JP6382556B2

JP6382556B2 - 蒸気弁

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Publication number: JP6382556B2
Application number: JP2014079781A
Authority: JP
Inventors: 優一中村; 朋男大藤; 塩山　勉; 勉塩山; 崇司井關
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-04-08
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Description

本発明の実施形態は、蒸気弁に関する。

蒸気タービン配管系には、ボイラで発生した蒸気を蒸気タービンに導く主蒸気管が備えられている。この主蒸気管には、蒸気の流量を調節および遮断するための蒸気弁が設けられている。

図１８は、従来の蒸気弁３００の縦断面を示した図である。主蒸気管に設けられる従来の蒸気弁３００は、一つのケーシング３１０内に、蒸気加減弁３２０と主蒸気止め弁３３０とが組み合わされた、いわゆる組合せ蒸気弁である。

図１８に示すように、蒸気弁３００は、上方側から駆動されて上下方向に移動可能な蒸気加減弁３２０と、蒸気加減弁３２０の下方側に、蒸気加減弁３２０と同軸上に設けられ、下方側から駆動されて上下方向に移動可能な主蒸気止め弁３３０を備えている。さらに、蒸気弁３００は、蒸気加減弁３２０および主蒸気止め弁３３０を囲むように配置された、円筒状のストレーナ３４０を備えている。このストレーナ３４０は、蒸気入口３１１から導入された蒸気中の異物が下流側に流れ込むのを防止する。

蒸気加減弁３２０は、弁棒３２１と弁体３２３とを備えている。弁棒３２１は、上蓋３５０を貫通し、上方から駆動されて上下方向に移動可能な構造となっている。弁体３２３は、弁棒３２１の下端側に環状に設けられ、下面に凹部３２２を有する。

主蒸気止め弁３３０は、弁棒３３１と、弁体３３２と、案内筒３３３とを備えている。弁棒３３１は、ケーシング３１０の底部を貫通し、下方から駆動されて上下方向に移動可能な構造となっている。弁体３３２は、弁棒３３１の上端側に設けられ、弁棒３３１から半径方向外側に周方向に亘って突出する。また、弁体３３２は、蒸気加減弁３２０の弁体３２３の凹部３２２内に収容される。案内筒３３３は、ケーシング３１０の底部に固定され、中央に弁棒３３１を貫設する円筒体である。

蒸気加減弁３２０の弁体３２３および主蒸気止め弁３３０の弁体３３２の下方には、それぞれの弁体と当接する弁座３６０が設けられている。蒸気加減弁３２０の弁体３２３および主蒸気止め弁３３０の弁体３３２を弁座３６０に当接して圧着することで、蒸気の流れを遮断することができる。

また、ケーシング３１０の底部側には、蒸気タービンを稼働させるためのウォーミングを行う際に発生したドレンを排出するドレン排出孔３１２が設けられている。このドレン排出孔３１２は、配置構成上、図１８に示すように、ケーシング３１０の底部側の側壁に側方（図１８では左水平方向）に向かって形成されている。また、ドレン排出孔３１２には、ドレンを外部に導くドレン管３７０が設けられている。このドレン管３７０には、遮断弁３８０が設けられている。この遮断弁３８０を開くことで、ウォーミングの際に生じたドレンが復水器に導かれる。そして、遮断弁３８０は、ウォーミング後に閉じられる。すなわち、蒸気タービンの通常運転時には、ドレン管３７０は、一端が蒸気弁３００内に連通し、他端が閉塞された管部を構成する。

このような構成を備える蒸気弁３００において、蒸気弁３００の上流側に配置されたボイラの過熱器によって過熱された蒸気が、蒸気入口３１１から供給される。蒸気入口３１１から導入された蒸気は、ストレーナ３４０を通り、蒸気加減弁３２０の弁体３２３および主蒸気止め弁３３０の弁体３３２と弁座３６０との間を通過する。弁座３６０の中央の貫通部を下方に通過した蒸気の流れは、弁座３６０の下流側で蒸気通路に沿って曲げられる。そして、蒸気は、蒸気出口３１３から排出され、高圧タービンへ導かれる。

この際、蒸気の流量は、蒸気加減弁３２０の弁開度によって調整される。すなわち、蒸気の必要流量が少ない場合には、蒸気加減弁３２０の弁開度は小さく、蒸気の必要流量が多い場合には、蒸気加減弁３２０の弁開度は大きくなる。蒸気の必要流量が少ない場合、蒸気加減弁３２０の弁体３２３と弁座３６０との間の隙間は狭いため、蒸気の流れは、この隙間で絞られる。そして、蒸気の流速は増加する。

ここで、蒸気加減弁３２０の弁体３２３と弁座３６０との間を通過した蒸気の、一部の蒸気Ｆは、図１８に示すように、案内筒３３３の側面に沿って下方に流れる。そして、蒸気Ｆは、ケーシング３１０の底部側において、外側に周方向に亘って突出する案内筒３３３のつば部３３３ａの形状に沿って流れる。その際、外側に向かう速度成分が加わり、図１８に示すように、蒸気Ｆは、外側に向かって流れる。

周方向に広がった蒸気Ｆの一部は、ドレン排出孔３１２の開口３１２ａに向かって流れる。ドレン管３７０においては、ドレン排出孔３１２に向かって流れる蒸気Ｆの影響を受ける。そして、蒸気タービンの通常運転時には、ドレン排出孔３１２の開口３１２ａと遮断弁３８０との間のドレン管３７０内に圧力変動が生じる。

近年、蒸気タービンにおいて、高効率化を図るために、蒸気の高温化、高圧化が進められている。また、製造コスト削減のために、装置の小型化なども検討されている。これらは、蒸気加減弁３２０の弁体３２３と弁座３６０との間を流れる蒸気の流速や、蒸気弁３００内における蒸気通路を流れる蒸気の流速を増加する。そのため、上記した蒸気Ｆによって生じるドレン管３７０内の圧力変動は増加する傾向にある。

奈良部厚，進藤蔵，「蒸気タービン用蒸気弁の現状と動向」，ターボ機械VOL.30 No.7，日本工業出版株式会社，2002年7月10日，p.404-408の図1

上記した従来の蒸気弁３００において、蒸気加減弁３２０の弁開度を絞った状態、すなわち、蒸気弁３００を通過させる蒸気の流量が少ない状態で運転すると、遮断弁３８０よりも蒸気弁３００側のドレン管３７０の温度が異常に上昇することがある。これは、ドレン管３７０内の圧力変動による熱音響効果で発生するものと考えられる。そして、このような異常な温度の上昇は、ドレン管の破損を引き起こす可能性がある。

本発明が解決しようとする課題は、ドレン管の温度の異常な上昇を防止し、信頼性の高い蒸気弁を提供するものである。

実施形態の蒸気弁は、上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流量を調整する第１の弁体と、前記第１の弁体の下方側かつ前記第１の弁体と同軸上に、上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流れを遮断する第２の弁体と、前記第１の弁体および前記第２の弁体が接離する弁座と、前記第２の弁体を備える弁棒を摺動可能に支持し、蒸気弁内の底部側において、外側に周方向に亘って突出するつば部を有する案内筒とを備える。

さらに、蒸気弁は、前記第１の弁体、前記第２の弁体、前記弁座、前記案内筒を収納するケーシングと、前記ケーシングの底部側の側壁に形成されたドレン排出孔と、遮断弁を介在し、前記ドレン排出孔に連通するドレン管と、前記第１の弁体と前記弁座との間を通過した蒸気のうち、前記案内筒に沿って流れる蒸気の、前記ドレン排出孔に向かう流れの方向を変更する流れ方向変更部とを備える。そして、前記流れ方向変更部が、前記案内筒の前記ドレン排出孔側の側面から外側に向かって突設された、軸方向に延びる突条部である。

第１の実施の形態の蒸気弁を備えた発電プラントの一例を示す系統図である。第１の実施の形態の蒸気弁の斜視図である。第１の実施の形態の蒸気弁の縦断面を示す図である。第１の実施の形態の蒸気弁における流れ方向変更部の斜視図である。第１の実施の形態の蒸気弁における、他の構成の流れ方向変更部の斜視図である。第２の実施の形態の蒸気弁の縦断面を示す図である。第２の実施の形態の蒸気弁における流れ方向変更部の斜視図である。図６のＡ−Ａ断面を示した図である。第３の実施の形態の蒸気弁の縦断面を示す図である。第３の実施の形態の蒸気弁における流れ方向変更部の斜視図である。図９のＢ−Ｂ断面を示した図である。第４の実施の形態の蒸気弁の縦断面を示す図である。第５の実施の形態の蒸気弁の縦断面を示す図である。図１３のＣ−Ｃ断面を示した図である。第６の実施の形態の蒸気弁の縦断面を示す図である。第７の実施の形態の蒸気弁の縦断面を示す図である。第８の実施の形態の蒸気弁の縦断面を示す図である。従来の蒸気弁の縦断面を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の蒸気弁１０を備えた発電プラント２５０の一例を示す系統図である。

図１に示すように、発電プラント２５０では、ボイラ２５１の過熱器２５２で加熱された蒸気は、主蒸気管２５３、および主蒸気管２５３に設けられた蒸気弁１０を介して高圧タービン２５４へ導入される。なお、後述するが、蒸気弁１０は、主蒸気止め弁および蒸気加減弁の機能を備えた組合せ蒸気弁である。

ここで、例えば、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせるコンバインドサイクルシステムでは、ボイラ２５１は、排熱回収ボイラとして機能する。この場合、ガスタービンからの排ガスを利用してボイラ２５１を機能させる。また、ガスタービンとのコンバインドサイクルシステムを構成しない場合、ボイラ２５１においては、例えば、化石燃料などを燃焼させ、その熱を利用する。

高圧タービン２５４で仕事をした蒸気は、低温再熱蒸気管２５５を経由してボイラ２５１の再熱器２５６にて再熱され、高温再熱蒸気管２５７、および高温再熱蒸気管２５７に設けられた再熱蒸気弁２５８を介して中圧タービン２５９へ導入される。

中圧タービン２５９で仕事をした蒸気は、クロスオーバ管２６０を経由して低圧タービン２６１へ導入される。低圧タービン２６１で仕事をした蒸気は、復水器２６２にて水に戻され、給水ポンプ２６４によって、低圧給水加熱器２６３および高圧給水加熱器２６５を経由して再びボイラ２５１の過熱器２５２に供給される。また、例えば、高圧タービン２５４、中圧タービン２５９、低圧タービン２６１は、発電機２６６を駆動して発電させる。

なお、ここで示した発電プラント２５０の構成は一例であり、これに限られるものではない。

次に、第１の実施の形態の蒸気弁１０の構成を説明する。

図２は、第１の実施の形態の蒸気弁１０の斜視図である。図３は、第１の実施の形態の蒸気弁１０の縦断面を示す図である。図４は、第１の実施の形態の蒸気弁１０における流れ方向変更部８０の斜視図である。なお、ここで説明する蒸気弁１０は、主蒸気管に設けられる、主蒸気止め弁および蒸気加減弁の機能を備えた組合せ蒸気弁である。

図２および図３に示すように、第１の実施の形態の蒸気弁１０は、蒸気入口２１より、例えば水平方向に導入した蒸気を鉛直下方に導き、鉛直下方に導かれた蒸気を、例えば水平方向に導いて蒸気出口２２より導出する蒸気通路を形成するケーシング２０を備えている。ケーシング２０の上方には、ケーシング２０を上方から覆う上蓋２５が、締結ボルト２４によって連結されている。なお、このように上蓋２５が締結ボルト２４によってケーシング２０に連結されることによって、ケーシング２０内を流れる蒸気の外部への漏洩が防止される。

ケーシング２０内には、図３に示すように、上方側から駆動されて上下方向に移動可能な蒸気加減弁３０と、この蒸気加減弁３０の下方側に、蒸気加減弁３０と同軸上に設けられ、下方側から駆動されて上下方向に移動可能な主蒸気止め弁４０を備えている。さらに、ケーシング２０内には、蒸気加減弁３０および主蒸気止め弁４０を囲むように配置された、円筒状のストレーナ５０を備えている。このストレーナ５０は、蒸気入口２１から導入された蒸気中の異物が下流側に流れ込むのを防止する。ストレーナ５０は、例えば、多孔質部材や多孔板などで構成される。

蒸気加減弁３０は、蒸気の流量を調整する。なお、蒸気加減弁３０は、蒸気の流れを遮断するときには、閉じられる。この蒸気加減弁３０は、弁棒３１と弁体３２とを備えている。弁棒３１は、上蓋２５を貫通し、上方から駆動されて上下方向に移動可能に支持されている。弁体３２は、弁棒３１の下端側に環状に設けられ、下面に凹部３３を有する。弁体３２の外周には、弁体３２の上下移動を案内する円筒状の案内ガイド３４が設けられている。なお、弁体３２は、第１の弁体として機能する。

主蒸気止め弁４０は、蒸気の流れを遮断する。この主蒸気止め弁４０は、弁棒４１と、弁体４２と、案内筒４３とを備えている。弁棒４１は、ケーシング２０の底部を貫通し、下方から駆動されて上下方向に移動可能に支持されている。弁体４２は、弁棒４１の上端側に設けられ、弁棒４１から半径方向外側に、周方向に亘って突出する。また、弁体４２は、蒸気加減弁３０の弁体３２の凹部３３内に収容される。すなわち、弁体４２は、弁体３２の凹部３３内に出入り可能となる。なお、弁体４２は、第２の弁体として機能する。

案内筒４３は、ケーシング２０の底部に固定され、中央に弁棒４１を摺動可能に貫設する円筒体である。案内筒４３が弁棒４１を支持することで、主蒸気止め弁４０は上下方向に安定して移動できる。

案内筒４３の、ケーシング２０の底部側には、外側に周方向に亘って突出するつば部４３ａを備える。つば部４３ａの上端部は、例えば、図３および図４に示すように、下方に向かって傾斜する傾斜面４３ｂで構成される。なお、つば部４３ａの上端部の形状は、これに限られず、例えば、下に凸の湾曲面などで構成されてもよい。

つば部４３ａの高さＩは、ケーシング２０の底面に接触するつば部４３ａの下端とつば部４３ａの上端との軸方向の距離である。このつば部４３ａの高さＩは、例えば、ケーシング２０の底面と、後述するドレン排出孔２３の上端との軸方向の距離Ｊの３倍未満程度に形成されている。

蒸気加減弁３０の弁体３２および主蒸気止め弁４０の弁体４２の下方には、それぞれの弁体と当接する弁座６０が設けられている。この弁座６０は、中央に蒸気通路６１を有する中空の環状形状を有している。例えば、蒸気加減弁３０の弁体３２および主蒸気止め弁４０の弁体４２を弁座６０に当接して圧着することで、蒸気の流れを遮断することができる。

ケーシング２０の底部側には、蒸気タービンを稼働させるためのウォーミングを行う際に発生したドレンを排出するドレン排出孔２３が設けられている。このドレン排出孔２３は、配置構成上、図３に示すように、ケーシング２０の底部側の側壁２０ａに側方（図３では左水平方向）に向かって形成されている。

このドレン排出孔２３に連通するように、ドレンを外部に導くドレン管７０が設けられている。ドレン排出孔２３側のドレン管７０は、例えば、略水平方向に設けられている。なお、略水平方向には、水平方向以外に、ドレンを流下させるために下方に０．５〜２度傾斜させた方向も含む。ドレン管７０には、遮断弁７１が設けられている。

この遮断弁７１を開くことで、ウォーミングの際に生じたドレンが復水器に導かれる。そして、遮断弁７１は、ウォーミング後に閉じられる。すなわち、蒸気タービンの運転時には、ドレン管７０は、一端が蒸気弁１０内に連通し、他端が閉塞された管部を構成する。

また、蒸気弁１０は、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気の、ドレン排出孔２３に向かう流れの方向を変更する流れ方向変更部８０を備えている。ここでは、流れ方向変更部８０を案内筒４３の側面４４に設けた一例を示す。

図３および図４に示すように、案内筒４３のドレン排出孔側の側面４４には、外側に向かって突設された、軸方向に延びる突条部８１を備える。図３に示すように、突条部８１の下流端部は、ドレン排出孔２３に対向している。この突条部８１は、流れ方向変更部８０として機能する。なお、図４は、流れ方向変更部８０をドレン排出孔２３側から見た図である。

突条部８１は、例えば、図４に示すように、下流に行くに伴って周方向の幅が増加するように構成される。なお、ここでは、図３に示すように、軸方向の断面が長方形となる突条部８１の一例を示したが、突条部８１の軸方向の断面形状は特に限定されるものではない。突条部８１は、案内筒４３に沿って流れる蒸気Ｆを、案内筒４３の上部から分流できる突条形状を有していればよい。例えば、下流に行くに伴って突条部８１の突出高さを増加させてもよい。この場合、図３に相当する断面において、突条部８１の断面形状は、台形状となる。

突条部８１を備えることで、案内筒４３に沿って流れる蒸気Ｆを、突条部８１を境として分流することができる。また、下流に行くに伴って突条部８１の周方向の幅を増加することで、突条部８１の下流端において対向するドレン排出孔２３に向かう蒸気Ｆの流れの方向をより確実に変更することができる。換言すると、下流に行くに伴って突条部８１の周方向の幅を増加することで、蒸気Ｆの流れをよりドレン排出孔２３から遠ざかる方向に分流することができる。

ここで、図５は、第１の実施の形態の蒸気弁１０における、他の構成の流れ方向変更部８０の斜視図である。なお、図５は、流れ方向変更部８０をドレン排出孔２３側から見た図である。

図５に示すように、突条部８１の上方の端部８２において、例えば、端部８２の周方向の幅をテーパ状に先細りに構成してもよい。このように構成することで、蒸気Ｆの流れの分岐部、すなわち端部８２における流れの分流をスムーズに行うことができる。そのため、端部８２における圧力損失を抑制することができる。

次に、蒸気弁１０内の蒸気の流れについて説明する。

例えば、図１に示されるボイラ２５１の過熱器２５２によって過熱された蒸気が、図３に示される蒸気入口２１から供給される。蒸気入口２１から導入された蒸気は、ストレーナ５０を通り、蒸気加減弁３０の弁体３２および主蒸気止め弁４０の弁体４２と弁座６０との間を通過する。

この際、例えば、主蒸気止め弁４０は全開である。すなわち、主蒸気止め弁４０の弁体４２と弁座６０との間の隙間を最大としている。また、蒸気加減弁３０は、蒸気の必要流量に応じて開度が設定される。すなわち、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間の隙間を流す蒸気の流量に応じて調整している。ここでは、ドレン管７０の温度異常が生じやすい条件、すなわち、流す蒸気の流量が少ない場合を想定して説明する。その場合、蒸気加減弁３０の弁開度は小さい状態となる。

蒸気加減弁３０の弁開度が小さい場合、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間の隙間は狭いため、蒸気の流れは、この隙間で絞られる。そして、蒸気の速度は増加する。蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気うち、一部の蒸気Ｆは、図３および図４に示すように、案内筒４３の側面に沿って下方に流れる。

案内筒４３の側面に沿う蒸気Ｆの流れのうち、突条部８１に達した蒸気Ｆの流れは、突条部８１を境として分流する。なお、図４では、突条部８１を境として左右に分流している。分流した蒸気Ｆは、下流に行くに伴って、突条部８１から離れるように流れる。

そのため、突条部８１の下流端において対向するドレン排出孔２３に向かう蒸気Ｆの流れは生じない。これによって、ドレン排出孔２３を介してドレン管７０に、蒸気Ｆの流れの圧力変動が伝わらないため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止できる。ここで、ドレン排出孔２３に向かう蒸気Ｆの流れとは、主に流れの動圧によってドレン排出孔２３の開口２３ａに流れ込む蒸気の流れをいう（以下、同じ）。

そして、分流された蒸気Ｆは、他の蒸気とともに、蒸気出口２２に向かって流れる。蒸気出口２２から排出された蒸気は、高圧タービン２５４へ導入される。

なお、ここでは、蒸気加減弁３０の弁開度は小さい場合を想定して説明したが、蒸気加減弁３０の弁開度が大きい場合おいても、同様の作用効果を得ることができる。

ここで、蒸気Ｆの流れの圧力変動をドレン管７０に伝えないことで、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止できる理由を説明する。

ここでは、内径がＲの円筒の管内圧力変動の周波数をｆ（Ｈｚ）とする。文献１（荒川、川橋、機械学会論文集、６２巻５９８号、Ｂ（１９９６）、ｐ.２２３８−２２４５）によれば、管内圧力変動振幅Ｐを管内平均圧力Ｐ_０で割って無次元化した式（１）の関係を用いて、管壁近傍の境界層内で圧力変動による熱音響効果で発生する熱流束ｑ（Ｗ／ｍ^２）は、式（２）で求められる。

ここで、Ｐ_１は無次元圧力振幅、Ｋは配管形状で決まる定数、γは比熱比、μは粘性係数、ａは音速、δは境界層の厚さである。

円筒の内周長は、πＲであるので、円筒の単位長さあたりの発熱量Ｑ（Ｗ／ｍ）は、式（３）によって求められる。

ここで、角振動数ωを２πｆとすると、境界層の厚さδは、式（４）で求められる。

ここで、νは動粘性係数である。

すなわち、管内圧力変動による発熱（熱音響効果）は、式（３）から明らかなように、無次元圧力振幅の２乗に比例している。そのため、管内圧力変動を抑制することで、発熱が抑えられることがわかる。

上記したように、第１の実施の形態の蒸気弁１０によれば、流れ方向変更部８０（突条部８１）を備えることで、案内筒４３の側面に沿う蒸気Ｆの流れの圧力変動が、ドレン排出孔２３を介してドレン管７０に伝わることを防止できる。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１０を提供することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態の蒸気弁１１の縦断面を示す図である。図７は、第２の実施の形態の蒸気弁１１における流れ方向変更部８０の斜視図である。図８は、図６のＡ−Ａ断面を示した図である。なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態の蒸気弁１０の構成と同一の構成部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。

第２の実施の形態の蒸気弁１１では、流れ方向変更部８０の構成以外は第１の実施の形態の蒸気弁１０の構成と同じである。そのため、ここでは、流れ方向変更部８０について主に説明する。

図６〜図８に示すように、流れ方向変更部８０は、一端がドレン排出孔２３の入口に連結し、他端の上半側先端９１が他端の下半側先端９２よりも長さ方向（長手方向）に突出した筒体９０を備えている。さらに、流れ方向変更部８０は、筒体９０に長さ方向に形成され、ドレン排出孔２３に連通する連通孔９３を備えている。例えば、筒体９０の下半側に、長さ方向に亘って連通孔９３を形成することができる。

ここで、上半側とは、例えば、図８に示す断面において断面形状が円としたときに、円の中心を通る水平な直線で上下を２分割したときの上側をいう。下半側とは、図８に示す断面において断面形状が円としたときに、円の中心を通る水平な直線で上下を２分割したときの下側をいう。

ドレン排出孔２３側とは異なる側の連通孔９３の端部は、蒸気弁１１の内部に開口している。しかしながら、筒体９０の上半側先端９１が下半側先端９２よりも案内筒４３側へ突出しているため、上方からは、例えば、先端側の連通孔９３の端部を見ることはできない。なお、蒸気タービンを稼働させるためのウォーミングを行う際、発生したドレンは、連通孔９３を通り、ドレン排出孔２３に流入する。

筒体９０は、例えば、円筒形状を有している。図６に示すように、筒体９０の高さＨは、案内筒４３のつば部４３ａの高さＩよりも低く構成されている。筒体９０は、例えば、溶接などによってケーシング２０の底面に固定される。また、ここでは、連通孔９３の断面を矩形とした一例を示したが、断面は円形であってもよい。

このような流れ方向変更部８０を備えた蒸気弁１１内において、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気の、一部の蒸気Ｆは、案内筒４３の側面に沿って流れる。蒸気Ｆが案内筒４３のつば部４３ａに沿って流れる際、外側に向かう速度成分が加わり、図６に示すように、蒸気Ｆは、外側に向かって流れる。外側に向かう蒸気Ｆの流れの一部は、筒体９０上に流下し、筒体９０の外面に沿って流れる。この際、蒸気Ｆの流れは、筒体９０上に衝突し、図８に示すように、分流される。図８では、筒体９０の左右に分流されている。すなわち、筒体９０によって蒸気Ｆの流れ方向が変更される。

このように、筒体９０上に流下する蒸気Ｆは、一旦筒体９０に衝突してその流れ方向が変更される。筒体９０の高さＨは、案内筒４３のつば部４３ａの高さＩよりも低く、先端側の連通孔９３の端部は、突出した上半側先端９１によって覆われているため、連通孔９３に向かう蒸気Ｆの流れは生じない。これによって、連通孔９３およびドレン排出孔２３を介してドレン管７０に、蒸気Ｆの流れの圧力変動が伝わらないため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止できる。

上記したように、第２の実施の形態の蒸気弁１１によれば、流れ方向変更部８０を備えることで、案内筒４３の側面に沿う蒸気Ｆの流れの圧力変動が、ドレン排出孔２３を介してドレン管７０に伝わることを防止できる。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１１を提供することができる。

（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態の蒸気弁１２の縦断面を示す図である。図１０は、第３の実施の形態の蒸気弁１２における流れ方向変更部８０の斜視図である。なお、図１０は、流れ方向変更部８０をドレン排出孔２３側から見た図である。図１１は、図９のＢ−Ｂ断面を示した図である。

第３の実施の形態の蒸気弁１２では、流れ方向変更部８０の構成以外は第１の実施の形態の蒸気弁１０の構成と同じである。そのため、ここでは、流れ方向変更部８０について主に説明する。

図９および図１０に示すように、流れ方向変更部８０は、案内筒４３のドレン排出孔２３側の側面に、軸方向に複数段形成された溝部１００で構成されている。これらの溝部１００は、例えば、円筒の案内筒４３の側面の半周、すなわち円周の１／２に亘って形成される。

ここで、案内筒４３のドレン排出孔２３側の側面について説明する。図１１に示すように、ドレン排出孔２３の中心線に平行で、かつ案内筒４３の中心Ｏを通る直線をＬとする。なお、案内筒４３の中心Ｏは、主蒸気止め弁４０の弁棒４１の中心でもある。

この場合、案内筒４３の中心Ｏを中心とし、直線Ｌを境としてそれぞれの方向に角度θの範囲（角度２θの範囲）に対応する側面を、案内筒４３のドレン排出孔２３側の側面と定義する。上記した一例では、この角度θを９０度とし、案内筒４３のドレン排出孔２３側の側面の範囲を円筒の案内筒４３の側面の半周としている。

この角度θは、例えば、１５〜９０度に設定されることが好ましい。角度θをこの範囲に設定することで、案内筒４３の側面に沿う蒸気Ｆの流れのうち、ドレン排出孔２３に向かう流れの速度を低下せることができる。

このような流れ方向変更部８０を備えた蒸気弁１２内において、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気の、一部の蒸気Ｆは、案内筒４３の側面に沿って流れる。案内筒４３のドレン排出孔２３側の側面に沿って流れる蒸気Ｆは、図９および図１０に示すように、溝部１００内に入り込み、溝部１００の表面で乱されて、渦流を形成する。これによって、蒸気Ｆの流れ方向が変更されるとともに、蒸気Ｆの流れが減衰されて蒸気Ｆの速度は低下する。そして、案内筒４３の下流側まで流下した蒸気Ｆの速度は、低速となる。

このような低速の蒸気Ｆの流れがドレン排出孔２３に達したとしても、ドレン排出孔２３を介してドレン管７０に伝えられる圧力変動は非常に小さなものとなる。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止できる。

上記したように、第３の実施の形態の蒸気弁１２によれば、流れ方向変更部８０を備えることで、ドレン排出孔２３に向かう流れの方向を変更するとともに、蒸気Ｆの流れを減衰して流れの速度を低下せることができる。これによって、ドレン排出孔２３を介してドレン管７０に伝わる圧力変動は低減する。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１２を提供することができる。

（第４の実施の形態）
図１２は、第４の実施の形態の蒸気弁１３の縦断面を示す図である。第４の実施の形態の蒸気弁１３では、流れ方向変更部８０の構成以外は第１の実施の形態の蒸気弁１０の構成と同じである。そのため、ここでは、流れ方向変更部８０について主に説明する。

図１２に示すように、流れ方向変更部８０は、弁座６０の中央における蒸気通路６１のスロート部Ｓから下流に向かうに伴って通路断面が増加するように、内周面を湾曲させた弁座６０で構成されている。ここで、スロート部Ｓは、弁座６０の中央における蒸気通路において、通路断面が最小となる断面である。

例えば、スロート部Ｓにおける通路断面積を１とした場合、蒸気通路６１の出口における通路断面積を２．２〜３倍程度にすることが好ましい。この範囲とすることで、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気の流れを外側に向かって広げることができる。なお、蒸気通路６１の出口における通路断面積を上記した範囲とするための、弁座６０の内周面を湾曲は、流れの剥離が生じない程度に緩やかに構成することが好ましい。

このような流れ方向変更部８０を備えた蒸気弁１２内において、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気は、弁座６０の内周面に沿って流れる。そして、弁座６０の出口において、外側に広がる流れが得られる。

この場合、案内筒４３の側面に沿う蒸気の流れは極小化される。そのため、案内筒４３の側面に沿って流れ、下流側においてドレン排出孔２３に向かって流れる蒸気の流れは極小化される。これによって、ドレン排出孔２３を介してドレン管７０に、蒸気の流れの圧力変動が伝わらないため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止できる。

弁座６０の蒸気通路６１を通過し、外側に広がった流れは、弁座６０の下流側の蒸気通路内に広がり、蒸気出口２２に向かって流れる。

上記したように、第４の実施の形態の蒸気弁１３によれば、流れ方向変更部８０を備えることで、案内筒４３の側面に沿う蒸気の流れを極小化できる。これによって、ドレン排出孔２３に向かって流れる蒸気による圧力変動は、ドレン管７０には伝わらない。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１３を提供することができる。

（第５の実施の形態）
図１３は、第５の実施の形態の蒸気弁１４の縦断面を示す図である。図１４は、図１３のＣ−Ｃ断面を示した図である。第５の実施の形態の蒸気弁１４では、流れ方向変更部８０の構成以外は第１の実施の形態の蒸気弁１０の構成と同じである。そのため、ここでは、流れ方向変更部８０について主に説明する。

図１３および図１４に示すように、流れ方向変更部８０は、ドレン排出孔２３が形成された側のケーシング２０の側壁２０ａと、案内筒４３との間の隙間を小さくすることで構成される。例えば、図１３および図１４に示すように、ドレン排出孔２３が形成された側のケーシング２０の側壁２０ａを案内筒４３側に突出させることで、側壁２０ａと案内筒４３との間の隙間を小さくできる。

ここで、隙間は、図１３に示すように、ドレン排出孔２３の中心を含む蒸気弁１４の縦断面において、ケーシング２０の側壁２０ａと案内筒４３のつば部４３ａとの間が最小となる。この最小の隙間の距離Ｄは、例えば、ドレン排出孔２３にドレンを導くことができる最小の距離に設定される。

このような流れ方向変更部８０を備えた蒸気弁１４内において、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気Ｆのうち、一部の蒸気Ｆは、案内筒４３の側面に沿って流れる。しかしながら、ドレン排出孔２３が形成されたケーシング２０の側壁２０ａと、案内筒４３との間の隙間は小さいため、蒸気Ｆは、この隙間を避けるように案内筒４３の側面に沿って流れる。

そのため、ドレン排出孔２３に向かう蒸気Ｆの流れは生じない。これによって、ドレン排出孔２３を介してドレン管７０に、蒸気Ｆの流れの圧力変動が伝わらないため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止できる。

上記したように、第５の実施の形態の蒸気弁１４によれば、流れ方向変更部８０を備えることで、ドレン排出孔２３に向かう蒸気Ｆの流れは生じない。これによって、ドレン排出孔２３に向かって流れる蒸気による圧力変動は、ドレン管７０には伝わらない。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１４を提供することができる。

なお、ここでは、ドレン排出孔２３が形成された側のケーシング２０の側壁２０ａを、案内筒４３側に突出させることで、側壁２０ａと案内筒４３との間の隙間を小さくした一例を示したが、この構成に限られるものではない。

例えば、図１３に示す断面に相当する断面において、蒸気加減弁３０、主蒸気止め弁４０、弁座６０、ストレーナ５０からなる構造体を、ドレン排出孔２３が形成された側のケーシング２０の側壁２０ａに近づけてもよい。すなわち、上記構造体における中心軸を、弁座６０の下流の蒸気流路における鉛直方向の中心軸に対して、ドレン排出孔２３側に偏心させてもよい。この場合においても、図１３に示した蒸気弁１４における作用効果と同様の作用効果が得られる。

（第６の実施の形態）
図１５は、第６の実施の形態の蒸気弁１５の縦断面を示す図である。第６の実施の形態の蒸気弁１５では、流れ方向変更部８０の構成以外は第１の実施の形態の蒸気弁１０の構成と同じである。そのため、ここでは、流れ方向変更部８０について主に説明する。

図１５に示すように、流れ方向変更部８０は、案内筒４３の、つば部４３ａの上方の側壁の外径を、つば部４３ａの外径と同じとすることで構成される。ここで、図１５において、つば部４３ａの上方における側壁の外径を大きくする前の形状を破線で示している。なお、案内筒４３の、つば部４３ａの上方の側壁の外径を、つば部４３ａの外径よりも大きくしてもよい。すなわち、案内筒４３の、つば部４３ａの上方の側壁の外径は、つば部４３ａの外径以上に設定される。

このような流れ方向変更部８０を備えた蒸気弁１５内において、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気Ｆのうち、一部の蒸気Ｆは、案内筒４３の側面に沿って流れる。案内筒４３の側面に沿って流れる蒸気Ｆは、ほぼ鉛直下方に流れ、ケーシング２０の底面に衝突する。ケーシング２０の底面に衝突した蒸気Ｆは、他の蒸気とともに、蒸気出口２２に向かって流れる。

そのため、ドレン排出孔２３に向かう蒸気Ｆの流れはほとんど生じない。これによって、ドレン排出孔２３を介してドレン管７０に、蒸気Ｆの流れの圧力変動が伝わらないため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止できる。

上記したように、第６の実施の形態の蒸気弁１５によれば、流れ方向変更部８０を備えることで、ドレン排出孔２３に向かう蒸気Ｆの流れはほとんど生じない。これによって、ドレン排出孔２３に向かって流れる蒸気による圧力変動は、ドレン管７０には伝わらない。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１５を提供することができる。

（第７の実施の形態）
図１６は、第７の実施の形態の蒸気弁１６の縦断面を示す図である。第６の実施の形態の蒸気弁１５では、流れ方向変更部８０の構成以外は第１の実施の形態の蒸気弁１０の構成と同じである。そのため、ここでは、流れ方向変更部８０について主に説明する。

図１６に示すように、流れ方向変更部８０は、案内筒４３のつば部４３ａの高さＩを、ケーシング２０の底面とドレン排出孔２３の上端との軸方向の距離Ｊの３倍以上とすることで構成される。なお、軸方向とは、蒸気加減弁３０や主蒸気止め弁４０における軸方向と同義である。すなわち、軸方向は、図１６においては、上下方向となる。

上述したように、通常、つば部４３ａの高さＩは、距離Ｊの３倍未満に設定されているが、ここでは、その範囲を上回る範囲となっている。すなわち、第７の実施の形態におけるつば部４３ａの高さＩは、前述した通常のつば部４３ａの高さＩよりも高く設定されている。

このような流れ方向変更部８０を備えた蒸気弁１６内において、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気Ｆのうち、一部の蒸気Ｆは、案内筒４３の側面に沿って流れる。つば部の高さＩが通常のつば部４３ａの高さＩよりも高いため、通常よりも上流側で、外側に向かう速度成分が加わり、図１６に示すように、蒸気Ｆは、外側に向かって流れる。

上記したように、第７の実施の形態の蒸気弁１６によれば、流れ方向変更部８０を備えることで、ドレン排出孔２３に向かう蒸気Ｆの流れはほとんど生じない。これによって、ドレン排出孔２３に向かって流れる蒸気による圧力変動は、ドレン管７０には伝わらない。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１６を提供することができる。

（第８の実施の形態）
図１７は、第８の実施の形態の蒸気弁１７の縦断面を示す図である。第８の実施の形態の蒸気弁１７では、上記した実施の形態と異なり、流れ方向変更部８０は備えていない。第８の実施の形態の蒸気弁１７においては、ドレン排出孔１１０の構成が、上記した実施の形態のドレン排出孔２３の構成と異なる。そのため、ここでは、ドレン排出孔１１０について主に説明する。

図１７に示すように、ドレン排出孔１１０は、ケーシング２０の底部壁２０ｂに形成されている。ドレン排出孔１１０は、底部壁２０ｂの内面２０ｃから鉛直下方に向かう鉛直孔１１１、およびこの鉛直孔１１１に連通し側方に貫通する側方孔１１２を備える。なお、側方孔１１２は、例えば水平方向に形成される。また、側方孔１１２は、側方孔１１２が貫通する側に向かって下方傾斜するように形成されてもよい。

ここで、ドレン排出孔１１０は、ドレンを通過させることができる程度の孔径で形成される。ドレン排出孔１１０への蒸気の浸入を防止する観点からは、ドレン排出孔１１０は、ドレンを通過させることができる最小の孔径とすることが好ましい。

側方孔１１２が貫通する底部壁２０ｂの側面には、側方孔１１２に連通するようにドレン管７０が設けられている。このドレン管７０には、遮断弁７１が介在している。

このようなドレン排出孔１１０を備えた蒸気弁１７内において、蒸気加減弁３０の弁体３２と弁座６０との間を通過した蒸気Ｆのうち、一部の蒸気Ｆは、案内筒４３の側面に沿って流れる。蒸気Ｆが案内筒４３のつば部４３ａに沿って流れる際、外側に向かう速度成分が加わり、図１７に示すように、蒸気Ｆは、外側に向かって流れる。

そのため、鉛直孔１１１の開口１１１ａに向かう蒸気Ｆの流れはほとんど生じない。これによって、ドレン排出孔１１０に向かって流れる蒸気による圧力変動は、ドレン管７０には伝わらない。なお、ドレン排出孔１１０（開口１１１ａ）に向かう蒸気Ｆの流れとは、主に流れの動圧によってドレン排出孔１１０の開口１１１ａに流れ込む蒸気の流れをいう。また、例えば、一部の蒸気Ｆが鉛直孔１１１に入り込んだとしても、圧力損失が大きいため、その蒸気Ｆが、鉛直孔１１１から垂直に屈曲する側方孔１１２に入り込むことはない。上記したことから、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１６を提供することができる。

上記したように、第８の実施の形態の蒸気弁１７によれば、上記したドレン排出孔１１０の構成とすることで、ドレン排出孔１１０（開口１１１ａ）に向かう蒸気Ｆの流れは生じない。これによって、ドレン排出孔１１０に向かって流れる蒸気による圧力変動は、ドレン管７０には伝わらない。そのため、ドレン管７０の温度の異常な上昇を防止でき、信頼性の高い蒸気弁１５を提供することができる。

ここで、上記した実施の形態では、蒸気弁として、主蒸気管に設けられる、蒸気加減弁３０と主蒸気止め弁４０とが組み合わされた蒸気弁を例示して説明した。しかしながら、本実施の形態の構成は、例えば、高温再熱蒸気管に設けられる、インターセプト弁と再熱蒸気止め弁とが組み合わされた蒸気弁においても適用することができる。そして、本実施の形態の構成を蒸気加減弁３０と主蒸気止め弁４０とが組み合わされた蒸気弁に適用したときと同様の作用効果を得ることができる。

以上説明した実施形態によれば、ドレン管の温度の異常な上昇を防止し、信頼性の高い蒸気弁を提供することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７…蒸気弁、２０…ケーシング、２０ａ…側壁、２０ｂ…底部壁、２０ｃ…内面、２１…蒸気入口、２２…蒸気出口、２３…ドレン排出孔、２３ａ…開口、２４…締結ボルト、２５…上蓋、３０…蒸気加減弁、３１，４１…弁棒、３２，４２…弁体、３３…凹部、３４…案内ガイド、４０…主蒸気止め弁、４３…案内筒、４３ａ…つば部、４４…側面、５０…ストレーナ、６０…弁座、６１…蒸気通路、７０…ドレン管、７１…遮断弁、８０…流れ方向変更部、８１…突条部、８２…端部、９０…筒体、９１…上半側先端、９２…下半側先端、９３…連通孔、１００…溝部、１１０…ドレン排出孔、１１１…鉛直孔、１１１ａ…開口、１１２…側方孔、２５０…発電プラント、２５１…ボイラ、２５２…過熱器、２５３…主蒸気管、２５４…高圧タービン、２５５…低温再熱蒸気管、２５６…再熱器、２５７…高温再熱蒸気管、２５８…再熱蒸気弁、２５９…中圧タービン、２６０…クロスオーバ管、２６１…低圧タービン、２６２…復水器、２６３…低圧給水加熱器、２６４…給水ポンプ、２６５…高圧給水加熱器、２６６…発電機。

Claims

上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流量を調整する第１の弁体と、
前記第１の弁体の下方側かつ前記第１の弁体と同軸上に、上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流れを遮断する第２の弁体と、
前記第１の弁体および前記第２の弁体が接離する弁座と、
前記第２の弁体を備える弁棒を摺動可能に支持し、蒸気弁内の底部側において、外側に周方向に亘って突出するつば部を有する案内筒と、
前記第１の弁体、前記第２の弁体、前記弁座、前記案内筒を収納するケーシングと、
前記ケーシングの底部側の側壁に形成されたドレン排出孔と、
遮断弁を介在し、前記ドレン排出孔に連通するドレン管と、
前記第１の弁体と前記弁座との間を通過した蒸気のうち、前記案内筒に沿って流れる蒸気の、前記ドレン排出孔に向かう流れの方向を変更する流れ方向変更部と
を具備し、
前記流れ方向変更部が、前記案内筒の前記ドレン排出孔側の側面から外側に向かって突設された、軸方向に延びる突条部であることを特徴とする蒸気弁。
前記突条部の上方の端部における周方向の幅が、先細りに構成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸気弁。
上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流量を調整する第１の弁体と、
前記第１の弁体の下方側かつ前記第１の弁体と同軸上に、上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流れを遮断する第２の弁体と、
前記第１の弁体および前記第２の弁体が接離する弁座と、
前記第２の弁体を備える弁棒を摺動可能に支持し、蒸気弁内の底部側において、外側に周方向に亘って突出するつば部を有する案内筒と、
前記第１の弁体、前記第２の弁体、前記弁座、前記案内筒を収納するケーシングと、
前記ケーシングの底部側の側壁に形成されたドレン排出孔と、
遮断弁を介在し、前記ドレン排出孔に連通するドレン管と、
前記第１の弁体と前記弁座との間を通過した蒸気のうち、前記案内筒に沿って流れる蒸気の、前記ドレン排出孔に向かう流れの方向を変更する流れ方向変更部と
を具備し、
前記流れ方向変更部が、
一端が前記ドレン排出孔の入口に連結し、他端の上半側先端が他端の下半側先端よりも長さ方向に突出した円柱状体と、
前記円柱状体に、長さ方向に形成され、前記ドレン排出孔に連通する連通孔と
を備えることを特徴とする蒸気弁。
上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流量を調整する第１の弁体と、
前記第１の弁体の下方側かつ前記第１の弁体と同軸上に、上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流れを遮断する第２の弁体と、
前記第１の弁体および前記第２の弁体が接離する弁座と、
前記第２の弁体を備える弁棒を摺動可能に支持し、蒸気弁内の底部側において、外側に周方向に亘って突出するつば部を有する案内筒と、
前記第１の弁体、前記第２の弁体、前記弁座、前記案内筒を収納するケーシングと、
前記ケーシングの底部側の側壁に形成されたドレン排出孔と、
遮断弁を介在し、前記ドレン排出孔に連通するドレン管と、
前記第１の弁体と前記弁座との間を通過した蒸気のうち、前記案内筒に沿って流れる蒸気の、前記ドレン排出孔に向かう流れの方向を変更する流れ方向変更部と
を具備し、
前記流れ方向変更部が、前記案内筒の前記ドレン排出孔側の側面に、軸方向に複数段形成された溝部であることを特徴とする蒸気弁。
前記溝部は、前記案内筒の前記ドレン排出孔側の側面に半周に亘って形成されていることを特徴とする請求項４記載の蒸気弁。
上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流量を調整する第１の弁体と、
前記第１の弁体の下方側かつ前記第１の弁体と同軸上に、上下方向に移動可能に設けられ、蒸気の流れを遮断する第２の弁体と、
前記第１の弁体および前記第２の弁体が接離する弁座と、
前記第２の弁体を備える弁棒を摺動可能に支持し、蒸気弁内の底部側において、外側に周方向に亘って突出するつば部を有する案内筒と、
前記第１の弁体、前記第２の弁体、前記弁座、前記案内筒を収納するケーシングと、
前記ケーシングの底部側の側壁に形成されたドレン排出孔と、
遮断弁を介在し、前記ドレン排出孔に連通するドレン管と、
前記第１の弁体と前記弁座との間を通過した蒸気のうち、前記案内筒に沿って流れる蒸気の、前記ドレン排出孔に向かう流れの方向を変更する流れ方向変更部と
を具備し、
前記流れ方向変更部が、前記案内筒の前記つば部の高さを、前記ケーシングの底面と前記ドレン排出孔の上端との軸方向の距離の３倍以上とすることで構成されていることを特徴とする蒸気弁。