JP2015017595A - 組合せ弁及び蒸気タービンシステム - Google Patents

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雄久 ▲濱▼田
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Abstract

【課題】流通する流体の温度が過渡的に変化しても、かじりつきの発生を抑制することができる組合せ弁及び蒸気タービンシステムを提供する。【解決手段】内部に弁箱側弁座面P1が形成される弁箱5と、弁箱5の内部に設けられ、弁箱側弁座面P1に当接する内側弁座面P2が形成される内側弁体6と、内側弁体6に接続され、弁箱側弁座面P1と内側弁座面P2との離接方向(軸方向)に内側弁体6を移動させるための内側弁棒8と、弁箱5の内部において内側弁体6の外側に設けられ、弁箱側弁座面P1に当接する外側弁座面P3が形成される外側弁体7と、外側弁体7に接続され、弁箱側弁座面P1と外側弁座面P3との離接方向(軸方向)に外側弁体7を移動させるための外側弁棒9と、内側弁棒8及び外側弁棒9の少なくとも一方の周囲に沿って漏出する蒸気を吸い込む吸込みライン38と、吸込みライン38に介設される流量調整弁40と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、蒸気等の流体が流通する流路に介設され、止め弁及び加減弁としての機能を併せ持つ組合せ弁及び蒸気タービンシステムに関するものである。
従来、蒸気タービンシステム等で用いられる止め弁及び加減弁の機能を有する組合せ弁として、ストップバルブと制御バルブとを備えるバルブ組立体が知られている(例えば、特許文献1参照)。このバルブ組立体において、ストップバルブは、バルブ組立体の内側中央に設けられるスピンドルと、スピンドルに設けられるストップバルブヘッドを有し、制御バルブは、バルブ組立体の内側中央から離芯して設けられるスピンドルと、スピンドルに設けられる制御バルブヘッドとを有している。ストップバルブのスピンドルは、グランドの中央ボス部分の中央孔内を摺動し、制御バルブヘッドは、グランドの外側カラー部分の内側で摺動し、制御バルブのスピンドルは、グランドの孔内を摺動する。
特許第5140591号公報
ところで、組合せ弁は、蒸気が流通する蒸気流路に介設されている。このため、組合せ弁の内部には、蒸気が流通する。ここで、蒸気流路を流通する蒸気の温度は、過渡的に上昇する場合がある。この場合、組合せ弁の内部には、蒸気によって熱が与えられる。このとき、特許文献1に係るバルブ組立体において、バルブ組立体の内側中央から離芯して設けられる制御バルブのスピンドルは、グランドの孔内を摺動するが、蒸気によって熱が与えられると、制御バルブのスピンドルは、熱膨張によってグランドの孔内に押し付けられてしまう。このため、制御バルブのスピンドルが、グランドとの摺動抵抗によって移動不能となる、いわゆるかじりつきが発生する可能性がある。
そこで、本発明は、流通する流体の温度が過渡的に変化しても、かじりつきの発生を抑制することができる組合せ弁及び蒸気タービンシステムを提供することを課題とする。
本発明の組合せ弁は、止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記外側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、前記内側弁棒及び前記外側弁棒の少なくとも一方の周囲に沿って漏出するリーク流体を吸い込む吸込み流路と、前記吸込み流路に介設される流量調整弁と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する蒸気等の流体の温度が過渡的に上昇した場合であっても、流量調整弁の開度を大きくすることで、吸込み流路を流通するリーク流体の流量を多くすることができ、蒸気等のリーク流体を、外側弁棒の周囲に積極的に流通させることができる。このため、リーク流体によって、外側弁棒の周囲を迅速に加熱することができることから、外側弁棒と、外側弁棒の周囲の部材との温度差を小さくすることができ、これにより、外側弁棒の熱膨張によるかじりつきの発生を抑制することができる。なお、弁箱の内部を流通する蒸気等の流体の温度が過渡的に下降する場合も同様である。
また、前記弁箱には、前記外側弁棒を軸方向に案内するために、前記外側弁棒が挿通される案内穴が形成されるガイド部が設けられ、前記ガイド部は、前記弁箱と前記外側弁棒との間に設けられ、前記弁箱に対して前記外側弁棒の径方向への移動を許容する一方で前記外側弁棒の軸方向への移動を規制することが好ましい。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する蒸気等の流体の温度が過渡的に上昇した場合、ガイド部の案内穴に挿通される外側弁棒は、熱膨張により内側弁棒を中心として外側に開こうとする。このとき、ガイド部は、外側弁棒の径方向への移動を許容することから、開こうとする外側弁棒の移動に伴ってガイド部も移動することで、案内穴に対する外側弁棒の押付力が低減される。これにより、案内穴に対する外側弁棒のかじりつきを抑制することができる。なお、弁箱とガイド部との間、ガイド部と弁棒との間にシール部材をそれぞれ設けてもよい。
また、前記外側弁体は、前記外側弁棒に対して前記外側弁棒の径方向への移動が許容される一方で前記外側弁棒の軸方向への移動が規制されるように、前記外側弁棒に接続されていることが好ましい。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する蒸気等の流体の温度が過渡的に上昇した場合、外側弁体は、熱膨張により内側弁棒を中心として外側に膨張しようとする。このとき、外側弁体は、外側弁棒に対する径方向への移動が許容されることから、外側弁棒は、外側弁体の熱膨張に伴う変形が抑制される。これにより、外側弁棒の変形によるかじりつきを抑制することができる。
また、前記弁箱には、前記外側弁体を案内する外側弁体案内部が設けられ、前記外側弁体は、前記外側弁体案内部に押し付けられる押付力が、前記外側弁体の移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっていることが好ましい。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する流体の温度上昇により、外側弁体が外側弁体案内部に押し付けられたとしても、外側弁体の曲げ剛性が調整されているため、外側弁体の離接方向への移動が規制されることなく、外側弁体案内部に対する外側弁体のかじりつきを抑制することができる。
また、前記弁箱には、前記外側弁棒を軸方向に案内するために、前記外側弁棒が挿通される案内穴が形成されるガイド部が設けられ、前記外側弁棒は、前記案内穴に押し付けられる押付力が、前記外側弁棒の移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっていることが好ましい。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する流体の温度上昇により、外側弁棒が案内穴に押し付けられたとしても、外側弁棒の曲げ剛性が調整されているため、外側弁棒の軸方向への移動が規制されることなく、案内穴に対する外側弁棒のかじりつきを抑制することができる。
また、前記外側弁棒は、前記案内穴に押し付けられる方向の曲げ剛性が、前記案内穴に押し付けられない方向の曲げ剛性に比して低剛性となっていることが好ましい。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する流体の温度上昇により、外側弁棒が案内穴に押し付けられたとしても、案内穴に押し付けられる方向の曲げ剛性が低剛性となるため、外側弁棒の全体の剛性を低くする必要がなく、外側弁棒の耐久性の低減を抑制することができる。
本発明の他の組合せ弁は、止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、を備え、前記弁箱には、前記外側弁棒を軸方向に案内するために、前記外側弁棒が挿通される案内穴が形成されるガイド部が設けられ、前記ガイド部は、前記弁箱と前記外側弁棒との間に設けられ、前記弁箱に対して前記外側弁棒の径方向への移動を許容する一方で前記外側弁棒の軸方向への移動を規制することを特徴とする。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する蒸気等の流体の温度が過渡的に上昇した場合、ガイド部の案内穴に挿通される外側弁棒は、熱膨張により内側弁棒を中心として外側に開こうとする。このとき、ガイド部は、外側弁棒の径方向への移動を許容することから、開こうとする外側弁棒の移動に伴ってガイド部も移動することで、案内穴に対する外側弁棒の押付力が低減される。これにより、案内穴に対する外側弁棒のかじりつきを抑制することができる。
本発明の他の組合せ弁は、止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、を備え、前記外側弁体は、前記外側弁棒に対して前記外側弁棒の径方向への移動が許容される一方で前記外側弁棒の軸方向への移動が規制されるように、前記外側弁棒に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する蒸気等の流体の温度が過渡的に上昇した場合、外側弁体は、熱膨張により内側弁棒を中心として外側に開こうとする。このとき、外側弁体は、外側弁棒に対する径方向への移動が許容されることから、外側弁棒は、外側弁体の熱膨張に伴う変形が抑制される。これにより、外側弁棒の変形によるかじりつきを抑制することができる。
本発明の他の組合せ弁は、止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、を備え、前記弁箱には、前記外側弁体を案内する外側弁体案内部が設けられ、前記外側弁体は、前記外側弁体案内部に押し付けられる押付力が、前記外側弁体の移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっていることを特徴とする。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する流体の温度上昇により、外側弁体が外側弁体案内部に押し付けられたとしても、外側弁体の曲げ剛性が調整されているため、外側弁体の離接方向への移動が規制されることなく、外側弁体案内部に対する外側弁体のかじりつきを抑制することができる。
本発明の他の組合せ弁は、止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、を備え、前記弁箱には、前記外側弁棒を軸方向に案内するために、前記外側弁棒が挿通される案内穴が形成されるガイド部が設けられ、前記外側弁棒は、前記案内穴に押し付けられる押付力が、前記外側弁棒の移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっていることを特徴とする。
この構成によれば、弁箱の内部を流通する流体の温度上昇により、外側弁棒が案内穴に押し付けられたとしても、外側弁棒の曲げ剛性が調整されているため、外側弁棒の軸方向への移動が規制されることなく、案内穴に対する外側弁棒のかじりつきを抑制することができる。
本発明の蒸気タービンシステムは、蒸気ラインを介して供給される蒸気により作動する蒸気タービンと、前記蒸気ラインに介設される上記の組合せ弁と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、かじりつきが発生し難い組合せ弁を用いて、蒸気ラインを流通する蒸気の流量を調整したり、蒸気ラインを開閉したりすることができる。このため、蒸気タービンに供給する蒸気量を適切に調整したり、蒸気タービンへの蒸気の供給を適切に停止したりすることができる。
図1は、実施例1に係る組合せ弁を模式的に表した断面図である。 図2は、実施例2に係る組合せ弁を模式的に表した部分断面図である。 図3は、実施例3に係る組合せ弁を模式的に表した部分断面図である。 図4は、実施例4に係る組合せ弁の外側弁棒及び外側弁体を模式的に表した断面図である。 図5は、外側弁棒の剛性に関する設計原理を示す説明図である。 図6は、外側弁棒の剛性に関するグラフである。 図7は、実施例5に係る組合せ弁の外側弁棒及び外側弁体を模式的に表した断面図である。
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図1は、実施例1に係る組合せ弁を模式的に表した断面図である。実施例1の組合せ弁1は、蒸気を生成するボイラと、ボイラによって生成した蒸気により作動する蒸気タービンとを備える図示しない蒸気タービンシステムに設けられている。組合せ弁1は、ボイラから蒸気タービンへ向けて蒸気を供給する蒸気ラインに介設されており、止め弁としての機能と、加減弁としての機能を兼ね備えたバルブとなっている。ここで、止め弁とは、蒸気ラインを流通する蒸気を止めるための開閉弁である。また、加減弁とは、蒸気ラインを流通する蒸気の流量を調整するための流量調整弁である。なお、図1では、中心線Iを挟んで図示右側が、閉弁状態を示す組合せ弁1となっており、中心線Iを挟んで図示左側が、開弁状態を示す組合せ弁1となっている。
図1に示すように、組合せ弁1は、弁箱5と、弁箱5の内部に設けられる内側弁体6と、弁箱5の内部に設けられる外側弁体7と、内側弁体6に接続される内側弁棒8と、外側弁体7に接続される外側弁棒9とを備えている。また、組合せ弁1は、内側弁棒8に接続される内側弁棒駆動部11と、外側弁棒9に接続される外側弁棒駆動部12とを備え、内側弁棒駆動部11及び外側弁棒駆動部12は、制御装置15によって制御される。
弁箱5は、その内部に、内側弁体6及び外側弁体7を収容する弁室21が形成されており、この弁室21には、蒸気を流入させる上流側蒸気ライン22と、蒸気を流出させる下流側蒸気ライン23とが接続されている。上流側蒸気ライン22は、各弁棒8、9の軸方向に対して直交する径方向に延在して形成され、下流側蒸気ライン23は、各弁棒8、9の軸方向と同方向に延在して形成されている。このため、上流側蒸気ライン22を流通する蒸気は、径方向から弁室21に流入し、弁室21に流入した蒸気は、軸方向に向かって弁室21から下流側蒸気ライン23に流出する。
弁箱5には、弁室21と下流側蒸気ライン23との境界に弁箱側弁座面P1が形成されている。この弁箱側弁座面P1は、環状に形成されている。弁箱側弁座面P1には、内側弁体6と外側弁体7とがそれぞれ当接する。
また、弁箱5の弁室21には、内側弁体6を案内する内側弁体案内部25と、外側弁体7を案内する外側弁体案内部26とが形成されている。内側弁体案内部25は、弁室21の内部へ向かって軸方向に突出して形成されており、径方向の内側に内側弁体6を収容している。このため、内側弁体6の径方向の外側と内側弁体案内部25の径方向の内側とが摺接することで、内側弁体6が軸方向に案内される。外側弁体案内部26は、内側弁体案内部25の径方向の外側に形成されると共に、弁室21の内部へ向かって軸方向に突出して形成されており、径方向の内側に外側弁体7を収容している。つまり、外側弁体7は、外側弁体案内部26と内側弁体案内部25との間に設けられている。そして、外側弁体7の径方向の外側と外側弁体案内部26の径方向の内側とが摺接することで、外側弁体7が軸方向に案内される。
また、弁箱5には、内側弁棒8を挿通する内側挿通穴28と、外側弁棒9を挿通する外側挿通穴29とが形成されている。内側挿通穴28は、環状に形成される弁箱側弁座面P1の中心を通る軸方向の中心線Iに沿って貫通形成されている。この内側挿通穴28には、内側弁棒8を案内する内側ガイド部材31が収容される。つまり、内側ガイド部材31は、弁箱5と内側弁棒8との間に設けられている。内側ガイド部材31は、円筒状に形成されており、その中空内部が内側弁棒ガイド穴31aとなっている。外側挿通穴29は、内側挿通穴28の周囲に複数設けられており、複数の外側挿通穴29は、中心線Iの周方向に所定の間隔を空けて適宜配置されている。各外側挿通穴29は、中心線Iに平行となるように、軸方向に貫通形成されている。各外側挿通穴29には、外側弁棒9を案内する外側ガイド部材(ガイド部)32が収容される。つまり、外側ガイド部材32は、弁箱5と外側弁棒9との間に設けられている。外側ガイド部材32は、円筒状に形成されており、その中空内部が外側弁棒ガイド穴(案内穴)32aとなっている。なお、内側ガイド部材31には、後述するリーク流路35と連通する内側リーク穴31bが形成され、外側ガイド部材32にも、内側ガイド部材31と同様に、後述するリーク流路35と連通する外側リーク穴32bが形成されている。
この弁箱5には、内側弁棒8及び外側弁棒9の周囲に沿って漏出する弁室21からの蒸気を流通させるリーク流路35が形成されている。リーク流路35は、弁箱5の内部に形成され、内側挿通穴28及び外側挿通穴29にそれぞれ連通して形成されている。このため、内側弁棒8と内側弁棒ガイド穴31aとの間を流通する(漏出する)弁室21からの蒸気は、内側ガイド部材31の内側リーク穴31bを介してリーク流路35に流入する。同様に、外側弁棒9と外側弁棒ガイド穴32aとの間を流通する(漏出する)弁室21からの蒸気は、外側ガイド部材32の外側リーク穴32bを介してリーク流路35に流入する。
このリーク流路35には、弁箱5の外側に蒸気を排出するための蒸気排出流路36が接続されている。蒸気排出流路36は、その一部が、弁箱5の内部に形成され、残りの部分が、弁箱5に設けられる蒸気排出管37の内部に形成されている。そして、この蒸気排出管37には、蒸気を吸い込む吸込みライン(吸込み流路)38が接続されている。なお、詳細は後述するが、この吸込みライン38には、流量調整弁40が介設されている。
内側弁体6は、止め弁の弁体として機能しており、弁箱5の弁室21に収容されている。内側弁体6は、弁箱側弁座面P1と対向する部位に内側弁座面P2が形成されている。内側弁座面P2は、環状に形成されており、弁箱側弁座面P1の全周に亘って当接するように形成されている。内側弁体6は、弁箱側弁座面P1と内側弁座面P2とが離接する離接方向(軸方向)に移動するように、内側弁体案内部25によって案内される。
外側弁体7は、加減弁の弁体として機能しており、弁箱5の弁室21に収容されている。外側弁体7は、弁箱側弁座面P1と対向する部位に外側弁座面P3が形成されている。外側弁座面P3は、環状に形成されており、弁箱側弁座面P1の全周に亘って当接するように形成されている。外側弁体7は、弁箱側弁座面P1と外側弁座面P3とが離接する離接方向(軸方向)に移動するように、外側弁体案内部26によって案内される。
内側弁棒8は、中心線Iに沿って設けられている。内側弁棒8は、内側ガイド部材31の内側弁棒ガイド穴31aに沿って軸方向に案内される。内側弁棒8は、軸方向における一方(図示下側)の端部が内側弁体6に接続され、軸方向における他方(図示上側)の端部が内側弁棒駆動部11に接続されている。
外側弁棒9は、内側弁棒8の周囲に複数設けられており、複数の外側弁棒9は、中心線Iの周方向に所定の間隔を空けて適宜配置されている。各外側弁棒9は、外側ガイド部材32の外側弁棒ガイド穴32aに沿って軸方向に案内される。各外側弁棒9は、軸方向における一方(図示下側)の端部が外側弁体7に接続され、軸方向における他方(図示上側)の端部が外側弁棒駆動部12に接続されている。
内側弁棒駆動部11は、制御装置15に接続されており、制御装置15によって駆動制御されることで、内側弁棒8を軸方向に移動させている。具体的に、内側弁棒駆動部11は、内側弁体6を止め弁の弁体として機能させるべく、弁箱側弁座面P1と内側弁座面P2とが当接する閉位置(図1の右側)と、弁箱側弁座面P1と内側弁座面P2とが離れる開位置(図1の左側)との間で、内側弁体6が移動するように、内側弁棒8を軸方向に移動させている。
外側弁棒駆動部12は、制御装置15に接続されており、制御装置15によって駆動制御されることで、外側弁棒9を軸方向に移動させている。具体的に、外側弁棒駆動部12は、外側弁体7を加減弁の弁体として機能させるべく、弁箱側弁座面P1と外側弁座面P3とが当接する閉位置(図1の右側)と、弁箱側弁座面P1と外側弁座面P3とが離れる開位置(図1の左側)との間で、外側弁体7が所定の位置に移動するように、外側弁棒9を軸方向に移動させている。
制御装置15は、接続される内側弁棒駆動部11と外側弁棒駆動部12とを制御している。また、この制御装置15には、吸込みライン38に介設される流量調整弁40が接続されており、制御装置15は、流量調整弁40の開度を制御している。
このように構成される組合せ弁1において、弁箱5の弁室21には、蒸気が流通するが、流通する蒸気の温度は、過渡的に上昇する場合がある。例えば、ボイラから蒸気タービンへ向かって供給される蒸気は、ボイラ及び蒸気タービンの運転開始時において低い温度となっているものの、ボイラ及び蒸気タービンの通常運転時において高い温度となる。このように運転状態が、開始時の運転状態から定常運転状態に変わるとき、蒸気の温度が低温から高温に過渡的に変化する。この場合、弁室21の内部に設けられる内側弁体6及び外側弁体7は、蒸気の熱によって加熱されることで、変形(熱膨張)してしまう。同様に、内側弁体6及び外側弁体7に接続される内側弁棒8及び外側弁棒9も、蒸気の熱によって加熱されることで、熱変形(熱膨張)してしまう。特に、蒸気温度が過渡的に上昇した場合、外側弁体7は、熱膨張により中心線Iを中心として外側に開こうとしたり、外側弁棒9は、熱膨張により中心線Iを中心として外側に移動したりする。一方で、弁箱5は、熱容量が各弁体6,7に比して大きいことから、各弁体6,7に比して温度上昇が緩やかとなる。このため、内側弁体6、外側弁体7、内側弁棒8及び外側弁棒9は、弁箱5に比して熱変形が大きくなることから、内側弁体案内部25及び外側弁体案内部26に対する押付力、内側弁棒ガイド穴31a及び外側弁棒ガイド穴32aに対する押付力が大きくなり、内側弁体6、外側弁体7、内側弁棒8及び外側弁棒9の移動が規制される、かじりつきが発生する可能性がある。
そこで、実施例1では、リーク流路35に吸込みライン38を接続し、吸込みライン38に流量調整弁40を介設している。ここで、吸込みライン38は、その一端がリーク流路35に接続される一方で、その他端が吸引装置41に接続されている。吸引装置41は、吸込みライン38の内部を吸気している。流量調整弁40は、吸込みライン38を流通する蒸気の流量を調整している。このため、流量調整弁40の開度を大きくすると、吸込みライン38を流通する蒸気の流量が多くなる。一方で、流量調整弁40の開度を小さくすると、吸込みライン38を流通する蒸気の流量が少なくなる。なお、弁箱5の内部を流通する蒸気温度が過渡的に下降する場合も、蒸気温度が過渡的に上昇する場合と同様に、流量調整弁40の開度を大きくしてもよい。
この流量調整弁40は、制御装置15に接続されている。制御装置15は、蒸気の温度が過渡的に上昇する場合、流量調整弁40の開度を大きくする。このため、吸込みライン38を流通する蒸気の流量が多くなり、内側弁棒8及び外側弁棒9の周囲に、リークする蒸気を積極的に流通させることができる。なお、制御装置15は、蒸気温度の過渡的な上昇を、蒸気タービンの運転状態に基づいて判定してもよく、特に限定されない。
また、制御装置15は、蒸気の温度が安定した場合、流量調整弁40の開度を小さくする。このため、吸込みライン38を流通する蒸気の流量が少なくなり、リークする蒸気を適宜吸い込むことができる。よって、余分な蒸気を吸い込むことがないため、弁室21からの蒸気のリークを抑制できることから、蒸気タービンにおいて蒸気の損失による効率の低下を抑制することができる。
以上のように、実施例1の構成によれば、弁箱5の弁室21を流通する蒸気の温度が過渡的に上昇した場合であっても、流量調整弁40の開度を大きくすることで、吸込みライン38を流通する蒸気の流量を多くすることができ、内側弁棒8及び外側弁棒9の周囲に、リークする蒸気を積極的に流通させることができる。このため、リークする蒸気によって、内側弁棒8及び外側弁棒9の周囲を迅速に加熱することができることから、内側弁棒8及び外側弁棒9と、内側弁棒8及び外側弁棒9の周囲の部材との温度差を小さくすることができ、これにより、内側弁棒8及び外側弁棒9の熱膨張によるかじりつきの発生を抑制することができる。
なお、実施例1では、内側弁体6を止め弁の弁体として機能させ、外側弁体7を加減弁の弁体として機能させたが、この構成に限定されない。つまり、内側弁体6を加減弁の弁体として機能させ、外側弁体7を止め弁の弁体として機能させてもよい。この場合、加減弁は、止め弁に比して使用頻度が高いことから、かじりつきが起こり難い内側弁体6に適用することで、かじりつきの発生をより抑制することができる。
また、実施例1の構成によれば、かじりつきが発生し難い組合せ弁1を用いて、蒸気ラインを流通する蒸気の流量を調整したり、蒸気ラインを開閉したりすることができる。このため、蒸気タービンに供給する蒸気量を適切に調整したり、蒸気タービンへの蒸気の供給を適切に停止したりすることができる。
次に、図2を参照して、実施例2に係る組合せ弁51について説明する。図2は、実施例2に係る組合せ弁を模式的に表した部分断面図である。なお、実施例2では、実施例1と重複する記載を避けるべく、実施例1と異なる部分についてのみ説明し、実施例1と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
図2は、図1の点線E1で囲んだ部分の断面図であり、実施例1と異なる構成となっている。なお、図2では、図1に示すリーク流路35を省いて図示している。実施例2に係る組合せ弁51は、外側弁棒9を案内する外側ガイド部材53が、弁箱5に対して外側弁棒9の径方向への移動を許容する一方で外側弁棒9の軸方向への移動を規制する構成となっている。
具体的に、外側ガイド部材53は、外側挿通穴29に挿通される円筒部53aと、円筒部53aの一方(図示下側:弁箱5の内部側)の端部に設けられる内側フランジ部53bと、円筒部53aの他方(図示上側:弁箱5の外部側)の端部に設けられる外側フランジ部53cとを含んで構成されている。円筒部53aは、その外径の大きさが、外側挿通穴29の内径の大きさよりも小さくなっており、外側挿通穴29との間に所定の隙間を空けて遊挿されている。内側フランジ部53bは、円筒部53aの径方向の外側に突出して設けられ、弁箱5の内側の面に当接している。この内側フランジ部53bは、円筒部53aの軸方向の他方(図示上側)への移動を規制している。外側フランジ部53cは、円筒部53aの径方向の外側に突出して設けられ、弁箱5の外側の面に当接している。この外側フランジ部53cは、円筒部53aの軸方向の一方(図示下側)への移動を規制している。このため、外側ガイド部材53は、内側フランジ部53b及び外側フランジ部53cにより軸方向の移動が規制される一方で、円筒部53aと外側挿通穴29との間に所定の隙間が設けられていることから、径方向の移動が許容される。
この外側ガイド部材53の円筒部53aと弁箱5の外側挿通穴29との間には、スタックリング54が設けられている。スタックリング54は、円筒部53aと外側挿通穴29との間からの蒸気の漏出を抑制している。また、外側ガイド部材53の円筒部53aと外側弁棒9との間には、シール部材55が設けられている。シール部材55は、例えば、耐熱性を有するグラファイトシールが用いられている。
以上のように、実施例2の構成によれば、弁箱5の内部を流通する蒸気の温度が過渡的に上昇した場合、外側ガイド部材53に挿通される外側弁棒9は、熱膨張により内側弁棒8(中心線I)を中心として外側に開こうとする。このとき、外側ガイド部材53は、外側弁棒9の径方向への移動を許容することから、開こうとする外側弁棒9の移動に伴って外側ガイド部材53も移動することで、外側ガイド部材53の円筒部53aに対する外側弁棒9の押付力が低減される。これにより、外側ガイド部材53の円筒部53aに対する外側弁棒9のかじりつきを抑制することができる。
なお、外側ガイド部材53は、弁箱5に対して外側弁棒9の径方向への移動を許容する一方で外側弁棒9の軸方向への移動を規制する構成であれば、図2に示す構成に限定されず、いずれの構成であってもよい。
次に、図3を参照して、実施例3に係る組合せ弁61について説明する。図3は、実施例3に係る組合せ弁を模式的に表した部分断面図である。なお、実施例3では、実施例1及び2と重複する記載を避けるべく、実施例1及び2と異なる部分についてのみ説明し、実施例1及び2と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
図3は、図1の点線E2で囲んだ部分の断面図であり、実施例1と異なる構成となっている。実施例3に係る組合せ弁61は、外側弁体7が、外側弁棒9に対して外側弁棒9の径方向への移動が許容される一方で外側弁棒9の軸方向への移動が規制されるように、外側弁棒9に接続されている。
具体的に、外側弁体7には、外側弁棒9との接続部分に取付穴62が形成されている。取付穴62は、外側弁棒9の軸方向に貫通形成されている。外側弁棒9は、外側弁体7との接続部分に接続部材63が設けられている。接続部材63は、取付穴62に挿通される円柱部63aと、円柱部63aの一方(図示下側:弁箱5の内部側)の端部に設けられる内側フランジ部63bと、円柱部63aの他方(図示上側:弁箱5の外部側)の端部に設けられる外側フランジ部63cとを含んで構成されている。円柱部63aは、その外径の大きさが、取付穴62の内径の大きさよりも小さくなっており、取付穴62との間に所定の隙間を空けて遊挿されている。内側フランジ部63bは、円柱部63aの径方向の外側に突出して設けられ、外側弁体7の内側の面に当接している。この内側フランジ部63bは、外側弁体7の軸方向の一方(図示下側)への移動を規制している。外側フランジ部53cは、円柱部63aの径方向の外側に突出して設けられ、外側弁体7の外側の面に当接している。この外側フランジ部53cは、外側弁体7の軸方向の他方(図示上側)への移動を規制している。このため、外側弁体7は、内側フランジ部63b及び外側フランジ部63cにより軸方向の移動が規制される一方で、取付穴62と円柱部63aとの間に所定の隙間が設けられていることから、径方向の移動が許容される。
以上のように、実施例3の構成によれば、弁箱5の内部を流通する蒸気の温度が過渡的に上昇した場合、外側弁体7は、熱膨張により内側弁棒8(中心線I)を中心として外側に膨張しようとする。このとき、外側弁体7は、外側弁棒9に対する径方向への移動が許容されることから、外側弁棒9は、外側弁体7の熱膨張に伴う変形が抑制される。これにより、外側弁棒9の変形によるかじりつきを抑制することができる。
なお、外側弁体7は、外側弁棒9に対して外側弁棒9の径方向への移動が許容される一方で外側弁棒9の軸方向への移動が規制されるように、外側弁棒9に接続される構成であれば、図3に示す構成に限定されず、いずれの構成であってもよい。
次に、図4から6を参照して、実施例4に係る組合せ弁71について説明する。図4は、実施例4に係る組合せ弁の外側弁棒及び外側弁体を模式的に表した断面図である。図5は、外側弁棒の剛性に関する設計原理を示す説明図である。図6は、外側弁棒の剛性に関するグラフである。なお、実施例4では、実施例1から3と重複する記載を避けるべく、実施例1から3と異なる部分についてのみ説明し、実施例1から3と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
実施例4に係る組合せ弁71は、外側弁棒9が所定の曲げ剛性となるように構成されている。つまり、外側弁棒9は、外側弁棒ガイド穴32aに押し付けられる押付力が、外側弁棒9の軸方向への移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっている。
次に、図5及び図6を参照し、曲げ剛性に関する設計原理について説明する。ここで、一端が固定される仮想外側弁棒73と、仮想外側弁棒73が挿通される仮想外側弁棒ガイド穴75を形成した仮想弁箱74とを用いて説明する。仮想外側弁棒73の代表点における仮想外側弁棒ガイド穴75への押付力をFとする。なお、代表点は、仮想外側弁棒ガイド穴75の軸方向における中央であり、この代表点と仮想外側弁棒73の固定点との間の距離をlとする。
ここで、外側弁棒9の軸方向への移動が規制される押付力Fを限界押付力Fmaxとする。外側弁棒9の材料によって決定される許容応力値をσmaxとすると、許容応力値σmaxは、簡略式では「σmax=M/Z=Fmax・l/Z」で表される。なお、Mは、作用モーメント(M=F/l)であり、Zは、外側弁棒9の断面係数である。上記の式を、限界押付力Fmaxについて展開すると、限界押付力Fmaxは、簡略式では「Fmax=Z・σmax/l」で表される。
続いて、外側弁棒9の押付力Fに対する曲げ剛性、つまり、押付力Fと押付力Fによる外側弁棒9の変形量δとの関係をグラフ化する。ここで、変形量δは、簡略式では「δ=F・l/3・E・I」で表される。なお、Eは、外側弁棒9の材料によって決定される縦弾性係数であり、Iは、外側弁棒9の断面二次モーメントである。これによって得られるグラフが、図6に示すグラフであり、例えば、実線L1で表される。
次に、外側弁棒9の熱変形量と、外側弁棒9の周囲の部材(例えば、外側ガイド部材32及び弁箱5)の熱変形量とに基づいて、外側弁棒9の周囲の部材に対する、外側弁棒9の相対的な変形量(熱変形量)δTを求める。
そして、変形量δTにおける押付力Fが、限界押付力Fmaxを超える場合、外側弁棒9の曲げ剛性が、一点鎖線L2となるように低くする。このとき、外側弁棒9の曲げ剛性を低くする場合には、外側弁棒9の全体の曲げ剛性が低くなるように調整してもよいし、外側弁棒9が外側弁棒ガイド穴32aに押し付けられる方向の曲げ剛性のみが低くなるように調整してもよい。
以上のように、実施例4の構成によれば、弁箱5の内部を流通する蒸気の温度上昇により、外側弁棒9が外側弁棒ガイド穴32aに押し付けられたとしても、外側弁棒9の曲げ剛性が調整されているため、外側弁棒9の軸方向への移動が規制されることなく、外側弁棒ガイド穴32aに対する外側弁棒9のかじりつきを抑制することができる。
また、実施例4の構成によれば、外側弁棒9において、外側弁棒ガイド穴32aに押し付けられる方向の曲げ剛性を低剛性としてもよいため、外側弁棒9の全体の剛性を低くする必要がなく、外側弁棒9の耐久性の低減を抑制することができる。
次に、図7を参照して、実施例5に係る組合せ弁81について説明する。図7は、実施例5に係る組合せ弁の外側弁棒及び外側弁体を模式的に表した断面図である。なお、実施例5では、実施例1から4と重複する記載を避けるべく、実施例1から4と異なる部分についてのみ説明し、実施例1から4と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
実施例5に係る組合せ弁81は、外側弁体7が所定の曲げ剛性となるように構成されている。つまり、外側弁体7は、外側弁体案内部26に押し付けられる押付力が、外側弁体7の軸方向への移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっている。なお、外側弁体7の曲げ剛性に関する設計原理については、実施例5と同様であるため、説明を省略する。
以上のように、実施例4の構成によれば、弁箱5の内部を流通する蒸気の温度上昇により、外側弁体7が外側弁体案内部26に押し付けられたとしても、外側弁体7の曲げ剛性が調整されているため、外側弁体7の軸方向への移動が規制されることなく、外側弁体案内部26に対する外側弁体7のかじりつきを抑制することができる。
なお、実施例1から5の構成は、適宜組み合わせてもよい。つまり、全ての実施例を組み合わせた構成であってもよいし、いずれかの実施例を複数組み合わせた構成であってもよい。複数の実施例を組み合わせることで、組合せ弁1,51,61,71,81でのかじりつきの発生をより抑制することが可能となる。
1 組合せ弁
5 弁箱
6 内側弁体
7 外側弁体
8 内側弁棒
9 外側弁棒
11 内側弁棒駆動部
12 外側弁棒駆動部
15 制御装置
21 弁室
25 内側弁体案内部
26 外側弁体案内部
28 内側挿通穴
29 外側挿通穴
31 内側ガイド部材
32 外側ガイド部材
35 リーク流路
36 蒸気排出流路
37 蒸気排出管
38 吸込みライン
40 流量調整弁
41 吸引装置
51 組合せ弁(実施例2)
53 外側ガイド部材
54 スタックリング
55 シール部材
61 組合せ弁(実施例3)
62 取付穴
63 接続部材
71 組合せ弁(実施例4)
81 組合せ弁(実施例5)
P1 弁箱側弁座面
P2 内側弁座面
P3 外側弁座面
I 中心線

Claims (11)

  1. 止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、
    内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、
    前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、
    前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、
    前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、
    前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記外側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、
    前記内側弁棒及び前記外側弁棒の少なくとも一方の周囲に沿って漏出するリーク流体を吸い込む吸込み流路と、
    前記吸込み流路に介設される流量調整弁と、を備えることを特徴とする組合せ弁。
  2. 前記弁箱には、前記外側弁棒を軸方向に案内するために、前記外側弁棒が挿通される案内穴が形成されるガイド部が設けられ、
    前記ガイド部は、前記弁箱と前記外側弁棒との間に設けられ、前記弁箱に対して前記外側弁棒の径方向への移動を許容する一方で前記外側弁棒の軸方向への移動を規制することを特徴とする請求項1に記載の組合せ弁。
  3. 前記外側弁体は、前記外側弁棒に対して前記外側弁棒の径方向への移動が許容される一方で前記外側弁棒の軸方向への移動が規制されるように、前記外側弁棒に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の組合せ弁。
  4. 前記弁箱には、前記外側弁体を案内する外側弁体案内部が設けられ、
    前記外側弁体は、前記外側弁体案内部に押し付けられる押付力が、前記外側弁体の移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の組合せ弁。
  5. 前記弁箱には、前記外側弁棒を軸方向に案内するために、前記外側弁棒が挿通される案内穴が形成されるガイド部が設けられ、
    前記外側弁棒は、前記案内穴に押し付けられる押付力が、前記外側弁棒の移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の組合せ弁。
  6. 前記外側弁棒は、前記案内穴に押し付けられる方向の曲げ剛性が、前記案内穴に押し付けられない方向の曲げ剛性に比して低剛性となっていることを特徴とする請求項5に記載の組合せ弁。
  7. 止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、
    内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、
    前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、
    前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、
    前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、
    前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、を備え、
    前記弁箱には、前記外側弁棒を軸方向に案内するために、前記外側弁棒が挿通される案内穴が形成されるガイド部が設けられ、
    前記ガイド部は、前記弁箱と前記外側弁棒との間に設けられ、前記弁箱に対して前記外側弁棒の径方向への移動を許容する一方で前記外側弁棒の軸方向への移動を規制することを特徴とする組合せ弁。
  8. 止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、
    内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、
    前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、
    前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、
    前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、
    前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、を備え、
    前記外側弁体は、前記外側弁棒に対して前記外側弁棒の径方向への移動が許容される一方で前記外側弁棒の軸方向への移動が規制されるように、前記外側弁棒に接続されていることを特徴とする組合せ弁。
  9. 止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、
    内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、
    前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、
    前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、
    前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、
    前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、を備え、
    前記弁箱には、前記外側弁体を案内する外側弁体案内部が設けられ、
    前記外側弁体は、前記外側弁体案内部に押し付けられる押付力が、前記外側弁体の移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっていることを特徴とする組合せ弁。
  10. 止め弁としての機能と加減弁としての機能とを併せ持つ組合せ弁であって、
    内部に弁箱側弁座面が形成される弁箱と、
    前記弁箱の内部に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する内側弁座面が形成される内側弁体と、
    前記内側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記内側弁体を移動させるための内側弁棒と、
    前記弁箱の内部において前記内側弁体の外側に設けられ、前記弁箱側弁座面に当接する外側弁座面が形成される外側弁体と、
    前記外側弁体に接続され、前記弁箱側弁座面と前記内側弁座面との離接方向に前記外側弁体を移動させるための外側弁棒と、を備え、
    前記弁箱には、前記外側弁棒を軸方向に案内するために、前記外側弁棒が挿通される案内穴が形成されるガイド部が設けられ、
    前記外側弁棒は、前記案内穴に押し付けられる押付力が、前記外側弁棒の移動が規制される限界押付力よりも小さくなるような曲げ剛性となっていることを特徴とする組合せ弁。
  11. 蒸気ラインを介して供給される蒸気により作動する蒸気タービンと、
    前記蒸気ラインに介設される請求項1から10に記載の組合せ弁と、を備えることを特徴とする蒸気タービンシステム。
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