JP2011256864A - 蒸気タービンバルブ用の流れ誘導バルブシート - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンバルブ用の流れ誘導バルブシートを提供すること。
【解決手段】流れバルブ（１０）は、可動本体を有する制御バルブ（２０）と、可動本体を有する停止バルブ（２４）と、流れバルブ（１０）が閉鎖位置にあるときに制御バルブ（２０）本体又は停止バルブ（２４）本体のうちの一方の少なくとも一部に接触する接面を有するバルブシート（４８）と、を備え、バルブシート（４８）の接面が、先端部分（５６）においてバルブシート（４８）の後方部分と合わさるように構成され、該バルブシート（４８）の接面が、流れバルブ（１０）を通る流れ方向で誘導流れを提供する空気力学的輪郭を有する。
【選択図】 図１

Description

本明細書で開示される主題は、蒸気タービンに関し、詳細には、バルブを通る蒸気の空力的流れを改善する空気力学的輪郭を備えた流れ誘導バルブシートを有する蒸気タービンバルブに関する。

蒸気タービンは通常、タービン内の蒸気の流量を制御する蒸気タービンバルブを含む。バルブは、蒸気タービン内のバルブの位置に応じて、主停止及び制御バルブ又は複合再熱蒸気バルブを含む。何れの場合においても、「流れ」バルブは通常、可動バルブ本体（例えば、直線運動）と、静止バルブシートとを含み、これら各々の一部は、バルブ入口からの蒸気の流れが流れバルブを介してバルブ出口に移動するのを阻止するよう共に接触して流れバルブを閉鎖し、或いは、蒸気の流れが入口から出口まで流れバルブを通過できるように離れて流れバルブを開放する。

蒸気の流れがバルブを通過できるときの蒸気タービンバルブの作動において、バルブ前後で比較的大きな圧力低下が存在する場合がある。これは、ひとつには、バルブシートの空気力学的輪郭に起因する。バルブ前後のこの圧力低下は、特にバルブシートから離れるバルブ本体の移動中に、バルブシートの下流側での蒸気の望ましくない流れ分離を生じさせる可能性がある。この流れ分離は、ある程度の空気力学的な不安定性と、バルブ内のノイズ及び振動問題とを引き起こす可能性がある。

米国特許第７２８４５６９号明細書

本発明の１つの態様によれば、流れバルブは、可動本体を有する制御バルブと、可動本体を有する停止バルブと、流れバルブが閉鎖位置にあるときに制御バルブ本体又は停止バルブ本体のうちの一方の少なくとも一部に接触する接面を有するバルブシートと、を備え、バルブシートの接面が、先端部分においてバルブシートの後方部分と合わさるように構成され、該バルブシートの接面が、流れバルブを通る流れ方向で誘導流れを提供する空気力学的輪郭を有する。

本発明の別の態様によれば、流れバルブは、蒸気の流れが流れバルブに流入する入口と、蒸気の流れが流れバルブから流出する出口と、可動本体を有する制御バルブ及び可動本体を有する停止バルブのうちの１つとを含む。流れバルブはまた、流れバルブが閉鎖位置にあるときに制御バルブ本体又は停止バルブ本体のうちの一方の少なくとも一部に接触する接面を有するバルブシートを含み、バルブシートの接面は、先端部分においてバルブシートの後方部分と合わさるように構成され、該バルブシートの接面が、流れバルブを通る流れ方向で誘導流れを提供する空気力学的輪郭を有する。

本発明の更に別の態様によれば、流れバルブは、可動本体を有する制御バルブ及び可動本体を有する停止バルブのうちの１つを含む。流れバルブはまた、流れバルブが閉鎖位置にあるときに制御バルブ本体又は停止バルブ本体のうちの一方の少なくとも一部に接触する接面を有するバルブシートを含み、バルブシートの接面は、先端部分においてバルブシートの後方部分と合わさるように構成され、該バルブシートの接面が、流れバルブを通る流れ方向で誘導流れを提供する空気力学的輪郭を有する。

これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。

この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。

公知の空気力学的輪郭を備えたバルブシートを有する蒸気バルブの断面図。 本発明の１つの実施形態による蒸気バルブ内に位置付けられたバルブシートの空気力学的輪郭の側面図。 本発明の別の実施形態による、蒸気バルブ内に位置付けられたバルブシートの空気力学的輪郭の側面図。 本発明の更に別の実施形態による、蒸気バルブ内に位置付けられたバルブシートの空気力学的輪郭の側面図。

図１は、蒸気タービンの一部である蒸気バルブ１０を示す。例えば、蒸気タービンバルブ１０は、複合停止及び制御バルブ、再熱バルブ、又は他のタイプの蒸気タービンバルブ（「流れバルブ」）とすることができ、矢印１４を有するラインで示すように、入口１２（例えば、パイプ）にて流れバルブ１０に流入し、次いで、流れバルブ１０内部のストレーナ１５内の開口を通過し、矢印１８を有するラインで示すように、流れバルブ１０の出口（例えば、パイプ）から蒸気タービンの他の構成要素上に流出する蒸気の流れを配向する。

また、流れバルブ１０のケーシング２０内には、制御バルブ２２及び停止バルブ２４が位置付けられる。制御バルブ２２は、矢印２８を有するラインにより示すように、例えば、直線運動用に既知の方式（例えば、油圧、空気圧、モータ駆動、その他）で駆動されるよう構成されるシリンダ又はロッド２６を含むことができる。制御バルブ２２はまた、ロッド２６の一方端に位置付けられ、該ロッド２６と一体的に接続又は形成されたバルブ本体３０を含み、ロッド２６の移動に伴って制御バルブ本体３０を同時に運動させる。制御バルブ本体３０は、該制御バルブ本体３０の下部に形成されるキャビティ３２を含む。

ケーシング２０はまた停止バルブ２４を含み、該停止バルブ２４は、矢印３６を有するラインで示されるように、例えば直線運動のため既知の方式（例えば、油圧、空気圧、モータ駆動、その他）で駆動され、制御バルブ２２のロッド２６と同様に構成されたシリンダ又はロッド３４を含むことができる。停止バルブ２４はまた、ロッド３４の一方端に位置付けられ、該ロッド３４と一体的に接続又は形成されたバルブ本体３８を含み、ロッド３４の移動に伴って停止バルブ本体３８を同時に運動させる。停止バルブ本体３８は、制御バルブ本体３０のキャビティ３２内に移動することができる。

図１にはまた、比較的平坦又は直線状の空気力学的輪郭を備えた表面４２を有するバルブシート４０が示される。バルブシート４０はまた、平坦な表面４２に隣接する比較的平坦部分４４を含む。この平坦部分４４はまた、バルブシート４０の空気力学的輪郭の一部である。図１は、閉鎖位置の制御バルブ２２及び停止バルブ２４の両方を示している。このような位置において、制御バルブ本体３０及び停止バルブ本体３８の一部は、バルブシート４０の表面４２と接触しており、これにより流れバルブ１０を通る蒸気の流れが遮断される。すなわち、図１に示す閉鎖位置において、蒸気の流れは、バルブ入口１２からバルブ出口１６に流れるのが阻止される。しかしながら、流れバルブ１０の作動のある場合において、制御バルブ本体３０だけがバルブシート４０の表面４２に接触し、これにより流れバルブ１０を通る蒸気の流れを遮断することができ、流れバルブ１０の作動の他の場合において、停止バルブ本体３８だけがバルブシート４０の表面４２に接触し、これにより流れバルブ１０を通る蒸気の流れを遮断することができる。

対照的に、流れバルブ１０の開放位置（図示せず）において、制御バルブ２２及び停止バルブ２４は、それぞれの本体３０、３８がバルブシート表面４２から離れて位置付けられるように位置決めされる。この位置において、蒸気の流れは、バルブ入口１２から流れて、開口の一方側で制御バルブ本体３０と停止バルブ本体３８との間に形成された開口又は通路を通り、更に開口の他方側のバルブシート表面４２を通り、次いで蒸気バルブ出口１６を通ることが可能になる。

しかしながら、開放位置におけるこのバルブシート４０では、流れバルブ１０を通過する蒸気の流れの一部は、バルブシート４０の平坦表面４４に衝突する。これにより、バルブシート４０の平坦表面４４に衝突する蒸気流の当該部分の流れ方向において急激な変化が生じる可能性がある。結果として、蒸気流の一部の方向における急激な変化は、バルブシート４０の平坦表面４４の下流側での蒸気流に２次的な流れ及びスワールを引き起こし、結果として流れバルブ１０の比較的高い圧力損失をもたらす可能性がある。すなわち、この平坦な表面４４は、流れバルブ１０を通過する蒸気の誘導流を提供せず、代わりに、流れ方向に対する障壁となる。

図２には、本発明の１つの実施形態による、流れバルブ１０内に位置付けられたバルブシート４８の空気力学的輪郭の側面図が示される。バルブシート４８は、共に接合された２つの要素５０、５２を備えることができ、或いは単一要素を備えてもよい。第１の要素５０の表面５４の空気力学的輪郭は、バルブシート４８の第１の要素５０の先端部分５６に対して流れ方向で一定の角度にある線形又は直線状とすることができる。先端部分５６は先鋭とすることができる。表面５４は、流れバルブ１０が閉鎖位置にあるときに、制御バルブ本体３０及び停止バルブ本体３８の一部と接触する。

図１のバルブシート４０とは対照的に、図２のバルブシート４８のこの実施形態では平坦な表面４４は存在しない。すなわち、蒸気流接面５４は、先端部分５６において第１の要素５０（並びに１つの実施形態において利用されるときに第２の要素）の後方部分又は表面５７と結合され、先端部分は平坦部分を包含しない点を含む。更に、バルブシート４８の第２の要素５２の表面５８の空気力学的輪郭はまた、少なくとも長さの一部が線形又は直線状とすることができるが、第１の要素５０の先端部分５６に対してある角度にあるとすることができ、該角度は、バルブシート４８の第１の要素の先端部分５６に対して第１の要素５０の表面５４の角度よりも小さい。この表面５８の一部はまた、流れバルブ１０が閉鎖位置にあるときに制御バルブ本体３０及び停止バルブ本体３８の一部と接触することができる。従って、バルブシート４０の表面５４、５８は、流れバルブ１０を通過する流れ方向の蒸気の誘導流を提供する。

図２の実施形態においてバルブシート４８の平坦部分４４を排除することによって、及び流れ方向においてバルブシート４８の表面５４及び５８の線形部分を設けることによって、流れバルブ１０が開放位置にあるときに、蒸気の比較的滑らかな空気力学的流れを達成することができる。すなわち、２次的流れ及びスワールの量は、流れ方向におけるこの誘導流れにより低減又は更に排除することもできる。

図３には、本発明の別の実施形態による、流れバルブ１０内に位置付けられたバルブシート４８の空気力学的輪郭の側面図を示している。この実施形態において、表面５４は、凹面状の空気力学的輪郭を有することができ、表面５８は、直線状又は線形とすることができる。図２の実施形態と同様に、バルブシート４０の表面５４、５８は、流れバルブ１０を通る流れ方向で蒸気の誘導流れを提供する。表面５４の凹面状輪郭は、先鋭とすることができる先端部分５６の後に流れ方向で始まることができる。また、表面５４及び５８のこれらが合わさる部分は、凸面状とすることができる。図２の実施形態と同様に、蒸気の比較的円滑な空気力学的流れは、流れバルブ１０が図３の実施形態で開放位置にあるときに達成することができる。

図４には、本発明の更に別の実施形態による、流れバルブ１０内に位置付けられたバルブシート４８の空気力学的輪郭の側面図が示される。この実施形態において、表面５４は、流れ方向で先端部分５６付近に凹面状部分６０を有することができ、また、同様に流れ方向で先端部分から離れて凸面状部分６２を有することができる。表面５４の凹面状輪郭は、先鋭とすることができる先端部分５６の後に始まることができる。表面５８の一部は直線状又は線形とすることができる。図２及び３の実施形態と同様に、蒸気の比較的円滑な空気力学的流れは、流れバルブ１０が図４の実施形態で開放位置にあるときに達成することができる。また、図２及び３の実施形態と同様に、バルブシート４０の表面５４、５８は、流れバルブ１０を通る流れ方向で蒸気の誘導流れを提供する。

本発明の実施形態は、流れバルブ１０前後の圧力低下量の軽減を可能にする。これは、蒸気タービンの効率の向上、並びに蒸気タービンにおける振動及びノイズの相対的低減をもたらす。加えて、本発明の実施形態は、流れバルブ１０内の蒸気の流れに対する比較的円滑な空気力学的経路を提供し、これにより粘性エネルギーが低減され、流れバルブ１０前後の圧力低下が軽減される。流れバルブ１０前後の比較的向上した空気力学的蒸気流路はまた、流れバルブ１０の圧力変動を低減する。更に、本発明の実施形態は、蒸気バルブでの使用に限定されず、あらゆるタイプのバルブが本発明の実施形態で利用できる。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

１０：蒸気タービンバルブ
１２：入口
１４，１８，２８，３６：矢印
１５：ストレーナ
１６：出口
２０：ケーシング
２２：制御バルブ
２４：停止バルブ
２６，３４：ロッド
３０，３８：バルブ本体
３２：キャビティ
４０：バルブシート
４２：バルブシート表面
４４：平坦部分
４８：バルブシート
５０，５２：要素
５４，５７，５８：表面
５６：先端部分
６０：凹面状部分
６２：凸面状部分

Claims (6)

1. 可動本体を有する制御バルブ（２０）と、
   可動本体を有する停止バルブ（２４）と、
   前記流れバルブ（１０）が閉鎖位置にあるときに前記制御バルブ（２０）本体又は前記停止バルブ（２４）本体のうちの一方の少なくとも一部に接触する接面を有するバルブシート（４８）と
   を備える流れバルブ（１０）であって、前記バルブシート（４８）の接面が、先端部分（５６）において前記バルブシート（４８）の後方部分と合わさるように構成され、該バルブシート（４８）の接面が、前記流れバルブ（１０）を通る流れ方向で誘導流れを提供する空気力学的輪郭を有する、流れバルブ（１０）。
2. ケーシング（２０）と、
   前記ケーシング（２０）において蒸気の流れが前記流れバルブ（１０）に流入する入口（１２）と、
   前記流れバルブ（１０）が開放位置にあるときに、前記ケーシング（２０）において蒸気の流れが前記流れバルブ（１０）から流出する出口（１６）と
   を更に備える、請求項１記載の流れバルブ（１０）。
3. 前記バルブシート（４８）の接面の空気力学的輪郭が、流れ方向で前記先端部分（５６）の後に位置付けられる線形部分を有する、請求項１記載の流れバルブ（１０）。
4. 前記バルブシート（４８）の接面の空気力学的輪郭が、流れ方向で前記先端部分（５６）の後に位置付けられる凹面状部分（６０）を有する、請求項１記載の流れバルブ（１０）。
5. 前記バルブシート（４８）の接面の空気力学的輪郭が、凹面状の第１の部分と、凸面状の第２の部分とを有する、請求項１記載の流れバルブ（１０）。
6. 前記バルブシート（４８）の接面の空気力学的輪郭が、流れ方向で前記凸面状部分（６２）の後に位置付けられる直線状部分を有する、請求項５記載の流れバルブ（１０）。

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