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

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Ｆ_ｍａｘ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σ_ｍａｘとすると、許容応力値σ_ｍａｘは、簡略式では「σ_ｍａｘ＝Ｍ／Ｚ＝Ｆ_ｍａｘ・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Ｆ_ｍａｘについて展開すると、限界押付力Ｆ_ｍａｘは、簡略式では「Ｆ_ｍａｘ＝Ｚ・σ_ｍａｘ／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^３／３・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Ｆ_ｍａｘ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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