JP4472297B2 - 蒸気を供給するための組合せ式停止及び調節バルブ - Google Patents

Description

本発明は、蒸気入口バルブに関し、具体的には、調節バルブの高速閉鎖を可能にするためにバランスチャンバ及び入口ブリードを用いて最適の流れ特性を与えるように構成された組合せ式調節バルブ及び停止バルブに関する。

例えば、その開示内容が参考文献として本明細書に組み込まれている、特許文献１に説明されかつ図示されている形式の典型的な蒸気タービン調節バルブにおいては、調節バルブ又は遮断バルブと主停止バルブ又は再熱停止バルブとを組み入れた蒸気入口バルブが記載されており、これらバルブは以後それぞれ調節バルブ及び停止バルブと呼ぶ。調節バルブは、ほぼ環状であり、かつ調節バルブの閉鎖状態で環状のバルブシートに対して着座する縁部を有する。一般的に、サーボバルブが、調節バルブをバルブシートに対して位置決めして、蒸気入口を通る流れを調節する。停止バルブは、調節バルブの環状空間の内部に配置されたディスクを含み、かつ調節バルブの下方に位置する。
特表2002-535544号

上で特定した特許に示されるように、停止バルブは、一般的に調節バルブの動きに追従し、調節バルブのシール面及び停止バルブの下面は、主停止バルブが開放状態にあるときに蒸気が組合せ式調節及び停止バルブを通過して流れるための比較的滑らかな流路を形成するようになっている。しかしながら、停止バルブの主目的は、高速閉鎖信号に応じて急速に蒸気入口バルブを閉じて、蒸気入口バルブを通る蒸気の流れを急速に遮断することである。停止バルブは、油圧シリンダによって入口の下方から制御され、該油圧シリンダの流体は急激に排出されることができ、停止バルブがシートを急速に閉じるのを可能にする。しかしながら、ヘッド損失を更に減少させかつ調節バルブの高速閉鎖を可能にするために流れを改善する必要性がある。

本発明の好ましい実施形態によると、蒸気を下流の蒸気機械類に供給するための蒸気入口バルブが提供され、該バルブは、渦流のない状態で蒸気出口とバルブシートとをつなぐ滑らかな連続する壁面を有しており、それによってバルブを通る流れ性能を改善する。具体的には、バルブシートの下方に位置しかつ蒸気入口バルブの出口と連通する出口通路は、バルブシートとの間で滑らかな連続する移行部を形成し、実質的に流れ断面積を維持する。この構成により、バルブシート下方の拡大されたチャンバが、完全に排除される。更に、流れ面積における最小限の変化により、バルブによる速度ヘッド損失を減少させる。それに加えて、調節及び停止バルブの上流にかつ該調節及び停止バルブの周りに、環状のストレーナが設けられるが、該ストレーナの縁部はバルブシートの周りの溝内に凹設される。このようにして、バルブシートに向かう蒸気の流れに、実質的にストレーナのみが曝され、その取付け構造体は全く曝されないので、流れ方向における急激な変化が更に排除され、その結果、ヘッド損失が小さくなる。

本発明の別の好ましい実施形態においては、ブリード孔を有する、調節バルブ上方のバランスチャンバが提供される。調節バルブが蒸気入口を高速閉鎖する信号を受信したとき、ブリード孔は、バルブを通過して流れる蒸気とバランスチャンバ内の蒸気との間の圧力を均等化する。このことにより、さもないとバルブシートへ向かう方向の調節バルブの移動を抑止する傾向になる可能性があるバランスチャンバ内の圧力低下を最小化するか又は排除する。更に、バトレス・ネジにより、調節バルブと調節バルブステムとの間が相互結合される。この形式のネジを用いることによって、実用時に酸化物の堆積が不可避的に生じるが、その堆積は、ネジを互いに膠着させてロックする程にはならない。バルブは、蒸気を蒸気タービンに供給するのに特に有用である。

本発明による好ましい実施形態においては、下流の機械類に蒸気を供給するためのバルブが提供され、該バルブは、蒸気流路を形成するほぼ環状のバルブシートと、その下流側に凹部を有しかつルブシートへ向かう方向及び該バルブシートから離れる方向に移動可能である調節バルブヘッドを備える、流路内に配置された調節バルブと、凹部のほぼ内部に配置された停止バルブヘッドと停止バルブ閉鎖位置においてバルブシートに係合するシール面とを有する停止バルブと、バルブシートの下方に位置しかつ蒸気の供給を機械類に導く出口と連通する出口通路とを含み、出口通路及びバルブシートが、それらの間に流れ方向において急激な変化がない滑らかな連続する移行部を形成する壁面を有し、該シートを通過する供給蒸気を実質的に渦流の形成がない状態で該出口通路を通して出口に導き、最小の損失で最適な蒸気の流れ特性を与える。

本発明による別の実施形態においては、蒸気を蒸気タービンに供給するためのバルブが提供され、該バルブは、蒸気流路を形成するほぼ環状のバルブシートと、その下流側に凹部を有しかつバルブシートへ向かう方向及び該バルブシートから離れる方向に移動可能である調節バルブヘッドを備える、流路内に配置された調節バルブと、凹部のほぼ内部に配置された停止バルブヘッドと停止バルブ閉鎖位置においてバルブシートに係合するシール面とを有する停止バルブと、バルブシートの下方に位置しかつ蒸気の供給をタービンに導く出口と連通する出口通路と、一部を調節バルブヘッドの1つの側面により形成されかつ該調節バルブヘッドのバルブシートへ向かう方向の移動に応じて拡大する、該調節バルブヘッド上方に設けられた蒸気バランスチャンバと、該バランスチャンバと連通して、調節バルブヘッドのバルブシートへ向かう方向の移動に応じたバランスチャンバの減圧を防止する、調節バルブに設けられたブリード開口とを含む。

本発明による更に別の好ましい実施形態においては、蒸気を蒸気タービンに供給するためのバルブが提供され、該バルブは、蒸気流路を形成するほぼ環状のバルブシートと、その下流側に凹部を有しかつバルブシートへ向かう方向及び該バルブシートから離れる方向に移動可能である調節バルブヘッドを備える、流路内に配置された調節バルブと、凹部のほぼ内部に配置された停止バルブヘッドと停止バルブ閉鎖位置においてバルブシートに係合するシール面とを有する停止バルブと、バルブシートの下方に位置しかつ蒸気の供給をタービンに導く出口と連通する出口通路と、調節バルブと調節バルブヘッドをバルブシートへ向かう方向に移動させるアクチュエータとの間に連結されたバルブステムと、該バルブステムと調節バルブヘッドとを互いに結合するバトレス・ネジとを含む。

ここで図１を参照すると、全体を符号１０で表した蒸気バルブが示さており、該蒸気バルブは、蒸気バルブ本体１２、蒸気入口１４、蒸気出口１６、調節バルブヘッド１８を備える調節バルブ１７、及び停止バルブヘッド２０を備える停止バルブ１９を有する。調節バルブ１８の上方には、全体を符号２４で表した調節バルブのアクチュエータが設けられ、該アクチュエータは、サーボバルブ２８の制御下にある油圧シリンダ２６を含む。シリンダは、クロスヘッド３２に接続され、次に該クロスヘッド３２は、調節バルブ１７のバルブヘッド１８を上昇及び下降させるためのステム３６に連結される。図示されていない蒸気バルブ制御システムから高速閉鎖信号を受信することにより作動油がシリンダ２６から排出されたとき、ばね３８を用いて調節バルブ１７を高速閉鎖する。サーボバルブ２８を用いることによって、バルブシート２１に対する流れ調節ヘッド１８の位置を、タービンに掛かる負荷変動に応じて調節することができることが分かるであろう。

調節ヘッド１８は、形状が環状であり、その下面に沿って中空部すなわち凹部４０を有する。閉鎖位置にある調節バルブヘッド１８の環状の下部端縁は、バルブシートに係合し該バルブシートとの間をシールする。停止バルブヘッド２０は、凹部４０の内部に受けられるように構成され、かつその下面の周りに環状面４１を含み、該環状面４１が、停止バルブ閉鎖位置においてバルブシート２１に係合し該バルブシートとの間をシールする。停止バルブヘッド２０は、適当なパッキンを貫通して油圧シリンダまで延びるシャフトすなわちステム４４に取付けられる。上述の特許文献１におけるように、停止バルブヘッド２０は、その先行特許に開示された制御システムによる調節バルブヘッド１８の動きに追従する。調節バルブの動きに追従することによって、調節バルブヘッド１８と停止バルブヘッド２０との組合せは、それらのヘッドを通過しバルブを通って出口１６に至る蒸気の滑らかな層流を形成する。調節バルブ及び停止バルブの作動の詳細については、特許文献１に開示されている。

停止バルブヘッド２０の下方に、バルブを通過して出口１６に至る蒸気の流れを導く出口通路５０が設けられる。出口通路５０及びバルブシートは、それらの間に流れ方向において急激な変化がない実質的に滑らかな連続する移行部を形成する壁面を有する。このようにして、バルブシートを通過して出口通路を通って出口に至る、バルブを通して流れる蒸気は、実質的に渦流がない状態となり、最小の損失で最適の蒸気の流れ特性をもたらす。更に、出口通路５０は、バルブシート２１及び出口１６の断面積より実質的に大きくはない断面積を有する。従って、バルブ開放状態における蒸気流れのパターンは、実質的に渦流がない、従って最小のヘッド損失の層流になる傾向がある。

また、図１に示すように、環状のスクリーン５４が、調節バルブ１７及び停止バルブ１９の周りに設けられる。環状のスクリーン５４は、入口１４の壁面に形成された溝内に凹設された縁部５６を有する。このようにして、スクリーンの支持構造体は、蒸気流路の通路部分から引込んでおり、従って、蒸気は、スクリーン支持構造体により全く妨げられることなく環状のスクリーンを通って流れる。

本発明の蒸気流バルブは更に、調節バルブヘッド１８に連結されたステム３６の周りにバランスチャンバ６０を含む。一部を調節バルブ１７により形成されたバランスチャンバ６０の容積は、調節バルブがその開放位置及び閉鎖位置へ向かう方向に移動するにつれて変化することが分かるであろう。調節バルブヘッド１８の高速閉鎖にとっては、高速閉鎖運動中にバルブに掛かるいかなる抗力も最小化されるか又は排除されることが重要である。従って、バランスチャンバ６０の容積は、調節バルブヘッドがバルブシートへ向かう方向に移動すると増大するので、ブリード開口すなわち入口孔６２が、バランスチャンバ６０と蒸気バルブを通って流れる蒸気とに連通するように配置される。入口孔６２は、調節バルブ１７の移動の間にバランスチャンバ内の圧力を蒸気入口流れと均等化することを可能にする。従って、調節バルブが、高速閉鎖時にシートに向かう方向に移動し、バランスチャンバ６０の容積が増大すると、バランスチャンバと蒸気入口流れにおける圧力の均等化により、さもなければ調節バルブヘッド１８のバルブシート２１に向かう方向の移動を阻止する可能性があるバランスチャンバの減圧を防止するか又は最小化する。

蒸気バルブに関連する多くの問題の１つは、使用中に時の経過と共に酸化物が堆積することである。蒸気バルブは、様々な部品を点検し、必要に応じて再加工及び／又は交換することができるように、或る一定の期間、例えば３年乃至５年程度使用した後に、分解組立てされることを理解されたい。往々にして、酸化物の堆積は、バルブの様々な部品を分解するのを非常に困難にする。このことが特に問題になる１つの区域は、調節バルブステムと調節バルブヘッドとの間の連結部である。バルブステム３６は、調節バルブの雌ネジに螺合されたボルト止めカラー６４により調節バルブ１７に結合される。これらのネジへの酸化物の堆積により、ステムと調節バルブとの連結解除を非常に困難になる。しかしながら、本発明の好ましい実施形態によると、ステムカラーと調節バルブとの間にバトレス・ネジが用いられる。バトレス・ネジ６６は、ネジの背面側に隙間を形成し、酸化物の堆積の余地を与え、ネジが膠着してバルブステムと調節バルブとの連結解除を妨げることになるところまでの酸化物の堆積を防止する。

本発明を現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

本発明の好ましい実施形態により構成された蒸気バルブの一部を破断した概略部分正面図。 バルブ開放位置における流れ調節バルブ及び停止バルブを示す拡大部分断面図。

符号の説明

１０ 蒸気バルブ
１２ 蒸気バルブ本体
１４ 蒸気入口
１６ 蒸気出口
１７ 調節バルブ
１８ 調節バルブヘッド
１９ 停止バルブ
２０ 停止バルブヘッド
２１ バルブシート
２４ アクチュエータ
２６ 油圧シリンダ
２８ サーボバルブ
３６ ステム
３８ ばね
４０ 凹部
４１ 停止バルブの環状面
５０ 出口通路
５４ 環状のスクリーン
６０ バランスチャンバ
６２ ブリード孔
６６ バトレス・ネジ

Claims (5)

1. 蒸気を下流の機械類に供給するためのバルブであって、
   蒸気流路を形成するほぼ環状のバルブシート（２１）と、
   その下流側に凹部（４０）を有しかつ前記バルブシートへ向かう方向及び該バルブシートから離れる方向に移動可能である調節バルブヘッド（１８）を備える、前記流路内に配置された調節バルブ（１７）と、
   前記凹部のほぼ内部に配置された停止バルブヘッド（２０）と停止バルブ閉鎖位置において前記バルブシートに係合するシール面（４１）とを有する停止バルブ（１９）と、
   前記バルブシートの下方に位置しかつ蒸気の供給を前記機械類に導く出口（１６）と連通する出口通路（５０）と、
   一部を前記調節バルブヘッドの１つの側面により形成されかつ該調節バルブヘッドの前記バルブシートへ向かう方向の移動に応じて拡大する、該調節バルブヘッド上方に設けられた蒸気バランスチャンバ（６０）と、
   該バランスチャンバと連通して、前記調節バルブヘッドの前記バルブシートへ向かう方向の移動に応じた前記バランスチャンバの減圧を防止する、前記調節バルブに設けられたブリード開口（６２）と、
   前記調節バルブと前記調節バルブヘッドを前記バルブシートへ向かう方向に移動させるアクチュエータ（２４）との間に連結されたバルブステム（３６）と、
   前記バルブステムと前記調節バルブヘッドとを互いに結合するバトレス・ネジ（６６）と
   を含むことを特徴とするバルブ。
2. 前記機械類が蒸気タービンである、請求項１に記載のバルブ。
3. 前記調節バルブの周りに配置されたスクリーン（５４）を含み、該スクリーンの縁部（５６）が、蒸気入口と前記バルブシートとの間に設置されかつ前記バルブへの入口通路の内部に凹設されかつ、それによって該スクリーンの構造的縁部は前記流路から引込んでいる、請求項１又は請求項２に記載のバルブ。
4. 前記出口（１６）が、前記バルブシートを通過する蒸気流の方向に対してほぼ直角をなしている、請求項１に記載のバルブ。
5. 当該バルブを通して蒸気を流すための当該バルブへの入口通路（１４）を含み、前記ブリード開口（６２）が前記入口通路（１４）と連通している、請求項１に記載のバルブ。
   

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