JPH10103531A - バタフライ形蒸気加減弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】蒸気タービンの蒸気入口に設置したバタフライ
形蒸気加減弁について、全閉位置での蒸気漏れがなく、
かつ非常時のフェールセーフ機能を確保しつつ、弁閉鎖
用駆動ばねを省略して油圧操作器の負荷軽減が図れるよ
うする。 【解決手段】バタフライ形蒸気加減弁７として、弁体に
加わる流体圧が常に弁閉鎖方向に作用するように弁胴の
中心／弁軸, および弁軸／弁体を偏芯させ、かつ弁胴側
に形成した弁座に対向して弁体の周縁に弁シール部材を
設けた自己閉鎖機能を有する二重偏芯型バタフライ弁１
１を採用するとともに、該バタフライ弁を弁閉鎖用駆動
ばねを採用せずに油圧操作器９で開閉駆動するように
し、かつ油圧操作器は回転式アクチュエータで、該アク
チュエータにはバタフライ弁の弁体が弁座に過渡に食い
込むのを阻止するように弁を全閉位置で停止させる弁開
放トルク調整用のストッパ手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地熱タービンな
ど、入口蒸気圧が比較的低い蒸気タービンの入口に設置
するバタフライ形蒸気加減弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】地熱発電用蒸気タービンのように入口蒸
気圧が比較的低いタービンでは、一般の火力タービンに
比べて蒸気消費量が多く、そのために入口側の蒸気配管
の管径が太くなることから、最近では小形でコンパクト
な構造で流量調節が可能なバタフライ形蒸気加減弁がグ
ローブ弁に代えて多く採用されている。

【０００３】図４はかかる地熱蒸気タービンの系統図で
あり、１は蒸気タービン、２は発電機、３は復水器、４
は蒸気井に通じる供給側の蒸気配管であり、蒸気配管４
には蒸気ストレーナ５，蒸気主止め弁６，およびバタフ
ライ形の蒸気加減弁７が接続されている。なお、容量の
大きな地熱タービンでは、２系列の蒸気配管４からター
ビン１に蒸気を供給するようにしたものもある。

【０００４】また、図５は前記したバタフライ形蒸気加
減弁の従来における構造図であり、８はバタフライ弁、
９はバタフライ弁８の弁軸に連結した油圧操作器、１０
はフェールセーフ機構としてバタフライ弁８の弁軸に連
結した弁閉鎖用の駆動ばね（圧縮コイルばね）である。
ここで、バタフライ弁８の構造は周知であり、円盤状に
なる弁体８ａが弁軸８ｂを介して弁胴８ｃの中心に位置
を合わせて揺動可能に収設されており、全閉位置では弁
体８ａの周縁と弁胴８ｃとの間には数mm程度の隙間ｇを
残している。そして、タービンの運転時には、蒸気主止
め弁６（図４参照）を開いた状態で、バタフライ弁８の
弁開度をガバナー調速により制御し、タービンの回転数
が一定となるように負荷変動に応じて蒸気流量を制御す
る。

【０００５】また、前記構成のバタフライ弁８は自己閉
鎖能力がないことから、油圧操作器９の油圧源が万一遮
断された非常時には、先記した駆動ばね１０のばね力で
バタフライ弁８を全閉位置に急速閉鎖するようにしてフ
ェールセーフ機能を持たせている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来構造のバタフライ形蒸気加減弁は運用面で次記のよう
な難点がある。すなわち、 １）バタフライ弁８の全閉位置では弁体８ａの周縁と弁
胴８ｃとの間に僅かな隙間ｇが残ることから、蒸気加減
弁７を全閉した状態でも蒸気主止め弁６を開くと、バタ
フライ弁８には蒸気漏れが生じる。このために、蒸気タ
ービンを起動する際のウォーミンクアップ行程でバタフ
ライ弁８の漏れ蒸気によりタービンが回り始め、入口蒸
気圧が高圧化すると、ウォーミンクアップ時のタービン
回転数が所定回転数以上に上昇してしまう不具合が生じ
る。

【０００７】２）バタフライ弁８の油圧操作器９にフェ
ールセーフ機構として弁閉鎖用駆動ばね１０を付設する
と、バタフライ弁８を開弁操作する場合に、駆動ばね１
０のばね力による閉鎖トルクが油圧操作器９に負荷とし
て加わることから、その最大所要トルクが大きくなって
油圧操作器９が大容量化して外形が大形になる。本発明
は上記の点にかんがみなされたものであり、その目的は
前記課題を解決し、全閉位置での蒸気漏れがなく、かつ
フェールセーフ機能を確保しつつ弁閉鎖用駆動ばねを省
略して油圧操作器の負荷軽減が図れるようにした蒸気タ
ービン用のバタフライ形蒸気加減弁を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構成によれば、蒸気タービンの蒸気入口に
設置した蒸気加減弁として、弁体に加わる流体圧が常に
弁閉鎖方向に作用するように弁胴の中心／弁軸, および
弁軸／弁体を偏芯させ、かつ弁座に対向して弁体の周縁
に弁シール部材を設けた二重偏芯型バタフライ弁を採用
するとともに、該バタフライ弁を弁閉鎖用駆動ばねを持
たない油圧操作器で開閉駆動するように構成するものと
する。

【０００９】また、本発明によれば、前記の構成におけ
る油圧操作器として回転式アクチュエータを採用すると
ともに、該アクチュエータにはバタフライ弁の弁体を全
閉位置に停止させる弁開放トルク調整用のストッパ手段
を備えるものとし、該ストッパ手段の具体的な構造とし
て、アクチュエータの回転翼先端に対向してシリンダの
内部に位置調整可能なセグメントリング（ストッパ片）
を設ける。

【００１０】かかる構成によれば、バタフライ弁として
二重偏芯型バタフライ弁を採用することで、全閉位置で
は弁体の周縁に取付けた弁シール部材が弁胴側の弁座に
密着して蒸気漏れの発生を防ぐことができるとともに、
弁閉鎖用駆動ばねを省略した分だけ弁開放操作時におけ
る油圧操作器の負荷トルクが軽減し、それだけ弁開閉の
運用が楽になる。しかも、油圧操作器の油圧源が遮断し
た非常時には蒸気圧を受けてバタフライ弁が自己閉鎖す
るようなフェールセーフ機能を持つ。

【００１１】加えて、バタフライ弁を全閉位置に停止さ
せるストッパ手段を油圧操作器側に設けたことにより、
バタフライ弁の全閉位置で弁シール部材が弁座のテーパ
ー面に必要以上に食い込んで油圧操作器の開弁に要する
トルクが過大となることが防げるとともに、このストッ
パ位置を可調整とすることで、バタフライ弁の全閉位置
でのシール性能を確保しつつ油圧操作器の所要トルクを
軽減できるような調整が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１ない
し図３に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図５
に対応する部材には同じ符号が付してある。すなわち、
この実施例においては、図１で示すようにバタフライ形
蒸気加減弁７が、自己閉鎖機能を備えた二重偏芯型バタ
フライ弁１１と、該バタフライ弁を開閉操作する油圧操
作器９との組合せからなり、図５に示したフェールセー
フ機構としての弁閉鎖用駆動ばね１０は省略して備えて
ない。

【００１３】ここで、二重偏芯型バタフライ弁１１は、
図２(a),(b) のように、弁体１１ａに加わる流体圧が弁
閉鎖方向に働くように、弁胴１１ｃの中心軸Ｏ1 と弁軸
１１ｂの軸中心Ｏ2 の間, および弁軸１１ｂに対する弁
体１１ａの幾何学的中心との間が相対的に偏芯してい
る。また、弁胴１１ｃの内周面には上半分と下半分域に
分けて断面形状が楔形になるテーパー面の弁座１１ｄが
互い違いに形成されており、該弁座１１ｄに対向して弁
体１１ａの周縁に弁シール部材１１ｅが設けてある。こ
の弁シール部材１１ｅはステンレス製のリング状板を複
数枚重ねたものであり、図２(c) で示すようにリング状
の押さえ片１１ｆを介してボルト１１ｇにより定位置に
固定されている。

【００１４】かかる構造になる二重偏芯型バタフライ弁
１１では、弁軸１１ｂの軸中心を境にした弁体１１ａの
上半分の面域と下半分の面域の面積が異なるので、入口
側に蒸気圧Ｐが加わると、前記した弁体１１ａの上下面
域の面積差から弁を閉鎖する方向にトルクが加わる。し
たがって、タービンの運転中に油圧操作器９の油圧源が
万一遮断した非常時には、バタフライ弁１１が蒸気圧Ｐ
を受けて全閉位置に向けて自己閉鎖する。また、バタフ
ライ弁１１の全閉位置では、図２(c) で判るように弁体
１１ａに取付けた弁シール部材１１ｅが弁座１１ｄのテ
ーパ面に当接し、その楔効果により密着して蒸気漏れ無
しに弁が完全に閉鎖する。

【００１５】一方、バタフライ弁１１を開閉操作する油
圧操作器９は、図３に示すような回転式の油圧アクチュ
エータであり、そのシリンダ９ａの内部にはシリンダ室
内を二分するように回転軸９ｂに結合した回転翼（ベー
ン）９ｃが収設されており、回転軸９ｂが先記したバタ
フライ弁１１の弁軸１１ｂに連結されている。かかる構
成で、ガバナーの調速制御により、前記回転翼９ｃを挟
んでシリンダ９ａの上下部に開口する油圧ポートを通じ
て油圧を導入，排出すると、その油圧導入方向に相応し
て回転翼９ｃとともに回転軸９ｂが回動し、これに連結
したバタフライ弁１１の弁開度が変化する。しかも、図
示実施例では図５に示した弁閉鎖用駆動ばねのばね力が
油圧操作器９の負荷として加わらないので、油圧操作器
９の弁開放時に要する所要トルクが少なくて済む。

【００１６】また、前記の油圧操作器９には、二重偏芯
型バタフライ弁１１の弁体１１ａを全閉位置に停止させ
るストッパ手段として、シリンダ９ａの内部には回転翼
９ｃの先端に対向して上下一対のセグメントリング（ス
トッパ片）９ｄが設けてある。このセグメントリング９
ｄは詳細構造を図示してないが、その取付け位置が外部
からねじ操作により周方向に微調整できるようになって
いる。なお、バタフライ弁１１の全閉位置では回転翼９
ｃが図示の実腺位置でセグメントリング９ｄの端部にに
突き当たってこの位置に強制停止する。また、バタフラ
イ弁１１の全開に対応した回転翼９ｃの位置は鎖線で表
している。ここで、ストッパ手段としてのセグメントリ
ング９ｄを適正位置に調整セットすることにより、バタ
フライ弁１１の全閉位置では弁シール部材１１ｅが弁座
１１ｄに適正な押圧力で密着し合うようになる。したが
って、シール部材１１ｅが弁座１１ｄのテーパー面に過
渡に食い込み、これが基で弁開放時に要する油圧操作器
９の始動トルクが増加する問題を解消できる。

【００１７】なお、本発明のバタフライ形蒸気加減弁
は、図４に示した地熱タービン用の蒸気加減弁の他に、
混圧蒸気タービンの中圧段部に外部から蒸気を供給する
混入蒸気系統の蒸気加減弁としての実施適用も可能であ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、蒸気タービンの入口に設置する蒸気加減弁として、
自己閉鎖機能を備えた弁シール付きの二重偏芯型バタフ
ライ弁を採用することにより、バタフライ弁の全閉位置
では上流側の蒸気主止め弁を開いても蒸気漏れの発生が
防げる。また、バタフライ弁を開閉操作する油圧操作器
の油圧源が万一遮断した非常時でも、従来のように弁閉
鎖用駆動ばねを付設せずに、蒸気圧の作用でバタフライ
弁が全閉位置に閉鎖するフェールセーフ機能を確保でき
る。しかも、弁閉鎖用駆動ばねを省略したことで、弁開
放時における油圧操作器の所要トルクが軽減するので、
油圧操作器の小形，小容量化が図れる。

【００１９】また、油圧操作器に請求項２，３のストッ
パ手段を組み込むことで、バタフライ弁の全閉位置での
シール機能と弁開放時に要する油圧操作器の所要トルク
の整合を図りつつ油圧操作器の負荷軽減化が可能とな
る。これにより、タービンに供給する入口蒸気の高圧化
にも対応可能で、かつ小形，コンパクトに標準化した高
信頼性のバタフライ形蒸気加減弁を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるバタフライ形蒸気加減弁
の全体構成図

【図２】図１における二重偏芯型バタフライ弁の構造図
であり、(a) は縦断面図、(b)は正面図、(c) は弁シー
ル部分の拡大断面図

【図３】図１における油圧操作器の内部構造を表す断面
図

【図４】本発明のバタフライ形蒸気加減弁を採用した地
熱発電用蒸気タービンの蒸気系統図

【図５】従来の蒸気タービンに採用されているバタフラ
イ形蒸気加減弁の構成図

【符号の説明】

７ バタフライ形蒸気加減弁 ９ 油圧操作器 ９ａ シリンダ ９ｃ 回転翼 ９ｄ セグメントリング（ストッパ片） １１ 二重偏芯型バタフライ弁 １１ａ 弁体 １１ｂ 弁軸 １１ｃ 弁胴 １１ｄ 弁座 １１ｅ 弁シール部材 Ｏ1 弁胴の中心軸 Ｏ2 弁軸の軸中心

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気タービンの蒸気入口に設置した蒸気加
   減弁として、弁体に加わる流体圧が常に弁閉鎖方向に作
   用するように弁胴の中心／弁軸, および弁軸／弁体を偏
   芯させ、かつ弁座に対向して弁体の周縁に弁シール部材
   を設けた二重偏芯型バタフライ弁を採用するとともに、
   該バタフライ弁を弁閉鎖用駆動ばねを用いずに油圧操作
   器で開閉操作するようにしたことを特徴とするバタフラ
   イ形蒸気加減弁。
2. 【請求項２】請求項１記載のバタフライ形蒸気加減弁に
   おいて、油圧操作器が回転式アクチュエータであり、該
   アクチュエータには、バタフライ弁の弁体を全閉位置に
   停止させる弁開放トルク調整用のストッパ手段を設けた
   ことを特徴とするバタフライ形蒸気加減弁。
3. 【請求項３】請求項２記載のバタフライ形蒸気加減弁に
   おいて、油圧操作器のストッパ手段として、アクチュエ
   ータの回転翼先端に対向してシリンダの内部に位置調整
   可能なセグメントリングを設けたことを特徴とするバタ
   フライ形蒸気加減弁。