JP5535768B2 - Steam valve - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、火力発電所や原子力発電所の蒸気タービン等に供給する蒸気量を調節するための蒸気弁に関する。 The present invention relates to a steam valve for adjusting the amount of steam supplied to, for example, a steam turbine of a thermal power plant or a nuclear power plant.
火力発電所や原子力発電所等の蒸気タービンは、負荷変化に応じて蒸気量を調節するために、アクチュエータで弁棒を動かし、弁座と弁体との間の流路面積を変化させることで蒸気量を調節する蒸気弁が多数設けられている。 Steam turbines such as thermal power plants and nuclear power plants move the valve stem with an actuator to change the flow path area between the valve seat and the valve body in order to adjust the amount of steam according to the load change. A number of steam valves for adjusting the amount of steam are provided.
蒸気弁には、蒸気量調節のために円筒状の弁体ガイド(マフラ)の内周面に沿って弁体を摺動させる構成のものがある。ここで弁体ガイドは弁体案内機能及び消音機能を兼ね備える部材であり、複数の開口部およびリブが周方向に交互に配設され、該リブをその先端側で互いに連結し、弁座に設けられた環状溝に嵌合するリング部が設けられている。これにより、リング部によって弁座に固定された弁体ガイドの内周を弁体が摺動し、該弁体が弁座から離れることで、蒸気弁の出入口の差圧によって蒸気が開口部を通過して弁体と弁座との間の流路へと流れるようになっている。 Some steam valves are configured to slide the valve body along the inner peripheral surface of a cylindrical valve body guide (muffler) for adjusting the amount of steam. Here, the valve body guide is a member having both a valve body guide function and a muffler function, and a plurality of openings and ribs are alternately arranged in the circumferential direction, and the ribs are connected to each other at the tip end side and provided on the valve seat. A ring portion that fits into the annular groove is provided. As a result, the valve body slides on the inner periphery of the valve body guide fixed to the valve seat by the ring portion, and the valve body moves away from the valve seat, so that the steam opens the opening portion by the differential pressure at the inlet and outlet of the steam valve. It passes through and flows into the flow path between the valve body and the valve seat.
この種の蒸気弁では、弁体と弁座との間の流路を流れる蒸気流の乱れによって蒸気弁の各部に振動が発生し、蒸気弁が損傷してしまうことがあった。特に、蒸気タービンの高圧室の上流に配置される蒸気加減弁や、中圧室の上流に配置されるインターセプト弁は、高圧かつ大流量の蒸気を扱うため、蒸気流の乱れに起因する蒸気弁各部の振動を如何にして抑制するかが問題になっていた。
そこで、従来から、弁体ガイドのリング部の形状等を工夫することで、蒸気弁各部の振動を低減する試みがなされている。例えば、特許文献1には、弁体ガイドのリング部をテーパ状に形成し、開口部から流入する蒸気流の乱れを防止し、蒸気弁各部の振動を抑制するようにした蒸気弁が開示されている。
In this type of steam valve, vibration of the steam valve flowing through the flow path between the valve body and the valve seat may cause vibration in each part of the steam valve, resulting in damage to the steam valve. In particular, the steam control valve disposed upstream of the high pressure chamber of the steam turbine and the intercept valve disposed upstream of the intermediate pressure chamber handle high-pressure and large-flow steam. The problem is how to suppress the vibration of each part.
Therefore, conventionally, attempts have been made to reduce the vibration of each part of the steam valve by devising the shape of the ring part of the valve element guide and the like. For example,
また、従来から、弁体ガイドのリング部の上流と下流との圧力差によって、蒸気の一部がリング部と環状溝との間の隙間を流れること(いわゆる、隙間流れ)が弁体ガイドの振動の一因として問題視されていた。
そこで、特許文献2には、弁座の環状溝とマフラ(弁体ガイド)のリング部との隙間にシールリングや金網メッシュ消音材等の流体流れ阻止手段を設け、該隙間の蒸気流(隙間流れ)に起因する弁体ガイドの振動を防止するようにした蒸気弁が開示されている。
Conventionally, a part of the steam flows through the gap between the ring part and the annular groove due to the pressure difference between the upstream and downstream of the ring part of the valve body guide (so-called gap flow). It was regarded as a problem as a cause of vibration.
Therefore, in
しかしながら、最近の蒸気タービンは超々臨界圧に対応可能なものまで開発が進んでおり、特許文献1及び2に記載の蒸気弁では、弁体ガイドの振動を十分に抑制することが難しい場合がある。
However, recent steam turbines have been developed to those capable of handling ultra-supercritical pressure, and with the steam valves described in
このため、本願発明者らは、弁体ガイドのリブを束ねるリング部の断面積を大きくして、リング部を強化することで、弁体ガイドの振動を抑制しようとしたが、リング部の断面積を増加しても弁体ガイドの振動の抑制効果を十分に得ることはできなかった。
そこで、本願発明者らは、弁体ガイドの振動の原因を調べる目的で、蒸気弁内における蒸気流の圧力分布についてシミュレーションを行ったところ、蒸気流とリング部との干渉によって、該リング部の下流側で蒸気流が剥離してウェークが生じるという知見を得るととともに、このウェークによるリング部の励振が弁体ガイドの振動の一因であることを認識するに至った。
For this reason, the inventors of the present application tried to suppress the vibration of the valve body guide by increasing the cross-sectional area of the ring part that bundles the ribs of the valve body guide and strengthening the ring part. Even if the area was increased, the effect of suppressing the vibration of the valve body guide could not be sufficiently obtained.
Therefore, the inventors of the present application performed a simulation on the pressure distribution of the steam flow in the steam valve for the purpose of investigating the cause of the vibration of the valve body guide, and due to the interference between the steam flow and the ring portion, In addition to obtaining the knowledge that the steam flow is separated on the downstream side and the wake is generated, it has been recognized that the excitation of the ring part by the wake is a cause of the vibration of the valve body guide.
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、弁体ガイドの振動を確実に抑制することができる蒸気弁を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above-mentioned situation, and it aims at providing the steam valve which can suppress the vibration of a valve body guide reliably.
本発明に係る蒸気弁は、シート部および該シート部の上流側に形成された環状溝を有する弁座と、複数の開口部およびリブが周方向に交互に配設され、該リブをその先端側で互いに連結するとともに前記弁座の前記環状溝に嵌合するリング部を有する円筒状の弁体ガイドと、前記弁体ガイドの内側に配設され、前記弁座の前記シート部に対して離接することで前記弁座との間を流れる蒸気量を調節可能な弁体とを備える蒸気弁であって、前記環状溝は、前記シート部の上流側に形成された内周縁と、該内周縁よりも外周側であって前記弁体の開弁方向に位置する外周縁と、の間に形成され、前記弁体ガイドの前記リング部は、前記開口部を通って前記シート部に向かう蒸気主流と干渉しないように、前記環状溝の前記内周縁よりも前記弁体の閉弁方向に完全に収まって形成されていることを特徴とする。 The steam valve according to the present invention includes a seat portion and a valve seat having an annular groove formed on the upstream side of the seat portion, a plurality of openings and ribs arranged alternately in the circumferential direction, A cylindrical valve body guide having a ring portion that is connected to each other on the side and that fits into the annular groove of the valve seat, and is disposed inside the valve body guide, with respect to the seat portion of the valve seat A steam valve that is capable of adjusting the amount of steam flowing between the valve seats by being separated from the valve seat, wherein the annular groove has an inner peripheral edge formed on the upstream side of the seat portion, The ring part of the valve element guide is formed between the outer peripheral edge located on the outer peripheral side and positioned in the valve opening direction of the valve body, and the ring part of the valve body guide is directed to the seat part through the opening part. so as not to interfere with the main flow, of the valve body than the inner peripheral edge of the annular groove Characterized in that it is formed fully seated in the valve direction.
ここで、リング部が「蒸気主流と干渉しない」とは、該リング部の下流側で、該リング部による蒸気流の剥離が生じないことを意味し、蒸気流の剥離の有無は、例えば、蒸気弁内における蒸気流の圧力分布についてのシミュレーション結果に基づいて判定可能である。 Here, the ring part "does not interfere with the main steam flow" means that the steam flow is not separated by the ring part on the downstream side of the ring part. The determination can be made based on the simulation result of the pressure distribution of the steam flow in the steam valve.
上記蒸気弁では、弁体ガイドのリング部は蒸気主流と干渉しないように、前記環状溝の前記内周縁よりも前記弁体の閉弁方向に完全に収まって形成されているので、該リング部の下流側における蒸気主流の剥離が起こらず、ウェークに起因する弁体ガイドの振動を防止することができる。
また、弁体ガイドのリング部が蒸気主流と干渉しないことから、リング部の上流と下流とでは圧力差がほとんど生じず、リング部と環状溝との間の隙間を流れる蒸気流(隙間流れ)が起こらないので、シールリングや金網メッシュ消音材等の隙間流れを阻止する部材を設けることなく、隙間流れに起因する弁体ガイドの振動を防止することができる。
In the steam valve, the ring portion of the valve body guide is formed so as to be completely contained in the valve closing direction of the valve body rather than the inner peripheral edge of the annular groove so as not to interfere with the main steam flow. The main stream of steam is not separated on the downstream side of the valve, and the vibration of the valve body guide due to the wake can be prevented.
In addition, since the ring part of the valve body guide does not interfere with the main steam flow, there is almost no pressure difference between the upstream and downstream of the ring part, and the steam flow (gap flow) flows through the gap between the ring part and the annular groove. Therefore, the vibration of the valve body guide due to the gap flow can be prevented without providing a member for preventing the gap flow such as a seal ring or a wire mesh silencer.
本発明によれば、前記環状溝は、シート部の上流側に形成された内周縁と、該内周縁よりも外周側であって前記弁体の開弁方向に位置する外周縁と、の間に形成され、弁体ガイドのリング部が蒸気主流と干渉しないように、前記環状溝の内周縁よりも前記弁体の閉弁方向に完全収まって形成されるので、該リング部の下流側における蒸気主流の剥離が起こらず、ウェークに起因する弁体ガイドの振動を防止することができる。
また、弁体ガイドのリング部が蒸気主流と干渉しないことから、リング部の上流と下流とでは圧力差がほとんど生じず、リング部と環状溝との間の隙間を流れる蒸気流(隙間流れ)が起こらないので、シールリングや金網メッシュ消音材等の隙間流れを阻止する部材を設けることなく、隙間流れに起因する弁体ガイドの振動を防止することができる。
According to the present invention, the annular groove is formed between an inner peripheral edge formed on the upstream side of the seat portion and an outer peripheral edge located on the outer peripheral side of the inner peripheral edge and in the valve opening direction of the valve body. In order to prevent the ring part of the valve body guide from interfering with the main steam flow, it is formed so as to be completely contained in the valve closing direction of the valve body rather than the inner peripheral edge of the annular groove . Steam mainstream separation does not occur, and vibration of the valve body guide due to wake can be prevented.
In addition, since the ring part of the valve body guide does not interfere with the main steam flow, there is almost no pressure difference between the upstream and downstream of the ring part, and the steam flow (gap flow) flows through the gap between the ring part and the annular groove. Therefore, the vibration of the valve body guide due to the gap flow can be prevented without providing a member for preventing the gap flow such as a seal ring or a wire mesh silencer.
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely illustrative examples. Only.
まず、本発明に係る蒸気弁の全体構成について説明する。図1は本実施形態に係る蒸気弁の構成例を示す断面図であり、図2は図1におけるI−I線に沿った断面図である。 First, the overall configuration of the steam valve according to the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a steam valve according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II in FIG.
図1に示すように、蒸気弁1は、弁座2を有する弁体ケーシング4と、円筒状の弁体ガイド(マフラ)6と、弁体ガイド6の内側に配置された弁体8と、弁体8に連結された弁棒10と、弁体ケーシング4上に設けられたボンネット12とより構成されている。
As shown in FIG. 1, the
弁体ケーシング4の上部にはボルト3によってボンネット12が固定され、弁体ケーシング4の開口がボンネット12で閉じられている。すなわち、ボンネット12の円筒状の円筒部12Aが弁体ケーシング4内に挿入された状態で、ボンネット12の蓋板12Bと弁体ケーシング4とがボルト3で締結され、蒸気弁1の内部空間を形成している。
また弁体ケーシング4には蒸気入口14及び蒸気出口16が形成されており、図中の矢印で示すように、蒸気入口14から蒸気弁1の内部空間に流入した蒸気は、蒸気出口16から流出し、蒸気弁1の後段に配設された蒸気タービン等(不図示)に供給されるようになっている。
A
Further, the
弁体ケーシング4の弁座2は、蒸気入口14と蒸気出口16との間に、弁体ケーシング4の内面の一部として設けられている。弁座2のシート部18の上流側には環状溝20が形成されている。
The
弁体ガイド(マフラ)6は、弁体8の案内と消音のために設けられる円筒状の部材であり、図2に示すように、蒸気が通過する複数の開口部6Aと、複数のリブ6Bとが周方向に交互に配設されている。また図1及び2に示すように、弁体ガイド6にはリング部6Cが設けられており、このリング部6Cによって複数のリブ6Bが互いに連結されている。
弁体ガイド6の下端側は、リング部6Cが環状溝20に嵌合して弁座2に固定されている。一方、弁体ガイド6の上端側は、ピン22によってボンネット12の円筒部12Aに固定されている。
The valve body guide (muffler) 6 is a cylindrical member provided for guiding and silencing the
On the lower end side of the
なお、弁座2の環状溝20をできるだけシート部18から離すため、弁体ガイド6は、図1及び2に示すように、リブ6Bで構成される部分が下端側に近づくにつれ拡径し、リブ6Bで構成される部分の外周側のみにリング部6Cが設けられていることが好ましい。
後述のようにリング部6Cを環状溝20に完全に納め、主蒸気流とリング部6Cとの干渉を防止する場合、環状溝20を従来よりも大きくして(幅広にして)リング部6Cの強度を確保する必要がある。しかし、このような幅広な環状溝20がシート部18の近傍に存在すると、弁開閉時にシート部18周辺で弁座2が変形してしまうおそれがある。この点、弁体ガイド6を上記形状とすれば、弁座2の環状溝20がシート部18から比較的離れた位置に存在するため、弁開閉時にシート部18周辺で弁座2が変形してしまうことがない。
In addition, in order to separate the
As will be described later, when the
図1に示す弁体8は、弁体ガイド6の内側に設けられ、弁体8に連結された弁棒10の上下動に伴って、ボンネット12の円筒部12Aと弁体ガイド6とに沿って上下動するようになっている。ここで、弁体8の外周側壁にはプレッシャーシールリング24が設けられているので、ボンネット12の円筒部12Aに対する弁体8の上下方向の摺動は円滑に行われる。また図1及び2に示すように、弁体8の頭頂部にはバランス孔8Aが設けられており、弁体8とボンネット12の円筒部12Aとで囲まれた内部空間26とその外部との圧力バランスを取り、小さな駆動力で弁体8を上下動させることが可能になっている。
この弁体8が弁座2のシート部18に対して離接することで、弁体8と弁座2との間の流路の面積が増減され、該流路を流れる蒸気量が調節される。
The
When the
弁棒10は、一端が弁体8に連結されており、他端が不図示のアクチュエータに連結されている。これにより、アクチュエータの駆動力を弁体8に伝えるようになっている。なお弁棒10は、ボンネット12の蓋板12Bを貫通するスリーブ28によって案内されている。
The
次に、本実施形態に係る蒸気弁1の弁体ガイド6の具体的な構成について説明する。図3は、弁体ガイド6のリング部6C周辺の拡大断面図である。同図に示すように、弁体ガイド6のリング部6Cは、開口部6Aを通ってシート部18に向かう蒸気主流(図中の矢印方向)と干渉しないように形成されている。
このように、本実施形態の蒸気弁1では、蒸気主流がリング部6Cと干渉しないので、リング部6Cの下流側において蒸気主流の剥離は起きず、ウェークに起因する弁体ガイド6の振動を防止することができる。また、蒸気主流がリング部6Cと干渉しないことから、リング部6Cの上流と下流とでは圧力差がほとんど生じず、リング部6Cと環状溝20との間の隙間を流れる蒸気流(隙間流れ)は起きず、シールリングや金網メッシュ消音材等の隙間流れを阻止する部材を設けることなく、隙間流れに起因する弁体ガイド6の振動を防止することができる。
Next, a specific configuration of the
As described above, in the
弁体ガイド6のリング部6Cは、図3に示すように、弁座2の環状溝20に完全に収まっていることが好ましい。
これにより、リング部6Cの下流側におけるウェークに起因する弁体ガイド6の振動と、リング部6Cと環状溝20との間の隙間流れに起因する弁体ガイド6の振動とをより確実に防止することができる。
As shown in FIG. 3, it is preferable that the
Thereby, the vibration of the
以上、本発明の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。 Although an example of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、図1に示す全体構成を有する蒸気弁1について説明したが、蒸気弁1の全体構成は、弁体ガイド6のリング部6Cが蒸気主流と干渉しないように形成されている限り特に限定されず、種々の構成を採り得る。
For example, in the above-described embodiment, the
1 蒸気弁
2 弁座
4 弁体ケーシング
6 弁体ガイド
6A 開口部
6B リブ
6C リング部
8 弁体
8A バランス孔
10 弁棒
12 ボンネット
12A 円筒部
12B 蓋板
14 蒸気入口
16 蒸気出口
18 シート部
20 環状溝
22 ピン
24 プレッシャーシールリング
26 内部空間
28 スリーブ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
複数の開口部およびリブが周方向に交互に配設され、該リブをその先端側で互いに連結するとともに前記弁座の前記環状溝に嵌合するリング部を有する円筒状の弁体ガイドと、
前記弁体ガイドの内側に配設され、前記弁座の前記シート部に対して離接することで前記弁座との間を流れる蒸気量を調節可能な弁体とを備える蒸気弁であって、
前記環状溝は、前記シート部の上流側に形成された内周縁と、該内周縁よりも外周側であって前記弁体の開弁方向に位置する外周縁と、の間に形成され、
前記弁体ガイドの前記リング部は、前記開口部を通って前記シート部に向かう蒸気主流と干渉しないように、前記環状溝の前記内周縁よりも前記弁体の閉弁方向に完全に収まって形成されていることを特徴とする蒸気弁。 A valve seat having a seat portion and an annular groove formed on the upstream side of the seat portion;
A cylindrical valve body guide having a ring portion in which a plurality of openings and ribs are alternately arranged in the circumferential direction, and the ribs are connected to each other on the tip side and fitted into the annular groove of the valve seat;
A steam valve provided on the inside of the valve body guide and having a valve body capable of adjusting an amount of steam flowing between the valve seat by being separated from and contacting the seat portion of the valve seat;
The annular groove is formed between an inner peripheral edge formed on the upstream side of the seat portion and an outer peripheral edge located on the outer peripheral side of the inner peripheral edge and in the valve opening direction of the valve body,
The ring portion of the valve body guide is completely contained in the valve closing direction of the valve body rather than the inner peripheral edge of the annular groove so as not to interfere with the main steam flow toward the seat portion through the opening. A steam valve characterized by being formed.
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