JP2009162177A - 蒸気弁および発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】弁ケーシングにウォーミング用蒸気通路を設けて蒸気タービンの起動時にウォーミング用蒸気を流し、蒸気弁に熱応力が発生するのを抑制する。
【解決手段】弁ケーシング４にウォーミング用蒸気通路１８を設けた蒸気弁であって、ウォーミング用蒸気通路１８は、前記弁ケーシングの前記弁座１０よりも上流部位に入口部１８ａを有し当該弁ケーシング４の出口６と干渉しない部位を経由して当該弁ケーシング底部４ｂ近傍で終端部となる複数個のウォーミング用貫通孔１８ｂと、弁ケーシング底部に設けられ複数個のウォーミング用貫通孔１８ａの終端部に連通する出口座１８ｄと、から構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気弁および蒸気弁を備えた発電設備に係り、特に蒸気タービンの起動時にウォーミングすることのできる蒸気弁およびその蒸気弁を備えた発電設備に関する。

一般に、蒸気タービンプラントにおいては蒸気タービンに導入する蒸気流量を制御したり遮断したりするために、蒸気タービンの上流側に蒸気弁を設置するようにしている。この蒸気弁のうち、高圧蒸気タービンの前に設置される蒸気弁は主蒸気止め弁と蒸気加減弁と呼ばれ、蒸気経路に直列に配置されている。中圧蒸気タービンの前に設置される蒸気弁は組合せ再熱蒸気弁と呼ばれ、一つの弁ケーシング内にインターセプト弁と再熱蒸気止め弁とが組み合わされている（例えば、非特許文献１、Ｐ１４３参照）。

蒸気タービンの機器設計上注意すべき事項に熱問題が上げられる。一般に熱エネルギーは温度の高い方から低い方へと移動する性質があり、この熱エネルギーの伝達には伝導、対流および放射の３つの形態がある。物体内の粒子間を移動する場合が伝導であり、流体粒子の巨視的な運動などによって伝達される場合が対流である。

対流には自然対流と強制対流があり、前者は流体温度差により密度差が生じて流体に運動が発生する場合で、後者は機械的な原因により流体運動が発生する場合である。またすべての物体はエネルギーをいくらかは波動として放射しあるいは吸収するが、この形式によって授受する熱が放射である。

ここで蒸気弁等の金属容器内に高温の熱流体である蒸気が通過しているとき、すなわち蒸気から容器内部へ熱が伝わる形態を考える。タービンの運転中に蒸気弁が全開して蒸気が通過しているとき、この蒸気から金属内部への熱の伝達形態は強制対流であるが、タービントリップ直後の弁全閉状態で蒸気が容器内に完全に閉塞された状態では自然対流により伝達される。

金属容器の内面から外面への熱の伝達形式は伝導であり、外面から保温材への伝達形式も伝導である。保温材外面から大気へ放熱が行われるが、この形式は自然対流である。しかし保温材に風等の大気流れが吹き付ける場合、強制対流となる。

このように蒸気から蒸気弁、蒸気弁の内面から外面、蒸気弁の外面から保温材内面、保温材外面から大気といったそれぞれの箇所において、蒸気と大気の状態が一定である場合の熱伝達量は各箇所に差は無く、一定量である性質を持つ（熱に関する連続の式）。この伝熱量は単位時間に伝わった熱量として、Ｗ（ワット）の単位で表される。一般に伝熱量は下記式１にて表される。

温度差ΔＴとは、対流においては流体温度と容器内面温度との差、伝導においては容器の内面温度と外面温度との差である。熱通過係数は熱伝達率、熱通過率または熱貫流率と呼ばれることもあるが、対流では形態に依存し、また伝導では物体と形状からくる固有の値である。中空円筒において、内面からの熱伝導は下記式２にて表される。

分母のｄ_o／ｄ_iは、円筒の内径が同じで肉厚が増える場合大きくなる。蒸気と円筒内面における熱量は対流によるものなので形状変化しても変わらない。従って内径が変わらず肉厚が増えることは温度差が大きくなることが判る。

このような熱伝達が行われる蒸気弁において、設計上注意しなければならないのが熱応力である。弁ケーシングの温度が一様でないとき、熱膨張量が異なるため応力が生じる。この応力を熱応力と呼ぶが、 一般的に内外面に温度差のある中空円筒の熱応力は下記の比例式３で表される。

上式３から材料以外で熱応力を小さくするには内外面温度差を小さくすればよいことが判る。
ここで蒸気温度や流量が変化した場合を考える。例えば蒸気温度が上昇した場合、蒸気弁内面の温度はある時間遅れて上昇するが、外面の温度はさらに遅れて上昇する。一般的に熱量と温度の関係は、直交座標系の方向と時間を考慮した微分方程式として下記式４で表される。

すなわち弁内面で蒸気温度が変化し、蒸気と内面との伝熱量が増加した場合、外面に熱が移動していくがその温度上昇率は熱伝導率に比例し、比熱と密度に反比例することが判る。つまり熱伝導率が大きい材料では、内面の温度が変化しても直ちに熱が伝わるため外面の温度が追従しやすく温度差がつきにくいことになり、熱応力の発生を抑えられる。

さて、熱流体を扱う蒸気弁においては熱応力の発生は避けられないが、タービン起動過程においては蒸気温度の上昇により一時的ではあるが高い熱応力が発生する。特に起動前の蒸気温度と蒸気弁の温度との差が大きいと発生しやすい。

これは起動により蒸気弁内部に大量の蒸気が流れ込み、それにより内面温度が上昇するが、蒸気の温度変が激しいと内面の温度変化に対して外面の温度変化が遅れて追いつかなくなり、次第に温度差が大きくなって熱応力が大きくなっていく。内面が蒸気温度近くに到達し外面も追従してくると次第に温度差が小さくなってきて熱応力も下がり始め、最後には定常状態時の熱応力に落ち着く。

一方、材料の寿命に低サイクル疲労があるが、これはある応力が繰り返し作用すると疲労破壊を起こすもので、その応力と繰り返し回数の間にはある関係式が成り立つ。一般に高応力が作用する状態は破損するまでの繰り返し回数が低く、ある応力値以下では何回繰り返しても破損に至らないものである。蒸気タービンの起動過程で一時的な高い熱応力が発生するが、このピーク応力がいつも一定ならばそれに対する限界の起動回数が求められる。よってその起動回数を超えた場合材料寿命を超えて破壊を起こすことになる。

従って、蒸気タービンの起動過程中、蒸気温度変化に追従しやすい蒸気弁や運用方法により熱応力の発生を抑えることができれば、材料寿命を延命することができる。特に起動に先立ち、弁各部の金属内外面温度差や蒸気温度変化率が制限値を超えないように蒸気温度に注意しながら、蒸気を利用して弁のウォーミングを行い、できるだけ蒸気と同じ温度となるようにすることが重要であり、起動後も温度上昇率を低くすることが熱応力の発生抑止につなげることができる。

上述した蒸気弁のウォーミングイベント（ウォーミング工程）では、下流側のタービンにウォーミング用蒸気が流れないように最下流の弁は全閉の状態で行う。弁のウォーミングは各弁に設けられた弁座前ドレンラインより蒸気を排出することで蒸気循環による対流熱伝達の効果でケーシング温度が上昇していく。

この弁座前ドレンラインには下流側に電気駆動のドレン弁が設けられ、タービン停止指令とともに全開となり、蒸気が冷えて水になっても弁内部に溜まらないようにしている。タービンが起動し定められた負荷に到達後、ドレン弁は閉じられる。

高圧側に設けられた主蒸気止め弁および蒸気加減弁では、ボイラから排出される高圧蒸気を直接主蒸気配管によりウォーミング用蒸気として取り入れられるが、中圧側の組合せ再熱蒸気弁では、再熱器から排出された蒸気を取り込むことになるため、起動前の高圧タービン排出蒸気がない状態ではウォーミング用蒸気を再熱配管から取り入れることができない（例えば、非特許文献１ P37 図2.21 参照）。

また再熱蒸気配管はタービンフロア下方から垂直に導かれエルボを介して再熱蒸気弁に接続されることが多い。従って、この配置ではドレンは入口側の再熱配管側へ流れ込んでいくため、 再熱蒸気弁には弁座前にドレンラインが設置されていない（例えば、特許文献１、図１参照）。
特開平11-343811号公報 火力発電総論、瀬間徹監修、電気学会2002年10月25日初版発行、第３７頁、図２．２１

このため、従来の蒸気タービンプラントでは、再熱蒸気弁のウォーミングは中圧蒸気タービンからの配管熱伝導が支配的に行われることになる。この伝熱量は蒸気対流に比べて小さいため十分に温度を上げることは難しい。さらに現在主流の蒸気温度であってもボイラ効率の追求により構造が変化し、高温蒸気のバイパスシステムを有するタイプも登場している。このボイラでは、蒸気タービン起動前であっても再熱器には高温蒸気を生成させることができる。このような高温蒸気バイパスシステムを有するボイラを用いる場合、弁座前ドレンが設置されない構造では弁座前内部空間では蒸気圧力が作用するが対流による熱伝達が発生しない。

他方、近年環境問題の観点から蒸気タービンの一層の効率化が要求されており、そのため蒸気温度が益々高温化される傾向にある。高温化は材料にとっては非常に厳しいものであり、高温に対して強度を確保するために弁ケーシングの材料は高温強度に優れるフェライト系の12Ｃｒ鋼からさらに将来はオーステナイト系もしくはＮｉをベースとする超合金等が採用されようとしている。この超合金の特徴としてフェライト系材料に比べて線膨張係数が大きく、熱伝導率が小さい。すなわちこれまでの材料に比べて熱応力が発生しやすいため、起動前のウォーミングイベントで効率よく実施できる構造が必要である。特にこれまで弁座前までであったウォーミング対象部位を弁下流域まで広げ、弁全体をウォーミング可能となる構造が必要である。

本発明は、以上述べた課題を解決するためになされたものであり、弁ケーシングにウォーミング用蒸気通路を設けて蒸気タービンの起動時にウォーミング用蒸気を流すことにより、熱応力の発生を抑制することのできる蒸気弁および発電設備を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、弁体、弁座および弁ケーシングを備え、前記弁ケーシングにウォーミング用蒸気通路を設けた蒸気弁であって、前記ウォーミング用蒸気通路は、前記弁ケーシングの前記弁座よりも上流部位に入口部を有し当該弁ケーシングの出口と干渉しない部位を経由して当該弁ケーシング底部で終端部となる複数個のウォーミング用貫通孔と、前記弁ケーシング底部に設けられ前記複数個のウォーミング用貫通孔の終端部に連通する出口座と、から構成したことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、ボイラと、前記ボイラから主蒸気を導入する高圧蒸気タービンと、前記高圧蒸気タービンの入口側に設けられた主蒸気止め弁および蒸気加減弁と、前記高圧蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器からの再熱蒸気を導入する中圧蒸気タービンと、中圧蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を導入する低圧蒸気タービンと、前記低圧蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を導入し復水する復水器と、前記各蒸気タービンにより駆動される発電機と、前記高圧蒸気タービンまたは中圧蒸気タービンの入口側に設けられた蒸気弁とからなる発電設備において、前記蒸気弁の弁ケーシングに設けられたウォーミング用蒸気通路の出口座から排出された蒸気を前記復水器に導くウォーミング用蒸気配管路と、このウォーミング用蒸気配管路の途中に設けられ、ウォーミング用蒸気流量を調整する制御弁を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、蒸気弁をタービン起動前から効率よくウォーミングすることができるので、熱応力が発生しにくい蒸気弁を得ることができる。この結果、蒸気温度の高い高効率の発電設備を提供することが可能である。

以下、図面を参照して本発明に係る蒸気弁の実施形態について説明する。なお、各図を通して同一部分には同一の符号を付けて、重複する説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は本実施形態による組合せ再熱蒸気弁の断面図を示し、図２（ａ）は図１中の破線で囲った楕円部分の拡大断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示す。

図１および図２において、１は組合せ再熱蒸気弁であり、インターセプト弁２と再熱蒸気止め弁３とを一つの弁ケーシング４内に組合せて収納するように構成されている。弁ケーシング４は、上部および下部にそれぞれ入口５、出口６を形成しており、しかも入口５に入口エルボ７を一体的に取付けるように構成されている。

そして、弁ケーシング４の内部には、図示しない再熱器から排出された蒸気に紛れて飛来してくる溶接スパッタ等のゴミが下流の中圧蒸気タービン（図示せず）に混入することを防止するためのストレーナ８、インターセプト弁２の弁体９、弁座１０、再熱蒸気止め弁３の弁体１１、当該インターセプト弁２の弁体９が移動時に軸振れしないように案内する円筒状のインターセプト弁ガイド１２、そして再熱蒸気止め弁３の弁体１１に固定された弁棒１３を摺動可能にガイドする再熱蒸気止め弁ガイド１４を収納している。

１５は弁ケーシング４の上蓋であり、締結ボルト１６によって弁ケーシング４に締結されるとともに、インターセプト弁２の弁棒１７の中間部を摺動可能に支持するようになっている。

ここまでの構成は、一般的な組合せ再熱蒸気弁の構成と比べて特に変わるところはないが、本実施形態は以上の構成に加えて、弁座１１よりも下流側に位置する弁ケーシング流路壁部４ａ、すなわち再熱蒸気止め弁ガイド１４を同心的に囲繞する弁ケーシング４の流路壁部４ａにウォーミング用蒸気を流すためのウォーミング用蒸気通路１８を設けるように構成した点に特徴がある。

このウォーミング用蒸気通路１８は、弁座前すなわち、弁ケーシング４内部におけるストレーナ８と弁座９との間の部位にウォーミング用蒸気の入口となる真円形状の開口部１８ａを有し、しかも主蒸気の出口６と干渉しない部位に弁ケーシング４流路壁４ａ内部を縦方向に貫通して弁ケーシング４の底部４ｂで終端部となる真円形状の貫通孔１８ｂと、弁ケーシング底部４ｂに設けられ、当該複数個の貫通孔１８ｂの終端部を一箇所に纏める環状の集合溝１８ｃと、この集合溝１８ｃに連通し、ウォーミングを終えた蒸気を排出するウォーミング用蒸気の出口座１８ｄとから構成される。

１９は弁ケーシング底部４ｂに重ね合わせるように取付けた集合蓋であり、環状の集合溝１８ｃの開口部をシールするとともに、出口座１８ｄを取付けるように構成されている。なお、この集合蓋１９は広義には弁ケーシング４の底部と呼んで差し支えない。また、便宜上、集合溝１８ｃの開口部を集合蓋でシールして形成された通路を集合路という。

前述の出口座１８ｄから排出されたウォーミング後の蒸気は図示しない蒸気配管によって復水器に導かれるようになっている。２０は再熱蒸気が取れないときに、主蒸気ライン側からウォーミング用蒸気を導入するためのウォーミング用蒸気の入口座である。

以上のように構成された組合せ再熱蒸気弁１において、蒸気タービンプラントの起動時、再熱器から排出された再熱蒸気は矢印のように、入口エルボ７から組合せ再熱蒸気弁１の入口５を通って弁ケーシング４内部に導かれる。インターセプト弁２と再熱蒸気止め弁３の少なくとも一方が閉じているときは、主蒸気はインターセプト弁２の弁体１０と弁座９とでシールされ、さらに再熱蒸気止め弁３の弁体１２と弁座９とでシールされて遮断されるので出口６から排出されることはない。

しかし、インターセプト弁２または再熱蒸気止め弁３の全閉状態において、弁ケーシング４内部に導かれた主蒸気の一部はウォーミング用蒸気として、弁ケーシング４のストレーナ８と弁座９との間に設けられた複数個の開口部１８ａから貫通孔１８ｂ、環状の集合溝１８ｃ、出口座１８ｄを通って排出され、そのウォーミング用蒸気が通過する過程において組合せ再熱蒸気弁１の各構成部を強制的にウォーミングする。

一般に自然対流の熱伝達よりも、強制対流の熱伝達率は大きいことが知られている。この熱伝達に関する基礎式は様々なケース、実験環境から色々報告されているが、代表的なケースとして平板に沿う乱流流れ場における熱伝達の式は下記式５によって表される。

ヌセルト数は、熱伝達の大きさを示す無次元量である。式５中の自然対流の式５−１と、強制対流の式５−２とを比較した場合、グラスホフ数とレイノルズ数の差が熱伝達率に影響を与えることが判る。詳細な計算は省略するが、気温約10℃で速度８m/sの風が吹く場合は、体感で約20倍程度の差が出るといわれている。すなわち流れ場中である強制対流熱伝達が著しく大きく、ウォーミングに必要な蒸気熱を弁ケーシングに伝えるには流れを発生させれば効果が大きい。

以上述べたように、本実施形態では弁座前から弁座下流側の弁ケーシング流路壁内部にウォーミング用蒸気通路を設けるようにしたので、蒸気タービンプラントの起動時にインターセプト弁、再熱蒸気止め弁を閉じた状態でも、弁ケーシング内に導入された蒸気は、このウォ−ミング用蒸気通路を通って弁ケーシングの流路壁内部に流れるので、蒸気弁を十分ウォーミングすることができ、その結果蒸気弁の熱応力発生を抑制し、蒸気温度の高い高効率の発電設備を提供することが可能である。

なお、最近のプラント形態として増加しているコンバインドサイクル発電設備においても、ガスタービン運転中から給電指令に応じて、本発明に従い事前にウォーミングを実施しておくことにより、蒸気タービンを急速起動することが可能となる。

従って、本実施形態によれば多種多様な発電設備において大幅な運用改善が可能となり、更なる高効率化の発電設備を供給できる効果がある。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る蒸気弁の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は、組合せ再熱蒸気弁の弁ケーシング底部を下から見上げた状態を示す図である。

本実施形態は、第１の実施形態におけるウォーミング用蒸気通路１８の一部を変形したもので、第１の実施形態の開口部１８ａおよび貫通孔１８ｂの形状を真円から非円形である長孔の形状に変更するとともに、集合溝１８ｃを環状からほぼ円弧状に形成したものである。

このようにウォーミング用蒸気通路１８の開口部１８ａおよび貫通孔１８ｂの形状を真円から長孔に変更することによって、ウォーミング用蒸気流路断面積が大きくなるのでウォーミング効果をより一層高めることができる。

なお、開口部および貫通孔の形状は、長孔に限定する必要はなく、断面が四角形の孔や三角形の孔等であっても構わない。孔の形状差によって熱伝達率に差が出たとしても、自然対流に比べればはるかに大きいことに変わりはなく、加工しやすい孔形状なので特に問題はない。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図４および図５を参照して説明する。
本実施形態は、蒸気加減弁にウォーミング用蒸気通路を設けるように構成したことを特徴とするものであり、図４に蒸気加減弁の縦断面図を、図５（ａ）に蒸気加減弁の出口拡大図を、図５（ｂ）に出口側から見上げた図をそれぞれ示す。

図４および図５において、４１は蒸気加減弁であり、入口４２の軸線と出口４３の軸線とがほぼ交差する部位に弁体４４および弁座４５を配置した弁ケーシング４６と、弁体４４の上部に位置する弁ケーシング開口部を覆うように設けられた上蓋４７と、この上蓋４７を弁ケーシング４６に締結する上蓋締結ボルト４８と、上蓋４７の内面に固定されるとともに弁体４４が軸振れしないように案内するガイド４９と、一端が弁体４４に固定され中間部が上蓋４７を摺動可能に貫通し、他端が図示しない操作機構に連結される弁棒５０とから構成されている。

ここまでの構成は、一般的な蒸気加減弁の構成と比べて特に変わるところはないが、本実施形態では、以上の構成に加えて、弁座４５の手前から弁座４５よりも下流側の弁ケーシング流路壁部４６ａ内部にウォーミング用蒸気を流すためのウォーミング用蒸気通路５１を設けるように構成した点に特徴がある。

すなわち、このウォーミング用蒸気通路５１は、弁座４５よりも上流でかつ弁座近傍部の弁ケーシング４６にウォーミング用蒸気の入口となる複数個の開口部５１ａを有するとともに弁ケーシング４６の流路壁４６ａ内部を縦に貫通して弁ケーシング４６の下部で終端部となる複数個の貫通孔５１ｂと、弁ケーシング４６の出口４３に設けられた集合蓋５２に形成され、複数個の貫通孔５１ｂの終端部を一箇所に纏める集合溝５１ｃと、この集合溝５１ｃに連通し、ウォーミングを終えた蒸気を排出する出口座５１ｄとから構成される。

集合蓋５２の形状は図５（ａ）、（ｂ）で示すように、出口４３を左右から挟持するように２分割構造になっているので、貫通孔５１ｂを集合させる集合溝５１ｃは左右に半円環状に分かれており、出口座５１ｄもそれぞれの半円環状の集合溝５１ｃと連通するように２個設けてある。５３は集合蓋５２のフランジ部を締結するボルトである。なお、出口座５１ｄから排出されたウォーミング後の蒸気は図示しない蒸気配管によって復水器に導かれるようになっている。

以上のように構成された蒸気加減弁において、蒸気タービンプラントの起動時、ボイラから主蒸気止め弁を経て送られてきた主蒸気は、矢印のように、入口４２から弁ケーシング４６内部へと流入する。弁体４４と弁座４５とが全閉状態であれば、主蒸気は出口４３から排出されることはないが、ウォーミング用通路孔５１の開口部５１ａが弁座４５の手前の部位に設けられているので、主蒸気の一部はウォーミング用蒸気となって複数個の開口部５１ａから貫通孔５１ｂにそれぞれ流れ込み、集合溝５１ｃによって各々の蓋５２の一箇所に纏められ、出口座５１ｄを通って排出される。そしてそのウォーミング用蒸気が流下する過程において蒸気加減弁の各構成部を強制的にウォーミングする。
本実施形態の構成もウォーミング用蒸気通路による強制対流熱伝達によりウォーミング効果を高めている。

（第４の実施形態）
次に、本発明に係る蒸気弁の第４の実施形態について図６を参照して説明する。図６は蒸気加減弁の出口をフランジ構造とした図であり、図６（ａ）は蒸気加減弁の出口の断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）を下から見上げた図である。

本実施形態は、第３の実施形態の変形例に係るもので、出口４３をフランジ構造としたことを特徴とし、出口４３における蒸気シール性を高めるために、出口座５１ｄが一箇所に設けられているフランジ５４を用意し、出口４３付近で溶接されている。このフランジ５４は、下流側の蒸気配管５５にボルト５６で結合される。

なお、本実施形態は、蒸気加減弁に限定する必要はなく、出口の方向が弁棒の駆動方向と同一である他の蒸気弁にも広く採用することができる。
本実施形態の構成においても、第３実施形態のように、強制対流によるウォーミング機能には変わりはない。

（第５の実施形態）
本発明に係る蒸気弁の第５の実施形態について、図７を参照して説明する。図７は熱サイクルを表す系統図中に図１で説明した組合せ再熱蒸気弁に係るウォーミングラインを付加した図を示す。

ここで、ウォーミングラインとは、後述するように、主蒸気配管６２の主蒸気止め弁６３の直前６４で分岐して遮断弁７５および逆止め弁７６を通り、さらに破線のラインを通って復水器に至るウォーミング用蒸気の流れるラインをいう。

図７において、組合せ再熱蒸気弁のウォーミングラインへの蒸気の導入および排出について説明する。ボイラ６１から排出された高圧蒸気は、主蒸気配管６２、主蒸気止め弁６３および図４で示した蒸気加減弁４１を経て高圧蒸気タービン６５に導かれる。

高圧蒸気タービン６５にて仕事をした蒸気は、低温再熱蒸気６６となり再熱器６７を経て高温再熱蒸気となり再熱蒸気配管６８、図１で示した組合せ再熱蒸気弁１のインターセプト弁２、再熱蒸気弁３を経て中圧蒸気タービン６９に導かれる。その後、クロスオーバ管７０を通り低圧蒸気タービン７１を経て復水器７２に流れ込んで復水となる。

この復水は図示しない給水過熱器で加熱されたのち、給水ポンプ７３で昇圧され、再びボイラ６１に供給される。低圧蒸気タービン７１の軸端部には発電機７４が接続される。なお、通常の発電設備には以上の機器組合せ以外に、前述の高圧、低圧の各タービンバイパスシステムも設置されるが、ここでは図および説明を省略する。

蒸気プラントの起動前に再熱器６７からの再熱蒸気を導入することが不可能なタービンの場合には、図１のように入口エルボ７にウォーミング用蒸気の入口座２１を設けてここからウォーミング用蒸気を導入する。そのウォーミング用蒸気は主蒸気止め弁６３の手前の高圧蒸気配管６２から分岐し、遮断弁７５、逆止め弁７６を経て入口座２１から組合せ再熱蒸気弁１に導かれる。

遮断弁７５は、ウォーミング用蒸気温度と再熱蒸気温度との差に基づいて開閉を制御されるようになっている。これは起動開始後、再熱蒸気温度が低い状態でウォーミングを停止してしまうと、弁ケーシング温度が冷えてしまう可能性があるためで、十分再熱蒸気温度が高くなるまで遮断弁７５は閉じない。

ウォーミング用蒸気の出力座１８ｄから排出された蒸気は、制御弁７７に入るものと、バイパスライン７８中のオリフィス７９に入るものとに一旦分岐し、その後合流して復水器に導かれるようになっている。制御弁７７は当該弁７７に設けられる内面メタル温度と外面メタル温度の差に基づいて制御されるようになっている。ウォーミングラインに十分な蒸気流れが生じている時、内面メタル温度の上昇が速く外面メタル温度の上昇が遅れるので、この場合制御弁７７によって流量を調整することによって熱応力の発生を抑えることができる。

なお、蒸気弁の内外面とも温度が十分上昇し、ウォーミングのイベントが終了した定格運転中に、この出口側のラインに微量の蒸気を流し続けるようにすれば、蒸気弁に設けられたウォーミングラインに蒸気が停滞し冷えることによって生じる弊害を未然に防ぐことができる。通常の蒸気弁には内面メタル温度、外面メタル温度を測定するための座が設けられているので、温度計測に関して特に負担となるような問題はない。

なお、図７には図４で説明した蒸気加減弁４１のウォーミングラインは描いていないが、組合せ再熱蒸気弁の場合と同様にウォーミングラインを構成することができる。

本発明の第１の実施形態に係る組合せ再熱蒸気弁の構造を示す断面図。 （ａ）はウォーミング用蒸気通路孔と集合溝との配置を示す拡大図、（ｂ）は図１を下から見上げた状態の図。 本発明の第２の実施形態に係るウォーミング用蒸気通路を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る蒸気加減弁の構造を示す断面図。 （ａ）は図４のウォーミング用蒸気通路と集合溝と集合蓋の配置を示す図、（ｂ）は図４を下から見上げた状態の図。 本発明の第４の実施形態に係る蒸気加減弁の出口をフランジ構造とした図で、図（ａ）は拡大図、（ｂ）は図（ａ）を下から見上げた状態の図。 本発明の第５の実施形態に係る熱サイクルを表す系統図の中でウォーミングラインを示した図。

符号の説明

１…組合せ再熱蒸気弁、２…インターセプト弁、３…再熱蒸気止め弁、４…弁ケーシング、５…入口、６…出口、７…入口エルボ、８…ストレーナ、９…弁座、１０…インターセプト弁弁体、１１…インターセプト弁ガイド、１２…再熱蒸気弁ガイド、１３…弁棒、１４…再熱蒸気弁弁棒、１５…上蓋、１６…締結ボルト、１７…再熱蒸気弁弁棒、１８…ウォーミング蒸気用通路、１８ａ…ウォーミング蒸気用通路開口部、１８ｂ，１８ｂ…ウォーミング蒸気用貫通孔、１８ｃ…集合溝、１８ｄ…ウォーミング用蒸気の出口座、１９…弁ケーシング底部、２０…集合蓋、２１…ウォーミング用蒸気の入口座、４１…蒸気加減弁、４２…入口、４３…出口、４４…弁体、４５…弁座、４６…弁ケーシング、４６ｂ…弁ケーシング流路壁部、５４…フランジ、５５…蒸気配管、６１…ボイラ、６２…主蒸気配管、６５…高圧蒸気タービン、６７…再熱器、６８…再熱蒸気配管、６９…中圧蒸気タービン、７１…低圧蒸気タービン、７２…復水器、７４…発電機、７５…遮断弁、７６…制御弁、７９…オリフィス。

Claims (9)

1. 弁体、弁座および弁ケーシングを備え、前記弁ケーシングにウォーミング用蒸気通路を設けた蒸気弁であって、
   前記ウォーミング用蒸気通路は、前記弁ケーシングの前記弁座よりも上流部位に入口部を有し当該弁ケーシングの出口と干渉しない部位を経由して当該弁ケーシング底部で終端部となる複数個のウォーミング用貫通孔と、前記弁ケーシング底部に設けられ前記複数個のウォーミング用貫通孔の終端部に連通する出口座と、から構成したことを特徴とする蒸気弁。
2. 前記弁ケーシング底部に、前記複数個のウォーミング用貫通孔の終端部を集合する集合路およびこの集合路に連通する出力座を備えた集合蓋を設けたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁。
3. 前記集合蓋を前記弁ケーシング底部に溶接し、当該集合蓋に出口配管をフランジ接続したことを特徴とする請求項２記載の蒸気弁。
4. ボイラと、前記ボイラから主蒸気を導入する高圧蒸気タービンと、前記高圧蒸気タービンの入口側に設けられた主蒸気止め弁および蒸気加減弁と、前記高圧蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器からの再熱蒸気を導入する中圧蒸気タービンと、中圧蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を導入する低圧蒸気タービンと、前記低圧蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を導入し復水する復水器と、前記各蒸気タービンにより駆動される発電機と、前記高圧蒸気タービンまたは中圧蒸気タービンの入口側に設けられた蒸気弁とからなる発電設備において、
   前記蒸気弁の弁ケーシングに設けられたウォーミング用蒸気通路の出口座から排出された蒸気を前記復水器に導くウォーミング用蒸気配管路と、このウォーミング用蒸気配管路の途中に設けられ、ウォーミング用蒸気流量を調整する制御弁を備えたことを特徴とする発電設備。
5. 前記蒸気弁は、再熱蒸気止め弁およびインターセプト弁を組合せてなる組合せ再熱蒸気弁であることを特徴とする請求項４記載の発電設備。
6. 前記蒸気弁は、蒸気加減弁であることを特徴とする請求項４記載の発電設備。
7. 前記調整弁は、前記蒸気弁の内外壁面温度差に基づいて開閉制御されることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の発電設備。
8. 前記制御弁をバイパスする配管を設け、当該配管にオリフィスを設けて前記制御弁の全閉状態でも微量の蒸気を流せるようにしたことを特徴とする請求項４記載の発電設備。
9. 前記ウォーミング用蒸気通路の入口側に遮断弁を設け、当該遮断弁をウォーミング用蒸気温度と再熱蒸気温度とウォーミング経過時間とに基づいて開閉制御することを特徴とする請求項４記載の発電設備。

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