JP2852009B2 - 高温高圧流体用弁のハウジング構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンの
ガス流路などに介設される高温高圧流体用弁のハウジン
グ構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】弁（バルブ）Ｖは、図５に示すように、
流体、ガスなどの流路Ａに介設し、その弁箱１、２を流
路Ａの配管にボルト締めして取付け、弁軸３を回すこと
により、弁体４を実線のごとく弁座５に圧接して流路Ａ
を閉じ、弁体４を鎖線のごとく位置して流路Ａを開放す
るものである。

【０００３】このような弁Ｖを、例えば、ガスタービン
のガス流路Ａに介設すると、そのガス温度は８００℃前
後、ガス圧は１０ｋｇｆ／ｃｍ² （０．９８ＭＰａ）程
度であるため、その高温により弁Ｖも高温となる。弁Ｖ
が高温になると、周辺機器への熱影響が問題になるとと
もに、作業者が弁Ｖに触れて火傷する恐れもある。

【０００４】このため、このような高温ガス流路Ａに介
設する弁Ｖは、同図に示すように、円筒状の外弁箱１に
同じく円筒状の内弁箱２を所要の間隙６をもって同一軸
心で内装し、その内外弁箱１、２の間隙６内には断熱材
７を充填して、外弁箱１の内弁箱２からの断熱を図って
いるとともに、弁軸３内に冷却水を流して、弁Ｖ全体を
冷却（例えば外面温度で２００℃程度）するようにして
いる（実施例参照）。

【０００５】そして、このような高温高圧流体用弁Ｖに
おいては、実開平６−６８５０号公報などで示されるよ
うに、図５、図６のごとく、外弁箱１内面と内弁箱２の
外面にそれぞれフランジ１ａ、２ａを設け、この両フラ
ンジ１ａ、２ａをボルト・ナット８で締結し、外弁箱１
に対する内弁箱２の流れ方向（図５のａ矢印方向）の動
きを規制するようにしている。内弁箱２の熱膨張による
径方向の拡径は、フランジ２ａ内のボルト貫通孔２ｂが
径方向の長孔に形成され、この長孔２ｂの移動によって
吸収される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この高温高圧流体用弁
Ｖにおいて、内弁箱２の弁軸貫通孔は、その壁面と弁軸
３の間に所要の隙間（実施例図２のクリアランスｔ参
照）を有しており、内弁箱２が流れ方向に熱膨張して
も、そのクリアランスｔによって、内弁箱２の貫通孔の
壁面が弁軸３に圧接しないようにして、弁体４の開閉操
作に支障がないようにしてある。

【０００７】このため、そのクリアランスｔから高圧ガ
スが内外弁箱１、２の間隙６内に侵入することとなる。
このとき、弁Ｖが開放されたガス流通中は、弁Ｖの上流
側及び下流側はほぼ等圧のため、その侵入したガスは、
間隙６（断熱材７）内に留まることとなる。

【０００８】一方、弁Ｖが閉じられると、弁Ｖの上流側
と下流側とでは、ほぼ１０ｋｇｆ／ｃｍ² の差圧が生じ
ることとなり、その差圧により、ガスが前記クリアラン
スｔを通って激しく間隙６（断熱材７）内にリークし、
差圧は解消されることがないため、そのリークは、弁Ｖ
が開放されるか、又はガスの送り込みが停止されるまで
続くこととなる。このため、断熱材７は、そのリークし
たガスの風圧に晒されることとなり、劣化が急速に進む
とともに、変形、損傷する。また、ガス風圧により、断
熱材７が本来の位置から移動し、断熱材７の欠如した部
分が発生し、断熱効果の低下や不良を招く。断熱材７の
劣化などによる断熱効果の低下及び不良は、外弁箱１の
温度上昇を招き、周辺機器及び作業者への熱影響の問題
が生じる。

【０００９】なお、この種の高温高圧流体用弁Ｖは、全
閉時、弁体４と弁座５の圧接部からもガスのリークは生
じるが、このリークは下流側の流路Ａに流れるため、断
熱材７の効果劣化の面では問題とならない。

【００１０】この発明は、上記の実情の下、内弁箱の熱
膨張を吸収して、その熱膨張を外弁箱に影響を与えるこ
となく、断熱材の劣化を抑止し、断熱材の性能、効果を
長期的に維持するようにすることを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明にあっては、上述した高温高
圧流体用弁Ｖにおいて、上記内外弁箱の間隙両開口を、
その筒軸方向かつ径方向に伸縮可能な膨張吸収機構によ
って密封した構成としたものである。

【００１２】この膨張吸収機構によって、内弁箱が熱膨
張しても、その膨張はこの機構によって吸収され、外弁
箱に影響を与えない。また、断熱材は膨張吸収機構によ
って密封されているため、弁の全閉時、上記弁軸貫通孔
のクリアランスｔから流体が漏れ入っても（リークして
も）、流路内と同一圧になれば、それ以上の侵入はなく
なる。すなわち、断熱材内を流体が流通することはな
い。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、その膨張吸収機構が、上記開口から内側に
向う上記同一軸心で円錐台筒状の内弁箱径方向に拡縮可
能な板ばねと、前記開口から内側に延びる前記同一軸心
の円筒状の内弁箱筒軸方向に伸縮可能な伸縮手段とから
なり、前記板ばねの小径端縁は内弁箱の外面に固定さ
れ、前記伸縮手段の外端縁は外弁箱の内面に固定され、
板ばねの大径端縁と伸縮手段の内端縁は連続して、その
連続縁が外弁箱内面に摺動自在に接している構成とした
ものである。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、上記内弁箱外面と外弁箱内面の間
に、内弁箱の径方向の伸縮を吸収し、内弁箱の筒軸方向
の移動を阻止する保持機構を設けた構成としたものであ
る。

【００１５】請求項４記載の発明は、その保持機構が、
外弁箱の内周面又は内弁箱の外周面に、内外弁箱の筒軸
方向の間隔をあけて対のブラケットを設けるとともに、
内弁箱の外周面又は外弁箱の内周面に、前記対のブラケ
ット間に内外弁箱の径方向に摺動自在に嵌まる突起を設
けて成り、前記外弁箱のブラケット又は突起の内径面と
内弁箱の外周面との隙間、及び前記内弁箱の突起又はブ
ラケットの外径面と外弁箱の内周面との隙間は、内弁箱
の拡径に支障がないように設定し、かつ、保持機構は、
内外弁箱の周方向に少なくとも２個所設けた構成とした
ものである。

【００１６】上記保持機構は、上記膨張吸収機構では、
内弁箱の熱膨張などによる流れ方向の動きを阻止し得な
い場合、例えば、膨張吸収機構の抗力に対して、流体が
それ以上の高圧の場合に設けるものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１乃至
図４に示し、円筒状の外弁箱１０に、同じく円筒状の内
弁箱２０が所要の間隙６０をもって同一軸心で内装され
ており、両弁箱１０、２０を弁軸３０が貫通している。
この弁軸３０に円盤状の弁体４０がスプライン結合され
ており、図３、図４実線のごとく弁体４０を流れ方向
（ａ矢印）に向かすことにより、開弁され、矢印のごと
く回転して、鎖線のごとく、内弁箱２０の弁座５０に弁
体４０の周縁を圧接することにより閉弁する。

【００１８】外弁箱１０は、そのフランジ１１でもっ
て、流路Ａの外配管Ａ１にガスケットを介在してボルト
締めにより連結され、内弁箱２０は、その端縁を流路Ａ
の内配管Ａ２の端縁に嵌め合わせにより連結される。こ
の嵌め合わせ部には流れ方向に間隙が形成されており、
この間隙によって、内弁箱２０及び内配管Ａ２の長さ方
向（流れ方向）の膨縮が相互に影響しない。内外配管Ａ
１、Ａ２間には断熱材が適宜に充填される。

【００１９】弁軸３０は、軸受１２、ブッシュ１３等に
よって両端を外弁箱１０に支持されている。その軸受１
２の外面開口はグランドパッキン１４、パッキン押え１
５などによってシールされており、弁軸３０を伝って流
体が外部に漏れないようになっている（リークしな
い）。また、図示していないが、軸受１２と外弁箱１０
間にも適宜なシールがなされて、外弁箱１０内から流体
（ガス、液体等）が漏れないようになっている。

【００２０】軸受１２の内弁箱２０の貫通部は少しクリ
アランスｔが形成され、内弁箱２０が熱膨張しても、こ
のクリアランスｔにより、弁軸３０が圧接されることも
なく、円滑な開閉作用を行い得る。弁軸３０は中空とな
っており、この中空部に冷却水ｃが流通されて、弁Ｖを
冷却する。

【００２１】内外弁箱１０、２０の間隙６０の筒軸方向
中程（弁軸３０と同一平面上）周囲に内弁箱２０の保持
機構が設けられており、この機構は、外弁箱１０の内面
周囲６等分位のブラケット１６、１６と内弁箱２０の外
面周囲６等分位のブラケット２３とから成り、前者のブ
ラケット１６、１６間の溝に後者のブラケット２３が嵌
まることにより、内弁箱２０の流れ方向の動きが阻止さ
れる。内弁箱２０側を溝、外弁箱１０側をその溝に嵌ま
る突起（ブラケット）とし得る。この両ブラケット１
６、２３の嵌合構造は、半円周に１ヶ所以上、等間隔に
設ける。

【００２２】内弁箱側ブラケット２３の適宜なものには
突片２４が設けられて、この突片２４の長孔２５に外弁
箱側ブラケット１６、１６を貫通したピン１７が嵌ま
り、内弁箱２０の周方向への移動を阻止している。この
ピン１７と長孔２５の嵌合は組み立て時の内外弁箱１
０、２０の位置決めの役目を果たす。また、内弁箱２０
が径方向に熱膨張すると、ブラケット２３がブラケット
１６、１６間を摺動するとともに、ピン１７も長孔２５
内を移動し、その膨張は外弁箱１０に伝わらない。な
お、突片２４と外弁箱１０内面、ブラケット１６と内弁
箱２０内面のそれぞれの間隔は、内弁箱２０の熱膨張に
よる拡径に支障がないように適宜に設定する。

【００２３】内外弁箱１０、２０の間隙６０の両開口部
に内弁箱２０の膨張吸収機構が設けられており、この両
機構間に、耐熱繊維などをマット状やネット状にした断
熱材７０が、膨張吸収機構及び前記保持機構の動作に支
障が生じないように充填されている。なお、断熱材とし
て、外弁箱１０内面に薄層の粒状等の断熱材をライニン
グしたキャスタブルとの組み合わせにすることもでき
る。

【００２４】膨張吸収機構は、円錐台筒状の板ばね６１
と、円筒状のベロース６２とから成る。板ばね６１の小
径端縁６１ａ全周は内弁箱２０の外周全面に溶接され、
ベロース６２の外端縁６２ａ全周は外弁箱１０の内周全
面に溶接され、板ばね６１の大径端縁６１ｂとベロース
６２の内端縁６２ｂは全周に亘って溶接されており、こ
の板ばね６１とベロース６２によって間隙６０の開口が
閉塞される。この閉塞によって断熱材７０は外部から密
封状態となる。

【００２５】板ばね６１の大径端縁６１ｂは折り返され
て、外弁箱１０内面の周方向の突条１８に摺接してお
り、内弁箱２０が膨縮し、板ばね６１が拡縮径すると、
それに従って、その大径端縁６１ｂが突条１８を摺動し
てその動きに対応する。このとき、ベロース６２も流れ
方向（筒軸方向）に伸縮してその摺動に対応する。この
伸縮は同一芯軸で行われ、曲げ方向のたわみは生じにく
い。ベロース６２の襞には補強リング６３が嵌められて
おり、このリング６３によって、ベロース６２の内側
（筒軸側）への変形が阻止される。因みに、ベローズ６
２外側には、後述のリークした流体が板ばね６１と突条
１８の摺接部を通って流入する。

【００２６】なお、板ばね６１、ベロース６２は耐熱、
耐ガス等の材料を使用することは勿論であり、図４に示
すように、板ばね６１は、小径端縁６１ａが内側となる
構成のものとし得ることができ、また、伸縮手段として
は、ベロース６２に代えて、軸方向のみ伸縮できるも
の、例えば、板ばね６１の大径端縁６１ｂに固定した筒
体と外弁箱１０に固定した筒体とをその筒軸方向に摺動
自在に嵌め、かつ、アスベストなどによって摺動面を気
密にした伸縮管とし得る。

【００２７】いま、閉弁状態において、弁軸３０（軸受
１２）と内弁箱２０のクリアランスｔから流体が図２矢
印のごとく間隙６０（断熱材７０）に侵入すると、その
流体は、断熱材７０内に充満すると、それ以上の侵入は
なくなる。このとき、開弁時においてもクリアランスｔ
からのリークは生じているため、その侵入は少なく、断
熱材７０内の流体流れは殆んど生じない。このため、断
熱材７０の移動等は生じず、劣化も進まない。

【００２８】内弁箱２０が熱膨張すれば、弁軸３０に対
して対称となる両側の膨張吸収機構によってその膨張が
バランスよく吸収され、すなわち、径方向の拡径は板ば
ね６１によって、長さ方向（流れ方向）の伸びはベロー
ス６２によってそれぞれスムースに吸収され、内弁箱２
０が変形することもなく、その膨張が外弁箱１０に影響
を与えることもない。

【００２９】なお、前述の実施形態は、バタフライ弁で
あったが、ボール弁を含む回転弁にこの発明のハウジン
グ構造は採用し得ることは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】この発明は以上のように構成したので、
内弁箱の熱膨張を吸収して、その熱膨張を外弁箱に影響
を与えることがなく、断熱材の劣化を抑制して、その性
能・効果を長期的に維持し得る。また、この断熱材にリ
ーク流体の影響が少ないことは、断熱材の種類や充填方
法の選定が広く行えることとなる。

【００３１】また、外弁箱に内弁箱の熱膨張が影響しな
いことは、両弁箱相互の変形差異による両弁箱の変形や
損傷が発生しないこととなる。これは、結果として、弁
（弁軸）の操作がスムースとなり、前記変形や損傷に伴
う気密性能（弁座漏れ量）の低下も招きにくい。

【００３２】高圧時などには、保持機構を設けることに
より、膨張吸収機構への過大な負荷をなくすることがで
き、弁の使用条件に対応した弁選定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の一部切欠き斜視図

【図２】同実施形態の切断側面図

【図３】同実施形態の切断平面図

【図４】他の実施形態の切断平面図

【図５】従来例の概略切断平面図

【図６】同従来例の要部拡大図

【符号の説明】

１、１０ 外弁箱 ２、２０ 内弁箱 ３、３０ 弁軸 ４、４０ 弁体 ５、５０ 弁座 ６、６０ 内外弁箱の間隙 ７、７０ 断熱材 １１ 外弁箱のフランジ １２ 軸受 １３ ブッシュ １４ グランドパッキン １５ パッキン押え １６ 外弁箱側ブラケット １７ ピン １８ 突条 ２３ 内弁箱側ブラケット ２４ 突片 ２５ 長孔 ６１ 板ばね ６１ａ 板ばね小径端縁 ６１ｂ 板ばね大径端縁 ６２ 伸縮手段（ベロース） ６２ａ 伸縮手段（ベロース）外端縁 ６２ｂ 伸縮手段（ベロース）内端縁

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の外弁箱１０に円筒状の内弁箱２
   ０を所要の間隙６０をもって同一軸心で内装し、その内
   外弁箱２０、１０の前記間隙６０内には断熱材７０を充
   填し、内外弁箱２０、１０を貫通する弁軸３０に設けた
   弁体４０により、前記内弁箱２０内の筒軸方向を開閉す
   る高温高圧流体用弁であって、 上記内外弁箱２０、１０の間隙６０両開口を、その筒軸
   方向かつ径方向に伸縮可能な膨張吸収機構によって密封
   したことを特徴とする高温高圧流体用弁のハウジング構
   造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高温高圧流体用弁のハウ
   ジング構造において、 上記膨張吸収機構が、前記開口から内側に向う上記同一
   軸心で円錐台筒状の内弁箱径方向に拡縮可能な板ばね６
   １と、前記開口から内側に延びる前記同一軸心の円筒状
   の内弁箱筒軸方向に伸縮可能な伸縮手段６２とからな
   り、前記板ばね６１の小径端縁６１ａは内弁箱２０の外
   面に固定され、前記伸縮手段６２の外端縁６２ａは外弁
   箱１０の内面に固定され、板ばね６１の大径端縁６１ｂ
   と伸縮手段６２の内端縁６２ｂは連続して、その連続縁
   が外弁箱１０内面に摺動自在に接していることを特徴と
   するもの。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の高温高圧流体用弁
   のハウジング構造において、 上記内弁箱２０外面と外弁箱１０内面の間に、内弁箱２
   ０の径方向の伸縮を吸収し、内弁箱２０の筒軸方向の移
   動を阻止する保持機構を設けたことを特徴とするもの。
4. 【請求項４】 請求項３記載の高温高圧流体用弁のハウ
   ジング構造において、 上記保持機構が、外弁箱１０の内周面又は内弁箱２０の
   外周面に、内外弁箱２０、１０の筒軸方向の間隔をあけ
   て対のブラケット１６、１６を設けるとともに、内弁箱
   ２０の外周面又は外弁箱１０の内周面に、前記対のブラ
   ケット１６、１６間に内外弁箱２０、１０の径方向に摺
   動自在に嵌まる突起２３を設けて成り、 上記外弁箱１０のブラケット１６又は突起の内径面と内
   弁箱２０の外周面との隙間、及び前記内弁箱２０の突起
   ２３又はブラケットの外径面と外弁箱１０の内周面との
   隙間は、内弁箱２０の拡径に支障がないように設定し、
   かつ、保持機構は、内外弁箱２０、１０の周方向に少な
   くとも２個所設けたことを特徴とするもの。