JPH09509241A - 蒸気調整バタフライ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は過熱蒸気ラインにおいて、圧力ならびに温度を共に低減するために使用される蒸気調整弁(12)である。本発明により、バタフライ型弁には、その下流側の面(22)に方向づけられた緩熱噴水ノズル(26)が設けられる。本明細書内て説明される好ましい実施態様においては、弁(38)が含まれており、これにより、各ノズルへの水の流れが選択的に制御される。本発明は、現存の蒸気調整弁、あるいは減圧弁と緩熱器を組み合わせたものに比べ、より簡単でかつより経済的でもある改良型蒸気調整弁を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 蒸気調整バタフライ弁 発明の背景 １．発明の分野 本発明は蒸気ライン内の蒸気の圧力および温度を低減するための装置に関する 。より詳細には本発明は蒸気の圧力および過熱度を低減する蒸気調整弁であって 、弁手段が噴水ノズルをその下流側の面に有するバタフライ弁を含んでいる蒸気 調整弁を提供する。 ２．先行技術の背景 ボイラ給水ポンプからのやや冷却された噴霧水は動力産業ならびに加工産業に おいて、過熱蒸気をその飽和温度あるいは望ましい過熱度にまで冷却するために 広く用いられている。これは一般的に、固定型もしくは可変型の開口ノズルを備 えた機械的緩熱器あるいは蒸気の力を借りた緩熱器によって達成される。このよ うな緩熱器を蒸気圧制御弁と組み合わせれば、過熱蒸気の圧力および温度を共に 所定値にまで低減する蒸気調整弁が得られる。 真の蒸気調整弁と、緩熱器と直結させただけの圧力制御弁との間には重大な違 いがある。「組合せ式」蒸気調整弁においては、噴霧水注入器は蒸気制御弁と一 体の部分であり、該弁は、減圧弁トリム位置の関数として、水量の機械的比例を 取ることができる。このように直接的に水量の比を取ることによって、速い応答 速度、頻繁な負荷の取り替え、循環的な操作、正確な温度制御がもとめられ、誤 って過剰噴霧をおこさないことが求められる用途に特に適した弁が得られる。 噴霧水制御弁は、蒸気調整弁に適正な流入圧力を与え、かつ下流側蒸気温度の 測定および結果的に制御ループから得られる計測信号に基づいて必要とされる水 量を厳密に調整するために広く用いられている。これに対し て、緩熱装置を減圧段階における下流側に備えた蒸気圧制御弁は、はるかに遅い 応答時間を示し、かつ一時的に過剰噴霧あるいは過小噴霧を行う可能性を有する 。様々な視点で重要なパラメータである乱気流度は、減圧弁内で注水する場合に 比べてはるかに低い。このようなシステムの全体的性能はしばしば望まれる状態 以下であり、動作時における面倒な問題をもたらすこともある。 基本的な緩熱弁システムは、典型的には従来の直線体もしくはアングル体減圧 弁アプローチに基づいている。これらは通常、弁幹およびプラグを通って噴霧水 が供給されるプラグ弁である。これらの弁は、十分満足に機能し得るが、より簡 単でかつより信頼性のある蒸気調整弁が可能であると考えられている。 緩熱水が不正確に供給されるということのほかにも、実用的な蒸気調整弁の設 計時に避けるべきその他の問題としては、熱膨張による弁詰まりおよび不適正な 封止などの操作上のおよびメンテナンス上の問題が挙げられる。 したがって、本発明の主要な目的は、温度低減能力および減圧能力を効果的に 単一のユニットに併せて備えている蒸気調整弁を提供することである。 本発明のさらなる目的は、可能な限り簡単でありかつ信頼性のある蒸気調整弁 を提供することである。 本発明の別の目的は、正確な緩熱を可能にし、同時に熱膨張/収縮によりもた らされる弁詰まりおよび不適正な弁封止などのメンテナンス上の問題を回避でき るような蒸気調整弁を提供することである。 また別の目的は、(バタフライ弁では典型的である)最小の物理的弁サイズおよ び重量で、最大のCvを達成することである。 さらなる目的は、流路内の残骸(例えば、溶接棒の端、過熱器パイプからの剥 離物、溶接屑など)に反応しない制御素子を備えることである。 以下の明細書を検討することにより、本発明のこれらの目的およびその他の目 的が明らかになるであろう。 発明の要旨 本発明は、蒸気ライン内の過熱蒸気の圧力ならびに温度を共に低減する改良型 蒸気調整弁を提供する。 本発明の好ましい実施態様においては、バタフライディスク状弁部材が、蒸気 ライン内の、回転可能な弁シャフト上に方向づけられている。弁部材は、その下 流側の面に、弁部材の開放時に緩熱用水を供給する１つ以上の噴水ノズル含む。 好ましくは、弁部材が回転している間は、常に水が確実に下流方向に噴霧される ように、噴水ノズルは隆起しかつ傾斜を有しているべきである。 以下に説明する第１の実施態様においては、個別の噴水ノズルのそれぞれへの 水の流れを選択的に制御するために、弁が設けられている。この弁手段を調整す ることにより、緩熱水の供給を調整することができ、これにより、過剰噴霧ある いは過小噴霧の危険のない正確な蒸気の緩熱が得られる。以下に説明する第２の 実施態様においては、弁部材の表面上に、より広範囲にわたる噴水ノズルのアレ イを備えている、改変を加えた給水ラインが説明されている。ノズルに水を供給 するための多様な選択例も記載されている。 本発明は、現存の蒸気調整弁に比べ、より簡単で、より信頼性がありかつより 経済的でもある改良型蒸気調整弁を提供する。 図面の説明 以下の記載を添付の図面と照らし合わせて考慮すれば、本発明の動作が明らか になるであろう。 図１は、本発明による蒸気調整弁の下流側の面の立面図であり、閉鎖位置にあ る弁部材が示されている。 図２は、本発明による蒸気調整弁の、図１の２−２線に沿った、断面図である 。 図３は、本発明による蒸気調整弁の断面図であり、一部開放位置にある 弁部材が示されている。 図４は、本発明による蒸気調整弁の別の実施態様における下流側の面の立面図 である。 図５は、本発明による蒸気調整弁の、図４の５−５線に沿った、断面図である 。 発明の詳細な説明 本発明は、あらゆる種類の蒸気ライン11、特に緩熱が必要とされる過熱蒸気ラ インに、使用される改良型蒸気調整弁10を提供する。 図１および図２に示すように、本発明の蒸気調整弁10は、回転弁シャフト14に 取り付けられたディスク状弁部材12を備えている。弁部材12および弁シャフト14 は、弁胴16内に搭載される。弁胴16は、完全閉鎖位置において弁部材12を据えつ ける弁座18を規定する。弁部材には、シールリング20あるいは同様の装置が設け られるべきであり、これにより、閉鎖位置において、確実に弁座18に対する耐圧 封止がなされる。 弁部材12は、下流側の面22と上流側の面24とを有する。弁部材12の下流側の面 22は、１つ以上の給水ノズル26を含む。図１〜図３に示されかつ以下に記載され るように、これらのノズル26は、好ましくは下流側の面22の上方の隆起した位置 に方向づけられかつ蒸気流に関して全般的に下流側の位置において角度をつけら れている。 弁シャフト14は、第１の端部28において中空になっている。給水ライン30は、 シャフト14の中空部内に設けられ、底部フランジ32を貫通し、かつそれに溶接さ れている。給水ライン30は、水源31からノズル26への水の通路となる。本明細書 に示す好ましい実施態様においては、給水ライン30はステンレス鋼もしくは同様 の材料などの耐久性材料から構成されるチューブと、そのチューブを取り巻く軸 受ブシュ33と、を備えている。 給水ライン30からノズル26への水の流れを制御するために、弁手段34が設けら れる。好ましい弁手段34は、所定のノズル26を通しての選択的な噴霧を可能にし 、かつ給水ライン30内の一連のスロット36(各々がノズル26の １つに対応している)と、ベアリングブシュ33内のノズル給水孔38と、各給水孔3 8と各ノズル26とを連結する導管40と、を備えている。動作時においては、スロ ット36が軸受ブシュ33内のノズル給水孔38に対して適正に方向づけられるように 、給水ライン30は弁シャフト14内に位置決めされる。弁シャフト14内の軸受ブシ ュ33の正確な位置は、噴霧ノズルの適正な順序を達成するために軸受ブシュ33を 所定の位置にロックするのに用いられるピン(図示せず)によって制御される。 この簡単でかつ効果的な弁手段34の主な利点の１つは、ノズル26の選択的な開 放を容易に可能にすることである。図２に示すように、開口部36、36aおよび36b は給水ライン30上の異なる位置に設けられ、それによって、弁部材12が開放位置 および閉鎖位置の間を回転する際に異なる間隔でノズル26の開放を可能にする。 例えば図示された位置においては、弁部材12が開放位置に向かって回転する際に 、最初に真中のノズル26a、次に上のノズル26b、さらに下のノズル26cが噴霧す る。 好ましくは、噴霧ノズル26は接線入水口を備えた渦巻圧力型のものがよ れている。ノズルは、貫入および真空ろう付けなどによって、弁ディスク12に永 久に取り付けられるべきである。 動作時においては、従来のバタフライ弁を操作するために現在採用されている 従来のあらゆる方法により弁シャフト14を作動させることによって、弁部材12は (図２に示す)完全閉鎖位置から(図３に示す)完全開放位置へと動かされる。これ は、厳密に機械的システム、電気機械的システム、空力的システム、水力的シス テムおよび電気的すなわちコンピュータ制御されたシステムを含み得る。閉鎖位 置から開放位置へと弁シャフト14および弁部材12が遷移すると、開口部36、36a および36bのそれぞれは、給水導管40を通して、給水ライン30と各ノズル26とを 連結する位置へとシフトする。ノズル26のそれぞれへと水流が供給されると、蒸 気ライン11内を通る蒸気流の中へ水44が噴霧される。 ノズル26の大きさおよび数は、必要とされる水量と、利用可能な圧力と、 望まれる水滴径(およびサイズの分布)と、弁の大きさとの関数である。ディスク 12の直径が大きければ大きい程、それだけより多くのノズルが設置され得る。図 １〜図３に示された実施態様においては、ディスク12の大きさによりノズル26を 直線状に設置することが要求される。 弁部材12は約70°〜75°以上の開放をせすとも、その最大流量に達する。この 位置においては、全ての噴霧ノズルが最大負荷で動作しているべきである。ノズ ルは、完全開放位置において弁座18への噴霧、あるいは弁胴16への直接の噴霧を 回避できるようにディスク12上において傾斜を有するべきである。ノズル開放の 順番の関数として、ノズル26を互いにわずかに異なる角度に方向づけてもよい。 より大きな弁においては、スタートアップ(つまり最初に開放する)ノズル26は弁 部材12の回転方向に対して20°の傾斜を有するべきであり、これにより、噴霧ノ ズル26の噴霧開始時における弁胴16への噴霧が回避される。また、給水ライン30 内のスロット36は、望ましい場合には、約45°の開放においてこのノズルを完全 に閉鎖するように方向づけされ得る。 バタフライディスク弁部材12の周囲の特定の空力は、水滴を蒸気に混ぜ合わせ るのに必要な乱気流度を作り出す。ノズル26はそれぞれ好ましくは、ディスク部 材12上の「目」46上の傾斜を有しかつ隆起した突起に設けられる。これらの突起 46は、噴出する水44が高速の蒸気流に直接さらされるのを防ぐと共に、それが正 しく広がるのに必要な時間を与える働きをする。理想的には、噴出水する44は、 約60°〜90°の噴霧角度を有する中空の円錐状水となる。 熱膨張によらず、改良された封止を実現し、かつより信頼性のある弁操作を実 現するためには、シールリング20は、テキサス州ヒューストンのVanessa Valve 社により30,000シリーズバタフライ弁に関連して供給されている弁に使用されて いるステンレス鋼と、カーボンファイバーもしくはグラファイトからなる可撓性 積層材からなるべきである。このような可撓性積層材により、熱膨張の差を補償 し、かつ従来のバタフライ型弁において頻発する漏れの問題や詰まりの問題を回 避することができる。 図４および図５にて、本発明の別の実施態様を示す。直線状以外に配置された 複数のノズルを設けることが望ましいこともよくあるので、本実施態様において は給水ラインに改変を加えて、より多様なノズル26の配置を可能にしている。本 実施態様においては、弁シャフト14はその第１の端部28に沿って、かつその第２ の端部48に沿って中空に構成されている。改変を加えた給水ライン48、弁10の一 方の端部あるいは両方の端部から給水し得るように改変された給水弁48が設けら れる。ディスク弁部材12において、給水ライン48はディスク12の周縁に共通チャ ネル50を形成する。これにより、各ノズルは別々の給水導管52a、52bおよび52c によって、給水ライン48の共通チャネル50から給水され得る。 本発明の範囲を超えることなく、本実施態様あるいは前述した実施態様におけ る給水ライン48が多様な方式で方向づけされ得ることは理解されるべきである。 第１に、図２に示すように、弁シャフト14の２つの端部の１つのみからでも水は 供給され得る。第２に、図５に示すように、望ましい場合には、排水口として機 能する下端部とつながったシャフト14の一方の端部から給水し得る。第３に、こ れも図５に示すように、シャフト14の両方の端部から給水し得る。本発明のこの 最後に述べた形態においては、可能な最低のレベルまで圧力低下しても、最大量 の注水が可能となる。したがって、この形態は多量の水量が必要とされ、かつ使 用可能なポンプ圧が非常に低い用途に適している。給水ライン48に補助水道54、 54を設けることによりさらに水が供給され得る。この場合、パッキン箱内に特別 なリングが必要となる。これらの水道は通常、排水口として用いられる。 給水ライン48内の周縁チャネル50を用いると、多くの特異な利点が得られる。 第１に、図４に示すように、ノズル26は弁部材12の下流側の面22上の多様な位置 に、各ノズルと厳密に軸状である給水ラインとの困難な接続を行わずに配置され 得る。第２に、本発明のこの形態による水流網は、２つの使用可能な水源および 各導管52に給水するより幅広のチャネルを有しており、より信頼性があると考え られる。このシステムはこのように余剰部材を組み込んでいるので、１つの給水 ラインに詰まった汚れが蒸気調整 弁10全体の動作に悪い影響を及ぼすことはない。 図４および図５に図示された弁は、各ノズル26への水の流れを制御する個別の 弁手段を有していない。代わりに、水源31において、あるいは給水ライン48に沿 って弁手段56が設けられている。このタイプの弁は、全てのノズルが同時に噴霧 するため、あらゆる用途において好ましいとはいえない。したがって、給水の順 序づけあるいは「ばらつきのある配置」がなく、水量の内部機械的比率調整もな く、主給水弁の故障時には水を遮断する遮断装置もない可能性がある。本発明の 広い範囲内では、あらゆる公知の弁手段が、本願において説明された弁手段に代 用され得ると考えられることは理解されたい。 先にも記したように、この第２の実施態様はノズルの配置により柔軟性を与え ているが、それでもノズルは弁部材12の下流側の面22上にのみ配置されるべきで ある。また、噴霧は弁座18あるいは弁胴16に向けられるべきではない。大きな径 の弁においてノズルが互いの後ろに配置される場合、流れの範囲をより均等にカ バーするためには、ノズルが互いに異なる角度で噴霧させることが必要であるこ ともある。 本発明は、特に過熱蒸気の圧力ならびに温度を共に低減するための多くの用途 に適した、簡単でかつ非常に経済的な蒸気調整弁を提供する。本明細書中におい ては、本発明の特定の実施態様が開示されているが、本発明はこのような開示に 限定されるものではなく、以下に記載の請求項の範囲内において様々な修正およ び改変を加え実施することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．給水弁手段を含む水源から水を供給することによって過熱蒸気流内の圧力 および温度を低減するために、蒸気ラインにおいて使用される蒸気調整弁におい て、 弁座を規定する弁胴と、 上流側の面および下流側の面を含み、弁シャフトに取り付けられたピボットデ ィスク弁部材と、 該上流側の面が該蒸気ラインを通る該蒸気流と実質的に平行である完全開放位 置と、該上流側の面が該蒸気ラインを通る該蒸気流と実質的に垂直である該完全 閉鎖位置との間で該弁部材を回転させる該弁シャフトであって、該完全閉鎖位置 においては該弁部材が該弁座に対して耐圧封止を形成する弁シャフトと、 該弁が少なくとも一部開放位置にある時に該蒸気流に水を供給する少なくとも １つの給水ノズルを該下流側の面に有する該弁部材とを備えている蒸気調整弁で あって、 該水源から該給水ノズルへの水の流れが給水弁手段によって制御された状態で 、水が該弁シャフト内にある給水ラインを通って該給水ノズルへと供給され、か つ 該給水弁部材がその周縁上に該給水ラインの延長であるチャネルを含んでおり 、該給水ノズルがそれぞれ該チャネルと連結している、蒸気調整弁。 ２．前記給水弁手段が、前記給水ラインおよび前記給水ノズルへの導管との間 で選択的に連結を行う前記弁シャフト内のポートであって、前記弁部材が回転し て該導管と該ポートとが一列になる位置に至ったときにこのような連結をもたら すポートを備えており、 該弁部材が閉鎖位置から開放位置へと軸旋回すると、所定の位置において該ポ ートが開放し、かつ該弁部材が該開放位置から該閉鎖位置へと軸旋回すると所定 の位置において該ポートが閉鎖するように、該ポートの比および位置が方向づけ られている、請求項１に記載の蒸気調整弁。 ３．前記給水ノズルが、前記弁部材の前記下流側の面に多数設けられている、 請求項２に記載の蒸気調整弁。 ４．前記給水ノズルが、それぞれ前記弁部材の開放度に関連して異なる位置に おいて開く、請求項３に記載の蒸気調整弁。 ５．前記給水ノズルが、それぞれ前記弁シャフトに平行であり、実質的に直線 状に位置決めされている、請求項４に記載の蒸気調整弁。 ６．前記給水ノズルの少なくとも１つが、該ノズル以外のノズルと直線状でな い位置にずらせて配置している、請求項４に記載の蒸気調整弁。 ７．前記弁部材の前記下流側の面が前記給水ノズルの周辺領域において隆起し ており、該弁部材が完全解放位置にある時においても、該ノズルを蒸気流の下流 方向に突出させている請求項１に記載の蒸気調整弁。 ８．前記弁部材が前記水源と前記給水ラインとの間の流れを制御する、請求項 １に記載の蒸気調整弁。