(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器からの蒸気をタービンに供給する蒸気供給路に配設するものであって、蒸気入口及び蒸気出口を有し、前記蒸気入口及び前記蒸気出口を連通する蒸気流通路を有する蒸気弁装置本体と、
前記蒸気弁装置本体の蒸気流通路内に配設した環状の弁座と、
前記弁座に対して接触位置又は非接触位置に移動可能であって、蒸気の下流側に凹部を有する制御弁ヘッドと、
前記タービン回転数の検出値と回転数設定値との速度偏差に基づき前記制御弁ヘッドを位置決めする回転数制御を行う速度制御システムと、
前記制御弁ヘッドの凹部内に移動可能であって前記弁座に対して接触位置又は非接触位置に移動可能な止め弁ヘッドと、
前記タービンが圧力制御モードで運転される際に、前記制御弁ヘッドを全開とするとともに、前記蒸気供給路内の蒸気の圧力検出値と圧力設定値との圧力偏差に基づき前記止め弁ヘッドを位置決めする圧力制御を行う圧力制御システムと、
を具備した蒸気弁装置。
【請求項２】
請求項１記載の蒸気弁装置であって、
前記タービンが圧力制御モードで運転中に負荷遮断状態となった場合には、前記圧力制御システムは、前記止め弁ヘッドを前記圧力制御時の弁開度から全開へと動作させて圧力制御運転を強制的に終了するとともに、前記制御弁ヘッドを全開から一旦全閉動作させることを特徴とする蒸気弁装置。
【請求項３】
請求項１記載の蒸気弁装置であって、
前記タービンが圧力制御モードで運転中にタービントリップ状態となった場合には、前記圧力制御システムは、前記止め弁ヘッドを前記圧力制御モードでの弁開度から急速閉鎖させることを特徴とする蒸気弁装置。
【請求項４】
前記圧力制御の制御対象圧力は、タービン入口圧力、タービン抽気圧力、タービン背気圧力のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気弁装置。
【請求項５】
前記圧力制御システムは、前記止め弁ヘッドを位置決めするための流体作動シリンダと、前記接触位置へ前記止め弁ヘッドを付勢するためのばねと、前記流体作動シリンダに流体を供給するためのサーボ弁と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気弁装置。
【請求項６】
前記止め弁ヘッドと前記制御弁ヘッドは前記弁座と接触するためのシール面を有し、前記止め弁ヘッドは下流側の蒸気通路を構成する底部側に前記止め弁ヘッドの内部に向って形成され、その縁辺にエッジを備えた凹陥部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気弁装置。
【請求項７】
前記止め弁ヘッドが、前記弁座と接触するためのシール面を有するように形成する蒸気通路において、
前記止め弁ヘッドの弁座シート径をＤｏとした時、前記止め弁ヘッドの下流側の蒸気通路を構成する底部側に前記止め弁ヘッドの内部に向って形成された凹陥部の縁辺のエッジの直径Ｄｉを
Ｄｉ≧０．９Ｄｏ
とし、
前記弁座の内径Ｄｔｈを
Ｄｔｈ≧０．８Ｄｏ
の範囲に設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気弁装置。
【請求項８】
前記止め弁ヘッドを駆動して前記弁座に対して接離するための前記止め弁ヘッドに組み合わされ固定された弁棒であって、この弁棒の前記制御弁ヘッド側の端部に、前記止め弁ヘッドより弁口径が小さい副弁ヘッドを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気弁装置。
【請求項９】
前記止め弁ヘッドは前記弁座と接触するためのシール面を有し、前記止め弁ヘッドは下流側の蒸気通路を構成する底部側に設けられ縁辺にエッジを備えた凹陥部が形成され、かつ前記止め弁ヘッドの下流側であって前記凹陥部の中央部に凸状部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気弁装置。
【請求項１０】
蒸気入口及び蒸気出口と前記蒸気入口及び前記蒸気出口を連通する蒸気流通路を有するとともに蒸気発生器からの蒸気をタービンに供給する蒸気供給路に配設される蒸気弁装置本体と、前記蒸気弁装置本体の蒸気流通路内に配設した環状の弁座と、前記弁座に対して接触位置又は非接触位置に移動可能であって蒸気の下流側に凹部を有する制御弁ヘッドと、前記制御弁ヘッドの凹部内に移動可能であって前記弁座に対して接触位置又は非接触位置に移動可能な止め弁ヘッドと、を有する蒸気弁装置を用いた蒸気タービンの制御方法において、
前記蒸気タービンが圧力制御モードにて運転される際に、前記制御弁ヘッドを全開位置に固定するとともに、
前記蒸気供給路内の蒸気の圧力検出値と圧力設定値との圧力偏差に基づき前記止め弁ヘッドを位置決めする
ことを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン用入口弁として使用され、流量制御弁及び止め弁を組み合わせた蒸気弁装置、およびこれを用いた蒸気タービンの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種従来の蒸気弁装置として、図９（特許文献１の従来例）と、図１０（特許文献１の発明）のように構成したものがある。始めに、図９を参照してその一例について説明する。単一の弁座２２と関連して所要の機能を果たす２つの上部弁体と、下部弁体を備え、上部弁体は制御弁ヘッド（制御弁体）１８であり、下部弁体は止め弁ヘッド（止め弁体）４４であり、これらを組合せたものである。ここで、弁座２２と制御弁ヘッド１８で流量制御弁１７を構成し、また弁座２２と止め弁ヘッド４４で止め弁１９を構成している。
【０００３】
制御弁ヘッド１８は、底部の開口凹部４０を有する環状弁要素を備え、制御弁ヘッド１８の縁部が制御弁１７の閉位置で弁座２２に対して着座する。制御弁１７は、蒸気入口を通る流量を制御するために、弁座２２に対して制御弁ヘッド１８を位置決めするための図示しない比例制御装置、例えば、サーボ弁を有する。
【０００４】
止め弁ヘッド４４は、通常、制御弁ヘッド１８内の下部に形成された凹部４０内に位置する弁全開位置と蒸気入口の弁座２２に座する弁閉位置間で動くように、入口の下方で制御される。その結果、運転中、止め弁１９は通常常に全開状態にあり、制御弁１７は、制御弁ヘッド１８を絞ることによって、タービン部への蒸気流量を制御するために開き加減が調整される。
【０００５】
制御弁１７が一般的に最大弁体揚程の約５０％以下に絞り込まれると、弁内の流れ現象は不安定な状態を引き起こし、その結果、望ましくない振動が発生する。このような振動は、弁または関連配管またはタービンシステムの要素磨耗及び又は疲労破壊を生じる原因ともなりうる。
【０００６】
一般的に、制御弁１７は、これまでは厳しい運転制御モードでは、つまり弁通路が非常に狭くなるような高圧低流量の非常に低い弁揚程での一定絞り込みでは使用されなかった。組合せ弁は従来絞り込みモードで長期間使用されることはなかったので、この固有の問題は取り扱われていなかった。
【０００７】
しかしながら、最近のコンバインドサイクル等の蒸気タービンシステムの運用では、新たに入口圧力制御（制御弁１７を絞り込み操作し、当該蒸気弁前の上流側圧力を一定に制御する）が重要な制御対象として加わっている。このような入口圧力制御運転時には、従来よりも長い期間で制御弁１７を絞り込み操作することが要求されるが、このような絞り込み運転モード（圧力制御モード）では制御弁１７内の流れが不安定になることによる上述の望ましくない振動が発生する。そして、過酷な振動が長時間生じる結果、制御弁１７の保守や補修のための休止が頻繁に必要になることが問題となっている。
【０００８】
この問題の原因は、制御弁１７と弁座２２を通りすぎる流路を画成する壁からの蒸気流の分離にあるとの分析がなされており、制御弁１７の下流側に発生した渦流により制御弁ヘッド１８に掛かる力が変動する結果、制御弁ヘッド１８が振動するものと考えられている。
【０００９】
図１０はこのような課題を解決する発明の一つとして、特許文献１に開示されたものである。これは蒸気流通路を画成する概して環状の弁座２２と、制御弁１７の下流側に凹部４０を有し、弁座２２に対して前進及び後退できる制御弁ヘッド１８を備える蒸気流通路内の制御弁１７と、弁を通る蒸気の流量を選択的に制御するために弁座２２に対して選択した位置に制御弁ヘッド１８を位置決めするための蒸気弁制御システム（図示せず）と、概して凹部４０内にある止め弁ヘッド４４及び止め弁位置で弁座２２と係合するためのシール面４６を有する止め弁１９とを備え、前記蒸気弁制御システムが、制御弁１７と止め弁１９を通り過ぎて実質的に層流を発生させるために制御弁ヘッド１８と関連して止め弁ヘッド４４を位置決めするように構成されている。
【特許文献１】特表２００２―５３５５４４「蒸気タービン弁体の振動低減装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、制御弁ヘッド１８と止め弁ヘッド４４により形成された蒸気通路部の途中には、制御弁ヘッド１８と止め弁ヘッド４４により構成される大きな空間（制御弁１７の凹部４０内）と連通する制御弁ヘッド１８の内径と止め弁ヘッド４４の外径で構成された隙間による開口４８が存在するため、連続流れの影響により大きな空間（制御弁１７の凹部４０内）の内部圧力が不規則に変動し、この大きな空間が共鳴箱となることから、制御弁ヘッド１８や止め弁ヘッド４４に共鳴や共振を発生するため当初目的とした弁体の振動低減にはあまり効果が無かった。
【００１１】
本発明は、これらの問題を解決するものであり、コンバインドサイクル等の蒸気タービンシステムの運用において、流量制御弁および止め弁を組み込んだ組合せ弁を用いながら、弁振動による不安定挙動を低減、具体的には高圧低流量の非常に低い弁揚程での長期絞り込みによる流れの不安定および振動を最小限に抑えるか、又は解消させることができる蒸気弁装置、およびこれを用いた蒸気タービンの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る蒸気弁装置は、蒸気発生器からの蒸気をタービンに供給する蒸気供給路に配設するものであって、蒸気入口及び蒸気出口を有し、前記蒸気入口及び前記蒸気出口を連通する蒸気流通路を有する蒸気弁装置本体と、前記蒸気弁装置本体の蒸気流通路内に配設した環状の弁座と、前記弁座に対して接触位置又は非接触位置に移動可能であって、蒸気の下流側に凹部を有する制御弁ヘッドと、前記タービン回転数の検出値と回転数設定値との速度偏差に基づき前記制御弁ヘッドを位置決めする回転数制御を行う速度制御システムと、前記制御弁ヘッドの凹部内に移動可能であって前記弁座に対して接触位置又は非接触位置に移動可能な止め弁ヘッドと、前記タービンが圧力制御モードで運転される際に、前記制御弁ヘッドを全開とするとともに、前記蒸気供給路内の蒸気の圧力検出値と圧力設定値との圧力偏差に基づき前記止め弁ヘッドを位置決めする圧力制御を行う圧力制御システムと、を具備したことを特徴とする。
【００１３】
また、前記目的を達成するため、本発明の請求項１０に係る蒸気タービンの制御方法は、
蒸気入口及び蒸気出口と前記蒸気入口及び前記蒸気出口を連通する蒸気流通路を有するとともに蒸気発生器からの蒸気をタービンに供給する蒸気供給路に配設される蒸気弁装置本体と、前記蒸気弁装置本体の蒸気流通路内に配設した環状の弁座と、前記弁座に対して接触位置又は非接触位置に移動可能であって蒸気の下流側に凹部を有する制御弁ヘッドと、前記制御弁ヘッドの凹部内に移動可能であって前記弁座に対して接触位置又は非接触位置に移動可能な止め弁ヘッドと、を有する蒸気弁装置を用いた蒸気タービンの制御方法において、前記蒸気タービンが圧力制御モードにて運転される際に、前記制御弁ヘッドを全開位置に固定するとともに、前記蒸気供給路内の蒸気の圧力検出値と圧力設定値との圧力偏差に基づき前記止め弁ヘッドを位置決めすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蒸気タービンシステムの運用において、流量制御弁および止め弁を組み込んだ組合せ弁を用いながら、弁振動による不安定挙動を低減できる蒸気弁装置、およびこれを用いた蒸気タービンの制御方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の蒸気弁装置の実施形態の全体構成を示す概略構成図である。図２は図１の制御弁１７及び止め弁１９を拡大して示す図であり、図３は図２の止め弁１９を拡大して示す図、図７および図８は蒸気弁制御システム８０を説明するための図である。
【００１６】
以下、本実施形態の蒸気弁装置について説明するが、初めにその概要について説明する。
【００１７】
本実施形態の蒸気弁装置は、図８に示した通り、蒸気発生器１からの蒸気をタービン２に供給する蒸気供給路に配設するものであって、止め弁１９と制御弁１７を組み合わせてなる。本実施形態の蒸気弁装置を介してタービン２に供給された蒸気は、タービン２およびタービン２に連結された発電機３を回転させて電力を発生し、タービン２からの排気蒸気は復水器４にて凝縮して水に戻される。蒸気弁装置を構成する止め弁１９、制御弁１７にはそれぞれ、弁を開閉させる油圧シリンダと、この油圧シリンダを動作させるサーボ弁５４，２８から構成されるアクチュエータが設けられている。
【００１８】
蒸気弁装置の止め弁１９、制御弁１７は前述のサーボ弁５４，２８にそれぞれ制御信号を送出する蒸気弁制御システム８０により制御される。蒸気弁制御システム８０は、非常停止システム６５や起動システム６６、同期併入システム６７、負荷制御システム６８等その他蒸気タービンの運転や保守に必要なシステムが相互に関連しあうように構成されているが、特に、本実施形態の蒸気弁装置の蒸気弁制御システム８０には、制御弁１７に作用する速度制御システム６０と、止め弁１９に作用する圧力制御システム７０とを備えたところに特徴を有する。
【００１９】
止め弁１９と制御弁１７が組み合わされた本実施形態の蒸気弁装置は、さらに詳細には図１に示した通り以下のような構成からなる。すなわち、本実施形態に係る蒸気弁装置は、蒸気入口１４及び蒸気出口１６を有し、蒸気入口１４及び蒸気出口１６を連通する蒸気流通路を有する蒸気弁装置本体１２と、蒸気弁装置本体１２の蒸気流通路内に配設した環状の弁座２２と、弁座２２に対して接触位置及び又は非接触位置に移動可能であって、蒸気の下流側に凹部４０を有する制御弁ヘッド１８と、制御弁ヘッド１８と弁座２２とにより制御弁１７を構成し、また制御弁ヘッド１８の凹部４０内に移動可能であって弁座２２に対して接触位置及び又は非接触位置に可動可能な止め弁ヘッド１００と、止め弁ヘッド１００と弁座２２とにより止め弁１９を構成している。図１において、制御弁１７の上に設けられたアクチュエータは、制御弁ヘッド１８を上下動させるために、油圧シリンダ２６に流体（作動油）を供給するためのサーボ弁２８となっている。シリンダ２６のピストンは、クロスヘッド３２に結合され、クロスヘッド３２はコイルばね３６の付勢に抗して制御弁ヘッド１８を上昇させるための立軸３４に結合されている。蒸気弁制御システム８０から急速閉信号を受信してシリンダ２６から作動油が放出されるとき、制御弁１７を素早く閉じるためにコイルばね３６が使用される。
【００２０】
また、止め弁ヘッド１００は、適当なパッキンを通って油圧シリンダ５２まで延びている軸５０に取り付けられる。止め弁ヘッド１００を弁閉位置に付勢するため、即ち、止め弁１９を素早く閉じるために、ばね５３が設置される。油圧シリンダ５２は、止め弁ヘッド１００を上下動させるために油圧シリンダ５２に作動油を供給するためのサーボバルブ５４を備えている。
【００２１】
さらに、蒸気弁制御システム８０からの急速閉信号に対応してシリンダ５２から油圧流体を放出するための動作の速い放出弁５６が設置される。止め弁１９の位置を検出して蒸気弁制御システム８０に検出した位置を知らせる変換器５８が設置される。
【００２２】
次に、本実施形態の蒸気弁制御システム８０の速度制御システム６０と圧力制御システム７０について、蒸気弁装置とタービンの運転状態の時間変化を示した図７も参照してさらに詳細に説明する。
【００２３】
速度制御システム６０は、従来の機能である速度制御機能をそのまま残したものであって、タービン２の回転数の検出値と正常回転数との速度偏差に基づき制御弁ヘッド１８を位置決めする。ここで、タービン２の回転数が正常回転数よりも上回った負荷遮断状態（図７では負荷遮断発生と記載している時点）となると、速度制御システム６０は、制御弁ヘッド１８を開状態［図７では（全開）１００％と記載している］から一旦全閉状態［図７では（全閉）０％と記載している］とするような制御信号をサーボ弁２８に対して送出する。また、速度制御システム６０は、タービン２の回転数が上がり正常回転数を超えタービン動作が破壊的な過速度等によるタービントリップ状態となると、制御弁ヘッド１８を開状態から急速閉信号に対応し全閉状態とするような制御信号をサーボ弁２８に対して送出する。これにより、制御弁ヘッド１８はそれまでの開度から、通常制御弁ヘッド１８を全閉する際よりも急速に全閉する。
【００２４】
圧力制御システム７０は、タービン２の運転モードとして圧力制御運転を選択した場合に動作する制御システムである。すなわち、止め弁ヘッド１００は通常の負荷運転では全開位置に保持されているが、タービン２の運転モードとして圧力制御運転が選択された場合、圧力制御システム７０が動作し、蒸気供給路内の蒸気の圧力検出値と圧力設定値との圧力偏差に基づき、止め弁ヘッド１００を圧力制御する。この際、圧力制御システム７０は、止め弁ヘッド１００のみに圧力制御を行わせるため、制御弁ヘッド１８を全開位置に移動させる制御信号をサーボ弁２８に対して送出する。そして、本実施形態の圧力制御システム７０は、この圧力制御時であって、前述の負荷遮断状態では図７に示すように止め弁ヘッド１００を圧力制御時の弁開度から全開動作するような制御信号をサーボ弁５４に送出する。これにより止め弁ヘッド１００は負荷遮断状態となる直前の開度から全開へと開弁を開始する。また、本実施形態の圧力制御システム７０は、圧力制御時であって、前述の過速度等によるタービントリップ状態では、止め弁ヘッド１００を圧力制御時の弁開度から急速に全閉動作するような制御信号をサーボ弁５４に送出する。これにより、止め弁ヘッド１００はそれまでの開度から通常止め弁ヘッド１００を全閉する際よりも急速に全閉する。
【００２５】
なお、本実施形態において、タービン２の運転モードとして圧力制御運転が選択された場合、圧力制御システム７０が制御弁ヘッド１８を全開位置に移動させる制御信号を送出するとしたが、ここで言う全開は、弁の１００％開度でなくとも構わない。すなわちここでの制御弁ヘッド１８の「全開」は、止め弁ヘッド１００による圧力制御に影響を及ぼさないだけの十分大きな開度（例えば９５％開度）に設定することも可能であり、この「全開」位置に制御弁ヘッド１８が固定されていればよい。
【００２６】
ここで、制御弁１７に作用する速度制御システム６０及び止め弁１９に作用する圧力制御システム７０の具体的構成について、図８を参照して説明する。速度制御システム６０は、タービン２の回転数を検出するため、タービン２の回転軸に取り付けられた歯車６１に対して近接してピックアップを用いた速度検出装置６２が設けられており、検出された速度信号、速度制御システム６０内にて速度設定値と比較演算され速度設定値との速度偏差が求められる。この求められた速度偏差から制御弁１７の弁開度指令が求められ、これが制御弁１７のサーボ弁２８に与えられるようになっている。
【００２７】
止め弁１９に作用する圧力制御システム７０は、蒸気発生器１とタービン入口の間の蒸気供給路内には圧力トランスミッターを用いた圧力検出装置が設けられており、検出された圧力信号は、圧力制御システム７０内にて圧力設定値と比較演算され、圧力設定値との圧力偏差が求められる。この求められた圧力偏差から、止め弁１９の弁開度指令が求められ、これが止め弁１９のサーボ弁５４に与えるようになっている。
【００２８】
このように構成することにより、圧力制御運転を選択した場合には、制御弁ヘッド１８は全開位置にあり、止め弁１９のみが圧力制御のために絞込み動作するので、図２に示すように蒸気通路部の途中には共鳴箱となる大きな空間と連通する制御弁ヘッド１８と止め弁ヘッド１００の隙間による開口がなくなり、止め弁ヘッド１００だけによる実質的な層流が弁座２２を通りすぎてできるため、制御弁ヘッド１８と止め弁ヘッド１００の振動を低減し、弁及びシステムにおける振動とそれに伴う問題を最小限に抑えることが可能となる。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態では、蒸気流通路を画成する概して環状の弁座２２と、制御弁ヘッド１８の下流側に凹部４０を有し、弁座２２に対して前進及び後退できる制御弁ヘッド１８を備える通路内の制御弁１７と、制御弁１７を通る蒸気の流量を選択的に制御するために弁座２２に対して選択した位置に制御弁ヘッド１８を位置決めするための速度制御システム６０と、概して制御弁ヘッド１８の凹部４０内にある止め弁ヘッド１００、及び止め弁閉位置で前記弁座２２と係合するためのシール面を有する止め弁１９とを備え、圧力制御状態（圧力制御モード）にある時、圧力制御システム７０が、制御弁ヘッド１８が全開位置とするとともに止め弁ヘッド１００を弁座２２に対して選択した位置に前進及び後退できるよう位置決めし、止め弁１９を通る蒸気の流量を制御し、蒸気タービンに蒸気を供給するようになっている。
【００３０】
このように、圧力制御状態（圧力制御モード）にて、止め弁ヘッド１００と弁座２２との間を通る蒸気の流量を制御している時、タービン回転数が正常回転数よりも上昇した場合は、圧力制御（圧力制御モード）を解除し、同時に速度制御システム６０にて制御弁１７を絞り、蒸気流量を制御していた止め弁１９を全開動作させる。さらに止め弁１９は、圧力制御（圧力制御モード）の投入時や解除時の過渡時には、決められた速度変化率に基づき目標弁開度に向かってゆっくりと開閉動作するように設定されている。
【００３１】
本発明のさらに好ましい実施形態では、弁座２２と、シール面を備えた制御弁ヘッド１８を有する制御弁１７と、シール面を備えた止め弁ヘッド１００を有する止め弁１９とを含み、蒸気弁制御システム８０が弁座に対する各々ヘッドの接触（前進）及び非接触（後退）の動きを制御する蒸気タービンに蒸気を供給するための弁において、シール面と弁座を通りすぎる渦流を最小限に抑えるか、または解消するために、止め弁ヘッド１００は上流側に略凹部２０となっており、その略凹部２０の先端は常に制御弁ヘッド１８の下流側凹部４０内部に位置するように構成され、さらに止め弁ヘッド１００はその下流側の蒸気通路を構成する底部側に設けられ、縁辺にエッジ１０１を備えた凹陥部１０２で形成された改良型流路を採用したものである。この結果、圧力制御状態（圧力制御モード）において不安定流れによる流体振動を低減させることができる。
【００３２】
従って、本発明は、コンバインドサイクル等の蒸気タービンシステムの運用において、制御弁および止め弁を組み込んだ組合せ弁を用いながら、高圧低流量の非常に低い弁揚程での長期絞り込みによる流れの不安定および振動を最小限に抑えるか解消するような、蒸気タービンに蒸気を供給するための蒸気弁装置を提供することができる。
【００３３】
図２は、圧力制御モードにて運用している状態を示している。ここで制御弁１７は全開を保持した状態であり、図示しない蒸気タービン制御システムからの圧力偏差信号に従い止め弁用流体作動シリンダ５２に設置されたサーボ弁５４により、圧力制御モードで運用する前は全開となっていた流体作動シリンダ５２から流体を排出するように動作させ、止め弁１９のみを絞り込み動作させたものである。
【００３４】
従って、この状態すなわち圧力制御状態（圧力制御モード）における止め弁１９と制御弁１７を比較すると、止め弁１９を通る蒸気の流量が支配的に蒸気タービンに蒸気を供給していることになる。
【００３５】
このように、本発明では止め弁１９のすべての位置で蒸気出口に向かって弁内に概して層流を形成するように組み合わされるシール面１０３と止め弁ヘッド１００上の表面を通りすぎて入口から出口に向う蒸気の滑らかな層流が止め弁１９のみで作られる。従って、制御弁ヘッド１８の下面に沿って中空となる大きな凹部４０と連通する開口部が存在しないため、凹部４０の内部まで圧力変動が伝播することが無く、結果的にこの大きな凹部４０の空間が共鳴箱とならないので弁体の振動低減に効果がある。
【００３６】
さらに、本実施形態における止め弁ヘッド１００は上流側に凹部２０を備える構成となっており、その凹部２０の先端は常に制御弁ヘッド１８の凹部４０内に位置しており、止め弁１９が絞り込み動作をしても止め弁ヘッド１００の凹部２０の先端は組合せ弁内部を流れる蒸気に直接さらされることがないように構成されている。
【００３７】
この構成は、組合せ弁内部を流れる蒸気流線をマクロ的にみると、止め弁ヘッド１００の位置がどこにあっても極端な蒸気通路部形状の変化がないため、組合せ弁内部を流れる蒸気の圧力損失は最小に留めることが可能となり、性能のよい蒸気弁装置を提供することができる。
【００３８】
また、止め弁１９のみ絞り込み動作をさせることから、止め弁ヘッド１００の底部側に止め弁ヘッド１００の内部に向って形成され、その縁辺にエッジ１０１を備えた凹陥部１０２が構成され、このエッジ１０１で止め弁ヘッド１００の球面に沿って流れる蒸気を途中でカットさせて止め弁ヘッド１００の回りの蒸気流れの安定化を確実に確保、維持するようにしている。
【００３９】
また、エッジ１０１は、止め弁ヘッド１００と弁座２２とで形成する蒸気通路１０４を流れる蒸気に衝撃波が発生する上流側の位置に設けたものである。さらに、エッジ１０１は、止め弁ヘッド１００と弁座２２とで形成する蒸気通路１０４を流れる蒸気の臨界の位置に設けたものである。
【００４０】
また、曲率半径ｒの弁座２２と曲率半径Ｒの止め弁ヘッド１００で構成され、止め弁閉位置で弁座２２と係合するためのシール面１０３を有するようにして形成する蒸気通路１０４において、止め弁ヘッド１００の弁口径（言い換えれば止め弁１９の弁座シート径）をＤｏとした時、エッジ１０１の直径ＤｉをＤｉ≧０．９Ｄｏとし、弁座２２の内径Ｄｔｈを
Ｄｔｈ≧０．８Ｄｏ  の範囲に設定してある。
【００４１】
このように、本実施形態に係る蒸気弁装置は、球形状の止め弁ヘッド１００の底部側に設けた凹陥部１０２のエッジ１０１の位置を、蒸気通路１０４内での衝撃波が発生する直前の上流側に設定する一方、エッジ１０１の直径Ｄｉ、弁座２２の内径Ｄｔｈを実験によって確認した好ましい数値範囲に設定するとともに、止め弁ヘッド１００の曲率半径Ｒ、弁座２２の曲率半径ｒの寸法も実験によって確認した適正値に設定したので、蒸気通路１０４を通過する蒸気流れの騒音、振動を防止することができる。
【００４２】
このことは発明者らによる実験にて検証されている。この結果、止め弁ヘッド１００は高圧低流量の非常に低い弁揚程での長期絞り込みによる流れの不安定および振動を最小限に抑えることが可能となり、止め弁ヘッド１００の回りの蒸気流れの安定化を確実に確保、維持することができる。
【００４３】
圧力制御システム７０では、入り口圧力制御モードに投入されると（圧力制御運転を開始すると）入り口圧力の設定圧力と実入り口圧力の圧力偏差の監視を開始する。ここで、実入り口圧力が設定圧力より低くなった時、入り口圧力を高めるように止め弁１９を絞り込み、前記圧力偏差が解消されるまで（信号値としてゼロになるまで）流体作動シリンダ５２から流体を排出するように止め弁のサーボ弁５４を制御し止め弁１９の弁開度を決定する。
【００４４】
また逆に、実入口圧力が設定圧力より高くなった時、蒸気タービンに蒸気を飲み込ませて入り口圧力を下げるように止め弁１９を開き、前記偏差信号が相殺されるまで流体作動シリンダ５２に流体を供給するように止め弁１９のサーボ弁５４を制御し止め弁１９の弁開度を決定する。
【００４５】
同時刻において、蒸気タービンの速度制御は制御弁１７にて行われているが、コンバインドサイクルプラントの最適な運用手段（すなわち常時全開）からすれば、当該制御弁１７は全開状態を保持したままであるが、例えば、タービン回転数が正常回転数よりも上回った負荷遮断状態では、制御弁１７は、蒸気入口１４と蒸気出口１６の間の蒸気流量を絞り始めタービン部への蒸気流量を制御するように動作する。
【００４６】
また、万一タービンの回転数が上がり正常回転数を超えタービン動作が破壊的な過速度等によるタービントリップ状態では、サーボ弁（図示せず）は油圧流体を放出して、ばね３６は制御弁１７を素早く閉じ、蒸気入口１４と蒸気出口１６の間の弁を閉状態にする。
【００４７】
このような、速度制御システム６０の速度制御系からの信号にて制御弁１７が作動した場合の動きと、圧力制御システム７０の圧力制御系からの信号にて止め弁１９が作動した場合の相互の動きをまとめると下の表のようになる。
【表１】
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【００４８】
ここでの特徴は、圧力制御モードにて止め弁１９は途中開度にて圧力制御運用中、タービン回転数が正常回転数よりも上回った時は、圧力制御システム７０では止め弁１９による圧力制御モードを強制的に終了し、途中開度に位置していた止め弁ヘッド１００は徐々に全開まで開弁するように動作する。すなわち、圧力制御状態（圧力制御モード）では止め弁１９を通る蒸気の流量が支配的に蒸気タービンに蒸気を供給していたが、タービン回転数が正常回転数よりも上回った状態（負荷遮断状態）では、制御弁１７にその支配権を移行するものであり、タービン回転数が正常回転数よりも上回った状態（負荷遮断状態）の後に続く一連の揃速、併入、負荷上昇工程をスムーズに運用するに有効な動作である。
【００４９】
このような起動過程に要する時間は短時間であり、例え従来技術にて問題となった振動等が発生してもその影響は軽微である。
【００５０】
なお、止め弁１９の圧力制御（圧力制御モード）の投入時や解除時における開閉動作、すなわち全開から任意制御位置までの絞込みや任意制御位置（途中弁開度位置）から全開までの過渡時の動きは、蒸気タービンの運転（回転数変化や負荷変化）に影響を与えないように圧力制御システム７０にて決められた速度変化率、たとえば弁テスト時の開閉時間と同様な速度に基づきゆっくりと作動するように設定されている。
【００５１】
ここで、上記までの圧力制御（圧力制御モード）とは、タービン入口圧力を中心に説明してきたが、蒸気タービンに使用される蒸気弁の用途や設置場所は多岐に亙り、その圧力制御対象はタービン入口圧力以外にタービン抽気圧力やタービン背気圧力がある。
【００５２】
本発明は、これら圧力制御対象や蒸気弁の用途が変更となっても、単一の弁座と関連して所要の機能を果たす２つの弁体を組み込んだ組合せ弁アセンブリを備えていれば、いかなる条件や形態にも適用可能であることは説明するまでもない。
【００５３】
ここで、単一の弁座２２と関連して所要の機能を果たす２つの制御弁ヘッド１８及び止め弁ヘッド１００を組み込んだ組合せ弁において、蒸気タービンの立ち上げ時（起動時）には、止め弁１９は先行して全開位置まで開かれる。この場合、止め弁油圧シリンダ５２は、止め弁ヘッド１００に定格蒸気圧が作用している状態で止め弁１９を開くほどの力がないために、制御弁１７を開く前に止め弁１９は開かれていなければならない。
【００５４】
本発明の弁形状思想を使用する蒸気タービンを始動するのに種々の方法が使用される。例えば、蒸気タービンは制御弁１７を用いて、始動し、加速し、同期をとり、そして負荷をかけることができる。また他の例では、バイパス系統またはバイパス装置を使用することができる。
【００５５】
［本発明の変形例］
次に本発明の実施形態の変形例について、図４と、図５及び図６を参照して説明する。
【００５６】
図４は実施形態の第１の変形例を示す要部断面図である。この変形例は、概略前述の実施形態の弁棒（軸）５０に副弁ヘッド２０１を設けた点が異なる。すなわち、止め弁ヘッド（主弁）２００を駆動して弁座２２に対して接離するための止め弁ヘッド２００に組み合わされ固定された弁棒５０であって、制御弁ヘッド１８側の端部に、止め弁ヘッド２００より弁口径が小さい副弁ヘッド２０１を設けたものである。止め弁ヘッド２００の底面側（弁座２２と対向する側）には、前述の実施形態と同様に凹陥部２０４が形成され、また止め弁ヘッド２００には副弁ヘッド２０１用の弁座２０２及び副弁用の蒸気通路孔２０３が形成されている。以上述べた点以外は、前述の実施形態と同一である。
【００５７】
このように止め弁ヘッド部２５０に、副弁ヘッド２０１を設置したことで、以下のような作用効果が得られる。すなわち、止め弁の図示しない油圧シリンダ５２にサーボ弁５４から流体を供給すると、止め弁ヘッド２００が全閉の状態で、先に副弁ヘッド２０１が開弁するように作動する。副弁ヘッド２０１が決められた開度に到達すると、引き続き止め弁ヘッド２００が弁棒５０の動きに伴い開弁するように構成されている。
【００５８】
図１に示す本発明の実施形態では、止め弁油圧シリンダ５２は、止め弁ヘッド１００に定格蒸気圧が作用している状態で止め弁ヘッド１００を開くほどの力がないため制御弁１７を開く前に止め弁１９は開かれていなければならないが、図４に示すように副弁ヘッド２０１を設置すれば弁口径が止め弁ヘッド２００より小さいため定格蒸気圧が作用している状態でも従来の油圧シリンダ５２にて十分に開弁することが可能となり、蒸気タービン起動時の運用方法が拡大する。
【００５９】
すなわち、図４に示すこの副弁ヘッド２０１を設置した場合では、通常、蒸気タービンの無負荷時の定格回転数まで副弁ヘッド２０１にて回転上昇させ、その後制御弁１７にて同期、負荷上昇及び又は速度制御を行わせる。制御弁１７に制御が切り替わり後は、止め弁１９はサーボ弁５４の動作により全開位置まで開かれる。なお、たとえ副弁ヘッド２０１を設置しても止め弁ヘッド２００による圧力制御（圧力制御モード）機能はそのまま運用できる。
【００６０】
図５は実施形態の第２の変形例を示す要部断面図であり、図６の図５の要部を拡大して示す図である。この変形例は、概略前述の実施形態の止め弁ヘッドの弁座２２と対向する側を、平面形状では流線形状にした点が、前述の実施形態とは異なる。具体的には、止め弁ヘッド３００は弁座２２と接触するためのシール面３０１を有し、また止め弁ヘッド３００は下流側の蒸気通路を構成する底部側に設けられ縁辺にエッジ３０４を備えた凹陥部３０２が形成され、かつ止め弁ヘッド３００の下流側であって凹陥部３０２の中央部の凸状部３０３を形成したものである。これ以外の構成は、前述の実施形態と同一である。
【００６１】
このような構成において、凸状部３０３が形成されない場合には、全開状態の止め弁ヘッド３００および制御弁ヘッド１８を示すように、止め弁ヘッド３００のすべての位置で蒸気出口１６に向かって弁内に概して層流を形成するように組み合わされるシール面３０１と止め弁上の表面を通りすぎて蒸気入口１４から蒸気出口１６に向う蒸気の滑らかな層流が、止め弁ヘッド３００のみで作られる。
【００６２】
ところが、止め弁ヘッド３００の下流側を延長して凹陥部３０２の中央の空間に凸状部３０３が形成されているので、さらに滑らかな層流が連続させ、蒸気が弁シール面３０１と弁座２２間の環状の隙間の中を流れた後に制約のない広い流域に広がって渦流が引き起こされることが無い。
【００６３】
このように止め弁ヘッド３００の下流側が流線形状になることで、組合せ弁内部を流れる蒸気が整流されるため、騒音や振動を低減できるばかりでなく圧力損失を最小に留めることが可能となり、性能のよい蒸気弁装置を提供することができる。
【００６４】
以上説明の本発明は、最も実用的で好ましい実施形態と現在考えられるものに関連して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではなく、それどころか、添付の特許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲に属する様々な変形形態および均等形態を保護することを意図すると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明による蒸気弁装置の実施形態の全体構成を説明するための概略構成図。
【図２】図１の流量制御弁及び止め弁部分を拡大して示す断面図。
【図３】図２における止め弁部分を拡大して示す破断断面図。
【図４】図１の実施形態の第１の変形例を説明するための拡大断面図。
【図５】図１の実施形態の第２の変形例を説明するための拡大断面図。
【図６】図５における止め弁部分を拡大して示す破断断面図。
【図７】本発明の蒸気弁制御システムを説明するための図。
【図８】本発明による圧力制御システムを説明するための図。
【図９】特許文献１に開示された従来の技術を説明するための流量制御弁及び止め弁の概略断面図。
【図１０】特許文献１に開示された発明の技術を説明するための流量制御弁及び止め弁の概略断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１…蒸気発生器、２…タービン、３…発電機、４…復水器、１２…蒸気弁装置本体、１４…蒸気入口、１６…蒸気出口、１７…制御弁、１８…制御弁ヘッド、１９…止め弁、２０…凹部、２２…弁座、２４…アクチュエータ、２６…弁用流体作動シリンダ例えば油圧シリンダ、２８…サーボ弁、３２…クロスヘッド、３４…立軸、４０…開口凹部、４４…止め弁ヘッド、４６…シール面、４８…開口、
５０…弁棒（軸）、５２…流体作動シリンダ例えば油圧シリンダ、５４…サーボ弁（サーボバルブ）、５６…放出弁、５８…位置制御変換器、６０…速度制御システム、６５…非常停止システム、６６…起動システム、６７…同期併入システム、６８…負荷制御システム、７０…圧力制御システム、８０…蒸気弁制御システム、１００…止め弁ヘッド、１０１…エッジ、１０２…凹陥部、１０３…シール面、１０４…蒸気通路、２００…止め弁ヘッド、２０１…副弁ヘッド、２０２…弁座、２０３…蒸気通路孔、２０４…凹陥部、２５０…止め弁ヘッド部、３００…止め弁ヘッド、３０１…シール面、３０２…凹陥部、３０３…凸状部、３０４…エッジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005390117.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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