JP5766437B2

JP5766437B2 - 弁室ケーシング

Info

Publication number: JP5766437B2
Application number: JP2010294202A
Authority: JP
Inventors: 中野　隆; 隆中野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP2012141013A

Description

本発明は、内部に形成された流路を高温流体（例えば、ボイラ等から蒸気タービンに供給される主蒸気）が流れる弁室ケーシングに関するものであり、例えば、火力発電タービン、原子力発電タービン等のタービン入口に設置されて、ボイラ等からタービンへの蒸気の流れを許容したり、遮断したりする蒸気弁の弁室ケーシングに関するものである。

火力発電タービン、原子力発電タービン等のタービン入口に設置されて、ボイラ等からタービンへの蒸気の流れを許容したり、遮断したりする蒸気弁の弁室ケーシングとしては、タービンの車室ケーシングと同じ材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で、タービンの車室ケーシングと一体的に鋳造されたものが知られている（例えば、特許文献１の図１参照）。

特開２００１−３２９８０１号公報

ところで、近年、タービンの効率をさらに向上させるため、蒸気弁の内部に形成された流路を通過する蒸気の温度を約３０℃上昇させることが検討されている。
しかしながら、このように蒸気弁の内部に形成された流路を通過する蒸気の温度を約３０℃上昇させようとした場合、弁室ケーシングのクリープ強度を確保する観点から、弁室ケーシングの材料を、従来のもの（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）からより高価なもの（例えば、Ｖ（バナジウム）入り鋳鋼または１２Ｃｒ鋳鋼）に変更する必要がある。その結果、車室ケーシングもより高価なもの（例えば、Ｖ（バナジウム）入り鋳鋼または１２Ｃｒ鋳鋼）で作られることになり、製造コストが高騰してしまうといった問題点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、材料を変更することなく、内部に形成された流路を通過する流体の温度を上昇させることができる弁室ケーシングを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る弁室ケーシングは、内部に形成された流路を高温流体が流れる弁室ケーシングであって、内部に、弁体と、この弁体を弁座に対して進退させる弁棒とが収容された内側弁室ケーシングと、その内周面と、前記内側弁室ケーシングの外周面との間に、隙間を有する空間が形成され、かつ、前記内側弁室ケーシングの半径方向外側を取り囲むようにして配置された外側弁室ケーシングと、前記内側弁室ケーシングと前記外側弁室ケーシングとを連結する連結部材とを備え、前記空間は、該空間内の空気が前記内側弁室ケーシングからの放熱により加熱された時に該空間内を上昇して該空間の上端から大気中に放出され、同時に該空間の下端から新しい空気が流入するように、その上下端部が大気に連通している。

本発明に係る弁室ケーシングによれば、外側弁室ケーシングの内周面と、内側弁室ケーシングの外周面とにより形成された空間内に存する空気は、内部に形成された流路を流れる高温流体により温められた（加熱された）内側弁室ケーシングからの放熱により温められ（加熱され）、空間内を上昇していくことになる。空間内を上昇していった空気は、空間の上端に形成された出口から大気中に放出され、出口から大気中に放出された空気の量だけ、空間の下端に形成された入口から空間内に、温度の低い新たな空気が流入して、内部に形成された流路を流れる高温流体により温められた（加熱された）内側弁室ケーシングからの放熱により温められる（加熱される）ことになる。すなわち、空間内に空気の上昇気流が発生し、内側弁室ケーシングの熱が空間内を上昇する空気に奪い去られて（吸熱されて）、内側弁室ケーシングが冷却されることになる。
これにより、内部に形成された流路を通過する高温流体の温度を、例えば、約３０℃上昇させたとしても、空間内を自然に循環する空気の冷却効果により、内側弁室ケーシング自体の温度上昇を低減させることができ、内側弁室ケーシングを従来と同じ材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で製作することができ、製造コストの高騰を回避することができる。

上記弁室ケーシングにおいて、前記外側弁室ケーシングの半径方向外側に、その内周面全体が前記外側弁室ケーシングの外周面全体と接するとともに、前記外側弁室ケーシングの外周面全体を覆い隠す保温材が設けられているとさらに好適である。

このような弁室ケーシングによれば、空間内に存する空気が、内側弁室ケーシングからの放熱により効率よく温められる（加熱される）ことになり、空間内を上昇する空気の上昇速度を増加させることができ、空気による冷却効果をより高めるようにすることができる。

上記弁室ケーシングにおいて、前記内側弁室ケーシングの外周面に、タービュレータとして機能する複数の突起が設けられているとさらに好適である。

このような弁室ケーシングによれば、空間内に存する空気が、内側弁室ケーシングからの放熱によりさらに効率よく温められる（加熱される）ことになり、空間内を上昇する空気の上昇速度をさらに増加させることができ、空気による冷却効果をより一層高めるようにすることができる。

本発明に係るタービンは、前記いずれかに記載の弁室ケーシングを備え、前記内側弁室ケーシングと車室ケーシングと前記連結部材とが、一体的に鋳造されている。

本発明に係るタービンによれば、内側弁室ケーシングと車室ケーシングと連結部材とを安価な材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で一体的に鋳造することができ、製造コストの高騰を回避することができる。

本発明によれば、材料を変更することなく、内部に形成された流路を通過する流体の温度を上昇させることができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る弁室ケーシングを具備したタービンの要部を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る弁室ケーシングの斜視図である。図２のIII−III矢視断面図である。本発明の第２実施形態に係る弁室ケーシングの斜視図である。本発明の第３実施形態に係る弁室ケーシングの斜視図である。本発明の第４実施形態に係る弁室ケーシングの斜視図である。本発明の他の実施形態に係る弁室ケーシングの要部を拡大して示す断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る弁室ケーシングについて、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る弁室ケーシングを具備したタービンの要部を示す断面図、図２は本実施形態に係る弁室ケーシングの斜視図、図３は図２のIII−III矢視断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る弁室ケーシング１０は、例えば、火力発電タービン、原子力発電タービン等のタービン１の入口に設置されて、図示しないボイラ等からタービン１への蒸気（高温流体）の流れを許容したり、遮断したりする蒸気弁２の弁室ケーシングであり、内側弁室ケーシング１１と、外側弁室ケーシング１２とを備えている。
本実施形態において、内側弁室ケーシング１１は、タービン１の車室ケーシング３と同じ材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で、タービン１の車室ケーシング３と一体的に鋳造されている。また、内側弁室ケーシング１１の内部には、弁体４と、この弁体４を弁座５に対して進退させる弁棒６とが収容されている。
なお、図１中の符号７は仕切板、符号８はノズル、符号９は動翼を示している。

図１から図３に示すように、外側弁室ケーシング１２は、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａに沿って、内側弁室ケーシング１１の半径方向外側を取り囲むようにして配置された板状の部材である。また、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａと、外側弁室ケーシング１２の内周面１２ａとの間には、弁室ケーシング１０の軸方向（図１において上下方向）および周方向に沿って一定（例えば、１０ｍｍ〜５０ｍｍ）の隙間を有する空間Ｓが形成されている。

図２および図３に示すように、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａと、外側弁室ケーシング１２の内周面１２ａとは、複数本（本実施形態では８本）の連結部材１３を介して連結されている。連結部材１３は、弁室ケーシング１０の軸方向に沿って連続し、弁室ケーシング１０の周方向に沿って間隔をあけて、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａから半径方向外側に向かって放射状に延びる（突出する）板状の部材であり、本実施形態では、車室ケーシング３および内側弁室ケーシング１１と同じ材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で、車室ケーシング３および内側弁室ケーシング１１と一体的に鋳造されている。また、外側弁室ケーシング１２の半径方向外側には、その内周面１４ａ全体が外側弁室ケーシング１２の外周面１２ｂ全体と接するとともに、外側弁室ケーシング１２の外周面１２ｂ全体を覆い隠す保温材（または断熱材）１４が設けられている。

本実施形態に係る弁室ケーシング１０によれば、外側弁室ケーシング１２の内周面１２ａと、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａとにより形成された空間Ｓ内に存する空気は、内部に形成された流路を流れる蒸気により温められた（加熱された）内側弁室ケーシング１１からの放熱により温められ（加熱され）、空間Ｓ内を上昇していくことになる。空間Ｓ内を上昇していった空気は、空間Ｓの上端に形成された出口から大気中に放出され、出口から大気中に放出された空気の量だけ、空間Ｓの下端に形成された入口から空間Ｓ内に、温度の低い新たな空気が流入して、内部に形成された流路を流れる蒸気により温められた（加熱された）内側弁室ケーシング１１からの放熱により温められる（加熱される）ことになる。すなわち、空間Ｓ内に空気の上昇気流が発生し、内側弁室ケーシング１１の熱が空間Ｓ内を上昇する空気に奪い去られて（吸熱されて）、内側弁室ケーシング１１が冷却されることになる。
これにより、内部に形成された流路を通過する蒸気の温度を、例えば、約３０℃上昇させたとしても、空間Ｓ内を自然に循環する空気の冷却効果により、内側弁室ケーシング１１自体の温度上昇を低減させることができ、内側弁室ケーシング１１を従来と同じ材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で製作することができ、製造コストの高騰を回避することができる。

また、本実施形態に係る弁室ケーシング１０によれば、外側弁室ケーシング１２の半径方向外側に、その内周面１４ａ全体が外側弁室ケーシング１２の外周面１２ｂ全体と接するとともに、外側弁室ケーシング１２の外周面１２ｂ全体を覆い隠す保温材１４が設けられている。
これにより、空間Ｓ内に存する空気が、内側弁室ケーシング１１からの放熱により効率よく温められる（加熱される）ことになり、空間Ｓ内を上昇する空気の上昇速度を増加させることができ、空気による冷却効果をより高めるようにすることができる。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る弁室ケーシングについて、図４を参照しながら説明する。
図４は本実施形態に係る弁室ケーシングの斜視図である。

図４に示すように、本実施形態に係る弁室ケーシング１０は、連結部材１３の代わりに、連結部材２３が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａと、外側弁室ケーシング１２の内周面１２ａとは、複数本（本実施形態では３２本）の連結部材２３を介して連結されている。連結部材２３は、弁室ケーシング１０の軸方向および周方向に沿って間隔をあけて、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａから半径方向外側に向かって放射状に延びる（突出する）円柱状の部材であり、本実施形態では、車室ケーシング３および内側弁室ケーシング１１と同じ材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で、車室ケーシング３および内側弁室ケーシング１１と一体的に鋳造されている。

本実施形態に係る弁室ケーシング１０の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係る弁室ケーシングについて、図５を参照しながら説明する。
図５は本実施形態に係る弁室ケーシングの斜視図である。

図５に示すように、本実施形態に係る弁室ケーシング１０は、連結部材１３の代わりに、連結部材３３が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａと、外側弁室ケーシング１２の内周面１２ａとは、複数本（本実施形態では１２本）の連結部材３３を介して連結されている。連結部材３３は、弁室ケーシング１０の軸方向および周方向に沿って間隔をあけて、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａから半径方向外側に向かって放射状に延びる（突出する）板状の部材であり、本実施形態では、車室ケーシング３および内側弁室ケーシング１１と同じ材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で、車室ケーシング３および内側弁室ケーシング１１と一体的に鋳造されている。

〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態に係る弁室ケーシングについて、図６を参照しながら説明する。
図６は本実施形態に係る弁室ケーシングの斜視図である。

図６に示すように、本実施形態に係る弁室ケーシング１０は、連結部材１３の代わりに、連結部材４３が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａと、外側弁室ケーシング１２の内周面１２ａとは、複数本（本実施形態では８本）の連結部材４３を介して連結されている。連結部材４３は、弁室ケーシング１０の軸方向に沿って連続し、弁室ケーシング１０の周方向に沿って間隔をあけて、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａから半径方向外側に向かって螺旋状に延びる（突出する）板状の部材であり、本実施形態では、車室ケーシング３および内側弁室ケーシング１１と同じ材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で、車室ケーシング３および内側弁室ケーシング１１と一体的に鋳造されている。

本発明に係るタービン１は、内側弁室ケーシング１１と車室ケーシング３とが、一体的に鋳造されている。
これにより、内側弁室ケーシング１１と車室ケーシング３とを安価な材料（例えば、２．２５Ｃｒ鋳鋼）で一体的に鋳造することができ、製造コストの高騰を回避することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
例えば、上述した実施形態において、内側弁室ケーシング１１の外周面１１ａに、図７に示すような断面視矩形状（または断面視半円形状）を呈する複数の突起（タービュレータまたはボルテックス・ジェネレータ）７１を、弁室ケーシング１０の軸方向および周方向に沿って間隔をあけて設けるとさらに好適である。
これにより、空間Ｓ内に存する空気が、内側弁室ケーシング１１からの放熱によりさらに効率よく温められる（加熱される）ことになるので、空間Ｓ内を上昇する空気の上昇速度をさらに増加させることができ、空気による冷却効果をより一層高めるようにすることができる。
なお、図７は、突起７１を第２実施形態に適用した場合を示している。

１タービン
２蒸気弁
３車室ケーシング
４弁体
５弁座
６弁棒
１０弁室ケーシング
１１内側弁室ケーシング
１１ａ外周面
１２外側弁室ケーシング
１２ａ内周面
１２ｂ外周面
１３連結部材
１４保温材
１４ａ内周面
２３連結部材
３３連結部材
４３連結部材
７１突起
Ｓ空間

Claims

内部に形成された流路を高温流体が流れる弁室ケーシングであって、
内部に、弁体と、この弁体を弁座に対して進退させる弁棒とが収容された内側弁室ケーシングと、
その内周面と、前記内側弁室ケーシングの外周面との間に、隙間を有する空間が形成され、かつ、前記内側弁室ケーシングの半径方向外側を取り囲むようにして配置された外側弁室ケーシングと、
前記内側弁室ケーシングと前記外側弁室ケーシングとを連結する連結部材とを備え、
前記空間は、該空間内の空気が前記内側弁室ケーシングからの放熱により加熱された時に該空間内を上昇して該空間の上端から大気中に放出され、同時に該空間の下端から新しい空気が流入するように、その上下端部が大気に連通していることを特徴とする弁室ケーシング。
前記外側弁室ケーシングの半径方向外側に、その内周面全体が前記外側弁室ケーシングの外周面全体と接するとともに、前記外側弁室ケーシングの外周面全体を覆い隠す保温材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁室ケーシング。
前記内側弁室ケーシングの外周面に、タービュレータとして機能する複数の突起が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の弁室ケーシング。
請求項１から３のいずれかに記載の弁室ケーシングを備え、前記内側弁室ケーシングと車室ケーシングと前記連結部材とが、一体的に鋳造されていることを特徴とするタービン。