JP4954964B2 - Fluid valve drive mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、弁制御用駆動機構に関し、特に、ガスタービン設備における燃料供給の流量制御弁における緊急安全装置に関する。 The present invention relates to a valve control drive mechanism, and more particularly to an emergency safety device in a flow control valve for fuel supply in a gas turbine facility.
ガスタービン技術は、高効率な発電特性により急速に導入が進められているLNG複合発電(コンバインドサイクル)において、中核技術として採用されている。地球温暖化対策が国際的に重要な課題として認識されてきている近年、炭酸ガス排出量が多い火力発電における高効率発電技術はますます重要性が認識されるようになり、ガスタービン温度(燃焼温度)の上昇による更なる高効率化の技術開発が進められ、近年ではガスタービン温度1500℃級の大型で高効率な発電設備も稼動するようになってきた。そのため、ガスタービンへの燃料供給を制御する燃料流体弁に対する制御の信頼性の向上、緊急時の確実なフェイルセーフ機能の実現は、ますます重要な課題となっている。 Gas turbine technology is adopted as a core technology in LNG combined power generation (combined cycle), which is being rapidly introduced due to highly efficient power generation characteristics. In recent years, global warming countermeasures have been recognized as an important issue internationally. High-efficiency power generation technology for thermal power generation with a large amount of carbon dioxide emissions has become increasingly recognized, and gas turbine temperature (combustion) Technological development for further improvement in efficiency due to a rise in temperature) has been promoted, and in recent years, large-scale and highly efficient power generation equipment having a gas turbine temperature of 1500 ° C. has come into operation. Therefore, improvement of control reliability for the fuel fluid valve that controls the fuel supply to the gas turbine and realization of a reliable fail-safe function in an emergency are increasingly important issues.
ガスタービンへの燃料供給を制御する従来の流体弁駆動機構の例を図12に示す。該装置は、弁箱508、連結フレーム507、ばね箱506を固定部として有し、該ばね箱506の上部に駆動装置である油圧アクチュエータ501が固定されている。弁箱508内の弁体509は、弁棒510、連結棒503、出力軸502を介して、油圧アクチュータ501に連結され、図示しない油圧供給ユニットの油圧力により出力軸502を上下に駆動して弁体509を昇降させ、弁の開度を調節する。ばね箱506内にその上端をばね箱上部に固定されたコイルばね504を有し、コイルばね504の自由端である下端はばね座505に固定され、ばね座505は連結棒503と連結している。油圧力が作用していない初期状態において、弁体509が弁座に所定の押圧力で押圧した弁閉状態を維持するように、コイルばね504は所定の長さ圧縮された状態となるように構成されている。通常運転時には、油圧アクチュエータ501の駆動力により、出力軸502、連結棒503を介して、ばね座505を上昇させてコイルばね504を圧縮することにより、弁の開閉操作が行われる。油圧装置の故障により油圧力が遮断されると、コイルばね504のばね反力により、弁閉状態に強制的に復帰し、外部の駆動力によらず弁を遮断する、緊急遮断機構を有する。
An example of a conventional fluid valve drive mechanism for controlling the fuel supply to the gas turbine is shown in FIG. The apparatus has a
また、弁体を前後進させるタイプの流体弁における緊急遮断機構に関しては、以下のような従来技術が開示されている。 Moreover, the following prior art is disclosed regarding the emergency shut-off mechanism in the fluid valve of the type which moves a valve body back and forth.
特許文献1は、特に蒸気タービンに使用され、弁体を前後進させて弁の開閉をする蒸気弁の操作装置であって、皿ばね21に蓄えられたばねエネルギーの解放による緊急遮断を可能とする蒸気弁の操作装置を開示している。該装置は、皿ばね21及びコレットチャック19からなる蓄圧装置7、コレットチャック19と係合する駆動部5のラム49を有する。該装置の通常の使用時には、ラム49内の電磁コイル13に通電することによる電磁力でコレットチャック19をラム49に磁着して固定しコレットチャック19内の皿ばね21を圧縮した状態で維持したまま、弁の開閉操作をする。非常時には、ラム49内の電磁コイル13の通電が停止し、コレットチャック19のラム49との磁着が解除され、蓄圧されていた皿ばね21が開放され、弁棒3を介して弁体が前進し、蒸気弁を緊急遮断する機構を有する。また、緊急遮断の際、弁ばねの急激な前進による弁体および弁座に与える衝撃エネルギーを緩和するため、弁棒3を駆動部5のラム49と機械的に直接固定せず、油等の流体が充填されている密閉室内に弁が動作する方向に可動な状態で配置された可動アクチュエータ板67に弁棒3を接続し、急激な弁棒3の移動時には、可動アクチュエータ板67で二分された密閉室間の流体移動の抵抗により、衝撃エネルギーを吸収することができる蒸気弁の操作装置が開示されている。
特許文献2は、弁の変位装置に関し、駆動装置2,3の回転による弁棒4の前後進による通常運転時の弁の開閉操作と、スプリングばね14に蓄えられたばねエネルギーの解放による緊急遮断を可能とする弁の変位装置を開示している。該装置においては、駆動装置に接続したねじ構造を有するシャフトが、伸張リンク式カートリッジ16の後端に螺合し、伸張リンク式カートリッジ16内にはその後端がカートリッジ16内で固定されたばね14を有し、ばね14先端は、弁体23と接続する弁棒と接続しているフランジと接続している。変位装置の通常使用時には、フランジが後退してばね14が圧縮された状態であり、フランジ先端とカートリッジ16先端の間にはトグル機構10,11が介在して、ラッチピン18により伸長した状態で維持されたトグルリンクによりばね14を圧縮した状態に維持している。通常運転時は、ばね14が圧縮している状態のまま、駆動装置によるシャフト2,3の回転で、カートリッジ16が前後進し、弁を開閉する。非常時には、ソレノイドコイル27への電源が遮断されて引き戻しばねによりラッチピン18が引き戻され、トグルリンク10,11は屈曲してばね14が伸長し、ばねエネルギーにより弁体は弁遮断位置に移動する、という変位装置が記載されている。
特許文献3は、緊急遮断の際には速やかに閉鎖方向に作動させることが可能な蒸気タービン用バルブを開示している。該バルブにおいて、弁体24を作動させる駆動機構14は、電動機16、電磁継手18、ボールスクリュー20、アキュムレータ28で構成される。ボールスクリュー20を構成するブッシュ20aは電磁継手18を介して電動機16に接続され、ボールスクリュー20を構成するロッド20bの先端部は弁棒22の基部に接続される。該ロッド20bの先端のフランジ部26とブッシュ20aとの間にはばねで構成されるアキュムレータ28が組み込まれる。電動機16を駆動して電磁継手18を介してブッシュ20aを回転させ、アキュムレータ28を蓄圧しながらロッド20cを上昇させることによりバルブは開放され、緊急時には、電磁継手18を開放することにより、蓄圧されたアキュムレータ28によってブッシュ20aを回転させながらロッド20cを下降させ、バルブは急速に遮断される蒸気タービン用バルブが開示されている。
本発明は、ガスタービンの燃料制御弁において、燃料制御弁内を流れる高温流体(燃料)に接触する弁体からの熱影響を受けにくい構造を有し、コンパクトで簡易な構造でありながら緊急時には強力な押圧力で弁体を緊急遮断できる信頼性の高いフェイルセーフ機能を有する、流体弁駆動機構に関する。 The present invention provides a fuel control valve for a gas turbine having a structure that is not easily affected by heat from a valve body that contacts a high-temperature fluid (fuel) flowing in the fuel control valve, and is a compact and simple structure, but in an emergency. The present invention relates to a fluid valve drive mechanism having a highly reliable fail-safe function capable of urgently shutting off a valve body with a strong pressing force.
本発明は、流体弁の弁体12を弁座に対して前後進させる流体弁駆動機構であって、該流体弁駆動機構は、駆動手段1と緊急駆動手段を有し、該緊急駆動手段は、ばねユニット(ばね手段)と緊急解除ユニット(ばね保持手段)100を含み、該ばねユニットは、ばね6とばね上支持部(上ばね箱)4とばね下支持部(下ばね箱)5と、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間に配置されたばね6から構成され、該ばね上支持部4は駆動手段1と接続し、該ばね下支持部5は弁体12に接続し、該緊急解除ユニット100は、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間の間隔を固定することが可能であり、該駆動手段1は、該ばね上支持部4を昇降させる流体弁駆動機構であって、該弁体12が該弁座に当接し、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間で該ばね6は自由長から所定長さだけ圧縮された初期状態から、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間隔を狭めることにより所定の長さまで該ばね6を圧縮した後、該緊急解除ユニットにより該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間隔を固定し、該駆動手段1を駆動することにより、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間で該ばね6を圧縮した状態に保持したまま、該弁体12を昇降させて弁の開閉を制御し、緊急時には、該緊急解除ユニット100による該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間の間隔の固定を解除し、該ばね6が圧縮状態から伸張し、該ばね下支持部5を介して該弁体12を下降させ、該弁体12を該弁座に押圧することにより、該流体弁を閉止するよう緊急駆動することを可能とする、というものである。
The present invention is a fluid valve drive mechanism for moving a
本発明の流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、該緊急解除ユニット100は、該ばね上支持部4に固定された軸上支持部及び該ばね下支持部5に固定された軸下支持部を貫通して延在する、緊急解除ユニット軸104と、該軸上支持部と該軸下支持部と該緊急解除ユニット軸104の相互間の相対的な位置を固定することができるばね支持部間隔固定手段101を含むことを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the
本発明の流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、該緊急解除ユニット軸104はねじ構造を有する軸104であり、該軸上支持部及び該軸下支持部の一方は、ナット111であって該軸104と螺合し、該軸上支持部及び該軸下支持部の他方は、サポートベアリング107であって、該軸104を回動可能な状態で、該軸上支持部及び該軸下支持部の該他方に対して、該軸104の軸方向において固定し、該ばね支持部間隔固定手段101は、該軸104と該ナット111の間の相対的な回動が可能な状態と不可能な状態を切り替える回動可否制御部101であり、該軸104と該ナット111との相対的な回動により、前記ばね上支持部4と前記ばね下支持部5の間隔が変更可能であり、該軸104が回動可能な状態では、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間に働く、前記駆動装置1による押圧力又は前記ばね6のばね反力により、該軸104と該ナット111は相対的に回動させられ、該ばね上支持部4及び該ばね下支持部5の可動範囲内で、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間隔が変更される、ことを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the emergency
本発明の流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、前記ねじ構造を有する軸104はボールねじ軸104であり、前記ナット111はボールねじナット111であることを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the
本発明の流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、該回動可否制御部101は、電磁クラッチ101であることを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the rotation
本発明の流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、該緊急駆動手段は、直動案内手段(リニアガイド)200をさらに含み、該直動案内手段200は、該弁体12が前後進する方向に対して、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5が滑らかに摺動するよう案内することを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the emergency drive means further includes a linear motion guide means (linear guide) 200, and the linear motion guide means 200 moves forward and backward in the
本発明の該流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、該緊急駆動手段は、前記ばね下支持部5と前記弁体12の間に、衝撃緩衝手段300を更に有し、該衝撃緩衝手段300に含まれる流体301の流体抵抗により、急激な該弁体12の昇降を緩和する、ことを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the emergency drive means further includes an impact buffering means 300 between the
本発明の該流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、前記駆動手段1を固定し内部に前記緊急駆動手段を有する主フレーム3と、弁体12を含む弁箱と該主フレーム3との間に中空構造を有する断熱フレーム8を有し、さらに、該断熱フレーム8と該主フレーム3との間に断熱接続部7をさらに有することを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the
本発明の該流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、前記駆動手段1は直動駆動手段(油圧リニアサーボモータ)であることを特徴とする。 In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the drive means 1 is a direct drive means (hydraulic linear servo motor).
本発明の該流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、該駆動手段1は、回転駆動手段(電動アクチュエータ、電動サーボモータ)24であり、該回転駆動手段の駆動力により回転する駆動シャフト2と前記ばね上支持部4との接続部に、回転直動変換機構(駆動シャフト昇降ナット)23を有し、該回転直動変換機構23は、駆動シャフト2の回転により、該ばね上支持部4を昇降させることを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the drive means 1 is a rotation drive means (electric actuator, electric servo motor) 24, and a
本発明の該流体弁駆動機構の更なる実施形態においては、該回転駆動手段は電動サーボモータ24であり、該流体弁駆動機構は、累積負荷評価手段400を更に有し、該累積負荷評価手段400は、該電動サーボモータ24の回転を検出する回転検出手段(エンコーダ)401と、該電動サーボモータ24を駆動する電流を検出する駆動電流センサ404を有し、該駆動電流センサ404から検出されるモータ推力と該回転数の積を算出して累積し、累積値が所定の値よりも大きい場合には、警報を発する、ことを特徴とする。
In a further embodiment of the fluid valve drive mechanism of the present invention, the rotational drive means is an
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る流体弁駆動機構を説明する。 Hereinafter, a fluid valve drive mechanism according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1、2は、本発明に係る流体弁駆動機構の実施例1の正面概略図、側面概略図であり、図3は図2の断面A−Aから見た正面概略断面図を示す。 1 and 2 are a schematic front view and a schematic side view of a fluid valve drive mechanism according to a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic front sectional view of the fluid valve drive mechanism as viewed from a cross section AA in FIG.
実施例1の流体弁駆動機構は、駆動部1、主フレーム3、断熱フレーム8、弁箱13、コイルばね6、上ばね箱4、下ばね箱5、ばね保持ユニット100の主要な構成部を有する。
The fluid valve drive mechanism according to the first embodiment includes main components of the
主フレーム3の上部に駆動部1が固定され、駆動部1は、弁体12を弁箱13内で上下方向(弁体を弁座に対して前後進させる方向)に駆動するための駆動力を供給する。主フレーム3の下部は、断熱接続部7を介して断熱フレーム8に接続し、断熱フレーム8の下部は弁箱13に接続している。主フレーム3内には上ばね箱4および下ばね箱5を有し、上ばね箱4と下ばね箱5の間にはコイルばね6が設置されている。下ばね箱5は連結棒10を介して弁棒11に接続し、弁棒11は弁箱13内の弁体12に接続している。駆動部1は駆動シャフト2を介して上ばね箱4に接続されている。
The
上ばね箱4と下ばね箱5は、コイルばね6の他に、上ばね箱4および下ばね箱5の外周で180度対称の位置関係で配置されている二つのばね保持ユニット100によって接続されている。
In addition to the
図4に、ばね保持ユニット(緊急解除ユニット)100の拡大断面図を示す。ばね保持ユニット100のそれぞれは、上ブラケット106を介して上ばね箱4に固定されたサポートベアリング107を含み、サポートベアリング107は、ボールねじ軸104を回転可能に保持している。サポートベアリング107の上部に電磁クラッチ101を備え、ボールねじ軸104の上端112は、電磁クラッチ101のアーマチュア103に固定されている。電磁クラッチ101は、上ばね箱4に固定されている上ブラケット106に固定されている。ばね保持ユニット100のそれぞれは、下ブラケット110を介して下ばね箱5に固定されたボールねじナット111を含み、該ナット111は、それぞれ対応するボールねじ軸104のねじ部105と螺合している。
FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of the spring holding unit (emergency release unit) 100. Each of the
以下、本発明に係る流体弁駆動機構の実施例1の特徴的構成を、流体弁の動作に基づいて説明する。 Hereinafter, the characteristic configuration of the first embodiment of the fluid valve driving mechanism according to the present invention will be described based on the operation of the fluid valve.
初期状態(図3)では、駆動部1による駆動力は付与されず、電磁クラッチ101には通電されず、該クラッチ101は開放状態であり、ボールねじ軸104はボールねじナット111に対して回転可能な状態である。また、コイルばね6は、主フレーム内における上ばね箱4及び下ばね箱5の可動範囲内での最大長の状態である(上ばね箱4と下ばね箱5の間隔は、図3に示す長さL1の状態である)。また、弁体12はコイルばね6により所定の圧力で弁座に押圧された、弁の閉じた状態である。
In the initial state (FIG. 3), the driving force by the
この初期状態から駆動部1を駆動し、駆動シャフト2を下方向に移動させ、上ばね箱4を押し下げる。弁体12は弁座に接触していて下ばね箱5は下降できないため、下ばね箱5、連結棒10、弁棒11の位置は変わらず、上ばね箱4はコイルばね6を圧縮しながら、所定位置まで下降する(図5)。ボールねじ軸104は、サポートベアリング107部分で、上ばね箱4に対して回転可能な状態で上下方向(ボールねじ軸の軸方向)に対して固定されているため、上ばね箱4が下降しながらコイルばね6を圧縮している間、下ブラケット110に固定されたボールねじナット111と係合しているねじ部105によって、ボールねじ軸104は回転しながら上ばね箱4と下ばね箱5の間隔が狭められる。
The
上ばね箱4が所定位置まで下降すると、駆動部1による上ばね箱4の下降を停止し、電磁クラッチ101のステータ102の内部の電磁石に通電して、電磁力によってアーマチュア103をステータ102に固定し、ボールねじ軸104の回転を拘束することにより、コイルばね6の圧縮反力を保持して、上ばね箱4と下ばね箱5の間隔を長さL2(<L1)に固定する(図5)。
When the
このようにコイルばね6を圧縮してばねの弾性エネルギーを高く保持した状態で、駆動部1を作動させて、上ばね箱4と下ばね箱5の間隔を長さL2に固定したまま、弁体12を昇降させて流体弁の開度を制御する(図6)。
In such a state that the
(電磁クラッチによるコイルばね圧縮維持機構)
本発明においては、コイルばね6を圧縮した状態での上ばね箱4と下ばね箱5の間隔を、ばね保持機構100によって維持している。コイルばね6のバネ反力は、例えば、口径250mmの弁体の場合には8トンもの強大な力となる場合がある。上下方向に働くこのばね反力に抗する本発明のばね保持機構100では、ねじ部105のリードを10mm、ねじの効率を1と仮定した場合、ボールねじ軸104のねじ部105により、12.7kg・mという小さなトルクで8トンのバネ反力を保持することが可能となり、ばね反力を保持するために必要な装置を簡易化し、コンパクト化できるという利点を有する。
(Coil spring compression maintenance mechanism by electromagnetic clutch)
In the present invention, the distance between the
駆動部1に異常が発生し、駆動部1による流体弁の制御ができなくなった場合には、緊急に流体弁を遮断することが必要である。その場合は、電磁クラッチ101への通電を停止して電磁クラッチを開放する。これにより、ボールねじ軸104は回転可能となる。正常運転中、コイルばね6は圧縮された状態で保持されているため、緊急時には、弁体12の位置に関わらず、コイルばね6は急速に伸張してボールねじ軸104を回転させながら上ばね箱4と下ばね箱5の間隔を押し広げ、弁体11を弁座に押圧して、弁を緊急遮断する(図3)。
When an abnormality occurs in the
図12に例示した従来の流体弁駆動機構においては、弁体にかかる流体力とそれよりもはるかに大きなばね反力との和に相当する力で駆動部を操作して、コイルばねを伸縮させながら通常運転での弁の開閉操作をする必要があった。しかし、本発明の構成を採用することにより、弁体にかかる流体力に相当する力のみで駆動部を操作して通常運転での弁の開閉操作ができるため、弁の通常運転時に必要な駆動部の定常的な負荷が軽減され、駆動部をコンパクト化できるという効果を有する。 In the conventional fluid valve drive mechanism illustrated in FIG. 12, the drive unit is operated with a force corresponding to the sum of the fluid force applied to the valve body and a spring reaction force much larger than that to expand and contract the coil spring. However, it was necessary to open and close the valve during normal operation. However, by adopting the configuration of the present invention, it is possible to open and close the valve in the normal operation by operating the drive unit only with a force corresponding to the fluid force applied to the valve body, so that the drive necessary for the normal operation of the valve is required. The steady load of the part is reduced, and the drive part can be made compact.
尚、本実施例において例示した流体弁駆動機構においては、ボールねじ軸104とボールねじナット111を有するばね保持ユニット(緊急解除ユニット)100を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ローラーねじ軸とローラーねじナット、或いは、台形ねじ軸と台形ねじナットなど、あらゆるねじ構造を有する軸とナットによっても同様の効果を奏することができることに留意されたい。
In the fluid valve drive mechanism illustrated in the present embodiment, the spring holding unit (emergency release unit) 100 including the
本実施例において例示した流体弁駆動機構においては、コイルばね6を有する緊急駆動手段を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、皿ばね、板ばね、空気ばねなど、あらゆる弾性エネルギーを蓄積することができるばね要素によっても同様の効果を奏することができることに留意されたい。
In the fluid valve drive mechanism exemplified in the present embodiment, the emergency drive means having the
また、本実施例においては、ばね保持ユニット100は、上ばね箱4に電磁クラッチ101が固定され、下ばね箱5側にボールねじナット111が固定される構造を例示したが、本発明はこの構成に限定されることはなく、下ばね箱5側に電磁クラッチ101を有し、上ばね箱側にボールねじナット111を有する、本実施例と上下方向が逆転したばね保持ユニット100においても、同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the
(衝撃緩衝機構)
緊急遮断時に、電磁クラッチ101が開放され、急速にコイルばね6が伸張し弁体12が弁座に衝突すると、弁体12及び弁座を損傷、破損させるおそれがある。これを未然に防止するため、本発明の流体弁駆動機構は衝撃緩衝機構300を備える(図7)。衝撃緩衝機構300は、オイルダンパーであって、主フレーム3或いは断熱フレーム8に固定された衝撃緩衝ポット305を有し、衝撃緩衝ポット305の内部にはオイル301(粘性流体)が充填され、連結棒10はOリング304(シール部材)を介して衝撃緩衝ポット305に対して摺動可能に接続される。衝撃緩衝ポット305内に位置する連結棒10の部分にオリフィス303を有するプレート302が固定される。弁の開閉、すなわち、連結棒10の昇降により衝撃緩衝ポット305内でプレート302が昇降する際には、プレート302は、オイル301がオリフィス303を通過する流体抵抗を受ける。流体抵抗は、オリフィスを通過する流体の流速の二乗に比例するため、弁の緊急遮断時の弁体12の急速な下降速度は、連結棒10に固定されたプレート302により緩和され、弁に与える損傷、破損の危険を低減することができる。
(Shock buffer mechanism)
If the
また、駆動部1の異常時、電力の緊急遮断により電磁クラッチ101が開放された場合には、コイルばね6のばね反力により上ばね箱4も急速に上昇移動するが、上ばね箱4の上端が主フレーム3に衝突して装置に損傷を与えることがないよう、主フレーム3には衝撃緩衝体9を有する。
Further, when the
(断熱構造)
ガスタービンの燃料温度が最高280℃にも達することがある環境下において、高温で劣化しやすいグリス類の早期劣化を防止するため、弁駆動機構の温度上昇を抑制することは、装置のメンテナンス性を改善し緊急時の確実なファイルセーフ機能を信頼性維持するために、極めて重要である。そのため、従来のガスタービン燃料用の流体制御弁の弁箱13には、しばしば弁体を冷却するためのフィン511が備え付けられていた(図12)。このため、制御弁装置全体の高さが高くなり大型化する問題があった。本発明においては、中空構造を有する断熱フレーム8を主フレーム3と弁箱13の間に介在させるように構成し、弁箱13から主フレーム3側に伝熱しにくい構造を採用した。更に、主フレーム3と断熱フレーム8との連結部に、伝熱断面積を小さくするため断熱接続部7を備えて熱抵抗を上げ、弁箱13から主フレーム3側に伝熱しにくくし(図1、2)、断熱効果を高めることにより、装置の機能信頼性をさらに向上させることができる。
(Insulation structure)
In an environment where the fuel temperature of the gas turbine can reach up to 280 ° C, to prevent the early deterioration of grease that is likely to deteriorate at high temperatures, suppressing the temperature rise of the valve drive mechanism is the maintainability of the device. It is extremely important to improve reliability and maintain reliable file safe function in emergency. For this reason, the
(リニアガイドによる信頼性の高いファイルセーフ機構)
駆動部1の異常等、何らかの理由により流体弁の緊急閉鎖の必要が生じたときや、二つある電磁クラッチ101装置のいずれかに異常が発生した場合でも、確実な弁の遮断操作を可能とするため、本発明の流体弁駆動機構は、リニアガイド(直動案内機構)機構200を備える。図8(図2のB−B断面)は、リニアガイド機構200の配置と構造を示す断面図である。リニアガイド機構200は、主フレーム3に設けられ、駆動シャフト2の軸方向(上下方向)に延びるレール201と、上ばね箱4に設けられた上スライダ202、下ばね箱5に設けられた下スライダ203とからなる。スライダはレールと係合し、一般的にはレールとスライダの溝部に鋼球204を有し、上ばね箱4および下ばね箱5のそれぞれが、主フレーム3内で上下方向(該弁体12を前後進する方向)に滑らかに摺動可能となるよう直動案内する。電磁クラッチ101のいずれかに異常が発生した場合は、片側のばね保持機構100でコイルばね6のバネ反力を保持するが、リニアガイド機構200のレール201は強固な主フレーム3に固定されているので、バネ反力は8トンにもなる場合があるにも関わらず、円筒型の支柱によるブッシュ等を使用したガイド機構の場合に比べて変形も少なく、片側のみでの支持によるモーメント荷重が働いても上ばね箱4および下ばね箱5は主フレーム3に対して所定の角度から傾斜することはなく、リニアガイド機構200によって信頼性が高い緊急遮断を実現することができる。
(Reliable file safe mechanism with linear guide)
Even if the fluid valve needs to be urgently closed for some reason, such as an abnormality in the
さらに、本発明の流体弁駆動機構は、コイルばね6を圧縮した状態のまま、ばね保持機構100により、上ばね箱4と下ばね箱5の間隔を固定した状態で通常運転される。従って、片側のばね保持機構100に異常が生じた場合でも、正常に動作している他方のばね保持機構100のみで確実にコイルばね6を圧縮状態に維持することが可能であり、必要時以外の弁の遮断操作を未然に防止することができるという効果も有する。
Furthermore, the fluid valve drive mechanism of the present invention is normally operated in a state in which the space between the
図12に示した従来型のガスタービンの流体弁駆動機構においては、実施例1で記載したように、通常運転時においては、弁体にかかる流体力とそれよりもはるかに大きなばねの圧縮反力の和に相当する力で弁の開閉操作を行わなければならず、そのため、駆動部は通常運転時に定常的に大きな駆動力を必要とする。駆動装置の油圧アクチュエータから電動アクチュエータへの変更は、潜在的な油漏れの問題を回避し、油圧配管を配設することの煩雑さを回避することができるという、運用上及び設計上の大きな利点を有する。しかし、電動アクチェエータによって上記のような強大なコイルばねの圧縮反力に抗する必要駆動力を得るためには、電動アクチュエータ自体が巨大となるため、特に大型弁への適用においては現実的ではなく、実現が困難であった。しかし、本発明においては、通常運転時において、弁体にかかる流体力に相当する力のみで弁の開閉操作ができるため、定常的に必要な弁の開度調整のための駆動力は小さくなり、駆動部を電動アクチュエータで設計することを現実的なものとすることができるという格別な効果を有する。 In the fluid valve drive mechanism of the conventional gas turbine shown in FIG. 12, as described in the first embodiment, during normal operation, the fluid force applied to the valve body and the compression reaction of a spring much larger than that are applied. The opening / closing operation of the valve must be performed with a force corresponding to the sum of the forces. Therefore, the driving unit requires a large driving force constantly during normal operation. The change from the hydraulic actuator of the drive unit to the electric actuator is a major operational and design advantage that avoids potential oil leakage problems and avoids the complexity of installing hydraulic piping. Have However, in order to obtain the necessary driving force against the compression reaction force of the strong coil spring as described above by the electric actuator, the electric actuator itself becomes enormous, so it is not practical especially in application to a large valve. It was difficult to realize. However, in the present invention, during normal operation, the valve can be opened and closed only with a force corresponding to the fluid force applied to the valve body, so that the driving force for constantly adjusting the opening of the valve is reduced. In addition, it has a special effect that the design of the drive unit with an electric actuator can be made realistic.
図9に本発明の実施例2である流体弁駆動機構の正面概略断面図を示す。図中において、実施例1で説明した部材と同じ部材については同一符号を用いて記載し、詳細な説明は省略する。
FIG. 9 shows a schematic front sectional view of a fluid valve drive mechanism that is
本実施例においては、駆動部1に回転駆動手段である電動アクチュエータ24を使用し、駆動部1の駆動シャフト2は上下動せず、回転する。また、駆動シャフト2は、主フレーム3に固定された主サポートベアリング21とナット22によって、主フレーム3に対して上下方向には移動不能で、かつ、回転可能に固定されている。図10に駆動シャフト2の支持部分の拡大断面図を示す。駆動シャフト2はねじ部20を有し、上ばね箱4に固定された駆動シャフト昇降ナット23に螺合している。
In the present embodiment, an
実施例1における流体弁の動作では、初期状態から駆動部1を駆動すると、駆動シャフト2が下降して上ばね箱4を下降させたが、実施例2においては、電動アクチュエータ1が駆動して駆動シャフト2が回転する。駆動シャフト2の回転により、駆動シャフト2のねじ部20と螺合している駆動シャフト昇降ナット23が押し下げられ、上ばね箱4を下降させる。その他の基本的な動作は実施例1と同様であり、実施例1と同様な発明の効果を得ることが可能となる。更に、実施例2においては、特に、駆動部1に電動サーボモータ24を使用することにより、ロータの角度を検出することにより常に最適な駆動電流に制御可能となり、脱調のない高精度な位置決めができるので、流体弁の開度を高精度に制御することが可能となる。
In the operation of the fluid valve in the first embodiment, when the
(ねじ部及びベアリング部の累積負荷検出)
更に、駆動部1に電動サーボモータ24を使用する実施例2においては、電動サーボモータの特徴を利用し、ねじ部及びベアリング部の機械的な累積負荷の検出が可能となる。図11に示す累積負荷検出ユニットの概略構成図を参照しながら、累積負荷検出について説明する。
(Accumulated load detection of screw part and bearing part)
Further, in the second embodiment in which the
本実施例2のように、駆動部1に電動アクチュエータを使用した場合、流体弁の開閉動作に使用されるねじ部20や主サポートベアリング21を正常に機能できる状態に維持することは、装置の信頼性を維持するために非常に重要である。
When the electric actuator is used for the
電動サーボモータ24のロータの回転角度は内蔵されたエンコーダ(回転検出手段)401により検出される。電動サーボモータ24はドライバ402を有し、ドライバ402はエンコーダ401からフィードバックされた位置信号をもとに、電動サーボモータのロータの回転角度に応じて最大トルクを発生させる最適な回転磁界がステータに発生するように、電動サーボモータ24に電流を供給する。ドライバ402の上位である上位コントローラ403は、リニア位置センサ406からの弁体12の上下位置信号を監視しながら弁体12の上下位置を制御し、適切な流体流量に制御する。ドライバ402は、モータ駆動電流センサ404を内蔵し、モータの駆動電流をモニタする。
The rotation angle of the rotor of the
一般に、ねじ部20と主サポートベアリング21への機械的な累積負荷は、推力と回転数の積で推定可能である。推力はモータ電流に比例するので、上位コントローラ403に内蔵された累積負荷演算部405において、モータ電流とエンコーダ401からそれぞれ算出される推力と回転数から、その積である機械的な累積負荷を演算し累積する。累積負荷演算値が所定の値を超えた場合には、アラーム表示部407に警報を表示することにより、装置ごとに稼動状態にばらつきがある場合であっても、装置の可動実績に応じた適切な整備タイミングを認知することができる。
In general, the mechanical cumulative load on the threaded
尚、実施例において例示した流体弁駆動機構は、二つのばね保持機構100を有しているが、本発明はこれに限定されることはなく、三以上のばね保持機構を有することによっても同様の効果を奏することができることに留意されたい。この場合、三以上のばね保持機構は、駆動シャフト2の中心軸に対して対称に配置されることが好ましい。また、ばね保持機構の数を増やすと、ばね保持機構一つに必要なコイルばね6の反力に対する保持力が減少するため、電磁クラッチ、サポートベアリング等のコンパクト化が可能となるというメリットを有する。
In addition, although the fluid valve drive mechanism illustrated in the embodiment has the two
さらに、実施例において例示した流体弁駆動機構は、二つのリニアガイド機構200を有しているが、本発明はこれに限定されることはなく、三以上のリニアガイド機構を有することによっても同様の効果を奏することができることに留意されたい。この場合、三以上のリニアガイド機構は、駆動シャフト2の中心軸に対して対称に配置されることが好ましい。
Furthermore, although the fluid valve drive mechanism illustrated in the embodiment has two
また、実施例において例示した流体弁駆動機構は、非常時に弁を閉鎖する動作をすることを前提に記載したが、本発明はこれに限定されることはなく、非常時に、流体弁を開放する動作をする用途にも適用できることに留意されたい。非常時に弁を緊急開放する場合には、衝撃緩衝機構によって、弁体の開放限位置での弁箱への衝突等による弁の損傷・破損を未然に防止することが可能であり、実施例と同様の効果を奏することが可能である。 Moreover, although the fluid valve drive mechanism illustrated in the embodiment has been described on the assumption that the valve is closed in an emergency, the present invention is not limited to this and opens the fluid valve in an emergency. It should be noted that the present invention can be applied to an operation in which it operates. When the valve is opened urgently in the event of an emergency, it is possible to prevent damage or breakage of the valve due to a collision with the valve case at the valve opening limit position by an impact buffering mechanism. Similar effects can be achieved.
尚、明細書中での本発明の説明においては、上下左右等の表現により方向を指定して発明を記載したが、これは明細書に添付した図面の記載に基づいて説明するための便宜的な記載であり、本発明の装置を設置する方向を規定するものではないことに留意されたい。 In the description of the present invention in the specification, the invention is described by designating the direction by expressions such as up, down, left, and right, but this is for convenience to explain based on the description of the drawings attached to the specification. It should be noted that the description is not intended to define the direction in which the apparatus of the present invention is installed.
1:駆動部
2:駆動シャフト
3:主フレーム
4:上ばね箱
5:下ばね箱
6:コイルばね
7:断熱接続部
8:断熱フレーム
9:衝撃緩衝体
10:連結棒
11:弁棒
12:弁体
13:弁箱
20:ねじ部
21:主サポートベアリング
22:ナット
23:駆動シャフト昇降ナット
24:回転駆動手段(電動サーボモータ)
100:ばね保持機構
101:電磁クラッチ
102:ステータ
103:アーマチュア
104:ボールねじ軸
105:ねじ部
106:上ブラケット
107:サポートベアリング
108:ベアリングカバー
109:ナット
110:下ブラケット
111:ボールねじナット
112:ボールねじ軸上端
200:リニアガイド機構
201:レール
202:上スライダ
203:下スライダ
204:鋼球
300:衝撃緩衝機構
301:オイル
302:邪魔板
303:オリフィス
304:Oリング
305:衝撃緩衝ポット
400:累積負荷推定部
401:エンコーダ
402:ドライバ
403:上位コントローラ
404:モータ駆動電流センサ
405:累積負荷演算部
406:リニア位置センサ
407:アラーム表示部
501:油圧アクチュエータ
502:出力軸
503:連結棒
504:コイルばね
505:ばね座
506:ばね箱
507:連結フレーム
508:弁箱
509:弁体
510:弁棒
511:弁箱冷却用フィン
1: Drive unit 2: Drive shaft 3: Main frame 4: Upper spring box 5: Lower spring box 6: Coil spring 7: Thermal insulation connecting part 8: Thermal insulation frame 9: Shock absorber 10: Connecting rod 11: Valve rod 12: Valve body 13: Valve box 20: Screw part 21: Main support bearing 22: Nut 23: Drive shaft lifting nut 24: Rotation drive means (electric servo motor)
100: Spring holding mechanism 101: Electromagnetic clutch 102: Stator 103: Armature 104: Ball screw shaft 105: Screw part 106: Upper bracket 107: Support bearing 108: Bearing cover 109: Nut 110: Lower bracket 111: Ball screw nut 112: Ball screw shaft upper end 200: linear guide mechanism 201: rail 202: upper slider 203: lower slider 204: steel ball 300: shock buffer mechanism 301: oil 302: baffle plate 303: orifice 304: O-ring 305: shock buffer pot 400: Cumulative load estimation unit 401: Encoder 402: Driver 403: Host controller 404: Motor drive current sensor 405: Cumulative load calculation unit 406: Linear position sensor 407: Alarm display unit 501: Hydraulic actuator 502: Output shaft 503: Connection rod 504: Coil spring 505: Spring seat 506: Spring box 507: Connection frame 508: Valve box 509: Valve body 510: Valve rod 511: Valve box cooling fin
Claims (9)
該緊急駆動手段は、ばねユニットと緊急解除ユニット100を含み、
該ばねユニットは、ばね上支持部4とばね下支持部5と、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間に配置されたばね6から構成され、該ばね上支持部4は該駆動手段1と接続し、該ばね下支持部5は弁体12と接続し、
該緊急解除ユニット100は、該ばね上支持部4に固定された軸上支持部と、該ばね下支持部5に固定された軸下支持部と、該軸上支持部と該軸下支持部を貫通して延在し、ねじ構造を有する緊急解除ユニット軸104と、ばね支持部間隔固定手段101と、を含み、
該軸上支持部及び該軸下支持部の一方は、該緊急解除ユニット軸104と螺合するナット111であり、他方は、該緊急解除ユニット軸104を回動可能な状態で該緊急解除ユニット軸104の軸方向において固定する軸受107であり、
該ばね支持部間隔固定手段101は、該緊急解除ユニット軸104と該ナット111の間の相対的な回動を拘束することにより該軸上支持部と該軸下支持部の間隔を固定して該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間の間隔を固定すること、及び、該緊急解除ユニット軸104と該ナット111の間の相対的な回動を可能とすることにより該軸上支持部と該軸下支持部の間隔を変更可能として該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間の間隔を変更可能とすること、が可能であり、
該弁体12が弁座に当接し、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間で該ばね6は自由長から所定の長さだけ圧縮された初期状態から、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間隔を狭めることにより所定の長さまで該ばね6を圧縮した後、該緊急解除ユニットにより該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間隔を固定し、該駆動手段1を駆動することにより、該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間で該ばね6を圧縮した状態に保持したまま該弁体12を昇降させて弁の開閉を制御し、
緊急時には、該緊急解除ユニット100による該ばね上支持部4と該ばね下支持部5の間隔の固定を解除し、該ばね6が圧縮状態から伸張し、該ばね下支持部5を介して該弁体12を下降させ、該弁体12を該弁座に押圧することにより、該流体弁を閉止するよう緊急駆動する、
流体弁駆動機構。 A fluid valve drive mechanism for moving the valve body 12 of the fluid valve forward and backward with respect to the valve seat, the fluid valve drive mechanism having a drive means 1 and an emergency drive means,
The emergency drive means includes a spring unit and an emergency release unit 100,
The spring unit includes a sprung support 4, an unsprung support 5, and a spring 6 disposed between the sprung support 4 and the unsprung support 5. Connected to the drive means 1, the unsprung support 5 is connected to the valve body 12,
The emergency release unit 100 includes an on-axis support portion fixed to the sprung support portion 4, an under-axis support portion fixed to the unsprung support portion 5, the on-axis support portion and the under-axis support portion. And an emergency release unit shaft 104 having a screw structure and a spring support portion interval fixing means 101,
One of the on-axis support portion and the under-axis support portion is a nut 111 that is screwed with the emergency release unit shaft 104, and the other is the emergency release unit with the emergency release unit shaft 104 being rotatable. A bearing 107 that is fixed in the axial direction of the shaft 104;
The spring support portion interval fixing means 101 fixes the interval between the on-axis support portion and the under-axis support portion by restricting relative rotation between the emergency release unit shaft 104 and the nut 111. By fixing the distance between the sprung support portion 4 and the unsprung support portion 5 and enabling the relative rotation between the emergency release unit shaft 104 and the nut 111, the shaft The distance between the upper support part 4 and the unsprung support part 5 can be changed by changing the distance between the upper support part and the lower support part .
The valve body 12 abuts against the valve seat, and the spring 6 is compressed between a free length and a predetermined length between the sprung support portion 4 and the unsprung support portion 5 from the initial state. After the spring 6 is compressed to a predetermined length by reducing the distance between the portion 4 and the unsprung support portion 5, the distance between the sprung support portion 4 and the unsprung support portion 5 is fixed by the emergency release unit. By driving the driving means 1, the valve body 12 is moved up and down while the spring 6 is held in a compressed state between the sprung support 4 and the unsprung support 5 to open and close the valve. Control
In an emergency, the fixing of the distance between the sprung support portion 4 and the unsprung support portion 5 by the emergency release unit 100 is released, and the spring 6 is extended from the compressed state, and the unsprung support portion 5 The valve body 12 is lowered, and the valve body 12 is pressed against the valve seat to urgently drive the fluid valve to be closed.
Fluid valve drive mechanism.
請求項1乃至3のいずれか1項の流体弁駆動機構。 The emergency drive means further includes a linear motion guide means 200. The linear motion guide means 200 smoothly slides the sprung support portion 4 and the unsprung support portion 5 in the direction in which the valve body 12 moves forward and backward. Guide you to move,
The fluid valve drive mechanism according to any one of claims 1 to 3 .
該衝撃緩衝手段300に含まれる流体301の流体抵抗により、急速な該弁体12の昇降を緩和する、
請求項1乃至4のいずれか1項の流体弁駆動機構。 The emergency drive means includes an impact buffer means 300 between the unsprung support portion 5 and the valve body 12,
The rapid rise and fall of the valve body 12 is mitigated by the fluid resistance of the fluid 301 contained in the shock absorbing means 300.
The fluid valve drive mechanism according to any one of claims 1 to 4 .
前記弁体12を含む弁箱と該主フレーム3との間に中空構造を有する断熱フレーム8と、
該断熱フレーム8と該主フレーム3との間に断熱接続部7
を有する請求項1乃至5のいずれか1項の流体弁駆動機構。 A main frame 3 which fixes the driving means 1 and has the emergency driving means inside;
A heat insulating frame 8 having a hollow structure between the valve box including the valve body 12 and the main frame 3;
A heat insulating connection 7 between the heat insulating frame 8 and the main frame 3
The fluid valve drive mechanism according to any one of claims 1 to 5 , further comprising:
該回転駆動手段の駆動力により回転する駆動シャフト2と前記ばね上支持部4との接続部に、回転直動変換機構23を有し、
該回転直動変換機構23は、駆動シャフト2の回転により、該ばね上支持部4を昇降させる、
請求項1乃至6のいずれか1項の流体弁駆動機構。 The driving means 1 is a rotational driving means,
A rotation / linear motion conversion mechanism 23 is provided at a connection portion between the drive shaft 2 rotated by the driving force of the rotation driving means and the sprung support portion 4,
The rotation / linear motion conversion mechanism 23 moves the sprung support 4 up and down by the rotation of the drive shaft 2.
The fluid valve drive mechanism according to any one of claims 1 to 6 .
前記流体弁駆動機構は、累積負荷評価手段400を更に有し、
該累積負荷評価手段400は、該電動サーボモータ24の回転を検出する回転検出手段401と、該電動サーボモータ24を駆動する電流を検出する駆動電流センサ404を有し該駆動電流センサ404から検出されるモータ推力と該回転数の積を算出して累積し、累積値が所定の値よりも大きい場合には警報を発する、
請求項8に記載の流体弁駆動機構。 The rotation driving means is an electric servo motor 24;
The fluid valve drive mechanism further includes cumulative load evaluation means 400,
The cumulative load evaluation unit 400 includes a rotation detection unit 401 that detects the rotation of the electric servo motor 24 and a drive current sensor 404 that detects a current that drives the electric servo motor 24. The product of the motor thrust and the number of revolutions is calculated and accumulated, and if the accumulated value is greater than a predetermined value, an alarm is issued.
The fluid valve drive mechanism according to claim 8 .
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