JP2019060265A - 蒸気弁装置およびそれを備えた蒸気タービンプラント - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気加減弁の開閉過程時における蒸気流れの安定化を図ることのできる蒸気弁装置およびそれを備えた蒸気タービンプラントを提供する。【解決手段】主蒸気止め弁と、この主蒸気止め弁の下流側に配置された蒸気加減弁と、前記主蒸気止め弁と前記蒸気加減弁との間を接続する中間流路部とを有する蒸気弁装置であって、前記中間流路部から前記蒸気加減弁に至る流路の水平断面において、前記中間流路部の中心線に対して、前記蒸気加減弁の弁体の中心線が一方側に偏心しており、前記一方側とは反対の他方側に、前記中間流路部の内壁と前記蒸気加減弁のケーシングの内壁が直線的に接する直線部が形成され、前記弁体の周囲と、当該弁体を収容する前記ケーシングとの間の空間のうち、前記他方側の空間に、前記直線部に沿わせて前記中間流路部から蒸気を流入させ、前記弁体の周囲に旋回流れを形成するよう構成されている。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、蒸気弁装置およびそれを備えた蒸気タービンプラントに関する。

従来の典型的な蒸気タービンプラントにおいては、ボイラーからの蒸気が、蒸気弁装置を通過して蒸気タービンに送られる。蒸気タービンで仕事をした後の蒸気は復水器で水に戻され、給水ポンプにて昇圧されて再びボイラーに供給されるように循環する。

蒸気弁装置は、主蒸気止め弁とその下流側に配置された蒸気加減弁とからなる。主蒸気止め弁は、蒸気タービンの非常時等に、蒸気タービンに流入する蒸気を瞬時に止めることができるものである。また、蒸気加減弁は蒸気タービンに供給される蒸気流量を制御するためのものである。

火力発電所等に適用される蒸気弁装置のうち、例えば蒸気加減弁は、高温、高圧、大流量の蒸気を取扱い、頻繁に弁体を開閉させる。このため、弁体の開き始めの過程時、あるいは弁体の閉弁に至るまでの絞り過程時に、蒸気流れに偏流や渦流等が発生し、流れの乱れに伴う騒音、振動、浸食、弁体を支持する弁棒の接続部分の亀裂の発生などが生じる場合があった。また最近では、超々臨界圧の取組みによって蒸気タービンの単機容量の増加とともに、蒸気条件（温度、圧力）がより一層高くなり、このような問題が顕著になる傾向があった。

このような蒸気流れの偏流や渦流等に起因する問題に対して、従来から種々の対策がなされている。例えば、弁体の底部側に、周縁部にエッジを備えた凹陥部を設けることによって、蒸気流れの安定化を図る技術が知られている。更に、蒸気タービンの効率向上を図るため蒸気弁装置の弁開時圧力損失低減を目的として、主蒸気止め弁と、その下流側の蒸気加減弁と、それらの間に配置された中間流路部とが一体化された蒸気弁装置が知られている。

特開２００６−６３９５７号公報 特開２００９−１５６０４０号公報

上述したとおり、蒸気加減弁の開閉過程時における蒸気流れの偏流や渦流等に起因して、騒音、振動、浸食、弁棒の接続部分の亀裂の発生等各種の問題が発生していた。

本発明の目的は、蒸気加減弁の開閉過程時における蒸気流れの安定化を図ることのできる蒸気弁装置およびそれを備えた蒸気タービンプラントを提供することにある。

実施形態の蒸気弁装置は、主蒸気止め弁と、この主蒸気止め弁の下流側に配置された蒸気加減弁と、前記主蒸気止め弁と前記蒸気加減弁との間を接続する中間流路部とを有する蒸気弁装置である。前記中間流路部から前記蒸気加減弁に至る流路の水平断面において、前記中間流路部の中心線に対して、前記蒸気加減弁の弁体の中心線が一方側に偏心しており、前記一方側とは反対の他方側に、前記中間流路部の内壁と前記蒸気加減弁のケーシングの内壁が直線的に接する直線部が形成され、前記弁体の周囲と、当該弁体を収容する前記ケーシングとの間の空間のうち、前記他方側の空間に、前記直線部に沿わせて前記中間流路部から蒸気を流入させ、前記弁体の周囲に旋回流れを形成するとともに弁座の下流に向かって旋回しながら流出するよう構成されている。

実施形態の蒸気タービンプラントの構成示す系統図。 第１実施形態の蒸気弁装置を示す縦断面図。 図１のＡ−Ａ矢視横断面図。 第１実施形態の蒸気弁装置の縦断面における蒸気の流れを示す概念図。 図４のＡ−Ａ矢視横断面における蒸気の流れを示す概念図。 第１実施形態の変形例を示す縦断面図。 図６の要部を拡大して示す図。 第２実施形態の蒸気弁装置を示す縦断面図。 図８のＡ−Ａ矢視横断面図。 第２実施形態の蒸気弁装置の縦断面における蒸気の流れを示す概念図。 図１０のＡ−Ａ矢視横断面における蒸気の流れを示す概念図。 第３実施形態の蒸気弁装置を示す縦断面図。 図１２のＡ−Ａ矢視横断面図。 第３実施形態の蒸気弁装置の縦断面における蒸気の流れを示す概念図。 図１４のＡ−Ａ矢視横断面における蒸気の流れを示す概念図。 変形例の蒸気弁装置の概略構成を示す縦断面図。 参考例の蒸気弁装置の縦断面における蒸気の流れを示す概念図。 図１７のＡ−Ａ矢視横断面における蒸気の流れを示す概念図。

以下、実施形態の蒸気弁装置およびそれを備えた蒸気タービンプラントを、図面を参照して説明する。

［蒸気タービンプラントの構成］
図１は蒸気弁装置を備えた蒸気タービンプラントの一実施形態を示す系統図である。

この蒸気タービンプラントでは、図１に示すように、ボイラー２０からの蒸気が、蒸気弁装置２１を通過した後に高圧蒸気タービン１０へ送られるように構成されている。蒸気弁装置２１は、主蒸気止め弁１と、その下流側に配置された蒸気加減弁２とを有する。高圧蒸気タービン１０で仕事をしたあとの蒸気は、逆止弁７を経由して再びボイラー２０の再熱器にて再熱され、再熱蒸気止め弁３、インターセプト弁４を経て中圧蒸気タービン１１に送られ、その後低圧蒸気タービン１２へ送られてさらに仕事をする。低圧蒸気タービン１２を出た蒸気は復水器１３にて水に戻され、給水ポンプ１４にて昇圧して再びボイラー２０に供給されるように循環する。

図１の例では、プラントの運用効率を高めるために、主蒸気止め弁１の上流側からボイラー２０の再熱器の上流側に接続された高圧タービンバイパス弁５やボイラー２０の再熱器の下流側から復水器１３に接続された低圧タービンバイパス弁６が設置され、タービンの運転に係わらずボイラー系統単独の循環運転ができるようになっている。

［第１実施形態の蒸気弁装置］
図２は第１実施形態に係る蒸気弁装置２１を示す縦断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図４及び図５は、図２及び図３と同じ構成を示しており、図中矢印によって蒸気の流れ（流線）を模式的に示したものである。

この実施形態に係る蒸気弁装置２１は、図２に示すように、上流側の主蒸気止め弁１と、その下流側に配置された蒸気加減弁２と、これらの間を連絡する中間流路部３０とを有し、主蒸気止め弁１および蒸気加減弁２の両方を縦型（垂直置）としている。なお、主蒸気止め弁１と蒸気加減弁２の組み合わせによっては、弁棒同士が直交するパターンもあるので、特にその組み合わせについては限定されない。また、図２〜５は、主蒸気止め弁１と蒸気加減弁２がともに開いた状態を示している。

主蒸気止め弁１は、第１の流路６１を形成する第１のケーシング３１と、この第１のケーシング３１内で上下に移動する第１の弁体３２とを有する。第１のケーシング３１には、水平方向に開口して蒸気を受け入れる第１の入口部３３が形成され、鉛直方向に開口して下方に蒸気を排出する第１の出口部３４が形成されている。第１の出口部３４には、内側に向かって隆起状をなす第１の弁座３５が配置され、第１の弁体３２が上昇あるいは下降したときに第１の弁体３２と第１の弁座３５が離脱係合して第１の流路６１を開閉するように構成されている。

第１のケーシング３１の上部には、メンテナンス時に開放可能な第１の弁蓋３６が配置されている。第１の弁体３２には第１の弁棒３７が取り付けられ、第１の弁棒３７は第１の弁体３２の上方に延びて第１のケーシング３１のうちの第１の弁蓋３６の部分を貫通し、第１の油筒３８内の第１のピストン３９に接続されている。ここで、第１の弁棒３７は、第１の弁体３２に対して、第１の出口部３４の反対側に取り付けられており、第１の弁体３２を第１の弁座３５から離脱させる（つまり第１の流路６１を開く）際には、第１の出口部３４と反対側の方向に移動させられる。第１のケーシング３１の内側で第１の弁体３２の外側に、ストレーナ４０が配置されている。

蒸気加減弁２は、主蒸気止め弁１とほぼ同様の配置であって、第２の流路７１を形成する第２のケーシング４１と、この第２のケーシング４１内で上下に移動する第２の弁体４２とを有する。第２のケーシング４１には、水平方向に開口して蒸気を受け入れる第２の入口部４３が形成され、鉛直方向に開口して下方に蒸気を排出する第２の出口部４４が形成されている。第２の出口部４４には、内側に向かって隆起状をなす第２の弁座４５が配置され、第２の弁体４２が上昇あるいは下降したときに第２の弁体４２と第２の弁座４５が離脱係合して第２の流路７１を開閉するように構成されている。また、これら第２の弁体４２と、第２の出口部４４と、第２の弁座４５の軸方向は同心である。

第２のケーシング４１の上部には、メンテナンス時に開放可能な第２の弁蓋４６が配置されている。第２の弁体４２には第２の弁棒４７が取り付けられ、第２の弁棒４７は第２の弁体４２の上方に延びて第２のケーシング４１のうちの第２の弁蓋４６の部分を貫通し、第２の油筒４８内の第２のピストン４９に接続されている。ここで、第２の弁棒４７は、第２の弁体４２に対して、第２の出口部４４の反対側に取り付けられており、第２の弁体４２を第２の弁座４５から離脱させる（つまり第２の流路７１を開く）際には、第２の出口部４４と反対側の方向に移動させられる。

中間流路部３０は、第１の出口部３４と第２の入口部４３とを接続する管路を形成し、垂直方向から水平方向に折れ曲がる形状とされており、その角度は略９０度である。

このように構成された蒸気弁装置２１で、ボイラー２０（図１参照。）から供給された主蒸気は、第１の入口部３３から水平向きに主蒸気止め弁１の第１のケーシング３１内に流入し、さらにストレーナ４０内に流入し、第１の弁体３２と第１の弁座３５の間を通り、第１の出口部３４を下向きに通って主蒸気止め弁１を通過する。主蒸気止め弁１を通過した主蒸気は、中間流路部３０を通って流れの向きが下向きから水平向きに変えられ、第２の入口部４３から水平方向に蒸気加減弁２の第２のケーシング４１内に流入する。

図３に示すように、第２のケーシング４１は、同心の第２の弁体４２を囲うように蒸気通路部５０を形成している。また、中間流路部３０の内壁と蒸気通路部５０の内壁（外周の内壁）が接し、直線状の連続した壁面（図３のＢ部）となるように、水平断面において、幾何学的に中間流路部３０の中心線１００に対して、第２の弁体４２（蒸気加減弁２）の中心線１１０が長さ（Ｌ１）だけ偏心している。

上記構成の蒸気弁装置２１では、図４及び図５に示すように、中間流路部３０を通過した蒸気流れは、直線状の連続した壁面（図３のＢ部）に沿って、第２の弁体４２の偏心方向（図５中下側）とは反対側（図５中上側）から蒸気加減弁２の第２のケーシング４１内に流入する。そして、この蒸気流れは、噴流となって蒸気通路部５０に流入し、環状の蒸気通路部５０を通過することにより遠心力を付加しながら蒸気通路部５０の内壁に沿って流れる。このため蒸気流れは、蒸気通路部５０によって強制的に旋回流れとさせられ、第２の弁体４２と第２の弁座４５から形成される蒸気絞り部をも旋回しながら通過し、更に第２の弁座４５の下流に向かって旋回しながら流出していくことになる。

すなわち、蒸気弁装置２１によれば、上流の中間流路部３０から第２の弁座４５の下流に至る範囲において、蒸気の流れは、従来の不規則で複雑な流れから規則正しい連続した旋回流れに改善されることになる。これによって、圧力変動を伴わない安定した流れを得ることが可能となり、蒸気絞り部における不規則な衝撃波の発生を抑制することができる。なお、図２〜図５では、蒸気流れが、時計廻りの旋回流れとなる場合について説明したが、この旋回方向は逆の反時計回りとしてもその効果は同じである。また、図２〜図５に示す第２の弁体４２は底部側に凸（円弧）形状となっているが、たとえ凸（円弧）形状であっても、規則正しい連続した旋回流れが作用することによって蒸気流れの安定化を図ることができる。

また、図６及び図７に示すように、第２の弁体４２の底部側に、周縁部に沿ったエッジ４２ａを有する凹陥部４２ｂを設けてもよい。この場合、第２の弁体４２及びエッジ４２ａの形状及び図７に示す各部の相対的な寸法等は、以下のようにすることが好ましい。

第２の弁体４２は、弁座シート径をＤｏとするとき、曲率半径Ｒを、
Ｒ＝（０．５２〜０．６）Ｄｏとし、
第２の弁座４５は、曲率半径ｒおよび弁座内径Ｄｔｈをそれぞれ、
ｒ≧０．６Ｄｏ
Ｄｔｈ≧０．８Ｄｏ
の範囲に設定し、かつ、エッジ４２ａの直径Ｄｉを、
Ｄｉ≧０．９Ｄｏ
の範囲に設定する。これによって、蒸気流れのさらなる安定化を図ることができ不安定な衝撃波の発生を抑制することができる。

以上のように第１実施形態では、中間流路部から流入してきた蒸気は、第２の弁体４２と第２の弁座４５との間で形成される蒸気絞り部を旋回しながら通過する。これによって、ここを流れる蒸気に不規則な衝撃波に基づく振動等、すなわち、第２の弁体４２等への加振源となる大きな圧力変動を伴った不安定な衝撃波の回避策と成り得るため、前述の規則正しい連続した旋回流れの効果と、これら衝撃波の発生を防止する効果と、の相乗効果を発揮させることができる。

［参考例の蒸気の流れ］
ここで、上述した第１実施形態とは異なり、中間流路部の中心線１００と第２の弁体（蒸気加減弁）の中心線１１０とが一致した（偏心していない）参考例の場合の蒸気の流れを、図１７、図１８参照して説明する。図１７は、蒸気弁装置１２１の縦断面構成を示し、図１８は、図１７のＡ−Ａ矢視横断面における蒸気の流れを示している。

この場合、中間流路部を通過した後の蒸気は、流れの慣性も伴い下流側にある第２の弁体や、弁体周囲を通過した後第２のケーシング内壁に噴流となって衝突する。この噴流は、衝突後図１７および図１８に示す流線（矢印）のように、第２の弁座の下流（出口側）に流れの向きを変化させた軌跡をたどり、結果的に第２の弁体周辺から第２の弁座周辺に亘り非常に不規則で複雑な流れが存在する。

また、第２の弁体と第２の弁座から形成される蒸気絞り部の周辺には、上述の非常に不規則で複雑な流れが連続して発生するため、蒸気絞り部に流入する直前の蒸気流に圧力変動をもたらし、その圧力変動が、不規則な衝撃波を発生させる引き金となる。更に、スムーズな蒸気流が得られないため、中間流路部を通過した流れが噴流となって蒸気加減弁の第２の弁体や弁体周囲の第２のケーシング内壁に衝突することによってエネルギー損失が生じ、蒸気弁装置１２１としての圧力損失が発生する。

［第２実施形態の蒸気弁装置］
図８は第２実施形態の蒸気弁装置２１ａの構成を示す縦断面図であり、図９は図８のＡ−Ａ矢視横断面図である。また、図１０は、蒸気弁装置２１ａの縦断面における蒸気の流れ（流線）を矢印で示したものであり、図１１は図１０のＡ−Ａ矢視横断面における蒸気の流れ（流線）を矢印で示したものである。なお、図８〜図１１は、主蒸気止め弁１と蒸気加減弁２がともに開いた状態を示している。なお、図２，３に示した第１実施形態の蒸気弁装置２１と対応する部分には、同一の符号を付して重複した説明は省略する。

第２実施形態では、図９に示すように、蒸気通路部５１の形状が、渦巻き形状となるように、第２のケーシング４１ａの内壁の形状を変更した点が、第１実施形態と相違しており、他の部分の構成は、同じである。すなわち、第２のケーシング４１ａの内壁の形状は、その水平断面において、中間流路部３０との接続部分である直線部（図９のＢ部）から、弁体４２の外周を囲う第２のケーシング４１ａの内周に沿って、次第に弁体４２の中心からの曲率半径が小さくなる渦巻き状とされている。また、上記渦巻き形状の内壁は、第２のケーシング４１ａ内において蒸気の流速が均一となるように蒸気通路部５１の断面積が徐々に減少するように形成されている。この渦巻き形状については、丸い筒に糸を巻き付け糸を引っ張りながらほどいていく時の糸の先端の軌跡であるインボリュート曲線またはパスカルの蝸牛曲線（リマソン曲線）等の幾何学的な曲線となるように構成してもよい。

なお、第１実施形態と同様に、中間流路部３０の内壁と蒸気通路部５０の内壁（外周の内壁）が接し、直線状の連続した壁面（図９のＢ部）となるように、水平断面において、幾何学的に中間流路部３０の中心線１００に対して、第２の弁体４２（蒸気加減弁２）の中心線１１０が長さ（Ｌ１）だけ偏心している。

上記構成の蒸気弁装置２１ａでは、図１０，１１に示すように、中間流路部３０を通過した蒸気流れは、直線状の連続した壁面（図９のＢ部）に沿って、第２の弁体４２の偏心方向（図９中下側）とは反対側（図９中上側）から蒸気加減弁２の第２のケーシング４１ａ内に流入する。そして、この蒸気流れは、噴流となって蒸気通路部５１に流入し、渦巻き形状の蒸気通路部５１を通過することにより遠心力を付加しながら蒸気通路部５１の内壁に沿って流れ、第１の実施形態よりも更に強制的に旋回流れとさせられる。このため蒸気流れは、蒸気通路部５１によって強制的に旋回流れとさせられ、第２の弁体４２と第２の弁座４５から形成される蒸気絞り部をも旋回しながら通過し、更に第２の弁座４５の下流に向かって旋回しながら流出していくことになる。これによって、上流の中間流路部３０から第２の弁座４５の下流に至る範囲において、従来の不規則で複雑な流れから規則正しい連続した旋回流れに改善されることになる。このことは、圧力変動を伴わない安定した流れを得ることが可能となり、蒸気絞り部における不規則な衝撃の発生を抑制することができる。

なお、図８〜１１では、蒸気流れが、時計廻りの旋回流れとなる場合について説明したが、この旋回方向は逆の反時計回りとしてもその効果は同じである。また、図８〜図１１に示す第２の弁体４２は底部側に凸（円弧）形状となっているが、たとえ凸（円弧）形状であっても、規則正しい連続した旋回流れが作用することによって蒸気流れの安定化を図ることができる。さらに、図６及び図７に示したように、第２の弁体４２の底部側に、周縁部に沿ったエッジ４２ａを有する凹陥部４２ｂを設けてもよい。この場合も、前述した第１実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。

［第３実施形態の蒸気弁装置］
図１２は第３実施形態の蒸気弁装置２１ｂの構成を示す縦断面図であり、図１３は図１２のＡ−Ａ矢視横断面図である。また、図１４は、蒸気弁装置２１ｂの縦断面における蒸気の流れ（流線）を矢印で示したものであり、図１５は図１４のＡ−Ａ矢視横断面における蒸気の流れ（流線）を矢印で示したものである。なお、図１２〜図１５は、主蒸気止め弁１と蒸気加減弁２がともに開いた状態を示している。

昨今、蒸気タービンの効率向上対策として、部分負荷帯における効率向上が要求されている。このような蒸気タービンの部分負荷帯における効率を重視した蒸気タービンプラントは、弁開時圧力損失低減を目的としたノズル調速方式が適している。ノズル調速方式は、蒸気タービンの部分負荷帯で、蒸気加減弁は部分的に全開近傍まで開弁するので絞り損失が少ない。ノズル調速方式の蒸気タービンプラントでは、蒸気タービンのタービン段落へ蒸気を供給する部材であるノズルボックスが、周方向に複数の区画に区切られた構造のものが用いられる。ノズル調速方式の蒸気タービンプラントに適用した場合、蒸気タービンのノズルボックスの周方向に区切られた区画数に対応した数だけ、蒸気加減弁を設置する必要がある。

第３実施形態では、ノズル調速方式の蒸気タービンプラントに適用するため、主蒸気止め弁１に対して複数の蒸気加減弁２，２ａを組み合わせた構成となっている。図１２、図１３に示す蒸気弁装置２１ｂでは、一例として、一つの主蒸気止め弁１に対して、この主蒸気止め弁１の下流側に配置された２個の蒸気加減弁２，２ａと、これら１個の主蒸気止め弁１と２個の蒸気加減弁２，２ａの間を接続する１個の中間流路部３０とを有する構成となっている。

図１３に示すように、蒸気加減弁２の第２のケーシング４１は、第２の弁体４２を囲うように蒸気通路部５２を形成しており、水平断面において、幾何学的に中間流路部３０の中心線１００に対して第２の弁体４２（蒸気加減弁２）の中心線１２０が長さ（Ｌ２）だけ一方（図１３中下方）に偏心している。

一方、蒸気加減弁２ａの第２のケーシング８１は、第２の弁体８２を囲うように蒸気通路部９２を形成しており、水平断面において、幾何学的に中間流路部３０の中心線１００に対して第２の弁体８２（蒸気加減弁２ａ）の中心線１３０が長さ（Ｌ２）だけ他方（図１３中上方）に偏心している。なお、長さ（Ｌ２）は、蒸気加減弁２と蒸気加減弁２ａの両者とも同じであるため、これらは、中間流路部３０の中心線１００を基準として鏡映対称に配置されている。

中間流路部３０の中心線１００の延長上に位置する、第２のケーシング４１と第２のケーシング８１との接続部位の内壁部には、中間流路部３０側に向けて突出する突出部９０が形成されている。この突出部９０は、図１３に示す水平断面において、中間流路部３０側（図１３中左側）に向けて徐々に先細りとなる形状を有している。また、中間流路部３０の中心線１００を挟む突出部９０の両側の面９０ａ，９０ｂは、第２のケーシング４１及び第２のケーシング８１の内壁の形状に合わせて円弧状とされている。

そして、前記第２の弁体４２の中心からの曲率半径が、前記突出部９０から前記第２の弁体４２の外周を囲う前記第２のケーシング４１の内周に沿って次第に小さくなる渦巻き状とされ、前記第２の弁体８２の中心からの曲率半径が、前記突出部９０から前記第２の弁体８２の外周を囲う前記第２のケーシング８１の内周に沿って次第に小さくなる渦巻き状とされ、第２の弁体４２，８２を囲うように鏡映対称に蒸気通路部５２，９２を形成している。この突出部９０は、中間流路部３０から流入してきた蒸気を２分割するように作用しており、更に、それぞれの蒸気通路部５２，９２は、通過する蒸気の流速が均一となるように、徐々に通路部の断面積が減少するように構成されている。なお、この渦巻き形状については、丸い筒に糸を巻き付け糸を引っ張りながらほどいていく時の糸の先端の軌跡であるインボリュート曲線またはパスカルの蝸牛曲線（リマソン曲線）等の幾何学的な曲線にて形成しても良い。

上記構成の第３実施形態の蒸気弁装置２１ｂでは、中間流路部３０から流入してきた蒸気は、突出部９０によって２分割され、渦巻き形状をしたそれぞれの突出部９０の面９０ａ，９０ｂ及び第２のケーシング４１，８１の内壁に沿った流れとなって通過することにより、鏡映対称なので強制的に時計回りまたは反時計回りの旋回流れを作り出すことになる。

すなわち、第２のケーシング４１，８１内に流入した蒸気流れは、噴流となって蒸気通路部５２，９２に流入し、蒸気通路部５２，９２を通過することにより遠心力を付加しながら蒸気通路部５２，９２の内壁に沿って流れ、渦巻き型の蒸気通路部５２，９２によって第２の実施形態と同様に旋回流れとさせられる。そして、それぞれの第２の弁体４２，８２と第２の弁座４５，８５から形成される蒸気絞り部をも旋回し、やがてそれぞれの第２の弁座４５，８５の下流に向かい、時計回りまたは反時計回りのそれぞれの旋回方向で旋回しながら流出していくことになる。

この結果、上流の中間流路部３０からそれぞれの第２の弁座４５，８５の下流に至る範囲において、規則正しい連続した旋回流れに改善されるため、圧力変動を伴わない安定した流れを得ることが可能となり、蒸気絞り部における不規則な衝撃波の発生を抑制することができる。また、これら蒸気通路部５２，９２の蒸気流れの乱れが根本的に改善されることから、蒸気弁装置２１ｂ全体としての圧力損失を低減することができるばかりか、蒸気タービンの運用を含めた効率向上対策として有効であり、蒸気タービンプラント全体として得られる効果は大きい。

なお、上述した各実施形態において、共通の中間流路部３０は、第１の出口部３４と第２の入口部４３とを接続する管路を形成し、その角度は９０°である。しかしながら、図１６に示すように、その角度は例えば４５°のように傾斜させた構造であってもよい。また、図示しないが中間流路部３０がその角度が９０°の大きな円弧エルボ構造であってもよい。なお、図１６において、図２等と対応する部分には同一の符号が付してある。

以上、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…主蒸気止め弁、２，２ａ…蒸気加減弁、３…再熱蒸気止め弁、４…インターセプト弁、５…高圧タービンバイパス弁、６…低圧タービンバイパス弁、７…逆止弁、１０…高圧蒸気タービン、１１…中圧蒸気タービン、１２…低圧蒸気タービン、１３…復水器、１４…給水ポンプ、２０…ボイラー、２１，２１ａ，２１ｂ，１２１…蒸気弁装置、３１…第１のケーシング、３２…第１の弁体、３３…第１の入口部、３４…第１の出口部、３５…第１の弁座、３６…第１の弁蓋、３７…第１の弁棒、３８…第１の油筒、３９…第１のピストン、４０…ストレーナ、４１，８１…第２のケーシング、４２，８２…第２の弁体、４３，８３…第２の入口部、４４，８４…第２の出口部、４５，８５…第２の弁座、４６…第２の弁蓋、４７…第２の弁棒、４８…第２の油筒、４９…第２のピストン、５０，５１，５２，９２…蒸気流路部、１００…中間流路部の中心線、１１０，１２０，１３０…第２の弁体の中心線。

Claims (7)

1. 主蒸気止め弁と、この主蒸気止め弁の下流側に配置された蒸気加減弁と、前記主蒸気止め弁と前記蒸気加減弁との間を接続する中間流路部とを有する蒸気弁装置であって、
   前記中間流路部から前記蒸気加減弁に至る流路の水平断面において、前記中間流路部の中心線に対して、前記蒸気加減弁の弁体の中心線が一方側に偏心しており、
   前記一方側とは反対の他方側に、前記中間流路部の内壁と前記蒸気加減弁のケーシングの内壁が直線的に接する直線部が形成され、
   前記弁体の周囲と、当該弁体を収容する前記ケーシングとの間の空間のうち、前記他方側の空間に、前記直線部に沿わせて前記中間流路部から蒸気を流入させ、前記弁体の周囲に旋回流れを形成するとともに弁座の下流に向かって旋回しながら流出するよう構成されている
   ことを特徴とする蒸気弁装置。
2. 前記弁体と、当該弁体が着座する弁座から構成される蒸気絞り部であって、
   前記弁体は、弁座シート径をＤｏとするとき、曲率半径Ｒを、
   Ｒ＝（０．５２〜０．６）Ｄｏ
   の範囲とし、前記弁座は、曲率半径ｒおよび弁座内径Ｄｔｈをそれぞれ、
   ｒ≧０．６Ｄｏ
   Ｄｔｈ≧０．８Ｄｏ
   の範囲とし、
   かつ、前記弁体の底部側には、縁辺にエッジを備えた凹陥部が設けられ、前記エッジは、エッジ直径Ｄｉを、
   Ｄｉ≧０．９Ｄｏ
   の範囲とした
   ことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
3. 前記ケーシングの内壁の形状は、その水平断面において、前記弁体の中心からの曲率半径が、前記直線部から前記弁体の外周を囲う前記ケーシングの内周に沿って次第に小さくなる渦巻き状とされている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気弁装置。
4. 前記ケーシングの内壁と前記弁体との間の空間は、通過する蒸気の通過流速が均等となるよう断面積が徐々に減少した形状とされている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気弁装置。
5. 主蒸気止め弁と、この主蒸気止め弁の下流側に配置された第１及び第２の蒸気加減弁と、前記主蒸気止め弁と前記第１及び第２の蒸気加減弁との間を接続する中間流路部とを有する蒸気弁装置であって、
   前記中間流路部から前記第１及び第２の蒸気加減弁に至る流路の水平断面において、前記中間流路部の中心線に対して、前記第１の蒸気加減弁の弁体の中心線が一方側に偏心するとともに、前記第２の蒸気加減弁の弁体の中心線が前記一方側とは反対の他方側に偏心し、
   前記第１の蒸気加減弁のケーシングと前記第２の蒸気加減弁のケーシングとの中間部位に、前記中間流路部側に突出する突出部が形成され、
   前記第１の蒸気加減弁の弁体の周囲と、前記第１の蒸気加減弁のケーシングとの間の空間のうち、前記他方側の空間に、前記突出部に沿わせて前記中間流路部から蒸気を流入させ、前記第１の蒸気加減弁の弁体の周囲に旋回流れを形成するとともに、
   前記第２の蒸気加減弁の弁体の周囲と、前記第２の蒸気加減弁のケーシングとの間の空間のうち、前記一方側の空間に、前記突出部に沿わせて前記中間流路部から蒸気を流入させ、前記第２の弁体の周囲に旋回流れを形成するよう構成されている
   ことを特徴とする蒸気弁装置。
6. 前記第１の蒸気加減弁のケーシングの内壁の形状及び前記第２の蒸気加減弁のケーシングの内壁の形状は、その水平断面において、
   前記第１の蒸気加減弁の弁体の中心からの曲率半径が、前記突出部から前記第１の蒸気加減弁の弁体の外周を囲う前記第１の蒸気加減弁のケーシングの内周に沿って次第に小さくなる渦巻き状とされ、
   前記第２の蒸気加減弁の弁体の中心からの曲率半径が、前記突出部から前記第２の蒸気加減弁の弁体の外周を囲う前記第２の蒸気加減弁のケーシングの内周に沿って次第に小さくなる渦巻き状とされている
   ことを特徴とする請求項５記載の蒸気弁装置。
7. ボイラーと、
   前記ボイラーで生成された主蒸気を導入してその主蒸気のエネルギーによって駆動される蒸気タービンと、
   前記ボイラーと蒸気タービンの間に配置され、前記主蒸気の流れを制御する少なくとも１つの蒸気弁装置と、
   を有する蒸気タービンプラントであって、
   前記蒸気弁装置は、請求項１乃至６いずれか１項記載の蒸気弁装置であることを特徴とする蒸気タービンプラント。

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