JP3968181B2 - 蒸気循環装置における組合せ弁構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気循環動力プラントに係り、特にこのようなプラントに使用される新規な蒸気循環装置における組合せ弁構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バタフライ弁は、原子力蒸気タービンの施工に多く使用され、特に化石燃料タービンで使用される圧力より低圧で使用される。いくつかのメーカーでは、隙間のない着座弁（すなわち、閉じた時に漏れない）や従来から使用されている弁より高圧および高温に適した弁を現在開発している。これらの開発により上記弁を蒸気タービンの入口弁として適用する可能性をもたらしている。
【０００３】
バタフライ弁は、一部閉じた状態だけでなく全開の状態でも下流側に“伴流（ｗａｋｅ）”がかなり強く発生する特性を有している。この伴流は、ハンガリー／ドイツの空気力学者によって命名された“カルマン渦列”として文献にしばしば詳述されている。バタフライ弁の後での伴流は、パイプを長くすると下流側に供給されるに従って徐々に低下する。しかし、タービン弁に適用した場合には、このようにパイプを長くすることは実用的ではない。というのは、バタフライ弁の下流側に多量の蒸気が残存し、不適当な超過速度の限定など、制御上の問題の一因となることがあるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、バタフライ弁は、蒸気タービンの入口近くに配置されると、伴流による流れの乱れがタービンの初段に入り、タービンの初段の絞り部、静翼および動翼を周期的な応力で損傷させることがある。したがって、バタフライ弁を蒸気タービンの制御弁として好適に適用するには、弁の下流側に発生する伴流の影響からタービンの初段を保護する手段を設ける必要がある。このような伴流を分散可能な手段の一つに、流れ修正機があるが、この流れ修正機ではかなり長いパイプが必要になるとともに、費用がかさむこととなる。
【０００５】
したがって、本発明は、タービンの近くに配置された制御弁としてバタフライ弁が使用することができるようにし、このバタフライ弁からタービンの初段に入り込む乱流を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
制御弁は、通常、停止弁の下流側に設置されるとともに、蒸気循環装置におけるタービンに入る蒸気を補足制御するために使用される。しかしながら、この制御弁が上記位置の場合、バタフライ弁から出た伴流は、タービンの初段に容易に到達し、上述した不具合が生じてしまうことになる。
【０００７】
気密試験（ａｉｒｔｅｓｔ）によれば、蒸気タービンの停止弁に通常使用されるストレーナは、その停止弁に近づく乱流を分散させるように作用することが分かった。特に、このストレーナは上述した目的を達成するために形成しており、本発明の例示した実施形態により明らかになる。
【０００８】
本発明は、停止弁の前に制御弁を配置させることで、従来のポペット型停止弁内における円筒ストレーナの特性を利用することを提案することにある。この停止弁の上流に制御弁を配置することは新規ではない。事実、このような配置は、ＧＥ社製の組合せ再熱弁や停止弁と制御弁とを組み合わせかつそれら両弁の上流側にストレーナを設置したものの中に多数見られる。しかしながら、バタフライ弁を制御弁として使用するには、上記ストレーナをバタフライ弁の下流側に配置する必要がある。数値流体力学（ＣＦＤ）解析の結果から、本発明者らは以下のことを見出した。すなわち、上記ストレーナを通して圧力を低下させ、停止弁へ向う流れと直接向い合わせるようにストレーナのブランク領域（いかなる流通孔も設けない領域）の大きさを調整することにより一様な流れを作り出すことができ、これによりバタフライ弁による流れの乱れが停止弁およびタービンの初段に流れるのを防止するように寄与することが分かった。
【０００９】
制御弁の下流側にストレーナを配置することと上述したブランク領域を有する構造は、ストレーナの主要目的を損うことがない。これらは、小片や異物（蒸気発電機で発生したり配管装置の製造、組立、保守の間に残存する。）を濾過し、これらの事項が停止弁の閉塞やタービンの損傷を防止している。
【００１０】
好適には、バタフライ弁の軸が停止弁の円筒ストレーナの軸方向に対して直角であることである。仮に、バタフライ弁の軸が円筒ストレーナの軸に対して平行であれば、流れの乱れがストレーナと停止弁のケースとの間の狭隘部に入り込み、そこから停止弁を通り抜けてタービン内まで入り込む可能性がある。
【００１１】
よって、大略的な態様において、本発明は、蒸気タービンを少なくとも一つ備えたコンバインドサイクルまたはその他の蒸気プラントに使用される組合せ制御／停止弁部品に関し、この弁部品は、第１の軸に対して回転可能な弁板を有するバタフライ弁と、このバタフライ弁に隣接しかつバタフライ弁の下流側に配置された停止弁とを備え、この停止弁は前記第１の軸に対してほぼ垂直な縦軸を有する円筒ストレーナを有し、この円筒ストレーナは好適には前記バタフライ弁に対向する中実部を備えている。
【００１２】
その他の構成および効果は、以下に示す詳細な説明により明らかになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１および図２を参照して説明する。
【００１４】
図１および図２に示すように、本発明による組合せ弁部品１０は、バタフライ弁１２が停止弁１６に極めて近接した位置でかつその上流側の配管１４に設置される一方、停止弁１６が配管１８を経てタービンＴの初段への蒸気の流れを制御する。このため、停止弁１６の入口側は、参照符号２０で示される一方、出口側が参照符号２２で示される。
【００１５】
バタフライ弁１２は、一定の仕様に沿って設計されるものの、一般的な構造を有し、配管１４の縦軸方向を横切って延びるようにピボット軸２６で２等分された弁板２４を有している。この弁板２４は、図では全開した位置を示しており、９０°回転させると全閉した位置となることが理解でき、停止弁１６への蒸気の流れを全て遮断する。
【００１６】
停止弁１６もまた一般的な構造であるが、本発明に基づいており、再設計されたストレーナ２８が組み込まれている。詳しくは、このストレーナ２８はほぼ円筒体からなり、その長手方向中心軸がバタフライ弁１２のピボット軸２６に対して直角方向になるように停止弁１６内で方向が定められている。さらに、このストレーナ２８には、その周壁の一部の円周部３０が流れを通さない（ストレーナとしての穴のない）ように形成されている。図２および図３に示すように、流れを通さないように形成された中実壁３０はストレーナ２８の周方向の６０°、すなわち全周壁の１／６に亘って延びており、ストレーナ２８において周方向に残りの３００°には、図示のように通常の形成方法により複数の流通孔３２が穿設されている（これに対し、一般のストレーナでは周方向に対して７０〜８０°の広がりにブランク領域を有している）。ここで、留意すべきことは、ストレーナ２８は中実壁３０が入口部２０内の中心位置になるように配置したことである。すなわち、配管１４を通って停止弁１６内に入る流れが中実壁３０に衝突してその中実壁３０の周囲に流れる流れに転換し、その後停止弁１６の上流側にある複数の流通孔３２を通り、停止弁１６を出て、出口部２２を経て配管１８に入るように、中実壁３０を配管１４に対向させている。この流れに関して、停止弁１６とストレーナ２８のサイズを調整してあるので、全ての流れはストレーナ２８の下端を通って出ていくようにしている。すなわち、全ての流れが流通孔３２からストレーナ２８内に入り、このストレーナ２８の底部を通って出口部２２に至ることになる。
【００１７】
上記のように配置したので、タービンの初段は、前述したようにバタフライ弁１２で発生する伴流の影響から保護される。さらに具体的には、ストレーナ２８の流通孔のない、すなわち中実壁３０を停止弁１６に向う流れに直接向き合せたことにより上流側の流れの乱れが停止弁１６を通ってタービンＴの初段に達するということを防止している。さらに好適には、バタフライ弁１２のピボット軸２６と円筒ストレーナ２８の軸方向とが９０°の角度でかつ近接しているので、バタフライ弁１２から発生する渦を分散させることになる。
【００１８】
上述した弁部品１０の典型的な配置によれば、蒸気サイクルプラント内の蒸気発電機３４の過熱器および再熱器から出る蒸気は、蒸気タービンＴの入口に入る。この蒸気の蒸気タービンＴへの流入は、弁部品１０により制御され、この弁部品１０はＩＰ（中圧蒸気）入口に比較的近接して配置されている。本発明による弁部品１０は本実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
なお、本発明は上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バタフライ弁から発生する渦を分散させ、バタフライ弁からタービンの初段に達する乱流を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明に係る組合せ弁装置を示す概略縦断面図。
【図２】 図２は図１の平面断面図。
【図３】 図３は本発明で用いられる円筒ストレーナを示す斜視図。
【符号の説明】
１０ 組合せ弁組立部品
１２ バタフライ弁
１４ 配管
１６ 停止弁
１８ 配管
２０ 入口部
２２ 出口部
２４ 弁板
２６ ピボット軸（第１の軸）
２８ ストレーナ
３０ 中実壁（中実部）
３２ 流通孔
３４ 蒸気発電機

Claims (5)

1. 少なくとも一つの蒸気タービンを有する蒸気サイクルプラントに用いられる組合せ制御／停止弁部品を備えた蒸気循環装置における組合せ弁構造であって、前記弁部品は、第１の軸に対して回転可能な弁板を備えたバタフライ弁と、このバタフライ弁に隣接しかつその下流側に配置された停止弁とを具備し、この停止弁は前記第１の軸に対してほぼ直角の方向かつ前記停止弁に流入する蒸気に対してほぼ垂直な方向にその軸方向が配置された円筒ストレーナを有し、この円筒ストレーナに前記バタフライ弁に対向する中実部を設けると共に、この中実部の中心は前記停止弁の入口部の中心に位置しており、前記円筒ストレーナからの流出蒸気が前記円筒ストレーナの前記軸方向下流に配置された前記蒸気タービンに導かれることを特徴とする蒸気循環装置における組合せ弁構造。
2. 請求項１の発明において、蒸気タービンを有する蒸気サイクルプラントと組み合わせた弁部品であって、かつこの弁部品は、蒸気タービンに蒸気を供給するように配置された配管に設けたことを特徴とする蒸気循環装置における組合せ弁構造。
3. 前記円筒ストレーナは、その周壁の周方向にほぼ３００°の領域にアレイ状に流通孔を備えたことを特徴とする請求項１記載の蒸気循環装置における組合せ弁構造。
4. 中実部は、円筒ストレーナの周壁の周方向に残る６０°の領域に設けたことを特徴とする請求項３記載の蒸気循環装置における組合せ弁構造。
5. 停止弁および円筒ストレーナは、この停止弁に流入する全ての流れは必ず円筒ストレーナを通って流入するように形成したことを特徴とする請求項４記載の蒸気循環装置における組合せ弁構造。

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