JP2019108900A

JP2019108900A - 蒸気弁

Info

Publication number: JP2019108900A
Application number: JP2017240405A
Authority: JP
Inventors: 都二森; Miyako Nimori
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP6813472B2

Abstract

【課題】弁体を駆動させるのに必要な駆動力を低減することが可能な蒸気弁を提供する。【解決手段】実施形態の蒸気弁において、弁蓋およびブッシュには、蒸気が内部空間から弁棒とブッシュとの間をステムリーク成分として通過した後に、ステムリーク成分が流れるステムリーク流路が形成されている。弁棒は、溝部が外周面に形成されており、蒸気弁が全閉状態であるときに、弁棒の外周面のうち溝部が形成された部分と、ステムリーク流路の入口部分とが弁棒の径方向において対面する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、蒸気弁に関する。

蒸気タービンシステムにおいては、主蒸気止め弁や蒸気加減弁などの蒸気弁が設置されている。主蒸気止め弁は、ボイラから蒸気タービンへ作動流体として導入する蒸気を遮断するために設置されている。また、蒸気加減弁は、蒸気タービンへ作動流体として導入する蒸気の流量を調節するために設置されている。

蒸気弁は、弁棒に弁体が接続されており、蒸気弁が全て閉じられた全閉状態では弁体が弁座に接触する。蒸気弁においては、開動作の開始の際に必要な駆動力を低減するために、弁体（主弁）よりも小さい副弁を設けている。この場合、弁体と弁棒との間は、固定されておらず、自由度がある。

蒸気弁は、弁棒の軸が延在する方向が、重力に沿った鉛直方向でなく、鉛直方向に直交する水平方向に沿うように設置される場合がある。このように蒸気弁が水平設置型である場合、弁棒と弁体とが互いに別体であって両者の間が固定されていないときには、弁体の自重によって弁体の軸が弁棒の軸に対して傾斜する場合がある。その結果、弁体と弁座との間の接触が不十分になり、弁体と弁座との間に間隙が介在するために、蒸気の遮断を確実に行うことが困難になる場合がある。

このため、蒸気を確実に遮断するために、副弁を設けずに弁棒と弁体との間を固定して自由度を無くすこと、および、弁体が水平方向に沿って移動するように弁体をスリーブに収容すること等が行われている。

特開２０１６−０５６７４８号公報

蒸気タービンシステムに用いられる蒸気弁の一例について、図１２から図１４を用いて説明する。図１２では、水平設置型の蒸気弁Ｖ１について水平面（ｘｙ面）に沿った断面を示しており、紙面に直交する方向が鉛直方向ｚであり、縦方向が、弁棒２４の軸２４Ｊに沿った第１水平方向ｙであり、横方向が、弁棒２４の軸２４Ｊに直交する第２水平方向ｘである。図１３では、図１２において破線で囲った領域Ａに対応する断面（ｘｙ面）を拡大して示している。図１４では、図１３に示すＹ１−Ｙ１部分の断面（ｘｚ面）を示している。図１２から図１４のそれぞれにおいては、蒸気弁Ｖ１が全て閉じられた全閉状態である場合の様子を模式的に図示している。蒸気弁Ｖ１を構成する各部について順次説明する。

蒸気弁Ｖ１において、ケーシング２１は、内部空間２１Ｃ（弁室）を含み、入口２１Ａと出口２１Ｂとが内部空間２１Ｃに連通するように設けられている。ケーシング２１は、蒸気弁Ｖ１が開けられたときには、蒸気Ｆが入口２１Ａから内部空間２１Ｃに流入し、その蒸気Ｆが出口２１Ｂから外部（蒸気タービンなど）へ流出する。ケーシング２１において、入口２１Ａは、第２水平方向ｘの一方の側（図１２では左側）に形成されており、入口２１Ａが設けられた管状の流路が第２水平方向ｘに延在している。出口２１Ｂは、第１水平方向ｙの一方の側（図１２では下側）に形成されており、出口２１Ｂが設けられた管状の流路が第１水平方向ｙに延在している。また、ケーシング２１は、第１水平方向ｙにおいて出口２１Ｂが設けられた一方の側に対して反対側に位置する他方の側（図１２では上側）に、開口２１Ｋが形成されている。

弁蓋２２は、ケーシング２１の開口２１Ｋを塞ぐように、ケーシング２１に設置されている。ここでは、弁蓋２２は、貫通孔２２Ｋが中央部分に形成されている。弁蓋２２の貫通孔２２Ｋは、第１水平方向ｙに延在しており、蒸気弁Ｖ１の外部と内部空間２１Ｃとの間を連通するように貫通している。貫通孔２２Ｋの内部には、ブッシュ２２１が設置されている。ブッシュ２２１は、たとえば、円筒状の管状体であって、弁棒２４の軸２４Ｊに対して同軸になるように弁蓋２２に嵌合されている。

スリーブ２３は、ケーシング２１の内部空間２１Ｃに収容されている。スリーブ２３は、たとえば、円筒状の管状体であって、弁棒２４の軸２４Ｊと同軸に配置されている。スリーブ２３は、一端部（図では上端部）が弁蓋２２に固定されている。スリーブ２３は、弁体２５を内部に収容しており、弁体２５の移動を案内する弁体案内部として機能する。

弁棒２４は、ブッシュ２２１を介して弁蓋２２の貫通孔２２Ｋを貫通している。弁棒２４は、たとえば、円柱状の棒状体であって、軸２４Ｊが水平面（ｘｙ面）に沿っている。弁棒２４は、ブッシュ２２１の内部において第１水平方向ｙに沿って摺動するように、ブッシュ２２１に案内される。具体的には、図１３に示すように、弁棒２４は、第１弁棒部２４１と、第１弁棒部２４１よりも径が大きい第２弁棒部２４２とを有しており、第１弁棒部２４１がブッシュ２２１の内部に収容される部分であり、第２弁棒部２４１がブッシュ２２１の外部に位置している。

弁体２５は、ケーシング２１の内部空間２１Ｃにおいて弁棒２４に連結されている。弁体２５は、たとえば、円筒状の管状体である部分を含み、その管状体である部分が弁棒２４と同軸になるように配置されている。弁体２５は、第１水平方向ｙにおいて一方の側に位置する部分（図では上側部分）が、スリーブ２３の内部に収容されており、その部分の外径は、スリーブ２３の内径と同じである。また、弁体２５は、第１水平方向ｙにおいて他方の側に位置する端部（図では下側部分）が、曲面になっている。弁体２５は、スリーブ２３の内部において、弁棒２４の一端に位置する第２弁棒部２４１に連結されている。弁体２５は、弁棒２４と共に軸２４Ｊに沿って移動する。弁体２５は、たとえば、ボルトなどの締結部材２５１を用いて、弁棒２４に連結されている。弁体２５は、スリーブ２３の内部において第１水平方向ｙに摺動する。つまり、弁体２５は、スリーブ２３によってガイドされて、第１水平方向ｙを移動する。

弁座２６は、ケーシング２１の内部空間２１Ｃに収容されている。弁座２６は、たとえば、リング形状であって、弁棒２４と同軸になるように配置されている。弁座２６は、第１水平方向ｙにおいて弁体２５が弁棒２４と共に移動することによって蒸気弁Ｖ１が全閉状態になったときに、弁体２５が接触する。

ストレーナ２７は、ケーシング２１の内部空間２１Ｃに収容されている。ストレーナ２７は、たとえば、多孔板や網状体であって、弁蓋２２と弁座２６との間において、弁体２５およびスリーブ２３の周りを囲うように配置されている。ストレーナ２７は、弁棒２４と同軸になるように設けられている。ストレーナ２７は、蒸気Ｆに混入した異物（図示なし）が内部空間２１Ｃに流入することを防止するために設けられている。

蒸気弁Ｖ１は、更に、ケーシング２１の外部において、弁棒２４が駆動装置２８に連結されており、駆動装置２８が弁棒２４を第１水平方向ｙに移動させる。これにより、蒸気弁Ｖ１では、弁体２５と弁座２６との間の距離が変動して開度が調整され、蒸気弁Ｖ１を流れる蒸気Ｆの流量が制御される。図示を省略しているが、駆動装置２８は、たとえば、油筒とバネとを備えており、油圧の作用によって蒸気弁Ｖ１を開け、油圧およびバネ力の作用によって蒸気弁Ｖ１を閉めるように構成されている。

詳細に説明すると、蒸気弁Ｖ１を開けるときには、ケーシング２１の内部空間２１Ｃにおいて、弁体２５が弁座２６から離れる。これにより、ケーシング２１の入口２１Ａに流入した蒸気Ｆが、内部空間２１Ｃを流れて、ケーシング２１の出口２１Ｂから排出される量が増加する。この一方で、蒸気弁Ｖ１を閉じるときには、ケーシング２１の内部空間２１Ｃにおいて、弁体２５が弁座２６に近づく。これにより、ケーシング２１の入口２１Ａに流入した蒸気Ｆが、内部空間２１Ｃを流れて、ケーシング２１の出口２１Ｂから排出される量が減少する。そして、蒸気弁Ｖ１を全て閉じた全閉状態にするときには、弁体２５が弁座２６に接触して、その蒸気Ｆの流れが遮断される。蒸気弁Ｖ１では、たとえば、制御装置（図示省略）が出力した制御信号に応じて駆動装置２８が弁体２５と弁座２６との間の距離を調節することによって、蒸気弁Ｖ１を流れる蒸気Ｆの流量が制御される。

蒸気弁Ｖ１において、弁棒２４およびブッシュ２２１のそれぞれは、蒸気弁Ｖ１が全て開けられた全開状態であるときに、互いに接触するバックシート面Ｓ２４，Ｓ２２１が設けられている。弁棒２４のバックシート面Ｓ２４、および、ブッシュ２２１のバックシート面Ｓ２２１は、弁棒２４の軸２４Ｊに対して傾斜している。具体的には、弁棒２４は、第１弁棒部２４１と第２弁棒部２４２との間に弁体２５へ向かうに伴って外径が大きくなる部分を含み、その部分の外周面がバックシート面Ｓ２４として形成されている。また、ブッシュ２２１は、弁体２５側の一端において、弁体２５へ向かうに伴って内径が大きくなる部分を含み、その部分の内周面がバックシート面Ｓ２２１として形成されている。蒸気弁Ｖ１が全開状態であるとき、弁棒２４のバックシート面Ｓ２４と、ブッシュ２２１のバックシート面Ｓ２２１とが互いに接触するので、弁棒２４とブッシュ２２１との間の間隙から蒸気Ｆが漏れることを抑制可能である。

なお、弁棒２４とブッシュ２２１との間には、狭い間隙が介在している。つまり、ブッシュ２２１の内周面の半径Ｒ０よりも、弁棒２４において第１弁棒部２４１の外周面の半径Ｒ１の方が小さい。ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間に介在する間隙の幅Ｇ（Ｇ＝Ｒ０−Ｒ１）は、弁棒２４の線膨張率とブッシュ２２１の線膨張率との差、酸化物スケールの堆積、および、弁棒２４とブッシュ２２１との間から蒸気が漏れることによる効率の低下などを考慮し、弁棒２４がブッシュ２２１の内部で円滑に摺動するように、適宜、設定されている。

蒸気弁Ｖ１において、ケーシング２１の内部空間２１Ｃに導入された高圧の蒸気Ｆは、弁棒２４とブッシュ２２１との間の間隙からステムリーク成分として漏洩する。このため、そのステムリーク成分が弁棒２４とブッシュ２２１との間の間隙を介して駆動装置２８側へ漏れることを抑制するために、蒸気弁Ｖ１にはステムリーク流路３１およびステムリーク配管４１が設けられている。

ここでは、ステムリーク流路３１は、第１ステムリーク流路３１１と第２ステムリーク流路３１２とを有し、第１ステムリーク流路３１１がブッシュ２２１に形成されており、第２ステムリーク流路３１２が弁蓋２２に形成されている。第１ステムリーク流路３１１は、ブッシュ２２１の内周面側と外周面側とが連通するように、弁棒２４の径方向に沿ってブッシュ２２１を直線状に貫通している。そして、第２ステムリーク流路３１２は、弁蓋２２に形成された貫通孔２２Ｋと蒸気弁Ｖ１の外部とが連通するように、弁棒２４の径方向に沿って弁蓋２２を直線状に貫通している。第２ステムリーク流路３１２において弁蓋２２の貫通孔２２Ｋ側には、周方向の全体を囲った環状空間３１２ａが形成されている。ステムリーク流路３１において、ステムリーク成分は、弁棒２４とブッシュ２２１との間の間隙に流入した後に、第１ステムリーク流路３１１を流れ、環状空間３１２ａから第２ステムリーク流路３１２を流れる。

ステムリーク配管４１は、蒸気弁Ｖ１の外部においてステムリーク流路３１に接続されている。ステムリーク配管４１は、ステムリーク配管弁Ｖ４１が設けられており、ステムリーク成分がステムリーク流路３１からステムリーク配管４１に流入し、ステムリーク配管弁Ｖ４１を経由して、ステムリーク配管弁Ｖ４１の外部へ流出する。たとえば、ステムリーク成分は、蒸気タービンシステムの低圧系統（図示省略）や復水器（図示省略）へステムリーク配管４１から導入されて、回収される。

ところで、蒸気弁Ｖ１が全閉状態であるときには、蒸気弁Ｖ１の内部空間２１Ｃのうち弁体２５が弁座２６に接触した部分よりも出口２１Ｂ側（下流側）に位置する部分は、たとえば、真空状態であって、圧力が低い状態である。これに対して、蒸気弁Ｖ１の内部空間２１Ｃのうち弁体２５が弁座２６に接触した部分よりも入口２１Ａ側（上流側）に位置する部分は、ボイラから供給される高圧の蒸気Ｆによって、圧力が高い状態である。弁体２５は、出口２１Ｂ側の圧力と入口２１Ａ側の圧力との差に起因して、弁座２６に押し付けられる閉鎖力が作用する。このため、全閉状態の蒸気弁Ｖ１について開動作を開始するためには、駆動装置２８は、弁体２５に作用する閉鎖力よりも大きな駆動力で弁体２５を駆動させることが必要になる。その結果、大きな駆動力を得るために、たとえば、駆動装置２８の大型化が必要になり、コストが上昇する場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、弁体を駆動させるのに必要な駆動力を低減することが可能な蒸気弁を提供することである。

実施形態の蒸気弁は、ケーシングと弁蓋と弁棒と弁体と弁座とを備え、蒸気の流量を調節する。ケーシングは、蒸気が入口から内部空間に流入して出口から流出するように構成されていると共に、その内部空間に連通する開口が形成されている。弁蓋は、開口を塞ぐようにケーシングに設置されている。弁棒は、ブッシュを介して弁蓋を貫通している。弁体は、内部空間において弁棒に連結されている。弁座は、内部空間に設置されており、蒸気弁が全閉状態であるときに弁体が接触する。ここで、弁蓋およびブッシュには、蒸気が内部空間から弁棒とブッシュとの間をステムリーク成分として通過した後に、ステムリーク成分が流れるステムリーク流路が形成されている。弁棒は、溝部が外周面に形成されており、蒸気弁が全閉状態であるときに、弁棒の外周面のうち溝部が形成された部分と、ステムリーク流路の入口部分とが弁棒の径方向において対面する。

図１は、第１実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図２は、第１実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図３は、第１実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図４は、第１実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図５は、第２実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図６は、第２実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図７は、第３実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図８は、第３実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図９は、第３実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図１０は、第４実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図１１は、第４実施形態に係る蒸気弁の要部を模式的に示す図である。図１２は、関連技術に係る蒸気弁の一例を模式的に示す断面図である。図１３は、関連技術に係る蒸気弁の一例を模式的に示す断面図である。図１４は、関連技術に係る蒸気弁の一例を模式的に示す断面図である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る蒸気弁について、図１および図２を用いて説明する。図１では、図１３と同様な部分の断面（ｘｙ面）を拡大して示しており、図２では、図１に示すＹ１−Ｙ１部分の断面（ｘｚ面）を示している。図１および図２では、蒸気弁が全閉状態である場合の様子を図示している。

本実施形態の蒸気弁Ｖ１は、図１および図２に示すように、弁棒２４を除いた各部が、上記した関連技術の場合（Ｘ１参照）と同様に構成されている。このため、本実施形態の説明において上記の関連技術と重複する事項については、適宜、説明を省略する。

本実施形態において、弁棒２４は、上記の関連技術の場合と異なり、第１弁棒部２４１の外周面に溝部２４５が形成されている。溝部２４５は、弁棒２４の軸方向で規定される幅が、弁棒２４の径方向において内側から外側に向かうに伴って広くなるように形成されている。

ここでは、溝部２４５は、第１弁棒部２４１の外周面において周方向の全体をリング状に囲うように形成されている。第１弁棒部２４１において溝部２４５が形成された部分（小径部）の半径Ｒ２は、他の部分の半径Ｒ１よりも小さい（Ｒ２＜Ｒ１）。換言すると、弁棒２４の第１弁棒部２４１において軸２４Ｊから外周面までの距離は、溝部２４５が形成された部分の距離（Ｒ２）の方が、溝部２４５が形成された部分以外の部分の距離（Ｒ１）よりも短くなっている。

上記の蒸気弁Ｖ１を全閉状態から開けるときの開動作に関して、図１および図２と共に、図３および図４を用いて説明する。図３および図４では、蒸気弁の開動作が開始された後であって蒸気弁Ｖ１が全開状態にされる前の状態を図示している。図３は、図１と同様な部分を示し、図４は、図２と同様な部分を示している。

図１および図２に示したように、蒸気弁Ｖ１が全閉状態であるときには、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５が形成された部分と、ステムリーク流路３１の入口部分とが弁棒２４の径方向（図１および図２では横方向）において対面している。具体的には、弁棒２４の第１弁棒部２４１のうち溝部２４５が形成された部分は、ステムリーク流路３１のうちブッシュ２２１に形成された第１ステムリーク流路３１１に対して、弁棒２４の径方向で対面している。これにより、ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間の間隙は、ステムリーク流路３１の入口部分よりも弁体２５側（図１では下側，図１２参照）の部分が、溝部２４５によって広い幅ＧＴになっている（ＧＴ＝Ｒ０−Ｒ２）。

このため、全閉状態である蒸気弁Ｖ１について開動作の開始を行う際には、高圧の蒸気Ｆが、溝部２４５によって広い幅ＧＴになった間隙を経由して、ケーシング２１の内部空間２１Ｃからステムリーク成分としてステムリーク流路３１へ流れる。本実施形態では、溝部２４５が弁棒２４の周方向の全体に渡るようにリング状に形成されているので、溝部２４５によって広い幅ＧＴになったリング状の間隙にステムリーク成分が流入した後に、そのステムリーク成分がステムリーク流路３１を介して外部へ排出される。これに伴い、弁体２５よりも入口２１Ａ側の圧力が減少するので、弁体２５よりも出口２１Ｂ側の圧力と弁体２５よりも入口２１Ａ側の圧力との差が小さくなる。

その結果、弁体２５が弁座２６に押し付けられる閉鎖力が減少する。したがって、本実施形態では、蒸気弁Ｖ１について開動作の開始を行う際に弁体２５を駆動させるのに必要な駆動力を低減することができる。

図３および図４に示すように、蒸気弁Ｖ１について開動作が開始された後には、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５が形成された部分は、ステムリーク流路３１の入口部分以外の部分に対面する。ステムリーク流路３１の入口部分は、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５が形成された部分よりも弁体２５側（図３では下側，図１２参照）の部分に対面している。具体的には、弁棒２４の第１弁棒部２４１のうち溝部２４５が形成された部分は、ステムリーク流路３１のうちブッシュ２２１に形成された第１ステムリーク流路３１１に対して、弁棒２４の径方向で対面しない。第１弁棒部２４１のうち溝部２４５が形成された部分は、ブッシュ２２１の内周面のうち第１ステムリーク流路３１１よりも駆動装置２８側に位置する部分（図３では上側，図１２参照）に対して、弁棒２４の径方向で対面する。そして、第１弁棒部２４１のうち溝部２４５が形成された部分よりも弁体２５側に位置する部分が、第１ステムリーク流路３１１に対面する。これにより、ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間の間隙は、ステムリーク流路３１の入口部分よりも弁体２５側（下側）の部分が、狭い幅Ｇになる（Ｇ＝Ｒ０−Ｒ１）。

このため、蒸気弁Ｖ１が全閉状態から開けられて全開状態になる前の状態においては、高圧の蒸気Ｆは、溝部２４５によって広い幅ＧＴになった間隙ではなく、狭い幅Ｇの間隙を経由して、ケーシング２１の内部空間２１Ｃからステムリーク成分としてステムリーク流路３１へ流れる。

その結果、ステムリーク成分の流量は、蒸気弁Ｖ１が全閉状態であるときの流量よりも少なく、上記した関連技術の場合と同様になる。したがって、十分に高いタービン効率を実現することができる。

図示を省略しているが、蒸気弁Ｖ１が全開状態で場合には、図３および図４から判るように、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５が形成された部分が、ステムリーク流路３１の入口部分以外の部分に対面する。つまり、蒸気弁Ｖ１の開度が０％を超えた所定値から全開状態の値（１００％）になるまでの間、ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間の間隙が、全閉状態の場合の幅ＧＴよりも狭い幅Ｇになる（Ｇ＜ＧＴ）。

さらに、蒸気弁Ｖ１が全開状態であるときには、関連技術の場合と同様に、弁棒２４のバックシート面Ｓ２４と、ブッシュ２２１のバックシート面Ｓ２２１とが互いに接触する。このため、関連技術の場合と同様に、弁棒２４とブッシュ２２１との間の間隙から蒸気Ｆが漏れることが抑制されるので、十分に高いタービン効率を実現することができる。

上記においては、蒸気弁Ｖ１に関して、弁棒２４の軸２４Ｊが第１水平方向ｙに沿った水平設置型である場合について説明したが、これに限らない。弁棒２４の軸２４Ｊが鉛直方向ｚに沿うように設置される場合においても、上記と同様に、弁棒２４に溝部２４５を形成してもよい。この場合においても、蒸気弁Ｖ１について開動作の開始を行う際に弁体２５を駆動させるのに必要な駆動力を低減することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る蒸気弁について、図５および図６を用いて説明する。図５では、図１と同様な部分の断面（ｘｙ面）を示しており、図６では、図５に示すＹ１−Ｙ１部分の断面（ｘｚ面）を示している。図５および図６では、蒸気弁が全閉状態である場合の様子を図示している。

本実施形態の蒸気弁Ｖ１は、図５および図６に示すように、一部の構成が上記した第１実施形態の場合と異なっている。このため、本実施形態の説明では、上記実施形態と重複する事項について、適宜、説明を省略する。

本実施形態の蒸気弁Ｖ１において、弁棒２４は、第１実施形態の場合と同様に、第１弁棒部２４１の外周面に溝部２４５Ｂが形成されている。しかし、本実施形態では、溝部２４５Ｂは、第１実施形態の場合と異なり、第１弁棒部２４１の外周面において周方向の全体をリング状に囲っていない。本実施形態の溝部２４５Ｂは、第１弁棒部２４１の外周面において周方向の一部に形成されている。弁棒２４の第１弁棒部２４１において軸２４Ｊから外周面までの距離は、溝部２４５Ｂが形成された部分（溝形成部）の距離（Ｒ２）の方が、溝部２４５Ｂが形成された部分以外の部分の距離（Ｒ１）よりも短くなっている（Ｒ２＜Ｒ１）。

本実施形態では、弁棒２４の他に、ステムリーク流路３１の構成が第１実施形態の場合と異なっている。本実施形態において、ステムリーク流路３１を構成する第１ステムリーク流路３１１は、ブッシュ２２１の内周面側に周方向の全体を囲った環状空間３１１ａが形成されている。

上記の蒸気弁Ｖ１を全閉状態から開けるときの開動作に関して説明する。

図５および図６に示したように、蒸気弁Ｖ１が全閉状態であるときには、上記の実施形態の場合と同様に、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５Ｂが形成された部分と、ステムリーク流路３１の入口部分とが弁棒２４の径方向において対面している。これにより、ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間の間隙は、ステムリーク流路３１の入口部分よりも弁体２５側の部分が、溝部２４５Ｂによって広い幅ＧＴになっている（ＧＴ＝Ｒ０−Ｒ２）。

このため、全閉状態である蒸気弁Ｖ１について開動作の開始を行う際には、高圧の蒸気Ｆが、その溝部２４５Ｂによって広い幅ＧＴになった間隙を経由して、ケーシング２１の内部空間２１Ｃからステムリーク成分としてステムリーク流路３１へ流れる。本実施形態では、ステムリーク流路３１において、ステムリーク成分は、環状空間３１１ａから第１ステムリーク流路３１１を流れ、環状空間３１２ａを介して第２ステムリーク流路３１２を流れた後に、復水器（図示省略）などの外部へ排出される。

その結果、本実施形態では、上記の実施形態の場合と同様に、弁体２５が弁座２６に押し付けられる閉鎖力が減少するので、蒸気弁Ｖ１について開動作の開始を行う際に弁体２５を駆動させるのに必要な駆動力を低減することができる。

図示を省略しているが、本実施形態において蒸気弁Ｖ１の開動作が開始された後から蒸気弁Ｖ１が全開状態になるまでの間は、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５Ｂが形成された部分が、上記の実施形態の場合と同様に、ステムリーク流路３１の入口部分以外の部分に対面する。これにより、ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間の間隙は、ステムリーク流路３１の入口部分よりも弁体２５側（下側）の部分が、狭い幅Ｇになる（Ｇ＝Ｒ０−Ｒ１）。このため、高圧の蒸気Ｆは、狭い幅Ｇの間隙を経由して、内部空間２１Ｃからステムリーク成分としてステムリーク流路３１へ流れる。

なお、本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、溝部２４５Ｂは、第１弁棒部２４１の外周面において周方向の全体をリング状に囲っておらず、周方向の一部に形成されている。このため、蒸気弁Ｖ１の開動作が開始された後にステムリーク成分が漏れる流量について、第１実施形態の場合よりも更に効果的に低減することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る蒸気弁について、図７および図８を用いて説明する。図７では、図１と同様な部分の断面（ｘｙ面）を拡大して示しており、図８では、図７に示すＹ１−Ｙ１部分の断面（ｘｚ面）を示している。図７および図８では、蒸気弁が全閉状態である場合の様子を図示している。

本実施形態の蒸気弁Ｖ１は、図７および図８に示すように、一部の構成が上記した第１実施形態の場合と異なっている。このため、本実施形態の説明においては、上記した実施形態と重複する事項に関して、適宜、省略する。

本実施形態の蒸気弁Ｖ１は、第１実施形態の場合と異なり、円筒部材４１を更に有する。円筒部材４１は、円筒状の管状体であって、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５が形成された部分を囲うように設置されている。円筒部材４１は、弁棒２４に対して同軸に設置されおり、溝部２４５の内部に収容されている。円筒部材４１は、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５が形成された部分と、ブッシュ２２１の内周面のうちステムリーク流路３１の入口が形成された部分との間に介在している。

具体的には、円筒部材４１の外周面の半径は、弁棒２４の第１弁棒部２４１において溝部２４５が形成された部分以外の部分の半径Ｒ１と同じであって、ブッシュ２２１の内周面の半径Ｒ０よりも小さい（Ｒ１＞Ｒ０）。そして、円筒部材４１の内周面の半径Ｒ３は、第１弁棒部２４１において溝部２４５が形成された部分の半径Ｒ２よりも大きい（Ｒ３＞Ｒ２）。このため、円筒部材４１の外周面とブッシュ２２１の内周面との間に間隙が介在していると共に、円筒部材４１の内周面と第１弁棒部２４１のうち溝部２４５が形成された部分の外周面との間に間隙が介在している。円筒部材４１の内周面と第１弁棒部２４１の外周面との間に介在する間隙の幅ＧＸは、円筒部材４１の外周面とブッシュ２２１の内周面との間に介在する間隙の幅Ｇによりも広い（ＧＸ＝Ｒ３−Ｒ２，ＧＸ＞Ｇ）。また、円筒部材４１は、弁棒２４の軸２４Ｊに沿った第１水平方向ｙにおいては、一端側（図では下端側）に間隙が設けられていると共に、他端側に間隙が設けられている。

円筒部材４１には、切り欠き部４１Ｋが形成されている。ここでは、蒸気弁Ｖ１が全閉状態であるときに、円筒部材４１のうち切り欠き部４１Ｋが形成された部分と、ステムリーク流路３１の入口部分とが弁棒２４の径方向において対面するように構成されている。

円筒部材４１に関して、図９を用いて更に詳細に説明する。図９は、円筒部材４１の側面図であって、断面図ではないが、各部材を区別するために、各部材に応じて異なるハッチングを付している。

図９に示すように、円筒部材４１は、第１の半円筒部品４１ａと第２の半円筒部品４１ｂとを組み合わせることによって構成されている。円筒部材４１において、第１の半円筒部品４１ａおよび第２の半円筒部品４１ｂのそれぞれは、周方向に突き出るように嵌合部が形成されており、それぞれの嵌合部を嵌合することによって、円筒部材４１が構成されている。

円筒部材４１は、キー４１１を用いて弁棒２４に設置されている。ここでは、円筒部材４１においては、一対のキー４１１が挿入される一対の挿入口（図示省略）が径方向において軸２４Ｊを介して形成されている。そして、第１弁棒部２４１において溝部２４５が形成された部分の外周面には、一対のキー溝（図示省略）が径方向において軸２４Ｊを介して形成されている。円筒部材４１は、円筒部材４１に形成された挿入口にキー４１１を挿入し、その挿入されたキー４１１をキー溝にキー４１１が嵌合させることによって、弁棒２４に固定されている。そして、円筒部材４１は、円筒部材４１を構成する第１の半円筒部品４１ａに切り欠き部４１Ｋが形成されている。なお、キー４１１を用いずに、ピンなどの他の固定部品を用いて、円筒部材４１の固定を行ってもよい。

本実施形態では、円筒部材４１の他に、ステムリーク流路３１の構成が第１実施形態の場合と異なっている。本実施形態において、ステムリーク流路３１を構成する第１ステムリーク流路３１１は、ブッシュ２２１の内周面側に周方向の全体を囲った環状空間３１１ａが形成されている（第２実施形態の場合と同様）。

上記した蒸気弁Ｖ１を全閉状態から開けるときの開動作に関して説明する。

図７および図８に示したように、蒸気弁Ｖ１が全閉状態であるときには、円筒部材４１のうち切り欠き部４１Ｋが形成された部分とステムリーク流路３１の入口部分とが弁棒２４の径方向において対面している。その結果、ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間において円筒部材４１の切り欠き部４１Ｋが介在する部分の間隙は、広い幅ＧＴになっている（ＧＴ＝Ｒ０−Ｒ２）。

上述したように、円筒部材４１と第１弁棒部２４１のうち溝部２４５が形成された部分との間に介在する間隙の幅ＧＸは、円筒部材４１の外周面とブッシュ２２１の内周面との間に介在する間隙の幅Ｇよりも広い（ＧＸ＞Ｇ）。このため、全閉状態である蒸気弁Ｖ１について開動作の開始を行う際には、高圧の蒸気Ｆは、その狭い幅Ｇの間隙よりも、その広い幅ＧＸの間隙へ多く流入する。

そして、その広い幅ＧＸの間隙に流入した高圧の蒸気Ｆは、溝部２４５および切り欠き部４１Ｋによって更に広い幅ＧＴになった間隙を介して、ケーシング２１の内部空間２１Ｃからステムリーク成分としてステムリーク流路３１へ流れる。本実施形態では、ステムリーク成分は、環状空間３１１ａを経由して、第１ステムリーク流路３１１を流れる。そして、ステムリーク成分は、第１ステムリーク流路３１１から環状空間３１２ａを介して第２ステムリーク流路３１２を流れ、復水器（図示省略）などの外部へ排出される。

図示を省略しているが、本実施形態において蒸気弁Ｖ１の開動作が開始された後から蒸気弁Ｖ１が全開状態になるまでの間は、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５が形成された部分が、上記の実施形態の場合と同様に、ステムリーク流路３１の入口部分以外の部分に対面する。これにより、ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間の間隙は、ステムリーク流路３１の入口部分よりも弁体２５側（下側）の部分が、狭い幅Ｇになる（Ｇ＝Ｒ０−Ｒ１）。このため、高圧の蒸気Ｆは、狭い幅Ｇの間隙を経由して、内部空間２１Ｃからステムリーク成分としてステムリーク流路３１へ流れる。

なお、本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５が形成された部分を囲うように円筒部材４１が設置されている。このため、蒸気弁Ｖ１の開動作が開始された後にステムリーク成分が漏れる流量について、第１実施形態の場合よりも更に効果的に低減することができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る蒸気弁について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０では、図７と同様な部分の断面（ｘｙ面）を拡大して示しており、図１１では、図１０に示すＹ１−Ｙ１部分の断面（ｘｚ面）を示している。図１０および図１１では、蒸気弁が全閉状態である場合の様子を図示している。

本実施形態の蒸気弁Ｖ１は、図１０および図１１に示すように、一部の構成が上記した第３実施形態の場合と異なっている。このため、本実施形態の説明においては、上記した実施形態と重複する事項に関して、適宜、省略する。

本実施形態の蒸気弁Ｖ１において、弁棒２４は、第３実施形態の場合と同様に、第１弁棒部２４１の外周面に溝部２４５Ｂが形成されている。しかし、本実施形態では、溝部２４５Ｂは、第３実施形態の場合と異なり、第１弁棒部２４１の外周面において周方向の全体をリング状に囲うようには形成されていない。本実施形態の溝部２４５Ｂは、第１弁棒部２４１の外周面において周方向の一部に形成されている。弁棒２４の第１弁棒部２４１において軸２４Ｊから外周面までの距離は、溝部２４５Ｂが形成された部分の距離（Ｒ２）の方が、溝部２４５Ｂが形成された部分以外の部分の距離（Ｒ１）よりも短くなっている（Ｒ２＜Ｒ１）。

本実施形態において、弁棒２４は、更に、円筒部材４１が嵌合される嵌合空間２４５Ｃが外周面に形成されている。ここでは、嵌合空間２４５Ｃは、第１弁棒部２４１の外周面において周方向の全体をリング状に囲うように形成されている。第１弁棒部２４１において嵌合空間２４５Ｃが形成された部分の半径は、円筒部材４１の内周面の半径Ｒ３と同じである。弁棒２４の第１弁棒部２４１において軸２４Ｊから外周面までの距離は、溝部２４５が形成された部分の距離（Ｒ２）よりも、円筒部材４１の内周面の半径Ｒ３の方が長くなっている（Ｒ３＞Ｒ２）。このため、第１弁棒部２４１の嵌合空間２４５Ｃに嵌合された円筒部材４１と、第１弁棒部２４１において溝部２４５が形成された部分との間には、間隙が介在している。この間隙の幅ＧＸは、円筒部材４１の外周面とブッシュ２２１の内周面との間に介在する間隙の幅Ｇによりも広い（ＧＸ＝Ｒ３−Ｒ２，ＧＸ＞Ｇ）。

図１０および図１１に示したように、第３実施形態の場合と同様に、円筒部材４１と、第１弁棒部２４１のうち溝部２４５Ｂが形成された部分との間に介在する間隙の幅ＧＸは、円筒部材４１の外周面とブッシュ２２１の内周面との間に介在する間隙の幅Ｇよりも広い（ＧＸ＞Ｇ）。このため、全閉状態である蒸気弁Ｖ１について開動作の開始を行う際には、高圧の蒸気Ｆは、その狭い幅Ｇの間隙よりも、その広い幅ＧＸの間隙へ多く流入する。

そして、その広い幅ＧＸの間隙に流入した高圧の蒸気Ｆは、溝部２４５Ｂおよび切り欠き部４１Ｋによって更に広い幅ＧＴになった間隙を介して、内部空間２１Ｃからステムリーク成分としてステムリーク流路３１へ流れる。そして、ステムリーク成分は、第１ステムリーク流路３１１から環状空間３１２ａを介して第２ステムリーク流路３１２を流れ、復水器（図示省略）などの外部へ排出される。

図示を省略しているが、本実施形態において蒸気弁Ｖ１の開動作が開始された後から蒸気弁Ｖ１が全開状態になるまでの間は、弁棒２４の外周面のうち溝部２４５Ｂが形成された部分が、上記の実施形態の場合と同様に、ステムリーク流路３１の入口部分以外の部分に対面する。これにより、ブッシュ２２１の内周面と弁棒２４の外周面との間の間隙は、ステムリーク流路３１の入口部分よりも弁体２５側（下側）の部分が、狭い幅Ｇになる（Ｇ＝Ｒ０−Ｒ１）。このため、高圧の蒸気Ｆは、狭い幅Ｇの間隙を経由して、ケーシング２１の内部空間２１Ｃからステムリーク成分としてステムリーク流路３１へ流れる。

なお、本実施形態では、第３実施形態の場合と異なり、溝部２４５Ｂは、第１弁棒部２４１の外周面において周方向の全体をリング状に囲っておらず、周方向の一部に形成されている。このため、蒸気弁Ｖ１の開動作が開始された後にステムリーク成分が漏れる流量について、第３実施形態の場合よりも更に効果的に低減することができる。

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。

２１…ケーシング、２１Ａ…入口、２１Ｂ…出口、２１Ｃ…内部空間、２１Ｋ…開口、２２…弁蓋、２２Ｋ…貫通孔、２３…スリーブ、２４…弁棒、２４Ｊ…軸、２５…弁体、２６…弁座、２７…ストレーナ、２８…駆動装置、３１…ステムリーク流路、４１…ステムリーク配管、４１…円筒部材、４１Ｋ…切り欠き部、４１ａ…半円筒部品、４１ｂ…半円筒部品、２２１…ブッシュ、２４１…第１弁棒部、２４２…第２弁棒部、２４５…溝部、２４５Ｂ…溝部、２４５Ｃ…嵌合空間、２５１…締結部材、３１１…ステムリーク流路、３１１ａ…環状空間、３１２…ステムリーク流路、３１２ａ…環状空間、４１１…キー、Ｓ２２１…バックシート面、Ｓ２４…バックシート面、Ｖ１…蒸気弁、Ｖ４１…ステムリーク配管弁、ｘ…第２水平方向、ｙ…第１水平方向、ｚ…鉛直方向

Claims

蒸気の流量を調節する蒸気弁であって、
前記蒸気が入口から内部空間に流入して出口から流出するように構成されていると共に、前記内部空間に連通する開口が形成されているケーシングと、
前記開口を塞ぐように前記ケーシングに設置されている弁蓋と、
ブッシュを介して前記弁蓋を貫通している弁棒と、
前記内部空間において前記弁棒に連結されている弁体と、
前記内部空間に設置されており、当該蒸気弁が全閉状態であるときに前記弁体が接触する弁座と
を備え、
前記弁蓋および前記ブッシュには、前記蒸気が前記内部空間から前記弁棒と前記ブッシュとの間をステムリーク成分として通過した後に、前記ステムリーク成分が流れるステムリーク流路が形成されており、
前記弁棒は、溝部が外周面に形成されており、当該蒸気弁が全閉状態であるときに、前記弁棒の外周面のうち前記溝部が形成された部分と、前記ステムリーク流路の入口部分とが前記弁棒の径方向において対面する、
蒸気弁。
前記弁棒は、少なくとも前記蒸気弁が全開状態であるときに、前記弁棒の外周面のうち前記溝部が形成された部分が、前記ステムリーク流路の入口部分以外の部分に対面する、
請求項１に記載の蒸気弁。
前記溝部は、前記弁棒の外周面をリング状に囲うように形成されている、
請求項１または２に記載の蒸気弁。
前記弁棒の外周面のうち前記溝部が形成された部分を囲うように設置された円筒部材
を有し、
円筒部材は、切り欠き部が形成されており、当該蒸気弁を全閉状態にするときに、前記円筒部材のうち前記切り欠き部が形成された部分と、前記ステムリーク流路の入口部分とが前記弁棒の径方向において対面する、
請求項１から３のいずれかに記載の蒸気弁。
前記弁棒は、鉛直方向に直交する水平方向に軸が沿うように設置されている、
請求項１から４のいずれかに記載の蒸気弁。