JP2011252437A - 蒸気弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蒸気弁1は、弁体2を弁座4に対して相対移動させることで、弁座4と弁体2との間の流路の面積を変化させて該流路を流れる蒸気量を調節するようになっている。弁体2は、弁座4と接触する弁頭部2Aの曲率半径をr、弁座4のシート径をD0としたときにr>0.6D0を満たし、弁頭部2Aの上流側において、弁頭部2Aよりも弁体2の弁座4に対する相対移動方向22側に傾斜したテーパ面2Bを有する。
【選択図】 図2
Description
図4は、特許文献1及び2に記載された蒸気弁を模式的に示す断面図である。図4に示すように、弁体2の曲率半径rはシート径D0の0.52〜0.6倍であり、弁座4の曲率半径Rはシート径D0の0.6倍よりも大きくなっている。よって、蒸気弁が微小開されたときの蒸気の流線100は、弁体の移動方向Yに比較的沿った状態(いわゆる、流線100が立った状態)となるので、蒸気流が弁座4側に付着したアニュラーフロー(環状流れ)が形成され、蒸気流が安定化し、蒸気弁各部の振動を低減することができる。
一方、この蒸気弁では、弁頭部よりも弁体移動方向側(弁体の弁座に対する相対移動方向側)に傾斜したテーパ面が弁頭部の上流側に設けられているので、蒸気は、弁座と弁体との間の流路を通過する前に、テーパ面によって弁座移動方向に向かうように整流される。よって、弁頭部の曲率半径rとシート径D0とがr>0.6D0の関係を満たし、シート位置における弁座の接線方向が比較的寝ているにもかかわらず、弁座と弁体との間における蒸気の流線が立った状態をテーパ面によって実現することができる。したがって、蒸気流が弁座側に付着したアニュラーフロー(環状流れ)を形成し、蒸気弁各部の振動を低減することができる。
そこで、角度θ0が150度以上170度以下に設定することで、テーパ面から弁頭部に移行する領域における蒸気流の剥離を防止し、かつ、テーパ面によって蒸気の流線が立つように確実に整流することができる。
したがって、上述のように、θ/(90−δ)を0.4以下とすることで、テーパ面によって蒸気の流線を立てるか、あるいは、シート位置における弁座の接線方向を立てて、蒸気流が弁座側に付着したアニュラーフロー(環状流れ)を確実に形成することができる。また、θ/(90−δ)を0.3以上とすることで、テーパ面が過度に立ってしまい、テーパ面から弁頭部に移行する部分において蒸気流の剥離が生じてしまうことを防止できる(なお、本発明では、弁頭部の曲率半径rとシート径D0との間にr>0.6D0の関係が成立するため、シート位置における弁座の接線方向が過度に立ってしまう場合は考慮しなくてもよい)。
また、本発明によれば、弁頭部よりも弁体移動方向側に傾斜したテーパ面を弁頭部の上流側に設けたので、蒸気は、弁座と弁体との間の流路を通過する前に、テーパ面によって弁座移動方向に向かうように整流される。よって、弁座と弁体との間における蒸気の流線が立った状態をテーパ面によって実現可能であり、蒸気流が弁座側に付着したアニュラーフロー(環状流れ)を形成し、蒸気弁各部の振動を低減することができる。
蒸気弁1に導入された蒸気は、蒸気弁1のケーシング14で囲まれた弁室16から、弁体2と弁座4との間に形成される環状流路を通って、矢印Aで示す方向に流れ出て、蒸気弁1の後段に配設された蒸気タービン等(不図示)に供給される。
なお、弁頭部2Aの曲率半径rがr>0.6D0の範囲内に設定する場合、弁座4の曲率半径Rは、例えば、0.20D0≦R≦0.50D0を満たすように設定してもよい。
このテーパ面2Bを設けることによって、弁室16に導入された蒸気は、シート位置3を通過する前に弁座2の移動方向22に向かうように整流される。よって、弁頭部2Aの曲率半径rとシート径D0とがr>0.6D0の関係を満たし、シート位置3における弁座4の接線方向20が比較的寝ているにもかかわらず、弁体2と弁座4との間における蒸気の流線が立った状態をテーパ面2Bによって実現することができる。したがって、蒸気流が弁座4側に付着したアニュラーフロー(環状流れ)を形成し、蒸気弁1の各部の振動を低減することができる。
このように、弁頭部2Aの曲率半径rを0.61D0以上とすることで、蒸気の供給をより迅速に遮断することができる。また、弁頭部2Aの曲率半径rを0.80D0以下とすることで、蒸気流が弁座4側に付着したアニュラーフロー(環状流れ)を形成しやすくなり、蒸気弁1の各部の振動をより確実に低減することができる。
テーパ面2Bがシート位置3における弁座4の接線方向20に対してなす角度θ0が小さすぎると、シート位置3の上流側において、テーパ面2Bから弁頭部2Aに移行する部分(移行領域24)に角が立ち、該角の周辺で蒸気流の剥離が発生してしまい、かえって蒸気弁1の各部に振動が生じてしまうことがある。一方、角度θ0が大きすぎると、テーパ面2Bによって蒸気の流線が立つ(弁体2の移動方向に沿う)ように十分に整流することが難しい。
そこで、角度θ0が150度以上170度以下に設定することで、テーパ面2Bから弁頭部2Aに移行する移行領域24における蒸気流の剥離を防止し、かつ、テーパ面2Bによって蒸気の流線が立つように確実に整流することができる。
ここで、「θ/(90−δ)」は、弁体2の移動方向22に対してテーパ面2Bがなす角度θに比例し、シート位置3における弁座4の接線方向20の立ち角を意味する(90−δ)に反比例する。よって、「θ/(90−δ)」が小さいということは、テーパ面2Bが立っているか、シート位置3における弁座4の接線方向20が立っているかのいずれか(あるいはその両方)の場合を意味する。
したがって、上述のように、θ/(90−δ)を0.4以下とすることで、テーパ面2Bによって蒸気の流線を立てるか、あるいは、シート位置3における弁座4の接線方向20を立てて、蒸気流が弁座4側に付着したアニュラーフロー(環状流れ)を確実に形成することができる。また、θ/(90−δ)を0.3以上とすることで、テーパ面2Bが過度に立ってしまい、テーパ面2Bから弁頭部2Aに移行する移行領域24において蒸気流の剥離が生じてしまうことを防止できる。なお、本実施形態では、弁頭部2Aの曲率半径rとシート径D0との間にr>0.6D0の関係が成立するため、シート位置3における弁座4の接線方向20が過度に立ってしまう場合は考慮しなくてもよい。
すなわち、本実施形態では、弁頭部2Aの曲率半径rのシート径D0に対する比を従来よりも大きく設定し、シート位置3における弁座4の接線方向20を従来よりも寝かせて圧力損失を小さくするとともに、テーパ面2Bを弁頭部2Aの上流側に設け、弁頭部2Aとテーパ面2Bとを含めた仮想的な曲率半径をシート径D0及び弁座4の曲率半径Rに対して十分に小さくすることで、弁座4と弁体2との間における蒸気の流線が立った状態を実現し、蒸気流れを弁座側に付着させることで蒸気弁1の各部の振動を低減するようになっている。
2 弁体
3 シート位置
4 弁座
5 ピン
6 弁棒
8 アクチュエータ
10 レバー
12 支点
14 ケーシング
16 弁室
20 シート位置における弁座の接線方向
22 弁体の相対移動方向
24 移行領域
26 円状凹部
28 基部
100 流線
Claims (6)
- 弁体を弁座に対して相対移動させることで、前記弁座と前記弁体との間の流路の面積を変化させて該流路を流れる蒸気量を調節する蒸気弁であって、
前記弁体は、前記弁座と接触する弁頭部の曲率半径をr、前記弁座のシート径をD0としたときにr>0.6D0を満たし、前記弁頭部の上流側において、前記弁頭部よりも前記弁体の前記弁座に対する相対移動方向側に傾斜したテーパ面を有することを特徴とする蒸気弁。 - 前記弁頭部は、0.61D0≦r≦0.80D0を満たすことを特徴とする請求項1に記載の蒸気弁。
- 前記テーパ面は、シート位置から下流側に延ばした前記弁座の接線方向に対してなす角度θ0が150度以上170度以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の蒸気弁。
- 前記テーパ面は、前記弁体の前記弁座に対する相対移動方向に対して前記テーパ面がなす角度をθとし、シート位置における前記弁座の接線方向が前記弁体の前記弁座に対する相対移動方向に対してなす角度をδとしたときに、0.3≦θ/(90−δ)≦0.4の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の蒸気弁。
- 前記弁体の前記弁頭部は、前記弁座に接触するシート位置よりも下流側の頭頂に円状凹部を有し、
前記円状凹部の直径をDnとしたとき、前記弁座のシート径D0との間に、0.90D0≦Dn≦0.98D0の関係が成立することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の蒸気弁。 - 前記弁体の前記テーパ面よりも上流側の基部は円筒状に形成されており、
前記弁体の前記基部の直径をDvとしたとき、前記弁座のシート径D0との間で、1.03D0≦Dv≦1.10D0の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の蒸気弁。
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