JP2017207174A - バルブ及び蒸気タービン設備 - Google Patents

Abstract

【課題】流体のリークを低減可能なバルブ及び蒸気タービン設備を提供する。
【解決手段】バルブは、弁棒と、前記弁棒の先端側に設けられ、前記弁棒を介して駆動されるように構成された第１弁体と、前記第１弁体が着座可能である第１弁座と、前記弁棒の軸方向に交差する方向に沿った副シート面と、前記第１弁体に対して前記弁棒の基端側に設けられ、前記第１弁体の閉弁時に前記副シート面に当接するように構成された副シート部と、前記弁棒の軸方向に沿った付勢力を生成可能な付勢部材と、を備え、前記第１弁体又は前記副シート部の一方は、前記弁棒に対して前記軸方向に相対変位可能であり、前記付勢部材によって前記第１弁座又は前記副シート面の一方に向かって付勢される。
【選択図】 図３

Description

本開示は、バルブ及びこれを備えた蒸気タービン設備に関する。

従来より、バルブ閉鎖時の流体リークを防ぐための工夫がなされている。
例えば、特許文献１には、蒸気タービンに用いられる蒸気弁が開示されている。この蒸気弁では、閉弁時に、弁体のシート面が弁座に着座することによって蒸気の流れが遮断されるとともに、弁体が接続される弁棒と、該弁棒が挿通されるボンネットとの間を通る蒸気のリークを防止するために、弁棒の拡径部に設けられたバックシートがボンネットに当接するようになっている。

特開２０１２−２１５６８号公報

ところで、特許文献１に記載の蒸気弁では、閉弁時に蒸気の流れ及びリークを遮断するために、弁体のシート面と弁棒のバックシートの２か所のシート部で同時にシートさせている。このとき、２つのシート部のうち片方しかシートできていない状態が生じる可能性があり、この場合、これら２つのシート部を確実にシールすることができず、蒸気のリークを低減できない可能性がある。
この点、特許文献１には、２か所のシート部分のシート不良に関する対策は具体的に記載されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、流体のリークを低減可能なバルブ及び蒸気タービン設備を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るバルブは、
弁棒と、
前記弁棒の先端側に設けられ、前記弁棒を介して駆動されるように構成された第１弁体と、
前記第１弁体が着座可能である第１弁座と、
前記弁棒の軸方向に交差する方向に沿った副シート面と、
前記第１弁体に対して前記弁棒の基端側に設けられ、前記第１弁体の閉弁時に前記副シート面に当接するように構成された副シート部と、
前記弁棒の前記軸方向に沿った付勢力を生成可能な付勢部材と、を備え、
前記第１弁体又は前記副シート部の一方は、前記弁棒に対して前記軸方向に相対変位可能であり、前記付勢部材によって前記第１弁座又は前記副シート面の一方に向かって付勢される。

上記（１）の構成では、第１弁体又は副シート部の一方は、弁棒に対して弁棒の軸方向に相対変位可能であり、付勢部材によって第１弁座又は副シート面の一方に向かって付勢される。これにより、第１弁体の閉弁時、第１弁体又は副シート部の他方が第１弁座又は副シート面の他方に着座又は当接するとともに、第１弁体又は副シート部の前記一方が第１弁座又は副シート面の前記一方に付勢部材によって押し付けられるので、第１弁体及び副シート部の両方で確実にシールできる。よって、バルブにおける流体のリークを低減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記第１弁体は、前記弁棒に対して前記軸方向に相対変位可能であり、前記第１弁体と前記弁棒との間に設けられた前記付勢部材によって前記第１弁座に向かって付勢される。

上記（２）の構成では、第１弁体は、弁棒に対して弁棒の軸方向に相対変位可能であり、付勢部材によって第１弁座に向かって付勢される。これにより、第１弁体の閉弁時、副シート部が副シート面に当接するとともに、第１弁体が第１弁座に付勢部材によって押し付けられるので、第１弁体及び副シート部の両方で確実にシールできる。よって、バルブにおける流体のリークを低減することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記弁棒は、前記先端側において、前記弁棒の半径方向に突出又は陥没した凸部又は凹部を含む弁棒側係合部を有し、
前記第１弁体は、前記弁棒側係合部と係合するように前記半径方向に陥没又は突出した凹部又は凸部を含む弁体側係合部を有し、
前記弁棒側係合部は、前記第１弁体の前記弁棒に対する前記軸方向における相対変位を許容するように、前記弁体側係合部に対して遊嵌されている。

上記（３）の構成によれば、弁棒側係合部は、弁体側係合部に対して遊嵌されている。すなわち、弁棒の軸方向において弁棒側係合部と弁体側係合部との間には隙間が形成される。よって、第１弁体の弁棒に対する軸方向における相対変位が許容されるので、付勢部材の付勢力により第１弁体を第１弁座に適切に押し付けることができ、第１弁体及び副シート部の両方で確実にシールできる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記弁棒は、前記半径方向外側に突出する前記凸部を前記弁棒側係合部として有し、
前記弁棒側係合部としての前記凸部は、
前記弁棒の前記軸方向の弁開側を向いて前記第１弁体と対向する第１面と、
前記弁棒の前記軸方向の弁閉側を向いて前記第１弁体と対向する第２面と、
を有し、
前記第１面と前記第１弁体との間、又は、前記第２面と前記第１弁体との間の少なくとも一方に隙間が設けられる。

上記（４）の構成によれば、弁棒側係合部としての凸部の第１面又は第２面と、第１弁体との間の少なくとも一方に隙間が設けられている。すなわち、弁棒の軸方向において弁棒側係合部としての凸部と第１弁体との間には隙間が形成される。よって、第１弁体の弁棒に対する軸方向の相対変位が許容されるので、付勢部材の付勢力により第１弁体を第１弁座に押し付けることができ、第１弁体及び副シート部の両方で確実にシールできる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記第１弁体が前記第１弁座に着座しているとき、前記第１面と前記第１弁体との間、及び、前記第２面と前記第１弁体との間の両方に隙間が設けられる。

上記（５）の構成によれば、第１弁体の閉弁時に、弁棒側係合部としての凸部の弁開側を向く第１面と第１弁体との間に隙間（第１隙間）が形成されるとともに、弁棒側係合部としての凸部の弁閉側を向く第２面と第１弁体との間に隙間（第２隙間）が形成される。
第１弁体の閉弁時において弁棒側係合部（凸部）に対して弁開側に第１隙間が形成されることで、バルブへの流体（例えば蒸気）の流入停止に伴う弁棒の温度低下に起因して弁棒が縮む際、第１弁体が弁棒によって持ち上げられてしまうことを防止することができる。また、第１弁体の調芯性を保持することができる。
一方、第１弁体の閉弁時において弁棒側係合部（凸部）に対して弁閉側に第２隙間が形成されることで、第１弁体及び副シート部が同時着座できない場合であっても、第１弁体及び副シート部の両方での良好なシールを実現できる。また、第２隙間によって、弁棒および第１弁体を含む各種部品間の熱伸び差を吸収することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れかの構成において、
前記弁棒は、前記先端側において、前記弁棒の先端面に開口するように前記軸方向に延在する弁棒穴を有し、
前記付勢部材は、前記弁棒穴の内部に設けられたばねである。

上記（６）の構成によれば、弁棒の軸方向に延在する弁棒穴によって案内されたばねにより、第１弁体に対して軸方向の付勢力を与えることができる。これにより、付勢部材によって第１弁体が第１弁座に適切に押し付けられるので、第１弁体及び副シート部の両方で確実にシールできる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、前記バルブは、
前記第１弁体と前記付勢部材との間に位置して前記付勢力を前記第１弁体に伝えるとともに、前記弁棒穴に係合して前記弁棒穴によって前記軸方向に案内されるように構成された付勢力受け部をさらに備える。

上記（７）の構成によれば、弁棒穴によって軸方向に案内されるように構成された付勢力受け部を介して、軸方向に沿った付勢力を第１弁体に与えることで、第１弁体を第１弁座により適切に押し付けることができる。このため、バルブにおいて第１弁体及び副シート部の両方で確実にシールできる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の構成において、
前記付勢力受け部は、前記第１弁体側において少なくとも部分的に球面形状を有し、該球面形状の部分において前記第１弁体と接するように構成されている。

上記（８）の構成によれば、付勢力受け部は、球面形状の部分において第１弁体と接するので、角部を持つ部分において第１弁体と接する場合に比べて、応力集中を緩和することができ、付勢力受け部又は第１弁体の寿命を向上させることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（８）の構成において、
前記付勢力受け部は、前記弁棒の前記軸方向に向かって凹むように前記第１弁体に形成された溝に係合する突起を有する。

上記（９）の構成によれば、弁棒の軸方向に向かって凹むように第１弁体に形成された溝に係合する突起により、付勢力受け部の中心位置を、弁棒の中心軸に確実に合わせることができる。これにより、軸方向に沿った付勢力を第１弁体に確実に与えて、第１弁体を弁座により確実に押し付けることができる。このため、バルブにおいて第１弁体及び副シート部の両方で確実にシールできる。

（１０）幾つかの実施形態では、前記（１）乃至（９）の構成において、
前記第１弁座を形成する内壁面を有し、該内壁面によって画定される内部空間に前記第１弁体を収容する第２弁体と、
前記第２弁体が着座可能である第２弁座を有する弁ケーシングと、
を備え、
前記第２弁体が前記第２弁座から離れた開弁位置にあるとき、前記弁棒又は前記第１弁体の一方が前記第１弁体の開弁方向に前記第２弁体に対して付勢されるように構成される。

上記（１０）の構成では、バルブの閉弁時に、第２弁体（主弁）が開弁位置にあるときに、弁棒又は第１弁体（子弁）が第１弁体の開弁方向に第２弁体に対して付勢される。このため、第２弁体が開弁位置から閉弁位置に移動するとき、第１弁体は、第２弁体の内部空間において第１弁体の開弁方向側に保持されながら第２弁体とともに第２弁体の閉弁方向に移動し、第２弁体が第２弁座に着座した後に、第２弁体の内壁面により形成される第１弁座に着座することとなる。よって、上記（１０）の構成によれば、閉弁時に第２弁体と第１弁体とが段階的に着座するため、第２弁体と第１弁体とが一体的に着座する場合（例えば、第１弁体が第２弁体に着座したまま第２弁体が第２弁座に着座する場合）に比べて、弁座に衝突する弁体の質量が低減される。これにより、弁体と弁座の衝突により弁体及び弁座に生じる衝撃力が低減されるため、シート部の損傷を低減することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、前記（１０）の構成において、
前記第２弁体は、前記弁棒の外周側に位置し、前記弁棒を該弁棒の前記軸方向に案内するための第１ブッシュを含み、
前記第２弁体が前記開弁位置にあるとき、前記第１ブッシュと前記弁棒との間に形成される第１室が、前記第１弁体が収容される前記第２弁体の前記内部空間の圧力よりも低圧となるように構成される。

上記（１１）の構成によれば、第２弁体が開弁位置にあるとき、前記連通路を介して、前記第１ブッシュと前記弁棒との間に形成される第１室が、第２弁体の内部空間の圧力よりも低圧となる。よって、弁棒には、第１室と第２弁体の内部空間との圧力差に基づく子弁の開弁方向の付勢力が作用する。よって、上記（１１）の構成によれば、閉弁時に、上述の圧力差に基づく付勢力により、第２弁体と第１弁体とが段階的に着座するため、第２弁体と第１弁体とが一体的に着座する場合に比べて、弁座に衝突する弁体の質量が低減される。これにより、弁体と弁座の衝突により弁体及び弁座に生じる衝撃力が低減されるため、シート部の損傷を低減することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、前記（１１）の構成において、
前記第１室は、前記第２弁体に対して前記弁棒及び前記第１弁体をリフトするためのリフト用隙間である。

上記（１２）の構成によれば、第２弁体に対して弁棒及び第１弁体をリフトするためのリフト用隙間を利用して、第２弁体内部空間よりも低圧となる第１室を形成することができる。これにより、弁体と弁座の衝突により弁体及び弁座に生じる衝撃力が低減されるため、シート部の損傷を低減することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、前記（１１）又は（１２）の構成において、
前記弁棒は、前記弁棒の内部おいて前記軸方向に延びる連通路を有し、
前記第２弁体が前記開弁位置にあるとき、前記連通路を介して、前記第１室と、前記第１室よりも低圧の第２室とが連通され、
前記第２弁体が閉弁位置にあるとき、前記第１室と前記第２室とが連通しないように構成される。

上記（１３）の構成によれば、第２弁体が開弁位置にあるとき、連通路を介して第１室を第２室に連通させることで、第１室内の圧力を減少させて、第１室と第２弁体の内部空間との圧力差に基づく第１弁体の開弁方向の付勢力を作り出すことができる。
一方、上記（１３）の構成では、第２弁体が閉弁位置にあるとき、第１室と第２室とが連通しないようになっているので、第１室から第２室に向かう流体のリーク流れが遮断される。これにより、第２弁体の内部空間からの弁棒と第１ブッシュとの間を介した流体のリークを低減することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、前記（１３）の構成において、
前記弁ケーシングは、前記弁棒の前記軸方向に対して交差する方向に沿った前記副シート面を有し、
前記弁棒は、前記第２弁体が前記閉弁位置にあるときに前記副シート面に当接可能な前記副シート部を含み、
前記第２弁体が前記閉弁位置にあるとき、前記連通路と前記第２室とは、前記副シート部及び前記副シート面の当接部によって隔てられるように構成される。

上記（１４）の構成によれば、第２弁体が閉弁位置にあるとき、連通路と第２室とを隔てる当接部により、第１室から第２室への流体の流れをより確実に遮断することができる。これにより、第２弁体の内部空間からの弁棒と第１ブッシュとの間を介した流体のリークを低減することができる。

（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービン設備は、
前記（１）乃至（１４）の何れに記載のバルブと、
前記バルブの下流側に設けられる蒸気タービンと、
を備える。

上記（１５）の構成では、第１弁体又は副シート部の一方は、弁棒に対して弁棒の軸方向に相対変位可能であり、付勢部材によって第１弁座又は副シート面の一方に向かって付勢される。これにより、第１弁体の閉弁時、第１弁体又は副シート部の他方が第１弁座又は副シート面の他方に着座又は当接するとともに、第１弁体又は副シート部の前記一方が第１弁座又は副シート面の前記一方に付勢部材によって押し付けられるので、第１弁体及び副シート部の両方で確実にシールできる。よって、バルブにおける流体のリークを低減することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、流体のリークを低減可能なバルブ及び蒸気タービン設備が提供される。

一実施形態に係るバルブが適用される蒸気タービン設備の概略構成図である。 幾つかの実施形態に係るバルブの全体を示す概略構成図である。 一実施形態に係るバルブの要部を示す構成図である。 一実施形態に係るバルブの要部を示す構成図である。 図３に示すバルブの全開状態を示す図である。 図３に示すバルブが開弁位置から閉弁位置へ移行している状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
なお、以下においては、幾つかの実施形態に係るバルブが蒸気タービン設備の蒸気弁として用いられる場合を一例として説明するが、幾つかの実施形態に係るバルブは、蒸気タービン設備以外の用途に用いられるものであってもよく、蒸気以外の流体の制御に用いられるものであってもよい。

まず、一実施形態に係るバルブが適用される蒸気タービン設備について説明する。図１は、一実施形態に係るバルブが適用される蒸気タービン設備の概略構成図である。
図１に示すように、蒸気タービン設備１は、蒸気を生成するためのボイラ２と、ボイラ２からの蒸気の圧力を回転エネルギーに変換する蒸気タービン４と、蒸気タービン４の回転により駆動される発電機８と、を含む。
図１に示す実施形態では、蒸気タービン４は、高圧蒸気タービン５と、中圧蒸気タービン６と、低圧蒸気タービン７と、を含み、高圧蒸気タービン５と中圧蒸気タービン６との間には、再熱器９が設けられる。高圧蒸気タービン５から排出された蒸気は、再熱器９により再加熱されて、中圧蒸気タービン６に供給されるようになっている。また、中圧蒸気タービン６から排出された蒸気は、低圧蒸気タービン７に供給されるようになっている。

ボイラ２と高圧蒸気タービン５とは、主蒸気供給配管３を介して接続されており、主蒸気供給配管３には、止め弁１１と加減弁１２とを含む蒸気弁１０が設けられている。止め弁１１を閉じることにより、ボイラ２から高圧蒸気タービン５に供給される蒸気の流れを遮断することが可能となっている。また、加減弁１２の開度を調節することにより、ボイラ２から高圧蒸気タービン５に供給される蒸気の流量を調節可能となっている。
また、再熱器９と中圧蒸気タービン６とを接続する配管には止め弁１３及び加減弁１４が設けられており、これらの止め弁１３及び加減弁１４によって、中圧蒸気タービン６に供給される蒸気の流れを遮断し、あるいは蒸気の流量を調節することが可能となっている。
幾つかの実施形態において、止め弁１１は以下に説明するバルブ２０である。幾つかの実施形態では、止め弁１３、加減弁１２、又は加減弁１４が以下に説明するバルブ２０であってもよい。

次に、図２〜図６を参照して、幾つかの実施形態に係るバルブ２０について説明する。

図２は、幾つかの実施形態に係るバルブの全体を示す概略構成図である。図２に示すように、幾つかの実施形態に係るバルブ２０は、弁棒３０と、弁棒３０の先端側に設けられる第１弁体（子弁）３２と、第１弁体３２を収容する内部空間３５を有する第２弁体（主弁）３４と、第１弁体３２及び第２弁体３４を収容する弁ケーシング２２とを備えた親子弁である。
第２弁体３４の内部空間３５は、第２弁体３４の内壁面４０により画定され、該内壁面４０は、第１弁体３２が着座可能な第１弁座（子弁弁座）４２を形成する。

弁ケーシング２２は、ケーシング本体２３と、ケーシング本体２３に取付けられるボンネット２４とを含み、ケーシング本体２３及びボンネット２４によって、蒸気入口２１から蒸気出口２９につながる蒸気流路１８、及び、第１弁体３２及び第２弁体３４の収容空間２５が形成されている。
ケーシング本体２３は、第２弁体３４が着座可能な第２弁座（主弁弁座）２６を有する。ボンネット２４は貫通孔２７を有し、該貫通孔２７には弁棒３０が挿通されている。

第２弁体には、第２弁体３４の内部空間３５と、蒸気入口２１側の蒸気流路１８とを連通させる通路４４が設けられている。
ボンネット２４には、第２弁体３４の背面側空間４６と、蒸気入口２１側の蒸気流路１８とを連通させるバランス孔２８が設けられている。

また、ボンネット２４には、貫通孔２７と弁棒３０との間を通って弁体（第１弁体３２及び第２弁体３４）側から大気側にリークする流体を回収するための第１回収ライン４８及び第２回収ライン５０が設けられている。第２回収ライン５０は、第１回収ライン４８よりも第１弁体３２から離れた位置に設けられており、第１回収ライン４８よりも低圧の流体溜り（不図示）に接続されている。

弁棒３０は、レバー３６を介してアクチュエータ３８（例えば油圧アクチュエータ）に接続されている。また、バルブ２０は、弁棒３０を介して第１弁体３２に閉弁方向の付勢力を与えるためのスプリング３７を備える。

第１弁体３２及び第２弁体３４は、弁棒３０を介して駆動されるようになっている。
バルブ２０の閉状態においては、第１弁体３２及び第２弁体３４は、スプリング３７により、第１弁座４２及び第２弁座２６に向かって（閉弁方向に向かって）付勢されている。

バルブ２０が開かれるとき、アクチュエータ３８を作動させて（例えば油圧アクチュエータの場合、油圧室に油を供給して）、レバー３６を介して、スプリング３７の付勢力と反対方向の駆動力が弁棒３０に対して与えられる。そして、アクチュエータ３８により弁棒３０に付与される駆動力がスプリング３７の付勢力に打ち勝つことにより、まず、弁棒３０とともに第１弁体３２が開弁方向に移動して、第１弁体３２が第１弁座４２から離れる。このとき、第２弁体３４は第２弁座２６に着座したままである。その後、弁開閉方向に沿った向きにおいて互いに対向する弁棒３０の弁棒側当接面７２（図３参照）と第２弁体３４の主弁側当接面７４（図３参照）とが当接して、第２弁体３４が第１弁体３２とともに開弁方向に移動して、第２弁体３４が第２弁座２６から離れる。このようにして、バルブ２０が開弁状態となる（図５参照）。

このようにバルブ２０が開くとき、第２弁体３４が第２弁座２６に着座した状態で、第１弁体３２が第１弁座４２から離れて開弁方向に移動すると、第２弁体３４に設けられた通路４４及びボンネット２４に設けられたバランス孔２８を介して、蒸気流路１８と第２弁体３４の背面側空間４６とが連通する。これにより、第２弁体３４の前後の圧力差が小さくなり、アクチュエータ３８等により大きな駆動力を与えずに、第２弁体３４を開くことができる。

一方、バルブ２０が閉じられるとき、アクチュエータ３８を作動させて（例えば油圧アクチュエータの場合、油圧室から油を排出して）、アクチュエータ３８によりレバー３６を介して弁棒に与える開弁方向の駆動力を減少させる。そして、第１弁体３２及び第２弁体３４は、スプリング３７の付勢力等により、第１弁座４２及び第２弁座２６に向かって移動し、着座する。このようにして、バルブ２０が閉弁状態となる。

図３及び図４は、それぞれ、一実施形態に係るバルブの要部を示す構成図である。なお、図３及び図４は、バルブの全閉状態（すなわち、第１弁体３２及び第２弁体３４の両方が閉弁位置にある状態）を示す図である。また、図５は図３に示すバルブの全開状態（すなわち、第１弁体３２及び第２弁体３４の両方が開弁位置にある状態）を示す図であり、図６は図３に示すバルブが開弁位置から閉弁位置へ移行している状態を示す図である。
なお、図３〜図６において、バランス孔の図示は省略されている。また、図４において、第１回収ライン４８及び第２回収ライン５０の図示は省略されている。

図３及び図４に示す実施形態では、第２弁体３４は、弁棒３０の外周側に位置し、弁棒３０を弁棒３０の軸方向に案内するための第１ブッシュ８６を含む。図３及び図４に示す例では、第１ブッシュ８６は第２弁体３４と別体として設けられて第２弁体に対して取り付けられている。一実施形態では、第１ブッシュ８６は、第２弁体３４と一体的に設けられてもよい。
また、ボンネット２４（弁ケーシング２２）には、弁棒３０の外周側に位置し、弁棒３０を弁棒３０の軸方向に案内するための第２ブッシュ９２を含む。
また、ボンネット２４は、第２弁体３４の外周側に位置し、第２弁体３４の軸方向（弁開閉方向）の摺動を案内するためのスリーブ７６と、弁棒３０の外周側に位置し、弁棒３０を弁棒３０を軸方向に案内するためのスリーブ７８と、を含む。

幾つかの実施形態では、バルブ２０は、弁棒３０の軸方向に交差する方向に沿った副シート面９８Ａ，９８Ｂと、第１弁体３２が設けられる先端側に対する基端側に設けられた副シート部３３Ａ，３３Ｂと、弁棒３０の軸方向に沿った付勢力を生成可能な付勢部材と、を備える。副シート部３３Ａ，３３Ｂは、第１弁体３２の開弁時に副シート面９８Ａ，３３Ｂに当接するように構成されている。そして、第１弁体３２又は副シート部３３Ａ，３３Ｂの一方は、弁棒３０に対して弁棒３０の軸方向に相対変位可能であり、付勢部材によって第１弁座４２又は副シート面９８Ａ，３３Ｂの一方に向かって付勢される。

例えば、図３に示す例示的な実施形態では、第２ブッシュ９２の弁棒３０基端側端面が副シート面９８Ａを形成しているとともに、弁棒３０の外周側において弁棒３０と一体的に動くように設けられた拡径部３１の先端側端面が、副シート部３３Ａを形成している。
また、付勢部材としてのばね６２Ａが、第１弁体３２と弁棒３０との間に設けられている。弁棒３０の先端側には、弁棒３０の先端面７０に開口するように弁棒３０の軸方向に延在する弁棒穴６０が設けられており、ばね６２Ａは、該弁棒穴６０の内部に設けられている。
そして、第１弁体３２は、弁棒３０に対して弁棒３０の軸方向に相対変位可能であり、第１弁体３２と弁棒３０との間に設けられたばね６２Ａによって第１弁座４２に向かって付勢されている。
なお、拡径部３１は、弁棒３０と一体的に設けられていてもよい。あるいは、弁棒３０とは別体として設けられた拡径部３１が弁棒３０の外周側に取付けられていてもよい。

図３に示す実施形態では、第１弁体３２が、弁棒３０に対して弁棒３０の軸方向に相対変位可能であり、ばね６２Ａによって第１弁座４２に向かって付勢される。これにより、第１弁体３２の閉弁時、副シート部３３Ａが副シート面９８Ａに当接するとともに、第１弁体３２が第１弁座４２にばね６２Ａによって押し付けられる。このため、第１弁体３２及び副シート部３３Ａの両方で確実にシールでき、バルブ２０において、貫通孔２７と弁棒３０との隙間を介した大気側への流体のリークを低減することができる。

また、例えば、図４に示す例示的な実施形態において、ボンネット２４（弁ケーシング２２）には、第２ブッシュ９２よりも弁棒３０基端側にて軸方向に沿って延在するように軸方向穴８５が設けられている。また、軸方向穴８５の内部には、軸方向穴８５の内部を弁棒３０の軸方向に沿って可動な可動片８２が設けられている。可動片８２の内周側には、軸方向に沿って伸びる凹部８３が設けられている。弁棒３０には、該凹部８３に弁棒３０の径方向に向かって突出するように凸部８０が設けられており、凸部８０は、凹部８３に係合して可動片８２に対して軸方向に摺動可能になっている。なお、凸部８０が可動片８２に対して軸方向に摺動可能であるので、第１弁体３２及び第２弁体３４が開弁方向に移動するとき、凸部８０が可動片８２を軸方向に押上げてばね６２Ｂを圧縮することで、副シート部３３Ｂのシートが解除される。

図４に示す実施形態において、第２ブッシュ９２の弁棒３０基端側端面が副シート面９８Ｂを形成しているとともに、可動片８２の弁棒３０先端側端面が副シート部３３Ｂを形成している。
また、付勢部材としてのばね６２Ｂが、軸方向穴８５の内部において該可動片８２よりも弁棒３０基端側に設けられている。
そして、副シート部３３Ｂは、弁棒３０に対して弁棒３０の軸方向に相対変位可能であり、ばね６２Ｂによって副シート面９８Ｂに向かって付勢されている。

図４に示す実施形態では、副シート部３３Ｂが、弁棒３０に対して弁棒３０の軸方向に相対変位可能であり、ばね６２Ｂによって副シート面９８Ｂに向かって付勢される。これにより、第１弁体３２の閉弁時、第１弁体３２が第１弁座４２に着座するとともに、副シート部３３Ｂが副シート面９８Ｂにばね６２Ｂによって押し付けられる。このため、第１弁体３２及び副シート部３３Ｂの両方で確実にシールでき、バルブ２０において、貫通孔２７と弁棒３０との隙間を介した大気側への流体のリークを低減することができる。

幾つかの実施形態では、弁棒３０は、弁棒３０の先端側において、弁棒３０の半径方向に突出又は陥没した凸部又は凹部を含む弁棒側係合部を有するとともに、第１弁体３２は、前記弁棒側係合部と係合するように前記半径方向に陥没又は突出した凹部又は凸部を含む弁体側係合部を有し、弁棒側係合部は、第１弁体３２の弁棒３０に対する弁棒３０の軸方向における相対変位を許容するように、弁体側係合部に対して遊嵌されている。

例えば、図３に示す実施形態では、弁棒３０は、弁棒３０の先端側において、弁棒３０の半径方向に突出した凸部５２（弁棒側係合部）を有するとともに、第１弁体３２は、凸部５２と係合するように弁棒３０の半径方向に陥没した凹部５８（弁体側係合部）を有する。そして、凸部５２（弁棒側係合部）は、第１弁体３２の弁棒３０に対する軸方向における相対変位を許容するように、凹部５８（弁体側係合部）に対して遊嵌されている。

より具体的には、図３に示す実施形態において、凸部５２（弁棒側係合部）は、弁棒３０の軸方向の弁開側（開弁方向）を向いて第１弁体３２と対向する第１面５４と、弁棒３０の軸方向の弁閉側（閉弁方向）を向いて第１弁体３２と対向する第２面５６と、を有する。そして、第１面５４と第１弁体３２との間、又は、第２面５６と第１弁体３２との間の少なくとも一方に隙間（５５又は５７）が設けられている。

このように、凸部５２（弁棒側係合部）は、凹部５８（弁体側係合部）に対して遊嵌されており、弁棒３０の軸方向において凸部５２（弁棒側係合部）と凹部５８（弁体側係合部）との間には隙間が形成されると、第１弁体３２の弁棒３０に対する軸方向における相対変位が許容される。よって、付勢部材であるばね６２Ａの付勢力により第１弁体３２を第１弁座４２に適切に押し付けることができ、第１弁体３２及び副シート部３３Ａの両方で確実にシールできる。

また、図３に示す実施形態では、第１弁体３２が第１弁座４２に着座しているとき（すなわち図３に図示されるバルブ２０の状態であるとき）、第１面５４と第１弁体３２との間に第１隙間５５が設けられるとともに、第２面５６と第１弁体３２との間に第２隙間５７が設けられる。

この場合、第１弁体３２の閉弁時に、凸部（弁棒側係合部）の弁開側を向く第１面５４と第１弁体３２との間に第１隙間５５が形成されるとともに、凸部（弁棒側係合部）の弁閉側を向く第２面５６と第１弁体３２との間に第２隙間５７が形成される。
第１弁体３２の閉弁時において凸部（弁棒側係合部）に対して弁開側に第１隙間５５が形成されることで、バルブ２０への流体（例えば蒸気）の流入停止に伴う弁棒の温度低下に起因して弁棒３０が縮む際、第１弁体３２が弁棒３０によって持ち上げられてしまうことを防止することができる。
一方、第１弁体３２の閉弁時において凸部（弁棒側係合部）に対して弁閉側に第２隙間５７が形成されることで、第１弁体３２及び副シート部３３Ａが同時着座できない場合であっても、第１弁体３２及び副シート部３３Ａの両方での良好なシールを実現できる。また、第２隙間５７によって、弁棒３０および第１弁体３２を含む各種部品間の熱伸び差を吸収することができる。

上述したように、図３に示す実施形態において、付勢部材であるばね６２Ａは、弁棒３０の先端面７０に開口するように弁棒３０の軸方向に延在する弁棒穴６０の内部に設けられている。
この場合、弁棒３０の軸方向に延在する弁棒穴６０によって案内されたばね６２Ａにより、第１弁体３２に対して軸方向の付勢力を与えることができる。これにより、ばね６２Ａによって第１弁体３２が第１弁座４２に適切に押し付けられるので、第１弁体３２及び副シート部３３Ａの両方で確実にシールできる。

図３に示す実施形態において、バルブ２０は、第１弁体３２とばね６２Ａとの間に位置し、ばね６２Ａの付勢力を第１弁体３２に伝えるための付勢力受け部６４をさらに備える。また、付勢力受け部６４は、弁棒穴６０に係合しており、弁棒穴６０によって弁棒３０の軸方向に案内されるようになっている。
このように、弁棒穴６０によって軸方向に案内されるように構成された付勢力受け部６４を介して、軸方向に沿った付勢力を第１弁体３２に与えることで、第１弁体３２を第１弁座４２により適切に押し付けることができる。

また、付勢力受け部６４は、第１弁体３２側において少なくとも部分的に球面形状部６６を有し、該球面形状部６６において第１弁体３２と接するように構成されている。
この場合、角部を持つ部分において第１弁体３２と接する場合に比べて、応力集中を緩和することができ、付勢力受け部６４又は第１弁体３２の寿命を向上させることができる。

また、付勢力受け部６４は、弁棒３０の軸方向に向かって凹むように第１弁体３２に形成された溝６９に係合する突起６８を有する。典型的には、溝６９及び突起６８は、弁棒３０の軸中心を通るように設けられる。
弁棒３０の軸方向に向かって凹むように第１弁体３２に形成された溝６９に係合する突起６８により、付勢力受け部６４の中心位置を、弁棒３０の中心軸に確実に合わせることができる。これにより、軸方向に沿った付勢力を第１弁体３２に確実に与えて、第１弁体３２を第１弁座４２により確実に押し付けることができる。このため、バルブ２０において第１弁体３２及び副シート部３３Ａの両方で確実にシールできる。

幾つかの実施形態では、第２弁体３４が第２弁座２６から離れた開弁位置にあるとき、弁棒３０又は第１弁体３２の一方が第１弁体３２の開弁方向に第２弁体３４に対して付勢されるように構成される。
本明細書において、弁体が「開弁位置にあるとき」とは、弁体が弁座から離れた任意の位置にあるときに、との意味であってもよく、弁体が弁座から離れた特定の位置にあるときに、との意味であってもよい。すなわち、弁体が「開弁位置にあるとき」とは、弁体が弁座から離れた位置のうち少なくとも１つの位置において、との意味である。

図３に示す実施形態では、第２弁体３４が開弁位置にあるとき（図５参照）、第２弁体３４に設けられた第１ブッシュ８６と弁棒３０との間に形成される第１室８８が、第１弁体３２が収容される第２弁体３４の内部空間３５の圧力よりも低圧となるように構成される。

より具体的には、弁棒３０は、弁棒３０の内部おいて軸方向に延びる連通路９０を有しており、第２弁体３４が開弁位置にあるとき（図５参照）、連通路９０を介して、第１室８８と、第１室８８よりも低圧の第２室８９とが連通される。
図３に示す例示的な実施形態では、第２室８９は、弁ケーシング２２に設けられた第２ブッシュ９２と弁棒３０との隙間を介したリーク流体を回収するための第１回収ライン４８によって形成される。

また、図３に示す実施形態において、弁棒３０は、連通路９０の両端側にそれぞれ接続されるとともに、弁棒３０の半径方向に延びる一対の連通穴（９４，９６）を含む。一対の連通穴は、これらの連通穴のうち第１弁体３２側に位置する第１連通穴９４と、第１弁体３２とは反対側（弁棒３０の基端側）に位置する第２連通穴９６とを含む。
そして、第２弁体３４が開弁位置にあるとき（図５参照）、一対の連通穴（９４，９６）のうち第１弁体３２側に位置する第１連通穴９４が第１室８８に連通し、一対の連通穴の（９４，９６）うち第２連通穴９６が第２室８９（図３に示す例では第１回収ライン４８）に連通するように構成されている。

上述の構成を有するバルブ２０の閉弁手順の一例を図３、図５及び図６を参照して説明する。
まず、図５に示すように、第２弁体３４が第２弁座２６から離れた開弁位置にあるときには、弁棒３０の内部に設けられた連通路９０の第１連通穴９４が第１室８８に連通するとともに、第２連通穴９６が第２室８９である第１回収ライン４８に連通される。
これにより、第１弁体３２の背面側に形成される第１室８８が、連通路９０を介して、内部空間３５よりも低圧の第２室８９である第１回収ライン４８と接続され、第１室８８は、第２弁体３４の内部空間３５の圧力よりも低圧となる。よって、弁棒３０には、第１室８８と第２弁体３４の内部空間３５との圧力差に基づく第１弁体３２の開弁方向の付勢力が作用する。第１連通穴９４は、弁棒側当接面７２よりも開弁方向側で弁棒３０に開口し、第１室８８と連通する。

この状態で、アクチュエータ３８（図２参照）を作動させることにより（例えば油圧アクチュエータの場合、油圧室から油を排出して）、弁棒３０を第１弁体３２の閉弁方向に動かす。この際、上述したように、第２弁体３４が開弁位置にあるので、第１弁体３２が第２弁体３４に対して開弁方向付勢される。このため、第２弁体３４が開弁位置（図５参照）から閉弁位置（図６参照）に移動するとき、第１弁体３２は、第２弁体３４の内部空間３５において第１弁体３２の開弁方向側に保持されながら、第２弁体３４とともに第２弁体３４の閉弁方向に移動する（図５の状態から図６の状態に遷移する過程）。
そして、図６に示すように第２弁体３４が第２弁座２６に着座した後に、弁棒３０がさらに閉弁方向に動き、第１弁体３２が第１弁座４２に着座する（図３に示す状態となる）。

このように、閉弁時に第２弁体３４と第１弁体３２とが段階的に着座するため、第２弁体３４と第１弁体３２とが一体的に着座する場合（例えば、第１弁体３２が第２弁体３４に着座したまま第２弁体３４が第２弁座２６に着座する場合）に比べて、弁座に衝突する弁体の質量が低減される。これにより、弁体と弁座の衝突により弁体及び弁座に生じる衝撃力が低減されるため、シート部の損傷を低減することができる。

図３に示す実施形態において第１室８８は、第２弁体３４に対して弁棒３０及び第１弁体３２をリフトするためのリフト用隙間である。リフト用隙間の一部は、弁棒３０の弁棒側当接面７２と第１ブッシュ８６とにより画定される。
このように、第２弁体３４に対して弁棒３０及び第１弁体３２をリフトするためのリフト用隙間を利用して、第２弁体３４の内部空間３５よりも低圧となる第１室８８を形成することができる。

図３に示すように、第２弁体３４が閉弁位置にあるとき、第１室８８と第２室８９である第１回収ライン４８とが連通しないように構成される。すなわち、連通路９０と第２室８９である第１回収ライン４８とは、上述した副シート部３３Ａ及び副シート面９８Ａが当接することにより形成される当接部によって隔たれるようになっている。

このように、第２弁体が閉弁位置にあるとき、第１室８８と第２室８９である第１回収ライン４８とが連通しないようになっているので、第１室８８から第２室８９である第１回収ライン４８に向かう流体のリーク流れが遮断される。これにより、第２弁体３４の内部空間３５からの弁棒３０と第１ブッシュ８６との間を介した流体のリークを低減することができる。

上述したように、図３に示す実施形態では、弁ケーシング２２において、第１回収ライン４８よりも第１弁体３２から離れた位置にて第２回収ライン５０が設けられており、この第２回収ライン５０は、第１回収ライン４８よりも低圧の流体溜り（不図示）に接続されている。

このように、バルブ２０が第１回収ライン４８に加えて第２回収ライン５０を備える場合、第２ブッシュ９２と弁棒３０との隙間を介したリーク流体が第１回収ライン４８で回収しきれなかった場合であっても、該リーク流体を大気側に放出せずに第２回収ライン５０を介して回収することができる。

幾つかの実施形態では、バルブの全閉状態（すなわち、第１弁体３２及び第２弁体３４の両方が閉弁位置にある状態）において、弁棒３０を開弁方向へ移動させ始めると、連通路９０を介して第１室８８と第１室８８よりも低圧の第２室８９とが連通し、第１室８８が第２弁体３４の内部空間３５の圧力よりも低圧となる。
これにより、第１ブッシュ８６と弁棒３０との間に内部空間３５からのリーク流体の流入が促進され、第１ブッシュ８６と弁棒３０との摺動性が向上し、弁棒３０を比較的小さな駆動力で移動させることができるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 蒸気タービン設備
２ ボイラ
３ 主蒸気供給配管
４ 蒸気タービン
５ 高圧蒸気タービン
６ 中圧蒸気タービン
７ 低圧蒸気タービン
８ 発電機
９ 再熱器
１０ 蒸気弁
１１ 止め弁
１２ 加減弁
１３ 止め弁
１４ 加減弁
１８ 蒸気流路
２０ バルブ
２１ 蒸気入口
２２ 弁ケーシング
２３ ケーシング本体
２４ ボンネット
２５ 収容空間
２６ 第２弁座
２７ 貫通孔
２８ バランス孔
２９ 蒸気出口
３０ 弁棒
３１ 拡径部
３２ 第１弁体
３３Ａ，３３Ｂ 副シート部
３４ 第２弁体
３５ 内部空間
３６ レバー
３７ スプリング
３８ アクチュエータ
４０ 内壁面
４２ 第１弁座
４４ 通路
４６ 背面側空間
４８ 第１回収ライン
５０ 第２回収ライン
５２ 凸部
５４ 第１面
５５ 第１隙間
５６ 第２面
５７ 第２隙間
５８ 凹部
６０ 弁棒穴
６２Ａ，６２Ｂ ばね
６４ 付勢力受け部
６６ 球面形状部
６８ 突起
６９ 溝
７０ 先端面
７２ 弁棒側当接面
７４ 主弁側当接面
７６ スリーブ
７８ スリーブ
８０ 凸部
８２ 可動片
８３ 凹部
８５ 軸方向穴
８６ 第１ブッシュ
８８ 第１室
９０ 連通路
９２ 第２ブッシュ
９４ 第１連通穴
９６ 第２連通穴
９８Ａ，９８Ｂ 副シート面

Claims (15)

1. 弁棒と、
   前記弁棒の先端側に設けられ、前記弁棒を介して駆動されるように構成された第１弁体と、
   前記第１弁体が着座可能である第１弁座と、
   前記弁棒の軸方向に交差する方向に沿った副シート面と、
   前記第１弁体に対して前記弁棒の基端側に設けられ、前記第１弁体の閉弁時に前記副シート面に当接するように構成された副シート部と、
   前記弁棒の前記軸方向に沿った付勢力を生成可能な付勢部材と、を備え、
   前記第１弁体又は前記副シート部の一方は、前記弁棒に対して前記軸方向に相対変位可能であり、前記付勢部材によって前記第１弁座又は前記副シート面の一方に向かって付勢されることを特徴とするバルブ。
2. 前記第１弁体は、前記弁棒に対して前記軸方向に相対変位可能であり、前記第１弁体と前記弁棒との間に設けられた前記付勢部材によって前記第１弁座に向かって付勢されることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 前記弁棒は、前記先端側において、前記弁棒の半径方向に突出又は陥没した凸部又は凹部を含む弁棒側係合部を有し、
   前記第１弁体は、前記弁棒側係合部と係合するように前記半径方向に陥没又は突出した凹部又は凸部を含む弁体側係合部を有し、
   前記弁棒側係合部は、前記第１弁体の前記弁棒に対する前記軸方向における相対変位を許容するように、前記弁体側係合部に対して遊嵌されていることを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
4. 前記弁棒は、前記半径方向外側に突出する前記凸部を前記弁棒側係合部として有し、
   前記弁棒側係合部としての前記凸部は、
   前記弁棒の前記軸方向の弁開側を向いて前記第１弁体と対向する第１面と、
   前記弁棒の前記軸方向の弁閉側を向いて前記第１弁体と対向する第２面と、
   を有し、
   前記第１面と前記第１弁体との間、又は、前記第２面と前記第１弁体との間の少なくとも一方に隙間が設けられる
   ことを特徴とする請求項３に記載のバルブ。
5. 前記第１弁体が前記第１弁座に着座しているとき、前記第１面と前記第１弁体との間、及び、前記第２面と前記第１弁体との間の両方に隙間が設けられる
   ことを特徴とする請求項４に記載のバルブ。
6. 前記弁棒は、前記先端側において、前記弁棒の先端面に開口するように前記軸方向に延在する弁棒穴を有し、
   前記付勢部材は、前記弁棒穴の内部に設けられたばねである
   ことを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載のバルブ。
7. 前記第１弁体と前記付勢部材との間に位置して前記付勢力を前記第１弁体に伝えるとともに、前記弁棒穴に係合して前記弁棒穴によって前記軸方向に案内されるように構成された付勢力受け部をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のバルブ。
8. 前記付勢力受け部は、前記第１弁体側において少なくとも部分的に球面形状を有し、該球面形状の部分において前記第１弁体と接するように構成された
   ことを特徴とする請求項６又は７の何れか一項に記載のバルブ。
9. 前記付勢力受け部は、前記弁棒の前記軸方向に向かって凹むように前記第１弁体に形成された溝に係合する突起を有する
   ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載のバルブ。
10. 前記第１弁座を形成する内壁面を有し、該内壁面によって画定される内部空間に前記第１弁体を収容する第２弁体と、
    前記第２弁体が着座可能である第２弁座を有する弁ケーシングと、
    を備え、
    前記第２弁体が前記第２弁座から離れた開弁位置にあるとき、前記弁棒又は前記第１弁体の一方が前記第１弁体の開弁方向に前記第２弁体に対して付勢されるように構成された
    ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のバルブ。
11. 前記第２弁体は、前記弁棒の外周側に位置し、前記弁棒を該弁棒の前記軸方向に案内するための第１ブッシュを含み、
    前記第２弁体が前記開弁位置にあるとき、前記第１ブッシュと前記弁棒との間に形成される第１室が、前記第１弁体が収容される前記第２弁体の前記内部空間の圧力よりも低圧となるように構成されたことを特徴とする請求項１０に記載のバルブ。
12. 前記第１室は、前記第２弁体に対して前記弁棒及び前記第１弁体をリフトするためのリフト用隙間であることを特徴とする請求項１１に記載のバルブ。
13. 前記弁棒は、前記弁棒の内部おいて前記軸方向に延びる連通路を有し、
    前記第２弁体が前記開弁位置にあるとき、前記連通路を介して、前記第１室と、前記第１室よりも低圧の第２室とが連通され、
    前記第２弁体が閉弁位置にあるとき、前記第１室と前記第２室とが連通しないように構成された
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のバルブ。
14. 前記弁ケーシングは、前記弁棒の前記軸方向に対して交差する方向に沿った前記副シート面を有し、
    前記弁棒は、前記第２弁体が前記閉弁位置にあるときに前記副シート面に当接可能な前記副シート部を含み、
    前記第２弁体が前記閉弁位置にあるとき、前記連通路と前記第２室とは、前記副シート部及び前記副シート面の当接部によって隔てられるように構成された
    ことを特徴とする請求項１３に記載のバルブ。
15. 請求項１乃至１４の何れか一項に記載のバルブと、
    前記バルブの下流側に設けられる蒸気タービンと、
    を備えることを特徴とする蒸気タービン設備。

Images