緊急停止時を含む全閉操作を行う蒸気止め弁用操作機であることになる。なお、蒸気止め弁用操作機１は、蒸気止め弁９１ａ，９１ｂのそれぞれに個別に備えられているので、個別の蒸気止め弁用操作機１を指定する場合には、蒸気止め弁用操作機１ａおよび蒸気止め弁用操作機１ｂと記述するが、以降も含めて蒸気止め弁用操作機１ａ，１ｂを総称する場合には、単に蒸気止め弁用操作機１と記述する。この発明の蒸気止め弁用操作機１が持つ電動機１１は、例えば、歯車式減速機構を持つ誘導電動機であり、図９に示した蒸気止め弁９１用の制御装置９４と同等の機能を持つ制御装置９４Ａからの指令に応じて可逆回転動作をする出力軸１２を備えている。
この出力軸１２の可逆回転動作は、蒸気止め弁９１の全開操作時にはある方向の回転動作を行うと共に，蒸気止め弁９１の全閉状態においてリセットを行う場合（図３は蒸気止め弁９１の全閉状態においてリセットがなされた状態の蒸気止め弁用操作機１を示している。）には蒸気止め弁９１の全開操作時とは逆方向となる方向の回転動作を行うように設定されている。操作機構部２は、この事例の場合には、電動機１１の出力軸１２の可逆回転動作を蒸気止め弁９１の全開およびリセットを行うのに必要な動作に変換する動作変換用機構２１と、蒸気止め弁９１が全開された状態の場合に電動機１１を駆動することなしにこの全開状態を保持できるようにする全開状態保持機構５とを備えると共に、全閉操作用ばね体１４を後記するように内部に装着している。動作変換用機構２１は、さらに、ねじ機構２２、ねじスピンドル２４、操作軸３、ブッシュ４、締結体２９を備えている。このねじ機構２２はねじスピンドル２４の他方の端部２４ｂの側に形成された雄ねじ２２ａと、操作軸３の一方の端部３ａ側に形成された雌ねじ２２ｂとで構成され、これ等の雄ねじ２２ａと雌ねじ２２ｂとは、互いに嵌め合うことが可能な形状・寸法を持っている。

ねじスピンドル２４はその一方の端部２４ａの側に円筒状をした筒状部２５を持ち、この筒状部２５の内面を電動機１１の出力軸１２と、出力軸１２の回転動作に対しては同体で回転可能で，かつ出力軸１２の軸長方向には移動可能であるように、例えば、出力軸１２に形成されたキー溝に装着されるキー２６を用いて組み合わせられている。この筒状部２５の外周面の端部２４ａ側には、この事例の場合には、締結体２９を装着するための雄ねじが形成されている。また、ねじスピンドル２４はその他方の端部２４ｂの側には前記雄ねじ２２ａが形成されており、端部２４ａと端部２４ｂとの中間となる部位には雄ねじ２２ａのねじ外径よりも大きく，かつ筒状部２５の外面部の寸法よりも大きな外形寸法を持つ鍔状の掛止部２７が形成されている。操作軸３は、その一方の端部３ａの側に前記雌ねじ２２ｂが内面側に形成された円筒状部３１を、その他方の端部３ｂの側にリンク機構１５を装着するこの事例の場合のリンク機構装着部である貫通孔３５を、また、端部３ａと端部３ｂとの中間となる部位に圧縮コイルばね１４を掛止するためのばね体掛止部３３を備えている。
ブッシュ４は円筒状体であり、その一方の端部４ａの側にねじスピンドル２４の筒状部２５の外面部が回転可能に嵌め合わされる一方の内面部４１と、他方の端部４ｂの側に操作軸３の円筒状部３１の外面部に軸長方向に移動可能に嵌め合わされる，前記内面部４１よりも大きな径方向寸法を持つ他方の内面部４２とが形成されている。内面部４１と内面部４２とは、端部４ａと端部４ｂの中間部位で接続されるが、この接続される部位には、ねじスピンドル２４の掛止部２７の端部２４ａ側の面に当接される段差状のねじスピンドル掛止部４３が形成されている。すなわち、ブッシュ４には、ねじスピンドル２４が筒状部２５を内面部４１に嵌め合わせると共に、掛止部２７の端部２４ａ側の面をねじスピンドル掛止部４３に当接させて配設されることになる。このブッシュ４への配設の際に、ねじスピンドル２４は、その筒状部２５の外周面の端部２４ａ側に形成された前記雄ねじに、この事例の場合にはナットである締結体２９を装着し、電動機１１の出力軸１２の回転時にねじスピンドル２４が内面部４１に対して回動が可能なようにして締結される。

また、ブッシュ４の外面部には、全開状態保持機構５をロック状態にする際に、全開状態保持機構５の持つカム軸５１（蒸気止め弁用操作機１にはカム軸としてカム軸５１Ａとカム軸５１Ｂとを備えているが、カム軸５１Ａ，カム軸５１Ｂを総称する場合には、以降も含めてこのように記述する。）のカム面５２が当接される保持機構掛止部４４，４４が、この事例の場合には、出力軸１２，ねじ機構２２，ねじスピンドル２４，操作軸３およびブッシュ４の共通中心軸線（図３，図４に１点鎖線で示す）Ｚ−Ｚを含む平面に関して互いに面対象となる関係で相対して形成されている。このブッシュ４はその外面部を上部取付台７１に共通中心軸線Ｚ−Ｚに平行する方向に移動可能に装填される。
全開状態保持機構５はブッシュ４の外面にその中心軸線がほぼ接するように、しかもブッシュ４の中心軸線とほぼ直交する姿勢関係で回動可能に配設され，ブッシュ４の前記保持機構掛止部４４，４４にそれぞれ掛止される部位がカム面５２をなしている円形軸状のカム軸５１Ａ，５１Ｂを備えている。カム軸５１Ａ，５１Ｂがそれぞれに持つカム面５２も、保持機構掛止部４４，４４の場合と同様に、共通中心軸線Ｚ−Ｚを含む平面に関して互いに面対象となる関係で形成されている。このカム軸５１Ａ，５１Ｂは上部取付台７１に形成された貫通孔に回動自在に装着される（図３，図４，図５を参照）。これ等のカム軸５１Ａとカム軸５１Ｂとは、互いに同一の仕様を持つ歯車５３，５３を介して連結されており、また、カム軸５１Ａには油圧操作機構部６のピストン軸６３の可逆直進動作に応じてカム軸５１Ａを可逆回動させるレバー体５４が装着されていることで、カム軸５１Ａとカム軸５１Ｂとは、ピストン軸６３の可逆直進動作によって互いに面対称となる関係で可逆回動されることになる（図５，図６を参照）。

リンク機構１５は、操作軸側リンク１６と，弁軸側リンク１７と，操作軸３の貫通孔３５と操作軸側リンク１６とを回動自在に連結するピン１８Ａと，操作軸側リンク１６と弁軸側リンク１７とを回動自在に連結するピン１８Ｂとで構成されている。弁軸側リンク１７の反ピン１８Ｂ側の端部部分は、蒸気止め弁９１の弁軸９１３に相互間の回動ができないようにして装着されている。油圧操作機構部６はシリンダー部６１と、このシリンダー部６１に可逆直進動作可能に嵌め合わされるピストン部６２と、このピストン部６２に装着されたピストン軸６３と、圧縮コイルばね６４とを備えている。シリンダー部６１には制御油８８をシリンダー部６１の内部に流入させるための流入口６５と、流入口６５から見てピストン部６２の反対側となる部位に排油口６６が形成されている。この排油口６６は、シリンダー部６１とピストン部６２との隙間から洩れてシリンダー部６１の圧縮コイルばね６４が配設された部位に流入した制御油８８を、油圧操作機構部６から排出させるために設けられている。
油圧操作機構部６への制御油８８の油圧の印加は、制御装置９４Ａからの指令によって動作する三方電磁弁１９（なお、三方電磁弁１９は、蒸気止め弁用操作機１ａ，１ｂのそれぞれに個別に備えられているので、個別の三方電磁弁１９を指定する場合には、三方電磁弁１９ａおよび三方電磁弁１９ｂと記述するが、以降も含めて三方電磁弁１９ａ，１９ｂを総称する場合には、単に三方電磁弁１９と記述する。）の開弁操作によって行われる。三方電磁弁１９が開弁されると、制御油８８の三方電磁弁１９を介する通流路が開路され、制御油８８の油圧がシリンダー部６１に印加され、制御油８８が流入口６５からシリンダー部６１の内部に流入されて、制御油８８の油圧によってピストン部６２が図５において紙面に向かって左方向に移動させられる力を受け、圧縮コイルばね６４が制御油８８の油圧によって圧縮されて付勢されると共に、ピストン軸６３がピストン部６２と共に移動することになる。

また、制御装置９４Ａからの指令による三方電磁弁１９の閉弁操作が行われると、制御油８８の三方電磁弁１９を介する通流路が閉塞され、シリンダー部６１に充填された制御油８８はドレイン油８８ａとして三方電磁弁１９を介してドレインに排出されることになるので、シリンダー部６１に印加される制御油８８の油圧は実質的に零になる。したがって、ピストン部６２は制御油８８の油圧によって圧縮されることで付勢されていた圧縮コイルばね６４が発生するばね力によって、図５において紙面に向かって右方向に移動させられる力を受けることになり、ピストン軸６３もピストン部６２と共に紙面に向かって右方向に移動することになる。すなわち、油圧操作機構部６のピストン軸６３は、流入口６５に加わる制御油８８の油圧の有無に応じて可逆直進動作を行うことになる。
この事例の場合の蒸気止め弁用操作機１においては、制御油８８には蒸気タービンプラントの安全保護用に用いる非常停止油と称せられている油が用いられている。この制御油８８を蒸気止め弁用操作機１に供給するための油配管８７は三方電磁弁１９が介挿されるようにして敷設され、また、三方電磁弁１９のドレイン油８８ａの排出口以降には、ドレイン油配管８７ａが敷設されている。なお、油圧操作機構部６のシリンダー部６１の圧縮コイルばね６４が配設された部位に流入した制御油８８は、排油口６６からドレイン油８８ａの一部として排出されるが、そのための配管として、例えば、ドレイン油配管８７ａに接続されるドレイン油配管８７ｂが敷設される。

この発明の蒸気止め弁用操作機１を構成するための主なフレーム類には、ばね体掛止部３３よりも端部３ｂ側の操作軸３を除く操作機構部２，および圧縮コイルばね１４を装着または収容するものとして、上部取付台７１、下部取付台７２および上部取付台７１と下部取付台７２との相互間隔を保持するスタンド７３が用いられており、電動機１１は上部取付台７１の上面部に装着されている。なお、圧縮コイルばね１４は、操作軸３のばね体掛止部３３と上部取付台７１の下面に配設されたばね受け体７４との間に配設され、油圧操作機構部６は上部取付台７１の側面部に配設される取付体７５に装着されている。さらに、フレーム類を含む蒸気止め弁用操作機１の全体は、ブラケット７６によって蒸気止め弁９１に装着される。ここで、この事例の場合の、蒸気止め弁用操作機１が組み合わされるチェッキ型蒸気止め弁である蒸気止め弁９１の、蒸気止め弁用操作機１に関連する構造の概略を図２を用いて説明する。蒸気止め弁９１は弁胴９１１，弁体９１２，弁軸９１３とカバー９１４などを備え、弁体９１２は弁胴９１１に回動自在に装填された弁軸９１３に固定されており、弁軸９１３の回動に応じて蒸気止め弁９１を全開状態または全閉状態にする。弁軸９１３はカバー９１４を貫通して弁胴９１１の外部に突き出されて配設されているので、リンク機構１５の弁軸側リンク１７は、その反ピン１８Ｂ側の端部部分で、このカバー９１４から突き出された弁軸９１３に装着されていることになる。

図１〜図７に示すこの発明の実施の形態の一例による蒸気止め弁用操作機１では前述の構成としたので、蒸気止め弁９１が全閉状態であってしかも蒸気止め弁用操作機１のリセットがなされている場合には、蒸気止め弁用操作機１の各部は図３に示す状態とされている。この状態の場合には、操作軸３はその移動可能範囲の図３の紙面における最下端に位置している。またこの時には、制御装置９４Ａから三方電磁弁１９に対しては、制御油８８の油圧を油圧操作機構部６に印加しないままにするとの内容の指令が出されており、油圧操作機構部６の流入口６５には制御油８８の油圧が印加されていないので、そのピストン軸６３はその移動可能範囲の図３〜図６の紙面における最右端に位置している。全開状態保持機構５のカム軸５１Ａ，５１Ｂのそれぞれのカム面５２は、ブッシュ４の保持機構掛止部４４には当接されておらず、全開状態保持機構５がブッシュ４に掛止されていない状態、すなわち、ブッシュ４のロックが未実施の状態になっている。そうして、図３に示す蒸気止め弁用操作機１は、蒸気止め弁９１の全閉状態においてリセット状態にあり，しかも，ロック解除状態にあることになる。またこの時、ブッシュ４の上端面は上部取付台７１の上端面に最も近接された関係の状態になっており、また、ばね体掛止部３３の下面と下部取付台７２の上端面との間の間隙長は、この事例の場合には、実質的に零の状態になっている。

この状態で蒸気止め弁９１を全開させる場合には、制御装置９４Ａからは、まず、電動機１１に対する指令内容を電動機１１が停止状態を継続するとしたままで、三方電磁弁１９に対する指令内容が、制御油８８の油圧を油圧操作機構部６に印加せよとする指令に改められる。この指令により、制御油８８の三方電磁弁１９を介する油圧操作機構部６への通流路が開路され、油圧操作機構部６のシリンダー部６１の流入口６５に制御油８８の油圧が印加されることで、ピストン部６２が圧縮コイルばね６４を付勢しつつ移動して、ピストン軸６３はその移動可能範囲の図３〜図６の紙面における最左端の位置まで移動する。これにより、全開状態保持機構５のカム軸５１Ａ，５１Ｂのそれぞれのカム面５２が、ブッシュ４の両方の保持機構掛止部４４のそれぞれに当接されることになり、蒸気止め弁用操作機１はリセット状態であることに加えて、全開状態保持機構５がブッシュ４に掛止されたロック状態になる。図４は、このリセット状態にあると共にロック状態にもある蒸気止め弁用操作機１を示している。

蒸気止め弁用操作機１をロック状態にする操作が完了すると、制御装置９４Ａからの指令内容は、三方電磁弁１９に対する指令内容を制御油８８の油圧の油圧操作機構部６への印加を継続するとしたままで、電動機１１に対する指令内容が、電動機１１を駆動して蒸気止め弁９１を全開させよとする内容に改められる。この蒸気止め弁９１の全開指令に関する内容は、電動機１１に関しては、操作軸３を図４の紙面における共通中心軸線Ｚ−Ｚに沿う上方向に移動するようにその出力軸１２を回転させよとする内容である。電動機１１の駆動開始によってその出力軸１２はある方向への回転を開始するが、ねじスピンドル２４とブッシュ４とは，ねじスピンドル２４は単独で回転可能であると共に，共通中心軸線Ｚ−Ｚに沿う方向に関してはブッシュ４とねじスピンドル２４とは一体になって移動するようにされており、また、ブッシュ４が全開状態保持機構５によってロック状態にされていることから、ねじ機構２２が持つ機能によって、操作軸３のみが共通中心軸線Ｚ−Ｚに沿う上方向への移動を開始する。その際、操作軸３と一体のばね体掛止部３３も上方向へ移動するので、圧縮コイルばねである全閉操作用ばね体１４は圧縮されることで付勢される。操作軸３の上方向への移動に伴って、その端部３ｂおよびリンク機構装着部である貫通孔３５も上方向へ移動するので、リンク機構１５が持つ前述の構成によって、弁軸側リンク１７は弁軸９１３の中心位置を中心にして、図４においてその紙面に向かって反時計方向に回動する。

弁軸９１３が所定位置まで回動して蒸気止め弁９１が全開状態になる（図４ではこの状態での弁軸側リンク１７を１点鎖線で示している。）と、制御装置９４Ａからの指令は、三方電磁弁１９に対する指令内容はそのままで、蒸気止め弁用操作機１の電動機１１を駆動せよとする指令のみが解除される内容に改められる。この蒸気止め弁用操作機１の電動機１１の駆動に関する指令が解除されることで、電動機１１の駆動が停止される。この時、操作軸３は、蒸気止め弁９１の全閉位置→全開位置に従う弁軸９１３の回動角度に対応したストローク（図４におけるＬ寸法）だけ上方向に移動した状態になり、全閉操作用ばね体１４はこのＬ寸法だけ圧縮されることで付勢をされていることになる。そうして、蒸気止め弁９１は全開状態にあり、蒸気止め弁用操作機１はリセット状態にあると共にロック状態にもあることになる。またこの時、ブッシュ４の上端面と上部取付台７１の上端面との位置関係は、図３，図４に示された状態と同一の位置関係のままになっているが、しかし、下部取付台７２の上端面とばね体掛止部３３の下面との間の間隙長は、図３，図４に示された状態に対して、Ｌ寸法だけ増大されていることになる。
蒸気止め弁用操作機１により開閉操作される蒸気止め弁９１を備えたタービンプラントは、前記の蒸気止め弁９１が全開で，しかも蒸気止め弁用操作機１がリセットおよびロックを行われた状態で運転されることになる。この蒸気タービンプラントに何らかの不具合が発生してプラントの緊急停止を要することになった場合には、制御装置９４Ａからの指令は、蒸気止め弁用操作機１の電動機１１の駆動を停止するとしたままで、三方電磁弁１９に対する指令内容のみが、制御油８８の油圧を解放せよとする指令に改められか、もしくは、蒸気止め弁用操作機１の場合には、蒸気タービンプラントの安全保護用に用いる非常停止油と称せられている油が制御油８８に用いられていることで、非常停止油がプラントの緊急停止時にはその油圧が解放されるようにされた油であることから、制御油８８の油圧がそれ自身で解放されることになる。

こうしたことにより、油圧操作機構部６のシリンダー部６１内に充填されていた制御油８８は三方電磁弁１９を介してドレインに排出される。このために、前記したところにより、ピストン軸６３は、図３〜図６において紙面に向かって右方向に移動することになる。このピストン軸６３の右側への移動動作が、レバー体５４を介してカム軸５１Ａを図６において紙面に向かって反時計方向に回動させ、カム軸５１Ａの回動動作は歯車５３，５３を介してカム軸５１Ｂに伝達されることもあり、結果として、カム軸５１Ａ，５１Ｂがそれぞれに持つカム面５２の、ブッシュ４の保持機構掛止部４４，４４への掛止状態が解除されることで、蒸気止め弁用操作機１はトリップ状態にされる。なお、プラントの緊急停止時には、制御油８８の三方電磁弁１９を介する油圧操作機構部６への供給通路が閉塞されると共に、油圧操作機構部６のシリンダー部６１内の制御油８８の三方電磁弁１９を介するドレインへの排出通路が開路される。
蒸気止め弁用操作機１がリセットおよびロックが施されていた状態からトリップ状態にされると、操作軸３，ねじスピンドル２４とブッシュ４とは一体で、ストロークＬだけ圧縮された全閉操作用ばね体１４が発生するばね力により、共通中心軸線Ｚ−Ｚに平行し，かつ図３，図４における紙面に向かって下向きの方向に移動し、下部取付台７２の上端面とばね体掛止部３３の下面との間の間隙長を実質的に零の状態にまで戻す。この動作により、操作軸３のリンク機構装着部である貫通孔３５も下方向へ移動するので、リンク機構１５が持つ構成によって、弁軸側リンク１７は弁軸９１３の中心位置を中心にして回動して、蒸気止め弁９１を全閉状態にする。すなわち、蒸気止め弁用操作機１がトリップ状態にされることで、蒸気止め弁９１は速やかに全閉されることになる。この時、図３，図４に示された状態と対比すると、ブッシュ４の上端面については，Ｌ寸法だけ下がった位置にあることになり、また、ばね体掛止部３３の下面と下部取付台７２の上端面との間の間隙長については，実質的に零の状態に戻ることになる。

蒸気止め弁用操作機１がトリップされることで蒸気止め弁９１が全閉された蒸気タービンプラントは、蒸気止め弁９１を全閉状態に保持したままでプラントの不具合原因の除去作業が行われ、それに続いて蒸気タービンプラントが再運転可能であることを確認する作業が実施される。蒸気タービンプラントの再運転が可能であることを確認されると、蒸気止め弁用操作機１をリセット状態に戻す処置、すなわち、蒸気止め弁用操作機１の各部を図３に示す状態に戻す処置が行われる。この場合には、制御装置９４Ａからは、まず、三方電磁弁１９に対しては制御油８８の油圧を解放するとの指令内容のままで、蒸気止め弁用操作機１の電動機１１を前述した蒸気止め弁９１の全開時とは逆方向に回転させよとする指令が出される。電動機１１の駆動開始によってその出力軸１２は、蒸気止め弁９１の全開時の場合とは逆方向に回転を開始して、ねじ機構２２が持つ機能によって、ねじスピンドル２４は図３の紙面における共通中心軸線Ｚ−Ｚに沿う上方向への移動を開始する。
前述したようにねじスピンドル２４とブッシュ４とは，ねじスピンドル２４は単独で回転可能であると共に，共通中心軸線Ｚ−Ｚに沿う方向に対してはブッシュ４とねじスピンドル２４とは一体になって移動するようにされており、また、この場合にはブッシュ４が全開状態保持機構５によってロックされていないことから、この場合のブッシュ４は、ねじスピンドル２４と共に共通中心軸線Ｚ−Ｚに沿う上方向へ移動を行うことになる。なお、操作軸３は、この場合には全閉操作用ばね体１４によって共通中心軸線Ｚ−Ｚに沿う下方向へ押圧されていることから、その位置は変化しない。ブッシュ４の上端面が上部取付台７１の上端面とはほぼ同一面になる位置まで上昇すると、制御装置９４Ａからの指令は、三方電磁弁１９に対しては制御油８８の油圧を解放するとの指令内容のままで、蒸気止め弁用操作機１の電動機１１の駆動を解除するとの指令内容に改められる。この指令により、ブッシュ４などの移動が停止されることで、蒸気止め弁９１は全閉状態であって、蒸気止め弁用操作機１はその各部がリセット状態にあり，しかも，ロック解除状態にある図３に示した状態に戻ったことになる。

以上説明したように、この発明の実施の形態の一例による蒸気止め弁用操作機１では、蒸気止め弁９１の全開操作は電動機１１の駆動力によって行われ、蒸気止め弁９１の全閉操作は全閉操作用ばね体１４のばね力によって行われ、さらに、全閉操作用ばね体１４の付勢は電動機１１の駆動力によって行われので、蒸気止め弁用操作機１は、ばね単動型の電動操作機であることになる。ところで、蒸気止め弁用電動操作機のストロークタイムは油圧操作式のものと比較して遅いと一般に言われている。しかし、蒸気源として地熱蒸気を用いる地熱蒸気タービンプラントの主蒸気の蒸気圧は、蒸気源としてボイラーが使用される非地熱蒸気タービンプラントの場合の蒸気圧よりも低圧であり、地熱蒸気タービンで非地熱蒸気タービンの場合と同等のタービン出力を得るためには、主蒸気止め弁の口径の大型化が必要になる。そうして、発明者が検討したところによれば、大口径化されるにしたがって主蒸気止め弁の開閉操作に必要な操作力が増大するので、油圧式操作機の場合には給油量の増大が必要になってくるが、給油量を急激に増大させると油圧変動が発生してしまうので、この油圧変動を小さく抑えるために時間を掛けてゆっくり給油せざるを得ないということになる。
こうしたことから、地熱蒸気タービンなどの蒸気圧の比較的に低い蒸気を利用する蒸気タービンの始動時に限れば、蒸気止め弁用電動操作機のストロークタイムが油圧操作式のものと比較して遅いとうことは、欠点にはならないことになる。このことに着目してなされたのがこの発明による蒸気止め弁用操作機１である。そうして、蒸気止め弁用操作機１により開閉操作される主蒸気止め弁９１を，少なくとも２系統備える図１にその概要を示した蒸気タービンプラントでは、蒸気止め弁用操作機１が前記した内容の機能・動作を行うものであることから、蒸気止め弁９１の緊急停止を含む開閉操作が正常に行えることを蒸気タービン９６の運転中にも確認できることは明白である。そうして、蒸気止め弁用操作機１の最も特徴的なことは、油の使用種類が制御油８８の１種類のみであり、しかも、この制御油８８がブッシュ４の保持機構掛止部４４，４４を掛止状態にするためにのみ用いられることで、その使用油量は従来例の制御油８８の場合と同様に少量で済むことである。

このことによって、蒸気止め弁９１の全開操作および全閉操作を行う蒸気止め弁用操作機にこの発明による蒸気止め弁用操作機１を用いた蒸気タービンプラントでは、蒸気止め弁９１の操作用に必要な油配管としては、制御油８８用の１本の細い油配管８７と、この制御油８８が元になって生じたドレイン油８８ａ用の１本の細いドレイン油配管８７ａの合計２本で済むと言って差し支えがない。そうして、このことを図８，図９に例示した従来例の蒸気タービンプラントの場合と対比すると、従来例の蒸気タービンプラントの場合に必要とした高圧で多量の駆動油８９が不要になることで、駆動油８９とそれから生じるドレイン油のために必要であった大口径の駆動油用配管が、蒸気止め弁用操作機１を用いた蒸気タービンプラントの場合には不要になる。この結果、蒸気止め弁用操作機１を用いた場合には、油配管を設置するためのスペースを、従来例の場合よりも縮小することができるとの特徴を得ることができる。

この発明の実施の形態の一例による蒸気止め弁用操作機を搭載した主蒸気止め弁が適用されている蒸気タービンプラントを説明するその要部の概要を示す説明図である。 図１に示したこの発明の一例の蒸気止め弁用操作機を説明する主蒸気止め弁と共に示す説明図である。 この発明の一例の蒸気止め弁用操作機のリセット状態の図２における一部破断したＰ矢視図である。 この発明の一例の蒸気止め弁用操作機の全開状態保持機構にロックが施された状態とされた場合の図２における一部破断したＰ矢視図である。 図４におけるＡ−Ｂ断面図である。 図４におけるＲ部の図２におけるＰ矢視図である。 全開状態保持機構が持つカム軸の図５におけるＣ−Ｃ断面図である。 従来例の蒸気タービンプラントを説明するその要部の概要を示す説明図である。 図８に示した従来例の蒸気止め弁用操作機を説明する説明図である。

符号の説明

１ 蒸気止め弁用操作機
１１ 電動機
１２ 出力軸
１４ 全閉操作用ばね体
１５ リンク機構
２ 操作機構部
２１ 動作変換用機構
５ 全開状態保持機構
６ 油圧操作機構部

Claims (5)

1. 蒸気タービンに設置される蒸気止め弁の全開操作および全閉操作を行う蒸気止め弁用操作機において、
   前記蒸気止め弁の全開操作を行う場合にはその出力軸がある方向の回転動作を行うと共に、蒸気止め弁の全閉状態においてリセットを行う場合にはその出力軸が蒸気止め弁の全開操作時とは逆方向となる方向の回転動作を行う可逆回転動作をする電動機と、この電動機の出力軸の可逆回転動作を蒸気止め弁の全開および前記リセットに必要な動作に変換する動作変換用機構と、蒸気止め弁が全開された状態においては前記電動機の駆動を行うことなしに蒸気止め弁の全開状態を保持する全開状態保持機構とを有する操作機構部と、前記動作変換用機構の蒸気止め弁の全開操作時の前記動作の際に付勢されて前記蒸気止め弁の全閉操作時の駆動源となる全閉操作用ばね体と、前記リセット状態における蒸気止め弁の全開操作開始前の全閉状態において油圧を印加することで前記全開状態保持機構をロック状態にすると共に、蒸気止め弁の全閉操作時に前記油圧を釈放することで前記全開状態保持機構をロック状態から解除する油圧動作機構部とを備えることを特徴とする蒸気止め弁用操作機。
2. 請求項１に記載の蒸気止め弁用操作機において、前記油圧動作機構部に印加される油圧は、タービン保護のための非常停止装置に用いられている非常停止油による油圧であることを特徴とする蒸気止め弁用操作機。
3. 請求項1または２に記載の蒸気止め弁用操作機において、前記動作変換用機構は、前記電動機の出力軸の前記可逆回転動作を可逆直進動作に変換する互いに嵌め合うことが可能な雄ねじと雌ねじとでなるねじ機構と；前記電動機の出力軸に組み合わせられる一方の端部の側で前記出力軸の回転動作には同体で回転可能で、かつ出力軸の軸長方向には移動可能であるように組み合わせられ、その他方の端部の側に前記ねじ機構の雄ねじを持つと共に、前記一方の端部と前記他方の端部との中間となる部位に前記雄ねじのねじ外径よりも大きな外形寸法の段差部を持つねじスピンドルと；前記ねじ機構の雌ねじを内面側に持つ筒状部を一方の端部の側に、前記主蒸気止め弁の弁体を回動自在に保持する弁軸を回動させるためのリンク機構を装着するリンク機構装着部を他方の端部に、前記全閉操作用ばね体である圧縮コイルばねを掛止するためのばね体掛止部を前記一方の端部と前記他方の端部との中間となる部位にそれぞれ持ち、前記電動機の出力軸の前記可逆回転動作に関連付けて前記リンク機構装着部に可逆直進動作を行わせる操作軸と；前記ねじスピンドルの一方の端部の外面部が回転可能に嵌め合わされる一方の内面部と、前記操作軸の一方の端部の外面部に軸長方向に移動可能に嵌め合わされて前記一方の内面部よりも大きな寸法を持つ他方の内面部と、これ等の一方の内面部と他方の内面部とが接続される部位にねじスピンドルの前記段差部に当接されるねじスピンドル掛止部が形成される内面を持ち、前記全開状態保持機構のロックを行う際に全開状態保持機構が掛止される保持機構掛止部を外面部に持つ円筒状のブッシュと；前記ねじ機構の一方の端部の側に前記ブッシュをその一方の内面部で嵌め合わせた状態で、これ等のねじ機構とブッシュとをねじ機構が回動可能であるようにして締結する締結体とを有するものであることを特徴とする蒸気止め弁用操作機。
4. 請求項１ないし３の何れかの項に記載の蒸気止め弁用操作機において、前記全開状態保持機構は、前記ブッシュの外面にその中心軸線がほぼ接するように、しかもブッシュの中心軸線とほぼ直交する姿勢関係で回動可能に配設され、前記ロックが行われる際にブッシュの前記保持機構掛止部に掛止される部位がカム面をなしている円形軸状のカム軸を有するものであることを特徴とする蒸気止め弁用操作機。
5. 請求項1ないし４の何れかの項に記載の蒸気止め弁用操作機において、前記油圧動作機構部は、油圧用のシリンダー部と、このシリンダー部に可逆直進動作可能に嵌め合わされると共に前記油圧の印加の有無に応じて可逆直進動作を行うピストン部と、このピストン部と一体の可逆直進動作を行うピストン軸とを有し、前記油圧の印加状態に応じてこのピストン軸により全開状態保持機構の前記カム軸を可逆回動駆動することで、油圧の印加時にこのカム軸を前記保持機構掛止部に掛止して全開状態保持機構をロック状態にすると共にこの油圧の釈放時に前記全開状態保持機構をロック状態から解除するものであることを特徴とする蒸気止め弁用操作機。
   

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