JP4901765B2 - 蒸気弁 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気弁に関し、特に蒸気弁の信頼性を向上する技術に関するものである。

蒸気タービン発電設備に設置される主な蒸気弁は、主蒸気系統の主蒸気止め弁及び蒸気加減弁、再熱蒸気系統の再熱蒸気止め弁、インターセプト弁などから構成される。主蒸気止め弁及び再熱蒸気止め弁は危急時にタービンに流入する蒸気を遮断する目的で配置され、蒸気加減弁及びインターセプト弁はタービンに流入する蒸気量を調整し、タービンの制御を行なう目的で配置されている。

蒸気弁は、弁体を移動させる弁棒と、弁棒を摺動自由に支持する円筒状のブッシュと、ブッシュが嵌合され貫通穴が設けられた支持部材とを備えて構成されている。

ところで、蒸気タービン発電設備における蒸気は高温高圧であるため、ブッシュの内面に酸化スケールが付着することにより蒸気弁の開閉動作の円滑性が損なわれるおそれがある。

そこで、ブッシュの母材に低合金鋼（Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼）又は１２Ｃｒ鋼を用い、内面にコバルト基合金（ステライト）の肉盛溶接層を形成することで、ブッシュ内面に酸化スケールが付着するのを抑制する技術が提案されている。（例えば、特許文献１）。

特開平６−２２１１０５号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、ブッシュ内面にコバルト基合金を肉盛溶接していることから、コバルト基合金の肉盛溶接層には残留応力が生じ、この残留応力によりブッシュに亀裂などの欠陥が生じ、ブッシュと摺動する弁棒が円滑に動作しなかったり、弁棒がスティックして開閉不能になることについては配慮されていない。

本発明は、蒸気弁の弁棒の円滑な動作を確保することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の蒸気弁は、弁体を移動させる弁棒と、弁棒を摺動自由に支持する円筒状のブッシュと、ブッシュが嵌合される貫通穴が設けられた支持部材とを備えた蒸気弁において、ブッシュは、貫通穴に嵌合される外側ブッシュと、外側ブッシュの内側に嵌合され外側ブッシュと異なる材質の内側ブッシュとを有し、外側ブッシュと内側ブッシュとが重なり合う一方の端部は、周方向の一部又は全周にわたって互いに溶接により接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、外側ブッシュと内側ブッシュは全長にわたって溶接された構造でないから、線膨張係数の差により生じる変形を最小限に抑えることができる。すなわち、外側ブッシュ及び内側ブッシュは、溶接された端部以外の部分が自由に伸縮することができるので、ブッシュに熱膨張差に起因する亀裂などの欠陥が生じるのを抑制することができる。

この場合、内側ブッシュの線膨張係数を外側ブッシュの線膨張係数よりも大きくすることが好ましい。蒸気弁は一般に高温環境下で用いられるから、熱膨張差によって内側ブッシュが外側ブッシュに押し付けられるので、内側ブッシュを外側ブッシュに強固に固定することができる。

また、ブッシュの弁体側の端部を溶接接合すれば、蒸気が内側ブッシュと外側ブッシュとの間に流入するのを抑制することができる。

一方、ブッシュを貫通穴の方向に２つに分割して形成し、貫通穴の端部から突出されたそれぞれの端部の外側ブッシュと内側ブッシュを接合し、貫通穴内に位置する端部を互いに間隔をあけて配置することができる。

本発明によれば、蒸気弁の弁棒の円滑な動作を確保することができる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態の蒸気弁の要部を示す構成断面図である。図示のように、本実施形態の蒸気弁は、図示していない弁座に接離される弁体１と、弁体１を移動させる弁棒３と、弁棒３を摺動自由に支持する円筒状のブッシュ５、６と、ブッシュ５、６が嵌合される貫通穴７が設けられた支持部材であるケーシング９とを備えて構成されている。弁体１、ケーシング９の材質には、例えば１２％クロム鋼を用い、弁棒３にはインコロイ(ニッケル‐クロム‐鉄が主成分)が用いられている。弁棒３の表面には耐摩耗性を向上するために窒化処理が行われている。

ブッシュ５は、貫通穴７の弁体１側に配置され、ブッシュ６は、貫通穴７のブッシュ５の反対側に、ブッシュ５に対向させて配置されている。また、ブッシュ５、６は、貫通穴７の内部に位置する端部が互いに間隔Ｌをあけて設けられ、間隔Ｌは、ブッシュ５、６が熱膨張した場合に互いの端部が衝突しない距離に設定されている。

ブッシュ５、６は、貫通穴７に嵌め合わされる円筒状の外側ブッシュ５ａ、６ａと、外側ブッシュ５ａ、６ａの内側に嵌め合わされる円筒状の内側ブッシュ５ｂ、６ｂとを有している。内側ブッシュ５ｂ、６ｂの内径は弁棒３が摺動自由に移動可能な径に設定されている。外側ブッシュ５ａ、６ａには、１２Ｃｒ鋼が用いられ、内側ブッシュ５ｂ、６ｂには、コバルト基合金（例えば、ステライト＃６）が用いられている。

貫通穴７の弁体１側の端部には、拡径部１１が形成され、貫通穴７の拡径部１１の反対側の端部には拡径部１３が形成されている。また、外側ブッシュ５ａ、６ａには、貫通穴７の拡径部１１、１３の形状に対応させて拡径部１７、１９が形成されている。貫通穴７の拡径部１１、１３の段差部に、外側ブッシュ５ａ、６ａの拡径部１７、１９の段差部がそれぞれ係止されることにより軸方向の位置ぎめをするようにしている。また、外側ブッシュ５ａ、６ａは、貫通穴７の端部から突出して設けられている。

また、貫通穴７から突出した側の外側ブッシュ５ａ、６ａと内側ブッシュ５ｂ、６ｂが重なり合う端部には、全周にわたって互いに溶接された溶接部２９、３１が設けられている。

本実施形態によれば、外側ブッシュ５ａ、６ａと内側ブッシュ５ｂ、６ｂは全長にわたって溶接された構造でないから、線膨張係数の差により生じる変形を最小限に抑えることができる。すなわち、外側ブッシュ５ａ、６ａ及び内側ブッシュ５ｂ、６ｂは、溶接部２９、３１以外の部分が自由に伸縮することができるので、ブッシュ５、６に熱膨張差に起因する割れなどの欠陥が生じるのを抑制することができる。その結果、蒸気弁の耐久性及び信頼性を向上することができる。

また、ブッシュ５の弁体１側の端部に溶接部２９が設けられているので、外側ブッシュ５ａと内側ブッシュ５ｂとの間に蒸気が流入するのを抑制することができる。また、内側ブッシュ５ｂ、６ｂ（ステライト＃６）の線膨張係数を外側ブッシュ５ａ、６ａ（１２Ｃｒ鋼）の線膨張係数よりも大きくしているので、高温環境下での熱膨張差によって内側ブッシュ５ｂ、６ｂが外側ブッシュ５ａ、６ａに押し付けられるので、内側ブッシュ５ｂ、６ｂを外側ブッシュ５ａ、６ａに強固に固定することができる。

本実施形態においては、弁体１、外側ブッシュ５ａ、６ａ、ケーシング９には１２％クロム鋼を用いているが、弁体１、外側ブッシュ５ａ、６ａ、ケーシング９の材質はこれに限るものではなく、耐食性、耐熱性を有するものであればよく、例えば、クロム−モリブデン−バナジウム鋼、９％クロム鋼などを用いることができる。

また、内側ブッシュ５ｂ、６ｂには、耐酸化性(酸化スケール生成の抑制)と耐摩耗性(高温硬さの向上)を有するコバルト基合金を用い、弁棒３としては、インコロイを用いているが、内側ブッシュ５ｂ、６ｂ及び弁棒３はこれらに限るものではなく、耐酸化性と耐摩耗性を有するものであればよい。

また、高温の条件下においてコバルト基合金であるステライト＃６の耐磨耗性、耐酸化性及び強度を確保するためには所定の厚さ（例えば、２ｍｍ）の肉厚が必要となることから、内側ブッシュ５ｂ、６ｂの製造方法としては同芯精度に優れ、コストの小さい遠心鋳造法を用いることができる。

本実施形態においては、溶接部２９、３１は、アーク溶接又はプラズマ溶接などを用いることができる。この場合、ブッシュの変形を少なくするためには入熱量が少ない方が良いためプラズマ溶接を用いるのが好ましい。また、本実施形態では溶接部２９、３１は全周を溶接しているが、部分溶接を行ってもよく、外側ブッシュ５ａ、６ａに対して内側ブッシュ５ｂ、６ｂが貫通穴７の方向に動かないように固定できるものであればこれに限るものではない。

本実施形態においては、ブッシュを貫通穴の方向に２つに分割して設けたものについて説明したが、１つのブッシュを貫通穴７に嵌合し、貫通穴７の両端部から突出して設けてもよい。この場合、外側ブッシュと内側ブッシュの溶接部は弁体側に設けることが好ましい。また、弁体１側の端部に拡径部を設けることが好ましい。

本発明の一実施形態の蒸気弁の要部を示す構成断面図である。

符号の説明

１ 弁体
３ 弁棒
５、６ ブッシュ
５ａ、６ａ 外側ブッシュ
５ｂ、６ｂ 内側ブッシュ
７ 貫通穴
９ ケーシング
１１、１３、１７、１９ 拡径部
２９、３１ 溶接部

Claims (6)

1. 弁体を移動させる弁棒と、該弁棒を摺動自由に支持する円筒状のブッシュと、該ブッシュが嵌合される貫通穴が設けられた支持部材とを備えた蒸気弁において、
   前記ブッシュは、前記貫通穴に嵌合される外側ブッシュと、該外側ブッシュの内側に嵌合され前記外側ブッシュと異なる材質の内側ブッシュとを有し、前記外側ブッシュと前記内側ブッシュとが重なり合う一方の端部は、周方向の一部又は全周にわたって互いに溶接により接合されていることを特徴とする蒸気弁。
2. 請求項1に記載の蒸気弁において、
   前記内側ブッシュの線膨張係数は、前記外側ブッシュの線膨張係数よりも大きいことを特徴とする蒸気弁。
3. 請求項1又は２に記載の蒸気弁において、前記ブッシュは、前記弁体側の端部が接合されていることを特徴とする蒸気弁。
4. 請求項1又は２に記載の蒸気弁において、
   前記ブッシュは、前記貫通穴の方向に２つに分割して形成され、前記貫通穴の端部から突出されたそれぞれの端部の前記外側ブッシュと前記内側ブッシュが接合されていることを特徴とする蒸気弁。
5. 請求項４に記載の蒸気弁において、
   前記ブッシュは、前記貫通穴内に位置する端部が互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする蒸気弁。
6. 請求項１乃至５いずれか1項に記載の蒸気弁において、
   前記支持部材の前記貫通穴の少なくとも一端部に拡径部が形成され、前記ブッシュには、前記拡径部に係止する拡径部が形成されていることを特徴とする蒸気弁。

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