JP6861501B2 - 油圧アクチュエータシステム、流体弁、蒸気タービン、及び油圧アクチュエータシステムの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧アクチュエータシステム、流体弁、蒸気タービン、及び油圧アクチュエータシステムの運転方法に関する。

蒸気タービンの主蒸気弁（流体弁の一種）は、流体弁本体と、流体弁本体を開閉する機構である油圧アクチュエータシステムと、を含む。流体弁本体は、弁体と、弁座を含む弁体を収容する弁ケースと、を有する。
油圧アクチュエータシステムでは、油圧シリンダ、管路、油圧ポンプ、バイパス用管路、及び開閉弁が一体に構成されている。

油圧シリンダは、一端が弁体と接続されたピストンロッドと、シリンダと、を含む。シリンダ内は、ピストンロッドを構成するピストンで分離されたヘッド側室及びロッド側室を有する。管路は、ヘッド側室とロッド側室とを接続している。油圧ポンプは、管路に設けられたポンプ本体と、ポンプ本体と接続され、正逆回転可能な電動モータと、を含む。
バイパス用管路は、その両端が管路と接続され、油圧ポンプをバイパスする。開閉弁は、バイパス用管路に設けられている。

上記油圧アクチュエータシステムでは、電動モータの回転方向を切り替えることで、ヘッド側室及びロッド側室のどちらか一方の室内に油を導入させることで、流体弁本体の開閉を行う。

ところで、流体弁本体は、危急時に急閉鎖する必要がある。このとき、油圧ポンプを用いて流体弁本体を閉じると、油圧ポンプの油の供給流量が十分な量でないため、所望の速度で流体弁本体を閉じることが困難となる。
そこで、バイパス用管路に設けられた開閉弁を開いて、油圧ポンプをバイパスさせて、ロッド側室内の油をヘッド側室内に移動させることで、流体弁本体を急閉鎖させることが行われている。

特許文献１には、油圧ショベル、クレーン等の油圧作業機械において、ブーム、アーム等の作業装置の振動を抑制する観点から、蓄圧手段としてアキュムレータを用いることが開示されている。

特許第３１９８２４１号公報

しかしながら、流体弁本体を急閉鎖する場合、アキュムレータ内の高い圧力を有する油がアキュムレータから流出することで、流体弁本体を急閉鎖させる際に時間がかかってしまうという可能性があった。

そこで、本発明は、流体弁本体を短時間で急閉鎖させることの可能な油圧アクチュエータシステム、流体弁、蒸気タービン、及び油圧アクチュエータシステムの運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る油圧アクチュエータシステムによれば、流体弁本体用の油圧アクチュエータシステムであって、シリンダ、及び前記シリンダ内をヘッド側室とロッド側室とに区切るピストンロッド、及び前記シリンダから前記ピストンロッドを突出させる方向に付勢する弾性部を有する油圧アクチュエータと、前記ヘッド側室と前記ロッド側室とを接続しており、油が移動する管路と、前記管路に設けられており、正逆回転可能な油圧ポンプと、前記管路のうち、前記油圧ポンプと前記ロッド側室との間から分岐されており、前記油圧ポンプをバイパスするように、先端が前記管路と接続されたバイパス用管路と、前記バイパス用管路に設けられた切換弁と、前記管路のうち、前記バイパス用管路の分岐位置と前記油圧ポンプとの間から分岐した分岐用管路と、前記分岐用管路と接続されたアキュムレータと、前記分岐用管路に設けられた開閉弁と、前記油圧ポンプ、前記切換弁、前記開閉弁を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、通常運転時には前記切換弁を閉じるとともに前記開閉弁を開き、急閉鎖指令を受信後に、前記開閉弁を閉じた後に前記切換弁を開く。

本発明によれば、上述したバイパス用管路、切換弁、分岐用管路、アキュムレータ、開閉弁、及び制御装置を有することで、通常運転時に切換弁を閉じ、開閉弁を開くことで、油圧ポンプを駆動させることなく、アキュムレータ内の圧力（高圧の油）を用いて、シリンダ内におけるピストンロッドの位置が所定位置となるように維持することが可能となる。これにより、油圧ポンプの電力消費量、及び油圧ポンプの発熱を抑制することができる。

また、急閉鎖指令を制御装置が受信後に、開閉弁を閉じた後に切換弁を開くことで、アキュムレータ内の高圧の油が管路内に移動することを抑制可能となるので、ヘッド側室内の油をロッド側室内に容易に導入させることができる。

さらに、急閉鎖指令を制御装置が受信後に、開閉弁を閉じた後に切換弁を開くことで、管路の全長よりも短い経路（バイパス用管路を含む経路）を用いて、シリンダの内面とピストンロッドの外面との間に形成された隙間を介して、ロッド側室内からヘッド側室内に移動した油を、ヘッド側室内からロッド側室内に短時間で移動させることが可能となるので、流体弁本体を短時間で急閉鎖することができる。

また、上記本発明の一態様に係る油圧アクチュエータシステムにおいて、前記制御装置は、前記急閉鎖指令を受信後に前記開閉弁を閉じたことを検知した段階、或いは前記急閉鎖指令を受信後に所定時間が経過した段階で、前記切換弁を開いてもよい。

このように、制御装置が急閉鎖指令を受信後に開閉弁を閉じたことを検知した段階、或いは制御装置が急閉鎖指令を受信後に所定時間が経過した段階で、切換弁を開くことで、確実に開放弁が閉じた後に切換弁を開くことができる。

また、上記本発明の一態様に係る油圧アクチュエータシステムにおいて、前記分岐用管路に設けられ、前記アキュムレータ内の圧力を検出する圧力検出部を有しており、前記ピストンロッドは、ロッド本体と、前記ロッド本体に設けられ、前記シリンダ内を前記ヘッド側室と前記ロッド側室とに区切るピストンと、を備え、前記制御装置は、通常運転時に前記アキュムレータ内の圧力が下限閾値よりも低下した際に前記油圧ポンプを駆動させ、前記油圧ポンプの駆動中に前記アキュムレータ内の圧力が前記下限閾値よりも大きい上限閾値を超えた際に前記油圧ポンプを停止させてもよい。

このように、制御装置により、通常運転時にアキュムレータ内の圧力が下限閾値よりも低下した際に油圧ポンプを駆動させ、アキュムレータ内の圧力が下限閾値よりも大きい上限閾値を超えた際に油圧ポンプを停止させることで、アキュムレータ内の圧力が低下してアキュムレータの機能が低下した場合でもシリンダ内におけるピストンロッドの位置が所定位置となるように維持することができる。

本発明の一態様に係る流体弁によれば、上記油圧アクチュエータシステムと、前記ピストンロッドの先端に設けられた弁体と、流体が導入される流体導入口、及び前記弁体が当接される弁座を含み、前記弁体を収容する弁ケースと、を含む流体弁本体と、を備える。

本発明によれば、急閉鎖指令信号を受信後、弁体と弁座とを短時間で接触させることが可能となるので、流体弁本体を短時間で急閉鎖することができる。

本発明の一態様に係る蒸気タービンによれば、上記流体弁と、前記流体弁を介して供給される前記流体である蒸気によって駆動されるタービン本体と、を備える。

本発明によれば、急閉鎖指令を受信後、弁体と弁座とを短時間で接触させることが可能となるので、蒸気タービンに流れる蒸気を短時間で遮断することができる。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る油圧アクチュエータシステムの運転方法によれば、シリンダ、及び前記シリンダ内をヘッド側室とロッド側室とに区切るピストンロッド、及び前記シリンダから前記ピストンロッドを突出させる方向に付勢する弾性部を有する油圧アクチュエータと、前記ヘッド側室と前記ロッド側室とを接続しており、油が移動する管路と、前記管路に設けられており、正逆回転可能な油圧ポンプと、前記管路のうち、前記油圧ポンプと前記ロッド側室との間から分岐されており、前記油圧ポンプをバイパスするように、先端が前記管路と接続されたバイパス用管路と、前記バイパス用管路に設けられた切換弁と、前記管路のうち、前記バイパス用管路の分岐位置と前記油圧ポンプとの間から分岐した分岐用管路と、前記分岐用管路と接続されたアキュムレータと、前記分岐用管路に設けられた開閉弁と、前記油圧ポンプ、前記切換弁、前記開閉弁を制御する制御装置と、を備える 油圧アクチュエータシステムの運転方法であって、前記制御装置は、通常運転時には前記切換弁を閉じるとともに前記開閉弁を開くステップと、急閉鎖指令を受信後に、前記開閉弁を閉じた後に前記切換弁を開くステップと、を含む。
また、上記本発明の一態様に係る油圧アクチュエータシステムの運転方法において、前記制御装置は、前記急閉鎖指令を受信後に前記開閉弁を閉じたことを検知した段階、或いは前記急閉鎖指令を受信後に所定時間が経過した段階で、前記切換弁を開いてもよい。
また、上記本発明の一態様に係る油圧アクチュエータシステムの運転方法において、前記油圧アクチュエータシステムは、前記分岐用管路に設けられ、前記アキュムレータ内の圧力を検出する圧力検出部を有しており、前記制御装置は、通常運転時に前記アキュムレータ内の圧力が下限閾値よりも低下した際に前記油圧ポンプを駆動させ、前記油圧ポンプの駆動中に前記アキュムレータ内の圧力が前記下限閾値よりも大きい上限閾値を超えた際に前記油圧ポンプを停止させてもよい。

本発明によれば、流体弁本体を短時間で急閉鎖させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を模式的に示す図である。 図１に示す主蒸気弁の概略構成を示す図であり、主蒸気弁本体が開いた状態を模式的に示す図である。 図１に示す主蒸気弁の概略構成を示す図であり、主蒸気弁本体が閉じた状態を模式的に示す図である。 図２及び図３に示す制御装置の機能ブロック図である。 アキュムレータ内の圧力Ｐ_Ａ、下限閾値Ｐ_１、及び上限閾値Ｐ_２と油圧ポンプの駆動及び停止状態との関係を説明するためのグラフである。 急閉鎖指令時の流体弁の動作を説明するためのフローチャートである。 図６に示すＳ１での処理を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態の変形例に係る急閉鎖指令時の流体弁の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る蒸気タービンシステム１０について説明する。なお、第１の実施形態では、流体の一例として蒸気を用いるとともに、流体弁２０として主蒸気弁を用いた場合を例に挙げる。

蒸気タービンシステム１０は、蒸気により駆動される蒸気タービン１１と、蒸気タービン１１に蒸気を供給するボイラ１２と、蒸気タービン１１によって駆動される発電機１３と、を有する。

蒸気タービン１１は、タービン本体１５と、蒸気が流通する蒸気供給管１７と、出力軸１８と、流体弁２０と、を有する。

タービン本体１５は、ケーシング（図示せず）と、ケーシング内に収容されたロータ（図示せず）と、を有する。ロータ（図示せず）は、回転可能な状態で出力軸１８に設けられている。ロータ（図示せず）が回転すると、ロータの回転が出力軸１８を介して、発電機１３に伝達されて発電される。

蒸気供給管１７は、第１供給管１７Ａと、第２供給管１７Ｂと、を有する。第１供給管１７Ａは、一端がボイラ１２と接続されており、他端が流体弁２０と接続されている。第１供給管１７Ａは、ボイラ１２から排出された蒸気を流体弁２０に供給する。

第２供給管１７Ｂは、一端が流体弁２０と接続されており、他端がタービン本体１５と接続されている。第２供給管１７Ｂは、流体弁２０が開状態のときに、タービン本体１５に蒸気を供給する。
出力軸１８は、一端が発電機１３と接続されており、他端がタービン本体１５を構成するロータ（図示せず）と接続されている。

図２及び図３を参照して、流体弁２０について説明する。図２に示すＡは、弁体２５の移動方向（以下、「Ａ方向」という）を示している。図３において、図２に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。

流体弁２０は、流体弁本体２１と、油圧アクチュエータシステム２２と、を有する。
流体弁本体２１は、弁ケース２４と、弁体２５と、を有する。弁ケース２４は、弁体２５を収容可能な空間２４Ａと、流体導入口２４Ｂと、弁座２４Ｃと、を有する。

流体導入口２４Ｂは、弁ケース２４の側壁部に設けられた貫通部である。流体導入口２４Ｂは、第１供給管１７Ａと接続されている。流体導入口２４Ｂは、第１供給管１７Ａを介して、図１に示すボイラ１２から供給された蒸気（流体）を弁ケース２４内に導入する。

弁座２４Ｃは、弁ケース２４の底部を貫通するように設けられている。弁座２４Ｃは、第２供給管１７Ｂと接続されている。弁座２４Ｃは、弁体２５が当接される部分であり、弁体２５の先端部を収容可能な形状とされている。
弁座２４Ｃと弁体２５とが接触すると、流体弁本体２１は、閉じた状態となる。一方、弁座２４Ｃから弁体２５が離間した状態にある場合、流体弁本体２１は、開いた状態となり、弁座２４Ｃを介して、ボイラ１２（図１参照）から供給された蒸気がタービン本体１５（図１参照）に供給される。

弁体２５は、先端部２５Ａが弁座２４Ｃと対向するように、弁ケース２４内に収容されている。弁体２５は、弁座２４Ｃに対してＡ方向に移動可能な構成とされている。弁体２５の先端部２５Ａは、弁座２４Ｃ内に一部が収容可能な形状とされている。

油圧アクチュエータシステム２２は、油圧アクチュエータ３１と、管路３３と、油圧ポンプ３５と、バイパス用管路４１と、切換弁４２と、分岐用管路４４と、開閉弁４５と、アキュムレータ４６と、圧力検出部４７と、制御装置４８と、を有する。

油圧アクチュエータ３１は、弾性部５１と、シリンダ５２と、ピストンロッド５３と、を有する。弾性部５１は、固定部材５６と、移動部材５７と、弾性体５８と、を有する。
固定部材５６は、位置が固定された板状の部材である。固定部材５６は、第１の面５６ａと、第１の面５６ａの反対側に位置する第２の面５６ｂと、を有する。第１の面５６ａには、シリンダ５２が固定されている。第２の面５６ｂには、弾性体５８の一端が固定されている。固定部材５６は、ピストンロッド５３を構成するロッド本体６４を挿入する貫通穴５６Ａを有する。

移動部材５７は、板状の部材であり、ピストンロッド５３を構成するロッド本体６４が挿入される貫通穴５７Ａを有する。移動部材５７は、固定部材５６の下方に配置されている。移動部材５７は、第２の面５６ｂと対向する面５７ａを有する。面５７ａには、弾性体５８の他端が固定されている。移動部材５７は、弾性体５８の伸縮により、Ａ方向に移動可能な構成とされている。

弾性体５８は、固定部材５６と移動部材５７との間に配置されている。弾性体５８は、シリンダ５２からピストンロッド５３（具体的には、ロッド本体６４）を突出させる方向（固定部材５６から移動部材５７に向かう方向）に付勢している。弾性体５８としては、例えば、ばねを用いることが可能である。

シリンダ５２は、一端が固定部材５６の第１の面５６ａに固定されている。シリンダ５２は、Ａ方向に延在している。シリンダ５２は、ロッド本体６４により、その内部がヘッド側室６１とロッド側室６２とに区切られている。ロッド側室６２は、ヘッド側室６１と固定部材５６との間に配置されている。ヘッド側室６１及びロッド側室６２は、油６３が充填されている。
シリンダ５２は、ロッド側室６２に油６３を導入及び導出するための油出入口５２Ａと、ヘッド側室６１に油６３を導入及び導出するための油出入口５２Ｂと、を有する。

ピストンロッド５３は、ロッド本体６４と、ピストン６５と、を有する。ロッド本体６４は、Ａ方向に延在している。ロッド本体６４は、シリンダ５２、固定部材５６、及び移動部材５７を貫通している。ロッド本体６４の先端は、弁ケース２４の一部を貫通しており、弁ケース２４内に収容された弁体２５の後端と接続されている。

ピストン６５は、シリンダ５２内に配置されたロッド本体６４に固定されている。ヘッド側室６１に油６３が導入されると、ピストン６５は、固定部材５６に近づく方向に移動する。この場合、弁体２５は、弁座２４Ｃに近づく方向に移動する。
一方、ロッド側室６２に油６３が導入されると、ピストン６５は、固定部材５６から離間する方向に移動する。この場合、弁体２５は、弁座２４Ｃから離間する方向に移動する。

ところで、ピストン６５とシリンダ５２との間には、シリンダ５２内をピストン６５が移動するために必要な隙間が形成されている。通常運転時には、該隙間を介して、ロッド側室６２からヘッド室側６１へ油６３が漏れ出る（移動する）ため、シリンダ５２内におけるピストン６５の位置を所定位置に維持することが困難となる。なお、通常運転時には、切換弁４２からも油が漏れ出る。

管路３３は、油６３が流れるラインである。管路３３は、一端が油出入口５２Ａと接続されており、他端が油出入口５２Ｂと接続されている。管路３３は、油出入口５２Ａを介して、ロッド側室６２と接続されている。また、管路３３は、油出入口５２Ｂを介して、ヘッド側室６１と接続されている。つまり、管路３３は、ヘッド側室６１とロッド側室６２との間を油６３が移動可能な状態で、ヘッド側室６１及びロッド側室６２と接続されている。

油圧ポンプ３５は、ポンプ本体７１と、電動モータ７２と、ドライバ７３と、を有する。ポンプ本体７１は、管路３３に設けられている。ポンプ本体７１は、正逆回転可能な構成とされている。ポンプ本体７１は、ヘッド側室６１内の油６３をロッド側室６２内に移動させたり、ロッド側室６２内の油６３をヘッド側室６１内に移動させたりすることで、シリンダ５２内におけるピストン６５の位置を所定位置に移動させる。
ポンプ本体７１は、シリンダ５２内におけるピストン６５の位置を所定位置にした後に停止される。

電動モータ７２は、ポンプ本体７１と接続されている。電動モータ７２は、ポンプ本体７１を正逆回転させる。
ドライバ７３は、電動モータ７２と電気的に接続されている。ドライバ７３は、電動モータ７２の速度制御を行う。

バイパス用管路４１は、管路３３のうち、油圧ポンプ３５（具体的には、ポンプ本体７１）とロッド側室６２との間から分岐されている。バイパス用管路４１の先端は、ヘッド側室６１側に位置する管路３３と接続されている。これにより、バイパス用管路４１は、油圧ポンプ３５（具体的には、ポンプ本体７１）をバイパスしている。

切換弁４２は、バイパス用管路４１に設けられている。切換弁４２は、流体弁本体２１を急閉鎖させる際に開かれ、通常運転時には閉じられる。
切換弁４２が開くと、バイパス用管路４１を介して、ロッド側室６２内の油６３がヘッド側室６１内に移動する。そして、ヘッド側室６１内に油６３が移動することで、ピストン６５が固定部材５６側に移動するとともに、弁体２５が弁座２４Ｃに近づく方向に移動する。

分岐用管路４４は、管路３３のうち、バイパス用管路４１の分岐位置と油圧ポンプ３５との間から分岐している。分岐用管路４４の先端は、アキュムレータ４６と接続されている。
開閉弁４５は、分岐用管路４４に設けられている。開閉弁４５は、通常運転時に開かれ、流体弁本体２１を急閉鎖させる際に閉じられる。開閉弁４５としては、例えば、電磁弁を用いることが可能である。

アキュムレータ４６は、その内部に高圧の油６３が貯えられている。アキュムレータ４６は、開閉弁４５が開いた際、アキュムレータ４６内に貯えられた高圧の油６３をロッド側室６２内に供給する。

上述した分岐用管路４４、開閉弁４５、及びアキュムレータ４６を有することで、油圧ポンプ３５を使用することなく、シリンダ５２内のピストンロッド５３の位置（具体的には、ピストン６５の位置）を維持することが可能となる。これにより、ロッド本体６４に固定された弁体２５の弁ケース２４内における位置を維持することができる。

圧力検出部４７は、開閉弁４５とアキュムレータ４６との間に位置する分岐用管路４４に設けられている。圧力検出部４７は、アキュムレータ４６内の圧力（以下、圧力Ｐ_Ａという）を検出する。
圧力検出部４７は、制御装置４８と電気的に接続されている。圧力検出部４７は、常時、検出したアキュムレータ４６内の圧力Ｐ_Ａを制御装置４８に送信する。

図２〜図４を参照して、制御装置４８について説明する。図４において、図２及び図３に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

制御装置４８は、切換弁４２、開閉弁４５、及び圧力検出部４７と電気的に接続されている。
制御装置４８は、圧力判定部７６と、ポンプ制御部７７と、弁制御部７８と、急閉鎖操作部８１と、開閉検知部８２と、を有する。
圧力判定部７６は、圧力検出部４７、ポンプ制御部７７、及び弁制御部７８と電気的に接続されている。圧力判定部７６には、圧力検出部４７が検出したアキュムレータ４６内の圧力Ｐ_Ａが連続的に送信される。

図４及び図５を参照するに、圧力判定部７６には、圧力Ｐ_Ａの下限の閾値である下限閾値Ｐ_１と、圧力Ｐ_Ａの上限の閾値である上限閾値Ｐ_２（下限閾値Ｐ_１よりも大きい閾値）と、が記憶されている。
下限閾値Ｐ_１は、例えば、流体弁本体２１が全開時のばね力に対抗するシリンダ５２の保持圧力の１１０％に相当する値とすることが可能である。なお、保持圧力は、下記（１）式から算出する。
保持圧力＝（弾性体５８のばね力）／（ピストンの面積）・・・（１）
この場合、上限閾値Ｐ_２は、例えば、流体弁本体２１が全開時のばね力に対抗するシリンダ５２の保持圧力の１２０％に相当する値とすることが可能である。

圧力判定部７６は、油圧ポンプ３５が停止した状態で圧力Ｐ_Ａが下限閾値Ｐ_１よりも低下したか否かの判定を行う。
圧力判定部７６は、圧力Ｐ_Ａが下限閾値Ｐ_１よりも低下したと判定すると、ポンプ制御部７７及び弁制御部７８に圧力低下信号を送信する。

圧力判定部７６は、上記圧力低下信号を送信後に油圧ポンプ３５が駆動した状態で、圧力Ｐ_Ａが上限閾値Ｐ_２を超えたか否かの判定を行う。圧力判定部７６は、圧力Ｐ_Ａが上限閾値Ｐ_２を超えたと判定すると、ポンプ制御部７７及び弁制御部７８に圧力上昇信号を送信する。

図４を参照するに、ポンプ制御部７７は、ドライバ７３と電気的に接続されている。ポンプ制御部７７は、上記圧力低下信号を受信した際に、ドライバ７３を介して、油圧ポンプ３５を駆動させる。
また、ポンプ制御部７７は、上記圧力上昇信号を受信した際に、ドライバ７３を介して、油圧ポンプ３５の駆動を停止させる。

弁制御部７８は、切換弁４２及び開閉弁４５と電気的に接続されている。弁制御部７８は、圧力判定部７６から送信された圧力低下信号を受信すると、切換弁４２及び開閉弁４５を閉じた状態にする。
また、弁制御部７８は、圧力判定部７６から送信された圧力上昇信号を受信すると、切換弁４２及び開閉弁４５が閉じた状態を維持させる。

急閉鎖操作部８１は、切換弁４２、開閉弁４５、及びドライバ７３と電気的に接続されている。急閉鎖操作部８１は、急閉鎖指令を受信すると、切換弁４２、開閉弁４５、及びドライバ７３に急閉鎖信号を送信する。
急閉鎖操作部８１は、ドライバ７３に急閉鎖信号を送信することで、油圧ポンプ３５が駆動中の場合には油圧ポンプ３５を停止させる。
また、急閉鎖操作部８１は、開閉弁４５に急閉鎖信号を送信することで、開閉弁４５を閉じる。さらに、急閉鎖操作部８１は、開閉検知部８２にも急閉鎖信号を送信する。

開閉検知部８２は、切換弁４２及び開閉弁４５と電気的に接続されている。開閉検知部８２は、開閉弁４５が閉じたことを検知した段階で、切換弁４２を開く。
このような開閉検知部８２を有することで、開閉弁４５が確実に閉じた後に、切換弁４２を開くことができる。

ここで、図２〜図４、図６、及び図７を参照して、制御装置４８が急閉鎖指令を受信後の流体弁２０の動作について説明する。
図６に示すフローチャートの処理が開始されると、Ｓ１では、切換弁４２が閉じ、開閉弁４５が開かれた状態で、油圧ポンプ３５を駆動させる。そして、ピストン６５の位置がシリンダ５２内の所定位置を維持後、通常運転を行う。次いで、処理は、Ｓ２へと進む。

ここで、図２〜図４、及び図７を参照して、Ｓ１で行う処理について説明する。Ｓ１は、Ｓ６〜Ｓ１２の処理で構成されている。
初めに、Ｓ６では、切換弁４２を閉じ、開閉弁４５を開き、流体弁本体２１を開いた状態で、通常運転をする。
このとき、ピストン６５の位置をシリンダ５２内の所定位置にした段階で油圧ポンプ３５を停止させる。

続く、Ｓ７では、油圧ポンプ３５を停止させた状態で、アキュムレータ４６により、ピストン６５の位置をシリンダ５２内の所定位置に維持させるとともに、圧力検出部４７によりアキュムレータ４６内の圧力Ｐ_Ａを連続測定する。
圧力検出部４７は、検出したアキュムレータ４６内の圧力Ｐ_Ａを連続して、圧力判定部７６に送信する。

次いで、Ｓ８では、圧力判定部７６により、アキュムレータ４６内の圧力Ｐ_Ａが下限閾値Ｐ_１よりも低下したか否かの判定が行われる。この判定は、アキュムレータ４６を使用することで、ピストン６５の位置をシリンダ５２内の所定位置に維持することが困難な程度までアキュムレータ４６の機能が低下したか否かの判断をするために行う。
Ｓ８において、Ｙｅｓと判定（肯定判定）されると、処理は、Ｓ９へと進む。Ｓ８において、Ｎｏと判定（否定判定）されると、処理は、Ｓ７へと戻る。

次いで、Ｓ９では、開閉弁４５を閉じ、油圧ポンプ３５を駆動させる。これにより、シリンダ５２の内面とピストン６５の外面との隙間を介して、ロッド側室６２内からヘッド側室６１内に漏れ出た油６３をロッド側室６２内に戻して、シリンダ５２内のピストン６５の位置が所定位置となるように維持する。

次いで、Ｓ１０では、圧力判定部７６により、アキュムレータ４６内の圧力Ｐ_Ａが上限閾値Ｐ_２を超えたか否かの判定が行われる。Ｓ１０において、Ｙｅｓと判定（肯定判定）されると、処理は、Ｓ１０へと進む。Ｓ１０において、Ｎｏと判定（否定判定）されると、処理は、Ｓ９へと戻る。

次いで、Ｓ１１では、油圧ポンプ３５を停止させて、シリンダ５２内におけるピストン６５の位置を所定位置にする。
次いで、Ｓ１２では、圧力判定部７６により、アキュムレータ４６内の圧力Ｐ_Ａが下限閾値Ｐ_１よりも低下したか否かの判定が行われる。Ｓ１２において、Ｙｅｓと判定（肯定判定）されると、処理は、Ｓ９へと戻る。Ｓ１２において、Ｎｏと判定（否定判定）されると、処理は、Ｓ１１へと戻る。
図６に示すＳ１では、図７に示す処理が繰り返し行われる。

次に、図２〜図４、図６、及び図７を参照して、Ｓ２〜Ｓ５について順次説明する。
Ｓ２では、急閉鎖操作部８１が急閉鎖指令を検知したか否かの判定が行われる。Ｓ２において、Ｙｅｓと判定（肯定判定）されると、処理は、Ｓ３へと進む。Ｓ２において、Ｎｏと判定（否定判定）されると、処理は、Ｓ１へと戻る。

次いで、Ｓ３では、急閉鎖操作部８１から開閉弁４５に急閉鎖信号が送信される。このとき、急閉鎖操作部８１は、切換弁４２、及びドライバ７３にも急閉鎖信号を送信する。
急閉鎖操作部８１は、ドライバ７３に急閉鎖信号を送信することで、油圧ポンプ３５が駆動中の場合には油圧ポンプ３５を停止させる。

次いで、Ｓ４では、開閉検知部８２により、開閉弁４５が閉じたことを検知したか否かの判定が行われる。Ｓ４において、開閉弁４５が閉じたと判定されると、処理は、Ｓ５へと進む。一方、開閉弁４５が閉じていない判定されると、処理は、Ｓ３へと戻る。

次いで、Ｓ５では、開閉検知部８２が切換弁４２に開信号を送信することで、切換弁４２を開く。これにより、アキュムレータ４６内に貯えられた高圧の油６３が管路３３内に移動することがなくなるので、流体弁本体２１を急閉鎖する際にアキュムレータ４６内の圧力が悪影響を及ぼすことを抑制できる。
また、管路３３の全長よりも短い経路（バイパス用管路４１を含む経路）を用いて、ロッド側室６２内の油６３をヘッド側室６１内に移動させることが可能となるので、流体弁本体２１を短時間で急閉鎖することができる。
Ｓ５の処理が終了すると、図６に示すフローチャートの処理は、終了する。

第１の実施形態の油圧アクチュエータシステム２２によれば、上述したバイパス用管路４１、切換弁４２、分岐用管路４４、アキュムレータ４６、開閉弁４５、及び制御装置４８を有することで、通常運転時に切換弁４２を閉じ、開閉弁４５を開くことで、油圧ポンプ３５を駆動させることなく、アキュムレータ４６内の圧力Ｐ_Ａ（高圧の油）を用いて、シリンダ５２内におけるピストンロッド５３の位置が所定位置となるように維持することが可能となる。これにより、油圧ポンプ３５の電力消費量、及び油圧ポンプ３５の発熱を抑制することができる。

また、急閉鎖指令を制御装置４８が受信後に、開閉弁４５を閉じた後に切換弁４２を開くことで、アキュムレータ４６内の高圧の油の管路３３内への移動を抑制可能となるので、ヘッド側室６１内の油６３をロッド側室６２内に容易に導入させることができる。

さらに、急閉鎖指令を制御装置４８が受信後に、開閉弁４５を閉じた後に切換弁４２を開くことで、管路３３の全長よりも短い経路（バイパス用管路４１を含む経路）を用いて、シリンダ５２の内面とピストン６５の外面との間に形成された隙間を介して、ロッド側室６２内からヘッド側室６１内に移動した油６３を、ヘッド側室６１内からロッド側室６２内に短時間で移動させることが可能となるので、流体弁本体２１を短時間で急閉鎖することができる。

また、上述した油圧アクチュエータシステム２２、及び流体弁本体２１を含む流体弁２０によれば、急閉鎖指令を受信した際、弁体２５と弁座２４Ｃとを短時間で接触させて、流体弁本体２１を急閉鎖することができる。

さらに、上述した流体弁２０と、流体弁２０を介して供給される蒸気によって駆動されるタービン本体１５と、を備えた蒸気タービン１１によれば、制御装置４８が急閉鎖指令信号を受信した際、弁体２５と弁座２４Ｃとを短時間で接触させることが可能となるので、蒸気タービン１１に流れる蒸気（流体）を短時間で遮断することができる。

なお、第１の実施形態では、一例として、急閉鎖指令を受信後に開閉弁４５を閉じたことを検知した段階で切換弁４２を開く場合を例に挙げて説明したが、図８に示すフローチャートに示す処理を行ってもよい。
つまり、制御装置４８が急閉鎖指令を受信後に開閉弁４５を閉じたことを検知した段階、或いは制御装置４８が急閉鎖指令を受信後に所定時間が経過した段階で、切換弁４２を開けばよい。

図８を参照して、第１の実施形態の変形例に係る急閉鎖指令時の流体弁の動作について説明する。図８では、図６に示すステップ（Ｓ）と同一のステップには、同一の符号を付す。また、図８では、Ｓ３の次にＳ１３を行うこと以外は、図６に示すフローチャートと同様な構成とされている。

図８に示すように、Ｓ１３では、急閉鎖指令を急閉鎖操作部８１（図４参照）が受信後、所定時間（以下、「所定時間Ｔ」という）経過後に、切換弁４２を開いてもよい。
所定時間Ｔは、例えば、開閉弁４５の弁閉時間を考慮して適宜設定することが可能である。開閉弁４５の弁開時間をｔとした場合、所定時間Ｔは、例えば、０．２ｔ〜２ｔの範囲内で適宜設定することが可能である。

上述した第１の実施形態の変形例の場合、先に説明した第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、第１の実施形態では、流体弁２０の一例として、主蒸気弁を用いた場合を例に挙げて説明したが、第１の実施形態の流体弁２０は、例えば、ガスタービン用の燃料弁や大型圧縮機用の調整弁等に適用可能である。

１０…蒸気タービンシステム、１１…蒸気タービン、１２…ボイラ、１３…発電機、１５…タービン本体、１７…蒸気供給管、１７Ａ…第１供給管、１７Ｂ…第２供給管、１８…出力軸、２０…流体弁、２１…流体弁本体、２２…油圧アクチュエータシステム、２４…弁ケース、２４Ａ…空間、２４Ｂ…流体導入口、２４Ｃ…弁座、２５…弁体、２５Ａ…先端部、３１…油圧アクチュエータ、３３…管路、３５…油圧ポンプ、４１…バイパス用管路、４２…切換弁、４４…分岐用管路、４５…開閉弁、４６…アキュムレータ、４７…圧力検出部、４８…制御装置、５１…弾性部、５２…シリンダ、５２Ａ，５２Ｂ…油出入口、５３…ピストンロッド、５６…固定部材、５６ａ…第１の面、５６Ａ，５７Ａ…貫通穴、５６ｂ…第２の面、５７…移動部材、５７ａ…面、５８…弾性体、６１…ヘッド側室、６２…ロッド側室、６３…油、６４…ロッド本体、６５…ピストン、７１…ポンプ本体、７２…電動モータ、７３…ドライバ、７６…圧力判定部、７７…ポンプ制御部、７８…弁制御部、８１…急閉鎖操作部、８２…開閉検知部、Ａ…方向、Ｐ_１…下限閾値、Ｐ_２…上限閾値、Ｐ_Ａ…圧力

Claims (8)

1. 流体弁本体用の油圧アクチュエータシステムであって、
   シリンダ、及び前記シリンダ内をヘッド側室とロッド側室とに区切るピストンロッド、及び前記シリンダから前記ピストンロッドを突出させる方向に付勢する弾性部を有する油圧アクチュエータと、
   前記ヘッド側室と前記ロッド側室とを接続しており、油が移動する管路と、
   前記管路に設けられており、正逆回転可能な油圧ポンプと、
   前記管路のうち、前記油圧ポンプと前記ロッド側室との間から分岐されており、前記油圧ポンプをバイパスするように、先端が前記管路と接続されたバイパス用管路と、
   前記バイパス用管路に設けられた切換弁と、
   前記管路のうち、前記バイパス用管路の分岐位置と前記油圧ポンプとの間から分岐した分岐用管路と、
   前記分岐用管路と接続されたアキュムレータと、
   前記分岐用管路に設けられた開閉弁と、
   前記油圧ポンプ、前記切換弁、前記開閉弁を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、通常運転時には前記切換弁を閉じるとともに前記開閉弁を開き、急閉鎖指令を受信後に、前記開閉弁を閉じた後に前記切換弁を開く油圧アクチュエータシステム。
2. 前記制御装置は、前記急閉鎖指令を受信後に前記開閉弁を閉じたことを検知した段階、或いは前記急閉鎖指令を受信後に所定時間が経過した段階で、前記切換弁を開く、請求項１記載の油圧アクチュエータシステム。
3. 前記分岐用管路に設けられ、前記アキュムレータ内の圧力を検出する圧力検出部を有しており、
   前記ピストンロッドは、ロッド本体と、前記ロッド本体に設けられ、前記シリンダ内を前記ヘッド側室と前記ロッド側室とに区切るピストンと、を備え、
   前記制御装置は、通常運転時に前記アキュムレータ内の圧力が下限閾値よりも低下した際に前記油圧ポンプを駆動させ、前記油圧ポンプの駆動中に前記アキュムレータ内の圧力が前記下限閾値よりも大きい上限閾値を超えた際に前記油圧ポンプを停止させる、請求項１又は２に記載の油圧アクチュエータシステム。
4. 請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の油圧アクチュエータシステムと、
   前記ピストンロッドの先端に設けられた弁体と、流体が導入される流体導入口、及び前記弁体が当接される弁座を含み、前記弁体を収容する弁ケースと、を含む流体弁本体と、 を備えた流体弁。
5. 請求項４に記載の流体弁と、
   前記流体弁を介して供給される前記流体である蒸気によって駆動されるタービン本体と、
   を備える蒸気タービン。
6. シリンダ、及び前記シリンダ内をヘッド側室とロッド側室とに区切るピストンロッド、及び前記シリンダから前記ピストンロッドを突出させる方向に付勢する弾性部を有する油圧アクチュエータと、
   前記ヘッド側室と前記ロッド側室とを接続しており、油が移動する管路と、
   前記管路に設けられており、正逆回転可能な油圧ポンプと、
   前記管路のうち、前記油圧ポンプと前記ロッド側室との間から分岐されており、前記油圧ポンプをバイパスするように、先端が前記管路と接続されたバイパス用管路と、
   前記バイパス用管路に設けられた切換弁と、
   前記管路のうち、前記バイパス用管路の分岐位置と前記油圧ポンプとの間から分岐した分岐用管路と、
   前記分岐用管路と接続されたアキュムレータと、
   前記分岐用管路に設けられた開閉弁と、
   前記油圧ポンプ、前記切換弁、前記開閉弁を制御する制御装置と、
   を備える 油圧アクチュエータシステムの運転方法であって、
   前記制御装置は、通常運転時には前記切換弁を閉じるとともに前記開閉弁を開くステップと、
   急閉鎖指令を受信後に、前記開閉弁を閉じた後に前記切換弁を開くステップと、
   を含む油圧アクチュエータシステムの運転方法。
7. 請求項６に記載の油圧アクチュエータシステムの運転方法において、
   前記制御装置は、前記急閉鎖指令を受信後に前記開閉弁を閉じたことを検知した段階、或いは前記急閉鎖指令を受信後に所定時間が経過した段階で、前記切換弁を開く、油圧アクチュエータシステムの運転方法。
8. 請求項６または７に記載の油圧アクチュエータシステムの運転方法において、
   前記油圧アクチュエータシステムは、前記分岐用管路に設けられ、前記アキュムレータ内の圧力を検出する圧力検出部を有しており、
   前記制御装置は、通常運転時に前記アキュムレータ内の圧力が下限閾値よりも低下した際に前記油圧ポンプを駆動させ、前記油圧ポンプの駆動中に前記アキュムレータ内の圧力が前記下限閾値よりも大きい上限閾値を超えた際に前記油圧ポンプを停止させる、油圧アクチュエータシステムの運転方法。

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