JP6994920B2 - 蒸気弁および蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明は、蒸気弁および蒸気タービンに関する。

火力発電所、原子力発電所等の蒸気タービンは、蒸気弁を備えている（例えば、特許文献１を参照）。蒸気弁は、負荷変化に応じて蒸気量を調節したり、異常時に蒸気の供給を遮断する。蒸気弁における圧力損失は、蒸気タービンの効率に影響を与える。そのため、圧力損失を小さくすることが望まれている。圧力損失を小さくできる蒸気弁としては、次に示す構造の蒸気弁がある。

前記蒸気弁は、例えば、弁ケーシングと、止め弁と、加減弁と、ガイド部とを備える。弁ケーシングは、蒸気流路を有する。止め弁は、弁棒と、弁棒の端部に設けられる弁体とを備える。ガイド部は、弁棒を軸方向に案内する。ガイド部は、弁ケーシングの蒸気流路内に突出している。

例えば、蒸気タービンの起動時には、蒸気の流通により蒸気弁の温度は上昇する。そのため、ガイド部に径方向への変形が起きる可能性がある。ガイド部に変形が起きると、弁棒とガイド部との接触が起こりやすくなる。弁棒とガイド部とが接触した状態となると、蒸気タービンの緊急停止などにより止め弁を急速閉止する場合に、弁棒とガイド部との間に焼き付きが発生し、止め弁が正常に動作しにくくなる可能性がある。例えば、弁棒のストロークの中間位置で、弁棒とガイド部との焼き付きが生じると、止め弁を閉止しにくくなり、蒸気タービンにオーバースピードが起こりやすくなる。ガイド部の内径を大きくすれば、弁棒の正常動作を確保しやすいが、その場合、蒸気のリーク量が多くなるため、蒸気弁の性能は低下する。

特開２００６－１０５１３０号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、蒸気のリーク量を抑え、かつ、弁棒の正常動作を確保しやすい蒸気弁および蒸気タービンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
本発明の一態様に係る蒸気弁は、蒸気が導入される導入流路及び該蒸気が排出される排出流路を有する弁ケーシングと、該弁ケーシング内に外部から挿入されて軸方向に移動可能な弁棒、及び、該弁棒の軸方向一方側の端部に設けられて、前記弁ケーシング内における弁座に当接可能な弁体を有する止め弁と、前記弁ケーシングに固定されて、内側に前記弁棒を挿通させるとともに該弁棒を軸方向に案内する筒状をなす案内筒と、備え、前記弁棒は、該弁棒の軸方向他方側に向かうにしたがって拡径する肩部と、該肩部の前記軸方向他方側に接続された主外周面と、を有し、前記案内筒の内周面は、前記肩部の移動範囲に対応する大径内周面と、前記大径内周面の前記軸方向他方側に位置し前記主外周面に対向する小径内周面とを有し、前記大径内周面は前記小径内周面よりも前記弁棒との隙間が大きい。

この構成によれば、案内筒の内周面が小径内周面を有するため、小径内周面において弁棒との隙間を小さくできる。よって、案内筒と弁棒との隙間を通して弁ケーシングの外部にリークする蒸気の量を抑制できる。案内筒の内周面は、弁棒の肩部の移動範囲に対応する大径内周面を有するため、案内筒と弁棒との間に十分な隙間を確保できる。そのため、案内筒が径方向に変形した場合でも、弁棒の正常動作を確保しやすい。
この構成によれば、弁棒の正常動作を確保できるため、蒸気タービンの緊急停止などの際に、案内筒と弁棒との焼き付きを防ぎ、止め弁の急速閉止を確実に行うことができる。

前記案内筒は、筒状の案内筒本体と、前記案内筒本体の内周面に設けられた調整部材とを備え、前記小径内周面は、前記調整部材の内周面であることが好ましい。

この構成によれば、案内筒本体への調整部材の設置および交換が容易であるため、小径内周面と弁棒との隙間の調整が容易である。

前記弁棒は、前記弁体が前記弁座から離間した際に、前記案内筒の内面に当接する当接段部をさらに備え、前記当接段部は、前記肩部よりも前記軸方向一方側に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、前記当接段部が前記案内筒の内面に当接するときに、前記肩部は前記案内筒に当接しにくくなる。

本発明の一態様に係る蒸気弁は、蒸気が導入される導入流路及び該蒸気が排出される排出流路を有する弁ケーシングと、該弁ケーシング内に外部から挿入されて軸方向に移動可能な弁棒、及び、該弁棒の軸方向一方側の端部に設けられて、前記弁ケーシング内における弁座に当接可能な弁体を有する止め弁と、前記弁ケーシングに固定されて、内側に前記弁棒を収容するとともに該弁棒を軸方向に案内する筒状をなす案内筒と、を備え、前記弁棒は、該弁棒の軸方向他方側に向かうにしたがって拡径する肩部と、該肩部の前記軸方向他方側に接続された主外周面と、を有し、前記肩部の移動範囲に対応する前記案内筒の内周面は、前記弁棒に対して前記排出流路側に偏心している。

この構成によれば、前記案内筒が径方向に変形した場合においても、弁棒の正常動作を確保しやすい。

前記弁棒の軸方向と平行に見て、前記肩部の移動範囲に対応する前記案内筒の内周面のうち、前記排出流路に最も近い部位における前記弁棒との隙間は、前記排出流路から最も遠い部位における前記弁棒との隙間より大きいことが好ましい。

この構成によれば、案内筒が排出流路側とは反対側に変形した場合において、弁棒の正常動作を確保しやすい。

前記案内筒は、筒状の案内筒本体と、前記案内筒本体の内周面に設けられた調整部材とを備え、前記調整部材は、前記排出流路に最も近い部位を含む位置に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、案内筒と弁棒との隙間を通して弁ケーシングの外部にリークする蒸気の量を抑制できる。

前記弁棒は、前記弁体が前記弁座から離間した際に、前記案内筒の内面に当接する当接段部をさらに備え、前記当接段部は、前記肩部よりも前記軸方向一方側に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、前記当接段部が前記案内筒の内面に当接するときに、前記肩部は前記案内筒に当接しにくくなる。

本発明の一態様に係る蒸気タービンは、前記のうちいずれかの蒸気弁を備える。

この蒸気タービンは、蒸気のリーク量を抑え、かつ、弁棒の正常動作を確保しやすい蒸気弁を備えるため、信頼性の点で優れている。

本発明の一態様によれば、弁棒の正常動作が確保できる。本発明の一態様によれば、蒸気のリーク量を抑えることができる。

第１の実施形態に係る蒸気弁の模式図である。 図１の蒸気弁の一部断面図である。 図１の蒸気弁の動作を説明する一部断面図である。（Ａ）は弁棒が最下降位置にある状態を示す。（Ｂ）は弁棒が最上昇位置にある状態を示す。 比較形態の蒸気弁の案内筒の動作を説明する一部断面図である。（Ａ）は未変形の案内筒および弁棒を示す。（Ｂ）は径方向に変形した案内筒および弁棒を示す。 図１の蒸気弁における案内筒と弁棒との隙間の設計手法の例を示すフロー図である。 図１の蒸気弁における調整部材の設計手法の例を示す図である。（Ａ）は未変形の案内筒および弁棒を示す。（Ｂ）は径方向に変形した案内筒および弁棒を示す。 第２の実施形態に係る蒸気弁の模式図である。 第２の実施形態に係る蒸気弁の一部断面図である。 図８のＡ－Ａ断面図である。 図７の蒸気弁の動作を説明する一部断面図である。 第２の実施形態に係る蒸気弁の変形例の一部断面図である。 図１１のＢ－Ｂ断面図である。

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の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る蒸気弁１０（主蒸気弁）の模式図である。図２は、蒸気弁１０の一部断面図である。以下の説明において、上下方向は図１および図２に即して定める。上下方向と平行な方向から見ることを平面視という。上方向を高さ方向ともいう。

図１に示すように、蒸気弁１０は、弁ケーシング１と、止め弁２と、加減弁３と、案内筒４と、蓋部材５と、止め弁駆動機構６と、加減弁駆動機構７とを備えている。
弁ケーシング１は、本体部１１と、導入管路１２と、排出管路１３と、を備えている。
本体部１１の内部には、弁室１１ａと、弁室１１ａに通じる主流路１１ｂとが形成されている。弁室１１ａの出口部には、第１弁座１４および第２弁座１５が形成されている。本体部１１には、主流路１１ｂに面する箇所に、案内筒４を取り付けるための取付孔１７が形成されている。符号Ａ１１は、本体部１１の中心軸である。中心軸Ａ１１は上下方向に沿う。

導入管路１２は、本体部１１から突出している。導入管路１２の内部には、蒸気Ｓが導入される導入流路１２ａが形成されている。導入流路１２ａは、弁室１１ａに通じる直線状の流路である。導入管路１２は、蒸気Ｓが導入される導入口１２ｂを有する。符号１２ａ１は、導入流路１２ａの中心軸線である。中心軸線１２ａ１は、例えば本体部１１の中心軸Ａ１１に対して垂直である。

排出管路１３は、本体部１１から突出している。排出管路１３の内部には、蒸気Ｓが排出される排出流路１３ａが形成されている。排出流路１３ａは、主流路１１ｂに通じる直線状の流路である。排出管路１３は、蒸気Ｓが排出される排出口１３ｂを有する。符号１３ａ１は、排出流路１３ａの中心軸線である。中心軸線１３ａ１は、例えば本体部１１の中心軸Ａ１１に対して垂直である。

導入管路１２と排出管路１３とは、平面視において、本体部１１の中心軸Ａ１１を軸として回転対称となる位置にあってよい。なお、平面視における導入管路１２と排出管路１３との相対位置は特に限定されない。導入管路１２と排出管路１３とは、平面視において、導入流路１２ａ，排出流路１３ａの中心軸線１２ａ１，１３ａ１が互いに交差する方向（例えば互いに直交する方向）に形成されていてもよい。

止め弁２は、弁棒２１と、弁体２２とを備えている。弁棒２１は、弁ケーシング１の外部から主流路１１ｂ内に挿入されている。弁棒２１は、上下方向に延在する。弁棒２１の中心軸Ａ２１は上下方向に沿う。弁棒２１の中心軸Ａ２１の方向は「軸方向」ともいう。弁棒２１は、上下方向（軸方向）に移動可能である。

図２に示すように、弁棒２１は、上から下に、細径部２３と、テーパー部２４（当接段部）と、中間部２５と、肩部２６と、主部２７とを備える。
細径部２３の外径は軸方向に一定である。テーパー部２４は、細径部２３と中間部２５との外径差によって形成された拡径部である。テーパー部２４は、細径部２３の下端から中間部２５の上端にかけて下方に向かうにしたがって拡径する。テーパー部２４は、肩部２６よりも上側に形成されている。テーパー部２４は、弁体２２が第１弁座１４から離間した際に（図１参照）、案内筒４のテーパー面４４に当接する。
中間部２５の外径は、細径部２３の外径より大きく、かつ軸方向に一定である。

肩部２６は、中間部２５の下端から主部２７の上端にかけて下方に向かうにしたがって拡径する。なお、肩部は、中間部の下端から主部の上端にかけて不連続に拡径する段部であってもよい。肩部２６は、テーパー部２４（当接段部）から間隔をおいて形成されているため、弁棒２１は、２段の拡径部（テーパー部２４および肩部２６）を有する形状である。
主部２７の外径は、中間部２５の外径より大きく、かつ軸方向に一定である。主部２７の外周面を主外周面２７ａという。

図１に示すように、弁体２２は、弁棒２１の上端部（軸方向の一方側の端部）に設けられている。弁体２２は、弁室１１ａ内に設けられている。弁体２２は、第１弁座１４に当接可能である。弁体２２は、第１弁座１４に当接することによって、主流路１１ｂに臨む開口部１６を閉止できる。

加減弁３は、弁棒３１と、弁体３２とを備えている。
弁棒３１は、蓋部材５の挿通孔５ａを通して外部から弁室１１ａ内に挿入されている。弁棒３１は、上下方向に延在する。弁棒３１は、上下方向（軸方向）に移動可能である。
弁体３２は、弁棒３１の下端部に設けられている。弁体３２は、天板部３３と、天板部３３の周縁から垂下する筒部３４とを備えている。弁体３２は、弁室１１ａ内に設けられている。筒部３４の下端部は、第２弁座１５に当接可能である。弁体３２は、第２弁座１５に当接することによって、弁室１１ａの出口開口を閉止できる。

蓋部材５は、本体部５１と、案内部５２とを備える。本体部５１は、弁室１１ａの上部開口を閉止する。案内部５２は、本体部５１の下面から下方に突出する。案内部５２は、弁体３２を囲む筒状に形成されている。案内部５２は、弁体３２の上下動を案内する。

止め弁駆動機構６は、ピストン６１と、シリンダ６２と、スプリング６３とを備える。ピストン６１は、止め弁２の弁棒２１の下端部に設けられている。シリンダ６２は、ピストン６１およびスプリング６３を収容する。スプリング６３は、ピストン６１を下方に付勢する。

加減弁駆動機構７は、動作レバー７１と、シリンダ機構７２と、スプリング７３とを備える。動作レバー７１は、加減弁３の弁棒３１に接続されている。シリンダ機構７２は、動作レバー７１を回動させることによって弁棒３１を上下動させる。スプリング７３は、弁棒３１を下方に付勢する。

案内筒４（ガイド部）は、挿通孔４ａを有する筒状（例えば中心軸Ａ４に直交する断面が円形である筒状）に形成されている。案内筒４は、下部を取付孔１７に挿通させた状態で本体部１１に固定されている。案内筒４は、主流路１１ｂの内面から主流路１１ｂ内に突出している。

図２に示すように、案内筒４は、中心軸Ａ４を上下方向に向けて設けられている。案内筒４の挿通孔４ａには弁棒２１が挿通している。案内筒４は、中心軸Ａ４の方向（軸方向）に弁棒２１を案内する。案内筒４の中心軸Ａ４は弁棒２１の中心軸Ａ２１と一致する。案内筒４は、案内筒本体４１と、調整部材４２（ブッシュ）とを備えている。

案内筒本体４１は、上下方向に沿う中心軸Ａ４１を有する筒状（例えば中心軸Ａ４１に直交する断面が円形である筒状）に形成されている。案内筒本体４１の内周面は、上から下に、先端部内周面４３と、テーパー面４４と、大径内周面４５とを有する。中心軸Ａ４１は、中心軸Ａ４に一致する。
調整部材４２は、上下方向に沿う中心軸Ａ４２を有する円筒状に形成されている。調整部材４２は、案内筒本体４１（大径内周面４５）の内周面に設けられている。中心軸Ａ４２は、中心軸Ａ４に一致する。調整部材４２の内径は、案内筒本体４１の大径内周面４５の内径より小さい。そのため、調整部材４２の上端部は縮径段部４６を形成する。調整部材４２の内周面は、小径内周面４７を形成する。例えば、調整部材４２は案内筒本体４１とは別体である。

案内筒４の内周面は、案内筒本体４１の内周面と、調整部材４２の内周面とを含むため、上から下に、先端部内周面４３と、テーパー面４４と、大径内周面４５と、縮径段部４６と、小径内周面４７とを有する。
先端部内周面４３の内径は軸方向に一定である。テーパー部４４は、先端部内周面４３と大径内周面４５との内径差によって形成された拡径部である。テーパー部４４は、先端部内周面４３の下端から大径内周面４５の上端にかけて下方に向かうにしたがって拡径する。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、蒸気弁１０の動作を説明する一部断面図である。図３（Ａ）は、弁棒２１が最下降位置にある状態を示す。図３（Ｂ）は、弁棒２１が最上昇位置にある状態を示す。図３（Ｂ）に示すように、最上昇位置にある弁棒２１は、テーパー部２４がテーパー面４４に当接して上昇が規制される。移動範囲Ｒ１は、肩部２６が上下方向に移動可能な範囲であり、詳しくは、最下降位置（図３（Ａ）参照）から最上昇位置（図３（Ｂ）参照）までの範囲である。

図２に示すように、大径内周面４５の内径は、先端部内周面４３の内径より大きく、かつ軸方向に一定である。大径内周面４５は、移動範囲Ｒ１に対応する範囲を含む。大径内周面４５は、円筒面をなす。
縮径段部４６は、大径内周面４５の下端から小径内周面４７の上端にかけて縮径する段部である。

小径内周面４７は、大径内周面４５の下側（軸方向の他方側）に位置する。小径内周面４７の内径は、大径内周面４５の内径より小さく、かつ軸方向に一定である。小径内周面４７は、弁棒２１の主外周面２７ａに対向する。
なお、蒸気弁１０では、小径内周面４７は、案内筒本体４１と別体である調整部材４２の内周面であるが、小径内周面は、案内筒の内面に一体的に形成された膨出部の内周面であってもよい。この膨出部は、例えば、案内筒の内周面に、径方向の内方に膨出して形成される。

大径内周面４５は、小径内周面４７より内径が大きいため、小径内周面４７よりも弁棒２１との隙間が大きい。すなわち、大径内周面４５と弁棒２１（主外周面２７ａ）との隙間Ｃ１は、小径内周面４７と弁棒２１（主外周面２７ａ）との隙間Ｃ２より大きい。

隙間Ｃ１は、例えば、次に示すようにして定めることができる。
隙間Ｃ１は、案内筒４と弁棒２１とが接触しないように定めることができる。案内筒４と弁棒２１とが接触しなければ、弁棒２１の動作が妨げられないため、弁棒２１の正常動作を確保できる。隙間Ｃ１は、案内筒４と弁棒２１とが接触してもよいように定めることもできるが、その場合には、案内筒４と弁棒２１とが接触した状態でも弁棒２１が正常に動作することが必要である。よって、隙間Ｃ１は、次に示す方針（１）、（２）のいずれかに従って定めることができる。

（１）案内筒４と弁棒２１との接触を許容しない場合
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、比較形態の蒸気弁の案内筒１０４、および弁棒２１を示す一部断面図である。図４（Ａ）は、未変形の案内筒１０４、および弁棒２１を示す。図４（Ａ）では、案内筒１０４の中心軸Ａ１０４は弁棒２１の中心軸Ａ２１と一致している。案内筒１０４の内周面は、縮径段部４６と、小径内周面４７とを備えていない点で、図２に示す案内筒４の内周面と異なる。

比較形態の案内筒１０４は、蒸気の流通による温度上昇によって変形する可能性がある。図４（Ｂ）は、径方向に変形した案内筒１０４、および弁棒２１を示す（矢印参照）。ここでは、案内筒１０４が基端１０４ｂを支点として矢印方向（図４（Ｂ）の左方向）に傾いたと想定する。中心軸Ａ１０４と中心軸Ａ２１とは不一致となる。案内筒１０４の内周面は弁棒２１の肩部２６に接触している。
なお、図４（Ｂ）では、案内筒１０４が基端１０４ｂを支点として傾動する変形を想定したが、案内筒１０４の変形は、撓み変形を含む変形であってもよい。

図１に示すように、実施形態の蒸気弁１０においても、蒸気タービンの起動時などには、蒸気Ｓの流通により温度は上昇する。よって、図２に示す案内筒４は、図４（Ｂ）に示す比較形態の案内筒１０４と同様に、温度上昇により径方向に変形する可能性がある。そのため、方針（１）、すなわち、案内筒４と弁棒２１との接触を許容しない場合には、隙間Ｃ１は、肩部２６の高さ位置における、案内筒４の径方向の最大変形量を越えるように設定することができる。これによって、案内筒４は弁棒２１に接触しにくくなるため、弁棒２１は正常に動作できる。

（２）案内筒４と弁棒２１との接触を許容する場合
案内筒４と弁棒２１との接触を許容する場合には、案内筒４と弁棒２１とが接触した状態でも弁棒２１が正常に動作することが必要である。
図５は、方針（２）における、隙間Ｃ１の設計手法の例を示すフロー図である。図５に示すように、まず、温度上昇による案内筒４の変形量を算出する（ＳＴＥＰ１）。案内筒４の変形量の算出には、例えば、ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）を用いることができる。

案内筒４と弁棒２１との間の接触ＰＶ値は、弁棒２１の正常動作の限界を与える指標となる。接触ＰＶ値には、案内筒４と弁棒２１との間の摩擦力が影響する。案内筒４と弁棒２１との間の摩擦力は、案内筒４の変形量によって変動する。そのため、案内筒４の変形量に基づいて、弁棒２１を正常に動作させるための接触ＰＶ値の基準値を算出することができる。

次いで、蒸気タービンのトリップ時（止め弁２の急速閉止時）における、案内筒４と弁棒２１との接触ＰＶ値を算出する（ＳＴＥＰ２）。接触ＰＶ値の算出には、ＦＥＭ、ＭＢＤ（Ｍｏｄｅｌ Ｂａｓｅｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）などを用いることができる。

次いで、得られたトリップ時の接触ＰＶ値と、前述の基準値とを比較する。接触ＰＶ値が基準値を下回っていれば（ＳＴＥＰ３：Ｙｅｓ）、検討を終了する。
接触ＰＶ値が基準値以上であれば（ＳＴＥＰ３：Ｎｏ）、案内筒４の内径を小さくするか、または弁棒２１の外径を小さくすることによって隙間Ｃ１を大きくして（ＳＴＥＰ４）、再び接触ＰＶ値を算出する（ＳＴＥＰ２）。このようにして、接触ＰＶ値が基準値を下回る隙間Ｃ１を導き出す。これにより、弁棒２１が正常に動作できる隙間Ｃ１を得る。

図２に示す調整部材４２の設置位置は、次のようにして定めることができる。
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、蒸気弁１０における調整部材４２の設計手法の例を示す図である。図６（Ａ）は、未変形の案内筒１０４、および弁棒２１を示す。図６（Ｂ）は、径方向に変形した案内筒１０４、および弁棒２１を示す（矢印参照）。

図６（Ａ）に示すように、案内筒１０４の基端１０４ｂ（下端）を基準とする肩部２６の高さを「Ｈ」とする。「Ｃ０」は、案内筒１０４と弁棒２１との隙間である。
図６（Ｂ）に示すように、案内筒１０４が、熱変形により、基端１０４ｂを支点として傾いたと仮定する（矢印参照）。ここでは、案内筒１０４が径方向（図６（Ｂ）の左方）に傾くことを想定する。「δ」は、肩部２６の高さ位置における案内筒１０４の径方向の変位量である。

図６（Ｂ）に示す変形状態の案内筒１０４について、高さ位置Ｘ１における、案内筒１０４と弁棒２１との最小の隙間を「Ｃｘ」とする。隙間Ｃｘは、次に示す式（１）により算出できる。「ｘ」は、高さ位置Ｘ１と肩部２６との高低差である。
Ｃｘ＝（Ｃ０－δ）＋ｘ／Ｈ・δ ・・・（１）

式（１）より、案内筒１０４と弁棒２１との間に、隙間ａ（＝Ｃｘ）（最小の隙間）を確保できる「ｘ」は、次の式（２）により求めることができる。
ｘ＝Ｈ／δ・（ａ－Ｃ０＋δ） ・・・（２）

図１に示す調整部材４２の設置位置は、式（２）に基づいて定めることができる。例えば、まず、案内筒１０４と弁棒２１との隙間を通した蒸気のリーク量を十分に抑制できる隙間ａを定める。隙間ａに基づいて、式（２）を用いて「ｘ」を算出する。図１に示す蒸気弁１０において、調整部材４２は、上端（縮径段部４６）と、弁棒２１の肩部２６との高低差が「ｘ」となる位置に設置することができる。

次に、蒸気弁１０の動作について、図１を参照して説明する。図１では、止め弁２および加減弁３は閉状態となっている。
図１に示すように、止め弁駆動機構６のシリンダ６２に制御油を供給すると、ピストン６１、弁棒２１および弁体２２は上昇する。これにより、弁体２２は第１弁座１４から離れ、止め弁２は開放される。加減弁駆動機構７のシリンダ機構７２に制御油を供給すると、動作レバー７１の動作により、弁棒３１および弁体３２は上昇する。これにより、弁体３２は第２弁座１５から離れ、加減弁３は開放される。

蒸気Ｓは、導入口１２ｂから導入流路１２ａ、加減弁３、止め弁２を経て主流路１１ｂに流入する。蒸気Ｓは、主流路１１ｂから排出流路１３ａを経て、排出口１３ｂから排出される。必要に応じて、シリンダ機構７２に対して制御油を供給または排出すると、弁棒３１および弁体３２は上昇または下降し、加減弁３の開度は調整される。そのため、排出される蒸気Ｓの流量が調節される。

蒸気タービンのトリップ時などには、止め弁駆動機構６のシリンダ６２から制御油を排出する。スプリング６３の弾性力により、ピストン６１、弁棒２１および弁体２２は下降する。これにより、弁体２２は第１弁座１４に達し、止め弁２は閉止される。加減弁駆動機構７のシリンダ機構７２から制御油を排出すると、スプリング７３の弾性力により、弁棒３１および弁体３２は下降する。これにより、弁体３２は第２弁座１５に達し、加減弁３は閉止される。止め弁２および加減弁３が閉状態となることにより、蒸気Ｓの流れは止まり、蒸気タービンは停止する。

実施形態の蒸気弁１０では、案内筒４の内周面が小径内周面４７を有するため、小径内周面４７において弁棒２１との隙間を小さくできる。よって、案内筒４と弁棒２１との隙間を通して弁ケーシング１の外部にリークする蒸気の量を抑制できる。案内筒４の内周面は、弁棒２１の肩部２６の移動範囲Ｒ１に対応する大径内周面４５を有する。蒸気弁１０は、大径内周面４５において、案内筒４と弁棒２１との間に十分な隙間を確保できる。そのため、案内筒４が径方向に変形した場合でも、案内筒４は、弁棒２１と接触しないか、または、弁棒２１の正常動作が可能となる程度に弁棒２１に接触する。よって、弁棒２１の正常動作を確保しやすい。

蒸気弁１０では、上述のように、案内筒４が、弁棒２１と接触しないか、または、弁棒２１の正常動作が可能となる程度に弁棒２１に接触する。そのため、蒸気タービンの緊急停止などの際に、案内筒４と弁棒２１との焼き付きを防ぎ、止め弁２の急速閉止を確実に行うことができる。

蒸気弁１０では、案内筒本体４１と、案内筒本体４１とは別体である調整部材４２とを備えている。調整部材４２は案内筒本体４１とは別体であるため、案内筒本体４１への設置および交換が容易である。よって、小径内周面４７と弁棒２１（主外周面２７ａ）との隙間Ｃ２の調整が容易である。

弁棒２１は、肩部２６より高い位置にテーパー部２４を備えているため、２段の拡径部を有する形状である。そのため、図３（Ｂ）に示すように、テーパー部２４が案内筒４のテーパー面４４に当接するとき、肩部２６は低く位置する（すなわち、軸方向の他方寄りに位置する）。よって、肩部２６は案内筒４に当接しにくくなる。

［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る蒸気弁２１０の模式図である。図８は、蒸気弁２１０の一部断面図である。図９は、図８のＡ－Ａ断面図である。図９は、弁棒２１の中心軸Ａ２１と平行に見た図である。図１０は、蒸気弁２１０の動作を説明する一部断面図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、蒸気弁２１０は、弁ケーシング１と、止め弁２と、加減弁３と、案内筒２０４と、蓋部材５と、止め弁駆動機構６と、加減弁駆動機構７とを備えている。蒸気弁２１０は、案内筒４に代えて案内筒２０４を用いること以外は、第１の実施形態の蒸気弁１０（図１参照）と同様の構成である。

図８に示すように、案内筒２０４は、挿通孔２０４ａを有する筒状（例えば中心軸Ａ２０４に直交する断面が円形である筒状）に形成されている。案内筒２０４の中心軸Ａ２０４は上下方向に沿う。案内筒２０４は、中心軸Ａ２０４の方向（軸方向）に弁棒２１を案内する。図８において、中心軸Ａ２０４は、主内周面２４５（後述）の中心軸である。

案内筒２０４の内周面は、上から下に、先端部内周面４３と、テーパー面４４と、主内周面２４５とを有する。
主内周面２４５の内径は、先端部内周面４３の内径より大きく、かつ軸方向に一定である。主内周面２４５は、移動範囲Ｒ１に対応する範囲を含む。主内周面２４５は、円筒面をなす。

図８および図９に示すように、案内筒２０４の中心軸Ａ２０４（主内周面２４５の中心軸）は、弁棒２１の中心軸Ａ２１と一致していない。図９に示すように、案内筒２０４の中心軸Ａ２０４は、弁棒２１の中心軸Ａ２１に対して、排出流路１３ａ側にずれて位置している。すなわち、案内筒２０４の主内周面２４５は、弁棒２１に対して、排出流路１３ａ側に偏心している。

「Ｃ１１」は、中心軸Ａ２１と平行に見たときに、主内周面２４５のうち排出流路１３ａに最も近い部位Ｐ１における、案内筒２０４（主内周面２４５）と弁棒２１との隙間である。「Ｃ１２」は、中心軸Ａ２１と平行に見たときに、排出流路１３ａから最も遠い部位Ｐ２における、案内筒２０４（主内周面２４５）と弁棒２１との隙間である。中心軸Ａ２０４が中心軸Ａ２１に対して排出流路１３ａ側にずれているため、隙間Ｃ１１は、隙間Ｃ１２より大きい。

図７に示すように、案内筒２０４が設けられた部分の弁ケーシング１のうち、排出流路１３ａに近い部分は、簡略な構造とした場合でも弁ケーシング１全体の強度に影響が及びにくいため、薄肉に形成されることがある。一方、排出流路１３ａから遠い部分は、本体部１１の剛性を確保するため、厚肉に形成されやすい。例えば、図７では、案内筒２０４の左側の本体側部分Ｐ３は、案内筒２０４の右側の排出側部分Ｐ４に比べて厚肉となりやすい。そのため、本体側部分Ｐ３は、剛性が高く、かつ温度上昇しにくいことから、変形しにくくなる傾向がある。よって、図１０に示すように、案内筒２０４は、温度上昇時には、本体側部位Ｐ３側（図１０の左側）に変形しやすくなる可能性がある。

次に、蒸気弁２１０の動作について、図７を参照して説明する。図７では、止め弁２および加減弁３は閉状態となっている。
図７に示すように、止め弁駆動機構６のシリンダ６２に制御油を供給すると、ピストン６１、弁棒２１および弁体２２は上昇する。これにより、弁体２２は第１弁座１４から離れ、止め弁２は開放される。加減弁駆動機構７のシリンダ機構７２に制御油を供給すると、動作レバー７１の動作により、弁棒３１および弁体３２は上昇する。これにより、弁体３２は第２弁座１５から離れ、加減弁３は開放される。

蒸気Ｓは、導入口１２ｂから導入流路１２ａ、加減弁３、止め弁２を経て主流路１１ｂに流入する。蒸気Ｓは、主流路１１ｂから排出流路１３ａを経て、排出口１３ｂから排出される。必要に応じて、シリンダ機構７２に対して制御油を供給または排出すると、弁棒３１および弁体３２は上昇または下降し、加減弁３の開度は調整される。そのため、排出される蒸気Ｓの流量が調節される。

蒸気タービンのトリップ時などには、止め弁駆動機構６のシリンダ６２から制御油を排出する。スプリング６３の弾性力により、ピストン６１、弁棒２１および弁体２２は下降する。これにより、弁体２２は第１弁座１４に達し、止め弁２は閉止される。加減弁駆動機構７のシリンダ機構７２から制御油を排出する。スプリング７３の弾性力により、弁棒３１および弁体３２は下降する。これにより、弁体３２は第２弁座１５に達し、加減弁３は閉止される。止め弁２および加減弁３が閉状態となることにより、蒸気Ｓの流れは止まり、蒸気タービンは停止する。

図９に示すように、実施形態の蒸気弁２１０では、案内筒２０４の内周面（主内周面２４５）は、弁棒２１に対して偏心している。そのため、例えば、図１０に示すように、案内筒２０４が径方向に変形した場合においても、案内筒２０４は、弁棒２１と接触しないか、または、弁棒２１の正常動作が可能となる程度に弁棒２１に接触する。よって、弁棒２１の正常動作を確保しやすい。

実施形態の蒸気弁２１０では、案内筒２０４の内周面のうち、排出流路１３ａから最も近い部位Ｐ１と弁棒２１との隙間Ｃ１１は、排出流路１３ａから最も遠い部位Ｐ２と弁棒２１との隙間Ｃ１２よりも大きい。そのため、図１０に示すように、案内筒２０４が排出流路１３ａ側とは反対側（図１０における左方）に、径方向に変形した場合においても、案内筒２０４は、弁棒２１と接触しないか、または、弁棒２１の正常動作が可能となる程度に弁棒２１に接触する。よって、弁棒２１の正常動作を確保しやすい。

蒸気弁２１０では、上述のように、案内筒２０４が、弁棒２１と接触しないか、または、弁棒２１の正常動作が可能となる程度に弁棒２１に接触する。そのため、蒸気タービンの緊急停止などの際に、案内筒２０４と弁棒２１との焼き付きを防ぎ、止め弁２の急速閉止を確実に行うことができる。

蒸気弁２１０では、案内筒２０４は、排出流路１３ａから遠い部位において、隙間Ｃ１１より小さい隙間Ｃ１２を有するため、案内筒２０４と弁棒２１との隙間を通して弁ケーシング１の外部にリークする蒸気の量を抑制できる。

弁棒２１は、肩部２６より高い位置にテーパー部２４を備えているため、２段の拡径部を有する形状である。そのため、図３（Ｂ）に示すように、テーパー部２４が案内筒４のテーパー面４４に当接するとき、肩部２６は低く位置する（すなわち、軸方向の他方寄りに位置する）。よって、肩部２６は案内筒２０４に当接しにくくなる。

蒸気弁１０（図１参照）および蒸気弁２１０（図７参照）は、蒸気タービンに適用することができる。蒸気タービンは、例えば、高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン、および低圧蒸気タービンを備える。蒸気弁１０，２１０は、例えば、ボイラからの高圧蒸気を高圧蒸気タービンに供給する主蒸気供給配管に設けることができる。この蒸気タービンは、蒸気のリーク量を抑え、かつ、弁棒の正常動作を確保しやすい蒸気弁１０または蒸気弁２１０を備えるため、信頼性の点で優れている。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図７に示す蒸気弁２１０では、調整部材は用いられていないが、第１の実施形態の蒸気弁１０と同様に、調整部材を用いてもよい。
図１１は、図７に示す蒸気弁２１０の変形例である蒸気弁３１０の一部断面図である。図１２は、図１１のＢ－Ｂ断面図である。
図１１および図１２に示すように、蒸気弁３１０では、排出流路１３ａから最も近い部位Ｐ１（図１２参照）を含む位置において、案内筒２０４の内周面に、調整部材２４２が設けられている。調整部材２４２は、中心軸Ａ２０４に直交する断面が円弧状に形成されている。調整部材２４２は、部位Ｐ１（図１２参照）に近いほど厚みを増す形状となっている。

蒸気弁３１０では、調整部材２４２を備えているため、案内筒２０４と弁棒２１との隙間を通して弁ケーシング１の外部にリークする蒸気の量を抑制できる。

図２に示す弁棒２１は、２段の拡径部（テーパー部２４および肩部２６）を有する形状であるが、弁棒の形状はこれに限定されない。弁棒は、例えば１段の拡径部（肩部）を有する形状であってもよい。

１ 弁ケーシング
２ 止め弁
４，２０４ 案内筒
１０，２１０ 蒸気弁
１２ａ 導入流路
１３ａ 排出流路
１４ 第１弁座（弁座）
２１ 弁棒
２２ 弁体
２６ 肩部
２７ａ 主外周面
４２，２４２ 調整部材
４４ テーパー面（当接段部）
４５ 大径内周面
４７ 小径内周面
Ｃ１ 大径内周面と弁棒との隙間
Ｃ２ 小径内周面と弁棒との隙間
Ｃ１１ 排出流路に最も近い部位における弁棒との隙間
Ｃ１２ 排出流路から最も遠い部位における弁棒との隙間
Ｐ１ 排出流路に最も近い部位
Ｐ２ 排出流路から最も遠い部位
Ｒ１ 移動範囲
Ｓ 蒸気

Claims (8)

1. 蒸気が導入される導入流路及び該蒸気が排出される排出流路を有する弁ケーシングと、
   該弁ケーシング内に外部から挿入されて軸方向に移動可能な弁棒、及び、該弁棒の軸方向一方側の端部に設けられて、前記弁ケーシング内における弁座に当接可能な弁体を有する止め弁と、
   前記弁ケーシングに固定されて、内側に前記弁棒を挿通させるとともに該弁棒を軸方向に案内する筒状をなす案内筒と、
   を備え、
   前記弁棒は、
   該弁棒の軸方向他方側に向かうにしたがって拡径する肩部と、
   該肩部の前記軸方向他方側に接続された主外周面と、
   を有し、
   前記案内筒の内周面は、
   前記肩部の移動範囲に対応する大径内周面と、
   前記大径内周面の前記軸方向他方側に位置し前記主外周面に対向する小径内周面とを有し、
   前記大径内周面は前記小径内周面よりも前記弁棒との隙間が大きい、蒸気弁。
2. 前記案内筒は、筒状の案内筒本体と、前記案内筒本体の内周面に設けられた調整部材とを備え、
   前記小径内周面は、前記調整部材の内周面である、請求項１に記載の蒸気弁。
3. 前記弁棒は、前記弁体が前記弁座から離間した際に、前記案内筒の内面に当接する当接段部をさらに備え、
   前記当接段部は、前記肩部よりも前記軸方向一方側に形成されている、請求項１または２に記載の蒸気弁。
4. 蒸気が導入される導入流路及び該蒸気が排出される排出流路を有する弁ケーシングと、
   該弁ケーシング内に外部から挿入されて軸方向に移動可能な弁棒、及び、該弁棒の軸方向一方側の端部に設けられて、前記弁ケーシング内における弁座に当接可能な弁体を有する止め弁と、
   前記弁ケーシングに固定されて、内側に前記弁棒を収容するとともに該弁棒を軸方向に案内する筒状をなす案内筒と、
   を備え、
   前記弁棒は、
   該弁棒の軸方向他方側に向かうにしたがって拡径する肩部と、
   該肩部の前記軸方向他方側に接続された主外周面と、
   を有し、
   前記肩部の移動範囲に対応する前記案内筒の内周面は、前記弁棒に対して前記排出流路側に偏心している、蒸気弁。
5. 前記弁棒の軸方向と平行に見て、前記肩部の移動範囲に対応する前記案内筒の内周面のうち、前記排出流路に最も近い部位における前記弁棒との隙間は、前記排出流路から最も遠い部位における前記弁棒との隙間より大きい、請求項４に記載の蒸気弁。
6. 前記案内筒は、筒状の案内筒本体と、前記案内筒本体の内周面に設けられた調整部材とを備え、
   前記調整部材は、前記排出流路に最も近い部位を含む位置に設けられている、請求項５に記載の蒸気弁。
7. 前記弁棒は、前記弁体が前記弁座から離間した際に、前記案内筒の内面に当接する当接段部をさらに備え、
   前記当接段部は、前記肩部よりも前記軸方向一方側に形成されている、請求項４～６のうちいずれか１項に記載の蒸気弁。
8. 請求項１～７のうちいずれか１項に記載の蒸気弁を備える、蒸気タービン。

Images