JPH04214906A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】この発明は蒸気制御弁のような制御弁に
対する振動制御装置に関するものである。

【０００２】流体の流れを制御するための制御弁は周知
の技術である。原子力発電装置においては、制御弁が蒸
気のような流体の流れを制御するために用いられている
。従来の原子力制御弁は、それらが動作される場合に厳
しい状態による重要な問題を有していた。

【０００３】原子力発電設備における蒸気制御弁は、例
えば化石燃料設備のような他の発電設備に使用される蒸
気制御弁と比較して一般的に比較的大きい。従来、原子
力発電設備において大きな弁の使用は、化石燃料設備と
比較して、原子力設備により生じた一般的に低エネルギ
ーに頼っている。それらの大きな弁構造は、小さな弁構
造の場合には重要ではないかもしれない問題を提示する
傾向にある。例えば、発電設備で使用される代表的な蒸
気制御弁は、短時間内に蒸気通路を閉じるように作動さ
れなければならない。従って、このような弁に用いられ
た弁体は高速度で蒸気通路をふさぎ、あるいは閉じる位
置に移動できるようでなければならない。大抵の原子力
制御弁に用いられる比較的大きな弁体の急速な移動を確
実に行うためには、弁体は弁ボンネット内に強固に装着
されるべきではないので、ボンネットの軸線に沿った弁
体の移動は、大幅に限定され、あるいは遅くなるであろ
う。しかしながら、従来の弁の設計は弁ボンネット内に
緩く装着されているので、弁体は弁ボンネットに対して
横方向に振動する傾向にある。

【０００４】従って、このような従来の原子力蒸気制御
弁が受ける共通の問題は、動作する制御弁の部分が大き
く振動することである。それらの振動は、弁座を通過す
る流体の流れ（例えば、蒸気流）により引き起こされる
、一般的に高い振動数である。蒸気流により引き起こさ
れる振動数は、可聴振動数の広いスペクトルにわたって
一般的に生じる。例えば、Ｋ・８５Ｈｚとしてこの振動
数は知られている。ここでＫ＝０，１，２．．．，であ
る。知られた振動エネルギーの大きな部分は３００〜４
００Ｈｚの範囲で生じる傾向にある。

【０００５】このような振動は内部の弁構成部品に大き
な摩耗と損傷とを起こさせることができる。例えば、弁
箱およびマフラーを含む弁の構成部品の亀裂、並びに弁
ライナー、シールリングの溝部、弁棒および弁棒のブッ
シングに対する過度の摩耗はこのような振動に帰する。 さらに、このような振動は、弁ボンネットに固定された
外部の運転装置に損傷を生じさせると知られている。さ
らに、このような振動は、原子力設備のタービン室の床
に非常に大きな騒音を伝達させると知られている。

【０００６】

【発明の概要】この発明の目的は、原子力制御弁に組み
込まれたときに、運転中に弁により生じる振動を減衰さ
せる振動制御装置を提供することである。さらに、この
発明の目的は、制御弁に組み込まれたときに、運転中に
弁体から弁のボンネットライナーに対する振動の伝達を
減衰させあるいは防止する振動制御装置を提供すること
である。さらに、この発明の目的は、制御弁に組み込ま
れたときに、弁体を弁ボンネットの中心に位置させる振
動制御装置を提供することである。さらに、この発明の
目的は、制御弁に組み込まれたときに、大きな騒音を減
少させる振動制御装置を提供することである。さらに、
この発明の目的は、制御弁に組み込まれたときに、全内
部の弁体およびリングの摩耗と損傷とを減少させる振動
制御装置を提供することである。

【０００７】これらの目的は、この発明に従い、弁箱と
弁箱内に移動可能な弁体と振動制御装置とを有する制御
弁を提供することにより達成される。ここで、振動制御
装置は、弁体から延びており弁体に対して移動可能で、
かつ弁箱に当接する当接部と、移動可能な当接部と弁体
との間に配設された弾性部とから構成されている。

【０００８】好適には、この振動制御装置は、上部案内
部材の溝部に保持された複数個のリング片を有している
。このリング片は、半径方向の外側にボンネットライナ
ーに押圧され、またへび状あるいはバギーのようなばね
により溝部内に保持され、また中心に位置される。複数
個のリング片と上部案内部材との間の表面の相互作用に
より、さらに摩擦による制振が弁に与えられる。防振ば
ねの固有振動数は、弁座を通過する流体流れにより引き
起こされる高い振動数よりも大幅に低くなるように設計
されている。従って、弁体は振動制御装置によりボンネ
ットおよびライナー内での振動から孤立されることがで
きる。

【好適な実施例の説明】

【０００９】この発明の詳細な説明は添付図面を参照し
てなされるが、各図において相当部分には同一符号が付
されている。次の詳細な説明は、この発明の現在最良と
考えられる実施例である。この説明は、限定された意味
で取られるべきではないが、この発明の一般的な原理を
説明するために単になされている。この発明の範囲はク
レームで最も良く明確にされる。

【００１０】次の説明においては、この発明の実施例は
、原子力プラントの蒸気制御弁に関して述べられており
、またその蒸気制御弁に組み込まれており、特に原子力
発電設備における蒸気制御弁に組み込まれている。しか
しながら、この発明の実施例は他のタイプの弁装置にも
適用することができると認識されるであろう。

【００１１】図１は蒸気の流れを制御するための制御弁
の部分断面図を示している。この制御弁は、蒸気流の通
路を画成し、また１０で一般的に示された弁箱を有する
弁体９を含んでいる。ボンネット部１１は実質的に中空
の円筒形状になっている。弁棒１２は、実質的に中空の
ボンネット部１１内に配設されており、またボンネット
部１１の中心軸線に沿って延びている。また、弁体１３
が実質的に中空のボンネット部１１内に配設されている
。弁棒１２の一端部（図１の下部に示された端部）は、
弁体保持具１４により弁体１３に固定されている。

【００１２】図１に示された弁体１３は、実質的には円
筒状の壁部１５と底部１６とを有している。実質的に円
筒状の壁部１５は実質的に中空のボンネット部１１の内
径よりも好適には僅かに小さい外径を有している。動作
のときには、弁体１３は、ボンネット部１１内でボンネ
ット部１１の内周面に隣接して配置された壁部１５の外
周面と装着するようになっている。

【００１３】上述したように、弁棒１２は、ボンネット
部１１内に配設されており、また一端部で弁体１３に固
定されている。弁棒１２は、ボンネット部１１内に移動
可能に固定されており、またボンネット部１１の軸線方
向に移動できるようになっている。図１の実施例では、
弁棒１２はばね板１７とカップラー１８に固定されてい
る。

【００１４】液圧のアクチュエータ棒１９は、液圧アク
チュエータ（図示せず）から延びており、またカップラ
ー１８に固定されている。液圧アクチュエータ（図示せ
ず）は、周知の方法で作動して、アクチュエータ棒１９
の移動をボンネット部１１に対して軸線方向に制御する
。このように、また、液圧アクチュエータは、カップラ
ー１８、ばね板１７、弁棒１２および弁体１３の移動を
制御する。従って、図１においては、液圧アクチュエー
タがアクチュエータ棒１９をボンネット部１１の軸線方
向に移動させるときには、その液圧アクチュエータは、
またばね板１７、弁棒１２および弁体１３をボンネット
部１１の軸線方向に移動させる。このように、液圧アク
チュエータは、ボンネット部１１内で弁体１３の移動を
図１において上あるいは下方向に制御して弁を開閉し、
そして下述するように、弁体９を通過する蒸気の流れを
制御する。ばね２０はばね板１７に当接し、またボンネ
ット部１１の軸線に沿った一方向にばね板１７を押圧す
る（図１の下方向）。その結果、ばね２０は、弁棒１２
および弁体１３をボンネット部１１の軸線に沿った一方
向に押圧して、下述するように弁を閉じる。

【００１５】排出領域２２と、複数個の開口部で、各々
２４と２５で示されている二つの開口部とが設けられて
いる実質的に円筒状のマフラー２１が実質的に円筒状の
ボンネット部１１から延びている。マフラー２１は、ピ
ン２３のような何か適当な手段によりボンネット部１１
に取り付けられてもよい。図１においては、開口部２４
，２５は弁体１３の実質的に円筒状の壁部１５によって
ふさがれている。しかしながら、開口部２４，２５は、
弁体１３をボンネット部１１の軸線方向に移動すること
により開き、開口部を流体（例えば蒸気）連通してもよ
い。例えば、液圧アクチュエータの動作により、弁体１
３は図１において上方向に移動されて、開口部２４、２
５と弁の排出領域２２との間に伝達通路を与える。さら
に、液圧アクチュエータの作動、または（および）ばね
２０の押圧力により、弁体１３は図１において下方向に
移動され、それにより開口部２４、２５と弁の排出領域
２２との間の液体通路をふさぐ。このように、蒸気流の
ような液体流は、弁体１３の移動を制御することにより
、開口部２４、２５を通過するように、あるいは開口部
２４、２５を通過するのを妨げるように制御されること
ができる。

【００１６】また、マフラー２１はマフラー２１の実質
的に円筒状の壁を通過して延びた複数個の開口部２６を
含んでいる。図１の左下側に拡大されて示されたその開
口部２６は開口部２４、２５よりも面積においてかなり
小さい。図１に示されているように、弁体１３がボンネ
ット部１１の中心軸線に沿って一方向（図１において上
方向）に移動されたときには、開口部２６は、マフラー
２１を液体連通するようになっている。開口部２６の液
体連通は図１に示されているように、弁体１３の底部１
６により選択的に妨げられてもよい。

【００１７】ボンネット部１１はボルト２７のような何
等かの適当な固定手段により弁体９に固定されてもよい
。ボンネット部１１内には、ブッシュング２９が弁棒１
２を案内するために弁棒１２の周りに配設されている。 ボンネット部１１には、弁棒１２に隣接した位置からボ
ンネット部１１を貫通して延びた棒状の漏れ通路２８が
設けられている。このように、ブッシング２９と弁棒１
２との間を通る蒸気は漏れ流路２８から排出されること
ができる。

【００１８】実質的に中空円筒状のボンネット部１１の
内周面には、ライナー３０が設けられており、弁体１３
はボンネット部１１に対して移動可能にシールされる。 ライナー３０に関して弁体１３を制振し、孤立し、また
シールするための、この発明の一実施例による、振動制
御装置は、図１の円形で記されたＩＩ内に一般的に示さ
れ、また図２，３内により詳細に示されている。

【００１９】図２は、ボンネット部１１とボンネット部
１１の内周面に設けられたライナー３０との一部を示し
ている。また、図２には弁体１３の実質的に円筒状の壁
部１５の一部が示されている。

【００２０】上部案内部材３１は、ねじあるいはボルト
３２のような適当な固定手段により壁部１５に固定され
ている。この壁部１５にはライナー３０に対面した溝部
３３が設けられている。また、この壁部１５には、ライ
ナー３０に対面した段部３４が設けられている。上部案
内部材３１を壁部１５に固定する場合、上部案内部材３
１の表面３５は、段部３４を溝部に形成するように段部
３４に隣接して延びている。好適には、段部３４に隣接
して延びている表面３５は肌焼きされている。溝部３３
、および段部３４と表面３５とから形成された溝部は、
適当なシール装置、例えば圧力シールリングあるいは同
様のものが配設される受け部になっている。

【００２１】図示された実施例で示された上部案内部材
３１は、実質的に断面が四角形状で、実質的に環状の部
材から構成されている。ライナー３０に対向した上部案
内部材３１の外周面には、円周方向に間隔をおいて複数
個の溝部３６が設けられている。好適には、上部案内部
材３１には四つの溝部３６が設けられており、その溝部
３６の各々は上部案内部材３１の外周面の全周距離の四
分の一よりも小さく延びている。また、好適な装置では
、この溝部３６は、上部案内部材３１の周りに二分割さ
れたリング片を形成するために、溝部の端部と端部とを
つなぎ、また溝部端部では円周方向に互いに間隔をおい
て配置される。

【００２２】各溝部３６には付加溝３７が設けられてい
る。この付加溝３７は、溝部３６が延びている距離より
も僅かに大きな距離だけ、上部案内部材３１の溝部３６
の垂直壁面の半径方向に、また円周方向、内側方向に延
びている。付加溝３７はそれに関連した溝部３６よりも
垂直方向ではより狭い。付加溝３７の働きは下記に述べ
られるように、弾性部であるばね４４を保持することで
ある。

【００２３】図２および３に示されているように、各溝
部３６内には当接部であるリング片３８が配設されてい
る。各リング片３８は、溝部３６内に装着されるような
形状になっているが、付加溝３７内には大きすぎて装着
しない。図３によると、各リング片３８は、弁の運転中
ライナー３０に対面し、また当接する外周表面３８を含
んでいる。その外周表面３９には、好適には流体流の通
路となり、またリング片３８間の圧力を等しくする手助
けとなるための複数の扇形切欠け部４０、即ちくぼみが
設けられている。外周表面３９は、ライナー３０の内周
面に合うように弧状である。各リング片３８には、図３
に示されているように弧状である内周表面４１が設けら
れている。また、各リング片３８には、隣接したリング
片の端面の方向に対面した端面４２，４３が設けられて
いる。

【００２４】図３に示された実施例では、蛇状あるいは
バギーのようなばね４４によって、各リング片３８は、
上部案内部材３１から外側方向に、ライナー３０に向か
って押圧されている。このように、各ばね４４は、上部
案内部材３１とリング片３８とに当接し、また溝部３６
から外に出る方向にリング片３８を押圧している。

【００２５】図３に示されているように、各付加溝３７
は、それに関連した溝部３６によって形成された全部で
三つの表面から延びていてもよい。この装置のように、
各ばね４４は、リング片３８の三つの側面のまわりに延
びており、またリング片３８の表面４１，４２および４
３を押圧していてもよい。そのため、各リング片３８は
、ライナー３０に向かって三方向から押圧されることが
でき、また溝部３６内で、かつライナー３０に接して堅
く装着されることができる。

【００２６】各リング片３８は、上述したように、ライ
ナー３０に押圧されているので、上部案内部材３１と弁
体１３とは実質的に円筒状のボンネット部１１内に緊密
に装着されている。四個のリング片３８をライナー３０
に押圧するために、ばね４４によって及ばされた力は、
ボンネット部１１内の弁体１３の横方向の移動を抑制す
る傾向にある。さらに、リング片および上述したばねに
よりライナー３０に及ばされた制振圧力によって、弁体
１３は、ボンネット部１１内に移動可能（ボンネット部
１１の軸線方向）であり、また望まない振動（ボンネッ
ト部１１の横方向）およびこの振動により生じた反作用
に対して実質的に耐えることができる。リング片３８を
装着した弾性部より、弁体１３は垂直方向に比較的自由
に移動することができ、その結果弁体１３は急激な開弁
および閉弁に応じることができる。

【００２７】さらに、リング片のボンネット部対向面に
設けられた、扇形切欠け部４０、即ちくぼみは、リング
片間の流体通路を提供している。このように、上部案内
部材３１の一方の側（例えば、図１の上部案内部材の下
側）の圧力は、上部案内部材３１の他方の側（例えば、
図１の上部案内部材の上側）の圧力とたいした差はない
であろう。上部案内部材間にたいした圧力差を生じさせ
ないということは、幾つかの望まない振動の発生を減少
させると信じられている。即ち、このような圧力差は望
まない振動を起こさせると信じられている。

【００２８】上述した上部案内部材３１、リング片３８
およびばね４４は特有な振動制御装置を構成しており、
その装置は、蒸気制御弁に組み込まれたときには、色々
な有益な効果を与えるであろう。例えば、振動制御装置
は、実質的には中空円筒状のボンネット部１１に対して
弁体１３を中心に位置するように動作する。各リング片
は、それぞれの他のリング片が押圧されている力と実質
的に等しい力でライナー３０に押圧されているので、弁
体１３はボンネット部１１に対して実質的に中心に保持
される傾向にある。その結果、ライナー３０と、溝部３
３内および段部３４と壁面３５とによって形成された溝
内に配設された圧力シールとの間で及ぼされる力は、そ
の圧力シールの外面のまわりでは実質的に等しくなるで
あろう。さらに、その圧力シールは、弁体１３およびラ
イナー３０に対して適正な配置で維持されるであろう。 圧力シールのこの適正な配置は、蒸気が圧力シールを流
通することを防止する手助けになるであろう。このよう
に、より良いシール動作が維持されるばかりでなく、圧
力シールを流通する蒸気により生じる弁体の振動および
損傷は防止されることができる。

【００２９】また、上述した振動制御装置は、弁体１３
とボンネット部１１との間の相対的な横方向の移動を制
動する制動方法で動作する。この制動効果は、大きくは
ばね４４の弾性による。制動動作はリング片３８の質量
、弁体１３の質量およびばね４４のばね定数による。 好適には、制動動作は、リング片および弁体の質量また
は（および）ばね定数を、弁が最大の悪影響を与える振
動にさらされる範囲に対応した振動数の範囲で最大の制
動を生じさせるように選択することにより、制御される
。例えば、原子力制御弁の弁座を通過する蒸気流は、３
００〜４００Ｈｚの範囲の大きな部分ではあるが、Ｋ・
８５Ｈｚの値（Ｋ＝０，１，２．．）の振動数を引き起
こさせるので、原子力の制御弁に用いられる振動制御装
置の制動動作は３００〜４００Ｈｚの範囲で最大限の制
動を生じさせるように選択されるとよい。振動制御装置
の制動動作は、ｗｎはｗと等しくない（例えば、ｗｎ≧
４ｗ）ように設計されている。ここで、ｗは減衰された
振動振動数で、ｗｎは弁構造の固有振動数である（ｗｎ
は公式ｗｎ＝（Ｋ／Ｍ）１／２で決定される。ここで、
Ｋはばね４４のばね定数を示しており、Ｍは弁体、ばね
およびリング片の質量を示している。）。

【００３０】このように、この装置は、弁体１３からラ
イナー３０に振動が伝達するのを減少させあるいは防止
するように動作する。このライナー３０は弁の内部およ
び外部の構成部品により受ける振動を減衰するであろう
。弁の外部および内部の構成部品により受けた振動を減
衰することにより、その弁により生じた大きな騒音の原
因が減少され、また内部および外部の構成部品の寿命が
長くなるであろう。原子力制御弁では可聴振動数で振動
を受けるが、そのようなことのない弁装置に振動制御装
置が用いられたときでも、騒音における大きな減少が達
成されることができる。

【００３１】さらに、上述された振動制御装置は、従来
の弁体の設計で生じた振動の増幅問題を防止するという
ことは信じられている。弁体の振動数が弁体、弁棒およ
びライナーの固有振動数に相当するときに、従来の弁体
は増幅した振動を受けたということが信じられている。 しかしながら、上述されたこの振動制御装置は弁体１３
をライナー３０から孤立させ、またその孤立により、他
には生じないであろう振動の増幅を減少させ、また防止
する。また、上述された振動制御装置は、弁体（例えば
、図１において弁体１３の上部）にさらに摩擦制動を与
える。このように、振動制御装置は弁体全体およびシー
ルの摩耗および損傷を減少させるように動作する。

【００３２】今、開示された実施例は、あらゆる実施例
の中で考慮されるべきであり、また特許請求の範囲によ
って示された発明の範囲で考慮され、前述の説明に限定
されるべきではない。特許請求の範囲と等しい意味およ
び範囲内に生じるあらゆる変形例は、その特許請求の範
囲内に包含される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例が組み込まれた原子力プラン
トの蒸気制御弁の断面図である。

【図２】図１において、円形で囲まれかつ符号ＩＩで記
された部分の拡大図である。

【図３】図２でのＩＩＩーＩＩＩ線に沿う詳細な平断面
図である。

【符号の説明】

１０　　　　弁箱 １３　　　　弁体 ３８　　　　リング片（当接部） ４４　　　　ばね（弾性部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　弁箱と、前記弁箱内に移動できる弁体
   とを有する制御弁において、前記弁体から延びており、
   前記弁体に対して移動可能で、また前記弁箱に当接する
   移動可能な当接部と、また移動可能な前記当接部と前記
   弁体との間に配設された弾性部とからなる振動制御装置
   を備えた制御弁。