JP3782769B2 - 蒸気加減弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所の運転時間の大部分を占める高負荷領域下、および低負荷領域下における配管装置の振動を抑制する蒸気加減弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧蒸気が流動する蒸気タービン等では、蒸気の流量調整のために絞り要素を備える蒸気加減弁が使用されている。
【０００３】
この蒸気加減弁において、蒸気の流量を調整するために弁体の開度が調整されるが、弁体の開度が中間開度の場合、蒸気が、弁体側と弁座側との隙間の絞り部において、弁体側と弁座側に対して交互に剥離・付着を繰り返す流れ、すなわち不安定流となり、弁体表面に時間的に不規則、かつ安定時に対し広いレンジでの圧力変動が生じ、蒸気加減弁の弁体に強制振動を引き起こす可能性があった。
【０００４】
加えて、弁体側と弁座側とによって形成される絞り部において、絞り部流入前後の圧力比が臨界圧力以上になると、流速が超音速となることで、衝撃波による高周波の圧力変動が発生し、蒸気加減弁の弁体に振動を引き起こす可能性があった。
【０００５】
火力発電所の蒸気加減弁に備わる弁体の振動を抑制することを目的として、特公昭５８−４４９０９号公報（特許文献１参照。）では、弁体の曲率をＲ，弁座の曲率をｒ、および弁体と弁座との接続点を基点に弁座口径をＤとするとき、それぞれ、
【数６】
の曲率関係を成立させることで、蒸気を弁座付着流の傾向とし、弁体側と弁座側に対して交互に剥離・付着を繰り返す流れ、すなわち不安定流を抑制させる蒸気加減弁がある。
【０００６】
一方、蒸気加減弁に備わる弁体の振動を抑制することを目的として、特開平９−７２４３０号公報（特許文献２参照。）では、弁体の曲率をＲ，弁座の曲率をｒ、および弁体と弁座との接続点を基点に弁座口径をＤとするとき、それぞれ、
【数７】
の曲率関係を成立させることで、蒸気を弁体付着流の傾向とし、弁体側と弁座側に対して交互に剥離・付着を繰り返す流れ、すなわち不安定流を抑制させる蒸気加減弁がある。
【０００７】
また、原子力発電所の蒸気加減弁では、不安定流および衝撃波による蒸気流の乱れが蒸気加減弁本体から下流側配管に伝播され、下流側配管が振動する虞があった。さらに蒸気流の乱れは、配管内を下流方向へ進むにつれて減衰するが、蒸気流の乱れには幅広いレンジの周波数成分が混在し、管壁の振動モードと一致・整数倍の関係にある周波数成分は減衰せず、管壁の振動モードと連成した連成振動により、下流側配管の振動を引き起こす虞もあった。
【０００８】
この圧力変動と管壁の振動モードによる連成振動の抑制を目的として特開平１０−３１８４３０号公報（特許文献３参照。）に開示された蒸気加減弁を図６に示す。
【０００９】
図６の蒸気加減弁１には、その下流側に下流側配管３が接続されており、この下流側配管３は、配管サポート４によって支持される。
【００１０】
図６の蒸気加減弁１には、弁ケーシング５が備えられ、この弁ケーシング５内に球体曲面を有する弁体６が弁座８に向かって進退自在に収納される。弁体６は駆動装置（図示せず）に連結された弁棒７にて駆動せしめられる。
【００１１】
蒸気加減弁１は、弁体６を弁座８から進退させることで絞り部の開度が調整される。弁体６を着座させる弁座８は、その下流側が徐々に拡開するスカート形状に構成される。
【００１２】
図６に示された蒸気加減弁１においては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、絞り部から弁体後流領域９を経て、弁座８のスカート形状部から方向Ｆｂに流出する。
【００１３】
図６に示された蒸気加減弁１によると、振動防止要素として弁座８にスカート形状部を設けることにより、蒸気流をスカート形状部に沿って流れさせるため、蒸気流を安定した弁座付着流の傾向にする。
【００１４】
加えて、図６に示された蒸気加減弁１によると、スカート形状部によって内径が緩やかに増大されることで連成振動数が連続して変化し、特定の周波数成分が残ることなく減衰させることができる。したがって、下流側配管３自身の連成振動数の成分も、蒸気加減弁１から下流側配管３にかけて伝播し難いため、原子力発電所における配管サポート４のクラック等の損傷を抑制できる。
【００１５】
【特許文献１】
特公昭５８−４４９０９号公報（第３−４頁、第６図）
【００１６】
【特許文献２】
特開平９−７２４３０号公報（第２−３頁、図１−６）
【００１７】
【特許文献３】
特開平１０−３１８４３０号公報（第４−５頁、図１０）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
火力発電所に備わる蒸気加減弁の振動は、蒸気加減弁に備わる弁体の振動のみが問題となる一方、原子力発電所に備わる蒸気加減弁の振動は、その健全性を保持する見地から、弁体の振動と同様に、圧力変動と管壁の振動モードによる連成振動の問題も大きい。
【００１９】
例えば、特公昭５８−４４９０９号公報で説明した火力発電所の蒸気加減弁を、原子力発電所の蒸気加減弁に適用した場合を考慮する。この公報の蒸気加減弁では下流側配管の連成振動については開示されてないが、原子力発電所の蒸気加減弁として用いると、結果的に下流側配管に伝播される連成振動についても、二次的にある程度抑制することができる。ただし、この場合、弁座側で蒸気流の境界層剥離が生起されるため、連成振動の伝播による振動を充分に抑制できないことが確認されている。
【００２０】
すなわち、特公昭５８−４４９０９号公報の蒸気加減弁を原子力発電所の蒸気加減弁としてそのまま適用しても、蒸気加減弁の弁体および下流側配管の健全性を保持することは困難である。火力発電所と原子力発電所とでは、蒸気加減弁に流入する蒸気の圧力、温度等の運転条件に差異があり、この差異によって、蒸気加減弁および弁体の振動をもたらす複数の原因の内、最も重点を置くべき原因が異なるため、振動抑制の対策も異なるためである。
【００２１】
一方、特開平１０−３１８４３０号公報によると、弁座にスカート形状部を設置することにより連成振動の伝播による振動を抑制できる。ただし、連成振動の原因である蒸気の不安定流および衝撃波の抑制については開示されておらず、原子力発電所の健全性を保持するために、配管サポートのクラック等の損傷の危機管理の負荷が大きい。
【００２２】
原子力発電所の蒸気加減弁の振動抑制に関しては、振動生起の原理から、蒸気の不安定流および衝撃波の抑制、並びに連成振動の伝播の抑制を兼ね備えて、効率的な原子力発電所の運転を行う必要がある。
【００２３】
また、弁体および下流側配管の振動を引き起こす他の原因として、蒸気加減弁内の構造による渦流がある。例えば、蒸気加減弁内の段差部等により断面積変化があると、断面積変化に伴い蒸気流が渦流を形成し、振動を引き起こす。
【００２４】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、蒸気の不安定流、衝撃波および渦流を抑制し、並びに適切な広がり角度を有するスカート形状部により弁座付着流を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体の健全性を保持できる蒸気加減弁を提供することを目的とする。
【００２５】
本発明の他の目的は、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体に対する抵抗力を増大させ、蒸気流の弁体剥離を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体の健全性を保持できる蒸気加減弁を提供することにある。
【００２６】
本発明の別の目的は、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体後流領域での渦流の発生を抑制させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体の健全性を保持できる蒸気加減弁を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気加減弁は、上述した課題を解決するために請求項１に記載したように、弁体の曲率をＲ、弁座の曲率をｒ、前記弁体および前記弁座との接触点における弁座口径をＤとするとき、
【数８】
Ｒ＝（０．５２〜０．６）Ｄ
ｒ＞０．６Ｄ
の曲率関係が成立する前記弁体および前記弁座を弁ケーシング内に有し、前記弁体の球体曲面下端に形成された凹湾部の端面にエッジ部を備え、このエッジ部は蒸気流の弁体側境界層剥離が生起する点よりも上流側に形成され、前記弁座に下流側配管に向かって漸次拡開するスカート形状部を備え、前記スカート形状部の広がり角度をθとするとき、
【数９】
θ≦６°
としたことを特徴とする
【００２８】
また、本発明の蒸気加減弁は、請求項２に記載したように、弁体の曲率をＲ、弁座の曲率をｒ、前記弁体および前記弁座との接触点における弁座口径をＤとするとき、
【数１０】
Ｒ＝（０．５２〜０．６）Ｄ
ｒ＞０．６Ｄ
の曲率関係が成立する前記弁体および前記弁座を弁ケーシング内に有し、前記弁体の下端に形成された凹湾部の端面にエッジ部を備え、前記弁座に下流側配管に向かって拡開するスカート形状部を備え、前記弁体の弁座側球体表面の所定の位置を蒸気流の弁体剥離を促進させるディンプル構造としたことを特徴とする。
【００２９】
さらに、本発明の蒸気加減弁は、請求項３に記載したように、弁ケーシング内に弁体および弁座を有する蒸気加減弁において、前記弁体の球体曲面下端に形成された凹湾部の端面にエッジ部を備え、このエッジ部は蒸気流の弁体側境界層剥離が生起する点よりも上流側に形成され、前記弁体下部空間の弁体後流領域に、下流側配管に向って先細となる円錐形状のボスを設置する一方、前記弁座に下流側配管に向って拡開するスカート形状部を備え、上記スカート形状部とボスとの間に環状流路を形成したことを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の蒸気加減弁は、請求項４に記載したように、前記弁体の軸方向をｘとし、軸方向ｘにおけるスカート形状部と前記ボスによって構成される環状流路面積をＡ（ｘ）、軸方向平均流速をｗ、および体積流量をＱとすると、
【数１１】
ｗ＝Ｑ／Ａ
ｄ（１／Ａ）２／ｄｘ＝ｄ（ｗ２）／ｄｘ＝定数
の関係から環状流路面積Ａ（ｘ）を算出することで得られる形状の前記ボスを備えたことを特徴とする。
【００３１】
最後に、本発明の蒸気加減弁は、請求項５に記載したように、前記弁体の軸方向をｘとし、軸方向ｘにおけるスカート形状部とボスによって構成される環状流路面積をＢ（ｘ）とすると、
【数１２】
ｄ（１／Ｂ）２／ｄｘ＝定数
の関係から環状流路面積Ｂ（ｘ）を算出することで得られる形状の前記ボスを備えたことを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る蒸気加減弁の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る蒸気加減弁の第１実施の形態を示す概略図である。
【００３４】
図１は蒸気加減弁５１を示し、蒸気加減弁５１の下流側には下流側配管３が接続されており、この下流側配管３は、配管サポート４によって支持される。
【００３５】
図１の蒸気加減弁５１には、弁ケーシング５が備えられ、弁ケーシング５内に球体曲面を有する弁体５６が軸方向ｘに沿って進退自在に収納される。弁体５６には駆動装置（図示せず）に連結された弁棒７が備えられ、加えて、弁体５６には弁体５６および弁棒７を結合させるピン（図示せず）が備えられる。なお、弁体５６の球体曲面は先端部が凹湾状のエッジ部５６ａが形成される。
【００３６】
また、蒸気加減弁５１の弁ケーシング５に弁座５８が備えられ、弁体５６の軸心の基点をＯ、弁体５６と弁座５８の接続点をＰとすると、基点Ｏと接続点Ｐの距離、すなわち弁体５６の曲率をＲ、接続点Ｐにおける弁座５８の曲率をｒ、さらに、接続点Ｐを基点に弁座口径をＤとすると、弁体５６の曲率Ｒと弁座５８の曲率ｒとは、それぞれ、
【数１３】
の関係が成立する。
【００３７】
これらの数値範囲は、実験によって求められた最適な適用範囲であり、これらの数値範囲から外れた場合、蒸気流を安定した弁座付着流にすることができないことが確認されている。
【００３８】
さらに、球体曲面を有する弁体５６は、接続点Ｐから下流側に位置し、かつ蒸気流の弁体５６側の境界層剥離が生起する点よりも上流側にエッジ部を形成し、このエッジ部の頂点を境として、内側に凹湾部を形成させる。
【００３９】
最後に、下流側配管３に向かって拡開する弁座５８のスカート形状部の広がり角度は、スカート形状部の片側の広がり角度をθとするとき、
【数１４】
θ≦６°
の関係が成立する。弁座５８のスカート形状部は軸方向ｘに沿って弁座口径が拡開し、スカート形状部の最下流部と下流側配管３の最上流部とが同一口径を保つように構成される。すなわち、スカート形状部の最下流部と弁ケーシング５とが滑らかに接続される。
【００４０】
図１に示された蒸気加減弁５１においては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、弁棒７を上下に移動させることで弁体５６側と弁座５８側との絞り部の開度を調整することにより、蒸気の流量が調整される。次いで、絞り部を通過した蒸気は、弁体後流領域５９に進入し、徐々に拡開する弁座５８に従って下流側へ流れ、弁座５８のスカート形状部から下流側配管３を介して方向Ｆｂに流出する。
【００４１】
図１の蒸気加減弁５１に備える弁体５６において、弁体５６に付着して流れる蒸気流が剥離する点、すなわち境界層剥離点より上流側にエッジ部５６ａを設けたため、蒸気流の流線は境界層剥離点よりも上流側において弁体５６表面から離れる。したがって、弁体５６が中間リフト領域にあっても蒸気流を弁体５６側に引き付ける力が弁座５８側に引き付ける力よりも常に小さく、蒸気の弁座付着流を促進させるので、エッジ部５６ａを備える弁体５６は、低振動型弁としての効果が大きい。
【００４２】
さらに、低振動型弁では、蒸気加減弁５１の弁体５６および弁座５８で形成される絞り部での衝撃波の発生に伴う高周波の圧力振動が抑制される。
【００４３】
また、蒸気加減弁５１に備える弁座５８の上流部での蒸気流は安定した弁座付着流であるから、弁体５６側の剥離防止の効果は高い。加えて、弁座口径の拡開により連成振動数が連続して変化し、特定の周波数成分が残ることなく減衰することで、下流側配管３自身の連成振動数の成分も蒸気加減弁５１から下流側配管３にかけての伝播が抑制される。
【００４４】
図２は蒸気加減弁５１の振動抑制効果を示すグラフである。
【００４５】
図２に示されたグラフは、蒸気加減弁５１の下流側配管の振動抑制効果を示し、図１に示す蒸気加減弁５１のエッジ部５６ａを備える弁体５６である低振動型弁、および弁座５８のスカート形状部の片側の広がり角度θによる振動抑制効果を示す。
【００４６】
図２に示されたグラフには、弁体５６の下部が球体曲面を有するのみの従来弁を使用し、弁座５８下流側の広がりがないときの振動加速度曲線ａと、低振動型弁を使用し、弁座５８下流側のスカート形状部の広がり角度θ＝３°のときの振動加速度曲線ｂと、低振動型弁を使用し、弁座５８下流側のスカート形状部の広がり角度θ＝４°のときの振動加速度曲線ｃと、低振動型弁を使用し、弁座５８下流側のスカート形状部の広がり角度θ＝５°のときの振動加速度曲線ｄとをそれぞれ示し、それぞれの条件における規格化質量流量（ｋｇ／ｓｅｃ．）と規格化振動加速度（Ｇ）の関係を示す。
【００４７】
図２に示された振動加速度曲線ａおよびｂを比較する。低振動型弁および弁座５８下流側のスカート形状部の広がり角度θ＝３°を採用することで、規格化振動加速度が１／４程度にまで低減され、下流側配管の振動抑制効果が大きいことがわかる。
【００４８】
さらに、振動加速度曲線ｂ、ｃおよびｄから、スカート形状部の広がり角度θ≦５°のときは、規格化振動加速度の差異が測定誤差の範囲内と推定され、同様の振動抑制効果を示す。
【００４９】
加えて、図２に示されてないが、低振動型弁を使用し、スカート形状部の広がり角度θ＝６°のときの振動加速度曲線においても、振動加速度曲線ｂ、ｃおよびｄと同様の振動抑制効果が得られている。
【００５０】
なお、低振動型弁を使用し、スカート形状部の広がり角度θ＞６°のときも同様に、数種類の広がり角度θのときの規格化質量流量と規格化振動加速度の関係を解析したが、規格化振動加速度の値が極めて大きくなる結果であったので、図２には記載しない。
【００５１】
規格化質量流量と規格化振動加速度の関係を解析することによって、図１の蒸気加減弁５１に備える弁体５６として低振動型弁を備えること、および蒸気加減弁５１に備える弁座５８のスカート形状部の広がり角度θが特にθ≦６°のとき、下流側配管３の振動抑制効果が大きい。
【００５２】
蒸気加減弁５１によれば、蒸気の不安定流、衝撃波および渦流を抑制し、並びに適切な広がり角度を有するスカート形状部により弁座付着流を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００５３】
図３は、本発明に係る蒸気加減弁の第２実施の形態を示す概略図である。
【００５４】
図３の蒸気加減弁５１Ａは、弁体５６表面の弁座側表面、少なくとも球体表面にディンプル５６ｂを形成させる。
【００５５】
また、蒸気加減弁５１Ａに備える弁体５６はエッジ部５６ａを形成するときに限らず、また、蒸気加減弁５１Ａに備える弁座５６下流側のスカート形状部の広がり角度θは特に限定しないし、弁座５６の形状についても限定しない。
【００５６】
なお、図３において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図３に示された蒸気加減弁５１Ａにおいては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、弁棒７を上下に移動させることで弁体５６側と弁座５８側との絞り部の開度を調整することにより、蒸気の流量が調整される。次いで、絞り部を通過した蒸気は、弁体後流領域５９に進入し、徐々に拡開する弁座５８に従って下流側へ流れ、弁座５８のスカート形状部から下流側配管３を介して方向Ｆｂに流出する。
【００５８】
また、図３に示された蒸気加減弁５１Ａにおいては、弁体５６表面のディンプル５６ｂにより蒸気流と弁体５６との抵抗力を増大させることができる。
【００５９】
さらに、図３に示す蒸気加減弁５１Ａのディンプル５６ａを図１に示す蒸気加減弁５１に適用させることにより、より弁座付着流を促進させることができる。
【００６０】
蒸気加減弁５１Ａによれば、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体に対する抵抗力を増大させ、蒸気流の弁体剥離を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００６１】
図４は、本発明に係る蒸気加減弁の第３実施の形態を示す概略図である。
【００６２】
図４（ａ）の蒸気加減弁５１Ｂは、蒸気流の弁体剥離を促進させ、弁体後流領域５９での渦流を抑制させる目的で、弁体５６の下部空間の弁体後流領域５９にボス６０が設置される。
【００６３】
弁体５６の軸方向をｘ、軸方向ｘにおける弁座５８のスカート形状部とボス６０によって構成される環状流路面積をＡ（ｘ）、軸方向平均流速をｗ、および体積流量をＱとすると、
【数１５】
の関係から軸方向ｘに対し環状流路面積Ａ（ｘ）を算出し、ボス６０の形状を決定する。
【００６４】
また、蒸気加減弁５１Ｂに備える弁体５６はエッジ部５６ａを形成するときに限らず、また、蒸気加減弁５１Ｂに備える弁座５６下流側のスカート形状部の広がり角度θは特に限定しないし、弁座５６の形状についても限定しない。
【００６５】
なお、図４（ａ）において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６６】
図４（ｂ）は、図４（ａ）で示す蒸気加減弁５１ＢのＹ−Ｙ矢視に沿う断面図である。
【００６７】
図４（ｂ）の最外部は弁ケーシング５であり、内側に弁座５８が備えられる。加えて、弁座５８の内側の弁体後流領域５９にボス６０が備えられる。なお、ボス６０は、ボス本体６０ａと支持脚６０ｂから構成され、ボス本体６０ａから放射状に延設された支持脚６０ｂの先端を弁座５８または弁ケーシング５に備える。なお、図４（ｂ）のボス６０は放射状の３点の支持脚６０ｂによって備えられるが、必ずしも３点でなくてもよい。
【００６８】
図４（ａ）に示された蒸気加減弁５１Ｂにおいては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、弁棒７を上下に移動させることで弁体５６側と弁座５８側との絞り部の開度を調整することにより、蒸気の流量が調整される。次いで、絞り部を通過した蒸気は、弁座５８のスカート形状部とボス６０との間の流路に進入し、徐々に拡開する弁座５８とボス６０との流路に従って下流側へ流れ、弁座５８のスカート形状部から下流側配管３を介して方向Ｆｂに流出する。
【００６９】
また、図４に示された蒸気加減弁５１Ｂにおいては、弁体後流領域５９に設置されるボス６０により弁体後流領域５９での渦流の発生を抑制させることができる。
【００７０】
さらに、図４に示す蒸気加減弁５１Ｂのボス６０を図１に示す蒸気加減弁５１に適用させることにより、より弁座付着流を促進させることができる。
【００７１】
蒸気加減弁５１Ｂによれば、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体後流領域での渦流の発生を抑制させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００７２】
図５は、本発明に係る蒸気加減弁の蒸気加減弁の第４実施の形態を示す概略図である。
【００７３】
図５の蒸気加減弁５１Ｃは、蒸気流の弁体剥離を促進させ、弁体後流領域５９での渦流を抑制させる目的で、弁体５６の下部空間の弁体後流領域５９にボス６０が設置される。なお、弁体後流領域５９に備えるボス６０は、図４（ｂ）と同様に弁座５８または弁ケーシング５に固定される。
【００７４】
弁体５６の軸方向をｘ、軸方向ｘにおける弁座５８のスカート形状部とボス６０によって構成される環状流路面積をＢ（ｘ）、軸方向平均流速をｗ、および体積流量をＱとすると、
【数１６】
ｄ（１／Ｂ）２／ｄｘ＝定数
の関係から軸方向ｘに対し環状流路面積Ｂ（ｘ）を算出し、ボス６０の形状を決定する。すなわち、ボス６０の形状を図４（Ａ）に明示するように下流側配管３に向って先細となる円錐形状とする。
【００７５】
また、蒸気加減弁５１Ｃに備える弁体５６はエッジ部５６ａを形成するときに限らず、また、蒸気加減弁５１Ｃに備える弁座５６下流側のスカート形状部の広がり角度θは特に限定しないし、弁座５６の形状についても限定しない。
【００７６】
なお、図５において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図５に示された蒸気加減弁５１Ｃにおいては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、弁棒７を上下に移動させることで弁体５６側と弁座５８側との絞り部の開度を調整することにより、蒸気の流量が調整される。次いで、絞り部を通過した蒸気は、弁座５８のスカート形状部とボス６０との間の流路に進入し、徐々に拡開する弁座５８とボス６０との流路に従って下流側へ流れ、弁座５８のスカート形状部から下流側配管３を介して方向Ｆｂに流出する。
【００７８】
また、図５に示された蒸気加減弁５１Ｃにおいては、弁体後流領域５９に設置されるボス６０により弁体後流領域５９での渦流の発生を抑制させることができる。
【００７９】
加えて、ボス６０の形状が円錐形状であり、ボス６０の最下流部（円錐形状の頂点）では断面積変化を極小まで抑えられるので、ボス６０の下流側での渦流の発生を回避できる。
【００８０】
さらに、図５に示す蒸気加減弁５１Ｃのボス６０を図１に示す蒸気加減弁５１に適用させることにより、より弁座付着流を促進させることができる。
【００８１】
蒸気加減弁５１Ｃによれば、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体後流領域での渦流の発生を抑制させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蒸気の不安定流、衝撃波および渦流を抑制し、並びに適切な広がり角度を有するスカート形状部により弁座付着流を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００８３】
また、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体に対する抵抗力を増大させ、蒸気流の弁体剥離を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００８４】
さらに、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体後流領域での渦流の発生を抑制させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る蒸気加減弁の第１実施の形態を示す概略図。
【図２】 本発明に係る蒸気加減弁の第１実施の形態の振動抑制効果を示すグラフ。
【図３】 本発明に係る蒸気加減弁の第２実施の形態を示す概略図。
【図４】 （ａ）は本発明に係る蒸気加減弁の第３実施の形態を示す概略図、（ｂ）は図４（ａ）で示す蒸気加減弁のＹ−Ｙ矢視に沿う断面図。
【図５】 本発明に係る蒸気加減弁の第４実施の形態を示す概略図。
【図６】 従来の原子力発電所の蒸気加減弁を示す概略図。
【符号の説明】
１，５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ 蒸気加減弁
３ 下流側配管
４ 配管サポート
５ 弁ケーシング
６ 弁体
７ 弁棒
８ 弁座
９ 弁体後流領域
５６ 弁体
５６ａ エッジ部
５６ｂ ディンプル
５８ 弁座
５９ 弁体後流領域
６０ ボス
６０ａ ボス本体
６０ｂ 支持脚
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所の運転時間の大部分を占める高負荷領域下、および低負荷領域下における配管装置の振動を抑制する蒸気加減弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧蒸気が流動する蒸気タービン等では、蒸気の流量調整のために絞り要素を備える蒸気加減弁が使用されている。
【０００３】
この蒸気加減弁において、蒸気の流量を調整するために弁体の開度が調整されるが、弁体の開度が中間開度の場合、蒸気が、弁体側と弁座側との隙間の絞り部において、弁体側と弁座側に対して交互に剥離・付着を繰り返す流れ、すなわち不安定流となり、弁体表面に時間的に不規則、かつ安定時に対し広いレンジでの圧力変動が生じ、蒸気加減弁の弁体に強制振動を引き起こす可能性があった。
【０００４】
加えて、弁体側と弁座側とによって形成される絞り部において、絞り部流入前後の圧力比が臨界圧力以上になると、流速が超音速となることで、衝撃波による高周波の圧力変動が発生し、蒸気加減弁の弁体に振動を引き起こす可能性があった。
【０００５】
火力発電所の蒸気加減弁に備わる弁体の振動を抑制することを目的として、特公昭５８−４４９０９号公報（特許文献１参照。）では、弁体の曲率をＲ，弁座の曲率をｒ、および弁体と弁座との接続点を基点に弁座口径をＤとするとき、それぞれ、
【数６】
【０００６】
一方、蒸気加減弁に備わる弁体の振動を抑制することを目的として、特開平９−７２４３０号公報（特許文献２参照。）では、弁体の曲率をＲ，弁座の曲率をｒ、および弁体と弁座との接続点を基点に弁座口径をＤとするとき、それぞれ、
【数７】
【０００７】
また、原子力発電所の蒸気加減弁では、不安定流および衝撃波による蒸気流の乱れが蒸気加減弁本体から下流側配管に伝播され、下流側配管が振動する虞があった。さらに蒸気流の乱れは、配管内を下流方向へ進むにつれて減衰するが、蒸気流の乱れには幅広いレンジの周波数成分が混在し、管壁の振動モードと一致・整数倍の関係にある周波数成分は減衰せず、管壁の振動モードと連成した連成振動により、下流側配管の振動を引き起こす虞もあった。
【０００８】
この圧力変動と管壁の振動モードによる連成振動の抑制を目的として特開平１０−３１８４３０号公報（特許文献３参照。）に開示された蒸気加減弁を図６に示す。
【０００９】
図６の蒸気加減弁１には、その下流側に下流側配管３が接続されており、この下流側配管３は、配管サポート４によって支持される。
【００１０】
図６の蒸気加減弁１には、弁ケーシング５が備えられ、この弁ケーシング５内に球体曲面を有する弁体６が弁座８に向かって進退自在に収納される。弁体６は駆動装置（図示せず）に連結された弁棒７にて駆動せしめられる。
【００１１】
蒸気加減弁１は、弁体６を弁座８から進退させることで絞り部の開度が調整される。弁体６を着座させる弁座８は、その下流側が徐々に拡開するスカート形状に構成される。
【００１２】
図６に示された蒸気加減弁１においては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、絞り部から弁体後流領域９を経て、弁座８のスカート形状部から方向Ｆｂに流出する。
【００１３】
図６に示された蒸気加減弁１によると、振動防止要素として弁座８にスカート形状部を設けることにより、蒸気流をスカート形状部に沿って流れさせるため、蒸気流を安定した弁座付着流の傾向にする。
【００１４】
加えて、図６に示された蒸気加減弁１によると、スカート形状部によって内径が緩やかに増大されることで連成振動数が連続して変化し、特定の周波数成分が残ることなく減衰させることができる。したがって、下流側配管３自身の連成振動数の成分も、蒸気加減弁１から下流側配管３にかけて伝播し難いため、原子力発電所における配管サポート４のクラック等の損傷を抑制できる。
【００１５】
【特許文献１】
特公昭５８−４４９０９号公報（第３−４頁、第６図）
【００１６】
【特許文献２】
特開平９−７２４３０号公報（第２−３頁、図１−６）
【００１７】
【特許文献３】
特開平１０−３１８４３０号公報（第４−５頁、図１０）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
火力発電所に備わる蒸気加減弁の振動は、蒸気加減弁に備わる弁体の振動のみが問題となる一方、原子力発電所に備わる蒸気加減弁の振動は、その健全性を保持する見地から、弁体の振動と同様に、圧力変動と管壁の振動モードによる連成振動の問題も大きい。
【００１９】
例えば、特公昭５８−４４９０９号公報で説明した火力発電所の蒸気加減弁を、原子力発電所の蒸気加減弁に適用した場合を考慮する。この公報の蒸気加減弁では下流側配管の連成振動については開示されてないが、原子力発電所の蒸気加減弁として用いると、結果的に下流側配管に伝播される連成振動についても、二次的にある程度抑制することができる。ただし、この場合、弁座側で蒸気流の境界層剥離が生起されるため、連成振動の伝播による振動を充分に抑制できないことが確認されている。
【００２０】
すなわち、特公昭５８−４４９０９号公報の蒸気加減弁を原子力発電所の蒸気加減弁としてそのまま適用しても、蒸気加減弁の弁体および下流側配管の健全性を保持することは困難である。火力発電所と原子力発電所とでは、蒸気加減弁に流入する蒸気の圧力、温度等の運転条件に差異があり、この差異によって、蒸気加減弁および弁体の振動をもたらす複数の原因の内、最も重点を置くべき原因が異なるため、振動抑制の対策も異なるためである。
【００２１】
一方、特開平１０−３１８４３０号公報によると、弁座にスカート形状部を設置することにより連成振動の伝播による振動を抑制できる。ただし、連成振動の原因である蒸気の不安定流および衝撃波の抑制については開示されておらず、原子力発電所の健全性を保持するために、配管サポートのクラック等の損傷の危機管理の負荷が大きい。
【００２２】
原子力発電所の蒸気加減弁の振動抑制に関しては、振動生起の原理から、蒸気の不安定流および衝撃波の抑制、並びに連成振動の伝播の抑制を兼ね備えて、効率的な原子力発電所の運転を行う必要がある。
【００２３】
また、弁体および下流側配管の振動を引き起こす他の原因として、蒸気加減弁内の構造による渦流がある。例えば、蒸気加減弁内の段差部等により断面積変化があると、断面積変化に伴い蒸気流が渦流を形成し、振動を引き起こす。
【００２４】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、蒸気の不安定流、衝撃波および渦流を抑制し、並びに適切な広がり角度を有するスカート形状部により弁座付着流を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体の健全性を保持できる蒸気加減弁を提供することを目的とする。
【００２５】
本発明の他の目的は、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体に対する抵抗力を増大させ、蒸気流の弁体剥離を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体の健全性を保持できる蒸気加減弁を提供することにある。
【００２６】
本発明の別の目的は、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体後流領域での渦流の発生を抑制させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体の健全性を保持できる蒸気加減弁を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気加減弁は、上述した課題を解決するために請求項１に記載したように、弁体の曲率をＲ、弁座の曲率をｒ、前記弁体および前記弁座との接触点における弁座口径をＤとするとき、
【数８】
Ｒ＝（０．５２〜０．６）Ｄ
ｒ＞０．６Ｄ
の曲率関係が成立する前記弁体および前記弁座を弁ケーシング内に有し、前記弁体の球体曲面下端に形成された凹湾部の端面にエッジ部を備え、このエッジ部は蒸気流の弁体側境界層剥離が生起する点よりも上流側に形成され、前記弁座に下流側配管に向かって漸次拡開するスカート形状部を備え、前記スカート形状部の広がり角度をθとするとき、
【数９】
θ≦６°
としたことを特徴とする
【００２８】
また、本発明の蒸気加減弁は、請求項２に記載したように、弁体の曲率をＲ、弁座の曲率をｒ、前記弁体および前記弁座との接触点における弁座口径をＤとするとき、
【数１０】
Ｒ＝（０．５２〜０．６）Ｄ
ｒ＞０．６Ｄ
の曲率関係が成立する前記弁体および前記弁座を弁ケーシング内に有し、前記弁体の下端に形成された凹湾部の端面にエッジ部を備え、前記弁座に下流側配管に向かって拡開するスカート形状部を備え、前記弁体の弁座側球体表面の所定の位置を蒸気流の弁体剥離を促進させるディンプル構造としたことを特徴とする。
【００２９】
さらに、本発明の蒸気加減弁は、請求項３に記載したように、弁ケーシング内に弁体および弁座を有する蒸気加減弁において、前記弁体の球体曲面下端に形成された凹湾部の端面にエッジ部を備え、このエッジ部は蒸気流の弁体側境界層剥離が生起する点よりも上流側に形成され、前記弁体下部空間の弁体後流領域に、下流側配管に向って先細となる円錐形状のボスを設置する一方、前記弁座に下流側配管に向って拡開するスカート形状部を備え、上記スカート形状部とボスとの間に環状流路を形成したことを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の蒸気加減弁は、請求項４に記載したように、前記弁体の軸方向をｘとし、軸方向ｘにおけるスカート形状部と前記ボスによって構成される環状流路面積をＡ（ｘ）、軸方向平均流速をｗ、および体積流量をＱとすると、
【数１１】
ｗ＝Ｑ／Ａ
ｄ（１／Ａ）２／ｄｘ＝ｄ（ｗ２）／ｄｘ＝定数
の関係から環状流路面積Ａ（ｘ）を算出することで得られる形状の前記ボスを備えたことを特徴とする。
【００３１】
最後に、本発明の蒸気加減弁は、請求項５に記載したように、前記弁体の軸方向をｘとし、軸方向ｘにおけるスカート形状部とボスによって構成される環状流路面積をＢ（ｘ）とすると、
【数１２】
ｄ（１／Ｂ）２／ｄｘ＝定数
の関係から環状流路面積Ｂ（ｘ）を算出することで得られる形状の前記ボスを備えたことを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る蒸気加減弁の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る蒸気加減弁の第１実施の形態を示す概略図である。
【００３４】
図１は蒸気加減弁５１を示し、蒸気加減弁５１の下流側には下流側配管３が接続されており、この下流側配管３は、配管サポート４によって支持される。
【００３５】
図１の蒸気加減弁５１には、弁ケーシング５が備えられ、弁ケーシング５内に球体曲面を有する弁体５６が軸方向ｘに沿って進退自在に収納される。弁体５６には駆動装置（図示せず）に連結された弁棒７が備えられ、加えて、弁体５６には弁体５６および弁棒７を結合させるピン（図示せず）が備えられる。なお、弁体５６の球体曲面は先端部が凹湾状のエッジ部５６ａが形成される。
【００３６】
また、蒸気加減弁５１の弁ケーシング５に弁座５８が備えられ、弁体５６の軸心の基点をＯ、弁体５６と弁座５８の接続点をＰとすると、基点Ｏと接続点Ｐの距離、すなわち弁体５６の曲率をＲ、接続点Ｐにおける弁座５８の曲率をｒ、さらに、接続点Ｐを基点に弁座口径をＤとすると、弁体５６の曲率Ｒと弁座５８の曲率ｒとは、それぞれ、
【数１３】
【００３７】
これらの数値範囲は、実験によって求められた最適な適用範囲であり、これらの数値範囲から外れた場合、蒸気流を安定した弁座付着流にすることができないことが確認されている。
【００３８】
さらに、球体曲面を有する弁体５６は、接続点Ｐから下流側に位置し、かつ蒸気流の弁体５６側の境界層剥離が生起する点よりも上流側にエッジ部を形成し、このエッジ部の頂点を境として、内側に凹湾部を形成させる。
【００３９】
最後に、下流側配管３に向かって拡開する弁座５８のスカート形状部の広がり角度は、スカート形状部の片側の広がり角度をθとするとき、
【数１４】
θ≦６°
の関係が成立する。弁座５８のスカート形状部は軸方向ｘに沿って弁座口径が拡開し、スカート形状部の最下流部と下流側配管３の最上流部とが同一口径を保つように構成される。すなわち、スカート形状部の最下流部と弁ケーシング５とが滑らかに接続される。
【００４０】
図１に示された蒸気加減弁５１においては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、弁棒７を上下に移動させることで弁体５６側と弁座５８側との絞り部の開度を調整することにより、蒸気の流量が調整される。次いで、絞り部を通過した蒸気は、弁体後流領域５９に進入し、徐々に拡開する弁座５８に従って下流側へ流れ、弁座５８のスカート形状部から下流側配管３を介して方向Ｆｂに流出する。
【００４１】
図１の蒸気加減弁５１に備える弁体５６において、弁体５６に付着して流れる蒸気流が剥離する点、すなわち境界層剥離点より上流側にエッジ部５６ａを設けたため、蒸気流の流線は境界層剥離点よりも上流側において弁体５６表面から離れる。したがって、弁体５６が中間リフト領域にあっても蒸気流を弁体５６側に引き付ける力が弁座５８側に引き付ける力よりも常に小さく、蒸気の弁座付着流を促進させるので、エッジ部５６ａを備える弁体５６は、低振動型弁としての効果が大きい。
【００４２】
さらに、低振動型弁では、蒸気加減弁５１の弁体５６および弁座５８で形成される絞り部での衝撃波の発生に伴う高周波の圧力振動が抑制される。
【００４３】
また、蒸気加減弁５１に備える弁座５８の上流部での蒸気流は安定した弁座付着流であるから、弁体５６側の剥離防止の効果は高い。加えて、弁座口径の拡開により連成振動数が連続して変化し、特定の周波数成分が残ることなく減衰することで、下流側配管３自身の連成振動数の成分も蒸気加減弁５１から下流側配管３にかけての伝播が抑制される。
【００４４】
図２は蒸気加減弁５１の振動抑制効果を示すグラフである。
【００４５】
図２に示されたグラフは、蒸気加減弁５１の下流側配管の振動抑制効果を示し、図１に示す蒸気加減弁５１のエッジ部５６ａを備える弁体５６である低振動型弁、および弁座５８のスカート形状部の片側の広がり角度θによる振動抑制効果を示す。
【００４６】
図２に示されたグラフには、弁体５６の下部が球体曲面を有するのみの従来弁を使用し、弁座５８下流側の広がりがないときの振動加速度曲線ａと、低振動型弁を使用し、弁座５８下流側のスカート形状部の広がり角度θ＝３°のときの振動加速度曲線ｂと、低振動型弁を使用し、弁座５８下流側のスカート形状部の広がり角度θ＝４°のときの振動加速度曲線ｃと、低振動型弁を使用し、弁座５８下流側のスカート形状部の広がり角度θ＝５°のときの振動加速度曲線ｄとをそれぞれ示し、それぞれの条件における規格化質量流量（ｋｇ／ｓｅｃ．）と規格化振動加速度（Ｇ）の関係を示す。
【００４７】
図２に示された振動加速度曲線ａおよびｂを比較する。低振動型弁および弁座５８下流側のスカート形状部の広がり角度θ＝３°を採用することで、規格化振動加速度が１／４程度にまで低減され、下流側配管の振動抑制効果が大きいことがわかる。
【００４８】
さらに、振動加速度曲線ｂ、ｃおよびｄから、スカート形状部の広がり角度θ≦５°のときは、規格化振動加速度の差異が測定誤差の範囲内と推定され、同様の振動抑制効果を示す。
【００４９】
加えて、図２に示されてないが、低振動型弁を使用し、スカート形状部の広がり角度θ＝６°のときの振動加速度曲線においても、振動加速度曲線ｂ、ｃおよびｄと同様の振動抑制効果が得られている。
【００５０】
なお、低振動型弁を使用し、スカート形状部の広がり角度θ＞６°のときも同様に、数種類の広がり角度θのときの規格化質量流量と規格化振動加速度の関係を解析したが、規格化振動加速度の値が極めて大きくなる結果であったので、図２には記載しない。
【００５１】
規格化質量流量と規格化振動加速度の関係を解析することによって、図１の蒸気加減弁５１に備える弁体５６として低振動型弁を備えること、および蒸気加減弁５１に備える弁座５８のスカート形状部の広がり角度θが特にθ≦６°のとき、下流側配管３の振動抑制効果が大きい。
【００５２】
蒸気加減弁５１によれば、蒸気の不安定流、衝撃波および渦流を抑制し、並びに適切な広がり角度を有するスカート形状部により弁座付着流を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００５３】
図３は、本発明に係る蒸気加減弁の第２実施の形態を示す概略図である。
【００５４】
図３の蒸気加減弁５１Ａは、弁体５６表面の弁座側表面、少なくとも球体表面にディンプル５６ｂを形成させる。
【００５５】
また、蒸気加減弁５１Ａに備える弁体５６はエッジ部５６ａを形成するときに限らず、また、蒸気加減弁５１Ａに備える弁座５６下流側のスカート形状部の広がり角度θは特に限定しないし、弁座５６の形状についても限定しない。
【００５６】
なお、図３において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図３に示された蒸気加減弁５１Ａにおいては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、弁棒７を上下に移動させることで弁体５６側と弁座５８側との絞り部の開度を調整することにより、蒸気の流量が調整される。次いで、絞り部を通過した蒸気は、弁体後流領域５９に進入し、徐々に拡開する弁座５８に従って下流側へ流れ、弁座５８のスカート形状部から下流側配管３を介して方向Ｆｂに流出する。
【００５８】
また、図３に示された蒸気加減弁５１Ａにおいては、弁体５６表面のディンプル５６ｂにより蒸気流と弁体５６との抵抗力を増大させることができる。
【００５９】
さらに、図３に示す蒸気加減弁５１Ａのディンプル５６ａを図１に示す蒸気加減弁５１に適用させることにより、より弁座付着流を促進させることができる。
【００６０】
蒸気加減弁５１Ａによれば、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体に対する抵抗力を増大させ、蒸気流の弁体剥離を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００６１】
図４は、本発明に係る蒸気加減弁の第３実施の形態を示す概略図である。
【００６２】
図４（ａ）の蒸気加減弁５１Ｂは、蒸気流の弁体剥離を促進させ、弁体後流領域５９での渦流を抑制させる目的で、弁体５６の下部空間の弁体後流領域５９にボス６０が設置される。
【００６３】
弁体５６の軸方向をｘ、軸方向ｘにおける弁座５８のスカート形状部とボス６０によって構成される環状流路面積をＡ（ｘ）、軸方向平均流速をｗ、および体積流量をＱとすると、
【数１５】
【００６４】
また、蒸気加減弁５１Ｂに備える弁体５６はエッジ部５６ａを形成するときに限らず、また、蒸気加減弁５１Ｂに備える弁座５６下流側のスカート形状部の広がり角度θは特に限定しないし、弁座５６の形状についても限定しない。
【００６５】
なお、図４（ａ）において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６６】
図４（ｂ）は、図４（ａ）で示す蒸気加減弁５１ＢのＹ−Ｙ矢視に沿う断面図である。
【００６７】
図４（ｂ）の最外部は弁ケーシング５であり、内側に弁座５８が備えられる。加えて、弁座５８の内側の弁体後流領域５９にボス６０が備えられる。なお、ボス６０は、ボス本体６０ａと支持脚６０ｂから構成され、ボス本体６０ａから放射状に延設された支持脚６０ｂの先端を弁座５８または弁ケーシング５に備える。なお、図４（ｂ）のボス６０は放射状の３点の支持脚６０ｂによって備えられるが、必ずしも３点でなくてもよい。
【００６８】
図４（ａ）に示された蒸気加減弁５１Ｂにおいては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、弁棒７を上下に移動させることで弁体５６側と弁座５８側との絞り部の開度を調整することにより、蒸気の流量が調整される。次いで、絞り部を通過した蒸気は、弁座５８のスカート形状部とボス６０との間の流路に進入し、徐々に拡開する弁座５８とボス６０との流路に従って下流側へ流れ、弁座５８のスカート形状部から下流側配管３を介して方向Ｆｂに流出する。
【００６９】
また、図４に示された蒸気加減弁５１Ｂにおいては、弁体後流領域５９に設置されるボス６０により弁体後流領域５９での渦流の発生を抑制させることができる。
【００７０】
さらに、図４に示す蒸気加減弁５１Ｂのボス６０を図１に示す蒸気加減弁５１に適用させることにより、より弁座付着流を促進させることができる。
【００７１】
蒸気加減弁５１Ｂによれば、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体後流領域での渦流の発生を抑制させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００７２】
図５は、本発明に係る蒸気加減弁の蒸気加減弁の第４実施の形態を示す概略図である。
【００７３】
図５の蒸気加減弁５１Ｃは、蒸気流の弁体剥離を促進させ、弁体後流領域５９での渦流を抑制させる目的で、弁体５６の下部空間の弁体後流領域５９にボス６０が設置される。なお、弁体後流領域５９に備えるボス６０は、図４（ｂ）と同様に弁座５８または弁ケーシング５に固定される。
【００７４】
弁体５６の軸方向をｘ、軸方向ｘにおける弁座５８のスカート形状部とボス６０によって構成される環状流路面積をＢ（ｘ）、軸方向平均流速をｗ、および体積流量をＱとすると、
【数１６】
ｄ（１／Ｂ）２／ｄｘ＝定数
の関係から軸方向ｘに対し環状流路面積Ｂ（ｘ）を算出し、ボス６０の形状を決定する。すなわち、ボス６０の形状を図４（Ａ）に明示するように下流側配管３に向って先細となる円錐形状とする。
【００７５】
また、蒸気加減弁５１Ｃに備える弁体５６はエッジ部５６ａを形成するときに限らず、また、蒸気加減弁５１Ｃに備える弁座５６下流側のスカート形状部の広がり角度θは特に限定しないし、弁座５６の形状についても限定しない。
【００７６】
なお、図５において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図５に示された蒸気加減弁５１Ｃにおいては、蒸気が方向Ｆａにて弁ケーシング５内に流入し、弁棒７を上下に移動させることで弁体５６側と弁座５８側との絞り部の開度を調整することにより、蒸気の流量が調整される。次いで、絞り部を通過した蒸気は、弁座５８のスカート形状部とボス６０との間の流路に進入し、徐々に拡開する弁座５８とボス６０との流路に従って下流側へ流れ、弁座５８のスカート形状部から下流側配管３を介して方向Ｆｂに流出する。
【００７８】
また、図５に示された蒸気加減弁５１Ｃにおいては、弁体後流領域５９に設置されるボス６０により弁体後流領域５９での渦流の発生を抑制させることができる。
【００７９】
加えて、ボス６０の形状が円錐形状であり、ボス６０の最下流部（円錐形状の頂点）では断面積変化を極小まで抑えられるので、ボス６０の下流側での渦流の発生を回避できる。
【００８０】
さらに、図５に示す蒸気加減弁５１Ｃのボス６０を図１に示す蒸気加減弁５１に適用させることにより、より弁座付着流を促進させることができる。
【００８１】
蒸気加減弁５１Ｃによれば、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体後流領域での渦流の発生を抑制させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蒸気の不安定流、衝撃波および渦流を抑制し、並びに適切な広がり角度を有するスカート形状部により弁座付着流を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００８３】
また、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体に対する抵抗力を増大させ、蒸気流の弁体剥離を促進させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【００８４】
さらに、蒸気を安定した弁座付着流とし、更に弁体後流領域での渦流の発生を抑制させることによって、弁体および下流側配管の振動を効果的に抑制し、蒸気加減弁本体および配管サポートの健全性を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る蒸気加減弁の第１実施の形態を示す概略図。
【図２】 本発明に係る蒸気加減弁の第１実施の形態の振動抑制効果を示すグラフ。
【図３】 本発明に係る蒸気加減弁の第２実施の形態を示す概略図。
【図４】 （ａ）は本発明に係る蒸気加減弁の第３実施の形態を示す概略図、（ｂ）は図４（ａ）で示す蒸気加減弁のＹ−Ｙ矢視に沿う断面図。
【図５】 本発明に係る蒸気加減弁の第４実施の形態を示す概略図。
【図６】 従来の原子力発電所の蒸気加減弁を示す概略図。
【符号の説明】
１，５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ 蒸気加減弁
３ 下流側配管
４ 配管サポート
５ 弁ケーシング
６ 弁体
７ 弁棒
８ 弁座
９ 弁体後流領域
５６ 弁体
５６ａ エッジ部
５６ｂ ディンプル
５８ 弁座
５９ 弁体後流領域
６０ ボス
６０ａ ボス本体
６０ｂ 支持脚
Claims (5)
- 弁体の曲率をＲ、弁座の曲率をｒ、前記弁体および前記弁座との接触点における弁座口径をＤとするとき、
- 弁体の曲率をＲ、弁座の曲率をｒ、前記弁体および前記弁座との接触点における弁座口径をＤとするとき、
- 弁ケーシング内に弁体および弁座を有する蒸気加減弁において、前記弁体の球体曲面下端に形成された凹湾部の端面にエッジ部を備え、このエッジ部は蒸気流の弁体側境界層剥離が生起する点よりも上流側に形成され、前記弁体下部空間の弁体後流領域に、下流側配管に向って先細となる円錐形状のボスを設置する一方、前記弁座に下流側配管に向って拡開するスカート形状部を備え、上記スカート形状部とボスとの間に環状流路を形成したことを特徴とする蒸気加減弁。
- 前記弁体の軸方向をｘとし、軸方向ｘにおけるスカート形状部と前記ボスによって構成される環状流路面積をＡ（ｘ）、軸方向平均流速をｗ、および体積流量をＱとすると、
- 前記弁体の軸方向をｘとし、軸方向ｘにおけるスカート形状部とボスによって構成される環状流路面積をＢ（ｘ）とすると、
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