(57)【要約】【課題】弁ケーシングの弁棒貫通部に設けた弁棒、ブッシュ間の摺動部分を適正に冷却して、摺動部に酸化スケールが付着堆積することを防止し、弁棒、ブッシュ間の摺動隙間が長期間適正に保つことのできる高温蒸気弁を提供する。【解決手段】主蒸気入口３、主蒸気出口４および内部に弁室５を有する弁ケーシング２、弁室５に配置された弁座６、弁座６に対向して設けられた弁体７、弁ケーシング２を摺動自在に貫通して弁体７を駆動する弁棒１０を備えた高温蒸気弁において、弁ケーシング２の弁棒貫通部１３を囲むように冷却蒸気孔２０を設け、この冷却蒸気孔２０に冷却蒸気導入孔１９を通して外部から冷却蒸気を導入し、冷却蒸気通路２０を通った冷却蒸気を冷却蒸気排出孔２１から弁室５内の弁棒１０に向けて排出するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主蒸気入口、主蒸気出口および内部に弁室を有する弁ケーシング、前記弁室に配置された弁座、この弁座に対向して設けられた弁体、前記弁ケーシングを摺動自在に貫通して前記弁体を駆動する弁棒を備えた高温蒸気弁において、
前記弁ケーシングの弁棒貫通部を囲むように冷却蒸気通路を設け、この冷却蒸気通路に外部から冷却蒸気を導入し、当該冷却蒸気通路を通った冷却蒸気を弁室内の弁棒に向けて排出するように構成したことを特徴とする高温蒸気弁。
【請求項２】
前記弁ケーシングの弁棒貫通部に弁軸の摺動を円滑にするブッシュを嵌めたことを特徴とする請求項１記載の高温蒸気弁。
【請求項３】
前記冷却蒸気通路を、外部から冷却蒸気を導入するための冷却蒸気導入孔、この冷却蒸気導入孔に連通し弁棒貫通部を囲むように形成された冷却蒸気マニフォールド、この冷却蒸気マニフォールドから分岐し弁棒貫通部に平行して形成された冷却蒸気孔およびこの冷却蒸気孔で熱交換を終えた蒸気を弁室内に排出する冷却蒸気排出孔とから構成したことを特徴とする請求項１記載の高温蒸気弁。
【請求項４】
前記弁棒貫通部に蒸気抜き孔を設け、この蒸気抜き孔の弁軸を臨む開口の前後に蒸気漏れ防止用のピストンリングを配置したことを特徴とする請求項１記載の高温蒸気弁。
【請求項５】
前記ブッシュを円周方向に複数個に分割したことを特徴とする請求項２記載の高温蒸気弁。
【請求項６】
主蒸気温度を610℃以上、冷却蒸気温度を610℃未満とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高温蒸気弁。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の高温蒸気弁を備えた蒸気タービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温蒸気タービンシステムに適用される高温蒸気弁に係り、特に弁構成要素を冷却する冷却構造を採用した高温蒸気弁および高温蒸気弁を備えた蒸気タービンプラントに関する。 
【背景技術】
【０００２】
近年、事業用火力発電プラントにおいては、環境問題の観点から蒸気タービンの一層の効率化が要求されており、そのため蒸気温度は益々高温化される傾向にある。現在、広く採用されている蒸気条件は、169Kg／cm2×566℃或いは246Kg／cm2×566℃であり、現在最も高い蒸気条件は、610℃である。これらの蒸気条件が採用されている理由にとして、蒸気タービンの蒸気流量を制御するために設けられている蒸気弁の各部材の構成に使用される材料のコスト的制約が大きな要因となっている。
【０００３】
周知のように、蒸気弁は弁ケーシング内で弁座に対向配置した弁体を弁棒によって外部から駆動するように構成されており、この弁棒は弁ケーシングの弁棒貫通部でブッシュを介して摺動自在に支持されており、ブッシュと弁棒との間には、摺動を許容するための若干の空隙を設けている。蒸気温度が610℃という現在最も高い蒸気条件を採用しているユニットでは、蒸気弁の各部材を構成する材料として、弁ケーシングに１２Ｃｒ鋼などの耐熱合金鋼、ブッシュに窒化鋼、弁棒に１２Ｃｒ鋼をそれぞれ採用している。
【０００４】
ところで、昨今の趨勢は省エネルギーを指向し、蒸気温度をより高温化する傾向にある。このため、現在最も高い蒸気温度である610℃を超えて、650℃やさらには700℃以上の蒸気温度の採用が検討されている。蒸気温度の高温化は蒸気タービンシステムの熱効率向上のために歓迎されることではあるが、蒸気弁の構成材料にとっては非常に厳しいものであり、高い蒸気温度のもとでは、弁棒がクリープ変形するとか、弁棒とブッシュとの間の摺動部に酸化スケールが付着堆積して円滑な摺動を阻害し、さらには弁棒とブッシュとの摺動部を固着させる恐れがある。
【０００５】
このため、従来の高温蒸気弁においては、弁棒内部に孔を加工し、この孔に冷却蒸気を流して弁棒を冷却する発明（例えば、特許文献１）とか、弁ケーシングの弁蓋を上蓋と内蓋とに分離して上蓋と内蓋との間に冷却蒸気を流してケーシングのフランジを冷却すると共に、弁棒とブッシュとの摺動部に耐酸化性層を設けて酸化スケールが付着堆積することを防止した発明（例えば、特許文献２、３）、更に円板状弁体の回動によって流路の開度を加減するバタフライ弁において、弁棒の一端が貫通する弁軸筒（グランドパッキンや弾性緩衝材等からなる軸封部を収容する筒状部を指す）の外周に空間部を介して筒状のジャケットを追設し、環状に形成された空間部に外部から冷却媒体を供給するようにした発明（例えば、特許文献４）が公開されている。
【特許文献１】実開昭５７−１４５８７９号公報
【特許文献２】実開昭６１−１４２７６号公報
【特許文献３】特開平８−９３４０７号公報
【特許文献４】特開２００４−１９７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発明では、弁棒のみの冷却はできるが、弁棒、ブッシュ間の摺動部の冷却までは考慮されておらず、従って、摺動部に酸化スケールの付着堆積を防止する対策としては十分ではない。また、特許文献２、３に記載の発明では、弁ケーシングのフランジ部と弁蓋とを締付けるボルトの冷却はできるが、特許文献１同様、弁棒、ブッシュ間の摺動部の冷却はできない。この結果、特許文献２、３に記載の発明では、より高温化された蒸気に対しては、耐酸化性層を設けても、酸化スケールの付着堆積を防止することはできない。
【０００７】
さらに、特許文献４に記載の発明では、弁棒を回動自在に支持する軸受部材よりもむしろ軸封部を冷却する構造になっているため、弁内部から弁棒を通して軸受部材、すなわち弁棒摺動部へ熱が伝わってしまい、当該弁棒摺動部を十分に冷却することができない。したがって、特許文献４に記載の発明も弁棒の回動を支持する弁棒摺動部に酸化スケールの付着堆積を防止する対策としては十分ではない。
このように、上記特許文献１〜４に記載の技術では、弁棒摺動部に酸化スケールが付着堆積するために、弁棒摺動部の摩耗量が大きくなり、ブッシュ、弁棒間の摺動隙間が長期間適正に保たれないため取替えを余儀なくされる。
【０００８】
そこで本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、弁ケーシングの弁棒貫通部に設けた弁棒、ブッシュ間の摺動部分を適正に冷却して、摺動部に酸化スケールが付着堆積することを防止し、弁棒、ブッシュ間の摺動隙間が長期間適正に保つことのできる高温蒸気弁および高温蒸気弁を備えた蒸気タービンプラントを提供することを目的とするものである。 
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る高温蒸気弁の発明は、主蒸気入口、主蒸気出口および内部に弁室を有する弁ケーシング、前記弁室に配置された弁座、この弁座に対向して設けられた弁体、前記弁ケーシングを摺動自在に貫通して前記弁体を駆動する弁棒を備えた高温蒸気弁において、前記弁ケーシングの弁棒貫通部を囲むように冷却蒸気通路を設け、この冷却蒸気通路に外部から冷却蒸気を導入し、当該冷却蒸気通路を通った冷却蒸気を弁室内の弁棒に向けて排出するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蒸気温度が610℃以上の高温蒸気弁においてブッシュ及び弁棒の耐摩耗性が増加すると共に、かじりや固着が生じにくく、両部品の耐用年数が長くなる。  
従って、製品の信頼性向上に寄与することになると共に補修費或いは取替え費を軽減することにも繋がるなどの顕著な効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。  
（実施例１）
図１は本発明を複合型再熱高温蒸気弁に適用した場合の実施例の断面図である。  
図１において、まず、複合型再熱高温蒸気弁の基本的な構成から説明する。１は複合型再熱蒸気弁全体を示す符号である。２は弁ケーシングであり、図示左側部に主蒸気入口部３、反対側である図示右側部下部に主蒸気出口部４をそれぞれ設け、そして、これら主蒸気入口部３および主蒸気出口部４間に形成された弁室５内に弁座６を配置し、この弁座６に対して図示上部および下部からそれぞれ昇降するように駆動される第１弁体７および第２弁体８を接離自在に配置している。なお、９は流入した主蒸気中のごみを除去する円筒型のストレーナである。
【００１２】
前記第１弁体７は断面がほぼＨ状で外周面が円筒状に形成されており、その中心部の図示上面に弁棒１０の一端を取付け、かつ外周面でガイド部１１の内周面に摺動可能に案内されるように構成されている。前記ガイド部１１は前記弁ケーシング２の弁蓋１２の内面すなわち弁室５側にブッシュ１４と同心状に固定されている。弁棒１０の中間部は前記弁ケーシング２の弁蓋１２の中心部に形成した弁棒貫通部１３に嵌合して設けたブッシュ１４によって摺動自在に支持され、他端部は弁蓋１２の上部に設置された第１アクチュエータ１５に連結されている。この第１アクチュエータ１５が外部からの指令により第１弁棒１０を介して第１弁体７を昇降させることにより、主蒸気の流量を制御する。
【００１３】
ところで、前記弁蓋１２にはブッシュ１４および第１弁棒１０の摺動部の隙間から漏れ出る蒸気を外部に抜くための蒸気抜き孔１６を放射方向に適宜個数（図では１個を示す）設けると共に、ブッシュ１４と弁棒１０とを冷却するための冷却蒸気通路１７を設けている。この冷却蒸気通路１７は、ブッシュ１４を囲むように円環状に設けられた冷却蒸気マニフォールド１８と、この冷却蒸気マニフォールド１８に冷却蒸気を供給する冷却蒸気導入孔１９と、冷却蒸気マニフォールド１８から分岐してブッシュ１４の軸心方向に設けられた複数個の冷却蒸気孔２０と、この冷却蒸気孔２０を弁室５に連通させる冷却蒸気排出孔２１とから構成されている。
【００１４】
一方、第２弁体８は、その中心部の図示下面を第２弁棒２２の一端に固定されている。第２弁棒２２の中間部は弁ケーシング２の下部開口部から立上がるようにして設けた筒状ガイド部２３の中心部に形成した弁棒貫通部２４に嵌合して設けたブッシュ２５によって摺動自在に支持され、他端部は弁ケーシング１の下部に設置された第２アクチュエータ２６に連結されている。
【００１５】
ところで、前記ガイド部２３にはブッシュ２５および第２弁棒２２の摺動部の隙間から漏れ出る蒸気を外部に抜くための蒸気抜き孔２７を放射方向に適宜個数（図では１個を示している）設けると共に、ブッシュ２５と弁棒２２とを冷却するための冷却蒸気通路２８を設けている。この冷却蒸気通路２８は、ブッシュ２５を囲むように円環状に設けられた冷却蒸気マニフォールド２９と、この冷却蒸気マニフォールド２９に冷却蒸気を供給する冷却蒸気導入孔３０と、冷却蒸気マニフォールド２９からブッシュ２５の軸心方向に設けられた複数個の冷却蒸気孔３１と、この冷却蒸気孔３１を通って熱交換を終えた蒸気を弁室５に連通させる冷却蒸気排出孔３２とから構成されている。
第２アクチュエータ２６は外部からの指令により第２弁棒２２を介して、第２弁体８を昇降させ、蒸気の遮断、流出を制御する。
【００１６】
以上のように構成された複合型再熱蒸気弁において、弁の全閉時には、第１弁体７と第２弁体８の先端面が弁座６に当接し、弁ケーシング２の主蒸気入口３から弁ケーシング２内部の弁室５に入る610℃以上の主蒸気の流れは、第１弁体７、第２弁体８と弁座６との当接部分で遮断され、主蒸気出口４を通して流れない。
【００１７】
この状態において、第２弁体８を第２弁棒２２によって上方向へ動かすことにより止弁機能が開状態となる。さらに、第１弁体７を第１弁棒１０によって上方向へ動かすことにより調節弁機能が開状態となり主蒸気は第１弁体７、第２弁体８と弁座６との間に形成された隙間を通って主蒸気出口４から排出される。
【００１８】
一方、弁ケーシング１の上部において、610℃未満の冷却蒸気は弁ケーシング２の弁蓋１２に設けた冷却蒸気導入孔１９から円環状の冷却蒸気マニフォールド１８に供給される。この冷却蒸気は、冷却蒸気マニフォールド１８からブッシュ１４を取り囲むように円周方向に複数個配置された冷却蒸気孔２０に分流することにより、弁蓋１２を介してブッシュ１４および弁棒１０を円周方向にほぼ均一に冷却する。そして、弁蓋１２との熱交換を終えた冷却蒸気はその後冷却蒸気排出孔２１を経て弁室５内部の弁棒１０に向けて排出される。この排出される冷却蒸気によって弁棒１０が直接冷却される。この冷却蒸気はその後主蒸気入口３から入ってきた主蒸気と混合し、弁体、弁座間の隙間を通り、最終的に主蒸気出口４から排出される。
【００１９】
同様に、弁ケーシング２の下部においても、冷却蒸気は弁ケーシング２の下部および円筒状ガイド部２３に亘って設けた冷却蒸気導入孔３０から円環状の冷却蒸気マニフォールド２９に供給される。この冷却蒸気は、冷却蒸気マニフォールド２９からブッシュ２５を取り囲むように円周方向に複数個配置された冷却蒸気孔３１に分流することにより、ガイド部２３を介してブッシュ２５および弁棒２２を円周方向にほぼ均一に冷却する。
そして、ガイド部２３との熱交換を終えた冷却蒸気はその後冷却蒸気排出孔３２を経て弁室５内部の弁棒２２に向けて排出される。この排出される冷却蒸気によって弁棒２２が直接冷却される。この冷却蒸気はその後弁体８、弁座６間の隙間を通ってきた主蒸気と混合し、最終的には主蒸気出口４から排出される。
【００２０】
このように、冷却蒸気は主蒸気と混合して複合型再熱高温蒸気弁１から排出されて、図示しない蒸気タービンに導入されるが、冷却蒸気の蒸気量は主蒸気の蒸気量に比べて僅かなので、蒸気タービンに導入される蒸気に影響を及ぼすことはない。
【００２１】
以上述べたように、本実施例によれば、弁ケーシング２の弁蓋１２およびガイド部２３に設けられた冷却蒸気導入孔１９および３０、冷却蒸気マニフォールド１８および２９、冷却蒸気孔２０および３１に610℃未満の温度の冷却蒸気を流すように構成したことにより、効果的に弁棒貫通部を適正な温度まで冷却することができる。さらに、冷却蒸気排出孔２１および３２を経てそれぞれ弁室５内部に排出される冷却蒸気によって弁室５内の弁棒１０および２２を直接冷却するので、摺動部に至る熱量を低減できる。
この結果、ブッシュ１４、弁棒１０間の摺動部、ブッシュ２５、弁棒２２間の摺動部を610℃未満の温度に保持することできるので、摺動部に酸化スケールの付着堆積を防止することができ、弁棒１０、ブッシュ１４、ブッシュ２５、弁棒２２の摺動部に窒化処理材等の従来使用していた材料を用いても長期間の使用が可能となる。
【００２２】
（実施例２）
本発明の実施例２について図２、図４、図５に基づいて説明する。本実施例も実施例１同様、複合型再熱高温蒸気弁に適用したものであり、図１と対応する部分には同一符号を付けて説明を適宜省略する。
【００２３】
図２において、本実施例２の主な特徴点は、弁棒１０、２２の外周部に臨む蒸気抜き孔１６および２７の開口部を挟むようにして、その両側にピストンリング３３、３４を配置し、さらに、ブッシュ１４、２５を円周方向に複数個に分割したことを特徴とするものであり、その他の構成は前述した図１と同様なので説明を省略する。
【００２４】
本実施例２の場合、ブッシュ１４は弁蓋１２を貫通せずに弁内部から弁蓋１２の厚さ方向のほぼ中間部まで埋め込むようにし、ピストンリング３３よりも外側に位置する弁棒１０と弁蓋１２の貫通穴との隙間は、図１の実施例１の場合よりも若干大きく設定している。そして、蒸気抜き孔１６の弁棒１０外周部を臨む開口部を挟むように、弁蓋１２に一対の円環状の溝をそれぞれ設け、これらの溝にピストンリング３３を収め、ピストンリング３３に弁棒１０を嵌めることによって弁棒１０と弁蓋１２の貫通穴との隙間から蒸気が逃げないようにしている。なお、ピストンリング３３は図４に示す様に両端部に向きの異なる段部を有する１本の平角棒材を円環状に曲げて成形したもので、その両端部の段部を重ね合わせ、この重ね合わせ部３３１の横に隙間３３２を設けることにより、バネ効果を備えるようにしている。
【００２５】
一方、ブッシュ２５の下端部は図１のようにガイド部２３を貫通せずに蒸気抜き孔１２７の手前までの長さまで埋め込むようにし、ガイド部２３を貫通する弁棒２２とガイド部２３の貫通穴との隙間も図１の場合よりも若干大きく設定している。そして、蒸気抜き孔２７の弁棒２２外周部を臨む開口部を挟むように、弁ケーシング２に円環状の溝をそれぞれ設け、この溝でピストンリング３４を収め、ピストンリング３４に弁棒２２を嵌めることによって弁棒２２とガイド部２３の貫通穴との隙間から蒸気が逃げないようにしている。なお、ピストンリング３４はピストンリング３３と同様に形成されている。
【００２６】
本実施例２の複合型再熱高温蒸気弁は、このような構成を採用した結果、ブッシュ１４と弁棒１０、ブッシュ２５と弁棒２２の隙間が大きくなり、その分摺動が容易になる。隙間が大きくなると冷却蒸気孔２０、３１から出た冷却蒸気が蒸気抜き孔１６、２７の方向へ漏れやすくなるが、ピストンリング３３、３４によりその流れが阻害されるので漏れを止めることができる。ピストンリング３３、３４は重ね合わせ部４１と隙間４２の作用によりバネ効果を有しており、弁棒１０、２２が熱により膨張、収縮しても弁棒１０、２２とピストンリング３３、３４の隙間をほぼ無くすことができるので漏れを止めることができる。
【００２７】
また、ブッシュ１４、２５は図５に示す様に円周方向に分割部１４１を有しており、ブッシュ１４、２５が熱変形したり、弁棒１０、２２との間に温度差ができて隙間が狭くなった場合でもかじりや固着が起こらないように構成されている。
【００２８】
それゆえ、本実施例２の複合型再熱高温蒸気弁は長期間の使用が可能な上、高い摺動性と高い漏れ防止機能を発揮し、さらに、冷却による熱変形から生じうるかじりや固着をも防止することができる。
【００２９】
（実施例３）
本発明の実施例３について図３、図４、図５を参照して説明する。本実施例は主蒸気止弁に適用した例を示す。  
図３において、本実施例３の主蒸気止弁１００は弁体が１つなので、弁蓋１２には図１のように弁棒貫通部１３は設けておらず、弁ケーシング２下部にだけ弁棒貫通部２４を設けている。本実施例の弁ケーシング２は図示左側に主蒸気入口３を、また反対側である図示右側下部には主蒸気出口４をそれぞれ設け、そして、これら主蒸気入口部３および主蒸気出口部４間に形成された縦位置の弁室５内に弁座６と、この弁座６に対して図示下部から駆動される弁体８を接離自在に配置している。この弁座６に対して弁体８の移動により主蒸気の遮断及び流出を調節する。
【００３０】
そして、本実施例３では、実施例２の場合と同様に弁棒２２はその一端が弁体８の下端中央部に連結され、またその他端が円筒状のブッシュ２５内部を摺動自在に貫通してアクチュエータ２６に連結されている。アクチュエータ２６は外部からの指令により弁棒２２を介して、弁体８を上下に動かし、主蒸気の遮断及び流出を調節する。  
なお、本実施例における弁棒貫通部の冷却構造および弁棒貫通部からの蒸気漏れ防止構造は上述した実施例２の場合とほぼ同じなので説明は省略する。
【００３１】
本実施例３の高温主蒸気止弁１００においても、長期間の使用が可能な上、高い摺動性と高い漏れ防止機能を発揮し、さらに、冷却による熱変形から生じうるかじりや固着をも防止する。
【００３２】
さらに、摺動性を高めるためにブッシュと２５、弁棒２２間の隙間を従来よりも若干大きくし、そのため生じる冷却蒸気の漏れ増大を防ぐために蒸気抜きの前後に漏れ防止用のピストンリング３４を配置することにより、長期間の使用が可能な上、高い摺動性と高い漏れ防止機能を発揮するようにした。さらに、ブッシュ２５を縦に分割する構造を取ることにより、冷却による熱変形から生じうるかじりや固着をも防止することができる。
【００３３】
なお、以上の実施例は複合型再熱蒸気弁、主蒸気止め弁に適用する場合ついて述べたが、本発明は、これに限定されるものではなく、高温蒸気システムに適用される主蒸気制御弁、再熱蒸気止め弁、再熱蒸気制御弁などの蒸気弁にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１を説明するための断面図。
【図２】本発明の実施例２を説明する断面図。
【図３】本発明の実施例３を説明する断面図。
【図４】実施例１、２に採用したピストンリングの斜視図。
【図５】実施例１、２に採用した分割型のブッシュの斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
２…弁ケーシング、３…主蒸気入口、４…主蒸気出口、５…弁室、６…弁座、７…弁体、８…弁体、９…ストレーナ、１０…弁棒、１１…ガイド部、１２…弁蓋、１３…弁棒貫通部、１４…ブッシュ、１５…アクチュエータ、１６…蒸気抜き孔、１７…冷却蒸気通路、１８…冷却蒸気マニフォールド、１９…冷却蒸気導入孔、２０…冷却蒸気孔、２１…冷却蒸気排出孔、２２…弁棒、２３…ガイド部、２４…弁棒貫通部、２５…ブッシュ、２６…アクチュエータ、２７…蒸気抜き孔、２８…冷却蒸気通路、２９…冷却蒸気マニフォールド、３０…冷却蒸気導入孔、３１…冷却蒸気孔、３２…冷却蒸気排出孔、３３…ピストンリング、３４…ピストンリング、３３１…重ね合わせ部、３３２…隙間、１４１…分割部。
【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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