(57)【要約】【課題】供給される蒸気の圧力損失をさらに低減できる蒸気弁を提供すること。【解決手段】本発明の蒸気弁は、上流側αから下流側βに向けて蒸気Ｓが流れる蒸気流路を有するケーシング１０と、閉塞位置と開放位置との間を往復移動可能に、蒸気流路をなす弁室１４に配置される弁体６０と、閉塞位置において弁体６０が着座する、ケーシング１０に支持される弁座４０と、を備える。蒸気流路は、弁室１４に向けて蒸気Ｓが水平方向Ｈに流れる上流側流路１２Ａと、弁室１４から流れる蒸気Ｓが流入する第一下流側流路１３Ａと、を備え、第一下流側流路１３Ａは、弁室１４から鉛直方向Ｖに流入する蒸気Ｓが、湾曲する案内面に沿って流れることで、下流側βに向けて水平方向Ｈに流れる、ことを特徴する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側から下流側に向けて蒸気が流れる蒸気流路を有するケーシングと、
閉塞位置と開放位置との間を往復移動可能に、前記蒸気流路をなす弁室に配置される弁体と、
前記閉塞位置において前記弁体が着座する、前記ケーシングに支持される弁座と、
を備え、
前記蒸気流路は、
前記弁室に向けて前記蒸気が水平方向に流れる上流側流路と、
前記弁室から前記蒸気が流入する下流側流路と、を備え、
前記下流側流路は、
前記弁室から鉛直方向に流入する前記蒸気が、湾曲する案内面に沿って流れることで、下流側に向けて水平方向に流れる、
ことを特徴する蒸気弁。
【請求項２】
前記蒸気流路は、
前記弁室に繋がる上流側流路と、
前記上流側流路と繋がる前記弁室と、
前記弁室に繋がる第一下流側流路と、第一下流側流路に繋がる第二下流側流路と、を有し、
前記第一下流側流路において、前記蒸気が湾曲する前記案内面に沿って流れ、
前記第二下流側流路において、前記蒸気が水平方向に流れる、
請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項３】
前記弁体を往復移動させる弁棒を備え、
前記弁棒は、前記ケーシングを貫通して前記ケーシングの下方に引き出される、
請求項２に記載の蒸気弁。
【請求項４】
前記ケーシングは、
前記弁棒を摺動可能に支持するブッシュを保持する、
請求項３に記載の蒸気弁。
【請求項５】
前記ブッシュは、前記第一下流側流路に先端が露出し、
前記先端は、湾曲する前記案内面に倣った傾斜面をなす、
請求項４に記載の蒸気弁。
【請求項６】
前記ブッシュは、
前記先端を含めた一体で構成されるか、又は、
前記先端の傾斜面を含む上部構造と、前記上部構造とは別体の下部構造と、の組み合わせにより構成される、
請求項５に記載の蒸気弁。
【請求項７】
前記ブッシュは、
前記ケーシングに覆われるように収容されることで、前記第一下流側流路に露出しない、
請求項４に記載の蒸気弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば蒸気タービンに蒸気を供給し、又は遮断する蒸気弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所に用いられる蒸気タービンにおいては、蒸気タービンに蒸気を供給し、又は遮断するために、蒸気弁が設けられている。蒸気弁は、アクチュエータで弁棒を動かして、弁棒に設けられた弁体と、蒸気弁のケーシングに設けられた弁座との間の間隔を変化させることで、蒸気の供給又は遮断を可能としたものが一般的である。
【０００３】
蒸気タービンの性能を向上させることは、エネルギ資源の有効利用のために、重要な課題となっている。蒸気タービンの更なる性能向上のためには、蒸気タービンへの蒸気の供給時の圧力損失を極力抑える必要がある。
特許文献１は、弁座の形状とケーシング内における弁座と弁体の配置の工夫により、流入した蒸気の圧力損失を低減することができる蒸気弁を提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６３１７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の提案は、蒸気弁における圧力損失を低減する上で有効であるが、蒸気弁における圧力損失の低減は常に求められている。そこで本発明は、供給される蒸気の圧力損失をさらに低減できる蒸気弁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】
【０００６】
本発明の蒸気弁は、上流側から下流側に向けて蒸気が流れる蒸気流路を有するケーシングと、閉塞位置と開放位置との間を往復移動可能に、蒸気流路をなす弁室に配置される弁体と、閉塞位置において弁体が着座する、ケーシングに支持される弁座と、を備える。
蒸気流路は、弁室に向けて蒸気が水平方向に流れる上流側流路と、弁室から蒸気が流入する下流側流路と、を備え、下流側流路は、弁室から鉛直方向に流入する蒸気が、湾曲する案内面に沿って流れることで、下流側に向けて水平方向に流れる、ことを特徴する。
【０００７】
本発明の蒸気弁における蒸気流路は、弁室に繋がる上流側流路と、上流側流路と繋がる弁室と、弁室に繋がる第一下流側流路と、第一下流側流路に繋がる第二下流側流路と、を有し、第一下流側流路において、蒸気が湾曲する案内面に沿って流れ、第二下流側流路において、蒸気が水平方向に流れることが好ましい。
【０００８】
本発明の蒸気弁は、弁体を鉛直方向に往復移動させる弁棒を備え、弁棒がケーシングを貫通してケーシングの下方に引き出されることが好ましい。
【０００９】
本発明の蒸気弁におけるケーシングは、弁棒を摺動可能に支持するブッシュを保持することが好ましい。
ブッシュは、第一下流側流路に先端が露出し、先端は、湾曲する案内面に倣った傾斜面をなすことができる。
この場合に、ブッシュは、先端を含めた一体で構成されるか、又は、先端の傾斜面を含む上部構造と、上部構造とは別体の下部構造と、の組み合わせにより構成されることが好ましい。
また、ブッシュは、ケーシングに覆われるように収容されることで、第一下流側流路に露出しない様にすることもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、弁室よりも下流側の蒸気流路を区画するケーシングの内面を湾曲させることにより、弁室から弁体が配置されている箇所で鉛直方向の下方に導かれた蒸気を、滑らかに水平方向に導くことができる。これにより、蒸気弁を通過する蒸気の圧力損失を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービン発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態の蒸気弁が、蒸気を遮蔽している状態を示す断面図であり、（ｂ）は第１実施形態の蒸気弁が、蒸気を流している状態を示す断面図である。
【図３】本発明の蒸気弁の平面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第１実施形態の類似例の蒸気弁の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の分解一部拡大図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２実施形態の蒸気弁の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の分解一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る蒸気弁７ついて説明する。本実施形態は、本発明の蒸気弁７を蒸気タービン発電プラント１に適用したものである。
【００１３】
〔第１実施形態〕
蒸気タービン発電プラント１は、図１に示すように、蒸気タービン２と、蒸気タービン２の回転により駆動する発電機３と、蒸気タービン２で仕事をした蒸気Ｓを水に戻す復水器４と、復水器４にて戻された水を昇圧する給水ポンプ５と、給水ポンプ５で昇圧された水を加熱して再び蒸気Ｓにするボイラ６と、ボイラ６と蒸気タービン２を繋ぐ管に設けられた蒸気弁７と、を備える。
蒸気弁７は、上流側αから蒸気弁７に流入した蒸気Ｓが弁室１４を通過して下流側βの流路を流れるときに、旋回流を生じさせることなく理想的には層流を維持して排出されるので、蒸気Ｓが蒸気弁７を通過するときの圧力損失を抑えることができる。
【００１４】
［蒸気弁７］
本実施形態の蒸気弁７は、図２（ａ）に示すように、異物を捕獲して下流側βに流れるのを防止するストレーナ３０と、ストレーナ３０の内側に配置される弁体６０と、弁体６０に接続され、鉛直方向Ｖに移動させる弁棒７０と、弁棒７０を摺動可能に支持するブッシュ５０と、閉塞位置において弁体６０が着座する弁座４０と、を備える。蒸気弁７は、これらの要素を収容するケーシング１０と、ケーシング１０の上端の開口１１を塞ぐ上蓋２０と、を備える。
蒸気弁７は、図示を省略するアクチュエータで鉛直方向Ｖに弁棒７０を移動させることで、弁体６０を閉塞位置（図２（ａ））と開放位置（図２（ｂ））との間を鉛直方向Ｖに昇降させる。蒸気弁７は、閉塞位置と開放位置を切り替えることにより蒸気Ｓを遮断し、又は供給する事が可能であり、開放位置を変化させることで概ね蒸気Ｓの蒸気タービン２への供給量の調整も可能である。
以下、蒸気弁７の各要素について説明する。
なお、本実施形態において、蒸気Ｓは、水平方向Ｈに流れ、蒸気Ｓが流れる方向を基準にして上流側α、下流側βが定義されるものとする。上流側α及び下流側βは、相対的な位置関係を示している。
【００１５】
［ケーシング１０］
ケーシング１０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ケーシング１０に繋がり蒸気弁７の内部に蒸気Ｓを流入させる導入管１２と、導入管１２の下流側βに繋がる弁室１４と、弁室１４の下流側βに繋がる排出管１３と、上蓋２０で塞がれる開口１１と、を備える。ケーシング１０は、鉄系の金属材料を鋳造することにより形成できる。また、蒸気弁７の弁座４０、弁体６０などの他の構成要素は、ブッシュ５０を除いて鉄系の金属材料から構成される。
導入管１２と排出管１３は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、蒸気弁７を側方から見たときに、鉛直方向Ｖに位置がずれて配置されているが、図３に示すように、蒸気弁７を上方から見たときに、同一直線上に配置されている。
【００１６】
ケーシング１０には、導入管１２（上流側流路１２Ａ）、弁室１４、第一下流側流路１３Ａ及び排出管１３（第二下流側流路１３Ｂ）によりクランク状の蒸気流路が形成される。つまり、導入管１２から流入した蒸気Ｓは、弁室１４を通過した後、第一下流側流路１３Ａを経て、排出管１３から排出される。
【００１７】
導入管１２の内部に区画される上流側流路１２Ａは開口の形状が円形をなしており、また、この上流側流路１２Ａは水平方向Ｈに沿って真っ直ぐに延びている。
【００１８】
排出管１３は、内部に区画される第一下流側流路１３Ａと第二下流側流路１３Ｂを備える。第一下流側流路１３Ａは弁室１４と繋がり、第二下流側流路１３Ｂは第一下流側流路１３Ａの下流側と繋がる。第一下流側流路１３Ａと第二下流側流路１３Ｂは、いずれも開口の形状が円形をなしている。
【００１９】
第一下流側流路１３Ａは、弁室１４と繋がる部分から外周面１６と内周面１７が円弧状をなしており、弁室１４と繋がる部分は鉛直方向Ｖを向いており、第二下流側流路１３Ｂと繋がる部分は水平方向Ｈを向いている。外周面１６は内周面１７よりも曲率半径が大きい。
一方、第二下流側流路１３Ｂは水平方向Ｈに沿って真っ直ぐに延びている。
外周面１６は、第一下流側流路１３Ａに露出するブッシュ５０の傾斜面５１を含めて、起伏のない滑らかな曲面からなる案内面をなしている。内周面１７も同様に起伏のない滑らかな曲面からなる。
【００２０】
［弁室１４］
弁室１４は、弁体６０、ストレーナ３０及び弁体ガイド２１を収容する空間である。この空間は、図３に示すように、上方から見て円形をなしている。
弁室１４は、図２（ａ）に示すように、水平方向Ｈの上流側αに設けられる入口１４Ａが上流側流路１２Ａと繋がっている。そして、鉛直方向Ｖの下方に設けられる出口１４Ｂが第一下流側流路１３Ａと繋がっている。弁室１４の出口１４Ｂには、弁座４０がケーシング１０に支持されている。
【００２１】
弁座４０に弁体６０が着座すると、蒸気流路が閉塞される。
弁座４０は、環状に形成されている。弁座４０は、出口１４Ｂの直径と等しい内径を有している。
【００２２】
［ブッシュ５０］
ブッシュ５０は、弁棒７０を摺動可能に支持する円筒状の部材である。
ブッシュ５０は、図２（ａ）に示すように、第一下流側流路１３Ａに露出する傾斜面５１が先端に形成されている。また、ブッシュ５０は、弁棒７０との間の気密性を確保するシール部材５２が設けられている。
ブッシュ５０は、傾斜面５１が、第一下流側流路１３Ａの外周面１６の案内面に倣った傾斜面に形成されて外周面１６と略面一になるように形成されている。
シール部材５２は、環状に形成されたグランドパッキンであり、ブッシュ５０と弁棒７０の間から、第一下流側流路１３Ａを流れる蒸気Ｓが流出するのを抑える。
ブッシュ５０は、弁棒７０が円滑に摺動するように、低摩擦の金属材料で構成することが好ましいが、蒸気温度に耐えうる適正な材料を適宜選定して用いることができる。
【００２３】
ケーシング１０は、ブッシュ５０を収容して保持する収納室１８を備えている。収納室１８は、上端が第一下流側流路１３Ａに開口を有する。
収納室１８には、傾斜面５１が、第一下流側流路１３Ａを区画する外周面１６と面一になるように、ブッシュ５０が収容される。また、収納室１８には、径方向に隙間なくブッシュ５０が収容される。
【００２４】
また、ケーシング１０は、ブッシュ５０を貫通してケーシング１０の外部に弁棒を引き出すための挿通孔１９を備えている。挿通孔１９は、収納室１８とケーシング１０の外部とを連通する。
挿通孔１９は、弁棒７０が隙間なく挿通されるようにその直径が形成される。
【００２５】
［ストレーナ３０］
ストレーナ３０は、蒸気流路を流れる蒸気Ｓに含まれている異物が、下流側βに流れるのを捕獲する。
ストレーナ３０は、図３に示すように、円筒状の本体３１と、本体３１の内周面から径方向の内側に延びる複数の整流板３２とを有する。
ストレーナ３０は、ケーシング１０の弁室１４に収容される。
【００２６】
本体３１は、表裏を貫通する多数の孔を有するメッシュなどから構成されている。
整流板３２は、ストレーナ３０の内部の周方向の蒸気Ｓの旋回流を抑える。
整流板３２は、図２に示すように、蒸気弁７に流入した蒸気Ｓと主に接触する下側で、より径方向の内側に張り出している。
複数の整流板３２は、図３に示すように、周方向に均等に配置されている。
【００２７】
［弁体６０］
弁体６０は、弁座４０に着座すると、蒸気流路を閉塞させる。
弁体６０は、円柱状に形成されており、図２（ａ）に示すように、下面の縁の全周が弁座４０と着座する。
弁体６０が鉛直方向Ｖの上方から降下して、弁体６０と弁座４０が着座すると、蒸気流路を閉塞して、蒸気Ｓが弁室１４から下流側βに流れるのを阻止する。
一方、弁座４０と当接している弁体６０が上昇して、弁体６０が弁座４０から離れると、蒸気Ｓが弁室１４から下流側βの第一下流側流路１３Ａ、第二下流側流路１３Ｂへ流れる。
【００２８】
［弁棒７０］
弁棒７０は、アクチュエータの駆動力を伝えることで、弁体６０を鉛直方向Ｖに沿って往復移動、つまり昇降させる。
弁棒７０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、収納室１８と挿通孔１９を通ってケーシング１０の内部と外部を貫通する。
弁棒７０は、ケーシング１０の内部において、一端が弁体６０に固定されている。また、ケーシング１０の外部において、他端が図示を省略するアクチュエータに連結されている。アクチュエータを駆動することにより、弁棒７０を介して弁体６０を昇降させることができる。
【００２９】
［上蓋２０］
上蓋２０は、ケーシング１０の上端の開口１１を塞ぐ。
上蓋２０は、図２（ａ）に示すように、開口１１と当接する面に弁体ガイド２１を備える。
上蓋２０は、図示を省略する締結手段により、ケーシング１０に固定される。これにより、
ケーシング１０の内部の蒸気Ｓが開口１１から外部に漏れるのを防止する。
【００３０】
弁体ガイド２１は、弁体６０の鉛直方向Ｖの移動を案内する。
弁体ガイド２１は、図２（ａ）に示すように、有底筒状に形成されており、開口が鉛直方向Ｖの下方を向くように配置される。
弁体ガイド２１は、弁室１４の内部でストレーナ３０の内側に、流路を絞ることにより弁体６０の上流、下流の差圧を小さくし、弁体６０の摺動を容易とするために配置される。
【００３１】
［蒸気Ｓの流れ］
次に、蒸気弁７における蒸気Ｓの流れについて図２を参照して説明する。
上流側から導入管１２の上流側流路１２Ａに供給された蒸気Ｓは、上流側流路１２Ａを水平方向Ｈに流れて下流側βの弁室１４に至る。
弁室１４を通過して弁室１４の出口１４Ｂから第一下流側流路１３Ａに流入する蒸気Ｓは、下向きの速度成分を有する。第一下流側流路１３Ａは、外周面１６と内周面１７が下流側βに向けて円弧状に湾曲しているので、第一下流側流路１３Ａに流入する蒸気Ｓは、外周面１６に沿って流れ、水平方向Ｈの速度成分を有するに至る。第一下流側流路１３Ａを通過した蒸気Ｓは、第二下流側流路１３Ｂを水平方向Ｈに流れる。
【００３２】
［蒸気弁７の効果］
次に、本実施形態の蒸気弁７の奏する効果について説明する。
本実施形態の蒸気弁７は、導入管１２から弁室１４に流入する蒸気Ｓは、第一下流側流路１３Ａに臨む外周面１６に沿って向きを変え第二下流側流路１３Ｂに向けて流れる。この外周面１６は、第一下流側流路１３Ａに露出するブッシュ５０の傾斜面５１を含めて、起伏のない滑らかな曲面をなしている。したがって、第一下流側流路１３Ａを通過する際に、蒸気Ｓは圧力損失の原因となる旋回流を起こさないか、起こしたとしてもわずかである。このため、蒸気弁７を通過する蒸気Ｓの圧力損失を抑えることができる。
【００３３】
また、ブッシュ５０は、傾斜面５１が第一下流側流路１３Ａの外周面１６と面一になるように形成されており、蒸気Ｓがブッシュ５０に衝突することにより旋回流が生じるのを防ぐことができるので、圧力損失の増加を抑えることができる。
【００３４】
さらに、蒸気弁７は、弁棒７０がケーシング１０を通って下方に引き出される構造を有する。
ここで、弁棒７０が上蓋２０を貫通して上方に引き出される構造の場合には、蒸気弁７の点検や整備を行うときに、上蓋２０を取り外す際に弁棒７０のことを考慮する必要がある。したがって、上蓋２０の取り外し作業の負担が大きい。
これに対して、弁棒７０がケーシング１０を通って下方に引き出される蒸気弁７は、上蓋２０を取り外す際に、弁棒７０のことを考慮する必要がないので、蒸気弁７の点検や整備を行う作業者の作業負担を抑えることができる。
【００３５】
〔第１実施形態の変形例〕
次に、第１実施形態の変形例１について、図４を参照して説明する。図４において、第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３６】
以上で説明した蒸気弁７は、ブッシュ５０を一体で構成している。しかし、本実施形態は、図４（ｂ）に示すように、ブッシュ５０を、傾斜面５１が形成される上部構造５３と、下部構造５４とに分割して構成することもできる。
図４（ａ）に示すように、収納室１８の内部に、上方から上部構造５３、下部構造５４の順に配置される。この変形例においても、上部構造５３の傾斜面５１が外周面１６と面一になるように、上部構造５３、下部構造５４が収納室１８に収容、保持される。
【００３７】
変形例においては、下部構造５４は単純な円筒状の形態を有しているので、高温運転環境に耐え得る一般的なブッシュを適用できる。一方で、上部構造５３の部分だけを傾斜面５１を有するように作製するようにすれば、ブッシュ５０の全体を一体で構成するのに比べて、寸法が小さいので作製が容易である。
【００３８】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、図５を参照して説明する。図５において、第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
第２実施形態の蒸気弁８は、収納室１８が第一下流側流路１３Ａに対して外周面１６が上蓋５５となって閉じられている。この上蓋５５は、その表面が外周面１６の一部をなしている。
したがって、収納室１８に収容されるブッシュ５０は、第一下流側流路１３Ａに露出することなく、ケーシング１０に覆われるように収容される。なお、この上蓋５５には弁棒７０が表裏を貫通する貫通孔５６が形成されているが、この貫通孔５６はブッシュ５０に比べて小径であり、ブッシュ５０が第一下流側流路１３Ａに露出する要素にはならない。
【００４０】
第２実施形態は、ブッシュ５０が収納室１８に鉛直方向Ｖの下方の開口から収容されるが、収納室１８にブッシュ５０を保持するために下蓋５７が設けられる。下蓋５７には、弁棒７０が挿通される挿通孔１９が形成されている。
【００４１】
本実施形態によれば、ブッシュ５０を第一下流側流路１３Ａに露出させることなく、収納室１８に収容できる。したがって、第一下流側流路１３Ａを区画する外周面１６は、ケーシング１０として一体に形成されるので、より滑らかな曲面にすることができる。
また、ブッシュ５０は、単純な円筒状の市販品を適用できるので、傾斜面５１を形成する手間が省ける。よって、第２実施形態は、ブッシュ５０のコストを抑えることができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることができる。
【００４３】
例えば、外周面１６の曲率半径は、蒸気流路を通過する蒸気Ｓの流量と流速等の条件に基づいて、適切な値に設定することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１      蒸気タービン発電プラント
２      蒸気タービン
３      発電機
４      復水器
５      給水ポンプ
６      ボイラ
７      蒸気弁
８      蒸気弁
１０    ケーシング
１１    開口
１２    導入管
１２Ａ  上流側流路
１３    排出管
１３Ａ  第一下流側流路
１３Ｂ  第二下流側流路
１４    弁室
１４Ａ  入口
１４Ｂ  出口
１６    外周面
１７    内周面
１８    収納室
１９    挿通孔
２０    上蓋
２１    弁体ガイド
３０    ストレーナ
３１    本体
３２    整流板
４０    弁座
５０    ブッシュ
５１    傾斜面
５２    シール部材
５３    上部構造
５４    下部構造
５５    上蓋
５６    貫通孔
５７    下蓋
６０    弁体
７０    弁棒
Ｓ      蒸気
Ｈ      水平方向
Ｖ      鉛直方向
α      上流側
β      下流側
【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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