JP2011002031A

JP2011002031A - 蒸気弁装置およびそれを備えた発電設備

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Publication number: JP2011002031A
Application number: JP2009145474A
Authority: JP
Inventors: Kura Shindo; 蔵進藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: JP5380173B2

Abstract

【課題】弁棒表面の酸化スケールの付着や剥離後の残存酸化スケール追従性を持たせて蒸気シール性を高め、大気側への漏洩蒸気量を低減することにある。
【解決手段】蒸気入口部及び蒸気出口部を有する蒸気弁本体と、この蒸気弁本体の上面開口部を閉塞する上蓋202と、この上蓋の大気側から前記蒸気弁本体内の蒸気室に貫通させて設けられ先端部に有する弁体により前記蒸気出口部より流出する蒸気流量を制御する弁棒205と、この弁棒が貫通する上蓋202の貫通穴に弁棒205が軸方向に往復動するに適正な間隙を存するように設けられたブッシュ201とを備えた蒸気弁装置において、上蓋202の蒸気室側に貫通する弁棒205の周囲に、弁棒205とブッシュ201との間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは上蓋202の蒸気室側に貫通する弁棒205の外表面に接触するように配置された環状の板状シール部材300を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気弁装置およびそれを備えた発電設備に関する。

蒸気タービンを備えた発電設備としては、図１５に示すような構成例のものがある。

図１５において、ボイラー７００の過熱器からの蒸気は主蒸気止め弁７０１、蒸気加減弁７０２を通過し、高圧タービン７１０で仕事をした後、逆止弁７０７を経由して再びボイラー７００の再熱器にて加熱され、再蒸気止め弁７０３、インターセプト弁７０４を経て中圧タービン７１１、低圧タービン７１２へ流入して仕事をする。そして、低圧タービン７１２より流出した蒸気は復水器７１３により水に戻され、給水ポンプ７１４にて昇圧されて再びボイラー７００に供給されてボイラー７００の過熱器へ導かれるという、循環系が形成されている。

また、プラントの運用効率を高めるために、プラントによっては、主蒸気止め弁７０１の流入側とボイラー７００の再熱器の流入側とを結ぶ流路に設けられた高圧タービンバイパス弁７０５やボイラー７００の再熱器の流出側と復水器７１３との間に接続された流路に低圧タービンバイパス弁７０６が設置され、タービンの運転に係わらずボイラー系単独の循環運転ができるようになっている。

図１４は、上述した蒸気タービンに使用されている蒸気加減弁７０２の従来構造を示す断面図である。

この蒸気加減弁７０２は、図１４に示すように図示しないボイラー等からの蒸気が流入する蒸気入口部Ｉとこの蒸気入口部とは直交する方向に蒸気を流出させる蒸気出口部Ｏとを有する蒸気弁本体２００と、この蒸気弁本体２００の上面開口部を閉塞する上蓋２０２とを備え、蒸気弁本体２００内部の蒸気出口部Ｏ側に弁座２０３が設けられ、この弁座２０３に当接する弁体２０４が上蓋２０２を貫通させて蒸気弁本体２００内部に挿入された弁棒２０５の先端部に取付けられている。この弁棒２０５は上蓋２０２に支持された油圧駆動機構２０６に連結されている。この場合、上蓋２０２の弁棒２０５の貫通部は、摺動面となることからこの部分にブッシュ２０１が設けられている。

このような構造の蒸気加減弁７０２において、油圧駆動機構２０６により弁棒２０５が上下方向に駆動されると弁体２０４が弁座２０３と当接又は開離することで、開閉動作をなし、蒸気タービンへ流れる蒸気量の制御により、蒸気タービンの回転数が制御される。

ところで、かかる従来の蒸気加減弁において、弁棒２０５の摺動面となるブッシュ２０１の内径と弁棒２０５の外径との間隙寸法は、
（１）弁棒２０５とブッシュ２０１の材料組合せによる熱の伸び差
（２）予定された運転期間から予想される弁棒２０５およびブッシュ２０１への酸化スケールの付着量
により弁棒２０５の往復動を阻害しない程度に大きな寸法に決定されており、概ね１ｍｍ以下が採用されている。

したがって、通常運転においては、ブッシュ２０１と弁棒２０５の間隙を通して蒸気室から大気側に向って蒸気が常に漏洩していることになる。

さらに、最近では蒸気圧力や蒸気温度条件が上昇しており、上述の（１）と（２）の理由から益々ブッシュ２０１と弁棒２０５の間隙寸法が拡大し、結果的に蒸気漏洩量が増加する傾向にある。

また、更に最近の蒸気タービンは、同業他社との受注競争や発電事業主らによる市場からの要求として性能向上（効率向上）が強く求められている。

この蒸気タービンの性能向上の内訳として、蒸気タービンそのものの内部効率もあるが、蒸気タービンの入口に設置された蒸気弁の弁棒部分から無駄に漏洩する蒸気は、熱力学に有効な仕事をする前に蒸気タービンに流入する蒸気流量を減少させることを意味し、結果的に蒸気タービンの効率に大きな影響（効率低下）を与えることであり、これら弁棒部分からの漏洩蒸気量を如何に低減するかが永年の懸案であった。

このような弁棒部分からの漏洩蒸気量を低減するための技術としては、すでに米国にて公開されている（特許文献１）

米国特許出願公開第２００６／０１７５５６７号明細書

しかし、この技術では、ブッシュの内面にリングを設けるだけの構造なので、運転開始直後は一時的に漏洩蒸気量を低減することが可能でも、経年的に弁棒外径やリング内径への酸化スケールの付着量により間隙が減少し、弁棒の往復動を阻害してしまうという不適合の発生が容易に想定される。

そこで、最近では本発明者によって蒸気室側の弁棒の周囲に弁棒とブッシュとの間隙よりも狭いシール部材を新たに設けて大気側への漏洩蒸気量を低減する技術が提案された。

しかし、この技術においては、弁棒表面に付着したスケールが部分的に剥離すると弁棒母材と残存する酸化スケールとの間に段差や隙間が生じるが、弁棒に接触するシール部材の幅を微細に機械加工するには限界があり、段差や隙間にフイットするような幅にならないので、シール部材とこの段差や隙間部分が空間となり、漏洩蒸気の通路になってしまうという不適合が発生することが懸念される。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、弁棒表面の酸化スケールの付着や剥離後の残存酸化スケールに対して追従性を持たせることで、蒸気シール性を向上させ、大気側への漏洩蒸気量を低減することができる蒸気弁装置およびそれを備えた発電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は蒸気入口部及び蒸気出口部を有する蒸気弁本体と、この蒸気弁本体の上面開口部を閉塞する上蓋と、この上蓋の大気側から前記蒸気弁本体内の蒸気室に貫通させて設けられ先端部に有する弁体により前記蒸気出口部より流出する蒸気流量を制御する弁棒と、この弁棒が貫通する前記上蓋の貫通穴に前記弁棒が軸方向に往復動するに適正な間隙を存するように設けられたブッシュとを備えた蒸気弁装置において、前記上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の周囲に、前記弁棒と前記ブッシュとの間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは前記上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の外表面に接触するように配置された環状の板状シール部材を備えることを特徴とする。

また、本発明は蒸気入口部及び蒸気出口部を有する蒸気弁本体と、この蒸気弁本体の上面開口部を閉塞する上蓋と、この上蓋の大気側から前記蒸気弁本体内の蒸気室に貫通させて設けられ先端部に有する弁体により前記蒸気出口部より流出する蒸気流量を制御する弁棒と、この弁棒が貫通する前記上蓋の貫通穴に前記弁棒が軸方向に往復動するに適正な間隙を存するように設けられたブッシュとを備えた蒸気弁装置において、前記上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の周囲に、前記弁棒と前記ブッシュとの間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは前記上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の外表面に接触するように配置された環状の針状シール部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、従来のリング構造のものと比較して、現実的に発生する弁棒表面の酸化スケールの付着形状や剥離後の残存酸化スケール形状に対して追従性があることから、蒸気シール性が向上するので、大気側への漏洩蒸気量を低減することに効果的であり、更には既設の蒸気弁装置についても容易にシール部材の追設が可能なことから、既設蒸気タービンの効率を向上させることが可能となり、さらに発電設備全体の効率を向上させることができる。

本発明による蒸気弁装置の第１の実施形態の要部を示す断面図。図１のシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図。本発明の第２の実施形態におけるシール保持器とこのシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図。本発明の第３の実施形態におけるシール保持器とこのシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図。本発明による蒸気弁装置の第４の実施形態の要部を示す断面図。本発明による蒸気弁装置の第５の実施形態の要部を示す断面図。図６のシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図。本発明の第６の実施形態におけるシール保持器とこのシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図。本発明による蒸気弁装置の第７の実施形態の要部を示す断面図。図９のシール保持器とこのシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図。本発明による蒸気弁装置の第８の実施形態の要部を示す断面図。本発明による蒸気弁装置の第９の実施形態の要部を示す断面図。図１２の保護カバーのうち、蒸気室側に面する保護カバーの一部を代表して示す斜視図。従来の蒸気タービンに使用されている蒸気加減弁構造を示す断面図。蒸気タービンを備えた発電設備の構成例を示す系統図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明による蒸気弁装置の第１の実施形態における要部を示す断面図である。

なお、図１４に示す蒸気加減弁と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第１の実施形態では、図１に示すように弁棒２０５の外径とこの弁棒２０５が貫通する上蓋２０２の貫通穴に設けられたブッシュ２０１の内径との間隙寸法は従来設計のままとして、上蓋２０２の蒸気室側に対応する弁棒２０５の貫通部分の周囲面にシール保持器３０１をその上下面側から２枚の保護カバー３０３ａ，３０３ｂにより挟み込んで複数本のボルト３０２により上蓋２０２に取付けるものである。

このシール保持器３０１は、弁棒２０５に対する内周面部に環状の凹部が形成され、この凹部に板状シール部材３００が保持されている。この場合、板状シール部材３００はシール保持器３０１に形成された凹部内にその外周側から内周側に延出させて保持され、弁棒２０５に相対する板状シール部材３００の内周部（接触部）３０４の内径寸法は、弁棒２０５とブッシュ２０１との間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは弁棒２０５との間に間隙を持たず常時接触するように構成されている。

図２は、シール保持器に保持された板状シール部材の一部を示す斜視図である。この板状シール部材３００は、図２に示すように複数枚の同一短冊形状のシール板３００ａを規則正しく、且つ各シール板３００ａの先端部、すなわち内周部（接触部）３０４ではシール板３００ａ同士がお互いに密着して配列され、これらはシール保持器３０１の凹部内の外周側に固定されている。

図２に示す短冊形状のシール板３００ａは、その短辺（内周辺）側が弁棒２０５の軸中心に向って真っ直ぐ、すなわち弁棒２０５の軸中心に対して放射状（径方向）に配置されており、短冊形状のシール板３００ａの前後に作用する蒸気圧力差に対して、シール板３００ａの強度面から好ましい形状である。

この場合、これら短冊形状のシール板３００ａの先端部、すなわち内周部（接触部）ではお互いに規則正しく密着して配列されていても、シール保持器３０１の凹部内の外周側では、内外周長の差からお互いのシール板３００ａ相互間に三角形の空間が生じることになる。

しかし、この空間を埋めるようにシール板３００ａの厚みを凹部内の外周側に向けて徐々に厚みを増すテーパー状に製作することも可能であり、更にはシール保持器３０１に形成れた凹部分の袖の長さでこれらの空間部分を覆い隠すように機能している。

更に、弁棒２０５の往復動の度に酸化スケールを乗り越え、又は避け易いように短冊形状のシール板３００ａの短辺側両端にＲ（球面）が施されている。

このような構成のシール保持器３０１は、その両端面側を２枚の保護カバー３０３ａ，３０３ｂにより挟み込んで、上蓋２０２の蒸気室側に対応する弁棒２０５の貫通部分の周囲面に複数本のボルトにより取付けられ、接触部３０４（すなわち、短冊形状のシール板の先端）を弁棒２０５との間に間隙を持たず常時接触させるようにしている。

このことにより、弁棒２０５の外表面に経年的に酸化スケールが付着しても、短冊形状のシール板３００ａは常時弁棒２０５に接触しながら個々のシール板３００ａがこれら酸化スケールの凹凸形状に追従して乗り越え、又は酸化スケールを避けるように弾性変形するため、弁棒２０５の往復動を阻害（拘束）することはない。

また、シール保持器３０１は、その両端面側に保護カバー３０３ａ，３０３ｂが設けられており、特に蒸気室側に設置された保護カバー３０３ａは、蒸気弁本体の蒸気入口から蒸気と共に異物が流入しても、保護カバー３０３ａにより保護されているので、シール板３００ａが異物により破損することを防止できる。

ここで、シール保持器３０１の内周面部に形成された環状の凹部に保持された各短冊形状のシール板３００ａの弁棒２０５との接触部分は弁棒２０５の往復動による摩耗防止のために、窒化による表面硬化処理、又は酸化スケールが付着し難い材質として一般に市販されているステライト（商品名）からなるコバルト基硬質合金が盛金されるか、または弁棒２０５と常時接触を保つため、シール保持器３０１の凹部に保持される短冊形状のシール板３００ａ自体に酸化スケールが付着しないようにシール板３００ａそのものをコバルト基硬質合金で製作することも可能である。

この短冊形状のシール板３００ａの材質は、材料強度や酸化スケールの付着特性、膨張係数、弁棒２０５とのシール性能、寿命等の要求機能から決定されるものであり、使用環境が高温蒸気条件に適合すれば今後の材料開発の進捗によっては新たな材料の適用も可能である。

このように本発明の第１の実施形態では、上蓋２０２の蒸気室側に対応する弁棒２０５の貫通部分の周囲面にシール保持器３０１をその両端面側から２枚の保護カバー３０３ａ，３０３ｂにより挟み込んで複数本のボルト３０２により取付け、このシール保持器３０１の弁棒２０５に対する内周面部に形成された環状の凹部に複数枚の短冊形状のシール板３００ａを規則正しく配列して構成されるシール部材３００を保持させて、上蓋２０２の蒸気室側に貫通する弁棒２０５の周囲に弁棒とブッシュとの間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の周囲に接触するようにしたので、従来に比べて漏洩蒸気の通路となる断面積は格段に小さくなり、漏洩蒸気は確実に低減させることができる。

また、蒸気弁本体の蒸気入口から蒸気と共に異物が流入しても、保護カバー３０３ａにより保護されているので、シール板３００ａが異物により破損することを防止できる。

したがって、現実的に発生する弁棒表面への酸化スケールの付着事象と経時的に発生する酸化スケールの部分的な剥離事象（酸化スケールの凹凸形状）に対して、短冊形状のシール板からなシール部材が追従して弾性変形するので、蒸気のシール性を向上させることが可能となり、永年の懸案であった弁棒部分から大気側への漏洩蒸気量を低減することができる。

更には既設の蒸気弁装置についても容易にシール部材の追設が可能なことから、既設蒸気タービンの効率を向上させることができので、これら既設の発電設備においても発電設備全体の効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態におけるシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図で、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第２の実施形態では、図３に示すようにシール保持器３０１に形成された環状凹部内にその外周側から内周側に延出させて保持される板状シール部材４００として、複数枚の同一の短冊形状からなるシール板４００ａをその短辺側が弁棒２０５の軸方向に対して任意の角度（Ａ°）で傾斜して配列され、且つ各シール板４００ａの先端部、すなわち内周部（接触部）では弁棒２０５の軸方向に対して傾斜し、弁棒２０５とブッシュ２０１との間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは弁棒２０５の外表面に接触して押付けられるように構成したものである。

この場合、短冊形状のシール板４００ａは、弁棒２０５の軸方向に対して任意の角度（Ａ°）で傾斜させて配列されていることから、各シート板４００ａが互いに規則正しく密着して配列されて板状シール部材４００の内周部（接触部）を形成している。

このように第２の実施形態では、シール保持器３０１に形成された凹部内に保持される複数枚の短冊形状のシール板４００ａが弁棒２０５の軸方向に対して任意の角度（Ａ°）で傾斜させて配列することにより、各短冊形状のシート板４００ａの内周部（接触部）は弁棒２０５の外径部を包み込むように構成されるので、各短冊形状のシート板４００ａの内周部（接触部）のシール長さを長くとることが可能となり、第１の実施形態よりも良好な蒸気シール性を得ることができる。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態におけるシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図で、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第３の実施形態では、図４に示すようにシール保持器３０１に形成された凹部内にその外周側から内周側に延出させて保持される板状シール部材５００として、複数枚の同一の短冊形状からなるシール板５００ａを弁棒２０５の軸中心からの径方向に対して任意の角度（Ｂ°）でそれぞれ傾斜させて円周方向に配列したものである。第１および第２の実施形態と同様、各シール板５００ａの短辺（内周辺）側、すなわち内周部（接触部）では弁棒２０５とブッシュ２０１との間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは弁棒２０５の軸中心に対して平行に外表面に接触して押付けられるように構成している。

この場合、短冊形状のシール板５００ａは、弁棒２０５の径方向に対して任意の角度（Ｂ°）で傾斜させて配列されていることから、各シート板５００ａが互いに規則正しく密着して配列されて板状シール部材５００の内周部（接触部）を形成している。

このように第３の実施形態では、シール保持器３０１に形成された凹部内に保持される複数枚の短冊形状のシール板５００ａを弁棒２０５の径方向に対して任意の角度（Ｂ°）で傾斜させて配列する構成としたので、弁棒２０５の往復動に際し、各短冊形状のシート板５００ａは第１の実施形態および第２の実施形態に比べて板状シール部材５００の変形に対する自由度が増し、弁棒２０５の表面に付着した酸化スケールの剥離により生じた段差や隙間に最適にフイットし、これら酸化スケールの凹凸形状に追従して乗り越え、又は酸化スケールを避けるように弾性変形するので、第１の実施形態よりも良好な蒸気シール性を得ることができる。

上述した第２および第３の実施形態では、複数枚の短冊形状のシール板４００ａ、５００ａが弁棒２０５の軸方向に対して傾斜および、弁棒２０５の径方向に対して傾斜させて配列されていることから、シール板４００ａ、５００ａ自体が弁棒２０５の外表面に接触して押付けられるように機能しており、経年的にシール板４００ａ、５００ａの先端が摩滅してもシール板４００ａ、５００ａ自体がバネとなって押付けられるように機能するため、大気側への漏洩蒸気量を低減する本来の機能を損なうことがない。なお、第２の実施形態と第３の実施形態を組み合せることも可能である。

なお、前述した第１の実施形態乃至第３の実施形態において、短冊形状のシール板３００ａ，４００ａ，５００ａの材質としては、直接高温蒸気に晒されながらバネ力を確保できるものであれば、短冊形状のシール板の材料としてニッケル合金鋼（例えばインコネル７１８など）等が好適である。

（第４の実施形態）
図５は、本発明による蒸気弁装置の第４の実施形態における要部を示す断面図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

前述した蒸気弁装置においては、上蓋２０２を貫通する弁棒２０５の貫通部に設けられたブッシュ２０１の内径との間隙寸法は大きいため、弁棒２０５が往復動するときに弁棒２０５がその軸方向と直交する方向に揺動する可能性がある。

これに対して、前述した第１の実施形態乃至第３の実施形態によれば、短冊形状のシール板３００ａ，４００ａ，５００ａの内面は弁棒２０５と接触するように組立てられ、且つ上蓋２０２に固定された構造であるため、弁棒２０５が揺動する動きに追従することができない。

そこで、第４の実施形態では、図５に示すように内径側に弁棒２０５との対向面が開口する環状凹部を有するシール保持器取付部材３０５の環状凹部内に、弁棒２０５の往復動方向と直交する方向にスライド可能に、第１の実施形態と同様の板状シール３００が保持されたシール保持器３１１を設け、さらにシール保持器取付部材３０５の外側面（上蓋２０２との取付け面とは反対側の面）に保護カバー３０３ａを配置してシール保持器取付部材３０５と一体的に上蓋２０２にボルト３０２により取付けるようにしたものである。

この場合、保護カバー３０３ａの内径はブッシュ２０１の内径以上、かつシール保持器３１１の内径より小さく設定することで、シール保持器３１１をスライド可能に保持するとともに、弁棒２０５が保護カバー３０３ａに接触しないようにすることができる。

また、シール保持器取付部材３０５の環状凹部の内径は板状シール３００およびシール保持器３１１が弁棒と直交する方向にスライドできるように、シール保持器３１１の外径より大きく設定する。

したがって、このような構成とすれば、第１の実施形態の作用効果に加えて、シール保持器取付部材３０５と保護カバー３０３ａによりシール保持器３１１が弁棒２０５の往復動と直交する方向にスライド可能に保持されているので、弁棒２０５が往復動と直交する方向に揺動しても、複数枚の短冊形状のシール板３００ａからなるシール３００の内面である接触部を弁棒２０５と接触させた状態で弁棒の動きに追従させることができる。

また、シール保持器３１１は、シール保持器取付部材３０５と別体になっているので、メンテナンス時にシール保持器３１１を容易に交換することができる。

（第５の実施形態）
図６は、本発明による蒸気弁装置の第５の実施形態における要部を示す断面図、図７は図６のシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図であり、図１および図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第５の実施形態では、図６および図７に示すようにシール保持器３０１に形成された環状の凹部内に針状シール部材６００を保持させてその内径側端部が上蓋２０２の蒸気室側に貫通する弁棒２０５の外表面に接触するように配置する構成としたものである。

この針状シール部材６００は、複数本（例えば５００本を超える本数）の同一径のワイヤ６００ａを例えば千鳥状に規則正しく、ワイヤ同士を密着させて配列し、これら各ワイヤ６００ａの内径側端部は弁棒２０５と接触する内周部（接触部）３０４を形成している。

これら同一径のワイヤが集合した複数本のワイヤ６００ａは、シール保持器３０１に形成された凹部内に外周側から内周側に延出させて保持されており、各ワイヤ６００ａは凹部内の外周側に固定されている。

ここで、針状シール部材６００を構成するワイヤ６００ａの線径は、弁棒表面に生成される酸化スケールの残存形状、ワイヤ６００ａ自体の材料強度や弾性特性、寿命等の要求機能から決定されるものであり、概ね０．１mm〜２mm程度が選択されるが、可能であれば弁棒２０５の摺動面となるブッシュ２０１の内径と弁棒２０５の外径との間隙寸法より太いものが好ましい。これは経年的にワイヤ６００が断線した場合に異物となって当該間隙に入り込むことを防止し、二次的な不適合を防止するために有効である。

また、シール保持器３０１の内周面部に形成された環状の凹部に保持されたワイヤ６００ａの弁棒２０５との接触部分は、弁棒２０５の往復動による摩耗防止のために、窒化による表面硬化処理、又は酸化スケールが付着し難い材質として一般に市販されているステライト（商品名）からなるコバルト基硬質合金が盛金されるか、または弁棒２０５と常時接触を保つため、シール保持器３０１の凹部に保持されるワイヤ６００ａ自体に酸化スケールが付着しないようにワイヤ６００ａそのものをコバルト基硬質合金で製作することも可能である。

このワイヤ６００ａの材質は、材料強度や酸化スケールの付着特性、膨張係数、弁棒２０５とのシール性能、寿命等の要求機能から決定されるものであり、使用環境が高温蒸気条件に適合すれば今後の材料開発の進捗によっては新たな材料の適用も可能である。

このように第６の実施形態では、シール保持器３０１の弁棒２０５に対する内周面部に形成された環状の凹部に保持される針状シール部材６００として、複数本のワイヤ６００ａを規則正しく、ワイヤ同士が密着して配列され、ワイヤ６００ａの先端を弁棒との間に間隙を存することなく常時接触させるようにしたので、従来に比べて漏洩蒸気の通路となる断面積が格段に小さくなるため、漏洩蒸気を確実に低減させることができる。

したがって、永年の懸案であった弁棒部分からの漏洩蒸気量を低減することができ、現実的に発生する弁棒表面への酸化スケールの付着事象と経時的に発生する酸化スケールの部分的な剥離事象（酸化スケールの凹凸形状）に対して、ワイヤ６００ａからなシール部材６００は追従して弾性変形するので有効な技術である。

更には、既設の蒸気弁装置についても容易にシール部材の追設が可能なことから、既設蒸気タービンの効率を向上させることができるので、これら既設の発電設備においても発電設備全体の効率を向上させることができる。

（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態におけるシール保持器とこのシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図で、図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第６の実施形態では、図８に示すようにシール保持器３０１に形成された凹部内にその外周側から内周側に延出させて保持される針状シール部材７００として、複数本の径の異なるワイヤ７００ａが不規則に密着させて配列した構成とし、これら各ワイヤ７００ａの先端部は弁棒２０５と接触する内周部（接触部）３０４を形成している。ここで、ワイヤ７００は、少なくとも２種類の異なる径のワイヤ７００により構成すればよいが、より多くの異なる径のワイヤ７００としてもよい。

ここで、蒸気シール性能を重視すると、より弁棒表面の酸化スケールによる凹凸形状に対する弾性変形（追従性）を求め細い線径が好ましいが、当該シール部材の前後には大きな差圧が生じているので、ワイヤ７００ａには多大な曲げ荷重が作用する。このような使用環境では、ワイヤ７００ａの全本数が全て細い線径では腰が弱く強度的に不適当である。

このため、第６の実施形態では、大小径（太い、細い）のワイヤ７００ａを不規則に密着させて配列し、針状シール部材７００全体の強度を上げるように構成したものである。

なお、ワイヤ７００ａの不規則な配列の視点にたてば、ワイヤ７００ａへの酸化スケールの付着特性と弾性特性等により、ワイヤ７００ａの線径と材質を任意に組合せて適用することも可能である。

（第７の実施形態）
図９は本発明による蒸気弁装置の第７の実施形態における要部を示す断面図、図１０は図９のシール保持器に保持されたシール部材の一部を示す斜視図で、図６と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第７の実施形態では、図９および図１０に示すようにシール保持器３０１に形成された凹部内にその外周側から内周側に延出させて保持される針状シール部材８００として、複数本のワイヤ８００ａを密着させ、且つ弁棒２０５に対して軸に直交する平面に対して傾斜させて配列した構成とし、これら各ワイヤ８００ａの先端部は弁棒２０５と接触する内周部（接触部）３０４を形成している。

これらワイヤ８００ａが集合した複数本のワイヤ８００ａは、弁棒２０５に対して軸に直交する平面に対して傾斜して配列されているため、ワイヤ８００ａ自体がバネとなって働き、そのバネ力にてワイヤ８００ａが弁棒２０５の外表面に接触して押付けられるように機能している。

シール保持器３０１に形成された凹部内に外周側から内周側に延出させて保持されたワイヤ８００ａは常に弁棒２０５と接触しており、弁棒２０５の上下移動（摺動）により経年的にワイヤ８００ａの先端が摩滅しても、ワイヤ８００ａ自体がバネとなって押付けられるように機能するため、大気側への漏洩蒸気量を低減する本来の機能を損なうことがない。

なお、プラント運転中にあっては、弁棒２０５に蒸気の流れによる微振動が発生しており、ワイヤ８００ａは常時弁棒２０５の外表面に接触していることから、そのバネ力と微振動が相俟って弁棒２０５の外表面にワイヤ８００ａが打ち付けられて弁棒２０５の外表面に打痕傷が発生する可能性があるが、ワイヤ８００ａのバネ力は打痕傷が発生する程の荷重は持たないので、弁棒２０５の外表面を傷つけることはない。

このワイヤ８００ａの材質としては、直接高温蒸気に晒されながらワイヤ８００ａ自体のバネ力を確保することが可能なニッケル合金鋼（例えばインコネル７１８）等が好適である。

（第８の実施形態）
図１１は本発明による蒸気弁装置の第８の実施形態における要部を示す断面図で、図６と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

前述した蒸気弁装置においては、上蓋２０２を貫通する弁棒２０５の外径とこの弁棒２０５の上蓋２０２の貫通部に設けられたブッシュ２０１の内径との間隙寸法は大きいため、弁棒２０５が往復動するときに弁棒２０５がその軸方向と直交する方向に揺動する可能性がある。

これに対して、前述した各実施形態によれば、ワイヤ３００ａの内面は弁棒２０５と接触するように組立てられ、且つ上蓋２０２に固定された構造であるため、弁棒２０５が揺動する動きに追従することができない。

そこで、第８の実施形態では、図１１に示すように内径側に弁棒２０５との対向面が開口する環状凹部を有するシール保持器取付部材３０５の環状凹部内に、第６の実施形態と同様の針状シール部材６００が保持されたシール保持器３１１を弁棒２０５の往復動方向と直交する方向にスライド可能に設け、さらにシール保持器取付部材３０５の外側面（上蓋２０２との取付け面とは反対側の面）に保護カバー３０３ａを配置してシール保持器取付部材３０５と一体的に上蓋２０２にボルト３０２により取付けるようにしたものである。

また、保持器取付部材３０５の環状凹部の内径はワイヤ３００ａおよびシール保持器３１１が弁棒と直交する方向にスライドできるように、シール保持器３１１の外径より大きく設定する。

したがって、このような構成とすれば、第５の実施形態の作用効果に加えて、シール保持器取付部材３０５と保護カバー３０３ａによりシール保持器３１１が弁棒２０５の往復動と直交する方向にスライド可能に保持されているので、弁棒２０５が往復動と直交する方向に揺動しても、ワイヤ６００ａの内面である接触部を弁棒２０５と接触させた状態で弁棒２０５の動きに追従させることができる。

（第９の実施形態）
図１２は本発明による蒸気弁装置の第９の実施形態における要部を示す断面図で、図６と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。また、図１３は図１２の保護カバーのうち、蒸気室側に面する保護カバー３０６ａの一部を代表して示す斜視図である。

第９の実施形態では、図１２および図１３に示すように上蓋２０２の蒸気室側に対応する弁棒２０５の貫通部分の周囲面に取付けられるシール保持器３０１の上下面側を挟み込むようにして設けられる２枚の保護カバー３０６ａ，３０６ｂの内径側の対向面に、シール保持器３０１の環状凹部より延出するワイヤ６００ａの先端部を保持する突起３０７を設けるようにしたものである。

このような構成とすれば、蒸気弁本体の蒸気入口から蒸気とともに異物が流入しても、蒸気室側に面する保護カバー３０６ａによりワイヤ６００ａが保護されているので、ワイヤ６００ａが異物により破損することを防止できる。また、ワイヤ６００ａは弁棒２０５が軸方向に往復動するため、経年的に外側へバラバラに広がってくる（歯ブラシの毛のように外側に曲がってとはみ出す）ので断線し易くなるが、２枚の保護カバー３０６ａ，３０６ｂに設けられた突起３０７によりワイヤ６００ａの先端部が保持されるので、ワイヤ６００ａが外側にバラバラに曲がってはみ出すようなことがなくなる。

２００…蒸気弁本体、２０１…ブッシュ、２０２…上蓋、２０３…弁座、２０４…弁体、２０５…弁棒、２０６…油圧駆動機構、３００，４００，５００…板状シール部材、３００ａ，４００ａ，５００ａ…短冊形状のシール板、３０１，３１１…シール保持器、３０２…ボルト、３０３ａ，３０３ｂ…保護カバー、３０４…シール部材の内周部（接触部）、３０５…シール保持器取付部材、３０６ａ，３０６ｂ…保護カバー、３０７…突起、６００，７００，８００…針状シール部材、６００ａ，７００ａ，８００ａ…ワイヤ

Claims

蒸気入口部及び蒸気出口部を有する蒸気弁本体と、この蒸気弁本体の上面開口部を閉塞する上蓋と、この上蓋の大気側から前記蒸気弁本体内の蒸気室に貫通させて設けられ先端部に有する弁体により前記蒸気出口部より流出する蒸気流量を制御する弁棒と、この弁棒が貫通する前記上蓋の貫通穴に前記弁棒が軸方向に往復動するに適正な間隙を存するように設けられたブッシュとを備えた蒸気弁装置において、
前記上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の周囲に、前記弁棒と前記ブッシュとの間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは前記上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の外表面に接触するように配置された環状の板状シール部材を備えることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項１記載の蒸気弁装置において、
環状の板状シール部材は、前記弁棒の動きに追従できるようにシール部材自体が前記弁棒の中心軸と直交する方向にスライド可能にしたことを特徴とする蒸気弁装置。
請求項１又は請求項２記載の蒸気弁装置において、
前記上蓋の蒸気室側の前記弁棒の周囲には、内周側に環状の凹部が形成されたシール保持器が設けられ、
前記環状の板状シール部材は、前記弁棒に対する円周方向に配置された複数枚の短冊形状のシール板で構成され、
これら各短冊形状のシール板は前記シール保持器の前記環状の凹部内にその外周側から内周側に向け延出させて保持されていることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項３記載の蒸気弁装置において、
前記環状の板状シール部材を構成する各短冊形状のシール板は、その短辺側が前記弁棒の軸方向に対して任意の角度で傾斜して配列され、前記弁棒との接触部となるシール板の短辺側は前記弁棒の外径寸法と同等または若干大きめの寸法で曲面加工がなされて前記弁棒の外表面に接触して押付けられるように構成されていることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項３記載の蒸気弁装置において、
前記環状の板状シール部材を構成する各短冊形状のシール板は、その長辺側が前記弁棒の径方向に任意の角度で傾斜して配列され、シール板の短辺側は前記弁棒の外表面に接触して押付けられるように構成されていることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項３乃至請求項５の何れかに記載の蒸気弁装置において、
前記環状の板状シール部材を構成する各短冊形状のシール板は、前記弁棒と接触する短辺の軸方向の両端部に曲面が形成されていることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項３乃至請求項６の何れかに記載の蒸気弁装置において、
前記シール保持器の蒸気室側に前記シール保持器の凹部内の外周側から内周側に延出させて保持され、前記ブッシュの内径以上でかつ前記シール保持器の外径より小さい内径を有する保護カバーを配置したことを特徴とする蒸気弁装置。
蒸気入口部及び蒸気出口部を有する蒸気弁本体と、この蒸気弁本体の上面開口部を閉塞する上蓋と、この上蓋の大気側から前記蒸気弁本体内の蒸気室に貫通させて設けられ先端部に有する弁体により前記蒸気出口部より流出する蒸気流量を制御する弁棒と、この弁棒が貫通する前記上蓋の貫通穴に前記弁棒が軸方向に往復動するに適正な間隙を存するように設けられたブッシュとを備えた蒸気弁装置において、
前記上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の周囲に、前記弁棒と前記ブッシュとの間隙よりも狭い間隙を有するか、もしくは前記上蓋の蒸気室側に貫通する弁棒の外表面に接触するように配置された環状の針状シール部材を備えることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項８記載の蒸気弁装置において、
環状の針状シール部材は、前記弁棒の動きに追従できるようにシール部材自体が前記弁棒と直交する方向にスライド可能にしたことを特徴とする蒸気弁装置。
請求項８又は請求項９記載の蒸気弁装置において、
前記上蓋の蒸気室側の前記弁棒の周囲には、内周側に環状の凹部が形成されたシール保持器が設けられ、
前記環状の針状シール部材は、複数本のワイヤで構成され、
これら各ワイヤは前記シール保持器の前記環状の凹部内にその外周側から内周側に向け延出させて保持されていることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項１０記載の蒸気弁装置において、
前記環状の針状シール部材を構成する複数本のワイヤは、その径が全て同一であることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項１０記載の蒸気弁装置において、
前記環状の針状シール部材を構成する複数本のワイヤは、少なくとも２種類の異なる径のワイヤから構成されることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項１０乃至請求項１２の何れかに記載の蒸気弁装置において、
前記環状の針状シール部材を構成するワイヤは、前記弁棒の軸に直交する平面に対して傾斜して配列され、ワイヤのバネ力の作用により前記弁棒の外表面に接触して押付けられるように構成されていることを特徴とする蒸気弁装置。
請求項１０乃至請求項１２の何れかに記載の蒸気弁装置において、
前記シール保持器の前記上蓋側および蒸気室側の両面に前記シール保持器の凹部内に外周側から内周側に延出させて保持された前記ワイヤの内周側延出部を覆うように保護カバーを配置し、これら保護カバーの内径側端に前記針状シール部材側に向けて突起を設け、該突起により前記ワイヤの先端部を保持するようにしたことを特徴とする蒸気弁装置。
前記請求項１乃至請求項１４の何れかに記載の蒸気弁装置を備えたことを特徴とする発電設備。