JP5863341B2 - スイング弁における弁体、その製造方法及びその弁体を備えた再熱蒸気止弁 - Google Patents
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図8に示すように、再熱蒸気止弁2は、ケーシング10、弁体60、スイングアーム30およびアーム駆動部40を有する。蒸気タービン装置が通常運転状態にあるとき、弁体60は流路開放位置P1(図中に2点鎖線で示す位置)に配置されている。再熱蒸気止弁2によると、後段に設けられた中圧蒸気タービンの回転速度が所定値以上になったときに、アーム駆動部40は、スイングアーム30を水平軸J0周りに図8の反時計周り方向に回動駆動する。これにより弁体60を流路開放位置P1から流路閉塞位置P2(図中に実線で示す位置)に移動させ、弁座14に着座させる。これにより、入口ポート11から出口ポート12に至る流路が閉塞され、中圧蒸気タービンに向けて流れる主蒸気STが遮断されるようになっている。
まず、ニッケル基合金からなる円柱状の鋼塊(インゴット)100を製造する。次いで、鋼塊100について、その軸方向(図中Z方向)に所定の圧縮率で圧縮する据込鍛造加工を施して円餅状の中間鍛造品110を得る。次いで、この中間鍛造品110について、Z方向と直交するX方向,Y方向のそれぞれに所定の減面率で圧縮して四角柱状の中間鍛造品120を得る。次いで、中間鍛造品120の各コーナー部を、対角線方向であるP方向,Q方向にそれぞれ所定の減面率で圧縮する加工を施して8角柱状の中間鍛造品130に鍛伸する。中間鍛造品130の段階では、その鍛流線T1は、図9(B)の左図に示すように、中間鍛造品130の軸方向に平行なものとなる。
次いで、中間鍛造品340から不要部分を切削し、弁体60の形状に仕上げ加工する。即ち、中間鍛造品340から本体60aと突起部60bとが残るように削出しを行う。最後に突起部60bの先端部に雄ネジ60M(図8参照)を形成する。
このように弁体60は、上述した中間鍛造品340から不要部分を切削して得られるものである。従って弁体60についても、その鍛流線T3´は、図9(B)の右図に示すように、全体的にその軸方向から拡がる方向に流れる形となる。
ところで再熱蒸気止弁2は、中圧蒸気タービンの蒸気入口側に設けられ、中圧蒸気タービンにおけるインターセプト弁(安全弁の一つ)のバックアップ的な役目を担っている。つまりインターセプト弁が閉まらずに、再熱蒸気止弁2が動作するという事態も生じ得る。このような事態が生じた場合には、再熱蒸気止弁2の上流側と下流側との蒸気圧差が大きい状態となっているため、弁体60はこの蒸気圧差を受けて加速されながら閉まることとなり、着座時に特に大きな応力が突起部60bの付け根部に発生する。このときの軸直交成分力は、かなり大きいものとなる。
次の突起付円盤体形成ステップ(S30)において、段付体(140)に対して孔台据込鍛造加工を施す工程では、段付体(140)の径小部(140b)は、据込みによっても径方向が一定に保たれる。その結果、このとき得られる径小部(150b)でも軸方向に平行な密な鍛流線(T2)が保たれる。一方、段付体(140)の径大部(140a)は、据込みによって軸方向に圧縮されると共に径方向について拡径される。その結果、このとき得られる径大部(150a)では、突起付円盤体(150)の外表面(150d)に沿うように湾曲した鍛流線(T3)が形成される。この鍛流線(T3)は上記鍛流線(T2)に連続している。
このようにして製造された突起付円盤体(150)は、上記したようにその径小部(150b)では軸方向に平行な密な鍛流線(T2)を有するため、軸方向に直交する方向からの衝撃に対して高い衝撃吸収性を備える。また、径大部(150a)に対する径小部(150b)の付け根付近では、径小部(150b)における鍛流線(T2)は、径大部(150a)における鍛流線(T3)に連続する。従って付け根付近では、軸方向及びこの軸方向に直交する方向のいずれの方向からの衝撃に対しても高い衝撃吸収性を備えるようになる。
次の加工成型ステップ(S40)では、突起付円盤体(150)における径小部(150b)及び径大部(150a)に対応させてそれぞれ弁体(20)の突起部(20b)及び本体(20a)が形成される。
従って弁体(20)についても突起付段付体(150)と同様な性質を有する。即ち、本体(20a)に対する突起部(20b)の付け根付近では、軸方向及びこの軸方向に直交する方向のいずれの方向からの衝撃に対しても高い衝撃吸収性を備えるようになる。
突起部20bは、本体20aと一体的に形成されており、その外径は、スイングアーム30における連結端貫通穴31(後述)に挿通可能なサイズとされる。また、突起部20bの長さは、スイングアーム30における連結端貫通穴31に挿通した状態で、スイングアーム30の外方に突出可能な長さとされる。突起部20bの先端側には雄ネジ20Mが形成されている。
流路開放位置P1にある弁体20は、アーム駆動部40によりスイングアーム30が反時計周り方向に駆動されることで円弧の軌跡を辿って流路閉塞位置P2に向かう。図4(A)のように、弁座14の中心軸J2が弁体20の中心軸J1に対して下流側上がりになっている場合には、弁体上方部20Uが最初に弁座14に当接する。ここで第1間隙D1および第2間隙D2が形成されていることにより、突起部20bは連結端貫通穴31の中で揺動自在とされる。つまり弁体20はスイングアーム30に対して偏角可能となる。このため弁体20は、最初に弁体上方部20Uを弁座14に当接させた後に、図4(B)のように、スイングアーム30から独立して更に反時計周り方向に回動する。その結果、弁体下方部20Dは弁体上方部20Uの当接から若干遅れて弁座14に当接する。このようにして弁体20は完全に弁座14に着座する。つまり、弁座14への弁体20の密着性に優れ、蒸気漏れが生じるのを確実に防止することができる。
まず、ニッケル基合金からなる円柱状の鋼塊100を製造する。次いで、鋼塊100について、その軸方向(図中Z方向)に所定の圧縮率で圧縮する据込鍛造加工を施して円餅状の中間鍛造品110を得る。次いで、この中間鍛造品110にZ方向と直交するX方向,Y方向のそれぞれに所定の減面率で圧縮して四角柱状の中間鍛造品120を得る。次いで、中間鍛造品120の各コーナー部を、対角線方向であるP方向,Q方向にそれぞれ圧縮する加工を施して8角柱状の中間鍛造品130に鍛伸する(ステップS10)。この工程までは、図9に示した従来における製造方法と同じである。中間鍛造品130の段階では、その鍛流線T1は、図5(B)のステップS10に示すように、中間鍛造品130の軸方向に平行なものとなる。
次いで、中間鍛造品140の径小部140bを、孔台500における孔510に挿入し、所定の圧縮率でその軸方向(図中Z方向)に圧縮する孔台据込鍛造加工を施す。これにより、圧縮された段付軸材である中間鍛造品150を得る(ステップS30)。なお、孔台500に穿設された孔510は、その上端部付近において上から下に向けて末窄まりのテーパ面を有するものを使用する。また、この孔台据込鍛造加工は、加熱炉の中で中間鍛造品130を適切な温度まで加熱しては据込みを行うという作業を何度も繰り返すことにより行う。これにより、形成される結晶流の緻密化を図ることができる。
このようにして製造された中間鍛造品150は、上記したようにその径小部150bでは軸方向に平行な密な鍛流線T2を有するため、軸方向に直交する方向からの衝撃に対して高い衝撃吸収性を備える。また、径大部150aに対する径小部150bの付け根付近では、径小部150bにおける鍛流線T2は、径大部150aにおける鍛流線T3になだらかに連続する。従って付け根付近では、軸方向及びこの軸方向に直交する方向のいずれの方向からの衝撃に対しても高い衝撃吸収性を備えるようになる。また、鍛流線T3,T2なだらかに連続することから、内部応力が集中(蓄積)しにくくなり、非破断性に優れたものとなる。
このようにステップS40では、中間鍛造品150における径小部150b及び径大部150aに対応させてそれぞれ突起部20b及び本体20aが形成される。
従って弁体20についても中間鍛造品150と同様な性質を有する。即ち、本体20aに対する突起部20bの付け根付近では、軸方向及びこの軸方向に直交する方向のいずれの方向からの衝撃に対しても高い衝撃吸収性を備えるようになる。また、内部応力が集中しにくくなり、非破断性に優れたものとなる。
まず、ニッケル基合金からなる円柱状の鋼塊200を製造する。なお、この鋼塊200のサイズ(分量)は、図5で示した鋼塊100の2倍である。
次いで、鋼塊200について、その軸方向(図中Z方向)に所定の圧縮率で圧縮する据込鍛造加工を施して円餅状の中間鍛造品210を得る。次いで、この中間鍛造品210にZ方向と直交するX方向,Y方向のそれぞれに所定の減面率で圧縮して四角柱状の中間鍛造品220を得る。次いで、中間鍛造品220の各コーナー部をP方向,Q方向にそれぞれ圧縮する加工を施して8角柱状の中間鍛造品230に鍛伸する。
次いで、中間鍛造品240における下側の径小部240bを、下側に設置された孔台500における孔510に挿入し、且つ中間鍛造品240における上側の径小部240bを、上側に設置された孔台500における孔510に挿入した状態で、中間鍛造品240を所定の圧縮率でその軸方向(図中Z方向)に圧縮する孔台据込鍛造加工を施して中間鍛造品250を得る(ステップS30´)。
次いで、中間鍛造品250をその軸線に直交する平面S1により上下対象に切断して2分割し、中間鍛造品250Xを得る(ステップS35´)。
次いで、切断後の中間鍛造品250Xのそれぞれについて、不要部分を切削し、弁体20の形状に加工する(ステップS40´)。
最終的に得られる弁体20の鍛流線の形態は、図5の工程で得られるものと同様である。
この製造方法によると、工程の数に主眼をあてた場合、図5に示した一連の工程の中にステップS35´に示した「分断する工程」を新規に付加するだけで、一度に2つの弁体20が得られる。このため生産性に優れる。
20 弁体
20a 本体
20b 突起部
30 スイングアーム
30a 可動端部
130 中間鍛造品(多角柱体)
140 中間鍛造品(段付体)
140a 径大部
140b 径小部
150 中間鍛造品(突起付円盤体)
150a 径大部
150b 径小部
240 中間鍛造品(段付体)
240a 径大部
240b 径小部
250 突起付円盤体
250a 径大部
250b 径小部
500 孔台
510 孔
J1 中心軸
S10 ステップ(多角柱体形成ステップ)
S10´ ステップ(多角柱体形成ステップ)
S20 ステップ(段付体形成ステップ)
S20´ ステップ(段付体形成ステップ)
S30 ステップ(突起付円盤体形成ステップ)
S30´ ステップ(突起付円盤体形成ステップ)
S35´ ステップ(分割ステップ)
S40 ステップ(加工成型ステップ)
S40´ ステップ(加工成型ステップ)
T2 鍛流線
T3 鍛流線
Z 軸方向
Claims (6)
- 弁座(14)に対して着座可能とされた本体(20a)と、本体(20a)の中心軸(J1)上における反弁座側に本体(20a)と一体的に突設されスイングアーム(30)の可動端部(30a)に連結される突起部(20b)とを備えた弁体(20)の製造方法であって、
弁体(20)の素材である耐熱鋼の鋼塊に対して据込み及び鍛伸を施すことにより該耐熱鋼の多角柱体(130)を得る多角柱体形成ステップ(S10)と、
多角柱体(130)の端部をタップ鍛造して径小部(140b)と成しこの径小部(140b)と径大部(140a)とを有する段付体(140)を得る段付体形成ステップ(S20)と、
段付体(140)における径小部(140b)を、孔台(500)における孔(510)に挿入して段付体(140)をその軸方向(Z)に据込むことにより突起付円盤体(150)を得る突起付円盤体形成ステップ(S30)と、
突起付円盤体(150)における径小部(150b)から突起部(20b)が形成され且つ径大部(150a)から本体(20a)が形成されるように突起付円盤体(150)を加工成型する加工成型ステップ(S40)と
を備えることを特徴とする弁体の製造方法。 - 前記孔台(500)に穿設された孔(510)が上端部付近において上から下に向け末窄まりのテーパ面を有する請求項1に記載の弁体の製造方法。
- 弁座(14)に対して着座可能とされた本体(20a)と、本体(20a)の中心軸(J1)上における反弁座側に本体(20a)と一体的に突設されスイングアーム(30)の可動端部(30a)に連結される突起部(20b)とを備えた弁体(20)の製造方法であって、
弁体(20)一つあたりの素材である耐熱鋼の2倍強量の鋼塊に対して据込み及び鍛伸を施すことにより該耐熱鋼の多角柱体(230)を得る多角柱体形成ステップ(S10´)と、
多角柱体(230)の端部をタップ鍛造して径小部(140b)と成し径大部(140a)とその両側の径小部(140b)とを有する段付体(240)を得る段付体形成ステップ(S20´)と、
段付体(240)における両側の径小部(240b)を、それぞれ上下対象な孔台(500)における孔(510)に挿入して段付体(240)をその軸方向(Z)に据込むことにより上下両側に突起を有する突起付円盤体(250)を得る突起付円盤体形成ステップ(S30´)と、
突起付円盤体(250)をその軸線に直交する平面により切断して2分割する分割ステップ(S35´)と、
突起付円盤体(250)における両側の径小部(250b)から各突起部(20b)が形成され且つ径大部(250a)から各本体(20a)が形成されるように突起付円盤体(250)を加工成型する加工成型ステップ(S40´)と
を備えることを特徴とする弁体の製造方法。 - 弁座(14)に対して着座可能とされた本体(20a)と、本体(20a)の中心軸(J1)上における反弁座側に本体(20a)と一体的に突設されスイングアーム(30)の可動端部(30a)に連結される突起部(20b)とを備えた弁体(20)であって、
突起部(20b)ではその軸方向に平行な鍛流線(T2)が形成され、本体(20a)ではその外表面(150d)に沿うように湾曲した鍛流線(T3)が形成され、これら2種類の鍛流線(T2,T3)は、突起部(20b)の軸方向から本体(20a)の径方向になだらかに変化していることを特徴とする弁体。 - 弁体(20)における衝撃吸収エネルギー値が全方位において19.6J以上とされた請求項4に記載の弁体。
- 請求項4又は請求項5に記載の弁体(20)を備えた再熱蒸気止弁。
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