(57)【要約】【課題】止め弁と流量制御弁とが組み合わされ、蒸気の流れによって生じ得る振動を低減することができる蒸気弁装置を提供する。【解決手段】実施の形態による蒸気弁装置１０は、弁座１５と、止め弁２０を構成する第１弁体２１と、流量制御弁４０を構成する第２弁体４１と、を備えている。第２弁体４１は、全閉状態、流量調整状態または全開状態をとり、第１弁体２１が全閉位置に位置付けられている場合に全閉状態となって弁座１５に当接するとともに第１弁体２１の収容空間部２４内に収容される。また、第２弁体４１は、第１弁体２１が全開位置に位置付けられている場合に流量調整状態または全開状態となる。第２弁体４１が流量調整状態となっている間、第１弁体２１の先端リング部２３と第２弁体４１の外周縁部４２ａとの間に、第１弁体２１の収容空間部２４を第１弁体２１の周囲の領域５０に開放する開口５５が形成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器において発生した蒸気を蒸気タービンに供給する蒸気供給路に設けられる止め弁と流量制御弁とが組み合わされた蒸気弁装置であって、
蒸気入口と、蒸気出口と、前記蒸気入口と前記蒸気出口とを連通する蒸気流通路と、を有する弁ケーシングと、
前記蒸気流通路の一部を画定する、軸線に対して環状に形成された弁座と、
前記止め弁を構成する第１弁体であって、前記弁座に接離可能な先端リング部と、前記先端リング部によって画定された収容空間部と、を有し、前記弁座に対して前記軸線の方向に移動して全閉位置または全開位置に位置付けられる第１弁体と、
前記流量制御弁を構成する第２弁体であって、全閉状態、流量調整状態または全開状態をとり、前記第１弁体が前記全閉位置に位置付けられている場合に前記全閉状態となって前記弁座に当接するとともに前記第１弁体の前記収容空間部内に収容され、前記第１弁体が前記全開位置に位置付けられている場合に前記流量調整状態または前記全開状態となる第２弁体と、を備え、
前記第２弁体が前記流量調整状態となっている間、前記第１弁体の前記先端リング部と前記第２弁体の前記外周縁部との間に、前記第１弁体の前記収容空間部を当該第１弁体の周囲の領域に開放する開口が形成されることを特徴とする蒸気弁装置。
【請求項２】
前記第１弁体は、前記第２弁体よりも前記蒸気入口側に配置されている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】
前記第２弁体は、前記弁座に接離可能な主弁と、前記主弁の前記第１弁体側に設けられた環状の着座部と、前記着座部に接離可能な副弁と、前記主弁に設けられ、前記副弁と前記着座部との間の領域を通過した蒸気を前記第２弁体の下流側に導く通路孔と、を有し、
前記副弁の外周縁部は、前記主弁の外周縁部より内周側に配置され、
前記第２弁体が前記流量調整状態となっている間、前記副弁と前記着座部との間の流路面積が調整され、
前記開口は、前記第１弁体の前記先端リング部と前記主弁の前記外周縁部との間に形成される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】
前記第２弁体が前記流量調整状態となっている間、前記副弁と前記着座部との間の流路面積が所定の調整範囲内で調整され、
前記開口の流路面積は、前記副弁による流路面積の前記調整範囲のうちの最大の流路面積以上であることを特徴とする請求項３に記載の蒸気弁装置。
【請求項５】
前記第２弁体の前記着座部は、前記主弁から前記第１弁体側に突出して、前記副弁と前記着座部との間の領域を通過した蒸気を前記通路孔に案内する案内空間を画定し、
前記着座部は、前記第１弁体側に先細状に延びる傾斜部分を含んでいることを特徴とする請求項３または４に記載の蒸気弁装置。
【請求項６】
前記第２弁体が前記流量調整状態となっている間、前記第２弁体の前記主弁は前記弁座に当接していることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の蒸気弁装置。
【請求項７】
前記第２弁体は、前記着座部から外周側に延び、前記副弁と前記着座部との間の領域に向う蒸気を案内する案内面を有し、
前記案内面は、前記軸線に垂直であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の蒸気弁装置。
【請求項８】
前記第２弁体は、前記着座部から外周側に延び、前記副弁と前記着座部との間の領域に向う蒸気を案内する案内面を有し、
前記案内面の前記軸線に対する角度は、前記着座部のシート部の接線の前記軸線に対する角度より大きいことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の蒸気弁装置。
【請求項９】
前記副弁の前記主弁の側に、エッジを含む凹陥部が設けられ、
前記着座部のシート径をＤｏとしたとき、前記エッジの直径Ｄｉを、
Ｄｉ≧０．９×Ｄｏ
とし、前記着座部の内径Ｄｔｈを、
Ｄｔｈ≧０．８×Ｄｏ
としたことを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載の蒸気弁装置。
【請求項１０】
前記第１弁体の前記弁座側とは反対側に設けられ、前記第１弁体の前記軸線の方向の移動を案内するスリーブを更に備え、
前記スリーブに、前記スリーブの内外を連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の蒸気弁装置。
【請求項１１】
前記第１弁体の前記弁座側とは反対側の部分は、当該第１弁体の周囲の領域に露出されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の蒸気弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、蒸気弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蒸気タービンの入口弁として使用される、図１１に示すような蒸気弁装置が知られている。この蒸気弁装置は、環状の弁座１００と、弁座１００にそれぞれ接離可能な上部弁体１１１および下部弁体１２１と、を備えている。上部弁体１１１と下部弁体１２１とは、互いに異なる位置で弁座１００に当接するようになっている。
【０００３】
上部弁体１１１は、蒸気弁装置内を通流する蒸気の流量を調整可能な流量制御弁（以下単に制御弁と記す）１１０を構成しており、開度が調整可能になっている。上部弁体１１１には、比例制御装置（例えば、サーボ弁）が連結されており、この比例制御装置によって、弁座１００に対する上部弁体１１１の位置が決められて、上部弁体１１１と弁座１００との間の流路面積が調整され、制御弁１１０の開度が調整される。また、上部弁体１１１は、環状の先端リング部１１２を有しており、上部弁体１１１が全閉位置に位置付けられた場合、当該先端リング部１１２が弁座１００に当接（着座）する。
【０００４】
下部弁体１２１は、開度を調整する機能を有していない止め弁１２０を構成している。すなわち、下部弁体１２１は、弁座１００に当接する全閉位置、または、弁座１００から離間した全開位置に位置付けられるようになっている。なお、下部弁体１２１は、上述した上部弁体１１１の先端リング部１１２によって画定される収容空間部１１３内に収容されている。
【０００５】
このように、図１１に示す蒸気弁装置は、制御弁の機能と止め弁の機能とが組み合わされたものとなっている。
【０００６】
蒸気タービンの運転中、下部弁体１２１は全開位置に位置付けられ、蒸気タービンへ供給される蒸気の流量の調整は、制御弁１１０の開度を調整することによって行われる。
【０００７】
一般的に、従来の制御弁１１０は、開度を５０％よりも大きくして運転することが多かった。すなわち、開度を５０％以下にして制御弁１１０を絞り込んだ状態で長時間運転することは少なかった。
【０００８】
しかしながら、最近のコンバインドサイクルなどの蒸気タービンシステムの運用では、蒸気弁装置より上流側の圧力を一定にするために蒸気入口側の圧力の制御を行う圧力制御運転が行われるようになっている。この場合、制御弁１１０の開度を長時間にわたって小さくすることが要求される。このことにより、制御弁１１０の上部弁体１１１と弁座１００との間の領域における蒸気の流れが不安定になり、この不安定な流れが長い時間継続され得る。このことは、上部弁体１１１と弁座１００との間の領域における蒸気の流れが、上部弁体１１１の表面または弁座１００の表面から剥離して、下部弁体１２１の下流側に渦流が形成され、この渦流によって蒸気弁装置に振動が発生すると考えられている。このような振動が長時間発生すると、蒸気弁装置を停止して点検を行う頻度が増えるという問題が生じる。また、蒸気弁装置に発生した振動は、蒸気弁装置から配管や蒸気タービンに伝わり、各部を摩耗させ、場合によっては疲労破壊を生じる原因となり得る。
【０００９】
このような問題に対処するための蒸気弁装置として、図１２または図１３に示す蒸気弁装置が知られている。このうち図１２に示す蒸気弁装置においては、圧力制御運転時に、制御弁１１０の上部弁体１１１のシート面と、止め弁１２０の下部弁体１２１のシート面とが、実質的に連続した面を形成するように整列して配置される。このように整列することにより、上部弁体１１１と弁座１００との間の領域および下部弁体１２１と弁座１００との間の領域に連続した層流を生じさせて、蒸気弁装置に生じる振動の低減を図っている。
【００１０】
また、図１３に示す蒸気弁装置においては、通常運転時に制御弁１１０が蒸気流量を調整し、圧力制御運転時では、制御弁１１０を全開にするとともに止め弁１２０の開度を調整することにより蒸気入口の圧力の調整を行い、振動の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００２−５３５５４４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図１２に示す蒸気弁装置においては、制御弁１１０の上部弁体１１１のシート面と止め弁１２０の下部弁体１２１のシート面とを連続して配置させるために、上部弁体１１１の先端リング部１１２の先端が、下部弁体１２１の外周側に位置付けられる。このことにより、上部弁体１１１の先端リング部１１１の内周面と、下部弁体１２１の外周面との間に微小な隙間１３０が形成される。この隙間１３０は、下部弁体１２１と弁座１００との間の領域の近くに配置される。このため、下部弁体１２１と弁座１００との間の領域における蒸気の流れの影響が、当該隙間１３０を介して上部弁体１１１の収容空間部１１３に伝わり、収容空間部１１３内の圧力が不規則に変動するおそれがある。この場合、上部弁体１１１が共鳴箱となり、収容空間部１１３に共鳴または共振が生じ得る。このため、蒸気弁装置の振動の低減が困難になっている。
【００１３】
また、図１３に示す蒸気弁装置においても、上部弁体１１１の先端リング部１１２の内周面と、下部弁体１２１の外周面との間に微小な隙間１３０が形成され、下部弁体１２１と弁座１００との間の領域における蒸気の流れの影響が、当該隙間１３０を介して上部弁体１１１の収容空間部１１３に伝わり、収容空間部１１３内の圧力が不規則に変動するおそれがある。
【００１４】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、止め弁と流量制御弁とが組み合わされ、蒸気の流れによって生じ得る振動を低減することができる蒸気弁装置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】
【００１５】
実施の形態による蒸気弁装置は、蒸気発生器において発生した蒸気を蒸気タービンに供給する蒸気供給路に設けられる止め弁と流量制御弁とが組み合わされたものである。蒸気弁装置は、蒸気入口と、蒸気出口と、蒸気入口と蒸気出口とを連通する蒸気流通路と、を有する弁ケーシングと、蒸気流通路の一部を画定する、軸線に対して環状に形成された弁座と、止め弁を構成する第１弁体と、流量制御弁を構成する第２弁体と、を備えている。第１弁体は、弁座に接離可能な先端リング部と、先端リング部によって画定された収容空間部と、を有し、弁座に対して軸線の方向に移動して全閉位置または全開位置に位置付けられる。第２弁体は、全閉状態、流量調整状態または全開状態をとり、第１弁体が全閉位置に位置付けられている場合に全閉状態となって弁座に当接するとともに第１弁体の収容空間部内に収容され、第１弁体が全開位置に位置付けられている場合に流量調整状態または全開状態となる。第２弁体が流量調整状態となっている間、第１弁体の先端リング部と第２弁体の外周縁部との間に、第１弁体の収容空間部を第１弁体の周囲の領域に開放する開口が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態において、蒸気タービンシステムの概略構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す蒸気弁装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示す蒸気弁装置において、第２弁体の全閉状態を示す部分拡大断面図である。
【図４】図４は、図３の蒸気弁装置において、第２弁体の流量調整状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】図５は、図３の蒸気弁装置において、第２弁体の全開状態を示す部分拡大断面図である。
【図６】図６は、図３の蒸気弁装置において、第２弁体を示す部分拡大断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態において、第２弁体を示す部分拡大断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態において、第２弁体の副弁と着座部を示す部分拡大断面図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施の形態において、スリーブを示す部分拡大断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５の実施の形態における蒸気弁装置を示す部分拡大断面図である。
【図１１】図１１は、従来の蒸気弁装置を示す部分拡大断面図である。
【図１２】図１２は、従来の他の蒸気弁装置を示す部分拡大断面図である。
【図１３】図１３は、従来の他の蒸気弁装置を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における蒸気弁装置について説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
まず、図１乃至図６を用いて、本発明の第１の実施の形態における蒸気弁装置について説明する。本実施の形態における蒸気弁装置は、蒸気タービンシステムにおける止め弁と流量制御弁とを組み合わせたものであり、止め弁の機能と流量制御弁の機能とを有している。ここで、図１を用いて蒸気タービンシステムについて説明する。
【００１９】
図１に示すように、蒸気タービンシステム１は、蒸気を発生させる（生成する）ボイラ（蒸気発生器）２と、ボイラ２から蒸気が供給される蒸気タービン３と、蒸気タービン３から排出された蒸気を凝縮させて復水を生成する復水器４と、を備えている。このような構成により、ボイラ２において発生した蒸気は蒸気タービン３に供給されて膨張仕事を行い、タービンロータ（図示せず）を回転させる。タービンロータには発電機５が連結されており、タービンロータの回転によって発電機５は発電を行う。復水器４において生成された復水は、ポンプ６によってボイラ２に供給され、ボイラ２において蒸気が生成される。
【００２０】
ボイラ２と蒸気タービン３とは、蒸気供給路７によって連結されている。この蒸気供給路７には、止め弁２０と流量制御弁４０とが設けられている。このうち止め弁２０は、流量制御機能を有しておらず、全開状態と全閉状態と単に２つの状態をとるようになっている。蒸気供給路７を流れる蒸気の流量は、流量制御弁４０が調整するようになっている。これらの止め弁２０と流量制御弁４０とは、例えば、蒸気供給路７が高圧蒸気タービンに蒸気を供給する場合には、止め弁２０は主蒸気止め弁と称され、流量制御弁４０は蒸気加減弁と称され、蒸気供給路７が中圧蒸気タービン（あるいは低圧蒸気タービン）に蒸気を供給する場合には、止め弁２０は再熱蒸気止め弁と称され、流量制御弁４０はインターセプト弁と称される。
【００２１】
本実施の形態による蒸気弁装置１０は、これらの止め弁２０と流量制御弁４０とが組み合わされたものとなっている。すなわち、蒸気弁装置１０は、ボイラ２において発生した蒸気を蒸気タービン３に供給する蒸気供給路７に設けられた止め弁２０と流量制御弁４０とが組み合わされたものとなっている。
【００２２】
次に、図２を用いて、本実施の形態による蒸気弁装置１０について説明する。
【００２３】
図２に示すように蒸気弁装置１０は、蒸気入口１２および蒸気出口１３を有する弁ケーシング１１と、弁ケーシング１１内に設けられ、軸線Ｘに対して環状に形成された弁座１５と、止め弁２０を構成する第１弁体２１と、流量制御弁４０を構成する第２弁体４１と、を備えている。このうち蒸気入口１２と蒸気出口１３とは蒸気流通路１４によって連通されている。このような構成により、ボイラ２から蒸気入口１２に供給された蒸気は、蒸気流通路１４を通って蒸気出口１３に流れ、蒸気タービン３に供給されるようになっている。弁座１５は、この蒸気流通路１４の一部を画定している。
【００２４】
図３に示されているように、弁座１５は、第１弁体２１が当接（着座）する環状の第１シート部１５ａと、第２弁体４１の主弁４２（後述）が当接する環状の第２シート部１５ｂと、を有している。このうち第１シート部１５ａは、第２シート部１５ｂより外周側すなわち上流側に配置されている。このようにして、第１弁体２１が第２弁体よりも上流側（蒸気入口１２の側）に配置され、止め弁２０が、流量制御弁４０よりも上流側で構成されている。
【００２５】
ここで、図３を用いて第１弁体２１について説明する。
【００２６】
図３に示すように、第１弁体２１は、第１弁体本体２２と、第１弁体本体２２の弁座１５の側に設けられ、弁座１５の第１シート部１５ａに接離可能な環状の先端リング部２３と、第１弁体本体２２および先端リング部２３によって画定された収容空間部２４と、を有している。このうち収容空間部２４は、第１弁体２１が閉位置に位置付けられた場合に第２弁体４１を収容するためのものとなっている。収容空間部２４を画定する第１弁体本体２２と先端リング部２３とは、概して凹状に形成されている。
【００２７】
図２および図３に示すように、第１弁体２１には、第１弁棒２５を介して第１弁体駆動部２６が連結されている。この第１弁体駆動部２６は、第１弁体２１の上方（弁座１５の側とは反対側）に配置されている。第１弁体駆動部２６が駆動されることにより、第１弁体２１は、弁座１５の第１シート部１５ａに対して軸線Ｘの方向に移動し、先端リング部２３が第１シート部１５ａに当接する全閉位置、または、先端リング部２３が第１シート部１５ａから離間する全開位置に位置付けられるようになっている。
【００２８】
第１弁体２１が全閉位置に位置付けられている場合、図３の二点鎖線で示すように、第１弁体２１が弁座１５の第１シート部１５ａに当接し、止め弁２０が全閉されている。一方、第１弁体２１が全開位置に位置付けられている場合、図３の実線で示すように、第１弁体２１の先端リング部２３が弁座１５の第１シート部１５ａから離れ、止め弁２０が全開している。
【００２９】
第１弁体２１が全開位置に位置付けられるとともに第２弁体４１が後述する全閉状態または流量調整状態（図４参照）となっている場合、第１弁体２１の先端リング部２３は、第２弁体４１の外周縁部（とりわけ主弁４２の外周縁部４２ａ）よりも上方に配置され、第１弁体２１の収容空間部２４が第１弁体２１の周囲の領域５０に開放されるようになっている。
【００３０】
第１弁体２１の第１弁体本体２２には、上方に突出する被案内部２７が設けられている。一方、第１弁体２１の弁座１５の側とは反対側には、軸線Ｘの方向に延びるスリーブ３０が設けられている。第１弁体２１の被案内部２７は、このスリーブ３０内に配置され、スリーブ３０は、第１弁体２１の軸線Ｘの方向の移動を案内している。このようにして、第１弁体２１の軸線Ｘの方向の移動をスムーズにさせている。
【００３１】
次に、第２弁体４１について説明する。第２弁体４１は、流量制御弁４０を構成し、図３に示す全閉状態、図４に示す流量調整状態または図５に示す全開状態をとるようになっている。第２弁体４１は、第１弁体２１が全閉位置に位置付けられている場合に全閉状態となって弁座１５に当接するとともに第１弁体２１の収容空間部２４内に収容され、第１弁体２１が全開位置に位置付けられている場合に流量調整状態または全開状態となる。また、第２弁体４１が流量調整状態となっている場合、蒸気弁装置１０の蒸気流通路１４内を通流する蒸気の流量が調整される。
【００３２】
具体的には、第２弁体４１は、弁座１５の第２シート部１５ｂに接離可能な主弁４２と、主弁４２の上方（第１弁体２１の収容空間部２４の側）に設けられた環状の着座部４３と、着座部４３に接離可能な副弁４４と、を有している。主弁４２と副弁４４とは、軸線Ｘに沿った方向から見たときに円形状に形成されており、副弁４４の外周縁部４４ａは、主弁４２の外周縁部４２ａより内周側に配置されている。すなわち、副弁４４の直径は主弁４２の直径より小さくなっている。
【００３３】
主弁４２には、流量調整状態において、副弁４４と着座部４３との間の領域５１（図４、図５参照）を通過した蒸気を第２弁体４１の下流側に導く通路孔４５が設けられている。副弁４４が着座部４３から離間した場合、副弁４４と着座部４３との間の領域５１を蒸気が通過し、通路孔４５によって第２弁体４１の下流側に導かれて、蒸気出口１３に流れるようになっている。
【００３４】
図２および図３に示すように、第２弁体４１には、第２弁棒４６を介して第２弁体駆動部４７が連結されている。第２弁体駆動部４７は第２弁体４１の下方に配置されている。本実施の形態においては、第２弁体４１の主弁４２に貫通孔４８が設けられており、第２弁棒４６は、この貫通孔４８を貫通して副弁４４に連結されている。第２弁体駆動部４７が駆動されることにより、主弁４２が昇降することなく副弁４４が単体で上昇または下降したり、あるいは、副弁４４と主弁４２の双方が同時に上昇または下降したりするようになっている。このうち、第２弁体４１の副弁４４が単体で上昇または下降することにより、副弁４４と着座部４３との間の流路面積が調整される。
【００３５】
また、第２弁棒４６は、肩部４６ｃを有している。すなわち、第２弁棒４６は、小径部分４６ａと大径部分４６ｂとが一体に形成されたものであり、大径部分４６ｂの上側部分（小径部分４６ａの側の部分）に肩部４６ｃが形成されている。この肩部４６ｃは、貫通孔４８を貫通することなく、第２弁体４１の主弁４２の下面に当接している。肩部４６ｃが主弁４２の下面に当接している間、副弁４４と主弁４２の双方が同時に上昇または下降するようになっている。
【００３６】
このように構成された第２弁体４１は、図３に示す全閉状態、図４に示す流量調整状態、および図５に示す全開状態のいずれかをとることができる。第２弁体４１は、第１弁体２１が全開位置に位置付けられている場合に、流量調整状態または全開状態をとることができる。
【００３７】
第２弁体４１が図３に示す全閉状態となっている場合、第２弁体４１の主弁４２が弁座１５の第２シート部１５ｂに当接しているとともに、副弁４４が着座部４３に当接している。このことにより、流量制御弁４０が全閉されている。
【００３８】
第２弁体４１が図４に示す流量調整状態となっている場合、第２弁体４１の主弁４２は弁座１５の第２シート部１５ｂに当接しているが、副弁４４は着座部４３から離れている。すなわち、第２弁体駆動部４７によって副弁４４の着座部４３に対する位置が調整されて、副弁４４と着座部４３との間の流路面積が調整され、蒸気の流量を調整している。副弁４４と着座部４３との間の流路面積は所定の調整範囲内で調整される。
【００３９】
第２弁体４１が流量調整状態となっている場合、第１弁体２１の先端リング部２３は、第２弁体４１の主弁４２の外周縁部４２ａよりも上方に配置されており、第１弁体２１の先端リング部２３と主弁４２の外周縁部４２ａとの間に、第１弁体２１の収容空間部２４を第１弁体２１の周囲の領域５０に開放する開口５５が形成されている。この際、開口５５の流路面積は、副弁４４による流路面積の調整範囲内のうちの最大の流路面積以上となっていることが好適である。すなわち、開口５５の流路面積が、副弁４４と着座部４３との間の流路面積と等しいか、または、副弁４４と着座部４３との間の流路面積よりも大きくなっている。このことにより、本実施の形態による蒸気弁装置１０において蒸気の流量を調整する場合、蒸気の流量は、副弁４４と着座部４３との間の流路面積によって決定されるようになっている。
【００４０】
第２弁体４１が図５に示す全開状態となっている場合、第２弁体４１の主弁４２が弁座１５の第２シート部１５ｂから離れているとともに、副弁４４が着座部４３から離れている。このことにより、流量制御弁４０が全開している。なお、図５においては、第２弁体４１が全開状態となっている場合においても、第１弁体２１の先端リング部２３が、第２弁体４１の主弁４２の外周縁部４２ａよりも上方に配置されて、第１弁体２１の収容空間部２４が第１弁体２１の周囲の領域５０に開放されている例が示されている。しかしながら、このことに限られることはなく、第２弁体４１が全開状態となっている場合、振動を抑制可能であれば、第１弁体２１の先端リング部２３が、第２弁体４１の主弁４２の外周縁部４２ａの外周側に位置付けられるようにしてもよい。
【００４１】
ところで、図６に示すように、第２弁体４１の着座部４３は、主弁４２から上方に突出している。このことにより、副弁４４の着座位置は、主弁４２の着座位置より高くなっている。すなわち、主弁４２の高さは、主弁４２の強度を決定する図６に示す厚さＬで表すことができるが、着座部４３は、このＬ寸法よりも大きい図６に示すＨ寸法の高さで形成されている。
【００４２】
また、着座部４３によって、副弁４４と着座部４３との間の領域５１を通過した蒸気が通路孔４５に案内される案内空間４９が画定されている。この案内空間４９の下方には、上述した通路孔４５が複数配置されている。
【００４３】
また、着座部４３は、上方に先細状に延びる傾斜部分４３ａを含んでいる。本実施の形態においては、傾斜部分４３ａは、着座部４３の上部に形成されている。このことにより、案内空間４９を図６に示すように台形状に形成することができ、案内空間４９の底部の直径Ａを増大させることができる。このため、通路孔４５の断面積を増大させたり、通路孔４５の個数を増大させたりすることができ、通路孔４５により画定される流路面積を増大させることができる。この場合、副弁４４による蒸気の流路面積の調整範囲を拡大させることができる。すなわち、本実施の形態による蒸気弁装置１０の蒸気入口１２における蒸気圧力と、蒸気出口１３における蒸気圧力との比は、臨界圧力比以上であるため、蒸気弁装置１０内を流れる蒸気の流れは臨界流れとなる。臨界流れにおいては、蒸気弁装置１０を通過する蒸気の流量は蒸気入口１２における蒸気圧力（前圧）と流路面積とにより決定されるため、通路孔４５により画定される流路面積を増大させた場合、流路面積の調整範囲、すなわち蒸気の流量の調整範囲を拡大させることが可能となる。
【００４４】
また、案内空間４９を台形状に形成した場合、副弁４４と着座部４３との間の領域５１を通過して案内空間４９に流入した蒸気の運動エネルギを低下させることができる。このことにより、案内空間４９において蒸気の圧力および速度を急激に回復させることができ、エネルギ損失を低減することができる。
【００４５】
なお、第１弁体駆動部２６および第２弁体駆動部４７は、例えば、サーボ弁などの油圧機構を用いて構成することができる。そして、図２に示すように、第１弁体駆動部２６および第２弁体駆動部４７には制御部６０が接続されており、この制御部６０が第１弁体駆動部１６および第２弁体駆動部４７を制御することによって、第１弁体２１および第２弁体４１が上昇または下降するようになっている。
【００４６】
このようにして構成された本実施の形態の作用について説明する。
【００４７】
停止していた蒸気タービン３を起動する場合、まず、第１弁体２１が全開位置に位置付けられるとともに、第２弁体４１が流量調整状態に移行し、蒸気タービン３の流量調整運転が行われる。
【００４８】
この場合、まず、全閉されていた止め弁２０（図３の二点鎖線参照）を開く。より具体的には、第１弁体駆動部２６が駆動されて、第１弁体２１が上昇し、全開位置に位置付けられる（図３の実線参照）。
【００４９】
第１弁体２１が全開位置に位置付けられている場合、第２弁体４１の主弁４２には、蒸気入口１２側から蒸気の圧力が作用している。一方、主弁４２の下流側は、復水器４によって圧力が低減されているため、主弁４２の上流側の圧力が、主弁４２の下流側の圧力より高くなっている。このことにより、主弁４２には下方に向く力が作用して、主弁４２は弁座１５に押し付けられる。すなわち、主弁４２を弁座１５に安定して当接させることができ、主弁４２が弁座１５から浮き上がって離れることを防止できる。
【００５０】
また、第１弁体２１が全開位置に位置付けられることにより、第１弁体２１の先端リング部２３は、第２弁体４１の主弁４２の外周縁部４２ａよりも上方に配置される。このことにより、第１弁体２１の先端リング部２３と主弁４２の外周縁部４２ａとの間に開口５５が形成され、第１弁体２１の収容空間部２４が第１弁体２１の周囲の領域５０に開放される。
【００５１】
第１弁体２１が全開位置に位置付けられた後、全閉されていた流量制御弁４０の副弁４４（図３参照）を開く。より具体的には、第２弁体駆動部４７が駆動されて、主弁４２が当接した状態で副弁４４が単体で上昇する。このことにより、第２弁体４１は流量調整状態をとり、蒸気タービン３の流量調整運転が行われる（図４参照）。なお、流量調整運転は、蒸気の流量を絞って蒸気弁装置１０の蒸気入口１２の側の圧力を制御するための圧力制御運転として行うことができる。しかしながら、このことに限られることはなく、流量調整運転は、例えば、蒸気タービン３のタービンロータの回転数を調整するために蒸気タービン３に供給される蒸気の流量を調整するために行うこともできる。
【００５２】
第２弁体４１が流量調整状態となっている間、ボイラ２から蒸気入口１２に供給された蒸気は、副弁４４と着座部４３との間の領域５１を通過して、案内空間４９および通路孔４５を通って蒸気出口１３に流れる。この間、第２弁棒４６の肩部４６ｃが主弁４２の下面に当接しない範囲で副弁４４の着座部４３に対する位置が調整される。このことにより、副弁４４と着座部４３との間の流路面積が調整されて、蒸気の流量が調整される。
【００５３】
また、第２弁体４１が流量調整状態となっている間、依然として、第１弁体２１の先端リング部２３と主弁４２の外周縁部４２ａとの間に開口５５が形成されており、収容空間部２４が、第１弁体２１の周囲の領域５０に開放されている。このことにより、収容空間部２４が、共鳴または共振することを防止している。
【００５４】
流量調整運転が終了すると、第２弁体４１が全開状態に移行し、蒸気タービン３の通常運転が行われる。この場合、第２弁体駆動部４７が駆動されて、第２弁体４１の副弁４４と主弁４２の双方が上昇する。すなわち、第２弁棒４６の肩部４６ｃが主弁４２の下面に当接し、主弁４２が押し上げられる。このことにより、第２弁体４１が全開状態となり、流量制御弁４０が全開して、通常運転を行うことができる。通常運転を行っている間、蒸気弁装置１０とは異なる他の弁を用いて、蒸気タービン３に供給される蒸気の流量を調整するようにしてもよい。
【００５５】
図５に示す形態では、第２弁体４１が全開状態となっている場合においても、第１弁体２１の先端リング部２３が、第２弁体４１の主弁４２の外周縁部４２ａよりも上方に配置されている。このことにより、第１弁体２１の収容空間部２４が第１弁体２１の周囲の領域５０に開放されている。この場合、第２弁体４１を通過する蒸気は、２つの経路で流れる。すなわち、蒸気は、第１の経路として、副弁４４と着座部４３との間の領域５１、案内空間４９および通路孔４５を通って流れ、第２の経路として、主弁４２と弁座１５の第２シート部１５ｂとの間の領域を流れる。なお、第２弁体４１が全開状態となっている場合、上述したように、第１弁体２１の先端リング部２３が、第２弁体４１の主弁４２の外周縁部４２ａの外周側に位置付けられるようにしてもよい。この場合、第２弁体４１を通過する蒸気は、主弁４２と弁座１５の第２シート部１５ｂとの間の領域を流れるようになる。
【００５６】
通常運転から流量調整運転に移行する場合、第２弁体駆動部４７が駆動されて第２弁体４１の副弁４４と主弁４２の双方が下降し、主弁４２が弁座１５の第２シート部１５ｂに当接する。このことにより第２弁体４１が流量調整状態となる（図４参照）。
【００５７】
蒸気タービン３の運転を停止する場合には、流量制御弁４０を全閉にすると共に止め弁２０を全閉する。この場合、まず、第２弁体駆動部４７が駆動されて第２弁体４１の副弁４４が下降し着座部４３に当接する（図３参照）。このことにより、第２弁体４１が全閉状態となり、流量制御弁４０が全閉される。続いて、第１弁体駆動部２６が駆動されて第１弁体２１が下降し、第１弁体２１の先端リング部２３が弁座１５の第１シート部１５ａに当接する（図３の二点鎖線参照）。このことにより、止め弁２０が全閉される。このようにして、蒸気タービン３に供給される蒸気の供給を停止し、蒸気タービン３の運転を停止させることができる。
【００５８】
このように本実施の形態によれば、止め弁２０を構成する第１弁体２１が全開位置に位置付けられている場合に、流量制御弁４０を構成する第２弁体４１が流量調整状態となって、副弁４４が、副弁４４と着座部４３との間の流路面積を調整することにより蒸気の流量が調整される。第２弁体４１が流量調整状態となっている間、第１弁体２１の先端リング部２３と第２弁体４１の主弁４２の外周縁部４２ａとの間に、第１弁体２１の収容空間部２４を第１弁体２１の周囲の領域５０に開放する開口５５が形成される。このことにより、第１弁体２１または第２弁体４１が蒸気の流れによって振動している場合であっても、第１弁体２１の収容空間部２４が共鳴または共振することを防止できる。このため、止め弁２０と流量制御弁４０とが組み合わされた蒸気弁装置１０において、蒸気の流れによって生じ得る振動を低減することができる。
【００５９】
また、本実施の形態によれば、第２弁体４１の副弁４４の外周縁部４４ａは、主弁４２の外周縁部４２ａより内周側に配置されている。このことにより、副弁４４が、蒸気入口１２側から圧力を受ける面積を小さくすることができ、着座部４３に当接していた副弁４４を上昇させるために要する力を低減することができる。このため、副弁４４をスムーズに開くことができる。また、この場合、副弁４４を駆動させる第２弁体駆動部４７の駆動力（油筒力）を低減することもできる。
【００６０】
また、本実施の形態によれば、副弁４４は、副弁４４と着座部４３との間の流路面積を所定の調整範囲内で調整し、第１弁体２１の先端リング部２３と第２弁体４１の主弁４２の外周縁部４２ａとの間に形成される開口５５の流路面積は、副弁４４による流路面積の調整範囲のうちの最大流路面積以上となっている。このことにより、蒸気弁装置１０の蒸気流通路１４内を流れる蒸気の流量を第２弁体４１によって決定することができる。また、この場合、第１弁体２１の収容空間部２４と、第１弁体２１の先端リング部２３の周囲の領域５０との間で蒸気をスムーズに移動させることができ、第１弁体２１または第２弁体４１が蒸気の流れによって振動している場合であっても、収容空間部２４が共鳴または共振することを防止できる。
【００６１】
また、本実施の形態によれば、第２弁体４１の主弁４２から上方に突出する着座部４３は、上方に先細状に延びる傾斜部分４３ａを含んでいる。このことにより、案内空間４９内の蒸気を第２弁体４１の主弁４２の下流側に導く通路孔４５により画定される流路面積を増大させることができる。このため、第２弁体４１の副弁４４による蒸気の流路面積の調整範囲を拡大することができる。
【００６２】
さらに、本実施の形態によれば、第２弁体４１が流量調整状態となっている間、主弁４２は弁座１５の第２シート部１５ｂに当接している。このことにより、蒸気流量の調整を、副弁４４と着座部４３との間の流路面積によって決定することができる。
【００６３】
（第２の実施の形態）
次に、図７を用いて、本発明の第２の実施の形態における蒸気弁装置について説明する。
【００６４】
図７に示す第２の実施の形態においては、第２弁体の着座部から外周側に延びる案内面が、軸線に垂直または傾斜している点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
図７に示すように、第２弁体４１は、着座部４３から外周側に延び、副弁４４と着座部４３との領域に向う蒸気を案内する案内面７０を有している。
【００６６】
案内面７０は、例えば、図７の右側に示しているように、軸線Ｘに垂直とすることが好適である。この場合、案内面７０は水平に形成される。
【００６７】
あるいは、図７の左側に示しているように、案内面７０の軸線Ｘに対する角度θ１が、着座部４３のシート部４３ｂの接線の軸線Ｘに対する角度θ０より大きくなるようにしてもよい。ここで着座部４３のシート部４３ｂとは、着座部４３の表面のうち副弁４４が当接する部分をいう。この場合、例えば、図７の左側に示されているように、案内面７０を、外周側から内周側に向って徐々に高さを低くするように水平面に対して傾斜させることができる。なお、図７においては、案内面７０の形状が、軸線Ｘに対して右側と左側とで異なっている例を示しているが、案内面７０は、図７の右側または左側の形状で、左右対称に形成されることが好ましい。
【００６８】
このように本実施の形態によれば、第２弁体４１の着座部４３から外周側に延びる案内面７０が形成されている。この案内面７０が軸線Ｘに垂直に形成されている場合、副弁４４と着座部４３との間の領域５１に向う蒸気の流線を滑らかにすることができる。このため、副弁４４と着座部４３との間の領域５１へ蒸気をスムーズに流入させて、圧力損失を低減することができる。また、第２弁体４１の案内面７０の軸線Ｘに対する角度θ１が、着座部４３のシート部の接線の軸線Ｘに対する角度θ０より大きい場合においても、副弁４４と着座部４３との間の領域５１に向う蒸気の流線を滑らかにすることができ、圧力損失の低減を図ることができる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
次に、図８を用いて、本発明の第３の実施の形態における蒸気弁装置について説明する。
【００７０】
図８に示す第３の実施の形態においては、副弁の主弁の側に、エッジを含む凹陥部が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図８において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７１】
図８に示すように、副弁４４の主弁４２の側に、凹陥部８０が設けられている。凹陥部８０の周縁に、エッジ８１が形成されている。このエッジ８１によって、副弁４４の表面に沿って流れる蒸気を当該表面から離して（カットさせて）、流れの向きを下向きに変えることができる。
【００７２】
ここで、副弁４４と着座部４３との間の領域５１を通過した蒸気が副弁４４の表面に沿って流れる場合、この蒸気の流れは副弁４４の中心側（軸線Ｘの方向）に向う。このような蒸気の流れは副弁４４の全周にわたって形成されるため、副弁４４の下方の中心付近において、流れが乱れる傾向にある。
【００７３】
しかしながら、上述したように、副弁４４に、エッジ８１を含む凹陥部８０が設けられているため、副弁４４の表面に沿う流れが中心側に向うことを防止できる。このため、副弁４４の下方において、流れが乱れることを防止できる。
【００７４】
凹陥部８０のエッジ８１は、副弁４４と着座部４３との間の領域５１を流れる蒸気に衝撃波が発生する上流側の位置に配置されていることが好適である。また、エッジ８１は、副弁４４と着座部４３との間の領域５１を流れる蒸気の臨界の位置に配置されていることが好適である。
【００７５】
着座部４３のシート径をＤｏとしたとき、エッジ８１の直径Ｄｉは、
Ｄｉ≧０．９×Ｄｏ
とし、着座部４３の内径Ｄｔｈを、
Ｄｔｈ≧０．８×Ｄｏ
とすることが好適である。ここでシート径とは、着座部４３のシート部４３ｂの直径を意味している。
【００７６】
また、エッジ８１の直径Ｄｉは、
Ｄｉ≦Ｄｏ
とし、着座部４３の内径Ｄｔｈは、
Ｄｔｈ≦０．９×Ｄｏ
とすることが好ましい。
【００７７】
このように本実施の形態によれば、副弁４４の主弁４２の側に設けられた凹陥部８０のエッジ８１を、副弁４４と着座部４３との間の領域５１において衝撃波が発生する上流側の位置に配置するとともに、エッジ８１の直径Ｄｉおよび着座部４３の内径Ｄｔｈを、実験によって確認した好ましい上述の数値範囲に設定している。このことにより、副弁４４と着座部４３との間の領域５１における蒸気の流れをスムーズにすることができ、副弁４４、主弁４２などに振動または騒音が生じることを防止できる。さらに、副弁４４の曲率半径Ｒと着座部４３の曲率半径ｒとを、実験によって確認した適正値に設定することにより、副弁４４と着座部４３との間の領域５１における蒸気の流れをより一層スムーズにすることができる。これらのことは、発明者らによる実験によって検証されている。この結果、副弁４４は、高圧かつ低流量の絞り込み状態を長時間維持した場合であっても、副弁４４と着座部４３との間の領域５１における蒸気の流れが不安定になり振動が生じることを抑制できる。
【００７８】
（第４の実施の形態）
次に、図９を用いて、本発明の第４の実施の形態における蒸気弁装置について説明する。
【００７９】
図９に示す第４の実施の形態においては、スリーブに、スリーブの内外を連通する連通孔が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図９において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８０】
図９に示すように、スリーブ３０に、スリーブ３０の内外を連通する連通孔９０が設けられている。この連通孔９０によって、スリーブ３０の内側の空間とスリーブ３０の外側の空間とを連通し、スリーブ３０の内外の圧力差を解消することができる。
【００８１】
すなわち、第１弁体２１が上昇している間、スリーブ３０の内側の空間の容積が、上昇する第１弁体２１によって低減し、当該空間の圧力が増大し得る。しかしながら、スリーブ３０に連通孔９０が設けられていることにより、第１弁体２１の上昇に伴ってスリーブ３０の内側の空間の圧力が増大することを防止できる。
【００８２】
同様に、第１弁体２１が下降している間、スリーブ３０の下降に伴ってスリーブ３０の内側の空間の圧力が低下することを防止できる。
【００８３】
このように本実施の形態によれば、スリーブ３０に連通孔９０が設けられていることにより、第１弁体２１の上昇または下降に伴って、スリーブ３０の内側の空間の圧力が増大または低下することを防止できる。このことにより、第１弁体２１の上昇または下降させるために要する力を低減することができ、第１弁体２１をスムーズに上昇または下降させることができる。また、この場合、第１弁体２１を駆動させる第１弁体駆動部２６の駆動力（油筒力）を低減することもできる。
【００８４】
（第５の実施の形態）
次に、図１０を用いて、本発明の第５の実施の形態における蒸気弁装置について説明する。
【００８５】
図１０に示す第５の実施の形態においては、スリーブが設けられていない点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１０において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８６】
図１０に示すように、本実施の形態においては、スリーブ３０が設けられていない。すなわち、第１弁体２１の弁座１５側とは反対側の部分は、第１弁体２１の周囲の領域５０に露出されている。
【００８７】
ここで、図１２または図１３に示す蒸気弁装置１０においては、第１弁体２１が流量制御弁４０を構成し、第２弁体４１が止め弁２０を構成していた。蒸気タービン３を負荷遮断した場合、第１弁体２１は閉位置に位置付けられ、その後無負荷運転もしくは負荷運転に移行する際に第１弁体２１を開いて流量を調整していた。負荷遮断後の蒸気入口１２における蒸気の圧力は高くなっていた。一方、第１弁体２１を開く際には、第２弁体４１は既に開いており、蒸気出口１３における蒸気の圧力は、蒸気タービン３を介して復水器４により蒸気が引かれているために低くなっていた。このため、第１弁体２１の上流側と下流側との間に生じる圧力差が大きくなり、第１弁体２１を上昇させるために要する力が大きくなるという問題があった。この問題に対処するために、スリーブ３０が設けられていた。このスリーブ３０内の圧力は、負荷遮断後の圧力上昇の影響を受けることが防止される。このことにより、負荷遮断後のスリーブ３０内の空間の圧力を、スリーブ３０外の空間の圧力より小さくすることができ、第１弁体２１を上昇させるために要する力を低減させていた。
【００８８】
しかしながら、本実施の形態においては、第１弁体２１は止め弁２０を構成している。このことにより、第１弁体２１を全開位置に位置付ける際、第２弁体４１は閉状態（すなわち、主弁４２および副弁４４は閉じられている）であるため、第１弁体２１が、蒸気出口１３における圧力低下の影響を受けることが回避できる。このため、第１弁体２１の上流側と下流側との間に生じる圧力差を低減することができる。この結果、第１弁体２１を上昇させるために要する力を低減させることができ、スリーブ３０を省略することが可能となる。更に言うと、負荷遮断後、蒸気入口１２における蒸気の圧力が高くなった場合においても、第１弁体２１に作用する圧力差が増大することを抑制でき、第１弁体２１を上昇させるために要する力を低減することができる。
【００８９】
このように本実施の形態によれば、第１弁体２１の弁座１５の側とは反対側の部分は、第１弁体２１の周囲の領域５０に露出されている。すなわち、第１弁体２１が止め弁２０を構成し、第２弁体４１が流量制御弁４０を構成していることにより、スリーブ３０を省略することができる。このことにより、蒸気弁装置１０の部品点数を低減するとともに、蒸気弁装置１０のコンパクト化に寄与することができる。また、スリーブ３０は、スリーブ３０内を軸線Ｘの方向に移動（または摺動）する第１弁体２１を案内しているため、スリーブ３０を省略した場合、故障要因となりやすい摺動部品の部品数を削減することができ、品質の向上を図ることができる。さらに、第１弁体２１の上流側と下流側とに生じる圧力差を低減することができ、第１弁体２１を上昇させるために要する力を低減することができる。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明による蒸気弁装置は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。
【００９１】
例えば、上述した本実施の形態においては、第２弁体４１が流量調整状態となっている間、副弁４４と着座部４３との間の流路面積が所定の調整範囲内で調整されて、蒸気の流量が調整される例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、第２弁体４１は、副弁４４を有しないように構成されていてもよい。この場合、第２弁体４１の流量調整状態において、主弁４２の弁座１５に対する位置を調整することにより、主弁４２と弁座１５との間の流路面積が調整されて、蒸気の流量が調整されるようになっていてもよい。第２弁体４１が流量調整状態となっている間、第１弁体２１の先端リング部２３と主弁４２の外周縁部４２ａとの間に、第１弁体２１の収容空間部２４を第１弁体２１の周囲の領域５０に開放する開口５５を形成することができ、収容空間部２４が共鳴または共振することを防止できる。
【符号の説明】
【００９２】
２      ボイラ
３      蒸気タービン
７      蒸気供給路
１０    蒸気弁装置
１１    弁ケーシング
１２    蒸気入口
１３    蒸気出口
１４    蒸気流通路
１５    弁座
２０    止め弁
２１    第１弁体
２３    先端リング部
２４    収容空間部
３０    スリーブ
４０    流量制御弁  
４１    第２弁体
４２    主弁
４２ａ  外周縁部
４３    着座部
４３ａ  傾斜部分
４４    副弁
４４ａ  外周縁部
４５    通路孔
４９    案内空間
５０    周囲の領域
５１    副弁と着座部との間の領域
５５    開口
７０    案内面
８０    凹陥部
８１    エッジ
９０    連通孔
【図１】
2015081568.tif 000003
【図２】
2015081568.tif 000004
【図３】
2015081568.tif 000005
【図４】
2015081568.tif 000006
【図５】
2015081568.tif 000007
【図６】
2015081568.tif 000008
【図７】
2015081568.tif 000009
【図８】
2015081568.tif 000010
【図９】
2015081568.tif 000011
【図１０】
2015081568.tif 000012
【図１１】
2015081568.tif 000013
【図１２】
2015081568.tif 000014
【図１３】
2015081568.tif 000015