JP2017166683A - バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁箱内を流れる蒸気によって任意の方向に回転する力を弁体に付与するバタフライ弁を提供する。【解決手段】内部に蒸気流路を有する弁箱４と、前記蒸気流路と交差して配置される弁棒８と、前記弁棒と一体に回動し、前記蒸気流路内の蒸気流量を調整し、前記弁棒の中心軸に垂直な断面が菱形状である弁体６とを有する。前記弁体が全開の状態において、前記弁体は、前記中心軸より上流側かつ一方側に位置する第１面６ａと、前記中心軸より上流側かつ他方側に位置する第２面６ｂと、前記中心軸より下流側かつ一方側に位置する第３面６ｃと、前記中心軸より下流側かつ他方側に位置する第４面６ｄとを有し、前記第１面、前記第２面、前記第３面、前記第４面の少なくとも１面が、前記弁体の外側に向かって膨らんだ凸型の形状、または、前記弁体の内側に向かって窪んだ凹型の形状である。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、バタフライ弁に関する。

火力、原子力および地熱発電プラントなどにおいて、発電用に使用される蒸気タービンに導入される蒸気の流量を制御するためや蒸気を遮断するために、蒸気弁が発電プラントの主蒸気系統に設置されている。この蒸気弁として、バタフライ弁などが使用されている。バタフライ弁は、主に、円筒状の弁箱と、弁箱内に設けられ蒸気流量を調整する弁体と、駆動装置からのトルクを弁体に伝達する弁棒とから構成される。

図１３は、従来のバタフライ弁９００の断面を示す概略図である。図１３では、バタフライ弁９００の弁体９０６を全開した状態が示されている。なお、図１３中の破線は、弁体９０６を全閉した状態である。バタフライ弁９００は、弁棒９０８を回転駆動させる駆動装置９１９を具備している。駆動装置９１９は、鉛直方向に延設されたロッド９２０を具備し、弁箱９０４の下部に取付けられている。そして、駆動装置９１９によってロッド９２０を鉛直方向に直線運動させ、リンク９２１（詳細は図示せず）を介してロッド９２０の直線運動を回転運動に変換させ、弁棒９０８を回転させて、弁体９０６が開閉される。

図１３に示すように、蒸気タービンの運転中は、バタフライ弁９００における圧力損失を最小化して蒸気タービンを最高効率で運用するために、弁体９０６を全開状態にする。このとき、弁体９０６の全開状態を確実に保持し、弁体９０６の全開時に流れる大流量の蒸気流れに起因した弁体９０６の振動を減少するために、バタフライ弁９００には全開ストッパ９２４が設けられることがある。全開ストッパ９２４は、その両端を弁箱９０４に固定し、弁棒９０８の中心軸と平行に設置される。そして、駆動装置９１９からの駆動力が弁体９０６に伝達し、弁体９０６が全開となる位置で、弁体９０６の上半側が全開ストッパ９２４に押し付けられる。

また、蒸気タービンに異常が発生した場合には、蒸気タービンに流入する蒸気を瞬時に遮断する必要がある。例えば、蒸気タービンに具備される非常トリップ機構（図示しない）が動作すると、駆動装置９１９に設けられる油圧シリンダ９２２内の制御油がドレン系統に通じる。そして、ドレン系統に通じた制御油は、駆動装置９１９のばね箱９２３に内蔵されたばね（図示しない）によって瞬時にドレンに排出される。これにより、バタフライ弁９００の弁体９０６は急閉鎖され、蒸気タービンに流入する蒸気が瞬時に遮断される。

このようなバタフライ弁を備える蒸気タービンについて、エネルギの有効利用や経済的運用に対する社会的ニーズは非常に強くなっている。また、蒸気タービンの定期点検までの運転期間は益々長期間化し、蒸気タービンの連続運転の信頼性確保に対する要求も強い。さらには、蒸気タービンの高効率化に対する要求も益々強くなり、弁箱内の蒸気流に起因した圧力損失の最小化に対するニーズも強い。

特公平３−５１９３９号公報 特許第４０２４１２５号

しかしながら、蒸気タービンの連続運転期間が長期化するほど、弁箱内の蒸気流路、例えば弁棒周りの駆動部等、摺動部や間隙部の部品にも、酸化スケールが付着したり、蒸気に含まれる異物や磨耗成分が入り込んだりする可能性が増大する。そして、酸化スケールなどの堆積量が過大になると、弁体の回転動作が緩慢になり、更には弁体がスティックすることがある。このような弁体の状態で、例えば発電系統や蒸気タービンの異常によって負荷遮断やタービントリップが発生した場合には、弁体を急閉鎖できなくなることがある。

例えば、発電プラントが複数のバタフライ弁を備え、複数のバタフライ弁のうちの１つでもスティックした場合、バタフライ弁の出口側、すなわち低圧蒸気タービンの入口側は復水器の真空度に近づくため、バタフライ弁の前後差圧は過大になる。そのため、大流量の蒸気が低圧蒸気タービンに流入し、低圧蒸気タービンが過速され、最終的には低圧蒸気タービンの蒸気通路部を構成する羽根等の回転体や静止部のノズル等の部品が破損し、蒸気タービンは非常に危険な状態になることがある。

また、図１３に示すように、全開ストッパ９２４が弁箱９０４内に設けられることにより、全開ストッパ９２４周辺で蒸気の渦９２５が発生することがある。この蒸気の渦９２５は、蒸気流路９０５内を流れる蒸気の流れを乱す要因となる。そのため、蒸気の渦９２５は、バタフライ弁９００の弁箱９０４内の蒸気流に起因した圧力損失を増大させ、タービン効率を低下させることがある。

本発明が解決しようとする課題は、弁箱内を流れる蒸気によって任意の方向に回転する力を弁体に付与することができるバタフライ弁を提供することである。

実施形態のバタフライ弁は、内部に蒸気流路を有する弁箱と、前記蒸気流路と交差するように配置される弁棒と、前記弁箱内で前記弁棒に取付けられ、前記弁棒と一体に回動し、前記蒸気流路を流れる蒸気の流量を調整し、前記弁棒の中心軸に垂直な断面が菱形状である弁体とを有する。そして、前記弁体が全開の状態において、前記弁体は、前記弁棒の中心軸より上流側、かつ、一方側に位置する第１面と、前記弁棒の中心軸より上流側、かつ、他方側に位置する第２面と、前記弁棒の中心軸より下流側、かつ、一方側に位置する第３面と、前記弁棒の中心軸より下流側、かつ、他方側に位置する第４面とを有し、前記第１面、前記第２面、前記第３面、前記第４面のうちの少なくとも１つの面が、前記弁体の外側に向かって膨らんだ凸型の形状、または、前記弁体の内側に向かって窪んだ凹型の形状である。

第１の実施の形態のバタフライ弁を備える原子力発電プラントを示す概略図。 第１の実施の形態のバタフライ弁を備える組合せバタフライ弁の一部を示す分解斜視図。 第１の実施の形態のバタフライ弁を備える組合せバタフライ弁の一部断面を示す概略図。 第２の実施の形態のバタフライ弁の弁体を示す断面図。 第２の実施の形態のバタフライ弁の弁体の他の例を示す断面図。 第３の実施の形態のバタフライ弁の弁体を示す断面図。 第４の実施の形態のバタフライ弁の弁体を示す断面図。 第５の実施の形態のバタフライ弁の弁体を示す断面図。 第６の実施の形態のバタフライ弁の弁体を示す断面図。 第６の実施の形態のバタフライ弁の弁体の他の例を示す断面図。 第７の実施の形態のバタフライ弁の弁体を示す断面図。 第８の実施の形態のバタフライ弁の弁体を示す断面図。 従来のバタフライ弁の断面を示す概略図。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のバタフライ弁を備える原子力発電プラント３０を示す概略図である。原子力発電プラント３０では、原子炉３１で発生した蒸気が、主蒸気止め弁３４と高圧蒸気タービン３２の速度および負荷を直接制御する蒸気加減弁３５とを通って高圧蒸気タービン３２に流入し、高圧蒸気タービン３２に流入した蒸気は、高圧蒸気タービン３２に回転エネルギを与える。続いて、高圧蒸気タービン３２の排気が湿分分離加熱器３６に流入し、湿分分離加熱器３６は排気中の湿分を除去して再熱する。湿分分離加熱器３６で発生した蒸気は、組合せバタフライ弁１を構成する中間蒸気止め弁２およびインターセプト弁３を通って低圧蒸気タービン３３に流入し、低圧蒸気タービン３３に流入した蒸気は、低圧蒸気タービン３３に回転エネルギを与える。その後、低圧蒸気タービン３３の排気は、復水器３７および復水ポンプ３８を通って原子炉３１に還流する。このように、原子力発電プラント３０内を流れる蒸気の流路は、閉ループを構成している。高圧蒸気タービン３２および低圧蒸気タービン３３で発生した回転エネルギは発電機３９によって電気エネルギに変換され、電気エネルギは送電系統に送られる。また、中間蒸気止め弁２およびインターセプト弁３には、第１の実施の形態のバタフライ弁が用いられる。

なお、ここでは、１台の高圧蒸気タービン３２と３台の低圧蒸気タービン３３とで構成される蒸気タービンを備える原子力発電プラント３０を例示したが、第１の実施の形態においては、このような構成に限定されない。原子力発電プラント３０における蒸気タービンは、高圧蒸気タービンと中圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンとで構成されるものや、高圧蒸気タービンと複数台の低圧蒸気タービンとで構成されるものなど、発電プラントや蒸気タービンの系統、出力、用途などにより種々の組合せが適用される。

図２は、第１の実施の形態のバタフライ弁を備える組合せバタフライ弁１の一部を示す分解斜視図である。図２においては、説明の便宜上、部分的に断面を示している。図３は、第１の実施の形態のバタフライ弁を備える組合せバタフライ弁１の一部断面を示す概略図であり、鉛直方向に沿った縦断面図である。組合せバタフライ弁１は、図２および図３に示すように、バタフライ弁である中間蒸気止め弁２およびインターセプト弁３を備える。図１および図３に示すように、湿分分離加熱器３６で発生した蒸気は、図２および図３に示す白抜き矢印に沿って、蒸気流路５内を左側から右側に流れる。中間蒸気止め弁２は、弁箱４内の上流側に設けられ、インターセプト弁３は、弁箱４内の下流側に設けられる。弁箱４は、円筒状であり、上流側の蒸気配管と接続するための入口フランジ１０、および下流側の蒸気配管と接続するための出口フランジ１１を備える。弁箱４の内部には、図３に示すように、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気を遮断する中間蒸気止め弁２の弁体６、および弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気の流量を制御するインターセプト弁３の弁体７が設けられている。これらの弁体６、７は、蒸気流路５と交差するように配置された中間蒸気止め弁２の弁棒８およびインターセプト弁３の弁棒９にそれぞれ取付けられている。そして、弁体６は弁棒８と一体に回動する。また、弁体７は弁棒９と一体に回動する。

なお、中間蒸気止め弁２およびインターセプト弁３は、基本的には同じ形状およびサイズである。以下では、特に明記しない限り、中間蒸気止め弁２について説明する。

また、以下では、図２および図３に示すように、弁棒８および弁棒９が水平に配置される構成を示すが、弁棒８および弁棒９は鉛直に配置されてもよい。

図２に示すように、弁棒８の両端は、弁箱４の貫通穴４ｃを介して弁箱４の外部にそれぞれ突出している。弁箱４には、弁棒８を介して、軸受箱１２、１３、軸受１４、１５、スラストカラー１６、軸受カバー１７、１８などが設けられる。軸受箱１２、１３は、例えばボルトなどによって弁箱４の外側に取付けられる。軸受１４、１５は、弁棒８を回動可能に支持する。また、軸受１４、１５は、中間蒸気止め弁２の弁棒８の中心軸の方向（以下、弁棒軸方向ともいう）の外側から軸受１４、１５に接し、軸受１４、１５の位置を固定する軸受カバー１７、１８によって、軸受箱１２、１３内に固定されている。軸受箱１２、１３の内面には、内径側に周方向に亘って突出し、弁箱４側の軸受１４、１５に接する突出部（図示しない）が形成されている。この突出部に軸受１４、１５が接することで、弁箱４に対する軸受１４、１５の弁棒軸方向の位置が定められる。また、スラストカラー１６は、弁棒軸方向の外側から軸受１４に接触するように取付けられる。そして、軸受１４は、スラストカラー１６によって弁棒軸方向の位置決めがなされている。

図３に示すように、組合せバタフライ弁１は、弁棒８を回転駆動させる駆動装置１９を備える。駆動装置１９は、鉛直方向に延設されたロッド２０を具備し、弁箱４の下部に取付けられている。駆動装置１９は、ロッド２０を鉛直方向に直線運動させ、リンク２１（詳細は図示せず）を介してロッド２０の直線運動を回転運動に変換させ、弁棒８を回転させて、弁体６を開閉させる。

ここで、図２では、中間蒸気止め弁２の弁体６およびインターセプト弁３の弁体７を全閉した状態、すなわち蒸気を流さない状態が示されている。また、図３では、中間蒸気止め弁２の弁体６およびインターセプト弁３の弁体７を全開した状態、すなわち蒸気を流す状態が示されている。なお、図３は、弁棒軸方向に垂直、かつ、中間蒸気止め弁２の弁体６の中心を横切る断面を示し、弁棒軸方向に垂直な弁体６の断面のうち、断面積の最も大きい断面である。ここで、弁体を全閉した状態とは、図３において、弁体６の頂点Ｐおよび頂点Ｑを結んだ対角線が鉛直方向、すなわち、弁体４の最上線４ａに垂直な方向である状態をいう。また、弁体を全開した状態とは、図３において、弁体６の頂点Ｐおよび頂点Ｑを結んだ対角線が水平方向、すなわち、最上線４ａに平行な方向である状態をいう。

図３に示すように、弁棒軸方向に垂直な弁体６の断面は、菱形状である。ここで、菱形状とは、菱形および正方形を含み、菱形および正方形の辺が後述する凸形状や凹形状であるものであってもよいし、菱形および正方形の角が曲率を有するものであってもよい。なお、図３は、弁棒軸方向に垂直な弁体６の断面のうち、断面積の最も大きい断面である。そして、図３に示す断面以外の、弁棒軸方向に垂直な弁体６の断面は、基本的には図３に示す断面の形状に対して相似の形状を有し、その形状は、弁体６の中心から弁棒軸方向に沿って離れるにつれて小さくなる。また、弁体６は、弁棒８の中心軸を中心に回転する。弁棒８の中心軸は、弁箱４内の蒸気流路５に垂直であり、蒸気流路５の高さが半分になる高さを通る。

また、図３に示すように、弁体６が全開の状態において、弁体６は、弁棒８の中心軸より上流側、かつ、弁体６の一方側に位置する第１面６ａと、弁棒８の中心軸より上流側、かつ、弁体６の他方側に位置する第２面６ｂと、弁棒８の中心軸より下流側、かつ、弁体６の一方側に位置する第３面６ｃと、弁棒８の中心軸より下流側、かつ、弁体６の他方側に位置する第４面６ｄとを有する。そして、弁体６の第１面６ａのみが、基準面に対して、全体的に弁体６の外側に向かって膨らんだ凸型の曲面を有する形状（以下、凸型形状ともいう）である。また、弁体６の第２面６ｂ、第３面６ｃ、および第４面６ｄは、平坦面である。

図３に示すように、弁体６が全開の状態において、第１面６ａは、弁棒８の中心軸より上流側かつ上半側の弁体６の表面を構成し、第２面６ｂは、弁棒８の中心軸より上流側かつ下半側の弁体６の表面を構成し、第３面６ｃは、弁棒８の中心軸より下流側かつ上半側の弁体６の表面を構成し、第４面６ｄは、弁棒８の中心軸より下流側かつ下半側の弁体６の表面を構成する。第１面６ａと第４面６ｄ、および第２面６ｂと第３面６ｃは、それぞれ対向する。また、第１面６ａと第３面６ｃ、第３面６ｃと第４面６ｄ、第４面６ｄと第２面６ｂ、および第２面６ｂと第１面６ａは、それぞれ隣接する。

ここで、基準面とは、従来のバタフライ弁の弁体が全開の状態において、弁体の第１面、第２面、第３面、および第４面が基本的に同一形状であり、これらの面を基準面という。なお、第１面、第２面、第３面、および第４面の形状は、平坦面、凸型形状、凹型形状などがある。例えば、弁棒軸方向に垂直な弁体の断面が菱形または正方形である場合には、基準面は平坦面である。また、弁棒軸方向に垂直な弁体の断面が、例えば平坦面ではなく凸形状または凹形状の曲線であるような菱形状である場合には、基準面は曲面である。なお、図３では、基準面は、平坦面であり、第２面６ｂ、第３面６ｃ、および第４面６ｄが同一形状であり、第１面６ａのみが凸型形状である。

また、図３に示すように、蒸気が流れる蒸気流路５の断面について、第１面６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６ａは、第２面６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６ｂより小さい。ここで、流路断面積Ｓ６ａとは、弁体６が全開の状態において、弁体６の第１面６ａと弁箱４の最上線４ａとの間であって上流側の頂点Ｐと下流側の弁棒８の中心軸との間の蒸気流路５の領域における、弁棒軸方向に垂直な方向の流路断面積である。また、流路断面積Ｓ６ｂとは、弁体６が全開の状態において、弁体６の第２面６ｂと弁箱４の最下線４ｂとの間であって上流側の頂点Ｐと下流側の弁棒８の中心軸との間の蒸気流路５の領域における、弁棒軸方向に垂直な方向の流路断面積である。なお、図３では、流路断面積Ｓ６ａ、Ｓ６ｂの一例として、頂点Ｐと弁棒８の中心軸との間であって、弁棒軸方向に平行なある軸の位置における、弁体６の第１面６ａ側または第２面６ｂ側の流路断面積を示している。流路断面積Ｓ６ａ、Ｓ６ｂは、それぞれ、弁体６が全開の状態であって、弁棒軸方向に平行な同じ軸の位置において、第１面６ａと弁箱４の最上線４ａとの間の距離、第２面６ｂと弁箱４の最下線４ｂとの間の距離に依存する。

また、図３に示すように、第３面６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６ｃは、第４面６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６ｄと同じである。上記と同様に、流路断面積Ｓ６ｃとは、弁体６が全開の状態において、弁体６の第３面６ｃと弁箱４の最上線４ａとの間であって上流側の弁棒８の中心軸と下流側の頂点Ｑとの間の蒸気流路５の領域における、弁棒軸方向に垂直な方向の流路断面積である。また、流路断面積Ｓ６ｄとは、弁体６が全開の状態において、弁体６の第４面６ｄと弁箱４の最下線４ｂとの間であって上流側の弁棒８の中心軸と下流側の頂点Ｑとの間の蒸気流路５の領域における、弁棒軸方向に垂直な方向の流路断面積である。流路断面積Ｓ６ｃ、Ｓ６ｄは、それぞれ、弁体６が全開の状態であって、弁棒軸方向に平行な同じ軸の位置において、第３面６ｃと弁箱４の最上線４ａとの間の距離、第４面６ｄと弁箱４の最下線４ｂとの間の距離に依存する。

弁体６は、図３に示すように、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって、時計回りに回転する方向の力を受ける。弁体６が弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって時計回りに回転する方向の力を受ける理由について、以下に説明する。

一般にベルヌーイの定理は、非粘性の流体に適用されるが、蒸気流路５を流れる蒸気のような圧縮性流体を定性的に説明することにも適用できる。そこで、ここでは、ベルヌーイの定理に基づいて説明する。

ベルヌーイの定理では、蒸気の静圧をＰ、蒸気の密度をρ、蒸気の流速をＶとしたとき、弁体６の表面上の任意の位置において、下記式（１）の関係が成立する。ここで、流速Ｖは、弁棒軸方向に平行なある軸の位置での平均流速とする。

Ｐ＋ρＶ^２／２＝一定 …（１）

また、第１面６ａ側であり、弁棒軸方向に平行なある軸の位置での蒸気の静圧をＰｕ、弁体６の上半側を流れる蒸気の流速をＶｕ、第２面６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧をＰｂ、弁体６の下半側を流れる蒸気の流速をＶｂとしたとき、下記式（２）の関係が成り立つ。なお、弁体６の上半側を流れる蒸気の単位時間当たりの流量、および弁体６の下半側を流れる蒸気の単位時間当たりの流量は、互いに等しいものとする。ここで、弁体６の上半側とは、図３に示すように弁体６が全開の状態において、第１面６ａおよび第３面６ｃの側であり、弁体６の下半側とは、第２面６ｂおよび第４面６ｄの側である。

Ｐｕ＋ρＶｕ^２／２＝Ｐｂ＋ρＶｂ^２／２ …（２）

例えば、第１面６ａ側であり、弁棒軸方向に平行なある軸の位置での蒸気の静圧をＰ６ａ、弁体６の第１面６ａ側を流れる蒸気の流速をＶ６ａ、第２面６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧をＰ６ｂ、弁体６の第２面６ｂ側を流れる蒸気の流速をＶ６ｂとしたとき、下記式（３）の関係が成り立つ。また、第３面６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行なある軸の位置での蒸気の静圧をＰ６ｃ、弁体６の第３面６ｃ側を流れる蒸気の流速をＶ６ｃ、第４面６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧をＰ６ｄ、弁体６の第４面６ｄ側を流れる蒸気の流速をＶ６ｄとしたとき、下記式（４）の関係が成り立つ。

Ｐ６ａ＋ρＶ６ａ^２／２＝Ｐ６ｂ＋ρＶ６ｂ^２／２ …（３）
Ｐ６ｃ＋ρＶ６ｃ^２／２＝Ｐ６ｄ＋ρＶ６ｄ^２／２ …（４）

上記のように、第１面６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６ａは、第２面６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６ｂより小さいことから、Ｖ６ａ＞Ｖ６ｂである。そして、この速度の関係式と式（３）とから、Ｐ６ａ＜Ｐ６ｂとなる。また、第３面６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６ｃは、第４面６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６ｄと同じであることから、Ｖ６ｃ＝Ｖ６ｄである。そして、この速度の関係式と式（４）とから、Ｐ６ｃ＝Ｐ６ｄとなる。すなわち、第１面６ａ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ６ａに比べて、第２面６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ６ｂが大きく、第３面６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ６ｃと、第４面６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ６ｄとが同一である。そのため、図３に示すように、弁体６には時計回りの方向の回転、すなわち弁体６を閉鎖する方向のモーメントが付与される。

このように、図３に示す弁体６の断面が上下非対称の菱形状であるため、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって弁体６の上下表面で圧力差が生じ、弁体６は時計回りに回転する方向の力を受ける。さらに、弁体６の第２面６ｂのみが、基準面に対して、全体的に弁体６の内側に向かって窪んだ凹型の曲面を有する形状（以下、凹型形状ともいう）であっても、上記と同様に、弁体６は時計回りに回転する方向の力を受ける。第２面６ｂのみが凹型形状であるとき、Ｓ６ａ＜Ｓ６ｂであり、Ｓ６ｃ＝Ｓ６ｄである。すなわち、Ｐ６ａ＜Ｐ６ｂ、Ｐ６ｃ＝Ｐ６ｄである。さらに、第４面６ｄのみが凸型形状である場合、および第３面６ｃのみが凹型形状である場合でも、上記と同様に、弁体６は時計回りに回転する方向の力を受ける。

ここで、図３は、弁棒軸方向に垂直、かつ、弁体６の中心を横切る断面であり、弁棒軸方向に垂直な弁体６の断面のうち、断面積の最も大きい断面である。そして、図３に示す断面以外の、弁棒軸方向に垂直な弁体６の断面は、基本的には図３に示す断面の形状に対して相似の形状を有し、大きさが異なるだけである。そのため、図３に示す断面以外の、弁棒軸方向に垂直な弁体６の断面についても、上記と同様に、ベルヌーイの定理に基づく関係は成立し、モーメントが弁体６に付与される。なお、弁体６は３次元形状であり、図３に示した断面は、弁棒軸方向に垂直、かつ、弁体６の中心を横切る断面である。そのため、図３に示した断面は、上記のモーメントを最大に付与される断面である。

なお参考として、図１３に示すように、従来のバタフライ弁９００における弁体９０６の断面は菱形、すなわち、弁体９０６の第１面、第２面、第３面、および第４面は、同一形状であり、平坦面である。そして、弁体９０６を全開にしたときの蒸気の流路断面積は、弁体９０６の上半側および下半側で同じである。そのため、蒸気の流速は、弁体９０６の上半側および下半側で同じである。すなわち、弁体９０６の上下表面での蒸気による圧力差は生じないことから、弁体９０６には回転力が付与されない。

ここで、蒸気タービンに異常が発生した場合には、蒸気タービンに流入する蒸気を早急に遮断する必要がある。そのため、図３に示す蒸気タービンに具備される非常トリップ機構（図示しない）が動作すると、駆動装置１９に設けられる油圧シリンダ２２内の制御油がドレン系統に通じ、制御油が駆動装置１９のばね箱２３に内蔵されたばね（図示しない）によって瞬時にドレンに排出し、弁体６を閉鎖する方向の回転力が弁体６に付与される。さらには、上記のように、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気により、弁体６の上半側と下半側とで圧力差が生じることによって、弁体６を閉鎖する方向の回転力が弁体６に付与される。つまり、ばね箱２３内のばねに加えて蒸気流路５を流れる蒸気によっても、時計回りの方向の力が弁体６に付与されることで、弁体６は蒸気流路５を急閉鎖することができる。

なお、蒸気タービンを通常に停止させる場合、または蒸気タービンの通常運転中に弁体６の閉鎖テストを実施する場合には、駆動装置１９に具備される電磁弁またはサーボ弁を動作させ（いずれも図示しない）、油圧シリンダ２２内の制御油を一定速度で排出し、ばね箱２３に内蔵されたばね（図示しない）によって、弁体６を所定の速度で閉鎖させる。

上記したように、第１の実施の形態のバタフライ弁によれば、駆動装置１９のばね箱２３に内蔵されたばねの力に加えて、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気により、弁体６を閉鎖する方向の回転力が弁体６に付与されることから、弁体６は従来よりも確実に閉鎖することができる。そのため、蒸気タービンの連続運転期間の長期化などにより、弁体の動作が緩慢または弁体がスティックした場合であっても、第１の実施の形態のバタフライ弁は、従来よりも、弁体を確実に閉鎖させ、蒸気タービンを安全かつ確実に停止させることができる。

また、弁体が全開でスティックしたまま負荷遮断やトリップが発生すると、低圧蒸気タービンの入口側の蒸気圧力が復水器の圧力に近づく。そして、バタフライ弁の前後差圧が大きくなるにつれて、蒸気の流速も増加する。蒸気の流速が増加するほど、弁体の上下半側で生じる圧力差が大きくなり、弁体に付与される回転モーメントも増加するため、弁体を閉鎖する力は増加し、バタフライ弁の信頼性は更に向上する。

また、第１の実施の形態のバタフライ弁は、中間蒸気止め弁２およびインターセプト弁３の両方に用いられる場合について説明したが、第１の実施の形態のバタフライ弁が、中間蒸気止め弁２およびインターセプト弁３のいずれか一方のみであってもよい。

また、弁棒８および弁棒９が共に水平に配置される構成を説明したが、弁棒８および弁棒９が共に鉛直に配置される構成でもよいし、弁棒８および弁棒９の一方が水平に配置され、弁棒８および弁棒９の他方が鉛直に配置される構成でもよい。弁棒８や弁棒９が鉛直に配置される場合、中間蒸気止め弁２やインターセプト弁３を構成する各構成部材の配置位置は適宜調整される。

また、第１の実施の形態のバタフライ弁が使用される原子力発電プラント３０は、原子炉３１で発生した蒸気を直接高圧蒸気タービン３２に導入して発電する方式である沸騰水型原子炉の構成を説明したが、原子力発電プラント３０は、原子炉３１で発生した蒸気を直接高圧蒸気タービン３２に導入せずに、蒸気発生器（図示しない）と呼ばれる、いわゆる熱交換器によって熱交換した蒸気を高圧蒸気タービン３２に導入して発電する方式である加圧水型原子炉であってもよい。

また、第１の実施の形態のバタフライ弁が原子力発電プラントに使用される構成を説明したが、第１の実施の形態のバタフライ弁は、火力発電プラントや地熱発電プラントに使用されてもよい。

（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態のバタフライ弁の弁体１０６を示す断面図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。なお、第２の実施の形態のバタフライ弁について、第１の実施の形態のバタフライ弁と同様に、中間蒸気止め弁およびインターセプト弁は、基本的には同じ形状およびサイズである。以下では、特に明記しない限り、中間蒸気止め弁について説明する。

第２の実施の形態のバタフライ弁において、弁体１０６の構成が異なる以外は、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

第２の実施の形態のバタフライ弁について、弁体１０６の第１面１０６ａおよび第４面１０６ｄが、凸型形状である。すなわち、第１面１０６ａの形状と第１面１０６ａに対向する第４面１０６ｄの形状とは同じである。また、弁体１０６の第２面１０６ｂおよび第３面１０６ｃは、平坦面である。このとき、蒸気が流れる蒸気流路５の断面について、第１面１０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ１０６ａは、第２面１０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ１０６ｂより小さい。また、第３面１０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ１０６ｃは、第４面１０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ１０６ｄより大きい。

第１面１０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ１０６ａは、第２面１０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ１０６ｂより小さいことから、Ｖ１０６ａ＞Ｖ１０６ｂであり、Ｐ１０６ａ＜Ｐ１０６ｂとなる。また、第３面１０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ１０６ｃは、第４面１０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ１０６ｄより大きいことから、Ｖ１０６ｃ＜Ｖ１０６ｄであり、Ｐ１０６ｃ＞Ｐ１０６ｄとなる。すなわち、第１面１０６ａ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ１０６ａに比べて、第２面１０６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ１０６ｂが大きく、第３面１０６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ１０６ｃに比べて、第４面１０６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ１０６ｄが小さい。そのため、弁体１０６には時計回りの方向の回転、すなわち弁体１０６を閉鎖する方向のモーメントが付与される。

このように、図４に示す弁体１０６の断面が上下非対称の菱形状であるため、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって弁体１０６の上下表面で圧力差が生じ、弁体１０６は時計回りに回転する方向の力を受ける。ここで、第１の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体１０６の上下表面で生じる圧力差は２倍であり、弁体１０６に付与される時計回りの方向の力は２倍である。さらに、弁体１０６の第２面１０６ｂおよび第３面１０６ｃが、凹型形状であっても、上記と同様に、弁体１０６は時計回りに回転する方向の力を受ける。第２面１０６ｂおよび第３面１０６ｃが凹型形状であるとき、Ｓ１０６ａ＜Ｓ１０６ｂであり、Ｓ１０６ｃ＞Ｓ１０６ｄである。すなわち、Ｐ１０６ａ＜Ｐ１０６ｂ、Ｐ１０６ｃ＞Ｐ１０６ｄである。

図５は、第２の実施の形態のバタフライ弁の弁体の他の例を示す断面図である。第１面１０６ａが凸型形状であり、第３面１０６ｃが凹型形状であり、第２面１０６ｂおよび第４面１０６ｄが平坦面である。すなわち、第１面１０６ａの形状と第１面１０６ａに隣接する第３面１０６ｃの形状とは異なる。上記と同様に、図５に示す弁体も時計回りに回転する方向の力を受ける。さらに、第１面１０６ａが凸型形状であり第２面１０６ｂが凹型形状である場合、第４面１０６ｄが凸型形状であり第３面１０６ｃが凹型形状である場合、第４面１０６ｄが凸型形状であり第２面１０６ｂが凹型形状である場合でも、同様に、弁体は時計回りに回転する方向の力を受ける。

上記したように、第２の実施の形態のバタフライ弁によれば、駆動装置１９のばね箱２３に内蔵されたばねの力に加えて、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気により、第１の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体１０６を閉鎖する方向の回転力が弁体１０６に２倍付与されることから、弁体１０６は第１の実施の形態のバタフライ弁よりも確実に閉鎖することができる。そのため、第２の実施の形態のバタフライ弁は、更に、蒸気タービンを安全かつ確実に停止させることができる。

（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態のバタフライ弁の弁体２０６を示す断面図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。なお、第３の実施の形態のバタフライ弁について、第１の実施の形態のバタフライ弁と同様に、中間蒸気止め弁およびインターセプト弁は、基本的には同じ形状およびサイズである。以下では、特に明記しない限り、中間蒸気止め弁について説明する。

第３の実施の形態のバタフライ弁において、弁体２０６の構成が異なる以外は、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

第３の実施の形態のバタフライ弁について、弁体２０６の第１面２０６ａおよび第４面２０６ｄが、凸型形状であり、第３面２０６ｃが、凹型形状である。すなわち、第１面２０６ａの形状と第１面２０６ａに対向する第４面２０６ｄの形状とは同じであり、第１面２０６ａの形状と第１面２０６ａに隣接する第３面２０６ｃの形状とは異なる。また、弁体２０６の第２面２０６ｂは、平坦面である。このとき、蒸気が流れる蒸気流路５の断面について、第１面２０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ２０６ａは、第２面２０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ２０６ｂより小さい。また、第３面２０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ２０６ｃは、第４面２０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ２０６ｄより大きい。

第１面２０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ２０６ａは、第２面２０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ２０６ｂより小さいことから、Ｖ２０６ａ＞Ｖ２０６ｂであり、Ｐ２０６ａ＜Ｐ２０６ｂとなる。また、第３面２０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ２０６ｃは、第４面２０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ２０６ｄより大きいことから、Ｖ２０６ｃ＜Ｖ２０６ｄであり、Ｐ２０６ｃ＞Ｐ２０６ｄとなる。すなわち、第１面２０６ａ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ２０６ａに比べて、第２面２０６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ２０６ｂが大きく、第３面２０６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ２０６ｃに比べて、第４面２０６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ２０６ｄが小さい。そのため、弁体２０６には時計回りの方向の回転、すなわち弁体２０６を閉鎖する方向のモーメントが付与される。

このように、図６に示す弁体２０６の断面が上下非対称の菱形状であるため、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって弁体２０６の上下表面で圧力差が生じ、弁体２０６は時計回りに回転する方向の力を受ける。ここで、第１の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体２０６の上下表面で生じる圧力差は３倍であり、弁体２０６に付与される時計回りの方向の力は３倍である。

さらに、弁体２０６の第１面２０６ａおよび第４面２０６ｄが、凸型形状であり、第２面２０６ｂが、凹型形状であっても、上記と同様に、弁体２０６は時計回りに回転する方向の力を受ける。第１面２０６ａおよび第４面２０６ｄが凸型形状であり、第２面２０６ｂが凹型形状であるとき、Ｓ２０６ａ＜Ｓ２０６ｂであり、Ｓ２０６ｃ＞Ｓ２０６ｄである。すなわち、Ｐ２０６ａ＜Ｐ２０６ｂ、Ｐ２０６ｃ＞Ｐ２０６ｄである。

上記したように、第３の実施の形態のバタフライ弁によれば、駆動装置１９のばね箱２３に内蔵されたばねの力に加えて、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気により、第１の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体２０６を閉鎖する方向の回転力が弁体２０６に３倍付与されることから、弁体２０６は第２の実施の形態のバタフライ弁よりも確実に閉鎖することができる。そのため、第３の実施の形態のバタフライ弁は、更に、蒸気タービンを安全かつ確実に停止させることができる。

（第４の実施の形態）
図７は、第４の実施の形態のバタフライ弁の弁体３０６を示す断面図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。なお、第４の実施の形態のバタフライ弁について、第１の実施の形態のバタフライ弁と同様に、中間蒸気止め弁およびインターセプト弁は、基本的には同じ形状およびサイズである。以下では、特に明記しない限り、中間蒸気止め弁について説明する。

第４の実施の形態のバタフライ弁において、弁体３０６の構成が異なる以外は、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

第４の実施の形態のバタフライ弁について、弁体３０６の第１面３０６ａおよび第４面３０６ｄが、凸型形状であり、第２面３０６ｂおよび第３面３０６ｃが、凹型形状である。すなわち、第１面３０６ａの形状と第１面３０６ａに対向する第４面３０６ｄの形状とは同じであり、第２面３０６ｂの形状と第２面３０６ｂに対向する第３面３０６ｃの形状とは同じである。また、それぞれ隣接する第１面３０６ａの形状と第３面３０６ｃの形状、第３面３０６ｃの形状と第４面３０６ｄの形状、第４面３０６ｄの形状と第２面３０６ｂの形状、および第２面３０６ｂの形状と第１面３０６ａの形状は異なる。このとき、蒸気が流れる蒸気流路５の断面について、第１面３０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ３０６ａは、第２面３０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ３０６ｂより小さい。また、第３面３０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ３０６ｃは、第４面３０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ３０６ｄより大きい。

第１面３０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ３０６ａは、第２面３０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ３０６ｂより小さいことから、Ｖ３０６ａ＞Ｖ３０６ｂであり、Ｐ３０６ａ＜Ｐ３０６ｂとなる。また、第３面３０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ３０６ｃは、第４面３０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ３０６ｄより大きいことから、Ｖ３０６ｃ＜Ｖ３０６ｄであり、Ｐ３０６ｃ＞Ｐ３０６ｄとなる。すなわち、第１面３０６ａ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ３０６ａに比べて、第２面３０６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ３０６ｂが大きく、第３面３０６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ３０６ｃに比べて、第４面３０６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ３０６ｄが小さい。そのため、弁体３０６には時計回りの方向の回転、すなわち弁体３０６を閉鎖する方向のモーメントが付与される。

このように、図７に示す弁体３０６の断面が上下非対称の菱形状であるため、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって弁体３０６の上下表面で圧力差が生じ、弁体３０６は時計回りに回転する方向の力を受ける。ここで、第１の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体３０６の上下表面で生じる圧力差は４倍であり、弁体３０６に付与される時計回りの方向の力は４倍である。

上記したように、第４の実施の形態のバタフライ弁によれば、駆動装置１９のばね箱２３に内蔵されたばねの力に加えて、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気により、第１の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体３０６を閉鎖する方向の回転力が弁体３０６に４倍付与されることから、弁体３０６は第３の実施の形態のバタフライ弁よりも確実に閉鎖することができる。そのため、第４の実施の形態のバタフライ弁は、更に、蒸気タービンを安全かつ確実に停止させることができる。

（第５の実施の形態）
図８は、第５の実施の形態のバタフライ弁の弁体４０６を示す断面図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。なお、第５の実施の形態のバタフライ弁について、第１の実施の形態のバタフライ弁と同様に、中間蒸気止め弁およびインターセプト弁は、基本的には同じ形状およびサイズである。以下では、特に明記しない限り、中間蒸気止め弁について説明する。

第５の実施の形態のバタフライ弁において、弁体４０６の構成が異なる以外は、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

第５の実施の形態のバタフライ弁について、弁体４０６の第２面４０６ｂのみが、凸型形状である。また、弁体４０６の第１面４０６ａ、第３面４０６ｃ、および第４面４０６ｄは、平坦面である。このとき、蒸気が流れる蒸気流路５の断面について、第１面４０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ４０６ａは、第２面４０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ４０６ｂより大きい。また、第３面４０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ４０６ｃは、第４面４０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ４０６ｄと同じである。

第１面４０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ４０６ａは、第２面４０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ４０６ｂより大きいことから、Ｖ４０６ａ＜Ｖ４０６ｂであり、Ｐ４０６ａ＞Ｐ４０６ｂとなる。また、第３面４０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ４０６ｃは、第４面４０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ４０６ｄと同じであることから、Ｖ４０６ｃ＝Ｖ４０６ｄであり、Ｐ４０６ｃ＝Ｐ４０６ｄとなる。すなわち、第１面４０６ａ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ４０６ａに比べて、第２面４０６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ４０６ｂが小さく、第３面４０６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ４０６ｃと、第４面４０６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ４０６ｄとが同一である。そのため、弁体４０６には反時計回りの方向の回転、すなわち弁体４０６を開ける方向のモーメントが付与される。

このように、図８に示す弁体４０６の断面が上下非対称の菱形状であるため、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって弁体４０６の上下表面で圧力差が生じ、弁体４０６は反時計回りに回転する方向の力を受ける。さらに、弁体４０６の第１面４０６ａのみが、凹型形状であっても、上記と同様に、弁体４０６は反時計回りに回転する方向の力を受ける。第１面４０６ａのみが凹型形状であるとき、Ｓ４０６ａ＞Ｓ４０６ｂであり、Ｓ４０６ｃ＝Ｓ４０６ｄである。すなわち、Ｐ４０６ａ＞Ｐ４０６ｂ、Ｐ４０６ｃ＝Ｐ４０６ｄである。さらに、第３面４０６ｃのみが凸型形状である場合、および第４面４０６ｄのみが凹型形状である場合でも、上記と同様に、弁体４０６は反時計回りに回転する方向の力を受ける。

上記したように、第５の実施の形態のバタフライ弁によれば、蒸気タービンの通常運転中である弁体４０６の全開状態時に、弁箱４内を流れる蒸気によって、反時計回りに回転する方向、言い換えると弁体４０６を開ける方向の力を常に弁体４０６に付与することができる。そのため、弁体４０６の全開状態時に流れる大流量の蒸気流れに起因した弁体４０６の振動を大幅に抑制することができる。さらには、従来の蒸気流れに起因した弁体４０６の振動を抑制することができることから、全開ストッパを設けなくてもよい。そのため、全開ストッパに起因した圧力損失の増大は回避することができ、タービン効率は増加することができる。

（第６の実施の形態）
図９は、第６の実施の形態のバタフライ弁の弁体５０６を示す断面図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。なお、第６の実施の形態のバタフライ弁について、第１の実施の形態のバタフライ弁と同様に、中間蒸気止め弁およびインターセプト弁は、基本的には同じ形状およびサイズである。以下では、特に明記しない限り、中間蒸気止め弁について説明する。

第６の実施の形態のバタフライ弁において、弁体５０６の構成が異なる以外は、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

第６の実施の形態のバタフライ弁について、弁体５０６の第２面５０６ｂおよび第３面５０６ｃが、凸型形状である。すなわち、第２面５０６ｂの形状と第２面５０６ｂに対向する第３面５０６ｃの形状とは同じである。また、弁体５０６の第１面５０６ａおよび第４面５０６ｄは、平坦面である。このとき、蒸気が流れる蒸気流路５の断面について、第１面５０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ５０６ａは、第２面５０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ５０６ｂより大きい。また、第３面５０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ５０６ｃは、第４面５０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ５０６ｄより小さい。

第１面５０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ５０６ａは、第２面５０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ５０６ｂより大きいことから、Ｖ５０６ａ＜Ｖ５０６ｂであり、Ｐ５０６ａ＞Ｐ５０６ｂとなる。また、第３面５０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ５０６ｃは、第４面５０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ５０６ｄより小さいことから、Ｖ５０６ｃ＞Ｖ５０６ｄであり、Ｐ５０６ｃ＜Ｐ５０６ｄとなる。すなわち、第１面５０６ａ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ５０６ａに比べて、第２面５０６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ５０６ｂが小さく、第３面５０６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ５０６ｃに比べて、第４面５０６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ５０６ｄが大きい。そのため、弁体５０６には反時計回りの方向の回転、すなわち弁体５０６を開ける方向のモーメントが付与される。

このように、図９に示す弁体５０６の断面が上下非対称の菱形状であるため、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって弁体５０６の上下表面で圧力差が生じ、弁体５０６は反時計回りに回転する方向の力を受ける。ここで、第５の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体５０６の上下表面で生じる圧力差は２倍であり、弁体５０６に付与される反時計回りの方向の力は２倍である。さらに、弁体５０６の第１面５０６ａおよび第４面５０６ｄが、凹型形状であっても、上記と同様に、弁体５０６は反時計回りに回転する方向の力を受ける。第１面５０６ａおよび第４面５０６ｄが凹型形状であるとき、Ｓ５０６ａ＞Ｓ５０６ｂであり、Ｓ５０６ｃ＜Ｓ５０６ｄである。すなわち、Ｐ５０６ａ＞Ｐ５０６ｂ、Ｐ５０６ｃ＜Ｐ５０６ｄである。

図１０は、第６の実施の形態のバタフライ弁の弁体の他の例を示す断面図である。第１面５０６ａが凹型形状であり、第３面５０６ｃが凸型形状であり、第２面５０６ｂおよび第４面５０６ｄが平坦面である。すなわち、第１面５０６ａの形状と第１面５０６ａに隣接する第３面５０６ｃの形状とは異なる。上記と同様に、図１０に示す弁体も反時計回りに回転する方向の力を受ける。さらに、第３面５０６ｃが凸型形状であり第４面５０６ｄが凹型形状である場合、第１面５０６ａが凹型形状であり第２面５０６ｂが凸型形状である場合、第２面５０６ｂが凸型形状であり第４面５０６ｄが凹型形状である場合でも、同様に、弁体は反時計回りに回転する方向の力を受ける。

上記したように、第６の実施の形態のバタフライ弁によれば、蒸気タービンの通常運転中である弁体５０６の全開状態時に、弁箱４内を流れる蒸気によって、第５の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体５０６を開ける方向の力を常に弁体５０６に２倍付与することができる。そのため、弁体５０６の全開状態時に流れる大流量の蒸気流れに起因した弁体５０６の振動を大幅に抑制することができる。

（第７の実施の形態）
図１１は、第７の実施の形態のバタフライ弁の弁体６０６を示す断面図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。なお、第７の実施の形態のバタフライ弁について、第１の実施の形態のバタフライ弁と同様に、中間蒸気止め弁およびインターセプト弁は、基本的には同じ形状およびサイズである。以下では、特に明記しない限り、中間蒸気止め弁について説明する。

第７の実施の形態のバタフライ弁において、弁体６０６の構成が異なる以外は、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

第７の実施の形態のバタフライ弁について、弁体６０６の第１面６０６ａが、凹型形状であり、第２面６０６ｂおよび第３面６０６ｃが、凸型形状である。すなわち、第２面６０６ｂの形状と第２面６０６ｂに対向する第３面６０６ｃの形状とは同じであり、第２面６０６ｂの形状と第２面６０６ｂに隣接する第１面６０６ａの形状とは異なる。また、弁体６０６の第４面６０６ｄは、平坦面である。このとき、蒸気が流れる蒸気流路５の断面について、第１面６０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６０６ａは、第２面６０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６０６ｂより大きい。また、第３面６０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６０６ｃは、第４面６０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６０６ｄより小さい。

第１面６０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６０６ａは、第２面６０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６０６ｂより大きいことから、Ｖ６０６ａ＜Ｖ６０６ｂであり、Ｐ６０６ａ＞Ｐ６０６ｂとなる。また、第３面６０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６０６ｃは、第４面６０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ６０６ｄより小さいことから、Ｖ６０６ｃ＞Ｖ６０６ｄであり、Ｐ６０６ｃ＜Ｐ６０６ｄとなる。すなわち、第１面６０６ａ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ６０６ａに比べて、第２面６０６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ６０６ｂが小さく、第３面６０６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ６０６ｃに比べて、第４面６０６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ６０６ｄが大きい。そのため、弁体６０６には反時計回りの方向の回転、すなわち弁体６０６を開ける方向のモーメントが付与される。

このように、図１１に示す弁体６０６の断面が上下非対称の菱形状であるため、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって弁体６０６の上下表面で圧力差が生じ、弁体６０６は反時計回りに回転する方向の力を受ける。ここで、第５の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体６０６の上下表面で生じる圧力差は３倍であり、弁体６０６に付与される反時計回りの方向の力は３倍である。

さらに、弁体６０６の第２面６０６ｂおよび第３面６０６ｃが、凸型形状であり、第４面６０６ｄが、凹型形状であっても、上記と同様に、弁体６０６は反時計回りに回転する方向の力を受ける。第２面６０６ｂおよび第３面６０６ｃが凸型形状であり、第４面６０６ｄが凹型形状であるとき、Ｓ６０６ａ＞Ｓ６０６ｂであり、Ｓ６０６ｃ＜Ｓ６０６ｄである。すなわち、Ｐ６０６ａ＞Ｐ６０６ｂ、Ｐ６０６ｃ＜Ｐ６０６ｄである。

上記したように、第７の実施の形態のバタフライ弁によれば、蒸気タービンの通常運転中である弁体６０６の全開状態時に、弁箱４内を流れる蒸気によって、第５の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体６０６を開ける方向の力を常に弁体６０６に３倍付与することができる。そのため、弁体６０６の全開状態時に流れる大流量の蒸気流れに起因した弁体６０６の振動を大幅に抑制することができる。

（第８の実施の形態）
図１２は、第８の実施の形態のバタフライ弁の弁体７０６を示す断面図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。なお、第８の実施の形態のバタフライ弁について、第１の実施の形態のバタフライ弁と同様に、中間蒸気止め弁およびインターセプト弁は、基本的には同じ形状およびサイズである。以下では、特に明記しない限り、中間蒸気止め弁について説明する。

第８の実施の形態のバタフライ弁において、弁体７０６の構成が異なる以外は、第１の実施の形態のバタフライ弁の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

第８の実施の形態のバタフライ弁について、弁体７０６の第１面７０６ａおよび第４面７０６ｄが、凹型形状であり、第２面７０６ｂおよび第３面７０６ｃが、凸型形状である。すなわち、第１面７０６ａの形状と第１面７０６ａに対向する第４面７０６ｄの形状とは同じであり、第２面７０６ｂの形状と第２面７０６ｂに対向する第３面７０６ｃの形状とは同じである。また、それぞれ隣接する第１面７０６ａの形状と第３面７０６ｃの形状、第３面７０６ｃの形状と第４面７０６ｄの形状、第４面７０６ｄの形状と第２面７０６ｂの形状、および第２面７０６ｂの形状と第１面７０６ａの形状は異なる。このとき、蒸気が流れる蒸気流路５の断面について、第１面７０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ７０６ａは、第２面７０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ７０６ｂより大きい。また、第３面７０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ７０６ｃは、第４面７０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ７０６ｄより小さい。

第１面７０６ａ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ７０６ａは、第２面７０６ｂ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ７０６ｂより大きいことから、Ｖ７０６ａ＜Ｖ７０６ｂであり、Ｐ７０６ａ＞Ｐ７０６ｂとなる。また、第３面７０６ｃ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ７０６ｃは、第４面７０６ｄ側を流れる蒸気の流路断面積Ｓ７０６ｄより小さいことから、Ｖ７０６ｃ＞Ｖ７０６ｄであり、Ｐ７０６ｃ＜Ｐ７０６ｄとなる。すなわち、第１面７０６ａ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ７０６ａに比べて、第２面７０６ｂ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ７０６ｂが小さく、第３面７０６ｃ側であり、弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ７０６ｃに比べて、第４面７０６ｄ側であり、当該弁棒軸方向に平行な軸の位置での蒸気の静圧Ｐ７０６ｄが大きい。そのため、弁体７０６には反時計回りの方向の回転、すなわち弁体７０６を開ける方向のモーメントが付与される。

このように、図１２に示す弁体７０６の断面が上下非対称の菱形状であるため、弁箱４内の蒸気流路５を流れる蒸気によって弁体７０６の上下表面で圧力差が生じ、弁体７０６は反時計回りに回転する方向の力を受ける。ここで、第５の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体７０６の上下表面で生じる圧力差は４倍であり、弁体７０６に付与される反時計回りの方向の力は４倍である。

上記したように、第８の実施の形態のバタフライ弁によれば、蒸気タービンの通常運転中である弁体７０６の全開状態時に、弁箱４内を流れる蒸気によって、第５の実施の形態のバタフライ弁に比べて、弁体７０６を開ける方向の力を常に弁体７０６に４倍付与することができる。そのため、弁体７０６の全開状態時に流れる大流量の蒸気流れに起因した弁体７０６の振動を大幅に抑制することができる。

以上説明した実施の形態によれば、弁箱内を流れる蒸気によって時計回りまたは反時計回りの方向に回転する力を弁体に付与することができるバタフライ弁を提供することが可能となる。

本発明のいくつか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。

１…組合せバタフライ弁、２…中間蒸気止め弁、３…インターセプト弁、４…弁箱、４ａ…最上線、４ｂ…最下線、４ｃ…貫通穴、５…蒸気流路、６，１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７０６，７…弁体、６ａ，１０６ａ，２０６ａ，３０６ａ，４０６ａ，５０６ａ，６０６ａ，７０６ａ…第１面、６ｂ，１０６ｂ，２０６ｂ，３０６ｂ，４０６ｂ，５０６ｂ，６０６ｂ，７０６ｂ…第２面、６ｃ，１０６ｃ，２０６ｃ，３０６ｃ，４０６ｃ，５０６ｃ，６０６ｃ，７０６ｃ…第３面、６ｄ，１０６ｄ，２０６ｄ，３０６ｄ，４０６ｄ，５０６ｄ，６０６ｄ，７０６ｄ…第４面、Ｓ６ａ，Ｓ１０６ａ，Ｓ２０６ａ，Ｓ３０６ａ，Ｓ４０６ａ，Ｓ５０６ａ，Ｓ６０６ａ，Ｓ７０６ａ…流路断面積、Ｓ６ｂ，Ｓ１０６ｂ，Ｓ２０６ｂ，Ｓ３０６ｂ，Ｓ４０６ｂ，Ｓ５０６ｂ，Ｓ６０６ｂ，Ｓ７０６ｂ…流路断面積、Ｓ６ｃ，Ｓ１０６ｃ，Ｓ２０６ｃ，Ｓ３０６ｃ，Ｓ４０６ｃ，Ｓ５０６ｃ，Ｓ６０６ｃ，Ｓ７０６ｃ…流路断面積、Ｓ６ｄ，Ｓ１０６ｄ，Ｓ２０６ｄ，Ｓ３０６ｄ，Ｓ４０６ｄ，Ｓ５０６ｄ，Ｓ６０６ｄ，Ｓ７０６ｄ…流路断面積、８，９…弁棒、１０…入口フランジ、１１…出口フランジ、１２，１３…軸受箱、１４，１５…軸受、１６…スラストカラー、１７，１８…軸受カバー、１９…駆動装置、２０…ロッド、２１…リンク、２２…油圧シリンダ、２３…ばね箱、３０…原子力発電プラント、３１…原子炉、３２…高圧蒸気タービン、３３…低圧蒸気タービン、３４…主蒸気止め弁、３５…蒸気加減弁、３６…湿分分離加熱器、３７…復水器、３８…復水ポンプ、３９…発電機、９００…バタフライ弁、９０４…弁箱、９０５…蒸気流路、９０６…弁体、９０８…弁棒、９１９…駆動装置、９２０…ロッド、９２１…リンク、９２２…油圧シリンダ、９２３…ばね箱、９２４…全開ストッパ、９２５…蒸気の渦。

Claims (4)

1. 内部に蒸気流路を有する弁箱と、
   前記蒸気流路と交差するように配置される弁棒と、
   前記弁箱内で前記弁棒に取付けられ、前記弁棒と一体に回動し、前記蒸気流路を流れる蒸気の流量を調整し、前記弁棒の中心軸に垂直な断面が菱形状である弁体と
   を有するバタフライ弁であって、
   前記弁体が全開の状態において、前記弁体は、
   前記弁棒の中心軸より上流側、かつ、一方側に位置する第１面と、
   前記弁棒の中心軸より上流側、かつ、他方側に位置する第２面と、
   前記弁棒の中心軸より下流側、かつ、一方側に位置する第３面と、
   前記弁棒の中心軸より下流側、かつ、他方側に位置する第４面と
   を有し、
   前記第１面、前記第２面、前記第３面、前記第４面のうちの少なくとも１つの面が、前記弁体の外側に向かって膨らんだ凸型の形状、または、前記弁体の内側に向かって窪んだ凹型の形状であることを特徴とするバタフライ弁。
2. 前記第１面、前記第２面、前記第３面、前記第４面のうちの２つ以上の面が、凸型の形状または凹型の形状であり、
   前記凸型の形状または凹型の形状の面が隣接するとき、隣接する該面の形状が異なり、
   前記凸型の形状または凹型の形状の面が対向するとき、対向する該面の形状が同じであることを特徴とする請求項１記載のバタフライ弁。
3. 前記弁体は、時計回りに回転する方向の力を受けることを特徴とする請求項１または２記載のバタフライ弁。
4. 前記弁体は、反時計回りに回転する方向の力を受けることを特徴とする請求項１または２記載のバタフライ弁。

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