JP3771378B2

JP3771378B2 - 蒸気弁

Info

Publication number: JP3771378B2
Application number: JP19167198A
Authority: JP
Inventors: 憲久和田; 正彦仲島; 英明兼田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JP2000018005A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば蒸気タービンなどに設置され、蒸気の遮断あるいは蒸気流量の制御に用いられる蒸気弁に係わり、特に弁ケーシングの内部に蒸気の流れを遮断する蒸気止め弁と蒸気の流量を調整する蒸気加減弁とを備え、前記蒸気加減弁に蒸気加減弁の始動時に上下流圧力をバランスさせるバランス室を備えている蒸気弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に採用されているこの種のバランス室を備えている蒸気弁は、弁全閉時において弁体が冷却するに従い、そのバランス室内に滞留する蒸気がドレン化する為、弁体に設けられたバランス穴から排出するか、または子弁付きの弁においては、同ドレンは子弁の開と同時に下流側へ排出させるようにしているのが普通である。
【０００３】
従来採用されている蒸気弁の一例として、このバランス室を有する組合せ蒸気弁の構造を図７に示す。この蒸気弁は、蒸気タービントリップ時のタービンへの流入蒸気を遮断する蒸気止め弁１と、蒸気流量を制御する蒸気加減弁２を一つの弁ケーシング３に収納したものである。タービンをリセットすると蒸気止め弁１は全開し、蒸気加減弁２を開閉させることにより蒸気流量の制御が行われる。
【０００４】
蒸気加減弁２の開閉作動は、弁棒４を介して油圧シリンダ機構などで駆動される。この駆動力Ｆ１は、弁の１次側５の圧力Ｐ１と２次側６の圧力Ｐ２との差圧に打ち勝つ力が必要であり、一般的に弁の開き始めが最大となる。蒸気圧力による弁閉方向力は、蒸気圧力と弁の受圧面積の乗算により求められる為、蒸気加減弁２と弁ケーシング３に設けられたスリーブ７とで構成されたバランス室８が設けられ、また蒸気加減弁２に複数のバランス穴９を設けることにより、このバランス室８内の圧力Ｐ３と蒸気加減弁２の２次側６の圧力Ｐ２をほぼ等しくして、弁の１次側５の圧力Ｐ１の受圧面積を小さくし弁を開する際の駆動力の低減を実現している。
【０００５】
なお、この種の蒸気弁に関連するものとしては、例えば特開平６−２９４３０４号公報あるいは特開平６−１７３６１１号公報などが挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述した構造の蒸気弁においては、蒸気加減弁２とスリーブ７とのギャップＧを介してバランス室８に流入する蒸気が弁体に設けられた複数のバランス穴９を通過して２次側６に流れるため完全な蒸気遮断は難しく、一般には図２に示されているような部分に使用されている。すなわち、ボイラ１１からの発生蒸気を高圧タービン１２に供給し、高圧タービン１２で仕事をした蒸気を再熱器１３を介して中圧タービン１４に供給するプラントにおいて、高圧タービン１２の入口に設けられた蒸気加減弁１５が蒸気を完全に遮断し、その下流で中圧タービン１４への入口蒸気を一時的に遮断するインターセプト弁１６の様な、上流側で完全に遮断が行われる系統構成にて使用されている。
【０００７】
一方、蒸気弁にバランス室を設け、弁開駆動力を低減するとともに２次側への蒸気流れを遮断する為に設けられたのが、図４の様な子弁付きの弁構造である。弁閉時には子弁１７が全閉することにより完全な蒸気遮断が行われる。弁開時には、図４（ｂ）の様に最初に受圧面積が小さく駆動力の小さい子弁１７を開して、バランス室８の圧力Ｐ３と弁２次側の圧力Ｐ２をほぼ同等とする。
【０００８】
次にバランス室８内の圧力Ｐ３が低下したところで弁２を開する為、その駆動力はバランス室８の面積分だけ１次側の蒸気圧力Ｐ１の受圧面積が減少していることから小さくすることができる。
【０００９】
ただし本構造では、図５に示す様に弁を開状態から急速に閉する際、縮小されたバランス室８が急激に拡張される為、弁２とスリーブ７とのギャップＧが小さい場合バランス室８が密室となり、バランス室８の容積Ｖ１が容積Ｖ２に増加して、バランス室８内部の蒸気が膨張させられ急激な圧力低下が生じることになる。
【００１０】
これに伴い、弁の２次側圧力Ｐ２とバランス室８内の圧力Ｐ３とが同等あるいは逆転し、弁の閉動作を妨げる可能性が有る。そこで図６に示す通り、スリーブ７に単数あるいは複数のチャンバ穴１８を設け、弁急速閉時におけるバランス室８内部の蒸気の膨張を低減する方法がとられる。ただし、本チャンバ穴１８の面積を大きくすると、子弁１７を開いた際のバランス室８の圧力低下効果が小さくなる為、弁駆動力低減には不利な方向となる。
【００１１】
一方、子弁１７の設置により弁の２次側への蒸気遮断は実現できるが、逆に弁全閉時にバランス室８内で滞留した蒸気がドレン１９となり蓄積する構造となる。従来より弁２が全閉している際のドレンは弁ケーシング３に設けたドレン系統２０により排出する方法が取られるが、弁本体２が可動である為、破線で示す様な子弁１７のドレンを排出する系統２１を設けることができなかった。
【００１２】
バランス室８内にドレンが蓄積すると、子弁１７を開いた際下流側へドレンが飛散することになる。また、長期停止や長期保管を実施する際には、本ドレンにより弁体に錆が発生するあるいは腐食が発生する恐れがあった。
【００１３】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、バランス室を構成する弁本体が可動であっても、構成を簡単にしてバランス室内における蒸気のドレン化を充分防止することができ、弁体の錆の発生や腐食が発生することのないこの種の蒸気弁を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、蒸気の流れを遮断あるいは蒸気の流量を調整する蒸気加減弁に蒸気加減弁の始動時に上下流圧力をバランスさせるバランス室を備えている蒸気弁において、前記バランス室の底近傍部の側壁に、蒸気流路を設け所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１５】
また、蒸気の流れを遮断する或るいは蒸気止め弁と蒸気の流量を調整する蒸気加減弁に蒸気加減弁の始動時に上下流圧力をバランスさせるバランス室を備えている蒸気弁において、前記バランス室の底近傍部に、バランス室内と前記弁ケーシングのドレン系とを連通する蒸気流路を設けるようにしたものである。
【００１６】
また本発明は、蒸気の流れを遮断する或るいは蒸気止め弁と蒸気の流量を調整する蒸気加減弁に蒸気加減弁の始動時に上下流圧力をバランスさせるバランス室を備えている蒸気弁において、前記バランス室の側壁の下方部に、バランス室内と前記弁ケーシングのドレン系とを連通する蒸気流路を設けるようにしたものである。
【００１７】
またこの場合、前記蒸気流路を、前記バランス室の側壁に設けた貫通孔で形成するようにしたものである。また、前記貫通孔を前記バランス室の周壁に等間隔に複数個設けるようにしたものである。
【００１８】
すなわちこのように形成された蒸気弁であると、バランス室の底近傍部に、バランス室内と弁ケーシングのドレン系とを連通する蒸気流路が設けられることから、この蒸気流路を介して弁急速閉時におけるバランス室内蒸気の膨張による圧力低下は防止され、かつバランス室内に蒸気が滞留しドレン化することも防止され、したがって弁体の錆や腐食の発生を防止することができるのである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはその蒸気弁が断面で示されている。２が蒸気加減弁の弁体であり、３が弁ケーシング、４が弁棒、８がバランス室である。このバランス室は、蒸気加減弁の上部に設けられている有底筒体２ａと、弁ケーシングの内壁に設けられているスリーブ７との嵌合により形成され、かつ有底筒体２ａの底部分には圧力バランス穴が設けられている。また、前記有底筒体の筒部で、かつ底部に近い部分，すなわちバランス室８の底近傍部には、このバランス室内と弁ケーシング３のドレン系２０とを連通する蒸気流路，すなわちバランスドレン穴（筒部を貫通する貫通穴）２２が設けられている。
【００２０】
これにより弁急速閉時におけるバランス室８内蒸気の膨張による圧力低下を防止するとともに、バランス室８から弁ケーシングに設けられたドレン系統２０まで通ずる流路として、バランス室８に蒸気が滞留しドレン化することを防止している。また弁開時のタービン内部へのドレン流入を防止することが可能となる。
【００２１】
図１（ｂ）は弁体を下側から見た図を示し、例としてバランスドレン穴２２を弁体２に対し、水平方向に９０度おきに４個所配置したものである。このバランスドレン穴２２は、１個所以上設置することで機能を満足するが、子弁１７を開いて蒸気を供給する際、蒸気流れを偏らせないように、複数に配置する方が好ましい。また必要以上に大きいあるいは多数の流路を設けることは、弁体の構造的な強度を低下させることのなり、また機械加工上の作業が増加し不利である。
【００２２】
本バランスドレン穴２２は水平あるいは弁体２の半径方向外側に対して下り勾配に設置することで効果を十分に得ることができるが、逆に弁体２の半径方向外側に対して上り勾配に設置すると、バランスドレン穴２２の最外部より下側となる領域では蒸気が滞留し、ドレンが蓄積する可能性がある。
【００２３】
図３は、チャンバ穴１８を設置した場合を左半分、バランスドレン穴２２を設置した場合を右半分とし、子弁１７が開いた際の各々の蒸気流れのルートを比較したものである。チャンバ穴１８は弁体２が開いても塞がれることのないよう、比較的上部に設置されるため、チャンバ穴１８から流入した蒸気はバランス室８内を通過して、最終的に子弁１７から排出される。本蒸気の流れるルートの場合、子弁１７を開くと弁棒が高速の蒸気流に曝されるため、弁棒４にエロージョンが発生する可能性がある。弁棒４にエロージョンが発生すると、弁棒４と弁ケーシング３との間の間隙が増加し、蒸気リークの増加および弁棒の振動発生の原因となるため、これを防止する必要がある。
【００２４】
これに対しバランスドレン穴２２を設置した場合、バランスドレン穴２２はバランス室８の最低部に設置されるため、バランスドレン穴２２から流入した蒸気はバランス室８内を介させず、子弁１７から排出される。したがって、前記チャンバ穴１８を通した場合と異なり、弁棒４を蒸気流にさらすことを防止することが可能となり、弁棒４のエロージョン発生を低減することができる。
【００２５】
図８は、高圧タービン１２の入口に設置した蒸気加減弁１５である。本弁はボイラ１１からの発生蒸気を遮断あるいは制御することを目的とするが、一般的に高圧の蒸気であるためバランス室を設置した構造を採用して駆動力を小さく抑える手段が取られる為、本発明の適用は有効である。
【００２６】
また、図９は再熱系統を有する蒸気タービンにおいて、特にタービンバイパス系統２３を有する中圧タービン１４の入口におけるインターセプト弁１６である。本弁も蒸気の制御に加え蒸気遮断が必要であり、しかも比較的弁口径が大きくなることから、前述の蒸気加減弁と同様バランス室構造を用いて駆動力を小さく抑える手段が取られる為、本発明の適用は有効である。
【００２７】
図１０はコンバインドサイクルプラント等、主蒸気以外に別の蒸気源から追加蒸気を供給する系統２４を有する場合にその蒸気を制御あるいは遮断する追加蒸気加減弁２５を設置するものである。本系統も一般的に蒸気圧が比較的低い系統として設置されるため、追加蒸気加減弁２５の弁口径が大きくなり、バランス形の弁が採用されることが多く、本発明を適用するのに適している。
【００２８】
図１１から図１３は構造の異なる弁に本発明の考えを適用した場合の例である。各々（ａ）に従来の弁、（ｂ）に本発明の弁を示している。
【００２９】
図１１の弁は、バランス室２６内の蒸気を子弁２７の内部に設けた流路２８を通して、子弁２７を開するとともに下流へ排出する弁構成である。この構成では、子弁２７を全閉している状態においてバランス室２６内の蒸気がドレン化し、バランス室２６内にドレンの蓄積が生じる問題がある。これに本発明を適用し親弁２９にバランスドレン穴３０を設けると、バランス室２６内の蒸気排出能力は低減されるが、バランス室２６内のドレン化を防止することが可能となる。
【００３０】
図１２は親弁３１に設けたバランス穴３２を子弁３３を全開させることにより遮断し、バランス室３４内の蒸気を排出する流れ３５を得る構成であり、また弁が急閉する際には、子弁３３が親弁３１より先に閉動作してバランス穴３２を開きバランス室３４が閉塞することを防止する構成である。本構成においても子弁３３が全閉状態にあるとバランス穴３２までは、バランス室３４にドレンの蓄積が生じる。本構成においても本発明を適用し、親弁３１にバランスドレン穴３６を設けると、バランス室３４内のドレン化を防止することが可能となる。
【００３１】
図１３は子弁３７開いてバランス室３８内の蒸気を排出し、また急閉時には親弁３９に設置したパイロット弁４０が開いてバランス室３８の閉塞を防止する構成である。本構成もまた子弁３７全閉時にはパイロット弁４０も全閉であり、バランス室３８内での蒸気のドレン化が生じる。これに対し本発明を適用し、親弁３９にバランスドレン穴４１を設置すると、バランス室３８内の蒸気排出能力は低減されるが、バランス室３８内のドレン化を防止することが可能となる。
【００３２】
以上説明してきたようにこのように形成された蒸気弁を、蒸気タービンへ供給する蒸気を遮断あるいは制御する弁に採用した場合、弁の閉動作がスムーズに行なわれるとともに、バランス室内における蒸気のドレン化を防止することが可能となり、また従来生じていた弁開と同時に２次側にドレンが飛散する現象を防ぐことができ、タービンへのドレン流入を防ぐことができる。また本弁を用いた蒸気タービンの長期停止の間、弁体内部にドレン蓄積が無いため、ドレンによる弁体の錆および腐食の発生も充分防止することができる。
【００３３】
さらに従来の蒸気弁においては、子弁を開くと弁棒が高速の蒸気流に曝されるため、弁棒にエロージョンが発生し、弁棒と弁ケーシングとの間の間隙が増加し、蒸気リークの増加および弁棒の振動発生の原因となる恐れがあったが、本発明の蒸気弁であると、弁棒が蒸気流にさらされることはなくなり、弁棒のエロージョン発生を充分低減することができるのである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、構成簡単にしてバランス室内における蒸気のドレン化を充分防止することができ、弁体の錆の発生や腐食が発生することのないこの種の蒸気弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸気弁の一実施例を示す要部縦断側面図である。
【図２】蒸気弁が用いられる蒸気タービンの系統図である。
【図３】本発明の蒸気弁の他の実施例を示す要部縦断側面図である。
【図４】子弁付蒸気弁の縦断側面図である。
【図５】蒸気弁のバランス室容積変化を示す断面図である。
【図６】従来のチャンバ穴付蒸気弁の縦断側面図である。
【図７】従来のバランス形蒸気弁の縦断側面図である。
【図８】本発明の蒸気弁が適用される再熱蒸気タービン系統図である。
【図９】本発明の蒸気弁が適用されるタービンバイパス系統付蒸気タービン系統図である。
【図１０】本発明の蒸気弁が適用される追加蒸気系統付蒸気タービン系統図である。
【図１１】本発明の蒸気弁の他の実施例を従来の蒸気弁とともに示す要部縦断側面図である。
【図１２】本発明の蒸気弁の他の実施例を従来の蒸気弁とともに示す要部縦断側面図である。
【図１３】本発明の蒸気弁の他の実施例を従来の蒸気弁とともに示す要部縦断側面図である。
【符号の説明】
１…蒸気止め弁、２…蒸気加減弁、３…弁ケーシング、４…弁棒、５…弁１次側、６…弁２次側、７…スリーブ、８…バランス室、９…バランス穴、１１…ボイラ、１２…高圧タービン、１３…再熱器、１４…中圧タービン、１５…蒸気加減弁、１６…インターセプト弁、１７…子弁、１８…チャンバ穴、１９…ドレン、２０…ドレン系統、２１…子弁ドレン系統、２２…バランスドレン穴、２３…タービンバイパス系統、２４…追加蒸気系統、２５…追加蒸気加減弁。

Claims

ドレン系を設けた弁ケーシング内に、蒸気の流れを遮断あるいは蒸気の流量を調整する蒸気加減弁を設け、この蒸気加減弁の始動時に上下流圧力をバランスさせるバランス室を前記ケーシングと蒸気加減弁との間に形成している蒸気弁において、前記バランス室の底部近傍に、前記バランス室内と前記弁ケーシングのドレン系とを連通する蒸気流路を設けたことを特徴とする蒸気弁。