JP2014001838A - Steam valve device and power generating installation - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve resistance to thermal expansion and attachment of oxides, to reduce leakage of steam, and further to improve efficiency of a steam turbine and the entire power generating installation.SOLUTION: A steam adjusting valve 702 includes a valve rod 205, a valve body 200, a valve rod supporting portion, and a seal member 301. The valve rod 205 is provided with a valving element 204 on its tip. The valve body 200 includes a steam inlet 207, an outlet 208 from which the steam flowing in from the inlet 207, flows out, and an opening 209 formed in opposition to the outlet 208. The valve body 200 opens and closes the outlet 208 by the valving element 204 by axial movement of the valve rod 205 inserted through the opening 209. The valve rod supporting portion is disposed above the opening 209 of the valve body 200 while surrounding the valve rod 205. The valve rod supporting portion supports the valve rod 205 moving in the axial direction. The seal member 301 has an annular inner edge portion through which the valve rod 205 is passed. The inner edge portion of the seal member 301 is made of a material softer than an oxide attached to the valve rod 205.

Description

本発明の実施形態は、蒸気弁装置および発電設備に関する。   Embodiments described herein relate generally to a steam valve device and a power generation facility.

通常、蒸気タービンを備えた発電設備には、蒸気タービンに蒸気を送るための蒸気加減弁が使用されている。蒸気加減弁では、筒状のブッシュに挿入した弁棒がブッシュの内面を往復動作している。   Normally, a steam control valve for sending steam to the steam turbine is used in a power generation facility including the steam turbine. In the steam control valve, a valve rod inserted into a cylindrical bush reciprocates on the inner surface of the bush.

ところで、ブッシュと弁棒とのすき間は、蒸気が外部へ漏れ出さないように、できるだけ小さくしたい。しかし、すき間をあまり小さくしすぎると、蒸気加減弁が動作したときの弁棒の熱膨張や酸化物の付着などの影響で弁棒が動かなくなる自体も起こり得る。   By the way, the gap between the bush and the valve stem should be as small as possible so that steam does not leak outside. However, if the gap is made too small, the valve stem itself may not move due to the effects of thermal expansion of the valve stem and adhesion of oxides when the steam control valve is operated.

特開2010−159829号公報JP 2010-159829 A

近年では、発電設備の高性能化のため蒸気圧力や蒸気温度条件が上昇しており、蒸気加減弁が動作したときに往復動作する弁棒が熱膨張や酸化物の付着などといった外形上の変化の影響を受けやすく、ブッシュと弁棒の間隙設計寸法を拡大せざるを得ず、結果的に蒸気漏洩量が増加する傾向にある。   In recent years, steam pressure and steam temperature conditions have risen to improve the performance of power generation facilities, and the external changes such as thermal expansion and oxide adhesion of the reciprocating valve stem when the steam control valve operates. The gap design size between the bush and the valve stem must be increased, and as a result, the amount of steam leakage tends to increase.

本発明が解決しようとする課題は、熱膨張および酸化物の付着に強く、漏洩する蒸気量を低減でき、さらには蒸気タービンおよび発電設備全体の効率を向上することができる蒸気弁装置および発電設備を提供することにある。   Problems to be solved by the present invention are a steam valve device and a power generation facility that are resistant to thermal expansion and oxide adhesion, can reduce the amount of leaked steam, and can further improve the efficiency of the steam turbine and the power generation facility as a whole Is to provide.

実施形態の蒸気弁装置は、弁棒、弁本体、弁棒支持部、シール部を備える。前記弁棒には先端に弁体が設けられている。前記弁本体は蒸気の入口と、この入口から流入した蒸気が流出する出口と、この出口と対向して設けられた開口とを備えている。前記弁本体は前記開口を通じて挿入された前記弁棒の軸方向の動きにより前記弁体にて前記出口を開閉する。前記弁棒支持部は前記弁本体の前記開口の上部に、前記弁棒を囲むように設けられている。前記弁棒支持部は軸方向に動く前記弁棒を支持する。前記シール部は前記弁本体の前記開口の位置で前記弁棒支持部に固定されている。前記シール部は前記弁棒を通す環状の内縁部を有している。前記シール部は前記内縁部が前記弁棒に付着する酸化物よりも軟質の素材で形成されている。   The steam valve device of the embodiment includes a valve stem, a valve body, a valve stem support portion, and a seal portion. A valve body is provided at the tip of the valve stem. The valve body includes a steam inlet, an outlet through which steam flowing in from the inlet flows out, and an opening provided to face the outlet. The valve body opens and closes the outlet by the valve body by the axial movement of the valve stem inserted through the opening. The valve stem support portion is provided above the opening of the valve body so as to surround the valve stem. The valve stem support portion supports the valve stem moving in the axial direction. The seal portion is fixed to the valve stem support portion at the position of the opening of the valve body. The seal portion has an annular inner edge portion through which the valve rod passes. The seal portion is formed of a material softer than an oxide whose inner edge portion adheres to the valve stem.

第1実施形態の発電設備の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power generation equipment of 1st Embodiment. 蒸気加減弁の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a steam control valve. 図2の符号Aの部分の拡大図である。It is an enlarged view of the part of the code | symbol A of FIG. シール部材の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sealing member. シール部材の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a sealing member. シール部材の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a sealing member. 第3実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 3rd Embodiment.

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は第1実施形態の発電設備の構成を示す図である。
図1に示すように、この第1実施形態の発電設備は、ボイラー700、主蒸気止め弁701、蒸気弁装置としての蒸気加減弁702、高圧タービン710、逆止弁707、再熱蒸気止め弁703、インターセプト弁704、中圧タービン711、低圧タービン712、復水器713、給水ポンプ714などを有している。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the power generation facility according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the power generation equipment of the first embodiment includes a boiler 700, a main steam stop valve 701, a steam control valve 702 as a steam valve device, a high pressure turbine 710, a check valve 707, and a reheat steam stop valve. 703, an intercept valve 704, an intermediate pressure turbine 711, a low pressure turbine 712, a condenser 713, a feed water pump 714, and the like.

この発電設備では、ボイラー700からの蒸気が主蒸気止め弁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、再熱蒸気止め弁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。   In this power generation facility, the steam from the boiler 700 passes through the main steam stop valve 701 and the steam control valve 702, works on the high-pressure turbine 710, and then returns to the boiler 700 reheater via the check valve 707. And then flows into the intermediate pressure turbine 711 and the low pressure turbine 712 through the reheat steam stop valve 703 and the intercept valve 704 to work.

そして、低圧タービン712より流出した蒸気は復水器713により水に戻されて、給水ポンプ714にて昇圧して再びボイラー700に供給されるという、循環系が形成されている。   The steam that flows out from the low-pressure turbine 712 is returned to water by the condenser 713, and is pressurized by the feed water pump 714 to be supplied to the boiler 700 again.

またこの発電設備では、プラントの運用効率を高めるために、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が設置されており、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。   Further, in this power generation facility, in order to increase the operation efficiency of the plant, the high-pressure turbine bypass valve 705 and the boiler 700 provided in the flow path connecting the inflow side of the main steam stop valve 701 and the inflow side of the reheater of the boiler 700 are used. A low-pressure turbine bypass valve 706 is installed in the flow path connected between the outflow side of the reheater and the condenser 713 so that the boiler system can be circulated independently of the operation of the turbine. ing.

高圧タービン710の前段に使用されている蒸気加減弁702は、図2に示すように、蒸気弁本体200、ブッシュ201、上蓋202、蒸気の出口としての弁座203、弁体204、弁棒205、蒸気の入口である開口207、蒸気の出口である開口208、弁棒205および弁体204の挿入口である開口209、シール部としてのシール部材301を有する。   As shown in FIG. 2, the steam control valve 702 used in the front stage of the high-pressure turbine 710 includes a steam valve main body 200, a bush 201, an upper cover 202, a valve seat 203 as a steam outlet, a valve body 204, and a valve stem 205. , An opening 207 serving as a steam inlet, an opening 208 serving as a steam outlet, an opening 209 serving as an insertion port for the valve rod 205 and the valve body 204, and a seal member 301 serving as a seal portion.

蒸気弁本体200には、蒸気の流入口である開口207と、この開口207から流入した蒸気が流出する出口である弁座203と、この弁座203と対向して設けられた開口209と、中央部に設けられた空間である蒸気室210とが備えられている。   The steam valve main body 200 includes an opening 207 that is an inlet of steam, a valve seat 203 that is an outlet from which the steam that flows in from the opening 207 flows out, an opening 209 that is provided to face the valve seat 203, A steam chamber 210 which is a space provided in the center is provided.

蒸気弁本体200の蒸気室210には弁座203が設けられている。弁座203には、蒸気の出口である開口208が設けられている。この開口208は蒸気弁本体200から蒸気を流出させるものである。   A valve seat 203 is provided in the steam chamber 210 of the steam valve main body 200. The valve seat 203 is provided with an opening 208 serving as a steam outlet. The opening 208 allows the steam to flow out from the steam valve main body 200.

蒸気弁本体200では、開口209を通じて蒸気室210内に挿入された弁棒205の軸方向の動きにより弁体204にて弁座203の開口208(出口)を開閉する。   In the steam valve main body 200, the valve body 204 opens and closes the opening 208 (outlet) of the valve seat 203 by the axial movement of the valve rod 205 inserted into the steam chamber 210 through the opening 209.

上蓋202は蒸気弁本体200の開口209の上部に固定されており、蒸気弁本体200の上面を閉塞するものである。上蓋202には上下方向に貫通する貫通口が設けられており、開口209に続いている。また上蓋202の上方には油圧駆動機構206が支持されている。油圧駆動機構206には弁棒205が下方(鉛直方向)に向けて支持(連結)されている。   The upper lid 202 is fixed to the upper part of the opening 209 of the steam valve main body 200 and closes the upper surface of the steam valve main body 200. The upper lid 202 is provided with a through-hole penetrating in the vertical direction and continues to the opening 209. A hydraulic drive mechanism 206 is supported above the upper lid 202. A valve stem 205 is supported (connected) downward (vertically) by the hydraulic drive mechanism 206.

この弁棒205は油圧駆動機構206により上下に往復動作するようになっている。この例の場合、上蓋202の貫通口が弁棒205との摺動面となることから、この部分に、摩擦に強い金属を素材とする円筒状のブッシュ201が挿着されている。   The valve rod 205 is reciprocated up and down by a hydraulic drive mechanism 206. In the case of this example, since the through hole of the upper lid 202 becomes a sliding surface with the valve rod 205, a cylindrical bush 201 made of a metal resistant to friction is inserted into this portion.

このブッシュ201と上蓋202を総称して弁棒支持部という。この弁棒支持部は蒸気弁本体200の開口209の上部に、弁棒205を囲むように設けられている。弁棒支持部は軸方向に動く弁棒205が横ぶれしないように支持(ガイド)するものである。   The bush 201 and the upper lid 202 are collectively referred to as a valve stem support portion. This valve stem support portion is provided above the opening 209 of the steam valve main body 200 so as to surround the valve stem 205. The valve stem support portion supports (guides) the valve stem 205 that moves in the axial direction so that it does not shake sideways.

すなわち、蒸気加減弁702は、ボイラー700からの蒸気を開口207から蒸気室210内に流入Inさせ、油圧駆動機構206が弁棒205の先端の弁体204を引き上げまたは押し付ける動作(往復動作)を行うことにより、弁座203の開口208が開閉し蒸気室210からの蒸気の流出Outを制御するものである。   That is, the steam control valve 702 causes the steam from the boiler 700 to flow In into the steam chamber 210 through the opening 207, and the hydraulic drive mechanism 206 pulls up or presses the valve body 204 at the tip of the valve rod 205 (reciprocating operation). By doing so, the opening 208 of the valve seat 203 is opened and closed, and the outflow of steam from the steam chamber 210 is controlled.

弁体204は弁座203に当接して弁座203の開口を開閉するように設けられている。この弁体204は蒸気弁本体200内部の上蓋202の貫通口に挿入された弁棒205の先端部に設けられている。   The valve body 204 is provided so as to contact the valve seat 203 and open and close the opening of the valve seat 203. The valve body 204 is provided at the tip of a valve rod 205 inserted into the through hole of the upper lid 202 inside the steam valve main body 200.

シール部材301は、環状の部材であり、弁棒205を通す環状の内縁部を有している。この内縁部は弁棒205に付着する酸化物、例えば酸化スケールなどよりも軟質の素材で少なくとも表面が形成されている。シール部材301は、蒸気弁本体200の開口209の位置で弁棒支持部(上蓋202)に固定されている。   The seal member 301 is an annular member, and has an annular inner edge portion through which the valve rod 205 passes. The inner edge portion has at least a surface made of a material softer than an oxide adhering to the valve stem 205, such as an oxide scale. The seal member 301 is fixed to the valve stem support portion (upper lid 202) at the position of the opening 209 of the steam valve main body 200.

このような構造の蒸気加減弁702では、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と当接または開離して蒸気の流路が開閉し、高圧タービン710へ流れる蒸気量が制御されることで高圧タービン710の回転数が制御される。   In the steam control valve 702 having such a structure, when the valve rod 205 is driven in the vertical direction by the hydraulic drive mechanism 206, the valve body 204 contacts or separates from the valve seat 203 to open and close the steam flow path, By controlling the amount of steam flowing to the high pressure turbine 710, the rotational speed of the high pressure turbine 710 is controlled.

また、弁棒205とブッシュ201の部分を設計する上で、弁棒205の摺動面となるブッシュ201の内径寸法と弁棒205の外径寸法との間隙寸法は、弁棒205とブッシュ201の材料組合せによる熱の伸び差、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などを考慮し、弁棒205の往復動を阻害しない(弁棒スティックの原因とならない)程度に決定される。   In designing the portion of the valve stem 205 and the bush 201, the gap between the inner diameter of the bush 201 and the outer diameter of the valve stem 205, which is the sliding surface of the valve stem 205, is as follows. The reciprocation of the valve stem 205 is not obstructed in consideration of the difference in thermal expansion due to the combination of materials, the amount of oxide scale adhering to the valve stem 205 and the bush 201 expected from the scheduled operation period (the valve stem stick It is determined to the extent that it does not cause.

ここで、図3を参照して上記弁棒205、ブッシュ201およびシール部材301付近(図2の符号Aの部分)の構成を詳細に説明する。
弁棒205の外径とこの弁棒205が挿入される上蓋202の貫通穴に挿着されたブッシュ201の内径との間隙寸法は、蒸気弁本体200が今後高温化される場合も想定して今までの設計寸法のままとする。
Here, the configuration in the vicinity of the valve stem 205, the bush 201 and the seal member 301 (portion A in FIG. 2) will be described in detail with reference to FIG.
The gap dimension between the outer diameter of the valve stem 205 and the inner diameter of the bush 201 inserted into the through hole of the upper lid 202 into which the valve stem 205 is inserted is assumed even when the steam valve main body 200 is heated further in the future. Keep the design dimensions so far.

図3に示すように、弁棒205を円環状のシール部材301に通し、シール部材301の上と下に配置した円環状の保護カバー303a,303bでシール部材301を挟んで上蓋202の底面にボルト302で固定する。保護カバー303a,303bの内径はシール部材301の内径よりも大きく(広く)する。   As shown in FIG. 3, the valve rod 205 is passed through an annular seal member 301, and bolts 302 are attached to the bottom surface of the upper lid 202 with the seal member 301 sandwiched between annular protective covers 303 a and 303 b disposed above and below the seal member 301. Secure with. The inner diameters of the protective covers 303 a and 303 b are larger (wider) than the inner diameter of the seal member 301.

より詳細には、弁棒205の外表面と、シール部材301の内縁部のアブレイダブルコーティング層20とを近接させ、往復動作で摺動するように(互いがこすれ合うように)、シール部材301を上蓋202の底面に複数本のボルト302により取り付ける。ここで近接させるとは弁棒205の外径とブッシュ201の内径との距離(間隔)を同等かより狭い距離(間隔)にすることである。   More specifically, the seal member is configured such that the outer surface of the valve stem 205 and the abradable coating layer 20 at the inner edge of the seal member 301 are brought close to each other and slid in a reciprocating motion (so that they rub against each other). 301 is attached to the bottom surface of the upper lid 202 with a plurality of bolts 302. Here, the approach is to make the distance (interval) between the outer diameter of the valve stem 205 and the inner diameter of the bush 201 equal or narrower (interval).

図4に示すように、シール部材301は、円環状(リング状)の基材19と、この基材19の表面(少なくとも内縁部304)に、アブレイダブルコーティングを施すことで形成したアブレイダブルコーティング層20(被削性造隙皮膜)とを有する。基材19は硬質の金属である。基材19の材質については後述の説明で規定するものとする。   As shown in FIG. 4, the seal member 301 is formed by applying an abradable coating to the annular (ring-shaped) base material 19 and the surface (at least the inner edge portion 304) of the base material 19. And a double coating layer 20 (a machinable gap forming film). The base material 19 is a hard metal. The material of the base material 19 shall be prescribed | regulated by the below-mentioned description.

シール部材301の内縁部304(アブレイダブルコーティング層20)は、対向する部品(弁棒205)と接触した場合に優先的に切削を受ける部分(被膜)である。   The inner edge portion 304 (abradable coating layer 20) of the seal member 301 is a portion (coating) that is preferentially cut when it comes into contact with an opposing component (valve stem 205).

この例のシール部材301は、切れ目の無い円環状(リング状)であり、その弁棒205に相対する内縁部304の内径寸法は、弁棒205とブッシュ201との間隙よりも狭く、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る。   The seal member 301 in this example has a continuous annular shape (ring shape), and the inner diameter of the inner edge 304 facing the valve stem 205 is narrower than the gap between the valve stem 205 and the bush 201, and the valve stem It is comprised so that it may always contact without a gap between 205.

このため、シール部材301は、弁棒205の往復動作により弁棒205の外表面に付着した酸化スケールが通過するとき、その酸化スケールがシール部材301のアブレイダブルコーティング層20をスムーズに切削(喰い込み)するよう、アブレイダブルコーティング層20の角部(頂部)が面取りされ、曲面状にされている。図4では曲面状の部分を符号rで示す。   For this reason, the seal member 301 smoothly cuts the abradable coating layer 20 of the seal member 301 when the oxide scale attached to the outer surface of the valve stem 205 passes through the reciprocating motion of the valve stem 205 ( The corner (top) of the abradable coating layer 20 is chamfered so as to be curved. In FIG. 4, a curved surface portion is indicated by a symbol r.

ここで、この実施形態の発電設備における蒸気加減弁702の動作を説明する。
この実施形態の場合、弁棒205の外表面に酸化スケールが付着すると、シール部材301の内縁部304のアブレイダブルコーティング層20が形成された面は、酸化スケールの付着した部分だけ切削されるとともに弁棒205に接触して、それ以外の部分は弁棒205に接触したまま切削されない。
Here, the operation of the steam control valve 702 in the power generation facility of this embodiment will be described.
In the case of this embodiment, when the oxide scale adheres to the outer surface of the valve stem 205, the surface of the inner edge 304 of the seal member 301 on which the abradable coating layer 20 is formed is cut only in the portion where the oxide scale is attached. At the same time, it contacts the valve stem 205, and other portions are not cut while remaining in contact with the valve stem 205.

このことは、シール部材301の内面は運転時間の経過ととともに弁棒205に付着した酸化スケールにより切削されるが、その酸化スケールが付着した部分であっても、弁棒205とシール部材301とは常に新しく密着状態を創出することを意味しており、結果的に弁棒205とシール部材301との間隙は常に最小限に抑えることが可能となるので、高い蒸気シール性が達成でき、ましてシール部材301の内面が弁棒205の往復動を阻害(拘束)することはない。   This is because the inner surface of the seal member 301 is cut by the oxidized scale attached to the valve stem 205 as the operation time elapses, but even if the oxidized scale is attached, the valve stem 205 and the seal member 301 Means to always create a new contact state, and as a result, the gap between the valve stem 205 and the seal member 301 can be kept to a minimum, so that high steam sealability can be achieved. The inner surface of the seal member 301 does not hinder (restrain) the reciprocation of the valve stem 205.

なお、このアブレイダブルコーティング層20の厚みは、許容される切削厚みとなることから、弁棒205とブッシュ201との直径差の半分程度が好ましい。   The thickness of the abradable coating layer 20 is an allowable cutting thickness, and is preferably about half the diameter difference between the valve stem 205 and the bush 201.

続いて、図5を参照してシール部材301の変形例を説明する。
図5に示すように、この例のシール部材301は、切れ目の無い環状体(リング状の部材)であり、内縁部304に溝状ポケット21が設けられている。
Next, a modification of the seal member 301 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, the seal member 301 in this example is a continuous ring-shaped body (ring-shaped member), and the groove-like pocket 21 is provided in the inner edge portion 304.

この場合、切削されたシール部材301の内面のアブレイダブルコーティング層20の切屑は、アブレイダブルコーティング層20の材質そのものが酸化スケールに比べ柔らかいため、弁棒205とブッシュ201との間隙に入り込んでも弁棒205の往復動を阻害(拘束)することはないが、切屑の量が多い場合に間隙に入り込んだ切屑を一時的に保管するために、アブレイダブルコーティング層20が形成された接触面の軸方向に、溝状ポケット21が加工されている。   In this case, the chips of the abradable coating layer 20 on the inner surface of the cut seal member 301 enter the gap between the valve stem 205 and the bush 201 because the material of the abradable coating layer 20 itself is softer than the oxide scale. However, the reciprocation of the valve stem 205 is not obstructed (restrained), but the contact with the abradable coating layer 20 is formed in order to temporarily store the chips that have entered the gap when the amount of chips is large. Groove-shaped pockets 21 are processed in the axial direction of the surface.

この溝状ポケット21は、接触面の軸方向長さに応じ複数段設けてもよく、場合によっては剥離した少量の酸化スケールを一時的に保管することも可能であり、定期検査等の運転を休止し分解した機会に清掃を行い除去すればよい。   The groove-like pocket 21 may be provided in a plurality of stages according to the axial length of the contact surface, and in some cases, a small amount of the peeled oxide scale can be temporarily stored. It can be removed by cleaning at the opportunity to pause and disassemble.

また、溝状ポケット21をさらに発展させて、図6に示すように、シール部材301の内縁部に複数段のスリット22を設ける。複数段のスリット22をシール部材301の内縁部に入れることで、シール部材301を軸方向に分割したことになり、それらの1片の厚みを薄板状として複数枚集合させてシール部材301を構成することができる。   Further, the groove-like pocket 21 is further developed to provide a plurality of slits 22 at the inner edge of the seal member 301 as shown in FIG. By inserting a plurality of slits 22 into the inner edge of the seal member 301, the seal member 301 is divided in the axial direction, and the seal member 301 is configured by collecting a plurality of these pieces as a thin plate. can do.

このように弁棒205と摺動する部分(シール部材301の内縁部304)が薄板状となると、その部分自体が弾性体となり、弁棒205の外表面に付着する酸化スケールに接触しながら弾性変形するため、弁棒205への押し付け力がさらに得られるので、高い蒸気シール性が得られる。   When the portion that slides with the valve stem 205 (inner edge portion 304 of the seal member 301) becomes a thin plate, the portion itself becomes an elastic body and elastic while contacting the oxide scale attached to the outer surface of the valve stem 205. Due to the deformation, a pressing force to the valve stem 205 can be further obtained, so that a high steam sealability can be obtained.

この図6に示した複数段のスリット22を有するシール部材301に放射状、すなわち、弁棒205の軸と平行な方向:縦方向)に複数のスリットを入れて(切り込み加工)、内縁部304を縦および横に分割することで、よりいっそうシール部材301の弾性が増し、弁棒205の外表面に付着する酸化スケールに接触しながら弾性変形しやすくなるため、弁棒205への強い押し付け力が得られるので、さらなる高い蒸気シール性を達成できることは説明するまでもない。   A plurality of slits are formed in the sealing member 301 having the plurality of stages of slits 22 shown in FIG. By dividing vertically and horizontally, the elasticity of the seal member 301 is further increased, and it is easy to be elastically deformed while being in contact with the oxide scale attached to the outer surface of the valve stem 205, so that a strong pressing force against the valve stem 205 is obtained. Since it is obtained, it is needless to say that an even higher vapor sealability can be achieved.

ここで、このように構成された蒸気加減弁702の効果が最大限活かせるように、アブレイダブルコーティング層20と、このアブレイダブルコーティング層20を形成する手段と、この形成を可能とするシール部材301の基材(母材)の材質を規定する。   Here, the abradable coating layer 20, the means for forming the abradable coating layer 20, and the formation thereof are made possible so that the effect of the steam control valve 702 configured as described above can be maximized. The material of the base material (base material) of the seal member 301 is defined.

シール部材301の材質は、シール部材301の内径と弁棒205の外径との間隙を変化させないように、弁棒205と膨張係数が等しく、好ましくは弁棒205は600℃を超すような高温度蒸気に適するINCONELやINCOLOYと呼ばれるニッケル基やコバルト基の耐熱合金などの金属を選定する。シール部材301の母材に適用する金属の材質は弁棒205と同一の材質であることが最も好ましい。   The material of the seal member 301 is the same as that of the valve stem 205 so that the gap between the inner diameter of the seal member 301 and the outer diameter of the valve stem 205 is not changed. Preferably, the valve stem 205 has a high temperature exceeding 600 ° C. Select metals such as nickel-based and cobalt-based heat-resistant alloys called INCONEL and INCOLOY that are suitable for temperature steam. The metal material applied to the base material of the seal member 301 is most preferably the same material as the valve stem 205.

また、アブレイダブルコーティング層20は、600℃を超すような高温度蒸気に適する材料の一例として、主成分がNi-Cr-Al-BN系や、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウム、及び酸化ベリリウムの少なくともいずれかを含む酸化物セラミックスおよび耐熱性に優れた快削金属が望ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、酸化スケールよりも上記温度条件を満たす軟質の材料であれば使用可能である。   In addition, the abradable coating layer 20 is an example of a material suitable for high temperature steam exceeding 600 ° C., the main component of which is Ni—Cr—Al—BN, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, titanium oxide. In addition, an oxide ceramic containing at least one of magnesium oxide and beryllium oxide and a free-cutting metal excellent in heat resistance are desirable, but the present invention is not limited to this, and the above temperature condition is satisfied rather than an oxide scale. Any soft material can be used.

また、アブレイダブルコーティング層20をシール部材301の内縁部304に皮膜として形成する形成手段としては、アブレイダブル材料を加熱し溶融の微粒子の状態で高速度で衝突させる溶射方式、溶射技術の一部であるコールドスプレー方式、放電加工方式、焼結や肉盛溶接及びメッキ方式等々が望ましいが、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々適用できることは説明するまでもない。   Further, as a forming means for forming the abradable coating layer 20 as a film on the inner edge 304 of the seal member 301, there is a spraying method or a spraying technique in which the abradable material is heated and collided at a high speed in the form of molten fine particles. A cold spray method, electrical discharge machining method, sintering, build-up welding, plating method, and the like are desirable, but needless to say, various applications can be made without departing from the gist of the present invention.

このようにこの第1実施形態によれば、円環状(リング状)のシール部材301の内縁部304にアブレイダブルコーティング層20を形成したことで、運転時間の経過ととともに弁棒205の外表面に付着して成長する酸化スケールによりアブレイダブルコーティング層20が切削され、常に新たな接触面が創出されることから、弁棒205とシール部材301とが常に密着するようになり、結果的に弁棒205とシール部材301との間隙は接触(密着)状態が常に保たれ、高い蒸気シール性を達成できる。   As described above, according to the first embodiment, the abradable coating layer 20 is formed on the inner edge portion 304 of the annular (ring-shaped) seal member 301, so that the valve rod 205 is removed as the operation time elapses. Since the abradable coating layer 20 is cut by the oxide scale that adheres to the surface and grows, and a new contact surface is always created, the valve stem 205 and the seal member 301 always come into close contact with each other. In addition, the gap between the valve stem 205 and the seal member 301 is always kept in contact (adherence), and high steam sealability can be achieved.

このため、ブッシュ201と弁棒205の間隙から漏洩する蒸気を激減させることが可能となり、蒸気タービンの効率向上に大きく貢献できる。   For this reason, it is possible to drastically reduce the steam leaking from the gap between the bush 201 and the valve stem 205, which can greatly contribute to improving the efficiency of the steam turbine.

また、シール部材301は、蒸気弁本体200の上部の開口209の位置に嵌め込む構造なので、既設の蒸気弁装置についてもシール部材301の追設が容易なことから、既設の発電設備に増設することで、蒸気タービンの効率を向上させることも可能であり、さらに発電設備全体の効率を向上させることができる。   Further, since the seal member 301 has a structure that fits into the position of the opening 209 in the upper part of the steam valve main body 200, the existing steam valve device can be easily added to the existing power generation equipment because it is easy to add the seal member 301. Thus, the efficiency of the steam turbine can be improved, and the efficiency of the entire power generation facility can be further improved.

(第2実施形態)
続いて、第2実施形態を説明する。上記第1実施形態では、アブレイダブルコーティング層20は運転時間の経過とともに弁棒205の外表面に付着して成長する酸化スケールにより切削されることから、弁棒205とシール部材301とは常に密着するように作用することを謳っているが、その反面アブレイダブルコーティング層20の寿命は酸化スケールの生成量に依存することになるため、可能な限り弁棒205の外表面に付着した酸化スケールの生成量を抑制することが望まれる。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. In the first embodiment, since the abradable coating layer 20 is cut by an oxide scale that grows by adhering to the outer surface of the valve stem 205 as the operation time elapses, the valve stem 205 and the seal member 301 are always Although it is envisaged to work in close contact with each other, the life of the abradable coating layer 20 depends on the amount of oxide scale produced, so that the oxidation adhered to the outer surface of the valve stem 205 as much as possible. It is desirable to suppress the amount of scale generated.

通常、蒸気弁装置は、高温高圧下の過酷な蒸気条件の下で使用され、さらに高速蒸気流を制御する役目を担っており、高温下においては、金属表面が活性化状態となり、雰囲気中の高温水蒸気と反応して自ら酸化スケールを生成するメカニズムを持つ。   Normally, the steam valve device is used under severe steam conditions under high temperature and high pressure, and further plays a role in controlling high-speed steam flow. At high temperatures, the metal surface becomes activated, It has a mechanism that reacts with high-temperature steam to generate an oxide scale by itself.

この酸化スケールの生成量は、弁棒205の母材の組成及び雰囲気条件によって異なり、運転条件の高温化や定期検査周期の延長に伴う長時間使用、そして運転条件である高温高圧水蒸気下で形成される酸化スケールの不均一性による低い保護性のため、酸化スケール厚さは増加することから酸化スケールの生成量を抑制することは容易でない。   The amount of oxide scale produced depends on the composition of the base material of the valve stem 205 and the atmospheric conditions, and it is used for a long period of time as the operating conditions increase and the periodic inspection cycle is extended, and it is formed under the operating conditions of high-temperature and high-pressure steam. Due to the low protection due to the non-uniformity of oxidized scale, the oxide scale thickness increases, so it is not easy to suppress the amount of oxide scale produced.

通常、蒸気弁装置に用いられる材料を用いて高温雰囲気における酸化スケールの生成試験をした結果、[コバルト基硬質合金<ニッケル30〜50%のニッケル基合金<12%Cr鋼<低合金鋼]の順に酸化スケールの生成量が増加する傾向が判明した。   As a result of a production test of oxide scale in a high-temperature atmosphere using materials used for steam valve devices, the results are: [Cobalt-based hard alloy <nickel 30-50% nickel-based alloy <12% Cr steel <low alloy steel] It was found that the generation amount of oxide scale increased in order.

ニッケル30〜50%のニッケル基合金の場合は、ステライト(商標名)等と称されるコバルト基硬質合金よりも酸化スケールの生成量は多いが時間経過に伴う上昇割合は比較的少なく、12%Cr鋼および低合金鋼については、更に酸化スケールの生成量が多く時間経過に伴う上昇割合が多いことが明かになった。   In the case of a nickel-based alloy of 30 to 50% nickel, the amount of oxide scale produced is larger than that of a cobalt-based hard alloy called Stellite (trade name) or the like, but the rate of increase with time is relatively small, 12% As for Cr steel and low alloy steel, it was revealed that the amount of oxide scale produced was larger and the rate of increase with time was larger.

酸化スケールの生成量は鋼中に含まれるCr量に依存しており、Crの含有量が増えることにより、高温水蒸気環境で保護性酸化皮膜(例えばCr2O3が好ましい)からなる緻密なCr単層酸化皮膜が安定して生成されるためである。   The amount of oxide scale produced depends on the amount of Cr contained in the steel, and by increasing the Cr content, a dense Cr monolayer oxide consisting of a protective oxide film (eg, Cr2O3 is preferred) in a high temperature steam environment. This is because the film is stably generated.

従って、Crの含有量がおおよそ30重量%のコバルト基硬質合金がこれに相当しており、他の材料に比べ酸化スケールの生成量は非常に少ないことになる。   Accordingly, a cobalt-based hard alloy having a Cr content of approximately 30% by weight corresponds to this, and the amount of oxide scale generated is very small compared to other materials.

主な蒸気弁装置においてコバルト基硬質合金は、弁体204が弁座203に当接して蒸気を遮断する弁シート部に使用しており、実際の製品においても弁シート部とその周辺の部材では如実に酸化スケールの付着量に差が認められている。   In the main steam valve device, the cobalt base hard alloy is used for the valve seat portion in which the valve body 204 abuts against the valve seat 203 to block the steam, and even in the actual product, the valve seat portion and its surrounding members are used. The difference in the attached amount of oxide scale is recognized.

そこで、この第2実施形態は、アブレイダブルコーティング層20と、酸化スケールの生成量が少ないコバルト基硬質合金を外表面に備えた弁棒205とを組み合わせて構成する。   Therefore, the second embodiment is configured by combining the abradable coating layer 20 and the valve stem 205 having a cobalt base hard alloy with a small amount of oxide scale generated on the outer surface.

弁棒205の外表面は、アブレイダブルコーティング層20との摺接面となることから、その表面性状(表面あらさ)はRz1.6(ISO規格準拠)より細かいことが好ましく、表面性状が細かいとさらに酸化スケールの付着を抑制することができる。   Since the outer surface of the valve stem 205 becomes a slidable contact surface with the abradable coating layer 20, the surface texture (surface roughness) is preferably finer than Rz1.6 (ISO standard compliant), and the surface texture is fine. Further, the adhesion of oxide scale can be suppressed.

この第2実施形態によれば、酸化スケールにより切削されるアブレイダブルコーティング層20の量が減少する効果が得られ、蒸気加減弁702を延命することができる。   According to the second embodiment, an effect of reducing the amount of the abradable coating layer 20 cut by the oxide scale can be obtained, and the life of the steam control valve 702 can be extended.

なお、弁棒205の材料としてコバルト基硬質合金よりも酸化スケールの生成量は多いニッケル基合金を用いて外表面に窒化処理を施した弁棒205と、またはニッケル基合金を用いて前述のように母材の成分元素の酸化物からなる緻密なCr単層酸化皮膜(例えばCr2O3)を外表面に備えた弁棒205のいずれかと、アブレイダブルコーティング層20との摺接面の材料の組み合わせでもよく、これらは前述のコバルト基硬質合金を外表面に備えた弁棒205と比較すると寿命は若干短命となるものの、この実施形態の効果を得るに有効な手段の一つであることは説明するまでもない。   The valve stem 205 is made of a nickel-base alloy that has a larger amount of oxide scale than the cobalt-base hard alloy and the outer surface is nitrided, or a nickel-base alloy as described above. Any of the valve stems 205 provided with a dense Cr single layer oxide film (for example, Cr2O3) made of an oxide of a component element of the base material on the outer surface, and a combination of materials on the sliding contact surface of the abradable coating layer 20 However, these are one of effective means for obtaining the effects of this embodiment, although the life is slightly shorter than the valve stem 205 provided with the aforementioned cobalt base hard alloy on the outer surface. Needless to do.

(第3実施形態)
図7は本発明による蒸気弁装置の第3実施形態における要部を示す断面図であり、図1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、ここでは異なる部分について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of the third embodiment of the steam valve device according to the present invention. The same components as those in FIG. To do.

前述した蒸気加減弁702では、上蓋202を貫通する弁棒205の外径とこの弁棒205の上蓋202の貫通部に設けたブッシュ201の内径との間隙寸法は現状と変らず大きいため、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。   In the steam control valve 702 described above, since the gap between the outer diameter of the valve rod 205 penetrating the upper lid 202 and the inner diameter of the bush 201 provided in the penetrating portion of the upper lid 202 of the valve rod 205 is as large as the current state, When the rod 205 reciprocates, the valve rod 205 may swing in a direction orthogonal to its axial direction.

これに対して、前述した第1の実施形態の構成では、シール部材301の内面は弁棒205と接触するように組み立てられ、かつ上蓋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。   In contrast, in the configuration of the first embodiment described above, the inner surface of the seal member 301 is assembled so as to be in contact with the valve stem 205 and is fixed to the upper lid 202. Unable to follow the moving movement.

そこで、この第3実施形態では、図7に示すように、弁棒205の往復動作方向と直交する方向にスライド可能に、かつ環状ブロック402が弁棒205の外表面と接するようにシール部本体である固定ブロック403を設け、さらにこの固定ブロック403の両外側面に中空円板状の保護カバー303aを配置して固定ブロック403と環状ブロック402とを一体的に上蓋202にボルト302で取り付けるようにした。   Therefore, in the third embodiment, as shown in FIG. 7, the seal portion main body is slidable in the direction orthogonal to the reciprocating direction of the valve stem 205 and the annular block 402 is in contact with the outer surface of the valve stem 205. The fixed block 403 is provided, and the hollow disk-shaped protective covers 303a are arranged on both outer surfaces of the fixed block 403 so that the fixed block 403 and the annular block 402 are integrally attached to the upper lid 202 with bolts 302. I made it.

すなわち、上記第1実施形態では、シール部を1つの部材(シール部材301)で構成したが、この第3実施形態では、シール部401を、弁棒205の軸に遊嵌された環状ブロック402と、弁棒支持部に固定され、環状ブロック402を弁棒205の軸と直交する方向にスライド自在に支持する固定ブロック403との2ピース構成とした。   That is, in the first embodiment, the seal portion is configured by one member (the seal member 301). However, in the third embodiment, the seal portion 401 is loosely fitted to the shaft of the valve stem 205. And a fixed block 403 that is fixed to the valve stem support portion and slidably supports the annular block 402 in a direction orthogonal to the axis of the valve stem 205.

環状ブロック402の環状の内縁部304には上記第1実施形態と同様にアブレイダブルコーティング層20(被削性造隙皮膜)が形成されている。   An abradable coating layer 20 (a machinable gap forming film) is formed on the annular inner edge 304 of the annular block 402 as in the first embodiment.

この第3実施形態の場合、保護カバー303aの内径はブッシュ201の内径より大きく設定してあるので、弁棒205と接触することはない。   In the case of this third embodiment, the inner diameter of the protective cover 303a is set to be larger than the inner diameter of the bush 201, so that it does not contact the valve stem 205.

従って、この第3実施形態のような構成とすれば、第1および第2実施形態の作用効果に加えて、固定ブロック403と保護カバー303aにより、弁棒205の往復動作の方向(軸方向)と直交する方向に環状ブロック402がスライド(移動)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シール部材401の内縁部304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。   Therefore, with the configuration as in the third embodiment, in addition to the effects of the first and second embodiments, the reciprocating direction (axial direction) of the valve stem 205 by the fixed block 403 and the protective cover 303a. Since the annular block 402 is held so as to be slidable (movable) in a direction orthogonal to the valve rod 205, the inner edge 304 of the seal member 401 contacts the valve rod 205 even if the valve rod 205 swings in a direction orthogonal to the reciprocating motion. In this state, the movement of the valve stem 205 can be followed.

また、環状ブロック402は、固定ブロック403と別体になっているので、メンテナンス時に環状ブロック402を容易に交換することができる。   Since the annular block 402 is separate from the fixed block 403, the annular block 402 can be easily replaced during maintenance.

さらに、環状ブロック402は固定ブロック403に取付けられた保護カバー303aにより保護されているので、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、環状ブロック402が異物により破損することを防止できる。   Further, since the annular block 402 is protected by a protective cover 303a attached to the fixed block 403, the annular block 402 is prevented from being damaged by foreign matter even if foreign matter flows together with steam from the steam inlet of the steam valve body. it can.

なお上記実施形態における環状ブロック402の内縁部304に形成されたアブレイダブルコーティング層20は、弁棒205に付着した酸化スケールにより切削される部品であることから消耗品となるもので、定期検査の際に計画的に交換すべき部品となる。   Note that the abradable coating layer 20 formed on the inner edge 304 of the annular block 402 in the above embodiment is a consumable part because it is a part cut by the oxide scale attached to the valve stem 205, and is therefore subject to periodic inspection. In this case, the parts should be replaced systematically.

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although the embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

19…基材、20…アブレイダブルコーティング層、21…溝状ポケット、22…スリット、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、207,208,209…開口、210…蒸気室、301…シール部材、302…ボルト、303a,303b…保護カバー、304…内縁部、401…シール部、401…シール部材、402…環状ブロック、403…固定ブロック、700…ボイラー、701,703…弁、702…蒸気加減弁、704…インターセプト弁、705…高圧タービンバイパス弁、706…低圧タービンバイパス弁、707…逆止弁、710…高圧タービン、711…中圧タービン、712…低圧タービン、713…復水器、714…給水ポンプ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Base material, 20 ... Abradable coating layer, 21 ... Groove-shaped pocket, 22 ... Slit, 200 ... Steam valve main body, 201 ... Bush, 202 ... Upper lid, 203 ... Valve seat, 204 ... Valve body, 205 ... Valve Rod 206, hydraulic drive mechanism, 207, 208, 209 ... opening, 210 ... steam chamber, 301 ... seal member, 302 ... bolt, 303a, 303b ... protective cover, 304 ... inner edge, 401 ... seal part, 401 ... seal Numeral: 402, annular block, 403: fixed block, 700: boiler, 701, 703 ... valve, 702 ... steam control valve, 704 ... intercept valve, 705 ... high pressure turbine bypass valve, 706 ... low pressure turbine bypass valve, 707 ... reverse Stop valve, 710 ... high pressure turbine, 711 ... medium pressure turbine, 712 ... low pressure turbine, 713 ... condenser, 714 ... Water pump.

Claims (7)

先端に弁体を設けた弁棒と、
蒸気の入口と、この入口から流入した蒸気が流出する出口と、この出口と対向して設けられた開口とを備え、前記開口を通じて挿入された前記弁棒の軸方向の動きにより前記弁体にて前記出口を開閉する弁本体と、
前記弁本体の前記開口の上部に、前記弁棒を囲むように設けられ、軸方向に動く前記弁棒を支持する弁棒支持部と、
前記弁本体の前記開口の位置で前記弁棒支持部に固定され、前記弁棒を通す環状の内縁部を有し、この内縁部が前記弁棒に付着する酸化物よりも軟質の素材で形成されたシール部と
を具備する蒸気弁装置。
A valve stem with a valve body at the tip;
A steam inlet, an outlet through which the steam flowing in from the inlet flows out, and an opening provided to face the outlet; and the valve body inserted into the valve body by the axial movement of the valve stem. A valve body for opening and closing the outlet,
A valve stem support portion provided at an upper portion of the opening of the valve body so as to surround the valve stem, and supporting the valve stem moving in an axial direction;
The valve body is fixed to the valve stem support portion at the position of the opening, and has an annular inner edge portion through which the valve rod passes, and the inner edge portion is formed of a material softer than an oxide attached to the valve stem. A steam valve device.
前記シール部が、
前記環状の内縁部を有し前記弁棒の軸に遊嵌された環状ブロックと、
前記弁棒支持部に固定され、前記環状ブロックを前記弁棒の軸と直交する方向にスライド自在に支持する固定ブロックと
を備える請求項1記載の蒸気弁装置。
The seal portion is
An annular block having the annular inner edge and loosely fitted to the shaft of the valve stem;
The steam valve device according to claim 1, further comprising: a fixed block that is fixed to the valve stem support portion and slidably supports the annular block in a direction orthogonal to the axis of the valve stem.
前記シール部の前記内縁部の表面にアブレイダブルコーティング層を形成した請求項1または2いずかれ記載の蒸気弁装置。   The steam valve device according to claim 1 or 2, wherein an abradable coating layer is formed on a surface of the inner edge portion of the seal portion. 前記弁棒の表面にコバルト基硬質合金またはクロム単層酸化皮膜を形成、または前記弁棒の表面を窒化処理して窒化膜を形成した請求項1乃至3いずれか1記載の蒸気弁装置。   The steam valve device according to any one of claims 1 to 3, wherein a cobalt base hard alloy or chromium single layer oxide film is formed on a surface of the valve stem, or a nitride film is formed by nitriding the surface of the valve stem. 前記シール部の内縁部に、
縦方向および/または横方向に溝またはスリットを形成した請求項1乃至4いずれか1記載の蒸気弁装置。
On the inner edge of the seal part,
The steam valve device according to any one of claims 1 to 4, wherein grooves or slits are formed in a longitudinal direction and / or a lateral direction.
前記シール部に、前記弁棒と膨張係数が等しい材料か、または前記弁棒と同一材料を用いた請求項1乃至5いずれか1記載の蒸気弁装置。   The steam valve device according to any one of claims 1 to 5, wherein a material having the same expansion coefficient as the valve stem or the same material as the valve stem is used for the seal portion. 請求項1乃至6いずれか1記載の蒸気弁装置を備えた発電設備。   A power generation facility comprising the steam valve device according to any one of claims 1 to 6.
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