(57)【要約】【課題】部品点数を少なくした簡単な構造で、微小開度から中間開度付近において騒音や振動の発生を防止でき、全開開度またはその近傍において圧力損失を低減して蒸気タービンの効率を向上させることができること。【解決手段】弁本体３０により弁室３１が形成され、この弁本体には、弁室を臨む位置に球形曲面を有する弁座３２が設けられ、弁室には、弁棒３３により駆動されて球形曲面を有する弁体３４が収容され、これらの弁座及び弁体の球形曲面が接離することで弁開度が設定される蒸気弁装置において、弁体３４の底部には、その中央位置に弁座３２側に突出する突起部３５が設けられ、この突起部の周囲に、縁辺にエッジ３６を備えた凹陥部３７が蒸気の流れ方向に設けられ、弁本体の内面、弁座及び弁体により、全開開度またはその近傍での蒸気通路部３８が形成されるよう構成されたものである。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体により弁室が形成され、この弁本体には、前記弁室を臨む位置に球形曲面を有する弁座が設けられ、前記弁室には、弁棒により駆動されて球形曲面を有する弁体が収容され、これらの弁座及び弁体の球形曲面が接離することで弁開度が設定される蒸気弁装置において、
前記弁体の底部には、その中央位置に前記弁座側に突出する突起部が設けられ、この突起部の周囲に、縁辺にエッジを備えた凹陥部が蒸気の流れ方向に設けられ、
前記弁本体の内面、前記弁座及び前記弁体により、全開開度またはその近傍での蒸気通路部が形成されるよう構成されたことを特徴とする蒸気弁装置。
【請求項２】
前記突起部は、弁体と一体的に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁装置。
【請求項３】
前記蒸気通路部の流路面積は、上流側から下流の弁座側へ向かって徐々に減少し、前記弁座の開口面積に至るまで連続して変化するよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気弁装置。
【請求項４】
前記蒸気通路部は、弁体と弁座で構成される部分の流路面積が最小となるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに１項に記載の蒸気弁装置。
【請求項５】
前記突起部の蒸気通路部を形成する表面の縦断面形状は、根元部の径と角度から定義されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蒸気弁装置。
【請求項６】
前記突起部は、下流の弁座側へ向かって中央部が凸状に突出し、根元部の径と角度から定義されると共に、最先端が略半球形状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蒸気弁装置。
【請求項７】
前記弁体の凹陥部のエッジ直径Ｄｉは、前記弁体が接触する弁座のシート径をＤｏとするとき、
Ｄｏ＞Ｄｉ≧０．９Ｄｏ
の範囲に設定され、また、前記弁座の内径Ｄｔｈは、
Ｄｉ＞Ｄｔｈ≧０．８Ｄｏ
の範囲に設定されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蒸気弁装置。
【請求項８】
前記弁体の曲率半径Ｒは、前記弁体が接触する弁座のシート径をＤｏとするとき、
Ｒ＝（０．５２〜０．６）Ｄｏ
の範囲に設定され、また、前記弁座の曲率半径ｒは、
ｒ≧０．６Ｄｏ
の範囲に設定されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蒸気弁装置。
【請求項９】
前記弁体の突起部の根元径Ｄａは、前記弁体が当接接触する弁座のシート径をＤｏとするとき、
Ｄａ＝（０．４０〜０．４４）Ｄｏ
の範囲に設定され、また、前記突起部の角度ＴＨａは、
ＴＨａ＝３０〜５０ｄｅｇ
の範囲に設定されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の蒸気弁装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蒸気弁装置を備えたことを特徴とする発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービンに流入する蒸気の量を制御する蒸気弁装置、及びこの蒸気弁装置を備えた発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力発電所や原子力発電所などの発電設備に適用される蒸気タービンには、負荷変化に応じた蒸気流量制御や緊急時の蒸気供給遮断のために、蒸気タービンの上流側には蒸気弁装置が設置されている。高圧タービンの上流に設置される蒸気弁装置は、主蒸気止め弁と蒸気加減弁と呼ばれ、直列に２弁配置される。
【０００３】
図１４は蒸気タービンに使用されている従来の蒸気弁装置の説明図である。この図１４には、蒸気タービンの非常時等に蒸気タービンに流入する蒸気を瞬時に止める主蒸気止め弁１１０と、蒸気流量を制御するための蒸気加減弁１２０が示されている。蒸気加減弁１２０の弁本体１２１は、その側方部が主蒸気止め弁１１０と連通して連結されており、弁本体１２１の上端部に上蓋１２２を有し、弁本体１２１の内方部に隆起状をなす弁座１２３が設けられ、この弁座１２３に当接する弁体１２４に結合された弁棒１２５が、上蓋１２２を貫通して油筒１２７に連結されている。
【０００４】
図示しないボイラ等からの蒸気流は、主蒸気止め弁１１０へ矢印Ｉの如く流入し、蒸気加減弁１２０から矢印Ｏの如く流出する。蒸気加減弁１２０の油筒１２７に油圧が作用すると、弁棒１２５を介して弁体１２４が上下動して蒸気加減弁１２０は開閉動作をなし、この開閉動作によって蒸気流量が制御され、図示しない蒸気タービンへ蒸気が流れる。なお、蒸気加減弁１２０の油筒１２７には、ピストン１２６と閉鎖用バネ１２９が組み付けられており、このピストン１２６の下部に給排油口１２８が設置されている。この給排油口１２８には、サーボ弁やダンプ弁等の油圧機器が接続されるが、図１４では図示を省略している。
【０００５】
一方、主蒸気止め弁１１０も蒸気加減弁１２０と同様に構成され、弁本体１１１の上端部に上蓋１１２を有し、弁本体１１１の内包部に隆起状をなす弁座１１４が設けられ、この弁座１１４に当接する弁体１１５が、弁棒１１６を介して油筒１１７に連結されている。この油筒１１７に油圧が作用すると、弁棒１１６を介して弁体１１５が上下動して主蒸気止め弁１１０は開閉動作をなし、この開閉動作によって蒸気の供給、遮断が実施される。尚、図１４中の符号１１３はストレーナを示す。
【０００６】
一般に、発電設備用蒸気タービンに使用される蒸気弁装置、特に蒸気加減弁１２０においては、騒音、振動、エロージョンあるいは材料劣化などの不適合な事例が知られている。このような蒸気加減弁１２０は、弁体１２４及び弁座１２３を備えた弁室において弁体１２４を移動させることにより、弁体１２４と弁座１２３との間の絞り機能によって蒸気流量を制御するように構成されている。上述の騒音や振動は、弁体１２４廻りの流れの乱れや不安定な流れ等に誘発されて発生するものと考えられる（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
最近では、発電設備の蒸気条件の上昇（超臨界圧力プラント）や蒸気タービンの単機容量の増加にともない、更なる改善が施された改良技術が提案されている（例えば特許文献２、３参照）。
【０００８】
上述の特許文献１、２における蒸気加減弁１２０は、図１５及び図１６に示すように、球形曲面に形成されて、縁辺にエッジ１３１を備えた凹陥部１３０を有する弁体１２４と、この弁体１２４が接触する位置から下流側へ向かって徐々に拡口するように球形曲面を有する弁座１２３とを具備し、これらの弁体１２４と弁座１２３の球形曲面どうしが接触するように構成されている。従って、この蒸気加減弁１２０では、弁体１２４の底部側に、縁辺にエッジ１３１を備えた凹陥部１３０が設けられたことから、図１７（Ａ）に示すように微小開度から中間開度付近において、弁体１２４に沿う蒸気の流れがこの弁体１２４のエッジ１３１で剥離されて、弁座１２３に沿う安定した流れとなり、これにより騒音や振動の発生を防止することができる。
【０００９】
また、特許文献３における蒸気加減弁は、弁体の凹陥部内にフローガイドが設けられ、このフローガイドが弁本体側に取り付けられたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５６−１０９９５５号公報
【特許文献２】特開２００６−６３９５７号公報
【特許文献３】特開２００８−１７５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１、２における蒸気加減弁１２０の弁体１２４は、縁辺にエッジ１３１を備えた凹陥部１３０を有する形状であり、弁体１２４の開き始めから中間開度付近の領域では、本来の機能である騒音・振動の防止に有効であるが、図１７（Ｂ）に示すように弁開度全開状態またはその近傍などの高弁開度状態においては、弁体１２４の直下がデッドスペースとなり、図１７（Ｂ）の矢印に示すように、このデッドスペース内に渦１３２が発生して圧力損失が生じてしまう。
【００１２】
ところで、最近の蒸気タービンでは、発電事業主らによる市場の要求として性能向上（効率向上）が強く求められている。この蒸気タービンの効率の内訳としては、蒸気タービンそのものの内部効率も重要であるが、蒸気タービンの入口に設置された蒸気加減弁１２０等における上述の圧力損失も極めて重要である。つまり、蒸気加減弁１２０等に生ずる圧力損失は、熱力学的に有効な仕事をする前の蒸気タービン入口の蒸気圧力を低下させることを意味し、結果的に、蒸気タービンの効率に大きな影響（効率低下）を与えるものとなっている。このため、蒸気加減弁１２０等の蒸気弁装置では、全開開度状態における圧力損失をいかに低減するかが永年の懸案であった。
【００１３】
特許文献３における蒸気加減弁は、高弁開度状態での弁体の直下のデッドスペースをフローガイドにより解消して渦１３２の発生を抑制し、圧力損失を低減するものであるが、このフローガイドが弁体とは別体であるため部品点数が増大し、装置構成の煩雑化を免れない。
【００１４】
本発明における実施形態の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、部品点数を少なくした簡単な構造で、微小開度から中間開度付近において騒音や振動の発生を防止でき、全開開度またはその近傍において圧力損失を低減して蒸気タービンの効率を向上させることができる蒸気弁装置、及びこの蒸気弁装置を備えた発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態における蒸気弁装置は、弁本体により弁室が形成され、この弁本体には、前記弁室を臨む位置に球形曲面を有する弁座が設けられ、前記弁室には、弁棒により駆動されて球形曲面を有する弁体が収容され、これらの弁座及び弁体の球形曲面が接離することで弁開度が設定される蒸気弁装置において、前記弁体の底部には、その中央位置に前記弁座側に突出する突起部が設けられ、この突起部の周囲に、縁辺にエッジを備えた凹陥部が蒸気の流れ方向に設けられ、前記弁本体の内面、前記弁座及び前記弁体により、全開開度またはその近傍での蒸気通路部が形成されるよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の実施形態における発電設備は、前記本発明の実施形態における蒸気弁装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
上述の如く説明した実施形態によれば、部品点数を少なくした簡単な構造で、微小開度から中間開度付近において騒音や振動の発生を防止でき、全開開度またはその近傍において圧力損失を低減して蒸気タービンの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る蒸気弁装置である蒸気加減弁を装備した発電設備を示す系統図。
【図２】図１の蒸気加減弁における全閉開度状態を示す断面図。
【図３】図１の蒸気加減弁における微小開度状態を示す断面図。
【図４】図１の蒸気加減弁における全開開度状態を示す断面図。
【図５】図２〜図４の蒸気加減弁における蒸気の流れ状態を示し、（Ａ）が微小開度状態における流れ、（Ｂ）が全開開度状態における流れをそれぞれ示す説明図。
【図６】図４に示す全開開度状態における蒸気通路部の流路面積を求めるための説明図。
【図７】図４に示す全開開度状態における蒸気通路部の流路面積を求めるための説明図。
【図８】図４に示す全開開度状態における蒸気通路部の流路面積を求めるための説明図。
【図９】図２〜図４に示す蒸気加減弁における流路面積の変化特性を示すグラフ。
【図１０】図２〜図４に示す蒸気加減弁における各部材の寸法を示す概略断面図。
【図１１】図２〜図４に示す蒸気加減弁における突起部の根元径Ｄａ及び角度ＴＨａと圧力損失との関係を示すグラフ。
【図１２】図２〜図４に示す蒸気加減弁における突起部の角度ＴＨａと圧力損失の関係を示すグラフ。
【図１３】図２〜図４に示す蒸気加減弁における突起部の角度ＴＨａを異ならせたときの蒸気の流れ状態を示し、（Ａ）がＴＨａ＝４０°、（Ｂ）がＴＨａ＝４４°、（Ｃ）がＴＨａ＝６０°の場合をそれぞれ示す説明図。
【図１４】従来の蒸気弁装置（蒸気止め弁、蒸気加減弁）を示す断面図。
【図１５】図１４の蒸気加減弁における全閉開度状態を示す断面図。
【図１６】図１４の蒸気加減弁における全開開度状態を示す断面図。
【図１７】図１４の蒸気加減弁における蒸気の流れを示し、（Ａ）が微小開度状態を、（Ｂ）が全開開度状態をそれぞれ示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る蒸気弁装置である蒸気加減弁を装備した発電設備を示す系統図である。また、図２、図３、図４は、図１の蒸気加減弁における全閉開度状態、微小開度状態、全開開度状態をそれぞれ示す断面図である。
【００２０】
図１示す発電設備１０では、ボイラ１１の蒸気は、主蒸気止め弁１２、蒸気加減弁１３を通過し高圧タービン１４で膨張して仕事をした後、逆止弁１５を経由して再びボイラ１１の再熱器にて加熱され、再熱蒸気止め弁１６、インターセプト弁１７を経て中圧タービン１８、低圧タービン１９へ順次流入して膨張し仕事をする。蒸気は、低圧タービン１９で仕事をした後、復水器２０にて水に戻され、給水ポンプ２１にて昇圧されて再びボイラ１１に供給されて循環する。
【００２１】
また、発電設備１０の運用効率を高めるために、発電設備１０によっては、高圧タービンバイパス管２２や低圧タービンバイパス管２３が設置されて、タービン１４、１８、１９の運転状態に拘らずボイラ１１を運転できるようになっている。高圧タービンバイパス管２２は、ボイラ１１の出口側から分岐しボイラ１１の再熱器の入口側に接続されて、高圧タービンバイパス弁２４を備える。また、低圧タービンバイパス管２３は、ボイラ１１の再熱器の出口側から分岐し復水器２０の入口側に接続されて、低圧タービンバイパス弁２５を備える。
【００２２】
上述の発電設備１０に装備された蒸気弁装置としての蒸気加減弁１３は、図２〜図４に示すように、弁本体３０により弁室３１が形成され、この弁本体３０には、弁室３１を臨む位置に球形曲面を有する弁座３２が設けられ、弁室３１には、弁棒３３により駆動されて球形曲面を有する弁体３４が収容され、これらの弁座３２及び弁体３４の球形曲面が接離することで弁開度が設定されるものである。そして、弁体３４の底部には、その中央位置に弁座３２側に突出する突起部３５が設けられ、この突起部３５の周囲に、縁辺にエッジ３６を備えた凹陥部３７が蒸気の流れ方向に設けられる。これらの弁本体３０の内面、弁座３２、弁体３４及び後述のガイド筒３９により、全開開度またはその近傍での蒸気通路部３８が形成される。
【００２３】
つまり、弁本体３０の上端部に上蓋２９を備え、弁本体３０の内部に弁座３２が設けられる。この弁座３２に接触する弁体３４には弁棒３３が結合され、この弁棒３３が上蓋２９を貫通して、図示しない油筒に連結されている。この油筒に油圧が作用すると、弁棒３３を介して弁体３４は図２〜図４において上下動する。上蓋２９には、弁体３４の上下動を案内するガイド筒３９が形成され、このガイド筒３９内を弁体３４が上下動する。尚、上蓋２９における弁棒３３の貫通部は、弁棒３３の摺動面となることからブッシュが組み付けられているが、本実施の形態では図示を省略している。
【００２４】
弁体３４の底部に、縁辺にエッジ３６を備えた凹陥部３７が設けられたことで、図５（Ａ）に示すように、蒸気加減弁１３の微小開度において、弁体３４に沿う蒸気の流れがこの弁体３４のエッジ３６により剥離されて、弁座３２に沿う安定した流れとなるので、騒音や振動の発生が防止される。このときの蒸気の流れは、図５（Ａ）に矢印Ａで示すように、上述の如く弁座３２に沿う弁座付着流となっているので、弁体３４の突起部３５に沿った流れは存在しない。
【００２５】
図２〜図４に示すように、弁体３４の底部中央位置に設けられる突起部３５は、弁体３４と一体的に形成される。この突起部３５は、下流の弁座３２側へ向かって中央部が凸状に突出し、後述の如く設定される根元部の径Ｄａと角度ＴＨａによって定義される。更に、突起部３５の最先端は、組立時の安全性等を考慮して略半球形状に形成されている。
【００２６】
全開開度またはその近傍での蒸気通路部３８の流路面積が、弁座３２よりも上流側の円環形状部分３８Ａでは下流の弁座３２側の円形状部分３８Ｂに比べてやや大きく、しかも上述の如く、弁体３４の底部に突起部３５が形成されることで弁体３４の底部での巻き込み流れが消滅するため、図５（Ｂ）の矢印Ｂに示すように、全開開度またはその近傍において蒸気が流れ易くなる。
【００２７】
全開開度またはその近傍での蒸気通路部３８は、前述の如く弁本体３０の内面、弁座３２、弁体３４及びガイド筒４２よって形成される。そして、この蒸気通路部３８の流路面積は、弁本体３０の内周面とガイド筒４０にて画成される上流側の円環形状部分３８Ａから、弁座３２にて画成される下流側の円形状部分３８Ｂへ向かって徐々に減少し、最終的に弁座３２の開口面積（弁座３０の内径により規定される面積）に至るまで、極端な変化がなく、連続してスムーズに変化するよう構成される。これにより、全開開度またはその近傍において、この蒸気通路部３８を流れる蒸気は、図５（Ｂ）の矢印Ｂに示すように、弁体３４の底部付近で渦を生ずることなく滑らかに流れるので、圧力損失が抑制される。
【００２８】
更に詳説すると、この蒸気通路部３８の流路面積は、上流のガイド筒体３９と弁本体３０の内周面側から下流の弁座３２側へ向かって徐々に減少し、弁体３４と弁座３０にて構成される部分が最小になるように設定され、その後微増しながら、最終的には弁座３２の内径で規定される面積に至るようになっている。弁体３４と弁座３２で構成される部分が最小となるのは、蒸気加減弁１３がこの部分で蒸気の流量を制御するからである。
【００２９】
ここで、図６〜図８を用いて、全開開度状態における蒸気通路部３８（主に弁体３４と弁座３２にて構成される部分）の流路面積の求め方を説明する。
【００３０】
まず、この蒸気通路部３８（主に弁体３４と弁座３２にて構成される部分）の入口部４２の流路面積は、弁体３４のエッジ３６のエッジ端点４０と弁座３２の入口端点４１とで構成された円環形状の面積である。また、この蒸気通路部３８（主に弁体３４と弁座３２にて構成される部分）の出口部４３の流路面積は、弁座３２の内径Ｄｔｈ（後述）により規定される円形状の面積である。
【００３１】
次に、この蒸気通路部３８の入口部４２から出口部４３までの途中の流路面積を、幾何学的に求める。入口部４２から出口部４３にかけて流路面積を２分する曲線４４を求め、その曲線４４に対して垂直線（例えば垂直線４５）を作成し、この垂直線と弁体３４との交点（例えば交点４６）、垂直線と弁座３２との交点（例えば交点４７）を求める。これらの交点を弁中心線Ｐに対して回転させると、円錐台（例えば円錐台４８）が作成される。
【００３２】
つまり、この蒸気通路部３８（主に弁体３４と弁座３２にて構成される部分）では、流れ方向に沿って無数の円錐台４８が連続して仮想される。これらの円錐台４８（図７参照）の上底面４９と下底面５０の面積を除いた側面５１の面積（側面積）が、蒸気通路部３８（主に弁体３４と弁座３２にて構成される部分）の各円錐台４８位置での流路面積となる。円錐台４８における下底面５０の半径をＲ１、上底面４９の半径をＲ２、高さをｈとすると、各円錐台４８の側面積は、
円錐台の側面積＝π×（Ｒ１＋Ｒ２）×｛ｈ２＋（Ｒ１−Ｒ２）２｝１／２
となる。
【００３３】
また、この蒸気通路部３８（主に弁体３４と弁座３２にて構成される部分）における弁体３４の突起部３５の下流側では、円錐台ではなく複数の円錐５３が仮想される。この円錐５３の側面５５の面積（例えば側面積）が、この蒸気通路部３８の各円錐５３位置における流路面積である。この円錐５３（図８参照）の底面５４の半径をＲ０、高さをｈ０とすると、円錐５３の側面積は下式により求まる。
円錐の側面積＝π×Ｒ０×（ｈ０２＋Ｒ０２）１／２
【００３４】
上述のようにして、全開開度状態における蒸気通路部３８（主に弁体３４と弁座３２にて構成される部分）の各位置での流路面積を求める。ここで、この蒸気通路部３８の流路面積の変化特性と弁開度との関係を図９に示す。この図９において、Ａ０は入口部４２の面積であり、Ｌ０は、この入口部４２における弁体３４のエッジ３６のエッジ端点４０と弁座３２の入口端点４１との距離である。また、Ａｉは、入口部よりも下流における任意の垂直線４５を含む面積であり、Ｌｉは、任意の垂直線４５上の交点４６、４７間の距離である。
【００３５】
この図９では、微小開度における流路面積の変化を示す曲線Ｘは右上がりの傾斜角が大きく、このときには流路面積が拡大して、蒸気が弁体３４のエッジ３６を通過後に剥離していることが分かる。また、全開開度における流路面積の変化を示す曲線Ｙは右下がりの傾斜を示し、このときには弁体３４に突起部３５が形成されたことで流路面積が減少して、蒸気がエッジ３６により一旦剥離した後に突起部３５に付着していることが分かる。また、中間開度における流路面積の変化を示す曲線Ｚは傾斜角が小さく、このときには流路面積が略一定であり、弁体３４のエッジ３６によっても剥離が発生していないことが分かる。
【００３６】
蒸気通路部３８（弁体３４と弁座３２とで構成される部分を含む）は、全開開度において図９の曲線Ｙで示すような最適な特性となるように、以下のパラメータＤｉ、Ｄｔｈ、Ｒ、ｒ、Ｄａ、ＴＨａを規定し、圧力損失を低減することを主眼として最終的に決定される。
【００３７】
まず、図１０に示すように、弁体３４の凹陥部３７におけるエッジ３６の直径Ｄｉは、この弁体３４が接触する弁座３２のシート径をＤｏとするとき、
Ｄｏ＞Ｄｉ≧０．９Ｄｏ
の範囲に設定され、また弁座３２の内径（最小内径）Ｄｔｈは、
Ｄｉ＞Ｄｔｈ≧０．８Ｄｏ
の範囲に設定される。これにより、微小開度から中間開度付近において、蒸気通路部３８内を流れる蒸気は、弁座３２に沿う安定した流れとなって（図５の矢印参照）、騒音や振動の発生が防止される。
【００３８】
また、弁体３４の曲率半径Ｒは、この弁体３４が接触する弁座３２のシート径をＤｏとするとき、
Ｒ＝（０．５２〜０．６）Ｄｏ
の範囲に設定され、また、弁座３２の曲率半径ｒは、
ｒ≧０．６Ｄｏ
の範囲に設定される。これによっても、微小開度から中間開度付近において蒸気通路部３８内を流れる蒸気は、弁座３２に沿う安定した流れとなって、騒音や振動の発生が防止される。
【００３９】
更に、弁体３４の突起部３５において蒸気通路部３８を形成する表面の縦断面形状は、突起部３５の根元径Ｄａと、突起部３５の角度ＴＨａで定義される。この根元径Ｄａは、弁体３４が接触する弁座３２のシート径をＤｏとするとき、
Ｄａ＝（０．４０〜０．４４）Ｄｏ
の範囲に設定され、また、突起部３５の角度ＴＨａは、
ＴＨａ＝３０〜５０ｄｅｇ
に設定される。弁体３４の底部に突起部３５が設けられることで、弁本体３０の内部に不要な空間が形成されることがないので、弁座３２の上流側近傍において渦の発生が抑制される。更に、突起部３５が上記範囲に設定されることで、蒸気が突起部３５に過大に付着して摩擦抵抗が増加し、圧力損失が増大することが防止される。
【００４０】
数値解析により、突起部３５の根元径Ｄａと角度ＴＨａが圧力損失に及ぼす影響を調べたところ、図１１に示すようになった。この図１１において、横軸はＤａ／Ｄｏ及びＴＨａであり、縦軸は圧力損失を示す。本実施形態によれば、突起部３５の根元径Ｄａが０．４０Ｄｏ＜Ｄａ＜０．４４Ｄｏに設定されたので、図１１からも分かるように圧力損失の発生が確実に抑制される。また、突起部３５の角度ＴＨａが３０°＜ＴＨａ＜５０°に設定されたので、図１１からも分かるように、圧力損失の発生が確実に抑制される。
【００４１】
突起部３５の角度ＴＨａの影響を詳しく調査するために、Ｄａ＝０．４４Ｄｏに固定した全開開度状態において数値解析を行ったところ、図１２に示すようになった。この角度ＴＨａの影響を視覚的に捉えるために蒸気の流れのベクトル図を作成し、ＴＨａ＝４０°の状態を図１３（Ａ）に、ＴＨａ＝４４°の状態を図１３（Ｂ）に、ＴＨａ＝６０°の状態を図１３（Ｃ）にそれぞれ示す。図１３（Ａ）においては弁体３４の底部の突起部３５に蒸気の流れが十分には付着していない。また、図１３（Ｃ）では、蒸気が突起部３５に過大に付着した流れになって圧力損失が増大している。圧力損失が最も小さな状態は図１３（Ｂ）であり、蒸気が突起部３５に程よい具合に付着して流れている。
【００４２】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
（１）図２〜図４に示すように、弁体３４の底部の突起部３５の周囲に、縁辺にエッジ３６を備えた凹陥部３７が設けられたことから、微小開度から中間開度付近において、弁体３４に沿う蒸気の流れがこの弁体３４のエッジ３６で剥離されて、弁座３２に沿う安定した流れとなるので、騒音や振動の発生を防止できる。
【００４３】
（２）弁体３４の底部の中央位置に突起部３５が設けられたことから、全開開度またはその近傍での蒸気通路部３８において弁体３４付近の流路面積の変化が少なくなる。このため、この蒸気通路部３８を流れる蒸気の流れが弁体３４の底部付近で渦を生ずることがなく、従って圧力損失が抑制されるので、蒸気タービンの効率を向上させることができる。
【００４４】
（３）弁体３４の底部の中央位置に突起部３５が設けられ、この弁体３４の底部の突起部３５周囲に、縁辺にエッジ３６を備えた凹陥部３７が設けられたことから、突起部３５と凹陥部３７とが別体に構成される場合に比べ、蒸気加減弁１３を、部品点数を少なくした簡単な構造に構成できる。
【００４５】
（４）例えばコンバインドサイクルの発電設備における蒸気タービンでは、蒸気加減弁１３を常時全開開度状態で運用するケースが多い。一方、本実施形態の蒸気加減弁１３では、上記（２）の如く、全開開度またはその近傍で蒸気タービンの効率を向上させることができる。従って、コンバインドサイクルのような高効率の発電設備に本実施形態の蒸気加減弁１３を用いることで、発電設備全体の効率を向上させることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は、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。この実施形態は、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、また、その置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。例えば、本実施形態では、蒸気弁装置が蒸気加減弁１３の場合を述べたが、主蒸気止め弁１２などの他の蒸気弁装置に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０  発電設備
１２  主蒸気止め弁（蒸気弁装置）
１３  蒸気加減弁（蒸気弁装置）
３０  弁本体
３１  弁室
３２  弁座
３３  弁棒
３４  弁体
３５  突起部
３６  エッジ
３７  凹陥部
３８  蒸気通路部
Ｄｏ  シート径
Ｄｉ  直径
Ｄｔｈ  内径
Ｄａ  根元径
ＴＨａ  角度
Ｒ、ｒ  曲率半径
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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