JP2009507188A - バルブ組立体および関連した機構 - Google Patents

Abstract

バルブ組立体（１００）は、流体がその間を通過できるための流体導管（１０２）により連結された入口（１０４）と出口（１０６）を有する。バルブ組立体は、バルブ組立体の内側で中央に載置されたスピンドル（１１２）とスピンドル（１１２）に載置されたバルブヘッド（１０８）を有するストップバルブを備えている。ストップバルブスピンドル（１１２）は、入口（１０４）が出口（１０６）と連通している開放位置と、出口が入口から隔離されている閉鎖位置との間でストップバルブヘッド（１０８）を動かすために動作可能である。さらに、バルブ組立体は、バルブ組立体の内側で離芯して載置された少なくとも一つのスピンドル（１１４）と、少なくとも一つの制御バルブスピンドル（１１４）に載置されたバルブヘッド（１１０）を有する制御バルブを備えている。少なくとも一つの制御バルブスピンドルは、流体導管（１０２）に沿って通過する流体の変化する流量を制御するための制御バルブヘッド（１１０）を動かすために動作可能である。ストップバルブが開放位置にある場合に、ストップバルブヘッド（１０８）は、制御バルブヘッド（１１０）の内側に収納されている。

Description

本発明は、バルブ組立体、そして特に専用にではないが、ストップバルブと制御バルブを採用している中間圧力（ＩＰ）蒸気バルブ組立体に関する。

当業者が認識する通り、例えば蒸気発生器とタービンの間のバルブは厳しい環境で作動する。バルブは制御するために使用される蒸気流からの熱と打撃の両方の欠点を有する。
二つのバルブが一般に必要とされる。すなわちタービンを流れる蒸気流の量（と従ってタービンの速度あるいは負荷）を制御するための制御または‘ガバナ’バルブと緊急時に蒸気流を停止するために、あるいはタービンの損傷を防ぐために作動する‘ストップバルブ’が必要とされる。最も基本的なレベルで、このようなバルブはプラグあるいはバルブヘッドを備えており、このバルブヘッドは流体導管の一部かあるいは全体を作動位置内に進ませることができるスピンドルに載置されている。

さらに最近、一チャンバー内にストップバルブと制御バルブの両方を組み込んでいるバルブ組立体が開発された。一チャンバー内に両バルブを収容するために、二つの主要なオプションが以下に概説するように採用されてきている。

二つの同心のスピンドルを有しており、各々が個々に進ませられるバルブを担持していることが提案された。このようなバルブ組立体は、カールソンの名前で特許文献１に記載されている。このバルブ組立体は、急速閉鎖あるいはストップバルブが制御されている同じ流体により作動されるという短所を有している。これによって、工学上の問題、すなわち高温である場合と高圧がかかる場合の封止材とバネの問題が生じる。さらに、幾つかの実施形態において、一方のスピンドルが他方のスピンドルを通り抜け、これにより静止したボスを貫通するスピンドル以外の機械的破損が生じる恐れがよりいっそうある。

第二のバルブ組立体において、ストップバルブと制御バルブの両方と各バルブのスピンドルは、個々の作動機構を使用したバルブ組立体の異なる端部から操作される。幾つかの実施形態は、制御バルブの内側にストップバルブヘッドを収容しており、例えばストップバルブを引っ張ることにより、制御バルブを押すことにより作動させている。このような
バルブ組立体の例は特許文献２に見られる。しかしながら、このようなバルブ組立体では、一方のバルブスピンドルは一般的に蒸気流線内にあり、導管は、バルブスピンドルの作動装置をよけるためにコーナーを曲がる必要がある。導管内のすべてのコーナーによって、制御されているガス、この場合蒸気の動圧は失わる。これの一部は（徐々に広がっている導管である）拡散装置内で取戻すことができ、これは従来技術で採用された解決手段である。しかしながら、このような拡散装置は高価な金属製であるのが普通であり、このような金属の使用を最小限にすることが望ましい。
米国特許第５９７１０１８号明細書 独国特許出願公開第２５２３２９７号明細書

本発明の第一の側面によれば、流体がその間を通過できるための流体導管により連結された入口と出口を有するバルブ組立体であって、
バルブ組立体が、バルブ組立体の内側で中央に載置されたスピンドルとスピンドルに載置されたバルブヘッドを有するストップバルブを備え、
ストップバルブスピンドルが、入口が出口と連通している開放位置と、出口が入口から隔離されている閉鎖位置との間でストップバルブヘッドを動かすために動作可能であり、
さらにバルブ組立体が、バルブ組立体の内側で離芯して載置された少なくとも一つのスピンドルと、少なくとも一つの制御バルブスピンドルに載置されたバルブヘッドを有する制御バルブを備え、
少なくとも一つの制御バルブスピンドルが、流体導管に沿って通過する流体の変化する流量を制御するための制御バルブヘッドを動かすために動作可能であり、
ストップバルブが開放位置にある場合に、ストップバルブヘッドが、制御バルブヘッドの内側に収納されていることを特徴とするバルブ組立体が設けられている。

少なくとも一つの制御バルブスピンドルは制御バルブヘッドに対して離芯して載置されており、制御バルブは少なくとも二つのスピンドルに載置されているのが好ましい。複数のスピンドル（特に三本もしくはそれ以上の均等に分配されたスピンドル）を備えると、力のモーメントが個々のスピンドルを中心にして生じるのを防ぐことができる。

さらに本発明は、上記のようなバルブ組立体と制御装置の接続体も含んでおり、この接続体はバルブ組立体に対して外側および／またはバルブ組立体に対して内側の状態を監視するために、かつこのような状態によるバルブ組立体の内側でのバルブの位置を制御するために配置されている。

本発明の別の側面は、タービンシステムは蒸気発生器、蒸気タービン、および蒸気発生器から蒸気タービンまで蒸気を搬送するための流体導管を備えており、本発明によるバルブ組立体と上記の接続体は、流体導管を流れる蒸気流を制御する。

ストップバルブは中央スピンドルに載置されていてもよい。中央スピンドルは力のモーメントがスピンドルの端部回りで生じるのが一般に好ましい。従って中央スピンドルを備えたバルブは、一つあるいは二つの離芯スピンドルにより動作するバルブと違って、ロック状態にならずに案内することが機械的に容易である。ストップバルブは安全性の観点から見て、制御バルブよりも重要であり、従ってストップバルブのための中央位置を選択することは有利である。なぜならこれによりさらに信頼性のある案内がもたらされるからである。ストップバルブは十分引っ込められるかあるいは十分伸ばされ、従ってバルブ組立体の支持手段あるいはハウジングと機械式に係合した状態に保持される。このことはスピンドルが通常バルブの機械式係合によって支持され、したがってモーメントを受けることはあまりない。

ストップバルブは、円錐形のバルブ面を有していてもよく、このバルブ面は、引っ込められた場合に、ストップバルブが蒸気流の向きを変えるのを助けるための円錐形面を備えているので有利である。このことは特に、ストップバルブが中央位置および／または十分引っ込められた位置に設けられている場合であり、この位置でバックシートは機械的な剛性を与えるために設けられている。

少なくとも一つの制御バルブ作動装置とストップバルブ作動装置が、液圧あるいは空気圧力、好ましくは液圧を使用した各バルブを動かすために配置されていてもよい。このことはバルブを制御するための便利な手段を提供し、かつ同じ実施形態で必要とされる高圧を作り、バルブ組立体の中を流過する流体の圧力を克服することができる。

ストップバルブ作動装置は、故障の事態にストップバルブを閉鎖するために配置されたバイアス手段を備えていてもよい。

本発明の別の側面は、従属請求項から明らかである。

本発明の実施形態を添付の図に関してのみ、例を用いて説明する。

図１の実施形態でわかる通り、この場合９０°のバルブ組立体であるバルブ組立体１００は、蒸気導管１０２を有する蒸気バルブ組立ハウジング１０１を備えており、この蒸気導管はこの実施形態では入口１０４と出口１０６の間で蒸気の向きを９０°変える。蒸気バルブ組立ハウジング１０１は、バルブ組立体１００を通って流れる蒸気のための圧力容器を備えている。

さらにバルブ組立体１００はストップバルブヘッド１０８と制御バルブヘッド１１０を備えている。バルブヘッド１０８，１１０が出口１０６を閉鎖する（従って入口から出口を分離する）かあるいはその一部を分離する位置内に進むことによって、バルブヘッドは流体導管１０２を制限および／または閉鎖するように配置されている。ストップバルブヘッド１０８は中心スピンドル１１２上に置かれているが、制御バルブヘッド１１０は離芯スピンドル１１４ａ，１１４ｂ上に置かれており、これらの離芯スピンドルは出口１０６から離れた制御バルブヘッド１１０の端部に接続している。

ハウジング１０１はストップバルブ作動装置１１６を取り囲んでおり、このストップバルブ作動装置は出口１０６の中心に沿って整列された軸線上の中心スピンドル１１２を前進させかつ後退させることによってストップバルブヘッド１０８の位置を制御するように配置されている。

さらにバルブ組立体はバルブ組立ハウジング１０１の副区画室１０３,１０７を備えている。副区画室１０３はストップバルブ作動装置ハウジングとして機能する。その内部はバルブ組立ハウジング１０１の他の部分内で圧力には曝されていない。

ストップバルブ作動装置ハウジング１０３の外側には制御バルブヘッド１１８が取付けられており、この制御バルブヘッドは軸線Ａ−Ａに対して平行な離芯スピンドル１１４ａ，１１４ｂを前進させかつ後退させることによって制御バルブヘッド１１０の位置を制御するように配置されている。ストップバルブ作動装置ハウジング１０３は制御バルブ作動装置１１８のための機械式支持部を備えている。離芯スピンドル１１４ａ，１１４ｂは、軸線Ａ−Ａからほぼ等距離に、軸線Ａ−Ａに対して平行に、かつ軸線Ａ−Ａの一方の側に配置されている。図示した実施例において、離芯スピンドル１１４ａ，１１４ｂは、各々二つの区間１１４ａｉ，１１４ａｉｉ，１１４ｂｉ，１１４ｂｉｉに形成されており、後方のスピンドル区間１１４ａｉ，１１４ｂｉ（すなわち制御バルブヘッド１１０から最も遠い区間）は、前方のスピンドル区間１１４ａｉｉ，１１４ｂｉｉに比べて互いに離れて配置されている。前方および後方のスピンドル区間１１４ａｉ，１１４ａｉｉ，１１４ｂｉ，１１４ｂｉｉは、支持ブッシュ１２０の外側で摺動する環状取付け部材１１９により互いに結合されている。後方のスピンドル区間１１４ａｉ，１１４ｂｉの距離が大きいので、その間にストップバルブ作動装置１１６を収容するための空域が設けられているが、環状取付け部材１１９は、前方および後方のスピンドル区間を支持しかつ安定化させている。

この実施例において、ストップバルブ作動装置１１６は、液圧力により引込められた位置に対して開いているが、例えば一連の皿バネ１１７によりバイアスがかけられるように、かつストップバルブが引込まれた位置にある場合に、かつ液圧機構の機械破壊および／またはストップバルブ作動装置１１６の電気破壊の場合にはストップバルブヘッド１０８が流体導管１０２を閉鎖するように、フェールセーフ機構を備えている。

スピンドル支持ブッシュ１２０は副区画室１０７の端部壁１２１と一体になっている。グランド１０５は端部壁１２１のバルブヘッド側に対してボルト締めされており、このグランドは、制御バルブヘッド１１０、その作動前面スピンドル区間１１４ａｉｉ，１１４ｂｉｉ、およびストップバルブスピンドル１１２のための支持部とスライド軸受面を備えている。制御バルブヘッド１１０はグランド１０５の外側カラー部分１２６の内側で摺動するが、ストップバルブスピンドル１１２はグランド１０５の中央ボス部分１２８の内側で摺動する。この中央ボス部分は両軸線方向に突出しており、ストップバルブスピンドル１１２のための支持部を提供する。その後方への軸線方向突出部は支持ブッシュ１２０の内側面と
封止するように嵌合する。グランド１０５と端部壁１２１は孔１２２，１２３を備え、これらの孔を通って正面制御バルブスピンドル区間１１４ａｉｉと１１４ｂｉｉは、制御バルブヘッド１１０を作動させるために活動動作でもって通過する。グランド１０５内の孔１２２とボス部分１２８内の中央孔１３０は、各々グラファイト封止材１２４で嵌合され、蒸気が流体導管１０２から逃げないように、スピンドル１１２，１１４ａ，１１４ｂを中心にして流体を漏らさない封止部を形成する。同時に、端部壁１２１とグランド１０５は副区画室１０３，１０７からストップバルブヘッド１０８，１１０を隔離し、かつハウジング１０１内の蒸気圧を維持する。

制御バルブヘッド１１０は中空円筒のスリーブ状構造を備えており、スリーブの唇状部は流体導管１０２内に進んで、流体導管１０２内を通過する蒸気の流れを調節するために必要とされるように、流体導管１０２を狭めるかあるいは開放し、従って、タービンの速度あるいは負荷は蒸気によって動力を供給される。ストップバルブヘッド１０８は、通常制御バルブヘッド１１０の内側で収容されているが、流体導管１０２を閉鎖するのを必要とされる場合には、スリーブ状の制御バルブヘッド１１０の唇状部の外側へ進むことができる。バルブ組立体１００が通常に作動する際に、ストップバルブヘッド１０８は、ストップバルブを打撃から守る制御バルブヘッドの内側に引っ込む。さらに、ストップバルブヘッド１０８の停止位置は、十分に引っ込んでおり、その位置でストップバルブヘッド１０８は前方に突出しているグランド１０５のボス部分１２８に抗してバックシートにより固定され、それにより支持部として働く。

図２は蒸気力発生器２００の一部としてのバルブ組立体１００を示す。バルブ組立体１００はその蒸気導管１０２が蒸気発生器２０２とタービン２０４の間の導管２０３の一部であるように配置されている。バルブ組立体１００のバルブ１０８，１１０は制御装置２０６により制御されており、この制御装置はタービン２０４の速度あるいは負荷のような要素を監視して、蒸気力発生器２００の運転を改善するために何を変更すべきかを確定する。制御装置２０６は、情報伝達接続路２０８を介してバルブ組立体を制御し、前記情報伝達接続路はこの実施形態ではバルブ組立体１００に接続されたバスケーブルである。

図１および２からは、導管１０２が９０°の角度で蒸気の向きを変える点に注意しなければならない。通常動作時に、ストップバルブヘッド１０８の一部が、図１の下半分に示したように、制御バルブヘッドの内側に収納されているにすぎず、この位置において、その円錐形の斜めになった面は、この面を出口１０６内に偏向させることにより、蒸気の向きを変える点で導管を補助する。

蒸気力発生器２００を使用する際、蒸気発生器２０２は水を加熱し、バルブ組立体１００の流体導管１０２を介して、蒸気発生器２０２から導管２０３内へと流過する蒸気を発生させる。流体導管１０２は通常開放しており（すなわち入口は出口に連通しており）、ストップバルブヘッド１０８は十分引っ込んでいて、制御バルブヘッド１１０は蒸気の圧力、したがってタービン２０４の速度を調節するために位置決めされている。制御装置２０６は、蒸気力発生器２００の状態を監視し、かつ制御バルブ作動装置１１８を使用して、離芯スピンドル１１４ａ，１１４ｂを伸ばしかつ引っ込めることによりそれに応じて、制御バルブヘッド１１０を調節する。

導管２０３を流れる蒸気流が阻止されるべきであることを運転状態が必要とする場合（このことは緊急のためにではあるが、同様に蒸気力発生器２００の通常運転の一部である）、制御装置２０６は情報伝達接続路２０８を介してストップバルブ作動装置１１６を制御し、前進した位置に向かってストップバルブに付勢し、この前進した位置で流体導管１０２は封止される。

代替的な実施形態は、本発明の範囲内で考えられる。このようなスピンドルへの力のモーメントが重要らしいときに、当業者はこのようなスピンドルが機械式に良好に支持される必要があることを留意するが、例えば制御バルブは図１に示した二つの代わりにただ唯一の離芯スピンドルにより作動させてもよい。代替案として、制御バルブは三つ、四つあるいはそれ以上の離芯スピンドルを備えていてもよい。これにより機械的に安定した機構が得られるが、当業者はこのような組立体の封止が高価であることを理解している。さらに、封止の箇所が増えると、封止部の一つが損傷する危険が増し、従って一組立体内の封止の数は最小限度にされるのが好ましい。設計の過程で、機械的に強い複数スピンドル機構用の所望の設計と封止の数を最小限にするための所望の設計の間の妥協がある。

本発明は純粋に例をあげて先に説明してきており、変形は請求したように本発明の範囲内で作ることができる。さらに本発明は、図面あるいは何れかのこのような特徴の何れかの組合せ、あるいは何れかのこのような特徴または組合せの何れかの一般化したものにおいて記載もしくは含まれている、あるいは示されているかもしくはこれに含まれている何れかの個々の特徴に本質がある。従って、本発明の広さと範囲は、上記の典型的な実施形態のいずれかによって制限されるべきではない。各特徴は特許請求の範囲と図面を含んだ明細書に開示され、別のやり方で明確に述べてなくても、同じか、同等かあるいは類似の目的を満たす代替的特徴により置き換えられてもよい。

明細書を通じて従来技術を審議することは、いずれもこのような従来技術が広く知られており、かつその分野の共通した一般的知識の一部を形成しているという了承事項ではない。文脈が明らかに異なったことを必要としない限り、明細書の記載と特許請求の範囲を通じて、用語“備えている”とこれに類する用語は、限定されているかあるいは包括的な意味に対して全てを含んで、すなわち“含んでいるが限定されない”という意味に解釈されるべきである。

バルブが軸線Ａ−Ａの上方では閉鎖位置で示してあり、軸線Ａ−Ａの下方では開放位置で示してある、バルブ組立体の横断面図である。 図１のバルブ組立体を採用した蒸気力発生機の概略図である。

符号の説明

１００ バルブ組立体
１０１ ハウジング
１０２ 蒸気導管
１０３ バルブ組立ハウジング１０１の副区画室
１０４ 入口
１０５ グランド
１０６ 出口
１０７ ハウジング１０１の副区画室
１０８ ストップバルブヘッド
１１０ 制御バルブヘッド
１１２ ストップバルブスピンドル
１１４ａｉ 離芯スピンドル−後方区間
１１４ａｉｉ 離芯スピンドル−前方区間
１１４ｂｉ 離芯スピンドル−後方区間
１１４ｂｉｉ 離芯スピンドル−前方区間
１１６ ストップバルブ作動装置
１１７ 皿バネ
１１８ 制御バルブ作動装置
１１９ 環状取付け部材
１２０ 支持ブッシュ
１２１ 副区画室１０７の端部壁
１２２ グランド１０５内の孔
１２３ 端部壁１２１内の孔
１２４ グラファイト封止材
１２６ グランド１０５の外側カラー部分
１２８ グランド１０５の中央ボス部分
１３０ ボス部分１２８内の中央孔
２００ 蒸気力発生器
２０２ 蒸気発生器
２０３ 導管
２０４ タービン
２０６ 制御装置
２０８ 情報伝達接続路

Claims (11)

1. 流体がその間を通過できるための流体導管（１０２）により連結された入口（１０４）と出口（１０６）を有するバルブ組立体（１００）であって、
   バルブ組立体が、バルブ組立体の内側で中央に載置されたスピンドル（１１２）とスピンドル（１１２）に載置されたバルブヘッド（１０８）を有するストップバルブを備え、
   ストップバルブスピンドル（１１２）が、入口（１０４）が出口（１０６）と連通している開放位置と、出口が入口から隔離されている閉鎖位置との間でストップバルブヘッド（１０８）を動かすために動作可能であり、
   さらにバルブ組立体（１００）が、バルブ組立体の内側で離芯して載置された少なくとも一つのスピンドル（１１４）と、少なくとも一つの制御バルブスピンドル（１１４）に載置されたバルブヘッド（１１０）を有する制御バルブを備え、
   少なくとも一つの制御バルブスピンドルが、流体導管（１０２）に沿って通過する流体の変化する流量を制御するための制御バルブヘッド（１１０）を動かすために動作可能であり、
   ストップバルブが開放位置にある場合に、ストップバルブヘッド（１０８）が、制御バルブヘッド（１１０）の内側に収納されていることを特徴とするバルブ組立体。
2. 少なくとも一つの制御バルブスピンドルが、制御バルブヘッドに対して離芯して載置されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ組立体。
3. 制御バルブが複数のスピンドルに載置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ組立体。
4. 流体導管（１０２）が、入口（１０４）と出口（１０６）の間で、９０°の円弧部を介して流体の向きを曲げるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
5. ストップバルブヘッド（１０８）が閉鎖位置にある場合に、ストップバルブヘッドが出口（１０６）を閉鎖することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
6. ストップバルブヘッド（１０８）が、閉鎖位置にない場合に、所定の角度を介して蒸気流を偏向させる際に導管（１０２）を支持するように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
7. ストップバルブスピンドル（１１２）と制御バルブスピンドル（１１４）とが、封止するように通過し、かつ流体密なグランド構成要素（１０５）により支持されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
8. ストップバルブがストップバルブ作動装置（１１６）により制御されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
9. ストップバルブ作動装置（１１６）が損傷した場合に、ストップバルブ作動装置がストップバルブを閉鎖するために配置されたバイアス手段（１１７）を備えていることを特徴とする請求項８記載のバルブ組立体。
10. 請求項１〜９のいずれか一つのバルブ組立体と、バルブ組立体に対して外側および／または内側の状態を監視するために、かつこのような状態によるバルブ組立体の内側でのバルブの位置を制御するために配置されている制御装置の接続体。
11. 蒸気発生器（２０２）と、蒸気タービン（２０４）と、蒸気発生器から蒸気タービンまで蒸気を搬送するための流体導管（１０２／２０３）を備えているタービンシステムにおいて、請求項１〜９のいずれか一つに記載されているバルブ組立体（１００）、あるいは請求項１０に記載の接続体が、流体導管を流れる蒸気流を制御することを特徴とするタービンシステム。

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