WO2017145353A1 - 弁システム及び蒸気タービン - Google Patents

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WO2017145353A1
WO2017145353A1 PCT/JP2016/055787 JP2016055787W WO2017145353A1 WO 2017145353 A1 WO2017145353 A1 WO 2017145353A1 JP 2016055787 W JP2016055787 W JP 2016055787W WO 2017145353 A1 WO2017145353 A1 WO 2017145353A1
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steam
valve device
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PCT/JP2016/055787
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寛哲 岡
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三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
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    • F01D17/141Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/60Control system actuates means
    • F05D2270/64Hydraulic actuators

Definitions

  • the present invention relates to a valve system and a steam turbine.
  • the steam turbine is used for mechanical drive and the like, and includes a turbine body having a rotor that is rotatably supported.
  • the rotor is driven to rotate by supplying steam to the turbine body.
  • some steam turbines have an extraction line for extracting steam from the middle stage of the turbine body.
  • the extracted steam is supplied again to the previous stage or supplied to other equipment.
  • the extraction line is provided with a valve device for preventing the backflow of the extracted steam.
  • valve element can be opened and closed by being driven by an oil cylinder that moves the piston by control oil.
  • the valve device remains open in order to continue to extract steam.
  • the position of the valve body does not move, the position of the piston that drives the valve body does not change, and the piston may be fixed inside the oil cylinder and cannot move.
  • the present invention provides a valve system and a steam turbine capable of performing an operation test while the valve device is in an open state.
  • a valve system includes a valve device that can open and close a flow path by a valve body, and a drive mechanism that drives the valve body, and the drive mechanism extends in an axial direction.
  • a piston that partitions the cylinder chamber into a first chamber on the first side in the axial direction and a second chamber on the second side in the axial direction; and An inflow port through which a working fluid flows in, an elastic member disposed in the second chamber and energizing the piston against the first side, and the first chamber and the second chamber communicate with each other.
  • the on-off valve is opened in a state where the working fluid is supplied from the inflow port to the first chamber, so that the valve device operates to the first side from the position in the axial direction of the piston where the valve device is in the open state.
  • the fluid level does not move. Therefore, the piston cannot move to the first side from the position in the axial direction where the valve device is open. Therefore, the piston can be moved without closing the valve device.
  • the bypass path is arranged on the second side with respect to the position in the axial direction of the piston that causes the valve device to be fully opened. It may be connected to the room.
  • the valve device while the piston is moved by opening the on-off valve, the valve device cannot move to the first side from the position in the axial direction where the valve device is fully opened. Therefore, the piston can be moved while the valve device is fully opened. Thereby, an operation test can be carried out with the valve device fully opened.
  • the drive mechanism may have a discharge port for discharging the working fluid inside the second chamber.
  • the on-off valve by opening the on-off valve, the working fluid that has flowed into the second chamber via the bypass path can be discharged from the discharge port. Therefore, it is possible to prevent the working fluid from remaining in the second chamber, and the working fluid in the first chamber can flow into the second chamber no matter how many times the on-off valve is opened. Therefore, the piston can be repeatedly moved each time the on-off valve is opened, and the operation test can be repeatedly performed.
  • a check valve connected to the inflow port may be provided.
  • a steam turbine according to a fifth aspect of the present invention includes the valve system according to any one of the first to fourth aspects, and a turbine body from which steam is extracted by the flow path opened and closed by the valve device. .
  • the valve device when the steam turbine is stopped, the valve device can be stably closed so as to prevent the extracted steam from flowing back into the turbine body. Therefore, it is possible to stably operate the steam turbine while suppressing the occurrence of problems at the time of stopping.
  • the operation test can be performed with the valve device open.
  • the steam turbine 100 includes a turbine body 110 and a valve system 1.
  • the turbine main body 110 has a cylindrical casing 130 and a rotor 120 rotatably supported by a bearing (not shown).
  • the rotor 120 is disposed in the casing 130.
  • the rotor 120 includes a rotor main body 121 and a plurality of blades 122 fixed to the rotor main body 121.
  • the turbine body 110 obtains a rotational force.
  • the casing 130 has a steam inlet 131, a steam outlet 132, and an extraction port 133.
  • the steam inlet 131 introduces steam S from the outside of the casing 130 into the interior.
  • the steam inlet 131 is provided on the upstream side of the plurality of blades 122 of the rotor 120.
  • the upstream side is one side in the extending direction in which the rotor 120 extends. That is, the steam S flowing in from the steam inlet 131 flows toward the blade 122 disposed on the most upstream side among the plurality of blades 122.
  • the steam discharge port 132 discharges the steam S flowing inside the casing 130 to the outside.
  • the steam discharge port 132 is provided on the downstream side of the plurality of blades 122 of the rotor 120.
  • the downstream side is the other side in the extending direction in which the rotor 120 extends. That is, the steam discharge port 132 discharges the steam S that has flowed through the blade 122 arranged on the most downstream side among the plurality of blades 122.
  • the extraction port 133 extracts the steam S inside the casing 130 to the outside from between the steam inlet 131 and the steam outlet 132. That is, the extraction port 133 extracts the steam S that is in a lower pressure state than the steam S introduced from the steam inlet 131 and is higher in pressure than the steam S discharged from the steam discharge port 132.
  • the bleed port 133 is disposed between the plurality of blades 122 arranged in the extending direction of the rotor 120. That is, the extraction port 133 extracts steam S from the middle stage of the turbine body 110.
  • the extraction port 133 is connected to the extraction line 133a.
  • the extraction line 133a supplies the steam S extracted from the extraction port 133 to other steam turbines and other equipment not shown.
  • the valve system 1 adjusts the supply amount of the steam S extracted from the extraction port 133.
  • the valve system 1 of the present embodiment includes a valve device 2, a drive mechanism 3, a control oil supply line 4, a control oil discharge line 5, and a check valve 6.
  • the valve device 2 opens and closes the extraction line 133a through which the extracted steam S flows.
  • a flow path 21 a that forms part of the extraction line 133 a can be opened and closed by a valve body 22.
  • the valve device 2 is provided in the middle of the extraction line 133a.
  • the valve device 2 of the present embodiment is a check valve. That is, the valve device 2 enables the steam S to flow in one direction of the flow path 21a in the open state, and disables the steam S in the closed state.
  • the valve device 2 includes a valve main body 21, a valve body 22, a support shaft 23, and a restriction portion 24.
  • the valve body 21 is provided with a flow path 21a through which the extracted steam S flows.
  • the valve body 21 is connected to the extraction line 133a.
  • the valve body 21 is a housing provided with two openings at opposing positions.
  • the flow path 21a is formed so as to communicate two openings.
  • the valve body 22 is disposed inside the valve body 21.
  • the valve body 22 has a shape capable of closing one opening of the valve body 21.
  • the valve body 22 is fitted to the opening to close the valve device 2 (a state where the steam S cannot flow through the flow path 21a), and is separated from the opening to open the valve device 2 (the steam S). Is in a state in which it can circulate through the flow path 21a).
  • the support shaft 23 rotates the valve body 22 with respect to the valve body 21. That is, the valve body 22 rotates with respect to the valve body 21 around the support shaft 23.
  • the support shaft 23 is connected to the drive mechanism 3.
  • the regulating unit 24 regulates the position of the valve body 22.
  • the restricting portion 24 is provided inside the valve body 21.
  • the restricting portion 24 is arranged at a position where the valve body 22 can come into contact with the valve body 22 when the valve device 2 fully opens the valve device 2. That is, the state in which the valve body 22 is in contact with the restricting portion 24 is the state in which the valve body 22 is most open with respect to the opening of the valve body 21. Therefore, in the valve device 2 of the present embodiment, the state where the valve body 22 is in contact with the restricting portion 24 is the fully open state.
  • the drive mechanism 3 drives the valve body 22 using control oil that is a working fluid.
  • the drive mechanism 3 adjusts the amount of control oil to be supplied, thereby adjusting the opening degree of the valve device 2 and starting or stopping the extraction of the steam S.
  • the drive mechanism 3 of this embodiment includes a cylinder case 31, a piston 32, a rod 33, an inlet 34, an outlet 35, an elastic member 36, a bypass passage 37, an on-off valve 38, and a connecting portion 39. And having.
  • the cylinder case 31 forms a cylinder chamber 311 extending in the direction of the axis O on the inner side.
  • the cylinder chamber 311 is a space into which control oil formed in the cylinder case 31 flows.
  • the cylinder case 31 extends in a hollow cylindrical shape around the axis O.
  • the cylinder case 31 of this embodiment is formed so that the opening portions of two bottomed cylindrical members are aligned with each other.
  • the piston 32 includes a first chamber 311a on the first side in the axis O direction (one side in the direction of the axis O, the lower side in FIG. 2) and a second side in the axis O direction (the other in the direction of the axis O). And a second chamber 311b on the upper side of the drawing in FIG.
  • the piston 32 is disposed in the cylinder chamber 311.
  • the piston 32 moves in the direction of the axis O.
  • the piston 32 is slidable on the inner peripheral surface of the cylinder case 31, and the relative position with respect to the cylinder case 31 changes.
  • the piston 32 of the present embodiment has a circular shape in which a cross section perpendicular to the direction of the axis O is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder case 31.
  • the piston 32 is changing the magnitude
  • the piston 32 is connected to a rod 33 described later.
  • the piston 32 moves the valve body 22 through the rod 33 so that the opening degree of the valve device 2 becomes small by moving the cylinder chamber 311 to the first side.
  • the piston 32 moves the valve body 22 via the rod 33 so that the opening degree of the valve device 2 is increased by moving the cylinder chamber 311 to the second side. That is, in the valve device 2, the valve body 22 is moved in a direction in which the piston 32 closes the cylinder chamber 311 by moving the cylinder chamber 311 to the first side. In the valve device 2, the valve body 22 is moved in a direction in which the piston 32 is opened by moving the cylinder chamber 311 to the second side.
  • the piston 32 opens the valve device 2 by moving to the second side beyond the position in the predetermined axis O direction.
  • the position in the direction of the axis O of the piston 32 where the valve device 2 is opened is referred to as an opening / closing position A. Therefore, when the piston 32 moves to the second side of the opening / closing position A, the valve device 2 is opened, and when the piston 32 moves to the first side of the opening / closing position A, the valve device 2 is closed. Become. Further, the piston 32 is movable to the second side beyond the open position. The piston 32 moves to the second side beyond the opening / closing position A, so that the valve device 2 is fully opened.
  • a fully opened position B the position in the axis O direction of the piston 32 where the valve device 2 is fully opened.
  • the piston 32 can move further beyond the fully open position B to the second side.
  • a position where the piston 32 is moved to the second side in the direction of the axis O is referred to as a tolerance position C.
  • the rod 33 is connected to the piston 32.
  • the rod 33 moves together with the piston 32.
  • the rod 33 extends in the direction of the axis O of the cylinder case 31.
  • the rod 33 extends in a columnar shape around the axis O of the cylinder case 31.
  • the end of the rod 33 is connected to the piston 32 via a nut.
  • the end of the rod 33 that is not connected to the piston 32 protrudes from the second end of the cylinder case 31. Even if the rod 33 moves to the first side in the direction of the axis O, the rod 33 is formed with such a length that the end on the second side remains protruding from the second chamber 311b.
  • the inlet 34 allows control oil to flow into the cylinder chamber 311.
  • the inflow port 34 is provided integrally with the cylinder case 31 so as to communicate with the first chamber 311a.
  • the inflow port 34 allows control oil to flow into the first chamber 311a. Only one inflow port 34 is provided for the cylinder case 31. Specifically, the inflow port 34 is provided on a side portion of the cylinder case 31 near the end portion on the first side. The inflow port 34 is connected to a control oil supply line 4 described later.
  • the discharge port 35 discharges the control oil in the cylinder chamber 311 to the outside.
  • the discharge port 35 is provided integrally with the cylinder case 31 so as to communicate with the second chamber 311b.
  • the discharge port 35 discharges the control oil inside the second chamber 311b to the outside. Only one discharge port 35 is provided for the cylinder case 31. Specifically, the discharge port 35 is provided on the side portion on the second side of the tolerance position C of the cylinder case 31.
  • the discharge port 35 is connected to a control oil discharge line 5 described later.
  • the elastic member 36 is disposed in the second chamber 311b.
  • the elastic member 36 biases the piston 32 so as to press it toward the first side in the direction of the axis O.
  • the elastic member 36 is fixed to an end surface on the second side of the inner peripheral surface of the cylinder case 31 that forms the cylinder chamber 311 and an end surface facing the second side of the piston 32.
  • a coil spring is used as the elastic member 36 of the present embodiment.
  • the bypass passage 37 allows the first chamber 311a and the second chamber 311b to communicate with each other.
  • the bypass passage 37 is a pipe that connects the first chamber 311a and the second chamber 311b.
  • the bypass path 37 is connected to the first chamber 311a on the second side from the opening / closing position A.
  • the bypass path 37 of the present embodiment is a position where the opening portion is just blocked by the piston 32 at the fully open position B, and is connected to the first chamber 311a on the first side from the tolerance position C.
  • the bypass path 37 is connected to the second chamber 311 b at a position facing the discharge port 35.
  • the on-off valve 38 is provided in the middle of the bypass passage 37.
  • the on-off valve 38 can open and close the bypass passage 37. That is, when the on-off valve 38 is opened, the bypass path 37 is opened. By closing the on-off valve 38, the bypass passage 37 is closed.
  • the connecting portion 39 connects the piston 32 and the valve body 22.
  • the connecting portion 39 rotates the valve body 22 around the support shaft 23 as the piston 32 moves.
  • the connecting portion 39 connects the rod 33 and the support shaft 23.
  • the connecting portion 39 rotates the support shaft 23 by moving the rod 33.
  • the connecting portion 39 does not rotate the support shaft 23 even if the rod 33 moves. That is, the connecting portion 39 does not rotate the support shaft 23 between the fully open position B and the tolerance position C even if the rod 33 moves.
  • the control oil supply line 4 is connected to a control oil supply source 41.
  • the control oil supply line 4 is connected to the inlet 34.
  • the control oil supply line 4 distributes the control oil supplied from the control oil supply source 41 to the inlet 34.
  • the control oil supply line 4 circulates the control oil discharged from the inlet 34 to the control oil supply source 41 when supply of the control oil from the control oil supply source 41 is stopped.
  • the control oil discharge line 5 is connected to a control oil supply source 41.
  • the control oil discharge line 5 may be connected to a control oil discharge destination different from the control oil supply source 41.
  • the control oil discharge line 5 is connected to the discharge port 35.
  • the control oil discharge line 5 distributes the control oil discharged from the second chamber 311b to the control oil supply source 41.
  • the check valve 6 is provided in the middle of the control oil supply line 4.
  • the check valve 6 is connected to the inflow port 34.
  • the check valve 6 allows control oil to flow from the control oil supply source 41 toward the first chamber 311a.
  • the check valve 6 controls the flow state of the control oil flowing from the first chamber 311a toward the control oil supply source 41 in order to prevent a rapid drop in the internal pressure in the first chamber 311a.
  • valve system 1 the valve device 2 is fully opened in order to allow the steam S from the turbine body 110 to be extracted by the extraction line 133a during the operation of the steam turbine 100.
  • the drive mechanism 3 supplies control oil to the first chamber 311a with the on-off valve 38 closed.
  • the control oil is supplied from the control oil supply source 41 to the inlet 34 via the control oil supply line 4.
  • the control oil is accumulated in the first chamber 311a, and the piston 32 is pushed by the control oil and moves to the second side.
  • valve system 1 when the steam turbine 100 is stopped, the valve device 2 is closed in order to disable the extraction of the steam S from the turbine body 110 in the extraction line 133a.
  • the control mechanism 3 discharges control oil from the first chamber 311a.
  • the control oil in the first chamber 311 a is discharged from the inlet 34 through the control oil supply line 4.
  • the piston 32 moves from the tolerance position C toward the fully open position B toward the first side. At this time, the movement of the rod 33 is not transmitted to the support shaft 23 by the connecting portion 39, and the support shaft 23 does not rotate.
  • the valve body 22 is maintained in the position in contact with the restricting portion 24 without rotating.
  • the connecting portion 39 connected to the rod 33 starts to rotate the support shaft 23.
  • the valve body 22 moves away from the restricting portion 24 and rotates toward the opening of the valve body 21.
  • the valve body 22 rotates to a position where the opening of the valve body 21 is closed.
  • the valve device 2 is closed, and the steam S in the turbine body 110 cannot be extracted through the extraction line 133a.
  • an operation test for confirming whether or not the piston 32 operates correctly with respect to the drive mechanism 3 is periodically performed when the steam turbine 100 is operated.
  • the on-off valve 38 When performing the operation test, the on-off valve 38 is opened while supplying the control oil to the first chamber 311a during the operation of the steam turbine 100. By opening the on-off valve 38, the control oil can flow through the bypass passage 37. As a result, as shown in FIG. 4, the control oil in the first chamber 311 a flows into the second chamber 311 b through the bypass passage 37. When the control oil in the first chamber 311a flows into the second chamber 311b, the piston 32 moves from the tolerance position C to the first side by the amount that the control oil flows. Thereby, the position of piston 32 can be moved and it can be judged whether piston 32 operates normally.
  • the bypass passage 37 is connected to the first chamber 311a on the second side from the opening / closing position A. Therefore, even if the on-off valve 38 is opened with the control oil supplied from the inlet 34 to the first chamber 311a, the liquid level of the control oil does not move to the first side from the fully open position B. Therefore, the piston 32 moves to a position connected to the bypass passage 37 but cannot move to the first side from the fully open position B. That is, in the valve device 2, the valve body 22 remains apart from the opening. Therefore, the piston 32 can be moved without closing the valve device 2. Thereby, an operation test can be carried out with the valve device 2 open.
  • the bypass passage 37 is not simply connected to the first chamber 311a on the second side of the fully opened position B and on the first side of the tolerance position C, not on the second side of the opening / closing position A. Yes. Therefore, even if the on-off valve 38 is opened, the piston 32 cannot move from the fully open position B to the first chamber 311a side. Even if the piston 32 moves between the tolerance position C and the fully open position B, the support shaft 23 is not rotated. Therefore, even if the piston 32 is moved, in the valve device 2, the valve body 22 remains in contact with the restricting portion 24. Therefore, the piston 32 can be moved while the valve device 2 is fully opened. Thereby, an operation test can be carried out with the valve device 2 fully opened. As a result, the operation test can be performed without reducing the extraction amount of the steam S from the turbine main body 110 in the extraction line 133a.
  • the discharge port 35 is connected so as to communicate with the second chamber 311b, the control oil that flows into the second chamber 311b from the first chamber 311a via the bypass passage 37 by opening the on-off valve 38. Can be discharged. Therefore, it is possible to suppress the control oil from remaining in the second chamber 311b. As a result, the control oil in the first chamber 311a can flow into the second chamber 311b no matter how many times the on-off valve 38 is opened. Therefore, every time the on-off valve 38 is opened, the piston 32 can be repeatedly moved, and the operation test can be repeatedly performed.
  • a check valve 6 connected to the inlet 34 is provided in the middle of the control oil supply line 4. Therefore, it is possible to prevent the control oil in the first chamber 311a from flowing back through the control oil supply line 4 from the inlet 34 when the pressure in the first chamber 311a is changed by opening the on-off valve 38. it can. Further, since the flow of control oil from the first chamber 311a toward the control oil supply source 41 is blocked by the check valve 6, the pressure change in the first chamber 311a affects the control oil supply source 41. Can be suppressed.
  • the operation test of the drive mechanism 3 can be performed while the valve device 2 is fully opened. Therefore, while operating the steam turbine 100, it can be confirmed whether or not the piston 32 of the drive mechanism 3 is fixed to the cylinder case 31 due to problems such as carbonization and is not movable. Therefore, when the steam turbine 100 that has been continuously operated over a long period of time is stopped, the valve device is stably closed so as to prevent the steam S extracted during operation from flowing back into the turbine body 110. can do. As a result, it is possible to stably operate the steam turbine 100 while suppressing the occurrence of malfunctions when stopped.
  • valve apparatus 2 of this embodiment is not limited to being arrange
  • the valve device 2 may be provided in a flow path 21 a that is connected to a steam inlet 131 that allows the steam S to flow into the turbine body 110, and a flow path that is connected to a steam outlet 132 that discharges the steam S from the turbine body 110. 21a may be provided.
  • valve body 22 is moved when the piston 32 moves through the rod 33 and the connecting portion 39, but the structure is not limited to this. Any structure that can move the valve body 22 in accordance with the movement of the piston 32 may be used.
  • the operation test can be performed while the valve device 2 is opened.

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Abstract

弁システム(1)の駆動機構(3)は、シリンダケース(31)のシリンダ室(311)を第一室(311a)と第二室(311b)とに区画するピストン(32)と、第一室(311a)と第二室(311b)とを連通させるバイパス路(37)と、バイパス路(37)を開閉可能な開閉弁(38)と、を有する。弁装置(2)は、ピストン(32)が軸線O方向に移動されることで弁体(22)が可動される。バイパス路(37)は、弁装置(2)を開状態とさせるピストン(32)の位置よりも前記第二側で第一室(311a)と接続されている。

Description

弁システム及び蒸気タービン
 本発明は、弁システム及び蒸気タービンに関する。
 蒸気タービンは、機械駆動等に用いられ、回転可能に支持されたロータを有するタービン本体を備えている。ロータは、タービン本体に対して蒸気が供給されることによって回転駆動される。
 このような蒸気タービンでは、運転が停止された際に、ロータが熱の偏りで湾曲したり、自重で撓んだりする等の不具合が生じる場合がある。そのため、蒸気タービンでは、運転停止時にロータを低速で回転させるターニング装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
 ところで、蒸気タービンには、タービン本体の内部の蒸気を中段から抽気する抽気ラインを有するものがある。このような蒸気タービンでは、抽気した蒸気を前段に再び供給したり、他の設備へ供給したりしている。しかしながら、蒸気タービンが停止してタービン本体の内部の圧力が低下することで、抽気した蒸気がタービン本体の内部へ逆流する可能性がある。そのため、抽気ラインには、抽気した蒸気の逆流を防止するための弁装置が設けられている。
 このような弁装置では、制御油によってピストンを移動させる油筒によって駆動されることで弁体が開閉可能とされている。長期間に渡って蒸気タービンの運転が継続された場合、蒸気を抽気し続けるために弁装置は開状態のままとなっている。その結果、弁体の位置が移動しないことで、弁体を駆動させるピストンの位置も変化せずに、油筒の内部でピストンが固着して可動不能となる可能性がある。
特開平9-256810号公報
 しかしながら、蒸気タービンを安定して運転するためには、使用頻度が低くとも、蒸気タービンの停止時に確実に弁体を駆動させて弁装置を閉状態とする必要がある。そのため、弁装置を開状態として蒸気タービンの運転したまま、ピストンが可動することを確認するための動作試験を定期的に行いたいという要望がある。
 本発明は、弁装置を開状態としたまま動作試験を実施することが可能な弁システム及び蒸気タービンを提供する。
 本発明の第一の態様に係る弁システムは、流路を弁体によって開閉可能な弁装置と、前記弁体を駆動させる駆動機構と、を備え、前記駆動機構は、軸線方向に延びるシリンダ室を内側に形成するシリンダケースと、該シリンダ室を前記軸線方向の第一側の第一室と、前記軸線方向の第二側の第二室と、に区画するピストンと、前記第一室の内部に作動流体を流入させる流入口と、前記第二室内に配置されて前記ピストンを前記第一側に押し付けるように付勢する弾性部材と、前記第一室と前記第二室とを連通させるバイパス路と、前記バイパス路を開閉可能な開閉弁と、を有し、前記弁装置は、前記ピストンが前記第一側に移動されることで閉塞させる方向に前記弁体が可動され、前記ピストンが前記第二側に移動されることで開放させる方向に前記弁体が可動され、前記バイパス路は、前記弁装置を開状態とさせる前記ピストンの前記軸線方向の位置よりも前記第二側で前記第一室と接続されている。
 このような構成によれば、流入口から第一室に作動流体を供給した状態で開閉弁を開放することで、弁装置が開状態となるピストンの軸線方向の位置よりも第一側に作動流体の液面が移動しない。したがって、ピストンは、弁装置が開状態となる軸線方向の位置よりも第一側には移動できない。そのため、弁装置を閉状態とすることなく、ピストンを移動させることができる。
 本発明の第二の態様に係る弁システムでは、第一の態様において、前記バイパス路は、前記弁装置を全開状態とさせる前記ピストンの前記軸線方向の位置よりも前記第二側で前記第一室と接続されていてもよい。
 このような構成によれば、開閉弁を開放することでピストンを移動させつつも、弁装置が全開状態となる軸線方向の位置よりも第一側には移動できない。そのため、弁装置を全開状態としたまま、ピストンを移動させることができる。これにより、弁装置の全開状態としたまま動作試験を実施することができる。
 本発明の第三の態様に係る弁システムでは、第一または第二の態様において、前記駆動機構は、前記第二室の内部の前記作動流体を排出させる排出口を有していてもよい。
 このような構成によれば、開閉弁を開放することでバイパス路を介して第二室に流れ込んだ作動流体を排出口から排出することができる。そのため、第二室に作動流体が溜まったままになってしまうことを抑えることができ、開閉弁を何度開放しても第一室内の作動流体を第二室内に流すことができる。したがって、開閉弁を開放するたびにピストンを繰り返し移動させることができ、動作試験を繰返し実施することができる。
 本発明の第四の態様に係る弁システムでは、第一から第三の態様のいずれか一つにおいて、前記流入口に繋がれた逆止弁を備えていてもよい。
 このような構成によれば、動作試験を実施するための開閉弁を開くことで第一室の圧力が変化した際に、第一室内の作動流体が流入口から逆流してしまうことを防ぐことができる。また、第一室の圧力変化が作動流体の供給源に影響を及ぼすことを抑えることができる。
 本発明の第五の態様に係る蒸気タービンは、第一から第四の態様のいずれか一つの弁システムと、前記弁装置で開閉される前記流路によって蒸気が抽気されるタービン本体とを備える。
 このような構成によれば、蒸気タービンの停止した際に、抽気していた蒸気がタービン本体の内部に逆流することを防ぐように弁装置を安定して閉状態とすることができる。したがって、停止時の不具合の発生を抑えて、安定して蒸気タービンを運転することができる。
 本発明によれば、弁装置の開放させたまま動作試験を実施することができる。
本発明の実施形態における蒸気タービンを示す模式図である。 本発明の実施形態における蒸気タービンの運転時の弁装置を示す模式図である。 本発明の実施形態における蒸気タービンの停止時の弁装置を示す模式図である。 本発明の実施形態における動作試験時の弁装置を示す模式図である。
 以下、図面を参照して、本発明の蒸気タービン100を説明する。
 図1に示すように、蒸気タービン100は、タービン本体110と、弁システム1とを備える。
 タービン本体110は、筒状のケーシング130と、不図示の軸受に回転可能に支持されたロータ120と、を有している。
 ロータ120は、ケーシング130内に配置されている。ロータ120は、ロータ本体121と、このロータ本体121に固定された複数のブレード122とを備えている。このように構成されるブレード122に蒸気Sが供給されることで、タービン本体110は回転力を得ている。
 ケーシング130は、蒸気流入口131と、蒸気排出口132と、抽気口133とを有している。
 蒸気流入口131は、ケーシング130の外部からの蒸気Sを内部に導入する。蒸気流入口131は、ロータ120の複数のブレード122よりも上流側に設けられている。ここで、上流側とは、ロータ120が延在する延在方向の一方側である。つまり、蒸気流入口131から流入した蒸気Sは、複数のブレード122のうち、最も上流側に配置されたブレード122に向かって流れる。
 蒸気排出口132は、ケーシング130の内部を流れた蒸気Sを外部に排出する。蒸気排出口132は、ロータ120の複数のブレード122よりも下流側に設けられている。ここで、下流側とは、ロータ120が延在する延在方向の他方側である。つまり、蒸気排出口132は、複数のブレード122のうち、最も下流側に配置されたブレード122を通って流れた蒸気Sを排出する。
 抽気口133は、蒸気流入口131と蒸気排出口132との間からケーシング130の内部の蒸気Sを外部に抽気する。つまり、抽気口133は、蒸気流入口131から導入される蒸気Sよりも低い圧力状態であって、蒸気排出口132から排出される蒸気Sよりも高い圧力状態である蒸気Sを抽気する。抽気口133は、ロータ120の延在方向に並ぶ複数のブレード122の間に配置されている。つまり、抽気口133は、タービン本体110の中段から蒸気Sを抽気している。抽気口133は、抽気ライン133aに接続されている。抽気ライン133aは、抽気口133から抽気した蒸気Sを不図示の他の蒸気タービンや他の設備に供給する。
 弁システム1は、抽気口133から抽気された蒸気Sの供給量を調整する。本実施形態の弁システム1は、図2に示すように、弁装置2と、駆動機構3と、制御油供給ライン4と、制御油排出ライン5と、逆止弁6と、を備える。
 弁装置2は、抽気された蒸気Sの流通する抽気ライン133aの開閉を行う。弁装置2は、抽気ライン133aの一部をなす流路21aを弁体22によって開閉可能とされている。弁装置2は、抽気ライン133aの途中に設けられている。本実施形態の弁装置2は、逆止弁である。つまり、弁装置2は、開状態では流路21aの一方向に向かって蒸気Sを流通可能とし、閉状態では蒸気Sを流通不能としている。弁装置2は、弁本体21と、弁体22と、支持軸23と、規制部24とを有する。
 弁本体21は、抽気された蒸気Sが流通する流路21aが内部に設けられている。弁本体21は、抽気ライン133aに接続されている。弁本体21は、対向する位置に二カ所の開口が設けられた筐体である。流路21aは、二カ所の開口を連通するように形成されている。
 弁体22は、弁本体21の内部に配置されている。弁体22は、弁本体21の一方の開口を閉塞可能な形状をなしている。弁体22は、開口に対して嵌合することで弁装置2を閉状態(蒸気Sが流路21aを流通不能な状態)とし、開口から離間することで弁装置2を開状態(蒸気Sが流路21aを流通可能な状態)としている。
 支持軸23は、弁体22を弁本体21に対して回転させる。つまり、弁体22は、支持軸23を中心として弁本体21に対して回転する。支持軸23は、駆動機構3と接続されている。
 規制部24は、弁体22の位置を規制している。規制部24は、弁本体21の内部に設けられている。規制部24は、弁体22が弁装置2を全開状態とした際に、弁体22と接触可能な位置に配置されている。つまり、弁体22が規制部24に接触した状態が、弁本体21の開口に対して弁体22が最も開いた状態である。したがって、本実施形態の弁装置2では、規制部24に対して弁体22が接触した状態が全開状態である。
 駆動機構3は、作動流体である制御油を用いて弁体22を駆動させる。駆動機構3は、供給される制御油の量を調整することで、弁装置2の開度を調整して蒸気Sの抽気を開始又は停止させる。本実施形態の駆動機構3は、シリンダケース31と、ピストン32と、ロッド33と、流入口34と、排出口35と、弾性部材36と、バイパス路37と、開閉弁38と、連結部39と、を有する。
 シリンダケース31は、軸線O方向に延びるシリンダ室311を内側に形成している。シリンダ室311は、シリンダケース31の内部に形成された制御油が流入する空間である。シリンダケース31は、軸線Oを中心として中空円筒状をなして延びている。本実施形態のシリンダケース31は、二つの有底筒状の部材の開口部分を互いに合わせるようにして形成されている。
 ピストン32は、シリンダ室311を軸線O方向の第一側(軸線O方向の一方側、図2における紙面下側)の第一室311aと、軸線O方向の第二側(軸線O方向の他方側、図2における紙面上側)の第二室311bとに区画している。ピストン32は、シリンダ室311内に配置されている。ピストン32は、軸線O方向に移動する。ピストン32は、シリンダケース31の内周面に全周が摺動可能とされており、シリンダケース31に対する相対位置が変化する。本実施形態のピストン32は、軸線O方向と直交する断面がシリンダケース31の内周面と摺接するような円形状をなしている。これにより、ピストン32は、移動に伴って第一室311aの大きさと第二室311bの大きさとを変化させている。ピストン32は、後述するロッド33に接続されている。ピストン32は、シリンダ室311を第一側に移動することで、弁装置2の開度が小さくなるようにロッド33を介して弁体22を可動させる。ピストン32は、シリンダ室311を第二側に移動することで、弁装置2の開度が大きくなるようにロッド33を介して弁体22を可動させる。つまり、弁装置2は、ピストン32がシリンダ室311を第一側に移動されることで閉塞させる方向に弁体22が可動される。弁装置2は、ピストン32がシリンダ室311を第二側に移動されることで開放させる方向に弁体22が可動される。
 ピストン32は、予め定めた軸線O方向の位置を超えて第二側に移動することで弁装置2を開状態とする。この際、弁装置2が開状態となるピストン32の軸線O方向の位置を開閉位置Aと称する。したがって、この開閉位置Aよりも第二側にピストン32が移動することで弁装置2は開状態となり、開閉位置Aよりも第一側にピストン32が移動することで弁装置2は閉状態となる。さらに、ピストン32は、開放位置を超えて第二側に移動可能とされている。ピストン32は、開閉位置Aを超えて第二側に移動することで、弁装置2を全開状態とする。この際、弁装置2が全開状態となるピストン32の軸線O方向の位置を全開位置Bと称する。ピストン32は、全開位置Bを超えてさらに第二側に移動可能とされている。この際、ピストン32が最も軸線O方向の第二側に移動した状態での位置を裕度位置Cと称する。
 ロッド33は、ピストン32に接続されている。ロッド33は、ピストン32とともに移動する。ロッド33は、シリンダケース31の軸線O方向に延びている。ロッド33は、シリンダケース31の軸線Oを中心に円柱状をなして延在している。ロッド33は、端部がナットを介してピストン32に接続されている。ロッド33は、ピストン32と接続されていない側の端部がシリンダケース31の第二側の端部から飛び出している。ロッド33は、軸線O方向の第一側に移動しても、第二側の端部が第二室311b内から突出したままとなる長さで形成されている。
 流入口34は、シリンダ室311内に制御油を流入させる。流入口34は、第一室311aと連通するようにシリンダケース31と一体に設けられている。流入口34は、第一室311aの内部に制御油を流入させる。流入口34は、シリンダケース31に対して一つのみ設けられている。具体的には、流入口34は、シリンダケース31の第一側の端部寄りの側部に設けられている。流入口34は、後述する制御油供給ライン4に接続されている。
 排出口35は、シリンダ室311内の制御油を外部に排出させる。排出口35は、第二室311bと連通するようにシリンダケース31と一体に設けられている。排出口35は、第二室311bの内部の制御油を外部に排出させる。排出口35は、シリンダケース31に対して一つのみ設けられている。具体的には、排出口35は、シリンダケース31の裕度位置Cよりも第二側の側部に設けられている。排出口35は、後述する制御油排出ライン5に接続されている。
 弾性部材36は、第二室311b内に配置されている。弾性部材36は、ピストン32を軸線O方向の第一側に向かって押し付けるように付勢している。弾性部材36は、シリンダ室311を形成するシリンダケース31の内周面のうちの第二側の端面と、ピストン32の第二側を向く端面と、に固定されている。本実施形態の弾性部材36は、例えば、コイル状バネが用いられる。
 バイパス路37は、第一室311aと第二室311bとを連通させている。バイパス路37は、第一室311aと第二室311bとを繋ぐ配管である。バイパス路37は、開閉位置Aよりも第二側で第一室311aと接続されている。本実施形態のバイパス路37は、全開位置Bの時に丁度ピストン32で開口部分が塞がれる位置であって、裕度位置Cよりも第一側で第一室311aと接続されている。バイパス路37は、排出口35と対向する位置で第二室311bと接続されている。
 開閉弁38は、バイパス路37の途中に設けられている。開閉弁38は、バイパス路37を開閉可能としている。つまり、開閉弁38が開くことでバイパス路37が開放された状態となる。開閉弁38が閉じることで、バイパス路37が閉塞された状態となる。
 連結部39は、ピストン32と弁体22とを連結している。連結部39は、ピストン32の移動に伴って弁体22を支持軸23回りに回転させる。連結部39は、ロッド33と支持軸23とを連結している。連結部39は、全開位置Bよりも第一側にピストン32が移動した際には、ロッド33が移動することで支持軸23を回転させる。連結部39は、全開位置Bを超えて第二側にピストン32が移動した際には、ロッド33が移動しても支持軸23を回転させない。つまり、連結部39は、全開位置Bと裕度位置Cとの間では、ロッド33が移動しても支持軸23を回転させない。
 制御油供給ライン4は、制御油供給源41に接続されている。制御油供給ライン4は、流入口34に接続されている。制御油供給ライン4は、制御油供給源41から供給された制御油を流入口34まで流通させる。制御油供給ライン4は、制御油供給源41からの制御油の供給が停止されることで、流入口34から排出された制御油を制御油供給源41まで流通させる。
 制御油排出ライン5は、制御油供給源41に接続されている。なお、制御油排出ライン5は、制御油供給源41とは異なる制御油排出先に接続されていてもよい。制御油排出ライン5は、排出口35に接続されている。制御油排出ライン5は、第二室311bから排出された制御油を制御油供給源41まで流通させる。
 逆止弁6は、制御油供給ライン4の途中に設けられている。逆止弁6は、流入口34に繋がれている。逆止弁6は、制御油供給源41から第一室311aに向かって制御油を流通可能としている。逆止弁6は、第一室311aから制御油供給源41に向かって流れる制御油の流通状態を、第一室311a内の内部圧の急激な低下を防ぐために制御している。
 次に、上記構成の弁システム1の動作について説明する。
 上記のような弁システム1では、蒸気タービン100の運転時に、抽気ライン133aによってタービン本体110からの蒸気Sの抽気を可能とするために弁装置2は全開状態とされている。弁装置2を全開状態とするために、駆動機構3では開閉弁38を閉塞した状態で第一室311aに制御油が供給される。具体的には、制御油供給ライン4を介して制御油供給源41から流入口34に制御油が供給される。流入口34から制御油が供給されることで、第一室311aに制御油が溜まり、ピストン32が制御油に押されて第二側に移動する。ピストン32が第二側に移動することでロッド33が移動し、ロッド33に接続された連結部39によって支持軸23が回転する。ピストン32が開閉位置Aを超えて第二側に移動することで、弁体22が規制部24に向かって回転する。その後、ピストン32が全開位置Bまで移動することで、弁体22は規制部24と接触する位置まで回転する。ピストン32が全開位置Bを超えて裕度位置Cまで移動する間、ロッド33の移動は連結部39によって支持軸23まで伝達されずに、支持軸23は回転しない。その結果、弁体22は、回転せずに規制部24と接触した位置が維持される。これにより、弁装置2は全開状態が維持され、タービン本体110内の蒸気Sを抽気ライン133aによって抽気することが可能とされる。
 また、弁システム1では、蒸気タービン100の停止時に、抽気ライン133aでのタービン本体110からの蒸気Sの抽気を不能とするために弁装置2は閉状態とされている。弁装置2を閉状態とするために、駆動機構3では第一室311aから制御油が排出される。図3に示すように、制御油供給ライン4を介して流入口34から第一室311a内の制御油が排出される。流入口34から第一室311aの制御油が排出されることで、裕度位置Cから全開位置Bに向かってピストン32が第一側に移動する。この際、ロッド33の移動は連結部39によって支持軸23まで伝達されずに、支持軸23は回転しない。その結果、弁体22は、回転せずに規制部24と接触した位置が維持される。ピストン32が全開位置Bを超えてさらに第一側に移動することで、ロッド33に接続された連結部39が支持軸23を回転させ始める。支持軸23が回転することで弁体22が規制部24から離れて弁本体21の開口に向かって回転する。ピストン32が開閉位置Aを超えて移動することで、弁体22は弁本体21の開口を閉塞する位置まで回転する。これにより、弁装置2は閉状態となり、タービン本体110内の蒸気Sを抽気ライン133aによって抽気することが不能とされる。
 また、本実施形態の弁システム1では、蒸気タービン100の運転時に定期的に駆動機構3に対してピストン32が正しく動作するか否かを確認するための動作試験が実施される。
 動作試験を実施する際には、蒸気タービン100の運転時に、第一室311aに制御油を供給しながら、開閉弁38を開放させる。開閉弁38が開放されることで、制御油がバイパス路37を流通可能となる。その結果、図4に示すように、第一室311a内の制御油がバイパス路37を介して第二室311b内に流れ込む。第一室311a内の制御油が第二室311b内に流れ込むことで、制御油が流れ込んだ分だけピストン32が裕度位置Cから第一側に移動する。これにより、ピストン32の位置を移動させて、ピストン32が正常に動作するか否かを判断することができる。
 この際、バイパス路37が開閉位置Aよりも第二側で第一室311aと接続されている。そのため、流入口34から第一室311aに制御油を供給した状態で開閉弁38を開放しても全開位置Bよりも第一側に制御油の液面が移動しない。したがって、ピストン32は、バイパス路37と接続されている位置まで移動するが、全開位置Bよりも第一側には移動できない。つまり、弁装置2では、弁体22が開口から離れて開いたままとなる。したがって、弁装置2を閉状態とすることなく、ピストン32を移動させることができる。これにより、弁装置2の開放させたまま動作試験を実施することができる。
 本実施形態では、バイパス路37が単に開閉位置Aよりも第二側ではなく、全開位置Bよりも第二側であって裕度位置Cよりも第一側で第一室311aと接続されている。そのため、開閉弁38を開放してもピストン32は全開位置Bより第一室311a側には移動できない。ピストン32が裕度位置Cと全開位置Bとの間に移動しても、支持軸23は回転されない。そのため、ピストン32を移動させても、弁装置2では、弁体22が規制部24に接触したままとなる。したがって、弁装置2を全開状態としたまま、ピストン32を移動させることができる。これにより、弁装置2の全開状態としたまま動作試験を実施することができる。その結果、抽気ライン133aでのタービン本体110からの蒸気Sの抽気量を低減させることなく、動作試験を実施することができる。
 また、第二室311bに連通するように排出口35が接続されていることで、開閉弁38を開放することでバイパス路37を介して第一室311aから第二室311bに流れ込んだ制御油を排出することができる。そのため、第二室311bに制御油が溜まったままになってしまうことを抑えることができる。その結果、開閉弁38を何度開放しても、第一室311a内の制御油を第二室311b内に流すことができる。したがって、開閉弁38を開放するたびにピストン32を繰り返し移動させることができ、動作試験を繰返し実施することができる。
 また、制御油供給ライン4の途中に流入口34に繋がれた逆止弁6が設けられている。そのため、開閉弁38を開くことで第一室311a内の圧力が変化した際に、第一室311a内の制御油が流入口34から制御油供給ライン4を逆流してしまうことを防ぐことができる。また、逆止弁6によって第一室311aから制御油供給源41に向かう制御油の流れが閉塞されていることで、第一室311aの圧力変化が制御油供給源41に影響を及ぼすことを抑えることができる。
 また、本実施形態の蒸気タービン100によれば、弁装置2を全開状態としながら、駆動機構3の動作試験を行うことができる。そのため、蒸気タービン100を運転しながら、駆動機構3のピストン32が炭化等の不具合によってシリンダケース31に固着してしまい、可動不能となっていないかを確認することができる。したがって、長期間にわたって連続して運転された蒸気タービン100を停止した際に、運転時に抽気していた蒸気Sがタービン本体110の内部に逆流すること防ぐように弁装置を安定して閉状態とすることができる。その結果、停止時の不具合の発生を抑えて、安定して蒸気タービン100を運転することができる。
 以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
 なお、本実施形態の弁装置2は、タービン本体110から蒸気Sを抽気する流路21aである抽気ライン133aに配置されることに限定されるものではない。例えば、弁装置2は、タービン本体110に蒸気Sを流入させる蒸気流入口131に繋がる流路21aに設けられていてもよく、タービン本体110から蒸気Sを排出させる蒸気排出口132に繋がる流路21aに設けられていてもよい。
 また、本実施形態の弁システム1では、ロッド33や連結部39を介してピストン32が移動した際に弁体22を可動させたが、このような構造に限定されるものでない。ピストン32の移動に伴って弁体22を可動させることが可能な構造であればよい。
 上記した弁システム1によれば、弁装置2の開放させたまま動作試験を実施することができる。
100 蒸気タービン
110 タービン本体
S     蒸気
120 ロータ
121 ロータ本体
122 ブレード
130 ケーシング
131 蒸気流入口
132 蒸気排出口
133 抽気口
133a      抽気ライン
1     弁システム
2     弁装置
21   弁本体
21a 流路
22   弁体
23   支持軸
24   規制部
3     駆動機構
31   シリンダケース
O     軸線
311 シリンダ室
311a      第一室
311b      第二室
32   ピストン
A     開閉位置
B     全開位置
C     裕度位置
33   ロッド
34   流入口
35   排出口
36   弾性部材
37   バイパス路
38   開閉弁
39   連結部
4     制御油供給ライン
41   制御油供給源
5     制御油排出ライン
6     逆止弁

Claims (5)

  1.  流路を弁体によって開閉可能な弁装置と、
     前記弁体を駆動させる駆動機構と、を備え、
     前記駆動機構は、
     軸線方向に延びるシリンダ室を内側に形成するシリンダケースと、
     該シリンダ室を前記軸線方向の第一側の第一室と、前記軸線方向の第二側の第二室と、に区画するピストンと、
     前記第一室の内部に作動流体を流入させる流入口と、
     前記第二室内に配置されて前記ピストンを前記第一側に押し付けるように付勢する弾性部材と、
     前記第一室と前記第二室とを連通させるバイパス路と、
     前記バイパス路を開閉可能な開閉弁と、を有し、
     前記弁装置は、
     前記ピストンが前記第一側に移動されることで閉塞させる方向に前記弁体が可動され、
     前記ピストンが前記第二側に移動されることで開放させる方向に前記弁体が可動され、
     前記バイパス路は、
     前記弁装置を開状態とさせる前記ピストンの前記軸線方向の位置よりも前記第二側で前記第一室と接続されている弁システム。
  2.  前記バイパス路は、
     前記弁装置を全開状態とさせる前記ピストンの前記軸線方向の位置よりも前記第二側で前記第一室と接続されている請求項1に記載の弁システム。
  3.  前記駆動機構は、前記第二室の内部の前記作動流体を排出させる排出口を有する請求項1又は請求項2に記載の弁システム。
  4.  前記流入口に繋がれた逆止弁を備える請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の弁システム。
  5.  請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の弁システムと、
     前記弁装置で開閉される前記流路によって蒸気が抽気されるタービン本体とを備える蒸気タービン。
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