(57)【要約】【課題】弁ケーシングに収容するストレーナに、スクリーンを装着し、このスクリーンの強度を高く維持させ、蒸気中に含まれる不純物等を確実に除去する蒸気弁を提供する。【解決手段】本発明に係る蒸気弁１５は、弁ケーシング１８と弁体２４との間に配設されるストレーナ２２の外周部に接合されるスクリーン３６を、板状の多孔板からなるほぼ筒体として形成するとともに、このスクリーン３６を外側に設置される仮設スクリーン３８とその内側に設置される常設スクリーン３７とで構成した。【選択図】  図１
2004316454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気入口部と、
この入口部から流入する蒸気の流量を調整する弁体と、
この弁体を収納するとともに前記蒸気入口部と連通する弁ケーシングと、
前記弁体と弁ケーシングの間に弁体を囲むように配設され、蒸気中に含まれる異物を除去するストレーナと、
このストレーナ外周部に機械的に接合されるスクリーンとから構成される蒸気弁において、
前記スクリーンは、多孔板で形成されたスクリーンを１つまたは複数組合わせて構成することを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
前記スクリーンは、外側に配設される仮設スクリーンと、この仮設スクリーンの内側に配設される常設スクリーンとからなることを特徴とする請求項１記載の蒸気弁。
【請求項３】
前記仮設スクリーンの孔の径は、前記常設スクリーンの孔の径と等しいかそれ以下であることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁。
【請求項４】
前記仮設スクリーンの孔の位置と、前記常設スクリーンの孔の位置とをずらして配設することを特徴とする請求項２記載の蒸気弁。
【請求項５】
前記常設スクリーンは、その上下端を溶接により中間部をリベットにより前記ストレーナに接合するとともに、
前記仮設スクリーンは、中間部に前記リベットを挿通させる挿通孔を有するとともにその上下端を溶接により接合することを特徴とする請求項２記載の蒸気弁。
【請求項６】
前記スクリーンを形成する多孔板の孔は、この円筒を平面に展開したときに、孔の径をｄ、配列ピッチをａとした正三角形状に配列されるとともに、前記ストレーナにおけるスクリーンの配設位置に応じて孔の径ｄと配列ピッチａを任意に選択することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンプラント等に適用する蒸気弁に係り、特に弁ケーシング内に収容し、蒸気中に含まれる不純物や異物等を除去するストレーナに改良を加えた蒸気弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、蒸気タービンプラントでは、機能、用途に応じて大小口径の異なる蒸気弁が数多く使用されている。これらの蒸気弁の中で、例えば、ボイラ等の蒸気発生器と蒸気タービンとの間に設けられている主蒸気止め弁や蒸気加減弁は、圧力１６．６ＭＰａ〜２４．１ＭＰａ、温度５３８℃〜５６６℃の超高圧、超高温の蒸気に晒される関係上、耐圧構造の超大形の蒸気弁になっている。
【０００３】
超高圧、超高温の蒸気に晒される超大形の主蒸気止め弁や蒸気加減弁等の蒸気弁では、弁ケーシング内にストレーナを収容し、このストレーナにより、営業運転前の試運転による通気テスト時、建設、施工作業中に生成される溶接くずや工具等の置き忘れによる弁体への衝突等を防止し、事故の発生を未然に防止している。
【０００４】
このような機能を有するストレーナを収容する蒸気弁は、図８に示すように、ボイラから蒸気入口１を介して案内された主蒸気を、ストレーナ２の蒸気入口１に臨む閉鎖部３に衝突させた後、ストレーナ２の周方向に沿って旋回させ、旋回させた蒸気をストレーナ２の透口４を介してストレーナ２内に流入させ、ここから蒸気出口５を介して蒸気タービンに供給している。
【０００５】
蒸気弁をこのような構造にすることにより、試運転時の蒸気入口１から流入する蒸気中に含まれる異物は、ストレーナ２のスクリーン７に直接当たらないようにしている。特に試運転開始直後には、比較的大きな異物が流れてくることが多々あり、このような異物が直接スクリーン７に衝突すると、スクリーン７を突き破り蒸気弁内部に流入してしまう。そのために、たとえ大きな異物の流入があっても、一度閉鎖部３に衝突させて減速させ、確実にスクリーン７で捕獲ができるようにしている。
【０００６】
したがって、ボイラで生成される比較的微細な酸化スケール等の不純物は、図８および図９に示すように、ストレーナ２の胴体６の周方向に沿って固設するスクリーン７で除去するようになっている。
【０００７】
このスクリーン７は、ストレーナ２の胴体５内の一部に周設する常設スクリーン８、その外側に配置する仮設スクリーン９、その外側に配置する保護スクリーン１０の三重構造になっている。
【０００８】
これら三重構造のスクリーン７のうち、常設スクリーン８は、比較的メッシュを粗くした金網にし、仮設スクリーン９は、比較的メッシュを細かくした金網にし、保護スクリーン１０は、比較的メッシュを粗くした金網にし、図１０に示すように、ストレーナ２の胴体５に対し、リベット１１で固設支持している。
【０００９】
最近の大容量蒸気タービンプラントにおいて、常設スクリーン８は、通常運転時、ボイラ等から生成される酸化スケール等の不純物を除去するためにメッシュの粗い金網を採用し、仮設スクリーン９は、試験運転期間中の不純物を除去するためにメッシュの細かい金網を使用し、保護スクリーン１０は、仮設スクリーン９を保護する観点からメッシュの粗い金網を使用している。
【００１０】
金網のメッシュは、強度、蒸気の圧力損失、不純物の除去性を総合的に勘案して設定されている。
【００１１】
また、三重構造のスクリーン７のうち、仮設スクリーン９と保護スクリーン１０とは、試運転期間中に使用され、試運転期間が過ぎると取り外される。そして、通常運転に入ると、常設スクリーン８は、ストレーナ２の胴体６に対し、再びリベット１１で固設支持される。
【００１２】
なお、蒸気タービンプラントに適用されるインターセプト弁等の蒸気弁にストレーナを設けた例として、特開平１０−８９１３号公報（特許文献１）が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−８９１３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ストレーナに三重構造のスクリーンを周設する蒸気弁では、蒸気中に含まれる不純物や異物等のストレーナ内への流入を確実に防止でき、蒸気タービンに安全かつ安定運転を行わせることができる反面、スクリーンに金網を使用しているため、超高圧、超高温の蒸気による熱衝撃力をまともに受け、長年の使用の結果、金網の伸縮や弛みに伴う振動や騒音が発生し、遂には金網を破損させる等の不具合があった。
【００１５】
また、最近のように、プラント熱効率の向上を求めるあまり、蒸気タービンの蒸気温度をより一層高温化させると、スクリーン自身の許容応力が小さくなってきつつある。このため、強度を強化するあまり、金網の線径を太くすると、メッシュの細かいものが作れず、微細な不純物等を除去できなくなる相反する問題がある。
【００１６】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、ストレーナに周設するスクリーンの強度を高く維持しつつ、微粒な不純物でも確実に除去できる蒸気弁を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、蒸気入口部と、この入口部から流入する蒸気の流量を調整する弁体と、この弁体を収納するとともに前記蒸気入口部と連通する弁ケーシングと、前記弁体と弁ケーシングの間に弁体を囲むように配設され、蒸気中に含まれる異物を除去するストレーナと、このストレーナ外周部に機械的に接合されるスクリーンとから構成される蒸気弁において、前記スクリーンは、多孔板で形成されたスクリーンを１つまたは複数組合わせて構成するものである。
【００１８】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、前記スクリーンは、外側に配設される仮設スクリーンと、この仮設スクリーンの内側に配設される常設スクリーンとからなるものである。
【００１９】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、前記仮設スクリーンの孔の径は、前記常設スクリーンの孔の径と等しいかそれ以下とするものである。
【００２０】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、前記仮設スクリーンの孔の位置と、前記常設スクリーンの孔の位置とをずらして配設するものである。
【００２１】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、前記常設スクリーンは、その上下端を溶接により中間部をリベットにより前記ストレーナに接合するとともに、前記仮設スクリーンは、中間部に前記リベットを挿通させる挿通孔を有するとともにその上下端を溶接により接合するものである。
【００２２】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、前記スクリーンを形成する多孔板の孔は、この円筒を平面に展開したときに、孔の径をｄ、配列ピッチをａとした正三角形状に配列されるとともに、前記ストレーナにおけるスクリーンの配設位置に応じて孔の径ｄと配列ピッチａを任意に選択するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気弁の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る蒸気弁の第１実施形態を示す概略縦断面図である。
【００２５】
本実施形態に係る蒸気弁１５は、例えば主蒸気止め弁と、蒸気加減弁とを一つの弁ケーシングに収容させたいわゆる組合せ構造の大形弁の例である。
【００２６】
本実施形態に係る蒸気弁１５は、主蒸気止め弁に相当する第１弁装置１６を主蒸気の流れの上流側に、蒸気加減弁に相当する第２弁装置１７を第１弁装置１６の下流側にそれぞれ配置するとともに、第１弁装置１６と第２弁装置１７とを一つあるいは共通の弁ケーシング１８内に収容している。
【００２７】
第１弁装置１６は、弁ケーシング１８に第１主蒸気入口１９と、第２弁装置１７の第２主蒸気入口２０に連通する第１主蒸気出口２１とを備えるとともに、内部に酸化スケール等の不純物を除去する筒状のストレーナ２２を収容している。
【００２８】
また、第１弁装置１６は、第１主蒸気出口２１側に設けた第１弁座２３に自在に接離させる第１弁体２４と、第１弁棒２５を介して第１弁体２４を進退駆動させる第１駆動装置２６とを備えている。
【００２９】
ここで、第１弁体２４を進退駆動させる第１駆動装置２６を、第１主蒸気入口１９の軸線と交差する方向で、かつ弁ケーシング１８の外側に設けたのは、弁ケーシング１８内の主蒸気が流れる通路をより広く確保させ、主蒸気の圧力損失を少なくさせるためである。
【００３０】
一方、第２弁装置１７は、弁ケーシング１８の下流側に設けた第２主蒸気出口２７と、この第２主蒸気出口２７側に設けた第２弁座２８に自在に接離させるとともに、スリーブ２９を摺動する第２弁体３０と、第２弁棒３１を介して第２弁体３０を進退駆動する第２駆動装置３２とを備えている。
【００３１】
他方、弁ケーシング１８に収容する第１弁装置１６のストレーナ２２は、図１および図２に示すように、筒状、例えば円筒状の胴体３３の一部、例えば、第１主蒸気入口１９側に臨む領域部分の位置に、主蒸気の流れを止めて周方向に旋回させる閉止部３５と、この閉止部３５の下流側に周方向に沿って形成する透口３４とを有する。胴体３３に形成される透口３４は主蒸気を外側から内側に案内しており、かつ透口３４は第１弁棒２５の軸方向に沿って形成される。。
【００３２】
また、ストレーナ２２は、胴体３３の周方向に沿って略筒状のスクリーン３６を備えている。スクリーン３６はストレーナ２２の透口３４を外側から覆うように装着される。
【００３３】
このスクリーン３６は、図２に示すように、ストレーナ２２の筒状胴体３３内に形成した切込み段部に装着する常設スクリーン３７と、この常設スクリーン３７の外側に重ねて装着した仮設スクリーン３８とから略２重筒形状をなす二重構造になっている。
【００３４】
常設スクリーン３７と仮設スクリーン３８とは、ともに、例えば、材質はステンレス鋼で、板状の多孔板で製作された筒体で、ストレーナ２２の軸方向かつ周方向に沿って数多くの透口３９ａ，３９ｂをメッシュ孔として備えている。
【００３５】
メッシュとしての透口３９ａ，３９ｂ，３９ａ１，３９ａ２，…は、図３に示すように、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８のそれぞれの平面に対し、けがき線Ｅ１，Ｅ２，…で表わした正三角形の交角点Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３を中心とする孔径ｄで穿設されている。なお、常設スクリーン３７に形成する透口３９ａと仮設スクリーン３８に形成する透口３９ｂとは、孔径ｄを同じにしてもよく、透口３９ｂの孔径ｄを透口３９ａの孔径ｄよりも小さくしてもよい。
【００３６】
そして、主蒸気が常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８のそれぞれを通過する空間率Ｓは、孔径ｄを同一とするとき、ある１つの三角形状の領域（図示の斜線部分）Ｔに対して、この領域に占める透口３９の開孔面積Ｄの比率として次式で表すことができる。
【００３７】
【数１】
2004316454.tif 000003
ここで、ａは、透口３９ａ１と隣りの透口３９ａ２とのピッチである。
【００３８】
この（１）式で表わされる空間率Ｓは、従来、金網製の仮設スクリーン等で用いられていたものと同一になっている。また、透孔３９ａの孔径ｄとピッチａとを任意に選択することにより、このスクリーンの空間率を自由に変更することが可能となる。
【００３９】
また、透口３９ａを備える常設スクリーン３７と透口３９ｂを備える仮設スクリーン３８との強度を考察してみると、剪断応力では、｛（三角形状の閉鎖面積Ｔ−透口の開口面積Ｄ）×外圧Ｐ｝と、三角形状の閉鎖面積における透口３９ａ１，３９ａ２，３９ａ３間の三つの長さＬとの比として次式で表わすことができる。
【００４０】
【数２】
2004316454.tif 000004
ここで、ｈは、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８の板厚である。
【００４１】
この（２）式で表わされる剪断応力は、従来の金網製の仮設スクリーン等の強度に較べて板厚ｈを適正に選定すると高い強度を維持することができる。
【００４２】
一方、ストレーナ２２の胴体３３に沿って装着する常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８は、図４に示すように、胴体３３に対し、リベット４１を挿通して固設・支持される。さらに、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８の上下端部は溶接にて固設・支持されている。
【００４３】
このように、本実施形態は、ストレーナ２２の胴体３３に形成する閉止部３５から下流側に向う周方向に沿って常設スクリーン３７と仮設スクリーン３８とを備えるとともに、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８のそれぞれに、けがき線あるいは仮想線で形成した三角形の交角点の位置に透口３４を穿設したので、不純物や異物等による目詰まりを誘起させることもなく、確実かつ安定状態にして主蒸気を蒸気タービンに供給することができる。
【００４４】
また、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８のそれぞれを板状の筒体として形成したため、従来の金網製のスクリーンに比較して大幅に強度が増したため、スクリーンの撓みや破損の可能性が大幅に減少し、従来必要としていた仮設スクリーンの外周側に設けていた保護スクリーンは必要なくなる。
【００４５】
さらに、本実施形態は、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８のそれぞれを透口３４を備える多孔板による筒体あるいは略筒状構造物として形成し、強度を高く維持させたので、主蒸気による衝撃力に対しても充分に対処することができる。
【００４６】
なお、本実施形態は、ストレーナ２２の胴体３３に常設スクリーン３７と仮設スクリーン３８とを重ねて装着したが、この例に限らず、試運転時には常設スクリーン３７と仮設スクリーン３８とを重ねて装着しておき、通常運転して移行した段階で仮設スクリーン３８を取り外してもよく、また、試運転時の当初から常設スクリーン３７のみをストレーナ２２の胴体３３に装着しておいてもよい。主蒸気に含まれる不純物または異物の大小、量等によって選択される。
【００４７】
図５および図６は、本発明に係る蒸気弁の第２実施形態を示す概念図である。
【００４８】
なお、図中、図５は、本実施形態に係る蒸気弁に収容したストレーナの部分縦断面図であり、図６は、図５のＤ−Ｄ矢視方向から見た平面図である。
【００４９】
本実施形態に係る蒸気弁は、ストレーナ２２の胴体３３の周方向に沿って装着した常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８を固設・支持する際、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８を胴体３３に装着後、リベット４１を胴体３３に挿通し、さらに胴体３３に対し、仮設スクリーン３８を取り外すときの作業性を簡素化するために、仮設スクリーン３８にリベット４１の頭部４２が容易に挿通できる挿通孔４３を備えたものである。なお、蒸気弁は、仮設スクリーン３８に形成する挿通孔４３を座グリ孔に代えてもよい。
【００５０】
従来、蒸気弁は、ストレーナ２２の胴体３３に常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８を装着する際、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８にリベット４１を挿通後、胴体３３に対し、常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８の上端部および下端部の周囲に図示しない溶接部を形成し、固設・支持させていた。
【００５１】
しかし、従来の常設スクリーンおよび仮設スクリーンは、ともに金網構造であったため、この溶接部は断続的な溶接部とならざるを得ず、試運転時のスクリーンによる流体振動やそれに伴う騒音の発生源となる場合もあった。さらに、仮設スクリーンは、蒸気タービンが通常運転に移行する際には取り外されて、ストレーナは常設スクリーンのみとされるが、前記のようにリベットと溶接部による２種類による接合では、その取り外し作業に時間と手間がかかり、特にリベットは常設スクリーンも一緒に接合されているため、通常運転に移行する際には、再度常設スクリーンをリベット止めする必要があり、作業工程の短縮を阻害する原因の１つとなっていた。
【００５２】
この蒸気弁１５は、仮設スクリーン３８に挿通孔４３を形成し、リベット４１の頭部４２の挿通を容易にさせたものである。
【００５３】
したがって、この蒸気弁１５では、仮設スクリーン３８にリベット４１の頭部４２を容易に挿通させる挿通孔４３を形成するので、仮設スクリーン３８の胴体３３に対する取付け、取外しを容易に行うことができ、作業効率をより一層改善することができる。
【００５４】
図７は、本発明に係る蒸気弁の第３実施形態を示す展開図である。
【００５５】
本実施形態に係る蒸気弁は、ストレーナの胴体に常設スクリーン３７および仮設スクリーン３８を装着する際、常設スクリーン３７の透口３９ａと仮設スクリーン３８の透口３９ｂとの位置を互いにずらしたものである。
【００５６】
このように、本実施形態は、常設スクリーン３７の透口３９ａと仮設スクリーン３８の透口３９ｂとの位置を周方向に互いにずらしたので、主蒸気が通過する空間率を任意に選定することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る蒸気弁は、ストレーナの胴体に常設スクリーンおよび仮設スクリーン、または常設スクリーンのみのうち、いずれか一方を選択して装着するとともに、常設スクリーンおよび仮設スクリーンのそれぞれを多孔板による板状の筒体として作製し、作製した筒体の常設スクリーンおよび仮設スクリーンのそれぞれに備えた透口を正三角形状に配置して穿設しているので、空間率を自由に設定できるとともに、必要に応じて強度を有す板材を選択することにより、主蒸気による衝撃力に対して充分な強度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気弁の第１実施形態を示す概略縦断面図。
【図２】図１のＣ−Ｃ矢視方向から見て切断した切断断面図。
【図３】本発明に係る蒸気弁に適用するストレーナに装着した常設スクリーンと仮設スクリーンとを示す展開平面図。
【図４】本発明に係る蒸気弁に適用するストレーナに装着した常設スクリーンと仮設スクリーンとの取付け状態を示す図。
【図５】本発明に係る蒸気弁の第２実施形態を示す部分縦断面図。
【図６】図５のＤ−Ｄ矢視方向から見た平面図。
【図７】本発明に係る蒸気弁の第３実施形態を示す展開平面図。
【図８】従来の蒸気弁を示す概略横断面図。
【図９】図８のＡ−Ａ矢視方向から見て切断した切断断面図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ矢視方向から見て切断した切断断面図。
【符号の説明】
１  蒸気入口
２  ストレーナ
３  閉鎖部
４  透口
５  蒸気出口
６  胴体
７  スクリーン
８  常設スクリーン
９  仮設スクリーン
１０  保護スクリーン
１１  リベット
１５  蒸気弁
１６  第１弁装置
１７  第２弁装置
１８  弁ケーシング
１９  第１主蒸気入口
２０  第２主蒸気入口
２１  第１主蒸気出口
２２  ストレーナ
２３  第１弁座
２４  第１弁体
２５  第１弁棒
２６  第１駆動装置
２７  第２主蒸気出口
２８  第２弁座
２９  スリーブ
３０  第２弁体
３１  第２弁棒
３２  第２駆動装置
３３  胴体
３４  透口
３５  閉止部
３６  スクリーン
３７  常設スクリーン
３８  仮設スクリーン
３９ａ，３９ａ１，３９ａ２，３９ａ３，３９ｂ  透口
４０  点付け溶接部
４１  リベット
４２  頭部
４３  挿通孔
【図１】
2004316454.tif 000005
【図２】
2004316454.tif 000006
【図３】
2004316454.tif 000007
【図４】
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【図５】
2004316454.tif 000009
【図６】
2004316454.tif 000010
【図７】
2004316454.tif 000011
【図８】
2004316454.tif 000012
【図９】
2004316454.tif 000013
【図１０】
2004316454.tif 000014