JP2013174330A - 逆止め弁 - Google Patents

Abstract

【課題】スイング式逆止め弁において、クリープや過渡的な熱応力によって弁ケースが変形した場合においても、軸受や軸への変形の影響を少なくし、弁の信頼性を向上させる。
【解決手段】流路間を連通する連通路を内部に有する弁ケース２と、弁ケース２の内外を貫通する貫通孔１２内に設けられる円柱形状の軸受箱本体部２９を有し、軸受箱本体部２９に軸受を格納する軸受箱１５と、貫通孔１２に沿う軸線回りに軸受箱１５によって回動可能に支持されるとともに弁ケース２内外に亘って延在する弁軸３と、弁ケース２内に設けられ、弁軸３の回動に追従して揺動して連通路を開閉する弁体５と、弁ケース２の外側において、弁軸を回動させる駆動部６と、を備え、軸受箱本体部２９の外周面と貫通孔１２の内周面との間に隙間Ｇが形成されている逆止め弁１。
【選択図】図２

Description

本発明は、逆止め弁に関し、特に、蒸気タービンへの蒸気流入量を制御するための蒸気止め弁として使用される逆止め弁に関する。

蒸気タービンへの蒸気流入量をオン／オフ制御する蒸気止め弁として、回転する軸に取り付けられた円盤状の弁体が連通路の弁座に接することにより閉状態となるスイング式の逆止め弁が知られている。この方式の逆止め弁は、開状態においては、他のバルブ構造と比較して蒸気流れが滑らかであるため、弁での圧力損失が小さく効率が良い。

従来のスイング式の逆止め弁としては、特許文献１に記載されているものが知られている。この逆止め弁１０１は、図８に示すように、蒸気流路間と連通する連通路７を有する弁ケース１０２と、弁ケース１０２に回動自在に装着される弁軸３と、弁軸３にアーム４を介して一体に取り付けられるとともに、弁軸３の回動に追従して揺動することによって弁ケース１０２の連通路７を開閉する円盤状の弁体５と、弁軸３を介して弁体５を開閉駆動させる駆動機構６とを備えている。

弁軸３は、軸受１１４を介して軸受箱１１５，１１６に支承されている。そして、軸受箱１１５，１１６が弁ケース１０２にボルト固定されていることによって、弁軸３が弁ケース１０２に対して回動自在とされている。

特開平８−４２３０３号公報

しかしながら、上記従来の逆止め弁１０１においては、弁ケース１０２がクリープや、過渡的な熱応力によって変形を起こした際に、弁ケース１０２に収められた軸受箱１１５，１１６や、軸受１１４、更には弁軸３も変形し、弁体５の開閉動作時にかじり付きや焼き付きを起こしてしまう問題があった。
また、この問題を解決するために、弁軸を冷却して変形を抑制する方法もあるが、別途冷却装置が必要となるなど構造が複雑となるため、コスト高に繋がる。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、クリープや過渡的な熱応力によって弁ケースが変形した場合においても、軸受や軸への変形の影響を少なくし、弁の信頼性を向上させることができる逆止め弁を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る逆止め弁は、流路間を連通する連通路を内部に有する弁ケースと、前記弁ケースの内外を貫通する貫通孔内に設けられる円柱形状の軸受箱本体部を有し、該軸受箱本体部に軸受を格納する軸受箱と、前記貫通孔に沿う軸線回りに前記軸受箱によって回動可能に支持されるとともに前記弁ケース内外に亘って延在する弁軸と、前記弁ケース内に設けられ、前記弁軸の回動に追従して揺動して前記連通路を開閉する弁体と、前記弁ケースの外側において、前記弁軸を回動させる駆動部と、を備え、前記軸受箱本体部の外周面と前記貫通孔の内周面との間に隙間が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、弁ケースと軸受箱との間に隙間が形成されていることによって、弁ケースが変形した場合においても、弁軸への変形の影響を抑制し、逆止め弁の信頼性を向上させることができる。

また、上記逆止め弁において、前記軸受箱は、前記軸受箱本体部の径方向外側に突出し、前記弁ケースの外面に固定されるフランジ部を有していることが好ましい。
上記構成によれば、軸受箱の弁ケースへの固定をフランジ部が受け持つことによって、軸受箱本体部と弁ケースとの間に隙間を設けながら、軸受箱を弁ケースに確実に固定することができる。

また、上記逆止め弁において、前記貫通孔の内周面には、前記貫通孔の径方向内側に突出するとともに周方向に延在する突条が設けられており、該突条の内周面の内径は前記軸受箱本体部の外径と略同一とされていることが好ましい。
上記構成によれば、貫通孔の内周面に突条を設け、突条の内周面に軸受箱の軸受箱本体部の外周面とを当接させることで、軸受箱の径方向の位置合わせが容易となる。

また、上記逆止め弁において、前記軸受箱本体部と前記フランジ部とは一体に形成されており、前記軸受箱本体部と前記フランジ部との接続部近傍において、前記フランジ部の厚さが薄く形成されていることが好ましい。
上記構成によれば、弁ケースが変形することによりフランジ部が傾いた場合においても、フランジ部と軸受箱本体部との接続部の剛性が下げられていることによって、フランジ部の傾きが軸受箱本体部に伝達されず、弁軸と軸受の片当たりが発生しにくくなる。

前記軸受箱本体部は前記軸受箱本体部の外周面に周方向に沿って延在する断面半円形状の球面突条を有し、前記フランジ部は前記球面突条に嵌合する嵌合孔を有する円板形状としても良い。
上記構成によれば、弁ケースが変形することによりフランジ部が傾いた場合においても、フランジ部と軸受箱本体部とが球面座によって接続されていることによって、フランジ部の傾きが軸受箱本体部に伝達されず、弁軸と軸受との片当たりが発生しにくくなる。

本発明によれば、弁ケースと軸受箱との間に隙間が形成されていることによって、弁ケースが変形した場合においても、弁軸への変形の影響を抑制し、逆止め弁の信頼性を向上させることができる。

本発明の各実施形態に係る逆止め弁が適用される蒸気タービンを備えた発電プラントの概略系統図である。 本発明の第一実施形態に係る逆止め弁の概略構成図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第一実施形態に係る逆止め弁の特徴を示す部分拡大図である。 本発明の第一実施形態に係る逆止め弁を構成する軸受を示す部分拡大図である。 本発明の第二実施形態に係る逆止め弁の特徴を示す部分拡大図である。 本発明の第三実施形態に係る逆止め弁の特徴を示す部分拡大図である。 従来の逆止め弁の概略構成図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
まず、本実施形態の逆止め弁１が適用される発電システム８０について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る逆止め弁１を備えた蒸気タービンを含む発電システム８０の概略系統図である。

発電システム８０は、高圧蒸気タービン８２、中圧蒸気タービン８３、及び低圧蒸気タービン８４からなる蒸気タービン８１と、高圧蒸気を高圧蒸気タービン８２に供給するボイラ８５と、高圧蒸気タービン８２から排出された蒸気を再加熱して、中圧蒸気タービン８３に供給する再熱器８６と、蒸気タービン８１の回転駆動力により駆動される発電機８７とから構成されている。

また、ボイラ８５と高圧蒸気タービン８２とを接続する配管には、蒸気止め弁８８と蒸気制御弁８９とが設けられており、高圧蒸気タービンへの蒸気の供給を蒸気止め弁８８の全閉により阻止、又は蒸気の供給流量を蒸気制御弁８９によって制御するようになっている。同様の蒸気止め弁９０と蒸気制御弁９１が、再熱器８６と中圧蒸気タービン８３とを接続する配管にも設けられている。
本発明の各実施形態に係る逆止め弁１，１Ｂ，１Ｃは、例えば上述したような蒸気タービン８１の蒸気止め弁８８，９０に用いられる弁である。

図２及び図３に示すように、逆止め弁１は、蒸気流路間と連通する連通路７を有する弁ケース２と、弁ケース２に回動自在に装着される弁軸３と、弁軸３にアーム４を介して一体に取り付けられるとともに、弁軸３の回動に追従して揺動することによって弁ケース２の連通路７を開閉する円盤状の弁体５と、弁軸３を介して弁体５を開閉駆動させる駆動機構６とを備えている。

弁ケース２は、略同一軸上に流入口８及び流出口９が位置しいている連通路７を有し、この連通路７の流出口９側に弁座１０が設けられ、この弁座１０に弁体５が当接、離間することで連通路７が開放、閉塞されるものである。連通路７の上部には連通路７と連通する弁室１１が設けられ、この弁室１１と連通路７との間を弁体５が揺動するようになっている。

弁ケース２の弁室１１から視て両側方には、連通路７の軸方向と直交する方向に貫通する弁軸孔１２が設けられている。弁軸孔１２は、弁軸３を挿通させるための孔である。弁軸３と弁軸孔１２との間には、第一軸受箱１５及び第二軸受箱１６が介在している。
弁ケース２は、例えば鋳造によって製造され、例えばアルミニウムによって形成されている。

弁軸３は、丸棒状をなすものであって、弁室１１を貫通して一端が弁ケース２の外部に突出し、その突出している部分に駆動機構６が取り付けられるようになっている。弁体５は、円盤状をなすものであって、アーム４を介して弁軸３に一体に取り付けられ、弁軸３の回動に追従してアーム４を介して弁室１１と連通路７との間を揺動するようになっている。弁体５とアーム４とは、キー１９を介して一体に連結されるようになっている。

駆動機構６は、弁ケース２に連設されるハウジング２０に設けられるものであって、ハウジング２０の下部に設けられる油圧シリンダ２１と、油圧シリンダ２１のロッド２２と弁軸３とを連結するとともに、ロッド２２の直線運動を回転運動に変換するリンク機構２３とを備えている。
ハウジング２０は、第二軸受箱１６と一体に形成されており、第二軸受箱１６を弁ケース２に固定することによって、ハウジング２０も弁ケース２に固定される。

リンク機構２３は、弁軸３に一体に連結されているレバー２４と、レバー２４とロッド２２との間に設けられているリンク２５と、レバー２４とリンク２５とを相対的に回動自在に連結するピン２６と、リンク２５とロッド２２とを相対的に回動自在に連結するピン２７とを備えている。

図４に示すように、弁軸３と第一軸受箱１５、及び弁軸３と第二軸受箱１６との間には軸受１４が介在しており、弁軸３は軸受１４によって回転自在とされている。第一軸受箱１５、及び第二軸受箱１６は、一部（後述する軸受箱本体部２９）が弁軸孔１２に挿入された上で、弁ケース２にボルト固定されている。
軸受１４は、すべり軸受（ブシュ、ドライベアリング）であり、例えば銅合金によって形成されている。また、軸受１４の材料としては、ＰＯＭなどの樹脂材料を採用することもできる。

第一軸受箱１５は、弁ケース２の弁軸孔１２に挿入される円筒形状の軸受箱本体部２９と、軸受箱本体部２９の一端に形成されたフランジ部３０とから構成されている。即ち、第一軸受箱１５を弁ケース２に固定する際は、弁軸孔１２に第一軸受箱１５の軸受箱本体部２９を挿入し、ボルト３１によってフランジ部３０を弁ケース２の側面２ａに固定する。

本実施形態の弁ケース２の弁軸孔１２の内径は、第一軸受箱１５の軸受箱本体部２９の外径よりも所定寸法だけ大きく形成されている。例えば、弁軸孔１２の内径が２０ｍｍであるとすると、軸受箱本体部２９の外径は２１ｍｍとされている。即ち、第一軸受箱１５を弁ケース２に装着した際、円柱形状の軸受箱本体部２９と弁軸孔１２との間には、軸受箱本体部２９の周方向に沿って例えば約０．５ｍｍの略同一幅の隙間Ｇが形成される。

また、弁軸孔１２の弁ケース２の側面２ａ側の端部であって、弁軸孔１２の内周面には、内周面の周方向に連続する突条３２が設けられている。突条３２は、弁軸孔１２の中心方向に突出しており、かつ、周方向に連続して形成されている。突条３２の内径は、第一軸受箱１５の軸受箱本体部２９の外径と略同一に形成されている。具体的には、軸受箱本体部２９と弁軸孔１２の突条３２とのはめあい関係は、しまりばめとすることが好ましい。

また、図５に示すように、軸受１４の内周面であって、軸受１４の軸方向両端部には、所謂クラウニングが形成されている。具体的には、軸受１４の両端部には、通常の面取りとは別に、例えば曲率半径が１００ｍｍ以上の面取りが形成されている。

なお、以上の説明においては、第一軸受箱１５及び第一軸受箱１５が取り付けられる弁軸孔１２についてその形状を説明したが、図３に示すように、第二軸受箱１６及び第二軸受箱１６が取り付けられる第二弁軸孔３４についても同様の特徴を有している。即ち、第二軸受箱１６の外周面と弁軸孔１２との間には、隙間Ｇが設けられており、第二弁軸孔３４には、その内周面の内径が第二軸受箱１６の第二軸受箱本体部３５の外径と略同一とされた突条が設けられている。また、第二軸受箱１６は、第二フランジ部３６において弁ケース２に固定されている。

次に、本実施形態の逆止め弁１の作用について説明する。まず、逆止め弁１を開いて流体の流通を許容する場合には、駆動機構６の油圧シリンダ２１を作動させてロッド２２を下方に突出させ、ロッド２２の直線運動をリンク機構２３を介して回動運動に変換し、弁軸３を一方に回動させて弁軸３の回動に追従させて弁体５を揺動させて弁体を弁座１０から離間させ、連通路７を開放して連通路７を介して流路間を連通する。

次に、逆止め弁１を閉じて流体の流通を阻止する場合には、駆動機構６の油圧シリンダ２１の作動を停止させてロッド２２を上方（没入する方向）に押し上げ、ロッド２２の直線運動をリンク機構２３を介して回動運動に変換し、弁軸３を他方に回動させて弁軸３の回動に追従させて弁体５を揺動させて弁体５を弁座１０に当接させ、連通路７を閉じて流路間を遮断する。

上記実施形態によれば、第一軸受箱１５及び第二軸受箱１６を弁ケース２の側面２ａ，２ｂで固定するとともに、弁ケース２と第一軸受箱１５及び弁ケース２と第二軸受箱１６との間に隙間Ｇを設けることによって、弁ケース２が変形した場合においても、軸受１４や弁軸３への変形の影響を抑制し、逆止め弁１の信頼性を向上させることができる。

また、弁軸孔１２の内周面に突条３２を設け、この突条３２の内周面に第一軸受箱１５及び第二軸受箱１６の軸受箱本体部２９の外周面とで位置合わせをする構成としたことによって、所謂インロー嵌合により軸受箱１５，１６の位置合わせを容易とすることができる。
また、軸受１４の内周面に曲率半径１００ｍｍ以上の面取りを形成したことによって、軸受１４の端部に生じる面圧を下げることができる。

（第二実施形態）
図６は、第二実施形態に係る逆止め弁１Ｂの第一軸受箱１５Ｂを示す部分拡大図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態の第一軸受箱１５Ｂは、円柱形状の軸受箱本体部４０と、軸受箱本体部４０の軸方向略中央に設けられたフランジ部４１とから構成されている。第一実施形態と同様に、軸受箱本体部４０の外周面と弁軸孔１２の内周面との間には所定の隙間Ｇが形成されている。

フランジ部４１の板厚は、軸受箱本体部４０との接続部近傍で薄くされている。具体的には、フランジ部４１の基端部（軸受箱本体部４０に最も近い部位）に周方向に沿う断面半円形の溝条４２が形成されている。即ち、第一軸受箱１５Ｂを構成する軸受箱本体部４０とフランジ部４１との剛性が下げられており、フランジ部４１が軸受箱本体部４０に対して僅かに傾くことを許容している。
なお、以上の説明においては、第一軸受箱１５Ｂについてその形状を説明したが、第二軸受箱も同様の特徴を有している。

上記実施形態によれば、弁ケース２が変形し、ボルト３１によって弁ケース２に固定されている軸受箱１５Ｂのフランジ部４１が傾いた場合においても、フランジ部４１と軸受箱本体部４０との接合部の剛性が下げられていることによって、フランジ部４１の傾きが軸受箱本体部４０に伝達されず、弁軸３と軸受１４との片当たりが発生しにくくなる。

（第三実施形態）
図７は、第三実施形態に係る逆止め弁１Ｃの第一軸受箱１５Ｃを示す部分拡大図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の第一軸受箱１５Ｃは、円柱形状の軸受箱本体部４４と、軸受箱本体部４４の軸方向略中央に設けられた球面突条４５に嵌合されたフランジ部４６とから構成されている。第一実施形態、及び第二実施形態と同様に、軸受箱本体部４４の外周面と弁軸孔１２の内周面との間には所定の隙間Ｇが形成されている。

球面突条４５は、軸受箱本体部４４の外周面であって軸方向中央に周方向に沿って形成されている断面半円形状の連続突起である。フランジ部４６は円板形状をなし、その中央部に形成された嵌合孔４７が球面突条４５と嵌合するようになっている。即ち、フランジ部４６の嵌合孔４７の径は、軸受箱本体部４４の外径と略同一に形成されており、嵌合孔４７の内周面の断面形状が球面突条４５の曲率半径と同一凹円弧形状とされている。即ち、軸受箱本体部４４の球面突条４５とフランジ部４６の嵌合孔４７とは球面座を構成している。
なお、以上の説明においては、第一軸受箱１５Ｃについてその形状を説明したが、第二軸受箱も同様の特徴を有している。

上記実施形態によれば、弁ケース２が変形し、ボルト３１によって弁ケース２に固定されている軸受箱１５Ｃのフランジ部４６が傾いた場合においても、フランジ部４６と軸受箱本体部４４とが球面座によって接続されていることによって、フランジ部４６の傾きが軸受箱本体部４４に伝達されず、弁軸３と軸受１４との片当たりが発生しにくくなる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、以上で説明した各実施形態では、弁ケース２の弁軸孔１２に突条３２を設けることによって、所謂インロー嵌合により弁ケース２と軸受箱１５，１６との位置合わせを容易としたが、ボルト３１による固定で位置合わせが十分である場合などは、突条３２を省略することができる。

また、弁軸３の一方側と他方側とで、軸受箱の構成を異にすることもできる。例えば弁軸３の一方側に配置される軸受箱として第一実施形態の第一軸受箱１５を採用し、弁軸３の他方側に配置される軸受箱として、第二実施形態の第二軸受箱１６Ｂを採用する構成としてもよい。あるいは、弁軸３の一方側のみ、従来の軸受箱を用いる構成としてもよい。

１ 逆止め弁
２ 弁ケース
３ 弁軸
４ アーム
５ 弁体
６ 駆動機構（駆動部）
７ 連通路
１１ 弁室
１２ 弁軸孔（貫通孔）
１４ 軸受
１５ 第一軸受箱（軸受箱）
１６ 第二軸受箱（軸受箱）
２０ ハウジング
２１ 油圧シリンダ
２２ ロッド
２３ リンク機構
２９ 軸受箱本体部
３０ フランジ部
３２ 突条

Claims (5)

1. 流路間を連通する連通路を内部に有する弁ケースと、
   前記弁ケースの内外を貫通する貫通孔内に設けられる円柱形状の軸受箱本体部を有し、該軸受箱本体部に軸受を格納する軸受箱と、
   前記貫通孔に沿う軸線回りに前記軸受箱によって回動可能に支持されるとともに前記弁ケース内外に亘って延在する弁軸と、
   前記弁ケース内に設けられ、前記弁軸の回動に追従して揺動して前記連通路を開閉する弁体と、
   前記弁ケースの外側において、前記弁軸を回動させる駆動部と、を備え、
   前記軸受箱本体部の外周面と前記貫通孔の内周面との間に隙間が形成されていることを特徴とする逆止め弁。
2. 前記軸受箱は、前記軸受箱本体部の径方向外側に突出し、前記弁ケースの外面に固定されるフランジ部を有していることを特徴とする請求項１に記載の逆止め弁。
3. 前記貫通孔の内周面には、前記貫通孔の径方向内側に突出するとともに周方向に延在する突条が設けられており、
   該突条の内周面の内径は前記軸受箱本体部の外径と略同一とされていることを特徴とする請求項２に記載の逆止め弁。
4. 前記軸受箱本体部と前記フランジ部とは一体に形成されており、前記軸受箱本体部と前記フランジ部との接続部近傍において、前記フランジ部の厚さが薄く形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の逆止め弁。
5. 前記軸受箱本体部は前記軸受箱本体部の外周面に周方向に沿って延在する断面半円形状の球面突条を有し、前記フランジ部は前記球面突条に嵌合する嵌合孔を有する円板形状とされていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の逆止め弁。

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