(57)【要約】【課題】インターセプト弁を微小開度で運用した場合であっても、蒸気の流れを安定化させることにより、騒音や振動を低減させることができる弁装置を提供すること。【解決手段】弁装置１は、蒸気の入口１４と出口１５とを有するケーシング２と、ケーシング２内に配置された弁座９と、ケーシング２内に弁座９に対して相対移動可能に配置され、弁座９と気密に当接することにより入口１４から出口１５へ流れる蒸気を遮断する第１弁体２７と、ケーシング２内に弁座９に対して相対移動可能に配置され、弁座９に近接または弁座９から離反することにより入口１４から出口１５へ流れる蒸気の流量を調節する第２弁体２２と、を備え、弁座９と第２弁体２２との間隙により画定される流路部分の断面積が、蒸気の流れ方向に沿って単調に減少する。【選択図】図２
2019214960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気の入口と出口とを有するケーシングと、
前記ケーシング内に配置された弁座と、
前記ケーシング内に前記弁座に対して相対移動可能に配置され、前記弁座と気密に当接することにより前記入口から前記出口へ流れる蒸気を遮断する第１弁体と、
前記ケーシング内に前記弁座に対して相対移動可能に配置され、前記弁座に近接または前記弁座から離反することにより前記入口から前記出口へ流れる蒸気の流量を調節する第２弁体と、を備え、
前記弁座と前記第２弁体との間隙により画定される流路部分の断面積が、蒸気の流れ方向に沿って単調に減少する、弁装置。
【請求項２】
前記第２弁体は、前記ケーシングに相対移動可能に支持された弁棒に取り付けられ、当該弁棒の中心軸線の方向から見て前記第１弁体の周囲を取り囲み、
前記第２弁体の前記弁座側の端部は、前記中心軸線を含む平面による切断面の輪郭線が鋭角をなすエッジ部を有する、請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記第２弁体の前記弁棒の中心軸線から当該第２弁体と前記弁座との当接部位までの距離Ｄｏと、前記第２弁体の前記弁棒の中心軸線から前記第２弁体の前記弁座側の端部までの距離Ｄｉとの間には、０．９８５Ｄｏ≦Ｄｉ≦０．９９０Ｄｏという関係が成り立つ、請求項２に記載の弁装置。
【請求項４】
前記第２弁体の前記エッジ部は、前記弁座に対面する外周面を有し、
前記第２弁体は、前記エッジ部の前記外周面の前記切断面における輪郭線に、前記中心軸線上に中心を有する円弧の一部を含み、
前記弁座は、前記第２弁体の前記エッジ部に対面する部分の前記切断面における輪郭線に、直線部分を含む、請求項２または３に記載の弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、発電設備の蒸気タービン等に用いられ、蒸気の流量を調節及び遮断する弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、蒸気タービンを含む一般的な発電設備について概説する。図１は、蒸気タービンを含む発電設備の回路構成を概略的に示す図である。図１に示す発電設備は、ボイラー５１と、ボイラー５１により生成された蒸気によって回転駆動されるタービン５２と、タービン５２の回転駆動によって電力を生じる発電機５５と、を備えている。
【０００３】
図１に示す例では、タービン５２は、高圧タービン５８、中圧タービン５９及び低圧タービン６１を含んでいる。ボイラー５１と各タービン５８、５９、６１とは、蒸気を導く所定の流路で接続されている。ボイラー５１で加熱された蒸気は、まず高圧タービン５８に導かれ、この高圧タービン５８を回転駆動させた後、再びボイラー５１に導かれて再加熱される。再加熱後の再熱蒸気は、中圧タービン５９及びその下流側の低圧タービン６１に順次導かれ、各タービン５９、６１を回転駆動させる。その後、蒸気は復水器５３を経て、再びボイラー５１に戻される。復水器５３の下流側には給水ポンプ５４が設けられており、適切な水量が維持されるようになっている。
【０００４】
図１に示すように、蒸気の流量を調節及び遮断するため、高圧タービン５８の上流側には、主蒸気止め弁と蒸気加減弁とが直列に配置されて構成された高圧側蒸気弁３４が設けられ、且つ、中圧タービン５９の上流側にはインターセプト弁と再熱蒸気止め弁とが組み合わされた再熱蒸気弁３３が設けられている。
【０００５】
このような発電設備では、一般に、蒸気の速度コントロール等の主要な制御を蒸気加減弁によって行い、再熱蒸気弁３３は全開状態で運用されている。しかし近年、超臨界圧の蒸気タービン設備の普及と共に、多様化する顧客のニーズに応えるべく、再熱蒸気弁３３のインターセプト弁を微小開度で運用するような特殊な運転形態が要求されるようになってきた。
【０００６】
この場合、再熱蒸気弁３３における主な役割は、ボイラー５１の圧力の安定化である。このため、インターセプト弁は微小開度で運用され、その開度の変動が非常に緩やかであることが多い。ところが、蒸気タービンにおいて、再熱蒸気弁３３等の弁装置（蒸気弁）を微小開度で運用する場合には、騒音や振動が深刻な問題となっていた。このため、騒音や振動を低減させるべく、インターセプト弁を微小開度で運用した際に蒸気の流れを安定化させることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１８５０２９号公報
【特許文献２】特許第５０２２８５３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】火力発電総論  瀬間徹監修  電気学会 2002/10/25初版発行  （Ｐ１４３ 図６．３８、図６．３９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の問題に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、インターセプト弁を微小開度で運用した場合であっても、蒸気の流れを安定化させることにより、騒音や振動を低減させることができる弁装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施の形態の弁装置は、蒸気の入口と出口とを有するケーシングと、
前記ケーシング内に配置された弁座と、
前記ケーシング内に前記弁座に対して相対移動可能に配置され、前記弁座と気密に当接することにより前記入口から前記出口へ流れる蒸気を遮断する第１弁体と、
前記ケーシング内に前記弁座に対して相対移動可能に配置され、前記弁座に近接または前記弁座から離反することにより前記入口から前記出口へ流れる蒸気の流量を調節する第２弁体と、を備え、
前記弁座と前記第２弁体との間隙により画定される流路部分の断面積が、蒸気の流れ方向に沿って単調に減少する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インターセプト弁を微小開度で運用した場合であっても、蒸気の流れが安定化されるため、騒音や振動を低減させることができる弁装置（再熱蒸気弁）を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】蒸気タービンを含む発電設備の回路構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明による弁装置を示す概略縦断面図である。
【図３】図２の弁装置の第１弁体、第２弁体及び弁座を示す部分的な概略縦断面図である。
【図４】図３の破線で囲まれた領域を示す拡大図である。
【図５】第２弁体が微小開度で運用されている際の蒸気の流れを説明するための図である。
【図６】図２の弁装置における蒸気の流路断面積を説明するための図である。
【図７】図２の弁装置及び従来の弁装置における蒸気の流路断面積の変化を重ねて示すグラフである。
【図８】従来の弁装置において発生する振動の周波数分布図である。
【図９】図２の弁装置において発生する振動の周波数分布図である。
【図１０】弁装置の蒸気の流路出口近傍の流れ場のせん断層に生じる渦を示す図である。図１０（ａ）は、従来の弁装置における渦を示しており、図１０（ｂ）は図２の弁装置における渦を示している。
【図１１】従来の弁装置を示す概略縦断面図である。
【図１２】図１１の破線で囲まれた領域を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の一実施の形態による弁装置１を詳細に説明する。ここでの弁装置１は、一例として、図１の再熱蒸気弁３３を想定するが、これには限定されない。
【００１４】
図２は、本発明による弁装置１を示す概略縦断面図である。図２に示すように、弁装置１は、蒸気の入口１４と出口１５とを有するケーシング２と、ケーシング２内に配置された弁座９と、弁座９に対して相対移動可能な第１弁体２７及び第２弁体２２と、を備えている。第１弁体２７は、弁座９と気密に当接することにより入口１４から出口１５へと流れる蒸気を遮断するようになっている。更に、第２弁体２２は、弁座９に近接または弁座９から離反することにより、入口１４から出口１５へと流れる蒸気の流量を調節するようになっている。この弁装置１が図１の再熱蒸気弁３３として利用される際には、第１弁体２７と弁座９とによって再熱蒸気止め弁が構成され、第２弁体２２と弁座９とによってインターセプト弁が構成されることになる。
【００１５】
図２に示す例では、第１弁体２７は、円盤状の形状を有し、第１弁棒２６に取り付けられ、弁座９の一方の側（図２における上側）に配置されている。第１弁棒２６は、弁座９が取り囲む蒸気の流路を通過して弁座９の他方の側（図２における下側）へと延在し、弁装置１のケーシング２の外部まで延びている。この第１弁棒２６がその中心軸線Ｌに沿ってケーシング２の外部から当該ケーシング２に対して相対移動されることにより、第１弁体２７が弁座９に対して相対移動されるようになっている。
【００１６】
第２弁体２２は、弁座９の側が開放された有底筒形の形状を有し、第２弁棒２１に取り付けられ、弁座９の一方の側に配置されている。第２弁棒２１は、第２弁体２２から弁座９とは反対側に延在し、弁装置１のケーシング２の上部開口部を覆う蓋体３を貫通してケーシング２の外部まで延びている。第１弁棒２６は、第２弁棒２１と中心軸線Ｌを共有している。この第２弁棒２１がその中心軸線Ｌに沿ってケーシング２の外部から当該ケーシング２に対して相対移動されることにより、第２弁体２２が弁座９に対して相対移動されるようになっている。
【００１７】
とりわけ、本実施の形態の第２弁体２２は、中心軸線Ｌを中心とする有底円筒状の形状を有し、円筒状の側壁２２ｗの先端には、エッジ部２２ｅが形成されている。このエッジ部２２ｅの構成の詳細については、後述する。第２弁体２２の円筒状の側壁２２ｗは、凹部２３を画定している。凹部２３の直径、すなわち円筒状の側壁２２ｗの内径は、第１弁体２７の外径よりも大きくなっており、凹部２３内に第１弁体２７が位置付けられ得るようになっている。
【００１８】
更に、弁座９は、蒸気が通流する円形の開口部９ａを画定している。本実施の形態において、この開口部９ａの中心軸線は、各弁棒２７、２１の共通の中心軸線Ｌと一致している。また、弁装置１は、上流のボイラー５１からの異物が下流の中圧タービン５９に混入することを防止する円筒状のストレーナ６を更に備えている。ストレーナ６は、多孔板から構成されている。
【００１９】
次に、図３及び図４を参照して、弁装置１の詳細な構造を説明する。図３は、図２の弁装置１の第１弁体２７、第２弁体２２及び弁座９を示す部分的な概略縦断面図であり、図４は、図３の破線２４で囲まれた領域を示す拡大図である。
【００２０】
図３に示すように、弁座９は、蒸気の流路Ｃを取り囲む表面部分の上流側が、蒸気の流れ方向に向かって（図３における下方に向かって）次第に小径となるすり鉢状のテーパ面９ｔを有している。このテーパ面９ｔは、第２弁棒２１の中心軸線Ｌを含む平面による切断面に現れる輪郭線が、直線状となっている。
【００２１】
第１弁体２７は、弁座９のテーパ面９ｔに当接することにより、蒸気の流れを遮断するようになっている。第１弁体２７のうち、弁座９のテーパ面９ｔに対面する領域は、テーパ面９ｔに向かって膨出した湾曲部２７ｐを有している。より具体的には、湾曲部２７ｐは、中心軸線Ｌを含む平面による切断面に現れる輪郭線が、中心軸線Ｌ上に中心を有する円弧の一部をなしている。このような構成によって、第１弁体２７と弁座９とは、線接触するようになっている。
【００２２】
また、図３に示すように、第２弁体２２のエッジ部２２ｅは、中心軸線Ｌを含む平面による切断面の輪郭線がＶ字状であるように構成されている。図３に示すように、エッジ部２２ｅは、弁座９のテーパ面９ｔに対面する外周面２２ｒと、中心軸線Ｌ側の内周面２２ｓと、を有している。エッジ部２２ｅの外周面２２ｒは、中心軸線Ｌを含む平面による切断面に現れる輪郭線が、中心軸線Ｌ上に中心を有する半径Ｒの円弧の一部を含んでいる。一方、エッジ部２２ｅの内周面２２ｓは、中心軸線Ｌを含む平面による切断面に現れる輪郭線が直線状に構成されている。本実施の形態では、エッジ部２２ｅの外周面２２ｒと内周面２２ｓとは、中心軸線Ｌを含む平面による切断面に現れる輪郭線が鋭角αをなしている。ただし、各輪郭線の成す角は、エッジ部２２ｅの先端近傍において、エッジ部２２ｅの外周面２２ｒの前記切断面における輪郭線の接線と内周面の輪郭線とが成す角により定められるものとする。
【００２３】
更に、弁装置１は、弁座９と第２弁体２２との間隙により画定される流路部分の流路断面積が、微小開度で運用される際に、蒸気の流れ方向に沿って単調に減少している。流路断面積は、弁座９と第２弁体２２との間隙により画定される流路部分を蒸気の流れ方向と直交する面で切断した面領域の面積を意味している。したがって、図３に示す断面図に基づいて言えば、中心軸線Ｌを含む平面による切断面において、第２弁体２２の外周面２２ｒの輪郭線上の点から弁座９のテーパ面９ｔまでの距離が、上流側から下流側に向かうにつれて単調に減少する。
【００２４】
第２弁体２２のエッジ部２２ｅの先端部２２ｔの近傍の構成について、図４を参照して更に詳細に説明する。図４中の符号Ａｏは、第２弁体２２を弁座９に当接させた際の弁座９上の当接部位を示している。前述したように、第２弁体２２と弁座９とは線接触することから、本実施の形態の当接部位Ａｏは、円環形状である。また、符号Ｄｏは、中心軸線Ｌ（図３参照）から当接部位Ａｏまでの距離を示している。すなわち、当接部位Ａｏは、弁座９のテーパ面９ｔ上の半径Ｄｏの円環部分である。また、図４中の符号Ｄｉは、中心軸線Ｌ（図３等参照）から第２弁体２２のエッジ部２２ｅの先端部２２ｔまでの距離を示している。すなわち、Ｄｉは、エッジ部２２ｅの先端部２２ｔの半径ということになる。本実施の形態におけるＤｏ及びＤｉは、図４に示すように、Ｄｉ＜Ｄｏという関係を満たしている。
【００２５】
ここで、本実施の形態による弁装置１の技術的特徴をより明確にするため、図１１及び図１２を参照して、従来の弁装置１ａについて概説する。図１１は、従来の弁装置１ａを示す概略縦断面図であり、図１２は、図１１の破線２４ａで囲まれた領域を示す拡大図である。図２〜図４と図１１及び図１２とを比較することで理解されるように、従来の弁装置１ａは、第２弁体２２ａのエッジ部２２ｅａの構造を除き、本実施の形態による弁装置１と同様の構成を有している。図１１及び図１２において、本実施の形態による弁装置１と共通する構成部分には、図２〜図４に示す符号と同じ符号を付してある。
【００２６】
図１１及び図１２に示すように、従来の弁装置１ａでは、第２弁体２２ａのエッジ部２２ｅａの内周面２２ｓａが中心軸線Ｌ（図１１参照）と平行になっており、壁部２２ｗａの内周面と一体になっている。そして、第２弁体２２の筒状部の肉厚全域にわたって、エッジ部２２ｅａの外周面２２ｒａが形成されている。エッジ部２２ｅａの外周面２２ｒａは、本実施の形態と同様に、中心軸線Ｌ上に中心を有する半径Ｒ（図３参照）の円弧の一部を含んでいる。この結果、弁装置１ａは、弁座９と第２弁体２２ａとの間隙により画定される流路部分の断面積が、微小開度で運用される際に、蒸気の流れ方向に沿ってある地点まで減少した後に増加に転じる構造となっている。換言すれば、本実施の形態の第２弁体２２のエッジ部２２ｅは、従来の弁装置１ａの第２弁体２２ａにおけるエッジ部２２ｅの内周面を中心軸線Ｌに対して鋭角を成す平面によって切り落とした形状となっている。この点で、本実施の形態による弁装置１は、従来の弁装置１ａと異なっている。
【００２７】
以下、従来の弁装置１ａと本実施の形態による弁装置１とを対比しつつ、本実施の形態による弁装置１の作用効果について説明する。
【００２８】
図５は、第２弁体２２が微小開度で運用されている際の蒸気の流れを説明するための図である。図５では、本実施の形態による弁装置１と従来の弁装置１ａとの蒸気の流路の相違を説明するため、従来の弁装置１ａにおける第２弁体２２ａも破線にて重ねて示している。図５において、矢印ＡＲは、蒸気の流入方向を示している。また、破線ＢＬは、第２弁体２２と弁座９とにより画定される流路部分を通過した蒸気の噴流が下流側の静止域と混ざり合う領域の境界を示している。
【００２９】
図５に示すように、中心軸線Ｌ（図３参照）を含む平面による第２弁体２２及び弁座９の切断面において、弁座９のテーパ面９ｔ上に上流側からＳ１、Ｓ２及びＳ３の３点を規定する。Ｓ１は、第２弁体２２、２２ａと弁座９とによって画定される流路部分の入口近傍に規定された点であり、Ｓ２は、従来の弁装置１ａにおける前記流路部分において最小の流路断面積を与える点であり、Ｓ３は、従来の弁装置１ａにおける前記流路部分の出口近傍に規定された点である。
【００３０】
各点における流路断面積は、点Ｓ１〜Ｓ３から対面する第２弁体２２、２２ａの外周面２２ｒ、２２ｒａの輪郭線まで引いた最短の線分を中心軸線Ｌまわりに一回転させたときの当該線分の通過領域（切頭円錐の側面領域）の面積と捉えることができる。図５において、Ｓ１〜Ｓ３の各点に対し、第２弁体２２、２２ａの外周面２２ｒ、２２ｒａの輪郭線までの最短距離を与える当該輪郭線上の点を、それぞれＶ１、Ｖ２及びＶ３で示している。
【００３１】
図６は、図２の弁装置１における蒸気の流路断面積を説明するための図である。具体的には、図６は、線分Ｓ２−Ｖ２を母線とする切頭円錐を示している。この切頭円錐の上面を構成する円の半径はＲ２であり、底面を構成する円の半径はＲ１である。これらＲ１及びＲ２は、図５に示されており、中心軸線ＬからＶ２及びＳ２までの距離（半径）にそれぞれ対応している。図６の切頭円錐の高さをＨとすると、その側面積、すなわち流路断面積Ａは、次式により与えられる。
【数１】
2019214960.tif 000003
【００３２】
次に、［式１］から得られる流路断面積Ａが上流側から下流側に向かってどのように変化するか、図７を参照して説明する。図７は、弁装置１の第２弁体２２と弁座９とにより画定される流路部分の流路断面積の変化を示すグラフである。グラフの横軸は、弁座９上の点Ｓ１からＳ２を経てＳ３に至るまでの弁座９のテーパ面９ｔ上の点と中心軸線Ｌとの離間距離（シート長さ）を、点Ｄｏと中心軸線Ｌとの離間距離で除した無次元量である。すなわち、横軸が０の位置は、テーパ面９ｔ上の点Ｄｏの位置を示している。横軸の正の領域（０の位置より右側の領域）は下流側を示し、横軸の負の領域（０の位置より左側の領域）は上流側を示している。したがって、グラフの曲線の左端の位置は、流路断面Ｓ１−Ｖ１に対応する位置であり、曲線の右端の位置は、流路断面Ｓ３−Ｖ３に対応する位置である。また、グラフの縦軸は、点Ｓ１から点Ｓ３に至るまでの流路部分の流路断面積の最小値、すなわち点Ｓ２における流路断面積、を１００％としたときの、当該最小値からの増分を百分率で示している。したがって、縦軸の０％は、最小の流路断面積を示し、縦軸の１％は、当該最小の流路断面積の１０１％の流路断面積を示している。
【００３３】
更に、図７中の線１０４が示す位置は、本実施の形態による第２弁体２２のエッジ部２２ｅの先端部２２ｔに対応する弁座９のテーパ面９ｔ上の位置である。したがって、線１０４の左側の領域は、本実施の形態による弁装置１及び従来の弁装置１ａにおいて共通であるが、線１０４の右側の領域は、従来の弁装置１ａのみに当てはまる。したがって、従来の弁装置１ａにおいては、第２弁体２２ａが微小開度で運用されているとき、蒸気の流路断面積は流路の入口（点Ｓ１近傍）から下流側に向かって徐々に狭くなり、点Ｄｏより少し手前で流路断面積が最小となる。そしてその後、緩やかに流路断面積が増加する。本実施の形態による弁装置１では、図７のグラフから、確かに、第２弁体２２と弁座９とによって画定される蒸気の流路断面積が単調に減少していることが読み取れる。
【００３４】
ここで、従来の弁装置１において、流路断面積が最小となる点Ｓ２の位置をスロート位置と呼ぶことにする。スロート位置において蒸気の流速が亜音速である場合には、点Ｓ２より下流側において流路断面積が次第に増大していく過程で、速度エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、従来の弁装置１ａはディフューザの機構を有することになる。ここで、点Ｓ２の上流側における蒸気の圧力をＰ１、点Ｓ２の下流側の圧力をＰ２、その圧力比（Ｐ２／Ｐ１）をｒとすると、この圧力比ｒは、気体の比熱比κによってその臨界圧力比ｒｃが決定される。臨界圧力比ｒｃは、次の［式２］によって与えられる。
【数２】
2019214960.tif 000004
圧力比ｒが臨界圧力比ｒｃを下回る場合、スロート部において流れの速度は音速に到達する。この場合、スロート部の下流側は、衝撃波が形成される流れ場となる。
【００３５】
また、蒸気は圧縮流体であることから、流速Ｖ、流路断面積Ａ及び蒸気の圧力Ｐについて、次の関係が成立する。
【数３】
2019214960.tif 000005
ここで、Ｍは、マッハ数を示している。
【００３６】
スロート部の上流側の蒸気流が亜音速流れである場合、つまり、Ｍ２−１＜０である場合、スロート部の下流側では流路断面積が増加している（ｄＡ＞０）ことから、［式３］により、ｄＶ＜０となる。すなわち、亜音速の蒸気流がスロート部を通過すると、スロート部の下流側では流速が減少する流れとなる。一方、蒸気が超音速流れである場合、つまり、Ｍ２−１＞０である場合、上記と同様にｄＡ＞０であることから、［式３］により、ｄＶ＞０となる。すなわち、超音速の蒸気流がスロート部を通過すると、スロート部の下流側では流速が増大する流れとなる。
【００３７】
以上のことから、臨界圧力比ｒｃを境界として、第２弁体２２ａと弁座９とによって画定される流路の出口部（点Ｓ３近傍）における流速が大きく異なることになる。一般に、流体によって生じる振動の大きさは、流体の動圧に比例する。動圧は、以下の［式４］で表される。
［式４］
動圧＝０．５×（密度）×（速度）２
つまり、弁装置１ａのスロート部の上流側と下流側との圧力比ｒが臨界圧力比ｒｃ以下である場合、流路出口（点Ｓ３近傍）における流速が増大することになるが、このことは、蒸気の流れに起因して弁装置１に生じる振動を増大させる原因となる。
【００３８】
以上から、従来の弁装置１ａの第２弁体２２ａと弁座９とによって画定される流路では、第２弁体２２ａの先端部、すなわち当該流路の出口近傍において速度が最大となり、且つ、超音速流れが形成されるのである。これに対し、本実施の形態による弁装置１では、第２弁体２２と弁座９とによって画定される流路の断面積が単調に減少している（ｄＡ＜０）ため、上記の流速が亜音速に抑えられるのである。
【００３９】
更に、本件発明者は、上述したＤｏ及びＤｉの好ましい寸法について検討を重ねた結果、Ｄｏ及びＤｉが、０．９８５Ｄｏ≦Ｄｉ≦０．９９０Ｄｏという関係を満たしていることが好ましいことを知見した。Ｄｉ＜０．９８５Ｄｏであると、第２弁体２２と弁座９との間の流路部分を通過した蒸気流に衝撃波が発生し、騒音や振動を低減させることが困難となる。一方、Ｄｉ＞０．９９０Ｄｏであると、蒸気を遮断する機能と微小開度による流量制御とを両立させることが困難になる。
【００４０】
次に、図８〜図１０を参照して、本実施の形態による弁装置１に生じる振動について説明する。図８は、従来の弁装置１ａにおいて発生する振動の周波数分布図であり、図９は、図２の弁装置１において発生する振動の周波数分布図である。図１０は、弁装置の蒸気の流路出口近傍の流れ場のせん断層に生じる渦を示す図である。図１０（ａ）は、従来の弁装置１ａに生じる渦を示しており、図１０（ｂ）は図２の弁装置１に生じる渦を示している。
【００４１】
図８及び図９において、横軸は、蒸気流により第２弁体２２、２２ａに発生する振動の周波数を示しており、縦軸は、第２弁体２２、２２ａに発生する振動のパワースペクトル密度を示している。図９の破線で囲まれた領域に着目すると、従来（図８）と比較して、特に１，０００Ｈｚ以下の周波数帯域において本実施の形態による弁装置１に生じる振動のパワースペクトル密度が低下していることが読み取れる。更に、本実施の形態では第２弁体２２のエッジ部２２ｅからディフューザ部が省略されているが、通流する蒸気流の圧力比ｒが臨界圧力比ｒｃ以上の場合においても、従来例と比較して振動を低減させることが確認された。
【００４２】
このような本実施の形態の利点をもたらす原理は、図１０を参照することにより理解される。すなわち、図１０（ａ）に示す従来例では、図中の破線１０５で囲まれた領域に着目すると、流路部分の出口近傍において第２弁体２２から剥離した直後の蒸気流が流れ場のせん断層において渦を形成している。この渦により、第２弁体２２ａに圧力変動が生じる。その一方、図１０（ｂ）に示す本実施の形態では、図中の破線１０６で囲まれた領域に着目すると、流路部分の出口近傍において第２弁体２２から剥離した直後の蒸気流には、流れ場のせん断層において渦が形成されていない。すなわち、第２弁体２２ａに生じる圧力変動が回避ないし低減されているため、図９に示すように弁装置１に生じる振動ないし騒音が低減される。
【００４３】
以上のような本実施の形態によれば、第２弁体２２（インターセプト弁の弁体）を微小開度で運用した場合であっても、蒸気の流れが安定化されるため、騒音や振動を低減させることができる弁装置（再熱蒸気弁）を提供することができる。とりわけ、１，０００Ｈｚ以下の低周波数の振動を効果的に抑制することができる。
【００４４】
また、第２弁体２２は、ケーシング２に支持された第２弁棒２１に取り付けられ、当該第２弁棒２１の中心軸線Ｌの方向から見て第１弁体２７の周囲を取り囲んでおり、且つ、中心軸線Ｌを含む平面で切断した切断面の輪郭線が、弁座９側の端部において鋭角をなすエッジ部２２ｅを有している。このため、従来の第２弁体２２ａの筒状部の内周面を切削することにより、本実施の形態の第２弁体２２を容易に製造することができる。
【００４５】
更に、第２弁体２２の第２弁棒２１の中心軸線Ｌから当該第２弁体２２と弁座９との当接部位までの距離Ｄｏと、第２弁体２２の第２弁棒２１の中心軸線Ｌから第２弁体２２の弁座９側の端部までの距離Ｄｉとは、０．９８５Ｄｏ≦Ｄｉ≦０．９９０Ｄｏという関係を満たしている。このことにより、第２弁体２２と弁座９との間を通過した蒸気に衝撃波が発生することを効果的に抑制でき、且つ、蒸気を遮断する機能と微小開度による流量制御とを両立することができる。
【００４６】
更に、第２弁体２２は、中心軸線Ｌを含む平面による切断面においてエッジ部２２ｅの外周面２２ｒの輪郭線が当該中心軸線Ｌ上に中心を有する円弧の一部を含んでいる。そして、弁座９は、中心軸線Ｌを含む平面による切断面のうち第２弁体２２のエッジ部２２ｅに対面する部分の輪郭線が、直線を含んでいる。これらのことにより、第２弁体２２の全周にわたって、弁座９と第２弁体２２との間隙により画定される流路断面積を蒸気の流れ方向に沿って単調に減少するように構成することが、容易である。
【００４７】
なお、以上の実施の形態において、第２弁体２２のエッジ部２２ｅを構成する内周面２２ｓは、中心軸線Ｌを含む平面による切断面の輪郭線が中心軸線に対して鋭角を成す直線状である例について説明したが、この例には限定されない。すなわち、エッジ部２２ｅが鋭角を成すかぎり、内周面２２ｓの輪郭線が湾曲部を有しているなど、適宜の変形例が採用され得る。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記の実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１ａ  弁装置、２  ケーシング、３  蓋体、６  ストレーナ、９  弁座、９ａ  開口部、９ｔ  テーパ面、１４  入口、１５  出口、２１  第２弁棒、２２、２２ａ  第２弁体、２２ｅ、２２ｅａ  エッジ部、２２ｒ、２２ｒａ  外周面、２２ｓ、２２ｓａ  内周面、２２ｔ  先端部、２２ｗ、２２ｗａ  壁部、２３  凹部、２４、２４ａ  破線、２６  第１弁棒、２７  第１弁体、２７ｐ  湾曲部、３３  再熱蒸気弁、３４  高圧側蒸気弁、５１  ボイラー、５２  タービン、５３  復水器、５４  給水ポンプ、５５  発電機、５８  高圧タービン、５９  中圧タービン、６１  低圧タービン、１０４  線、１０５  破線、１０６  破線
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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