JP2019100243A - Steam valve and steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気弁および蒸気タービンに関する。 The present invention relates to a steam valve and a steam turbine.
火力発電所、原子力発電所等の蒸気タービンは、蒸気弁を備えている(例えば、特許文献1を参照)。蒸気弁は、負荷変化に応じて蒸気量を調節したり、異常時に蒸気の供給を遮断する。蒸気弁における圧力損失は、蒸気タービンの効率に影響を与える。そのため、圧力損失を小さくすることが望まれている。圧力損失を小さくできる蒸気弁としては、次に示す構造の蒸気弁がある。 Steam turbines, such as a thermal power plant and a nuclear power plant, are equipped with a steam valve (see, for example, Patent Document 1). The steam valve regulates the amount of steam in response to a change in load, or shuts off the steam supply at the time of abnormality. The pressure loss at the steam valve affects the efficiency of the steam turbine. Therefore, it is desirable to reduce pressure loss. As a steam valve capable of reducing pressure loss, there is a steam valve having the following structure.
前記蒸気弁は、例えば、弁ケーシングと、止め弁と、加減弁と、ガイド部とを備える。弁ケーシングは、蒸気流路を有する。止め弁は、弁棒と、弁棒の端部に設けられる弁体とを備える。ガイド部は、弁棒を軸方向に案内する。ガイド部は、弁ケーシングの蒸気流路内に突出している。 The steam valve includes, for example, a valve casing, a stop valve, an adjustment valve, and a guide portion. The valve casing has a steam flow path. The stop valve comprises a valve stem and a valve plug provided at the end of the valve stem. The guide portion guides the valve stem in the axial direction. The guide projects into the steam flow path of the valve casing.
例えば、蒸気タービンの起動時には、蒸気の流通により蒸気弁の温度は上昇する。そのため、ガイド部に径方向への変形が起きる可能性がある。ガイド部に変形が起きると、弁棒とガイド部との接触が起こりやすくなる。弁棒とガイド部とが接触した状態となると、蒸気タービンの緊急停止などにより止め弁を急速閉止する場合に、弁棒とガイド部との間に焼き付きが発生し、止め弁が正常に動作しにくくなる可能性がある。例えば、弁棒のストロークの中間位置で、弁棒とガイド部との焼き付きが生じると、止め弁を閉止しにくくなり、蒸気タービンにオーバースピードが起こりやすくなる。ガイド部の内径を大きくすれば、弁棒の正常動作を確保しやすいが、その場合、蒸気のリーク量が多くなるため、蒸気弁の性能は低下する。 For example, when the steam turbine starts up, the steam flow increases the temperature of the steam valve. Therefore, radial deformation may occur in the guide portion. When the guide portion is deformed, contact between the valve stem and the guide portion is likely to occur. When the valve stem and the guide portion come into contact, when the stop valve is rapidly closed due to an emergency stop of the steam turbine, seizing occurs between the valve stem and the guide portion, and the stop valve operates normally. It may be difficult. For example, if seizing between the valve stem and the guide portion occurs at an intermediate position of the stroke of the valve stem, it becomes difficult to close the stop valve, and the steam turbine tends to overspeed. If the inner diameter of the guide portion is increased, it is easy to ensure the normal operation of the valve rod, but in such a case, the amount of steam leakage increases, so the performance of the steam valve decreases.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、蒸気のリーク量を抑え、かつ、弁棒の正常動作を確保しやすい蒸気弁および蒸気タービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a steam valve and a steam turbine which can suppress the amount of steam leakage and easily ensure normal operation of a valve rod.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
本発明の一態様に係る蒸気弁は、蒸気が導入される導入流路及び該蒸気が排出される排出流路を有する弁ケーシングと、該弁ケーシング内に外部から挿入されて軸方向に移動可能な弁棒、及び、該弁棒の軸方向一方側の端部に設けられて、前記弁ケーシング内における弁座に当接可能な弁体を有する止め弁と、前記弁ケーシングに固定されて、内側に前記弁棒を挿通させるとともに該弁棒を軸方向に案内する筒状をなす案内筒と、備え、前記弁棒は、該弁棒の軸方向他方側に向かうにしたがって拡径する肩部と、該肩部の前記軸方向他方側に接続された主外周面と、を有し、前記案内筒の内周面は、前記肩部の移動範囲に対応する大径内周面と、前記大径内周面の前記軸方向他方側に位置し前記主外周面に対向する小径内周面とを有し、前記大径内周面は前記小径内周面よりも前記弁棒との隙間が大きい。
In order to solve the above-mentioned subject, the present invention adopts the following means.
A steam valve according to one aspect of the present invention includes a valve casing having an introduction flow passage into which steam is introduced and a discharge flow passage from which the steam is discharged, and is externally inserted into the valve casing from the outside and axially movable. A valve stem, a stop valve provided at one axial end of the valve stem and having a valve body capable of abutting on a valve seat in the valve casing, and fixed to the valve casing, A cylindrical guide cylinder for inserting the valve stem inside and guiding the valve stem in the axial direction, the valve stem having a shoulder portion whose diameter increases toward the other axial side of the valve stem And a main outer peripheral surface connected to the other axial side of the shoulder, the inner peripheral surface of the guide cylinder having a large diameter inner peripheral surface corresponding to the movement range of the shoulder, and A small diameter inner circumferential surface located on the other side of the large diameter inner circumferential surface in the axial direction and facing the main outer circumferential surface; Diameter inner peripheral surface gap is large between the valve stem than the small diameter inner peripheral surface.
この構成によれば、案内筒の内周面が小径内周面を有するため、小径内周面において弁棒との隙間を小さくできる。よって、案内筒と弁棒との隙間を通して弁ケーシングの外部にリークする蒸気の量を抑制できる。案内筒の内周面は、弁棒の肩部の移動範囲に対応する大径内周面を有するため、案内筒と弁棒との間に十分な隙間を確保できる。そのため、案内筒が径方向に変形した場合でも、弁棒の正常動作を確保しやすい。
この構成によれば、弁棒の正常動作を確保できるため、蒸気タービンの緊急停止などの際に、案内筒と弁棒との焼き付きを防ぎ、止め弁の急速閉止を確実に行うことができる。
According to this configuration, since the inner circumferential surface of the guide cylinder has the small diameter inner circumferential surface, the gap with the valve rod can be made smaller in the small diameter inner circumferential surface. Therefore, the amount of steam leaking to the outside of the valve casing can be suppressed through the gap between the guide cylinder and the valve rod. Since the inner peripheral surface of the guide cylinder has a large diameter inner peripheral surface corresponding to the movement range of the shoulder portion of the valve rod, a sufficient gap can be secured between the guide cylinder and the valve rod. Therefore, even when the guide cylinder is deformed in the radial direction, it is easy to ensure the normal operation of the valve rod.
According to this configuration, since the normal operation of the valve rod can be secured, seizing of the guide cylinder and the valve rod can be prevented at the time of emergency stop of the steam turbine or the like, and rapid closing of the stop valve can be reliably performed.
前記案内筒は、筒状の案内筒本体と、前記案内筒本体の内周面に設けられた調整部材とを備え、前記小径内周面は、前記調整部材の内周面であることが好ましい。 The guide cylinder includes a cylindrical guide cylinder main body and an adjustment member provided on the inner peripheral surface of the guide cylinder main body, and the small diameter inner peripheral surface is preferably the inner peripheral surface of the adjustment member .
この構成によれば、案内筒本体への調整部材の設置および交換が容易であるため、小径内周面と弁棒との隙間の調整が容易である。 According to this configuration, installation and replacement of the adjustment member on the guide cylinder main body is easy, so adjustment of the gap between the small diameter inner peripheral surface and the valve rod is easy.
前記弁棒は、前記弁体が前記弁座から離間した際に、前記案内筒の内面に当接する当接段部をさらに備え、前記当接段部は、前記肩部よりも前記軸方向一方側に形成されていることが好ましい。 The valve rod further includes an abutment step which abuts the inner surface of the guide cylinder when the valve body is separated from the valve seat, and the abutment step is in one of the axial directions more than the shoulder portion. Preferably, it is formed on the side.
この構成によれば、前記当接段部が前記案内筒の内面に当接するときに、前記肩部は前記案内筒に当接しにくくなる。 According to this configuration, when the abutment step abuts on the inner surface of the guide cylinder, the shoulder portion does not easily abut on the guide cylinder.
本発明の一態様に係る蒸気弁は、蒸気が導入される導入流路及び該蒸気が排出される排出流路を有する弁ケーシングと、該弁ケーシング内に外部から挿入されて軸方向に移動可能な弁棒、及び、該弁棒の軸方向一方側の端部に設けられて、前記弁ケーシング内における弁座に当接可能な弁体を有する止め弁と、前記弁ケーシングに固定されて、内側に前記弁棒を収容するとともに該弁棒を軸方向に案内する筒状をなす案内筒と、を備え、前記弁棒は、該弁棒の軸方向他方側に向かうにしたがって拡径する肩部と、該肩部の前記軸方向他方側に接続された主外周面と、を有し、前記肩部の移動範囲に対応する前記案内筒の内周面は、前記弁棒に対して偏心している。 A steam valve according to one aspect of the present invention includes a valve casing having an introduction flow passage into which steam is introduced and a discharge flow passage from which the steam is discharged, and is externally inserted into the valve casing from the outside and axially movable. A valve stem, a stop valve provided at one axial end of the valve stem and having a valve body capable of abutting on a valve seat in the valve casing, and fixed to the valve casing, And a cylindrical guide cylinder which accommodates the valve stem and guides the valve stem in the axial direction, and the valve stem has a shoulder that expands in diameter toward the other axial side of the valve stem. Portion and a main outer peripheral surface connected to the other axial side of the shoulder, the inner peripheral surface of the guide cylinder corresponding to the movement range of the shoulder being biased with respect to the valve rod I have a heart.
この構成によれば、前記案内筒が径方向に変形した場合においても、弁棒の正常動作を確保しやすい。 According to this configuration, even when the guide cylinder is deformed in the radial direction, it is easy to ensure normal operation of the valve rod.
前記弁棒の軸方向と平行に見て、前記肩部の移動範囲に対応する前記案内筒の内周面のうち、前記排出流路に最も近い部位における前記弁棒との隙間は、前記排出流路から最も遠い部位における前記弁棒との隙間より大きいことが好ましい。 In the inner peripheral surface of the guide cylinder corresponding to the movement range of the shoulder when viewed in parallel with the axial direction of the valve rod, a gap with the valve rod at a portion closest to the discharge passage is the discharge Preferably, it is larger than the gap with the valve stem at a portion farthest from the flow path.
この構成によれば、案内筒が排出流路側とは反対側に変形した場合において、弁棒の正常動作を確保しやすい。 According to this configuration, when the guide cylinder is deformed to the side opposite to the discharge flow path side, it is easy to ensure the normal operation of the valve rod.
前記案内筒は、筒状の案内筒本体と、前記案内筒本体の内周面に設けられた調整部材とを備え、前記調整部材は、前記排出流路に最も近い部位を含む位置に設けられていることが好ましい。 The guide cylinder includes a cylindrical guide cylinder main body and an adjustment member provided on the inner peripheral surface of the guide cylinder main body, and the adjustment member is provided at a position including a portion closest to the discharge flow channel Is preferred.
この構成によれば、案内筒と弁棒との隙間を通して弁ケーシングの外部にリークする蒸気の量を抑制できる。 According to this configuration, it is possible to suppress the amount of steam leaking to the outside of the valve casing through the gap between the guide cylinder and the valve rod.
前記弁棒は、前記弁体が前記弁座から離間した際に、前記案内筒の内面に当接する当接段部をさらに備え、前記当接段部は、前記肩部よりも前記軸方向一方側に形成されていることが好ましい。 The valve rod further includes an abutment step which abuts the inner surface of the guide cylinder when the valve body is separated from the valve seat, and the abutment step is in one of the axial directions more than the shoulder portion. Preferably, it is formed on the side.
この構成によれば、前記当接段部が前記案内筒の内面に当接するときに、前記肩部は前記案内筒に当接しにくくなる。 According to this configuration, when the abutment step abuts on the inner surface of the guide cylinder, the shoulder portion does not easily abut on the guide cylinder.
本発明の一態様に係る蒸気タービンは、前記のうちいずれかの蒸気弁を備える。 A steam turbine according to an aspect of the present invention includes any of the above-described steam valves.
この蒸気タービンは、蒸気のリーク量を抑え、かつ、弁棒の正常動作を確保しやすい蒸気弁を備えるため、信頼性の点で優れている。 This steam turbine is excellent in reliability because it has a steam valve that suppresses the amount of steam leakage and easily ensures the normal operation of the valve stem.
本発明の一態様によれば、弁棒の正常動作が確保できる。本発明の一態様によれば、蒸気のリーク量を抑えることができる。 According to one aspect of the present invention, normal operation of the valve rod can be secured. According to one aspect of the present invention, the leak amount of steam can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る蒸気弁10(主蒸気弁)の模式図である。図2は、蒸気弁10の一部断面図である。以下の説明において、上下方向は図1および図2に即して定める。上下方向と平行な方向から見ることを平面視という。上方向を高さ方向ともいう。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic view of a steam valve 10 (main steam valve) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the
図1に示すように、蒸気弁10は、弁ケーシング1と、止め弁2と、加減弁3と、案内筒4と、蓋部材5と、止め弁駆動機構6と、加減弁駆動機構7とを備えている。
弁ケーシング1は、本体部11と、導入管路12と、排出管路13と、を備えている。
本体部11の内部には、弁室11aと、弁室11aに通じる主流路11bとが形成されている。弁室11aの出口部には、第1弁座14および第2弁座15が形成されている。本体部11には、主流路11bに面する箇所に、案内筒4を取り付けるための取付孔17が形成されている。符号A11は、本体部11の中心軸である。中心軸A11は上下方向に沿う。
As shown in FIG. 1, the
The valve casing 1 includes a
Inside the
導入管路12は、本体部11から突出している。導入管路12の内部には、蒸気Sが導入される導入流路12aが形成されている。導入流路12aは、弁室11aに通じる直線状の流路である。導入管路12は、蒸気Sが導入される導入口12bを有する。符号12a1は、導入流路12aの中心軸線である。中心軸線12a1は、例えば本体部11の中心軸A11に対して垂直である。
The
排出管路13は、本体部11から突出している。排出管路13の内部には、蒸気Sが排出される排出流路13aが形成されている。排出流路13aは、主流路11bに通じる直線状の流路である。排出管路13は、蒸気Sが排出される排出口13bを有する。符号13a1は、排出流路13aの中心軸線である。中心軸線13a1は、例えば本体部11の中心軸A11に対して垂直である。
The
導入管路12と排出管路13とは、平面視において、本体部11の中心軸A11を軸として回転対称となる位置にあってよい。なお、平面視における導入管路12と排出管路13との相対位置は特に限定されない。導入管路12と排出管路13とは、平面視において、導入流路12a,13an中心軸線12a1,13a1が互いに交差する方向(例えば互いに直交する方向)に形成されていてもよい。
The
止め弁2は、弁棒21と、弁体22とを備えている。弁棒21は、弁ケーシング1の外部から主流路11b内に挿入されている。弁棒21は、上下方向に延在する。弁棒21の中心軸A21は上下方向に沿う。弁棒21の中心軸A21の方向は「軸方向」ともいう。弁棒21は、上下方向(軸方向)に移動可能である。
The
図2に示すように、弁棒21は、上から下に、細径部23と、テーパー部24(当接段部)と、中間部25と、肩部26と、主部27とを備える。
細径部23の外径は軸方向に一定である。テーパー部24は、細径部23と中間部25との外径差によって形成された拡径部である。テーパー部24は、細径部23の下端から中間部25の上端にかけて下方に向かうにしたがって拡径する。テーパー部24は、肩部26よりも上側に形成されている。テーパー部24は、弁体22が第1弁座14から離間した際に(図1参照)、案内筒4のテーパー面44に当接する。
中間部25の外径は、細径部23の外径より大きく、かつ軸方向に一定である。
As shown in FIG. 2, the
The outer diameter of the
The outer diameter of the
肩部26は、中間部25の下端から主部27の上端にかけて下方に向かうにしたがって拡径する。なお、肩部は、中間部の下端から主部の上端にかけて不連続に拡径する段部であってもよい。肩部26は、テーパー部24(当接段部)から間隔をおいて形成されているため、弁棒21は、2段の拡径部(テーパー部24および肩部26)を有する形状である。
主部27の外径は、中間部25の外径より大きく、かつ軸方向に一定である。主部27の外周面を主外周面27aという。
The
The outer diameter of the
図1に示すように、弁体22は、弁棒21の上端部(軸方向の一方側の端部)に設けられている。弁体22は、弁室11a内に設けられている。弁体22は、第1弁座14に当接可能である。弁体22は、第1弁座14に当接することによって、主流路11bに臨む開口部16を閉止できる。
As shown in FIG. 1, the
加減弁3は、弁棒31と、弁体32とを備えている。
弁棒31は、蓋部材5の挿通孔5aを通して外部から弁室11a内に挿入されている。弁棒31は、上下方向に延在する。弁棒31は、上下方向(軸方向)に移動可能である。
弁体32は、弁棒31の下端部に設けられている。弁体32は、天板部33と、天板部33の周縁から垂下する筒部34とを備えている。弁体32は、弁室11a内に設けられている。筒部34の下端部は、第2弁座15に当接可能である。弁体32は、第2弁座15に当接することによって、弁室11aの出口開口を閉止できる。
The
The
The
蓋部材5は、本体部51と、案内部52とを備える。本体部51は、弁室11aの上部開口を閉止する。案内部52は、本体部51の下面から下方に突出する。案内部52は、弁体32を囲む筒状に形成されている。案内部52は、弁体32の上下動を案内する。
The
止め弁駆動機構6は、ピストン61と、シリンダ62と、スプリング63とを備える。ピストン61は、止め弁2の弁棒21の下端部に設けられている。シリンダ62は、ピストン61およびスプリング63を収容する。スプリング63は、ピストン61を下方に付勢する。
The stop
加減弁駆動機構7は、動作レバー71と、シリンダ機構72と、スプリング73とを備える。動作レバー71は、加減弁3の弁棒31に接続されている。シリンダ機構72は、動作レバー71を回動させることによって弁棒31を上下動させる。スプリング73は、弁棒31を下方に付勢する。
The adjustment valve drive mechanism 7 includes an
案内筒4(ガイド部)は、挿通孔4aを有する筒状(例えば中心軸A4に直交する断面が円形である筒状)に形成されている。案内筒4は、下部を取付孔17に挿通させた状態で本体部11に固定されている。案内筒4は、主流路11bの内面から主流路11b内に突出している。
The guide cylinder 4 (guide portion) is formed in a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape having a circular cross section orthogonal to the central axis A4) having the
図2に示すように、案内筒4は、中心軸A4を上下方向に向けて設けられている。案内筒4の挿通孔4aには弁棒21が挿通している。案内筒4は、中心軸A4の方向(軸方向)に弁棒21を案内する。案内筒4の中心軸A4は弁棒21の中心軸A21と一致する。案内筒4は、案内筒本体41と、調整部材42(ブッシュ)とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
案内筒本体41は、上下方向に沿う中心軸A41を有する筒状(例えば中心軸A41に直交する断面が円形である筒状)に形成されている。案内筒本体41の内周面は、上から下に、先端部内周面43と、テーパー面44と、大径内周面45とを有する。中心軸A41は、中心軸A4に一致する。
調整部材42は、上下方向に沿う中心軸A42を有する円筒状に形成されている。調整部材42は、案内筒本体41(大径内周面45)の内周面に設けられている。中心軸A42は、中心軸A4に一致する。調整部材42の内径は、案内筒本体41の大径内周面45の内径より小さい。そのため、調整部材42の上端部は縮径段部46を形成する。調整部材42の内周面は、小径内周面47を形成する。例えば、調整部材42は案内筒本体41とは別体である。
The guide cylinder
The adjusting
案内筒4の内周面は、案内筒本体41の内周面と、調整部材42の内周面とを含むため、上から下に、先端部内周面43と、テーパー面44と、大径内周面45と、縮径段部46と、小径内周面47とを有する。
先端部内周面43の内径は軸方向に一定である。テーパー部44は、先端部内周面43と大径内周面45との内径差によって形成された拡径部である。テーパー部44は、先端部内周面43の下端から大径内周面45の上端にかけて下方に向かうにしたがって拡径する。
Since the inner peripheral surface of the
The inner diameter of the tip end inner
図3(A)および図3(B)は、蒸気弁10の動作を説明する一部断面図である。図3(A)は、弁棒21が最下降位置にある状態を示す。図3(B)は、弁棒21が最上昇位置にある状態を示す。図3(B)に示すように、最上昇位置にある弁棒21は、テーパー部24がテーパー面44に当接して上昇が規制される。移動範囲R1は、肩部26が上下方向に移動可能な範囲であり、詳しくは、最下降位置(図3(A)参照)から最上昇位置(図3(B)参照)までの範囲である。
FIGS. 3A and 3B are partial cross-sectional views for explaining the operation of the
図2に示すように、大径内周面45の内径は、先端部内周面43の内径より大きく、かつ軸方向に一定である。大径内周面45は、移動範囲R1に対応する範囲を含む。大径内周面45は、円筒面をなす。
縮径段部46は、大径内周面45の下端から小径内周面47の上端にかけて縮径する段部である。
As shown in FIG. 2, the inner diameter of the large diameter inner
The
小径内周面47は、大径内周面45の下側(軸方向の他方側)に位置する。小径内周面47の内径は、大径内周面45の内径より小さく、かつ軸方向に一定である。小径内周面47は、弁棒21の主外周面27aに対向する。
なお、蒸気弁10では、小径内周面47は、案内筒本体41と別体である調整部材42の内周面であるが、小径内周面は、案内筒の内面に一体的に形成された膨出部の内周面であってもよい。この膨出部は、例えば、案内筒の内周面に、径方向の内方に膨出して形成される。
The small diameter inner
In the
大径内周面45は、小径内周面47より内径が大きいため、小径内周面47よりも弁棒21との隙間が大きい。すなわち、大径内周面45と弁棒21(主外周面27a)との隙間C1は、小径内周面47と弁棒21(主外周面27a)との隙間C2より大きい。
The large diameter inner
隙間C1は、例えば、次に示すようにして定めることができる。
隙間C1は、案内筒4と弁棒21とが接触しないように定めることができる。案内筒4と弁棒21とが接触しなければ、弁棒21の動作が妨げられないため、弁棒21の正常動作を確保できる。隙間C1は、案内筒4と弁棒21とが接触してもよいように定めることもできるが、その場合には、案内筒4と弁棒21とが接触した状態でも弁棒21が正常に動作することが必要である。よって、隙間C1は、次に示す方針(1)、(2)のいずれかに従って定めることができる。
The gap C1 can be determined, for example, as follows.
The clearance C1 can be set so that the
(1)案内筒4と弁棒21との接触を許容しない場合
図4(A)および図4(B)は、比較形態の蒸気弁の案内筒104、および弁棒21を示す一部断面図である。図4(A)は、未変形の案内筒104、および弁棒21を示す。図4(A)では、案内筒104の中心軸A104は弁棒21の中心軸A21と一致している。案内筒104の内周面は、縮径段部46と、小径内周面47とを備えていない点で、図2に示す案内筒4の内周面と異なる。
(1) When the Contact between the
比較形態の案内筒104は、蒸気の流通による温度上昇によって変形する可能性がある。図4(B)は、径方向に変形した案内筒104、および弁棒21を示す(矢印参照)。ここでは、案内筒104が基端104bを支点として矢印方向(図4(B)の左方向)に傾いたと想定する。中心軸A104と中心軸A21とは不一致となる。案内筒104の内周面は弁棒21の肩部26に接触している。
なお、図4(B)では、案内筒104が基端104bを支点として傾動する変形を想定したが、案内筒104の変形は、撓み変形を含む変形であってもよい。
The
In addition, in FIG. 4 (B), although the deformation | transformation which the
図1に示すように、実施形態の蒸気弁10においても、蒸気タービンの起動時などには、蒸気Sの流通により温度は上昇する。よって、図2に示す案内筒4は、図4(B)に示す比較形態の案内筒104と同様に、温度上昇により径方向に変形する可能性がある。そのため、方針(1)、すなわち、案内筒4と弁棒21との接触を許容しない場合には、隙間C1は、肩部26の高さ位置における、案内筒4の径方向の最大変形量を越えるように設定することができる。これによって、案内筒4は弁棒21に接触しにくくなるため、弁棒21は正常に動作できる。
As shown in FIG. 1, also in the
(2)案内筒4と弁棒21との接触を許容する場合
案内筒4と弁棒21との接触を許容する場合には、案内筒4と弁棒21とが接触した状態でも弁棒21が正常に動作することが必要である。
図5は、方針(2)における、隙間C1の設計手法の例を示すフロー図である。図5に示すように、まず、温度上昇による案内筒4の変形量を算出する(STEP1)。案内筒4の変形量の算出には、例えば、FEM(Finite Element Method)を用いることができる。
(2) When allowing the contact between the
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a design method of the gap C1 in the policy (2). As shown in FIG. 5, first, the amount of deformation of the
案内筒4と弁棒21との間の接触PV値は、弁棒21の正常動作の限界を与える指標となる。接触PV値には、案内筒4と弁棒21との間の摩擦力が影響する。案内筒4と弁棒21との間の摩擦力は、案内筒4の変形量によって変動する。そのため、案内筒4の変形量に基づいて、弁棒21を正常に動作させるための接触PV値の基準値を算出することができる。
The contact PV value between the
次いで、蒸気タービンのトリップ時(止め弁2の急速閉止時)における、案内筒4と弁棒21との接触PV値を算出する(STEP2)。接触PV値の算出には、FEM、MBD(Model Based Development)などを用いることができる。
Next, the contact PV value of the
次いで、得られたトリップ時の接触PV値と、前述の基準値とを比較する。接触PV値が基準値を下回っていれば(STEP3:Yes)、検討を終了する。
接触PV値が基準値以上であれば(STEP3:No)、案内筒4の内径を小さくするか、または弁棒21の外径を小さくすることによって隙間C1を大きくして(STEP4)、再び接触PV値を算出する(STEP2)。このようにして、接触PV値が基準値を下回る隙間C1を導き出す。これにより、弁棒21が正常に動作できる隙間C1を得る。
Then, the obtained contact PV value at the time of trip is compared with the reference value described above. If the contact PV value is lower than the reference value (STEP 3: Yes), the examination is ended.
If the contact PV value is equal to or higher than the reference value (STEP 3: No), the inner diameter of the
図2に示す調整部材42の設置位置は、次のようにして定めることができる。
図6(A)および図6(B)は、蒸気弁10における調整部材42の設計手法の例を示す図である。図6(A)は、未変形の案内筒104、および弁棒21を示す。図6(B)は、径方向に変形した案内筒104、および弁棒21を示す(矢印参照)。
The installation position of the
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing an example of a design method of the
図6(A)に示すように、案内筒104の基端104b(下端)を基準とする肩部26の高さを「H」とする。「C0」は、案内筒104と弁棒21との隙間である。
図6(B)に示すように、案内筒104が、熱変形により、基端104bを支点として傾いたと仮定する(矢印参照)。ここでは、案内筒104が径方向(図6(B)の左方)に傾くことを想定する。「δ」は、肩部26の高さ位置における案内筒104の径方向の変位量である。
As shown in FIG. 6A, the height of the
As shown in FIG. 6 (B), it is assumed that the
図6(B)に示す変形状態の案内筒104について、高さ位置X1における、案内筒104と弁棒21との最小の隙間を「Cx」とする。隙間Cxは、次に示す式(1)により算出できる。「x」は、高さ位置X1と肩部26との高低差である。
Cx=(C0−δ)+x/H・δ ・・・(1)
In the
Cx = (C0−δ) + x / H · δ (1)
式(1)より、案内筒104と弁棒21との間に、隙間a(=Cx)(最小の隙間)を確保できる「x」は、次の式(2)により求めることができる。
x=H/δ・(a−C0+δ) ・・・(2)
From the equation (1), “x” capable of securing the gap a (= Cx) (minimum gap) between the
x = H / δ · (a−C0 + δ) (2)
図1に示す調整部材42の設置位置は、式(2)に基づいて定めることができる。例えば、まず、案内筒104と弁棒21との隙間を通した蒸気のリーク量を十分に抑制できる隙間aを定める。隙間aに基づいて、式(2)を用いて「x」を算出する。図1に示す蒸気弁10において、調整部材42は、上端(縮径段部46)と、弁棒21の肩部26との高低差が「x」となる位置に設置することができる。
The installation position of the
次に、蒸気弁10の動作について、図1を参照して説明する。図1では、止め弁2および加減弁3は閉状態となっている。
図1に示すように、止め弁駆動機構6のシリンダ62に制御油を供給すると、ピストン61、弁棒21および弁体22は上昇する。これにより、弁体22は第1弁座14から離れ、止め弁2は開放される。加減弁駆動機構7のシリンダ機構72に制御油を供給すると、動作レバー71の動作により、弁棒31および弁体32は上昇する。これにより、弁体32は第2弁座15から離れ、加減弁3は開放される。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 1, when the control oil is supplied to the
蒸気Sは、導入口12bから導入流路12a、加減弁3、止め弁2を経て主流路11bに流入する。蒸気Sは、主流路11bから排出流路13aを経て、排出口13bから排出される。必要に応じて、シリンダ機構72に対して制御油を供給または排出すると、弁棒31および弁体32は上昇または下降し、加減弁3の開度は調整される。そのため、排出される蒸気Sの流量が調節される。
The steam S flows from the
蒸気タービンのトリップ時などには、止め弁駆動機構6のシリンダ62から制御油を排出する。スプリング63の弾性力により、ピストン61、弁棒21および弁体22は下降する。これにより、弁体22は第1弁座14に達し、止め弁2は閉止される。加減弁駆動機構7のシリンダ機構72に制御油を供給すると、スプリング73の弾性力により、弁棒31および弁体32は下降する。これにより、弁体32は第2弁座15に達し、加減弁3は閉止される。止め弁2および加減弁3が閉状態となることにより、蒸気Sの流れは止まり、蒸気タービンは停止する。
At the time of trip of the steam turbine or the like, control oil is discharged from the
実施形態の蒸気弁10では、案内筒4の内周面が小径内周面47を有するため、小径内周面47において弁棒21との隙間を小さくできる。よって、案内筒4と弁棒21との隙間を通して弁ケーシング1の外部にリークする蒸気の量を抑制できる。案内筒4の内周面は、弁棒21の肩部26の移動範囲R1に対応する大径内周面45を有する。蒸気弁10は、大径内周面45において、案内筒4と弁棒21との間に十分な隙間を確保できる。そのため、案内筒4が径方向に変形した場合でも、案内筒4は、弁棒21と接触しないか、または、弁棒21の正常動作が可能となる程度に弁棒21に接触する。よって、弁棒21の正常動作を確保しやすい。
In the
蒸気弁10では、上述のように、案内筒4が、弁棒21と接触しないか、または、弁棒21の正常動作が可能となる程度に弁棒21に接触する。そのため、蒸気タービンの緊急停止などの際に、案内筒4と弁棒21との焼き付きを防ぎ、止め弁2の急速閉止を確実に行うことができる。
In the
蒸気弁10では、案内筒本体41と、案内筒本体41とは別体である調整部材42とを備えている。調整部材42は案内筒本体41とは別体であるため、案内筒本体41への設置および交換が容易である。よって、小径内周面47と弁棒21(主外周面27a)との隙間C2の調整が容易である。
The
弁棒21は、肩部26より高い位置にテーパー部24を備えているため、2段の拡径部を有する形状である。そのため、図3(B)に示すように、テーパー部24が案内筒4のテーパー面44に当接するとき、肩部26は低く位置する(すなわち、軸方向の他方寄りに位置する)。よって、肩部26は案内筒4に当接しにくくなる。
The
[第2の実施形態]
図7は、本発明の第2の実施形態に係る蒸気弁210の模式図である。図8は、蒸気弁210の一部断面図である。図9は、図8のA−A断面図である。図9は、弁棒21の中心軸A21と平行に見た図である。図10は、蒸気弁210の動作を説明する一部断面図である。なお、第1の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 7 is a schematic view of a
図7に示すように、蒸気弁210は、弁ケーシング1と、止め弁2と、加減弁3と、案内筒204と、蓋部材5と、止め弁駆動機構6と、加減弁駆動機構7とを備えている。蒸気弁210は、案内筒4に代えて案内筒204を用いること以外は、第1の実施形態の蒸気弁10(図1参照)と同様の構成である。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、案内筒204は、挿通孔204aを有する筒状(例えば中心軸A204に直交する断面が円形である筒状)に形成されている。案内筒204の中心軸A204は上下方向に沿う。案内筒204は、中心軸A204の方向(軸方向)に弁棒21を案内する。図8において、中心軸A204は、主内周面245(後述)の中心軸である。
As shown in FIG. 8, the
案内筒204の内周面は、上から下に、先端部内周面43と、テーパー面44と、主内周面245とを有する。
主内周面245の内径は、先端部内周面43の内径より大きく、かつ軸方向に一定である。主内周面245は、移動範囲R1に対応する範囲を含む。主内周面245は、円筒面をなす。
The inner circumferential surface of the
The inner diameter of the main inner
図8および図9に示すように、案内筒204の中心軸A204(主内周面245の中心軸)は、弁棒21の中心軸A21と一致していない。図9に示すように、案内筒204の中心軸A204は、弁棒21の中心軸A21に対して、排出流路13a側にずれて位置している。すなわち、案内筒204の主内周面245は、弁棒21に対して、排出流路13a側に偏心している。
As shown in FIGS. 8 and 9, the central axis A 204 (the central axis of the main inner peripheral surface 245) of the
「C11」は、中心軸A21と平行に見たときに、主内周面245のうち排出流路13aに最も近い部位P1における、案内筒204(主内周面245)と弁棒21との隙間である。「C12」は、中心軸A21と平行に見たときに、排出流路13aから最も遠い部位P2における、案内筒204(主内周面245)と弁棒21との隙間である。中心軸A204が中心軸A21に対して排出流路13a側にずれているため、隙間C11は、隙間C12より大きい。
“C11”, when viewed parallel to the central axis A21, at the portion P1 of the main inner
図7に示すように、案内筒204が設けられた部分の弁ケーシング1のうち、排出流路13aに近い部分は、簡略な構造とした場合でも弁ケーシング1全体の強度に影響が及びにくいため、薄肉に形成されることがある。一方、排出流路13aから遠い部分は、本体部11の剛性を確保するため、厚肉に形成されやすい。例えば、図7では、案内筒204の左側の本体側部分P3は、案内筒204の右側の排出側部分P4に比べて厚肉となりやすい。そのため、本体側部分P3は、剛性が高く、かつ温度上昇しにくいことから、変形しにくくなる傾向がある。よって、図10に示すように、案内筒204は、温度上昇時には、本体側部位P3側(図10の左側)に変形しやすくなる可能性がある。
As shown in FIG. 7, in the portion of the valve casing 1 where the
次に、蒸気弁210の動作について、図7を参照して説明する。図7では、止め弁2および加減弁3は閉状態となっている。
図7に示すように、止め弁駆動機構6のシリンダ62に制御油を供給すると、ピストン61、弁棒21および弁体22は上昇する。これにより、弁体22は第1弁座14から離れ、止め弁2は開放される。加減弁駆動機構7のシリンダ機構72に制御油を供給すると、動作レバー71の動作により、弁棒31および弁体32は上昇する。これにより、弁体32は第2弁座15から離れ、加減弁3は開放される。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 7, when the control oil is supplied to the
蒸気Sは、導入口12bから導入流路12a、加減弁3、止め弁2を経て主流路11bに流入する。蒸気Sは、主流路11bから排出流路13aを経て、排出口13bから排出される。必要に応じて、シリンダ機構72に対して制御油を供給または排出すると、弁棒31および弁体32は上昇または下降し、加減弁3の開度は調整される。そのため、排出される蒸気Sの流量が調節される。
The steam S flows from the
蒸気タービンのトリップ時などには、止め弁駆動機構6のシリンダ62から制御油を排出する。スプリング63の弾性力により、ピストン61、弁棒21および弁体22は下降する。これにより、弁体22は第1弁座14に達し、止め弁2は閉止される。加減弁駆動機構7のシリンダ機構72に制御油を供給する。スプリング73の弾性力により、弁棒31および弁体32は下降する。これにより、弁体32は第2弁座15に達し、加減弁3は閉止される。止め弁2および加減弁3が閉状態となることにより、蒸気Sの流れは止まり、蒸気タービンは停止する。
At the time of trip of the steam turbine or the like, control oil is discharged from the
図9に示すように、実施形態の蒸気弁210では、案内筒204の内周面(主内周面245)は、弁棒21に対して偏心している。そのため、例えば、図10に示すように、案内筒204が径方向に変形した場合においても、案内筒204は、弁棒21と接触しないか、または、弁棒21の正常動作が可能となる程度に弁棒21に接触する。よって、弁棒21の正常動作を確保しやすい。
As shown in FIG. 9, in the
実施形態の蒸気弁210では、案内筒204の内周面のうち、排出流路13aから最も近い部位P1と弁棒21との隙間C11は、排出流路13aから最も遠い部位P2と弁棒21との隙間C12よりも大きい。そのため、図10に示すように、案内筒204が排出流路13a側とは反対側(図10における左方)に、径方向に変形した場合においても、案内筒204は、弁棒21と接触しないか、または、弁棒21の正常動作が可能となる程度に弁棒21に接触する。よって、弁棒21の正常動作を確保しやすい。
In the
蒸気弁210では、上述のように、案内筒204が、弁棒21と接触しないか、または、弁棒21の正常動作が可能となる程度に弁棒21に接触する。そのため、蒸気タービンの緊急停止などの際に、案内筒204と弁棒21との焼き付きを防ぎ、止め弁2の急速閉止を確実に行うことができる。
In the
蒸気弁210では、案内筒204は、排出流路13aから遠い部位において、隙間C11より小さい隙間C12を有するため、案内筒204と弁棒21との隙間を通して弁ケーシング1の外部にリークする蒸気の量を抑制できる。
In the
弁棒21は、肩部26より高い位置にテーパー部24を備えているため、2段の拡径部を有する形状である。そのため、図3(B)に示すように、テーパー部24が案内筒4のテーパー面44に当接するとき、肩部26は低く位置する(すなわち、軸方向の他方寄りに位置する)。よって、肩部26は案内筒4に当接しにくくなる。
The
蒸気弁10(図1参照)および蒸気弁210(図7参照)は、蒸気タービンに適用することができる。蒸気タービンは、例えば、高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン、および低圧蒸気タービンを備える。蒸気弁10,210は、例えば、ボイラからの高圧蒸気を高圧蒸気タービンに供給する主蒸気供給配管に設けることができる。この蒸気タービンは、蒸気のリーク量を抑え、かつ、弁棒の正常動作を確保しやすい蒸気弁10または蒸気弁210を備えるため、信頼性の点で優れている。
The steam valve 10 (see FIG. 1) and the steam valve 210 (see FIG. 7) can be applied to a steam turbine. The steam turbine includes, for example, a high pressure steam turbine, an intermediate pressure steam turbine, and a low pressure steam turbine. The
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図7に示す蒸気弁210では、調整部材は用いられていないが、第1の実施形態の蒸気弁10と同様に、調整部材を用いてもよい。
図11は、図7に示す蒸気弁210の変形例である蒸気弁310の一部断面図である。図12は、図11のB−B断面図である。
図11および図12に示すように、蒸気弁310では、排出流路13aから最も近い部位P1(図12参照)を含む位置において、案内筒204の内周面に、調整部材242が設けられている。調整部材242は、中心軸A204に直交する断面が円弧状に形成されている。調整部材242は、部位P1(図12参照)に近いほど厚みを増す形状となっている。
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes and the like within the scope of the present invention are also included. .
For example, although the adjusting member is not used in the
FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a
As shown in FIGS. 11 and 12, in the
蒸気弁310では、調整部材242を備えているため、案内筒204と弁棒21との隙間を通して弁ケーシング1の外部にリークする蒸気の量を抑制できる。
Since the
図2に示す弁棒21は、2段の拡径部(テーパー部24および肩部26)を有する形状であるが、弁棒の形状はこれに限定されない。弁棒は、例えば1段の拡径部(肩部)を有する形状であってもよい。
Although the
1 弁ケーシング
2 止め弁
4,204 案内筒
10,210 蒸気弁
12a 導入流路
13a 排出流路
14 第1弁座(弁座)
21 弁棒
22 弁体
26 肩部
27a 主外周面
42,242 調整部材
44 テーパー面(当接段部)
45 大径内周面
47 小径内周面
C1 大径内周面と弁棒との隙間
C2 小径内周面と弁棒との隙間
C11 排出流路に最も近い部位における弁棒との隙間
C12 排出流路から最も遠い部位における弁棒との隙間
P1 排出流路に最も近い部位
P2 排出流路から最も遠い部位
R1 移動範囲
S 蒸気
Reference Signs List 1
21
45 Large diameter inner
Claims (8)
該弁ケーシング内に外部から挿入されて軸方向に移動可能な弁棒、及び、該弁棒の軸方向一方側の端部に設けられて、前記弁ケーシング内における弁座に当接可能な弁体を有する止め弁と、
前記弁ケーシングに固定されて、内側に前記弁棒を挿通させるとともに該弁棒を軸方向に案内する筒状をなす案内筒と、
を備え、
前記弁棒は、
該弁棒の軸方向他方側に向かうにしたがって拡径する肩部と、
該肩部の前記軸方向他方側に接続された主外周面と、
を有し、
前記案内筒の内周面は、
前記肩部の移動範囲に対応する大径内周面と、
前記大径内周面の前記軸方向他方側に位置し前記主外周面に対向する小径内周面とを有し、
前記大径内周面は前記小径内周面よりも前記弁棒との隙間が大きい、蒸気弁。 A valve casing having an introduction flow passage through which steam is introduced and a discharge flow passage through which the steam is discharged;
An externally moveable valve rod inserted from the outside into the valve casing, and a valve provided at one axial end of the valve rod and capable of abutting on a valve seat in the valve casing A stop valve having a body,
A cylindrical guide cylinder fixed to the valve casing and having the valve stem inserted therein and guiding the valve stem in the axial direction;
Equipped with
The valve rod is
A shoulder that increases in diameter toward the other axial side of the valve rod;
A main outer peripheral surface connected to the other axial side of the shoulder;
Have
The inner circumferential surface of the guide cylinder is
A large diameter inner circumferential surface corresponding to the range of movement of the shoulder;
And a small diameter inner circumferential surface located on the other side in the axial direction of the large diameter inner circumferential surface and facing the main outer circumferential surface,
The steam valve, wherein the large diameter inner circumferential surface has a larger gap with the valve rod than the small diameter inner circumferential surface.
前記小径内周面は、前記調整部材の内周面である、請求項1に記載の蒸気弁。 The guide cylinder includes a cylindrical guide cylinder main body, and an adjustment member provided on the inner peripheral surface of the guide cylindrical main body,
The steam valve according to claim 1, wherein the small diameter inner circumferential surface is an inner circumferential surface of the adjusting member.
前記当接段部は、前記肩部よりも前記軸方向一方側に形成されている、請求項1または2に記載の蒸気弁。 The valve rod further includes a contact step that contacts the inner surface of the guide cylinder when the valve body is separated from the valve seat,
The steam valve according to claim 1, wherein the contact step is formed on one side in the axial direction with respect to the shoulder.
該弁ケーシング内に外部から挿入されて軸方向に移動可能な弁棒、及び、該弁棒の軸方向一方側の端部に設けられて、前記弁ケーシング内における弁座に当接可能な弁体を有する止め弁と、
前記弁ケーシングに固定されて、内側に前記弁棒を収容するとともに該弁棒を軸方向に案内する筒状をなす案内筒と、
を備え、
前記弁棒は、
該弁棒の軸方向他方側に向かうにしたがって拡径する肩部と、
該肩部の前記軸方向他方側に接続された主外周面と、
を有し、
前記肩部の移動範囲に対応する前記案内筒の内周面は、前記弁棒に対して偏心している、蒸気弁。 A valve casing having an introduction flow passage through which steam is introduced and a discharge flow passage through which the steam is discharged;
An externally moveable valve rod inserted from the outside into the valve casing, and a valve provided at one axial end of the valve rod and capable of abutting on a valve seat in the valve casing A stop valve having a body,
A tubular guide cylinder fixed to the valve casing and accommodating the valve stem inside and guiding the valve stem in the axial direction;
Equipped with
The valve rod is
A shoulder that increases in diameter toward the other axial side of the valve rod;
A main outer peripheral surface connected to the other axial side of the shoulder;
Have
The steam valve, wherein an inner circumferential surface of the guide cylinder corresponding to a movement range of the shoulder portion is eccentric to the valve rod.
前記調整部材は、前記排出流路に最も近い部位を含む位置に設けられている、請求項5に記載の蒸気弁。 The guide cylinder includes a cylindrical guide cylinder main body, and an adjustment member provided on the inner peripheral surface of the guide cylindrical main body,
The steam valve according to claim 5, wherein the adjustment member is provided at a position including a portion closest to the discharge flow channel.
前記当接段部は、前記肩部よりも前記軸方向一方側に形成されている、請求項4〜6のうちいずれか1項に記載の蒸気弁。 The valve rod further includes a contact step that contacts the inner surface of the guide cylinder when the valve body is separated from the valve seat,
The steam valve according to any one of claims 4 to 6, wherein the contact step is formed on one side in the axial direction with respect to the shoulder.
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