JP4177694B2 - 蒸気弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンプラントに適用される蒸気弁に係り、特に主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）を組み合せた蒸気弁の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、蒸気タービンプラントでは、発電機からより多くの負荷（出力）を発生させるため、タービンロータに高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービンおよび低圧蒸気タービンを軸直結させた、いわゆる３ケーシングの軸流形式のものが多い。
【０００３】
この３ケーシング、軸流形式の蒸気タービンプラントは、高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン、低圧蒸気タービンの各タービンケーシング内にタービンノズルとタービン動翼とを組み合せたタービン段落をタービンロータの軸方向に沿って複数段落を収容し、ボイラからの蒸気を高圧蒸気タービンのタービン段落で膨張仕事をさせ、膨張仕事を終えた蒸気をボイラの再熱器で再熱させ、その再熱蒸気を中圧蒸気タービンを経て低圧蒸気タービンに供給し、それぞれの蒸気タービンのタービン段落で膨張仕事をさせて発電機を駆動し、膨張仕事を終えた蒸気を復水器で凝縮させて復水にし、その復水を給水加熱器で再生させて給水にし、その給水を再びボイラに戻す構成にしている。
【０００４】
また、蒸気タービンプラントには、機能、用途に応じて大小口径の異なる弁装置が数多く設けられている。
【０００５】
これら弁装置の中で、特に、例えば、ボイラと高圧蒸気タービンとの間に設けられた主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とは、圧力１６．６ＭＰａ〜２４．１ＭＰａ、温度５３８℃〜５６６℃の超高圧、超高温の蒸気を取扱う関係上、耐圧構造の超大形の弁装置になっている。
【０００６】
ここで、例えば、主蒸気止め弁は、起動運転時、蒸気を高圧蒸気タービンに逸速く供給し、負荷遮断時、急閉するＯＮ−ＯＦＦタイプである。また、例えば、蒸気制御弁（蒸気加減弁）は、負荷の需要に応じて弁体を任意の弁開度で開口させて流量制御を行わせ、負荷遮断時、弁体を急速閉鎖させるコントロール弁タイプである。
【０００７】
従来、これら主蒸気止め弁および蒸気制御弁（蒸気加減弁）は、高圧蒸気タービン入口前の別々の位置に設置されていたが、何分にも超大形であるが故に広い設置面積の確保が必要とされていた。
【０００８】
しかし、最近では、主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容し、設置面積を少なくしてコンパクト化した、いわゆる組合せによる蒸気弁が実現しており、その構成として図１１〜図１３に示すものがある。
【０００９】
なお、図１１は、主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを一つの弁ケーシングに収容した従来の蒸気弁を示す概念図であり、図１２は主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを一つの弁ケーシングに収容した従来の蒸気弁の主蒸気の流れを示す図であり、図１３は、図１１のＡ−Ａ矢視切断断面図である。
【００１０】
例えば、主蒸気止め弁と、例えば、蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せた蒸気弁１は、主蒸気止め弁に相当する第１弁装置２を主蒸気上流側に配置し、蒸気制御弁（蒸気加減弁）に相当する第２弁装置３を主蒸気下流側に配置するとともに、第１弁装置２と第２弁装置３とを一つの弁ケーシング４に収容させたものである。
【００１１】
第１弁装置２は、弁ケーシング４に第１主蒸気入口５と、第２弁装置３の第２主蒸気入口７に連通する第１主蒸気出口６とを備えるとともに、内部に酸化スケール等の不純物を除去するストレーナ８を収容している。
【００１２】
また、第１弁装置２は、第１主蒸気出口６側に設けた第１弁座９に自在に接離させる第１弁体１０と、第１弁棒１１を介して第１弁体１０を進退駆動させる第１駆動装置１２とを備えている。
【００１３】
一方、第２弁装置３は、弁ケーシング４の下流側に設けた第２主蒸気出口１３と、この第２主蒸気出口１３側に設けた第２弁座１４に自在に接離させるとともに、スリーブ１５を摺動する第２弁体１６と、第２弁棒１７を介して第２弁体１６を進退駆動する第２駆動装置１７とを備えている。
【００１４】
このような構成を備えた蒸気弁１において、第１主蒸気入口５から弁ケーシング４に供給された主蒸気は、図１１および図１３に示すように、複数の微細な孔を備えたストレーナ８の外側から内側に向って通過するとき、酸化スケール等の不純物を取り除いた後、第１弁棒１１に沿って流れ、さらに第２弁装置３の第２主蒸気出口１３を介して高圧蒸気タービンに供給される。
【００１５】
そして、このような構成の蒸気弁１は、一つの弁ケーシング４に第１弁装置２と第２弁装置３とを収容させているから、全体構造をコンパクト化することができる。また、蒸気弁１は、第１弁装置２に非常時、主蒸気を瞬時に遮断させる機能を持たせ、第２弁装置３に流量制御させる機能をそれぞれ持たせているから、起動運転時、定格負荷運転時、部分負荷運転時、緊急遮断運転時のいずれの運転でも迅速に対処することができる。
【００１６】
なお、主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容した蒸気弁には、例えば、特開２００２−９７９０３号公報（特許公報１参照）等が開示されている。
【００１７】
【特許公報１】
特開２００２−９７９０３号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、主蒸気止め弁と、例えば、蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せた蒸気弁１は、上述のとおり、数多くの利点を持っている反面、幾つかの問題を抱えており、その一つに圧力損失の低減化がある。
【００１９】
図１１〜図１３で示した従来の蒸気弁１は、第１弁装置２の主蒸気通路と第２弁装置３の主蒸気通路と２箇所以上の鋭角的な曲りを備えているため、偏流による二次流れが発生し、この二次流れの速度欠損部分に別の主蒸気が流れ込み、第２弁装置３を出るときに旋回流れが発生し、この旋回流れのために圧力損失をより大きくしていた。
【００２０】
この旋回流れに基づく圧力損失は、数値流体解析やテスト等のデータからも確認されている。
【００２１】
また、この種の組合せ蒸気弁は、第１主蒸気入口５から供給された主蒸気がストレーナ８の入口側で２分されてその面上を通過するが、ストレーナ８の出口側で二つの蒸気噴流が合流して衝突するため、大きな混合損失が生じることがわかった。
【００２２】
また、ストレーナ８を通過する主蒸気は、順次、ストレーナ８に設けられた多孔を通過してゆくため、その内部の軸方向速度成分が誘起し、強い二次流れが生じていることがわかった。
【００２３】
このように従来の組合せ蒸気弁は、二次流れ、混合損失等が要因となって、圧力損失を低く抑えることが難しくなっていた。
【００２４】
一般に、蒸気弁１の圧力損失は、１％低減化させると、蒸気タービンプラントのヒートレートが０．１％以上向上すると言われており（ターボ機械第３０巻第７号）、プラント熱効率の向上の点から、蒸気弁の圧力損失低減化が軽視できない重要な課題になっている。
【００２５】
本発明は、このような背景技術に照らしてなされたもので、弁ケーシング内に収容するストレーナにおける主蒸気流れを効果的に制御することにより、より一層の圧力損失の低減化を図る蒸気弁を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する遮蔽板を備えるとともに、前記遮蔽板から分流して廻り込んで来る二つの主蒸気の衝突を防止する隔壁を前記弁ケーシングとの間に備えたものである。
【００２９】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する遮蔽板を備えるとともに、前記遮蔽板から分流して廻り込んで来る二つの主蒸気の衝突を防止する隔壁を前記弁ケーシングとの間に備えたものである。
【００３０】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、遮蔽板は、ストレーナの外側で、かつ、主蒸気入口に臨む位置に配置したものである。
【００３１】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、主蒸気剥離域を発生させる案内板は、遮蔽板は、ストレーナの内側で、かつ主蒸気入口に臨む位置に配置したものである。
【００３２】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する閉鎖部を備えるとともに、この閉鎖部を備えた前記ストレーナの下流側であって、前記弁ケーシングを拡開状に形成して圧力回復室を備えたものである。
【００３６】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する閉鎖部を備えるとともに、前記閉鎖部から分流して廻り込んで来る二つの主蒸気の衝突を防止する隔壁を前記弁ケーシングとの間に備える一方、前記弁ケーシングと前記ストレーナとの間に前記第１弁装置の弁棒の軸長方向に沿って距離を置いて棚状の流路を備えたものである。
【００３７】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、棚状の流路は流路区画板で区画するものである。
【００３８】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、流路区画板は、ストレーナの全周に亘って配置するものである。
【００３９】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、流路区画板は、ストレーナの全周のうち、予め定められた周長部分に亘って配置するものである。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気弁の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００４１】
図１は、本発明に係る蒸気弁の第１実施形態を示す概念図である。
【００４２】
本実施形態に係る蒸気弁２０は、例えば、主蒸気止め弁と、例えば、蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せたもので、主蒸気止め弁に相当する第１弁装置２１を上流側に配置し、蒸気制御弁（蒸気加減弁）に相当する第２弁装置２２を主蒸気下流側に配置するとともに、第１弁装置２１と第２弁装置２２とを一つの弁ケーシング２３に収容させたものである。
【００４３】
第１弁装置２１は、弁ケーシング２３に第１主蒸気入口２４と、第２弁装置２２の第２主蒸気入口２６に連通する第１主蒸気出口２５とを備えるとともに、内部に酸化スケール等の不純物を除去するストレーナ２７を収容している。
【００４４】
また、第１弁装置２１は、第１主蒸気出口２５側に設けた第１弁座２８に自在に接離させる第１弁体２９と、第１弁棒３０を介して第１弁体２９を進退駆動させる第１駆動装置３１とを備えている。ここで、第１弁体２９を進退駆動させる第１駆動装置３１を、第１主蒸気入口２４の軸線と交差する方向で、かつ弁ケーシング２３の外側に設けたのは、弁ケーシング２３内の主蒸気が流れる通路をより広く確保させ、主蒸気の圧力損失を少なくさせるためである。
【００４５】
一方、第２弁装置２２は、弁ケーシング２３の下流側に設けた第２主蒸気出口３２と、この第２主蒸気出口３２側に設けた第２弁座３３に自在に接離させるとともに、スリーブ３４を摺動する第２弁体３５と、第２弁棒３６を介して第２弁体３５を進退駆動する第２駆動装置３７とを備えている。
【００４６】
他方、弁ケーシング２３に収容する第１弁装置２１のストレーナ２７は、図２に示すように、例えば円筒等の筒体３８の筒壁３９に、主蒸気を外側から内側に案内する微細な透口４０を第１弁棒３０の軸長方向に沿って形成するとともに、筒壁３９の一部、例えば、第１弁装置２１の第１主蒸気入口２４に臨む側の位置に、主蒸気の流れを塞ぐ閉鎖部４１を第１弁棒３０の軸長方向に沿って設けている。
【００４７】
また、ストレーナ２７は、閉鎖部４１から分流されて廻り込んでくる二つの主蒸気の流れの衝突による混合損失を防止し、主蒸気の流れを転流させる隔壁４２を弁ケーシング２３との間で、かつ第１弁棒３０の軸長方向に沿って設けるとともに、隔壁４２を、第１主蒸気入口２４と反対側の位置に設けている。
【００４８】
このような構成を備える蒸気弁２０において、ストレーナ２７に設けた隔壁４２と主蒸気の圧力損失との関係を図１０を用いて説明する。なお、図１０は、「隔壁がある場合」と「隔壁がない場合」とのバルブ（第１弁体２９に相当）開度増減に対する圧力損失の変化を示す圧力損失線図である。
【００４９】
ストレーナ２７は、図２に示すように、第１主蒸気入口２４と反対側の位置に隔壁４２を設けると、「隔壁がない場合」に較べて図１０に示すように、バルブの全開度に亘って圧力損失が少なくなっていることが実験でわかった。
【００５０】
このように、本実施形態に係る蒸気弁２０は、ストレーナ２７と弁ケーシング２３との間で、第１主蒸気入口２４と反対側の位置の第１弁棒３０の軸長方向に沿って隔壁４２を設け、ストレーナ２７の入口側の閉鎖部４１から分流して廻り込んでくる二つの主蒸気の衝突を防止する構成にしたので、二つの主蒸気の流れの衝突による混合損失を防止して圧力損失を少なくさせることができる。
【００５１】
なお、本実施形態は、第１弁装置２１の弁ケーシング２３に収容するストレーナ２７の、そのストレーナ２７の第１主蒸気入口２４に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置の弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備えたが、この例に限らず、閉鎖部４１に代えて、例えば、図３に示すように、ストレーナ２７の筒壁３９の外周側に遮蔽板４３を設けるとともに、その反対側の位置の弁ケーシング２３との間に隔壁４２を設けてもよく、また、例えば、図４に示すように、透口４０を備えた隔壁３９の内周側で、第１主蒸気入口２４に臨む側に遮蔽板４３を設けるとともに、その反対側の位置の弁ケーシング２３との間に隔壁４２を設けてもよく、さらに、例えば、図５に示すように、弁ケーシング２３を、例えば釣り鐘状に形成するとともに、釣り鐘状に形成した弁ケーシング２３に収容するストレーナ２７の、そのストレーナ２７の第１主蒸気入口２４に臨む側に閉鎖部４１を備える一方、その反対側の位置の弁ケーシング２３を拡開状に形成する圧力回復室４４にしてもよい。
【００５２】
図６および図７は、本発明に係る蒸気弁の第５実施形態を示す概念図である。
【００５３】
なお、図６は、本発明に係る蒸気弁の縦断面図であり、図７は、図６のＣ−Ｃ矢視切断断面図である。また、第１実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付している。
【００５４】
本実施形態に係る蒸気弁２０は、一側に主蒸気入口４５を他側の反対側で、かつ主蒸気入口４５に平行配置する主蒸気出口４６とをそれぞれ備えた弁ケーシング２３に、複数の微細な透口４０を備えた、例えば円筒状の筒体３８として作製したストレーナ２７と、弁座４７に対し自在に接離する弁体４８と、スリーブ４９内を摺動し、弁体４８を進退自在に駆動する弁棒５０とで構成される。
【００５５】
また、ストレーナ２７は、主蒸気入口４５に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置で、弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備えたものである。
【００５６】
このように、本実施形態に係る蒸気弁２０は、弁ケーシング２３に、筒壁３９に透口４０を備えた円筒状の筒体３８として作製したストレーナ２７を収容し、このストレーナ２７の主蒸気入口４５に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置で、弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備え、閉鎖部４１から分流して廻り込んでくる二つの主蒸気の衝突を防止する構成にしたので、二つの主蒸気の流れの衝突による混合損失を防止して圧力損失を少なくさせることができる。
【００５７】
なお、本実施形態は、弁ケーシング２３に収容するストレーナ２７の、そのストレーナ２７の主蒸気入口４５に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置で、弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備えたが、この例に限らず、閉鎖部４１に代えて、例えば、図８に示すように、主蒸気入口４５に臨む側のストレーナ２７の上流側に、例えば翼型形状の案内板５１を設けてもよい。
【００５８】
また、本実施形態は、図６および図７に示す第５実施形態に代えて、例えば、図９に示すように、弁ケーシング２３に収容するストレーナ２７の、そのストレーナ２７の主蒸気入口４５に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置で、弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備える一方、弁ケーシング２３とストレーナ２７との間の空間に、弁棒５０の軸長方向に沿い、かつ予め定められた距離を置いて複数の流路区画板５２を設け、流路区画板５２によりストレーナ２７の外側の全周、または全周のうち、予め定められた周長部分を棚状の流路５３に区画してもよい。
【００５９】
ストレーナ２７の外側の全周または予め定められ周長部分を棚状の流路５３に設けると、主蒸気入口４５から供給された主蒸気は、半径方向速度成分（弁棒５０の軸長方向の速度成分）が制限されるので、二次流れ損失を抑制することができる。
【００６０】
また、棚状の流路５３を形成する流路区画板５２は、伝熱フィンとしての機能を果たすので、ここを通過する主蒸気と流路区画板５２との間で伝熱を促進させて弁全体の均温化を図ることができ、ひいては起動時のウォーミング時間の短縮化や熱応力緩和化を図ることができ、有効である。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る蒸気弁は、弁ケーシングに収容するストレーナの、そのストレーナの主蒸気入口に臨む側に主蒸気の流入を阻止する手段を備えるとともに、主蒸気の流入を阻止する手段から分流して廻り込んでくる二つの主蒸気の衝突を防止する手段を、上述主蒸気の流入を防止する手段の反対側の位置に備えたので、二つの主蒸気の流れの衝突による混合損失を防止して圧力損失を少なくさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気弁の第１実施形態を示す概念図。
【図２】図１のＢ−Ｂ矢視方向から見た切断断面図。
【図３】本発明に係る蒸気弁の第２実施形態を示す概念平面図。
【図４】本発明に係る蒸気弁の第３実施形態を示す概念平面図。
【図５】本発明に係る蒸気弁の第４実施形態を示す概念平面図。
【図６】本発明に係る蒸気弁の第５実施形態を示す概念図。
【図７】図６のＣ−Ｃ矢視方向から見た切断断面図。
【図８】本発明に係る蒸気弁の第６実施形態を示す概念平面図。
【図９】本発明に係る蒸気弁の第７実施形態を示す平面図。
【図１０】バルブの弁開度に対し、弁ケーシングに隔壁を設けた本発明と、弁ケーシングに隔壁を設けていない従来技術との圧力損失を比較する圧力損失線図。
【図１１】従来の蒸気弁を示す概念図。
【図１２】従来の蒸気弁において、機能、用途の異なる弁装置を組み込んだ概念図。
【図１３】図１１のＡ−Ａ矢視方向から見た切断断面図。
【符号の説明】
１ 蒸気弁
２ 第１弁装置
３ 第２弁装置
４ 弁ケーシング
５ 第１主蒸気入口
６ 第１主蒸気出口
７ 第２主蒸気入口
８ ストレーナ
９ 第１弁座
１０ 第１弁体
１１ 第１弁棒
１２ 第１駆動装置
１３ 第２主蒸気出口
１４ 第２弁座
１５ スリーブ
１６ 第２弁体
１７ 第２弁棒
１８ 第２駆動装置
２０ 蒸気弁
２１ 第１弁装置
２２ 第２弁装置
２３ 弁ケーシング
２４ 第１主蒸気入口
２５ 第１主蒸気出口
２６ 第２主蒸気入口
２７ ストレーナ
２８ 第１弁座
２９ 第１弁体
３０ 第１弁棒
３１ 第１駆動装置
３２ 第２主蒸気出口
３３ 第２弁座
３４ スリーブ
３５ 第２弁体
３６ 第２弁棒
３７ 第２駆動装置
３８ 筒体
３９ 筒壁
４０ 透口
４１ 閉鎖部
４２ 隔壁
４３ 遮蔽板
４４ 圧力回復室
４５ 主蒸気入口
４６ 主蒸気出口
４７ 弁座
４８ 弁体
４９ スリーブ
５０ 弁棒
５１ａ 案内板
５２ 流路区画板
５３ 流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンプラントに適用される蒸気弁に係り、特に主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）を組み合せた蒸気弁の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、蒸気タービンプラントでは、発電機からより多くの負荷（出力）を発生させるため、タービンロータに高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービンおよび低圧蒸気タービンを軸直結させた、いわゆる３ケーシングの軸流形式のものが多い。
【０００３】
この３ケーシング、軸流形式の蒸気タービンプラントは、高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン、低圧蒸気タービンの各タービンケーシング内にタービンノズルとタービン動翼とを組み合せたタービン段落をタービンロータの軸方向に沿って複数段落を収容し、ボイラからの蒸気を高圧蒸気タービンのタービン段落で膨張仕事をさせ、膨張仕事を終えた蒸気をボイラの再熱器で再熱させ、その再熱蒸気を中圧蒸気タービンを経て低圧蒸気タービンに供給し、それぞれの蒸気タービンのタービン段落で膨張仕事をさせて発電機を駆動し、膨張仕事を終えた蒸気を復水器で凝縮させて復水にし、その復水を給水加熱器で再生させて給水にし、その給水を再びボイラに戻す構成にしている。
【０００４】
また、蒸気タービンプラントには、機能、用途に応じて大小口径の異なる弁装置が数多く設けられている。
【０００５】
これら弁装置の中で、特に、例えば、ボイラと高圧蒸気タービンとの間に設けられた主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とは、圧力１６．６ＭＰａ〜２４．１ＭＰａ、温度５３８℃〜５６６℃の超高圧、超高温の蒸気を取扱う関係上、耐圧構造の超大形の弁装置になっている。
【０００６】
ここで、例えば、主蒸気止め弁は、起動運転時、蒸気を高圧蒸気タービンに逸速く供給し、負荷遮断時、急閉するＯＮ−ＯＦＦタイプである。また、例えば、蒸気制御弁（蒸気加減弁）は、負荷の需要に応じて弁体を任意の弁開度で開口させて流量制御を行わせ、負荷遮断時、弁体を急速閉鎖させるコントロール弁タイプである。
【０００７】
従来、これら主蒸気止め弁および蒸気制御弁（蒸気加減弁）は、高圧蒸気タービン入口前の別々の位置に設置されていたが、何分にも超大形であるが故に広い設置面積の確保が必要とされていた。
【０００８】
しかし、最近では、主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容し、設置面積を少なくしてコンパクト化した、いわゆる組合せによる蒸気弁が実現しており、その構成として図１１〜図１３に示すものがある。
【０００９】
なお、図１１は、主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを一つの弁ケーシングに収容した従来の蒸気弁を示す概念図であり、図１２は主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを一つの弁ケーシングに収容した従来の蒸気弁の主蒸気の流れを示す図であり、図１３は、図１１のＡ−Ａ矢視切断断面図である。
【００１０】
例えば、主蒸気止め弁と、例えば、蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せた蒸気弁１は、主蒸気止め弁に相当する第１弁装置２を主蒸気上流側に配置し、蒸気制御弁（蒸気加減弁）に相当する第２弁装置３を主蒸気下流側に配置するとともに、第１弁装置２と第２弁装置３とを一つの弁ケーシング４に収容させたものである。
【００１１】
第１弁装置２は、弁ケーシング４に第１主蒸気入口５と、第２弁装置３の第２主蒸気入口７に連通する第１主蒸気出口６とを備えるとともに、内部に酸化スケール等の不純物を除去するストレーナ８を収容している。
【００１２】
また、第１弁装置２は、第１主蒸気出口６側に設けた第１弁座９に自在に接離させる第１弁体１０と、第１弁棒１１を介して第１弁体１０を進退駆動させる第１駆動装置１２とを備えている。
【００１３】
一方、第２弁装置３は、弁ケーシング４の下流側に設けた第２主蒸気出口１３と、この第２主蒸気出口１３側に設けた第２弁座１４に自在に接離させるとともに、スリーブ１５を摺動する第２弁体１６と、第２弁棒１７を介して第２弁体１６を進退駆動する第２駆動装置１７とを備えている。
【００１４】
このような構成を備えた蒸気弁１において、第１主蒸気入口５から弁ケーシング４に供給された主蒸気は、図１１および図１３に示すように、複数の微細な孔を備えたストレーナ８の外側から内側に向って通過するとき、酸化スケール等の不純物を取り除いた後、第１弁棒１１に沿って流れ、さらに第２弁装置３の第２主蒸気出口１３を介して高圧蒸気タービンに供給される。
【００１５】
そして、このような構成の蒸気弁１は、一つの弁ケーシング４に第１弁装置２と第２弁装置３とを収容させているから、全体構造をコンパクト化することができる。また、蒸気弁１は、第１弁装置２に非常時、主蒸気を瞬時に遮断させる機能を持たせ、第２弁装置３に流量制御させる機能をそれぞれ持たせているから、起動運転時、定格負荷運転時、部分負荷運転時、緊急遮断運転時のいずれの運転でも迅速に対処することができる。
【００１６】
なお、主蒸気止め弁と蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容した蒸気弁には、例えば、特開２００２−９７９０３号公報（特許公報１参照）等が開示されている。
【００１７】
【特許公報１】
特開２００２−９７９０３号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、主蒸気止め弁と、例えば、蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せた蒸気弁１は、上述のとおり、数多くの利点を持っている反面、幾つかの問題を抱えており、その一つに圧力損失の低減化がある。
【００１９】
図１１〜図１３で示した従来の蒸気弁１は、第１弁装置２の主蒸気通路と第２弁装置３の主蒸気通路と２箇所以上の鋭角的な曲りを備えているため、偏流による二次流れが発生し、この二次流れの速度欠損部分に別の主蒸気が流れ込み、第２弁装置３を出るときに旋回流れが発生し、この旋回流れのために圧力損失をより大きくしていた。
【００２０】
この旋回流れに基づく圧力損失は、数値流体解析やテスト等のデータからも確認されている。
【００２１】
また、この種の組合せ蒸気弁は、第１主蒸気入口５から供給された主蒸気がストレーナ８の入口側で２分されてその面上を通過するが、ストレーナ８の出口側で二つの蒸気噴流が合流して衝突するため、大きな混合損失が生じることがわかった。
【００２２】
また、ストレーナ８を通過する主蒸気は、順次、ストレーナ８に設けられた多孔を通過してゆくため、その内部の軸方向速度成分が誘起し、強い二次流れが生じていることがわかった。
【００２３】
このように従来の組合せ蒸気弁は、二次流れ、混合損失等が要因となって、圧力損失を低く抑えることが難しくなっていた。
【００２４】
一般に、蒸気弁１の圧力損失は、１％低減化させると、蒸気タービンプラントのヒートレートが０．１％以上向上すると言われており（ターボ機械第３０巻第７号）、プラント熱効率の向上の点から、蒸気弁の圧力損失低減化が軽視できない重要な課題になっている。
【００２５】
本発明は、このような背景技術に照らしてなされたもので、弁ケーシング内に収容するストレーナにおける主蒸気流れを効果的に制御することにより、より一層の圧力損失の低減化を図る蒸気弁を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する遮蔽板を備えるとともに、前記遮蔽板から分流して廻り込んで来る二つの主蒸気の衝突を防止する隔壁を前記弁ケーシングとの間に備えたものである。
【００２９】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する遮蔽板を備えるとともに、前記遮蔽板から分流して廻り込んで来る二つの主蒸気の衝突を防止する隔壁を前記弁ケーシングとの間に備えたものである。
【００３０】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、遮蔽板は、ストレーナの外側で、かつ、主蒸気入口に臨む位置に配置したものである。
【００３１】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、主蒸気剥離域を発生させる案内板は、遮蔽板は、ストレーナの内側で、かつ主蒸気入口に臨む位置に配置したものである。
【００３２】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する閉鎖部を備えるとともに、この閉鎖部を備えた前記ストレーナの下流側であって、前記弁ケーシングを拡開状に形成して圧力回復室を備えたものである。
【００３６】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する閉鎖部を備えるとともに、前記閉鎖部から分流して廻り込んで来る二つの主蒸気の衝突を防止する隔壁を前記弁ケーシングとの間に備える一方、前記弁ケーシングと前記ストレーナとの間に前記第１弁装置の弁棒の軸長方向に沿って距離を置いて棚状の流路を備えたものである。
【００３７】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、棚状の流路は流路区画板で区画するものである。
【００３８】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、流路区画板は、ストレーナの全周に亘って配置するものである。
【００３９】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、流路区画板は、ストレーナの全周のうち、予め定められた周長部分に亘って配置するものである。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気弁の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００４１】
図１は、本発明に係る蒸気弁の第１実施形態を示す概念図である。
【００４２】
本実施形態に係る蒸気弁２０は、例えば、主蒸気止め弁と、例えば、蒸気制御弁（蒸気加減弁）とを組み合せたもので、主蒸気止め弁に相当する第１弁装置２１を上流側に配置し、蒸気制御弁（蒸気加減弁）に相当する第２弁装置２２を主蒸気下流側に配置するとともに、第１弁装置２１と第２弁装置２２とを一つの弁ケーシング２３に収容させたものである。
【００４３】
第１弁装置２１は、弁ケーシング２３に第１主蒸気入口２４と、第２弁装置２２の第２主蒸気入口２６に連通する第１主蒸気出口２５とを備えるとともに、内部に酸化スケール等の不純物を除去するストレーナ２７を収容している。
【００４４】
また、第１弁装置２１は、第１主蒸気出口２５側に設けた第１弁座２８に自在に接離させる第１弁体２９と、第１弁棒３０を介して第１弁体２９を進退駆動させる第１駆動装置３１とを備えている。ここで、第１弁体２９を進退駆動させる第１駆動装置３１を、第１主蒸気入口２４の軸線と交差する方向で、かつ弁ケーシング２３の外側に設けたのは、弁ケーシング２３内の主蒸気が流れる通路をより広く確保させ、主蒸気の圧力損失を少なくさせるためである。
【００４５】
一方、第２弁装置２２は、弁ケーシング２３の下流側に設けた第２主蒸気出口３２と、この第２主蒸気出口３２側に設けた第２弁座３３に自在に接離させるとともに、スリーブ３４を摺動する第２弁体３５と、第２弁棒３６を介して第２弁体３５を進退駆動する第２駆動装置３７とを備えている。
【００４６】
他方、弁ケーシング２３に収容する第１弁装置２１のストレーナ２７は、図２に示すように、例えば円筒等の筒体３８の筒壁３９に、主蒸気を外側から内側に案内する微細な透口４０を第１弁棒３０の軸長方向に沿って形成するとともに、筒壁３９の一部、例えば、第１弁装置２１の第１主蒸気入口２４に臨む側の位置に、主蒸気の流れを塞ぐ閉鎖部４１を第１弁棒３０の軸長方向に沿って設けている。
【００４７】
また、ストレーナ２７は、閉鎖部４１から分流されて廻り込んでくる二つの主蒸気の流れの衝突による混合損失を防止し、主蒸気の流れを転流させる隔壁４２を弁ケーシング２３との間で、かつ第１弁棒３０の軸長方向に沿って設けるとともに、隔壁４２を、第１主蒸気入口２４と反対側の位置に設けている。
【００４８】
このような構成を備える蒸気弁２０において、ストレーナ２７に設けた隔壁４２と主蒸気の圧力損失との関係を図１０を用いて説明する。なお、図１０は、「隔壁がある場合」と「隔壁がない場合」とのバルブ（第１弁体２９に相当）開度増減に対する圧力損失の変化を示す圧力損失線図である。
【００４９】
ストレーナ２７は、図２に示すように、第１主蒸気入口２４と反対側の位置に隔壁４２を設けると、「隔壁がない場合」に較べて図１０に示すように、バルブの全開度に亘って圧力損失が少なくなっていることが実験でわかった。
【００５０】
このように、本実施形態に係る蒸気弁２０は、ストレーナ２７と弁ケーシング２３との間で、第１主蒸気入口２４と反対側の位置の第１弁棒３０の軸長方向に沿って隔壁４２を設け、ストレーナ２７の入口側の閉鎖部４１から分流して廻り込んでくる二つの主蒸気の衝突を防止する構成にしたので、二つの主蒸気の流れの衝突による混合損失を防止して圧力損失を少なくさせることができる。
【００５１】
なお、本実施形態は、第１弁装置２１の弁ケーシング２３に収容するストレーナ２７の、そのストレーナ２７の第１主蒸気入口２４に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置の弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備えたが、この例に限らず、閉鎖部４１に代えて、例えば、図３に示すように、ストレーナ２７の筒壁３９の外周側に遮蔽板４３を設けるとともに、その反対側の位置の弁ケーシング２３との間に隔壁４２を設けてもよく、また、例えば、図４に示すように、透口４０を備えた隔壁３９の内周側で、第１主蒸気入口２４に臨む側に遮蔽板４３を設けるとともに、その反対側の位置の弁ケーシング２３との間に隔壁４２を設けてもよく、さらに、例えば、図５に示すように、弁ケーシング２３を、例えば釣り鐘状に形成するとともに、釣り鐘状に形成した弁ケーシング２３に収容するストレーナ２７の、そのストレーナ２７の第１主蒸気入口２４に臨む側に閉鎖部４１を備える一方、その反対側の位置の弁ケーシング２３を拡開状に形成する圧力回復室４４にしてもよい。
【００５２】
図６および図７は、本発明に係る蒸気弁の第５実施形態を示す概念図である。
【００５３】
なお、図６は、本発明に係る蒸気弁の縦断面図であり、図７は、図６のＣ−Ｃ矢視切断断面図である。また、第１実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付している。
【００５４】
本実施形態に係る蒸気弁２０は、一側に主蒸気入口４５を他側の反対側で、かつ主蒸気入口４５に平行配置する主蒸気出口４６とをそれぞれ備えた弁ケーシング２３に、複数の微細な透口４０を備えた、例えば円筒状の筒体３８として作製したストレーナ２７と、弁座４７に対し自在に接離する弁体４８と、スリーブ４９内を摺動し、弁体４８を進退自在に駆動する弁棒５０とで構成される。
【００５５】
また、ストレーナ２７は、主蒸気入口４５に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置で、弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備えたものである。
【００５６】
このように、本実施形態に係る蒸気弁２０は、弁ケーシング２３に、筒壁３９に透口４０を備えた円筒状の筒体３８として作製したストレーナ２７を収容し、このストレーナ２７の主蒸気入口４５に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置で、弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備え、閉鎖部４１から分流して廻り込んでくる二つの主蒸気の衝突を防止する構成にしたので、二つの主蒸気の流れの衝突による混合損失を防止して圧力損失を少なくさせることができる。
【００５７】
なお、本実施形態は、弁ケーシング２３に収容するストレーナ２７の、そのストレーナ２７の主蒸気入口４５に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置で、弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備えたが、この例に限らず、閉鎖部４１に代えて、例えば、図８に示すように、主蒸気入口４５に臨む側のストレーナ２７の上流側に、例えば翼型形状の案内板５１を設けてもよい。
【００５８】
また、本実施形態は、図６および図７に示す第５実施形態に代えて、例えば、図９に示すように、弁ケーシング２３に収容するストレーナ２７の、そのストレーナ２７の主蒸気入口４５に臨む側の筒壁３９に閉鎖部４１を備えるとともに、この閉鎖部４１の反対側の位置で、弁ケーシング２３との間に隔壁４２を備える一方、弁ケーシング２３とストレーナ２７との間の空間に、弁棒５０の軸長方向に沿い、かつ予め定められた距離を置いて複数の流路区画板５２を設け、流路区画板５２によりストレーナ２７の外側の全周、または全周のうち、予め定められた周長部分を棚状の流路５３に区画してもよい。
【００５９】
ストレーナ２７の外側の全周または予め定められ周長部分を棚状の流路５３に設けると、主蒸気入口４５から供給された主蒸気は、半径方向速度成分（弁棒５０の軸長方向の速度成分）が制限されるので、二次流れ損失を抑制することができる。
【００６０】
また、棚状の流路５３を形成する流路区画板５２は、伝熱フィンとしての機能を果たすので、ここを通過する主蒸気と流路区画板５２との間で伝熱を促進させて弁全体の均温化を図ることができ、ひいては起動時のウォーミング時間の短縮化や熱応力緩和化を図ることができ、有効である。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る蒸気弁は、弁ケーシングに収容するストレーナの、そのストレーナの主蒸気入口に臨む側に主蒸気の流入を阻止する手段を備えるとともに、主蒸気の流入を阻止する手段から分流して廻り込んでくる二つの主蒸気の衝突を防止する手段を、上述主蒸気の流入を防止する手段の反対側の位置に備えたので、二つの主蒸気の流れの衝突による混合損失を防止して圧力損失を少なくさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気弁の第１実施形態を示す概念図。
【図２】図１のＢ−Ｂ矢視方向から見た切断断面図。
【図３】本発明に係る蒸気弁の第２実施形態を示す概念平面図。
【図４】本発明に係る蒸気弁の第３実施形態を示す概念平面図。
【図５】本発明に係る蒸気弁の第４実施形態を示す概念平面図。
【図６】本発明に係る蒸気弁の第５実施形態を示す概念図。
【図７】図６のＣ−Ｃ矢視方向から見た切断断面図。
【図８】本発明に係る蒸気弁の第６実施形態を示す概念平面図。
【図９】本発明に係る蒸気弁の第７実施形態を示す平面図。
【図１０】バルブの弁開度に対し、弁ケーシングに隔壁を設けた本発明と、弁ケーシングに隔壁を設けていない従来技術との圧力損失を比較する圧力損失線図。
【図１１】従来の蒸気弁を示す概念図。
【図１２】従来の蒸気弁において、機能、用途の異なる弁装置を組み込んだ概念図。
【図１３】図１１のＡ−Ａ矢視方向から見た切断断面図。
【符号の説明】
１ 蒸気弁
２ 第１弁装置
３ 第２弁装置
４ 弁ケーシング
５ 第１主蒸気入口
６ 第１主蒸気出口
７ 第２主蒸気入口
８ ストレーナ
９ 第１弁座
１０ 第１弁体
１１ 第１弁棒
１２ 第１駆動装置
１３ 第２主蒸気出口
１４ 第２弁座
１５ スリーブ
１６ 第２弁体
１７ 第２弁棒
１８ 第２駆動装置
２０ 蒸気弁
２１ 第１弁装置
２２ 第２弁装置
２３ 弁ケーシング
２４ 第１主蒸気入口
２５ 第１主蒸気出口
２６ 第２主蒸気入口
２７ ストレーナ
２８ 第１弁座
２９ 第１弁体
３０ 第１弁棒
３１ 第１駆動装置
３２ 第２主蒸気出口
３３ 第２弁座
３４ スリーブ
３５ 第２弁体
３６ 第２弁棒
３７ 第２駆動装置
３８ 筒体
３９ 筒壁
４０ 透口
４１ 閉鎖部
４２ 隔壁
４３ 遮蔽板
４４ 圧力回復室
４５ 主蒸気入口
４６ 主蒸気出口
４７ 弁座
４８ 弁体
４９ スリーブ
５０ 弁棒
５１ａ 案内板
５２ 流路区画板
５３ 流路
Claims (8)
- 弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する遮蔽板を備えるとともに、前記遮蔽板から分流して廻り込んで来る二つの主蒸気の衝突を防止する隔壁を前記弁ケーシングとの間に備えたことを特徴とする蒸気弁。
- 遮蔽板は、ストレーナの外側で、かつ、主蒸気入口に臨む位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁。
- 遮蔽板は、ストレーナの内側で、かつ主蒸気入口に臨む位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁。
- 弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する閉鎖部を備えるとともに、この閉鎖部を備えた前記ストレーナの下流側であって、前記弁ケーシングを拡開状に形成して圧力回復室を備えたことを特徴とする蒸気弁。
- 弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第１弁装置と、弁座、弁体、弁棒、駆動装置で構成する第２弁装置とを組み合せて一つの弁ケーシングに収容する蒸気弁において、前記弁ケーシング内に収容され、前記第１弁装置の弁体を包囲するストレーナに、その外側から内側に向って流れる主蒸気の流れの一部を阻止する閉鎖部を備えるとともに、前記閉鎖部から分流して廻り込んで来る二つの主蒸気の衝突を防止する隔壁を前記弁ケーシングとの間に備える一方、前記弁ケーシングと前記ストレーナとの間に前記第１弁装置の弁棒の軸長方向に沿って距離を置いて棚状の流路を備えたことを特徴とする蒸気弁。
- 棚状の流路は、流路区画板で区画するとともに、流路区画板をストレーナの外側の全周に亘って配置したことを特徴とする請求項５記載の蒸気弁。
- 流路区画板は、ストレーナの全周に亘って配置することを特徴とする請求項６記載の蒸気弁。
- 流路区画板は、ストレーナの全周のうち、予め定められた周長部分に亘って配置することを特徴とする請求項６記載の蒸気弁。
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