(57)【要約】【課題】高温化および高圧化された蒸気条件においても、熱応力を緩和することができ、蒸気弁の信頼性を維持することができる蒸気弁および蒸気弁の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】弁本体２は、蒸気流入側弁本体２ａと蒸気流出側弁本体２ｂから構成され、弁本体２は、１つの素材から機械加工によって形成される。また、弁本体２は、内外面の全面を機械加工できるように形状の簡素化が図られている。さらに、より蒸気タービン起動時などの熱応力を緩和するために、極力薄肉とするための手段として、弁本体２の最大熱応力が発生する部分に球面体形状を採用し、発生する熱応力そのものの絶対値を低く抑える構造にしている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気の流入孔が穿設され、球状の弁室を有する第１の弁本体と、
前記流入孔の周囲に形成された第１の補強部と、
前記流入孔に連通するように前記第１の弁本体に溶着された蒸気流入部と、
前記第１の弁本体と連通し、蒸気の流出孔が穿設され、球状の弁室を有する第２の弁本体と、
前記流出孔の周囲に形成された第２の補強部と、
前記流出孔に連通するように前記第２の弁本体に溶着された蒸気流出部と
を具備し、
前記第１の弁本体、前記第１の補強部、前記蒸気流入部、前記第２の弁本体、前記第２の補強部および前記蒸気流出部が、機械加工によって形成されたことを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
前記第１の弁本体と前記第２の弁本体とが、同一素材から一体形成されたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁。
【請求項３】
前記蒸気流入部が、前記第１の弁本体の球状の弁室を構成する壁部の一部を有して、該壁部の一部と一体化して構成され、
前記蒸気流出部が、前記第２の弁本体の球状の弁室を構成する壁部の一部を有して、該壁部の一部と一体化して構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の蒸気弁。
【請求項４】
前記第１の弁本体、前記第１の補強部、前記蒸気流入部、前記第２の弁本体、前記第２の補強部および前記蒸気流出部が、鍛鋼部材で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気弁。
【請求項５】
前記第１の弁本体、前記第１の補強部、前記蒸気流入部、前記第２の弁本体、前記第２の補強部および前記蒸気流出部が、鋳鋼部材で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気弁。
【請求項６】
前記第１の弁本体、前記第１の補強部、前記蒸気流入部、前記第２の弁本体、前記第２の補強部および前記蒸気流出部のうちいずれか少なくとも１つが鍛鋼部材で形成され、その残りが鋳鋼部材で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気弁。
【請求項７】
前記第１の弁本体、前記第１の補強部、前記蒸気流入部、前記第２の弁本体、前記第２の補強部および前記蒸気流出部が、ニッケルを重量割合で３５％以上含むニッケル基合金鋼およびコバルトを重量割合で５０％以上含むコバルト基合金鋼のいずれか一方で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気弁。
【請求項８】
蒸気の流入孔が穿設され、球状の弁室を有する弁本体と、
前記流入孔の周囲に形成された補強部と、
前記流入孔に連通するように前記弁本体に溶着された蒸気流入部と、
前記弁本体と一体形成された蒸気流出部と
を具備し、
前記弁本体、前記補強部、前記蒸気流入部および前記蒸気流出部が、機械加工によって形成されたことを特徴とする蒸気弁。
【請求項９】
第１の軸を機械加工の中心軸として、素材を２つの球体が連結した形状に切削する外形形成工程と、
前記外形形成工程によって外周が切削された前記素材に、前記第１の軸を中心軸として貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記第１の軸と直交し、前記外形形成工程で形成された前記２つの球体のうち一方の球体の中心を通る第２の軸を中心軸として、該一方の球体に第１の凹部を切削する第１の凹部形成工程と、
前記第１の凹部形成工程によって形成された凹部を有する前記一方の球体の内部を、前記第２の軸を中心軸として切削し、ほぼ球状の空間を形成し、かつ、前記第１の凹部の開口部の周囲に補強部を形成する第１の空間形成工程と、
前記第１の軸と直交し、前記外形形成工程で形成された前記２つの球体のうち他方の球体の中心を通る第３の軸を中心軸として、該他方の球体に第２の凹部を切削する第２の凹部形成工程と、
前記第２の凹部形成工程によって形成された凹部を有する前記他方の球体の内部を、前記第３の軸を中心軸として切削し、ほぼ球状の空間を形成し、かつ、前記第２の凹部の開口部の周囲に補強部を形成する第２の空間形成工程と、
前記第１の凹部形成工程によって形成された開口部に連通するように前記一方の球体に蒸気流入部を溶着する蒸気流入部溶着工程と、
前記第２の凹部形成工程によって形成された開口部に連通するように前記他方の球体に蒸気流出部を溶着する蒸気流出部溶着工程と
を具備することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【請求項１０】
第１の軸を機械加工の中心軸として、素材を球体形状に切削する外形形成工程と、
前記外形形成工程によって、外周が切削された前記素材に、前記第１の軸を中心軸として貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記第１の軸と直交し、前記外形形成工程で形成された前記球体の中心を通る第２の軸を中心軸として、前記球体に凹部を切削する凹部形成工程と、
前記凹部形成工程によって形成された凹部を有する前記球体の内部を、前記第２の軸を中心軸として切削し、ほぼ球状の空間を形成し、かつ、前記凹部の開口部の周囲に補強部を形成する空間形成工程と、
前記凹部形成工程によって形成された開口部に連通するように前記球体に蒸気流入部を溶着する蒸気流入部溶着工程と
を具備することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンの主蒸気管や再熱蒸気管の高温高圧蒸気の流量制御に適用可能な蒸気弁および蒸気弁の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９６０年代後半に、蒸気圧力２４．１ＭＰａ、蒸気温度５３８／５６６℃の一段再熱の蒸気条件がわが国の事業用火力タービンの標準的なものとして確立されてからは、最近に至るまで事業用火力タービンの画期的な進展はみられなかった。しかし、オイルショック以来、省エネルギー化が強力に推進され、また、その後の地球温暖化問題に対する急速な関心の高まりから火力発電プラントの高効率化が押し進められている。
【０００３】
火力発電プラントにおいて熱効率を上げるためには、蒸気タービンに流入する蒸気の高温化および高圧化が最も有効な手段であり、現在、蒸気圧力３５ＭＰａ、蒸気温度６５０℃以上の蒸気条件の採用が検討されている。
【０００４】
図２６は、従来の蒸気弁２００の断面図を示す。この蒸気弁２００は、弁本体２０１に上蓋２０２をボルト２０３にて固定して構成される圧力容器部２０４と、弁棒２０５が取り付けられた主弁２０６、弁棒２０５を摺動可能に支持する案内片２０７、蒸気中の異物を捕捉するストレーナ２０８および弁本体２０１に固着した弁座２０９から構成される蒸気通路部２１０とから構成されている。
【０００５】
弁棒２０５は、ブランケット２１１を介してボルト２１２により弁本体２０１に固定されたアクチュエータ（図示しない）によって、上下方向に作動させられる。また、案内片２０７は、ボルト２１３によりブランケット２１１に固定されている。
【０００６】
蒸気は、蒸気弁２００の蒸気流入孔２１４から流入し、主弁２０６と弁座２０９の間に形成される流路を通過して、蒸気流出孔２１５から流出する。
【０００７】
従来の蒸気弁２００の弁本体２０１の材料として、クロム、モリブデンを添加することにより高温強度を増し、さらにこれらの添加物による材料表面の不安定現象を抑えるためにバナジウムを添加したクロム−モリブデン−バナジウム鋳鋼材が広く使用されていた。また、従来の弁本体２０１は、図１９に示すように、複雑な形状を有しているので、鋳造による製造が最適の方法とされていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特公平７−５４０８９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の弁本体は、複雑な形状であるために、構造上各部分の肉厚が不均一となり、蒸気タービンの起動時などにおいて、厚肉部の内外面の間の温度差による多大な熱応力が発生するという問題があった。
【００１０】
また、火力発電プラントにおける熱効率の向上のため、蒸気弁に作用する蒸気圧力や蒸気温度を上昇させようとすると、さらに大きな熱応力が発生するという問題があった。
【００１１】
さらに、現在の火力発電プラントにおいて使用されている各種材料の使用限界温度は６００℃程度であるが、火力発電プラントにおける熱効率の向上のため、近い将来さらに、蒸気の高温化および高圧化が進められるのは明らかである。そこで、蒸気の高温化および高圧化に対応することができる蒸気弁の開発が求められている。
【００１２】
そこで本発明は、高温化および高圧化された蒸気条件においても、熱応力を緩和することができ、蒸気弁の信頼性を維持することができる蒸気弁および蒸気弁の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の蒸気弁は、蒸気の流入孔が穿設され、球状の弁室を有する第１の弁本体と、前記流入孔の周囲に形成された第１の補強部と、前記流入孔に連通するように前記第１の弁本体に溶着された蒸気流入部と、前記第１の弁本体と連通し、蒸気の流出孔が穿設され、球状の弁室を有する第２の弁本体と、前記流出孔の周囲に形成された第２の補強部と、前記流出孔に連通するように前記第２の弁本体に溶着された蒸気流出部とを具備し、前記第１の弁本体、前記第１の補強部、前記蒸気流入部、前記第２の弁本体、前記第２の補強部および前記蒸気流出部が、機械加工によって形成されたことを特徴とする。
【００１４】
この蒸気弁によれば、第１の弁本体および第２の弁本体の形状を球状とし、補強部を設けることで、弁本体全体の肉厚を薄く構成することができ、重量を軽減、製作コストの削減を図ることができる。
【００１５】
また、第１の弁本体および第２の弁本体の形状を球状とすることで、発生する熱応力そのものの絶対値を低く抑えることができる。さらに、球状で構成される第１の弁本体および第２の弁本体は、機械加工で製作されるため、壁部の肉厚を均一かつ薄肉化することができるので、蒸気タービン起動時等の熱応力を緩和することができる。これによって、蒸気弁の信頼性を向上させることができる。また、高温化および高圧化された蒸気条件においても、熱応力を緩和することができ、蒸気弁の信頼性を維持することができる。
【００１６】
また、本発明の蒸気弁は、蒸気の流入孔が穿設され、球状の弁室を有する弁本体と、前記流入孔の周囲に形成された補強部と、前記流入孔に連通するように前記弁本体に溶着された蒸気流入部と、前記弁本体と一体形成された蒸気流出部とを具備し、前記弁本体、前記補強部、前記蒸気流入部および前記蒸気流出部が、機械加工によって形成されたことを特徴とする。
【００１７】
この蒸気弁によれば、弁本体の形状を簡素化し、弁本体自体の全長を短くすることができ、重量を軽減、製作コストの削減を図ることができる。
【００１８】
また、蒸気出口管は、機械加工によって弁本体と一体化して製作されるため、弁本体では、熱応力が集中しやすい蒸気出口管の構造溶接部が存在しない。これによって、弁本体における熱応力の集中を回避することができるので、蒸気弁としての品質を格段に向上させることができる。
【００１９】
本発明の蒸気弁の製造方法は、第１の軸を機械加工の中心軸として、素材を２つの球体が連結した形状に切削する外形形成工程と、前記外形形成工程によって外周が切削された前記素材に、前記第１の軸を中心軸として貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記第１の軸と直交し、前記外形形成工程で形成された前記２つの球体のうち一方の球体の中心を通る第２の軸を中心軸として、該一方の球体に第１の凹部を切削する第１の凹部形成工程と、前記第１の凹部形成工程によって形成された凹部を有する前記一方の球体の内部を、前記第２の軸を中心軸として切削し、ほぼ球状の空間を形成し、かつ、前記第１の凹部の開口部の周囲に補強部を形成する第１の空間形成工程と、前記第１の軸と直交し、前記外形形成工程で形成された前記２つの球体のうち他方の球体の中心を通る第３の軸を中心軸として、該他方の球体に第２の凹部を切削する第２の凹部形成工程と、前記第２の凹部形成工程によって形成された凹部を有する前記他方の球体の内部を、前記第３の軸を中心軸として切削し、ほぼ球状の空間を形成し、かつ、前記第２の凹部の開口部の周囲に補強部を形成する第２の空間形成工程と、前記第１の凹部形成工程によって形成された開口部に連通するように前記一方の球体に蒸気流入部を溶着する蒸気流入部溶着工程と、前記第２の凹部形成工程によって形成された開口部に連通するように前記他方の球体に蒸気流出部を溶着する蒸気流出部溶着工程とを具備することを特徴とする。
【００２０】
この蒸気弁の製造方法によれば、蒸気弁の外周面の機械加工の中心軸と内周面の機械加工の中心軸とを別個に設定し、蒸気弁の外周面および内周面を別個に切削することで、第１および第２の凹部の開口部の周囲に補強部を形成することができる。
【００２１】
また、蒸気弁を形成する弁室の形状を球状とし、補強部を設けることで、弁本体全体の肉厚を薄く構成することができ、重量の軽減、製作コストの削減を図ることができる。
【００２２】
また、蒸気弁を形成する弁室を球状とすることで、発生する熱応力そのものの絶対値を低く抑えることができる。さらに、弁本体は、機械加工で製作されるため、壁部の肉厚を均一かつ薄肉化することができるので、蒸気タービン起動時等の熱応力を緩和することができる。これによって、蒸気弁の信頼性を向上させることができる。また、高温化および高圧化された蒸気条件においても、熱応力を緩和することができ、蒸気弁の信頼性を維持することができる。
【００２３】
また、本発明の蒸気弁の製造方法は、第１の軸を機械加工の中心軸として、素材を球体形状に切削する外形形成工程と、前記外形形成工程によって、外周が切削された前記素材に、前記第１の軸を中心軸として貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記第１の軸と直交し、前記外形形成工程で形成された前記球体の中心を通る第２の軸を中心軸として、前記球体に凹部を切削する凹部形成工程と、前記凹部形成工程によって形成された凹部を有する前記球体の内部を、前記第２の軸を中心軸として切削し、ほぼ球状の空間を形成し、かつ、前記凹部の開口部の周囲に補強部を形成する空間形成工程と、前記凹部形成工程によって形成された開口部に連通するように前記球体に蒸気流入部を溶着する蒸気流入部溶着工程とを具備することを特徴とする。
【００２４】
この蒸気弁の製造方法によれば、蒸気弁の弁本体の形状を簡素化し、弁本体自体の全長を短くすることができ、重量の軽減、製作コストの削減を図ることができる。
【００２５】
また、蒸気出口管は、機械加工によって弁本体と一体化して製作されるため、弁本体では、熱応力の集中しやすい蒸気出口管の構造溶接部が存在しない。これによって、弁本体における熱応力の集中を回避することができるので、蒸気弁としての品質を格段に向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の蒸気弁１の概要を図１を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態の蒸気弁１の断面図を示す。図２は、蒸気弁１の弁本体２の断面図を示す。
【００２８】
第１の実施の形態の蒸気弁１は、弁本体２、上蓋３、主弁４、弁棒５、案内片６、弁座７、ストレーナ８、ブラケット９で主に構成されている。
【００２９】
弁本体２は、蒸気流入側弁本体２ａと蒸気流出側弁本体２ｂとから構成される。蒸気流入側弁本体２ａの上部の開口部には、上蓋３がボルト１０にて固定されている。また、蒸気流入側弁本体２ａと蒸気流出側弁本体２ｂとの連通部には、弁座７が固着され、その弁座７と上蓋３との間に蒸気中の異物を捕捉するストレーナ８が設置されている。
【００３０】
主弁４に取り付けられた弁棒５は、案内片６に摺動可能に支持され、ブラケット９を介してボルト１０により蒸気流出側弁本体２ｂに固定されたアクチュエータ（図示しない）によって、上下方向に作動させられる。
【００３１】
蒸気は、蒸気流入側弁本体２ａに開口された蒸気流入孔１１から流入し、主弁４と弁座７の間に形成される流路を通過して、蒸気流出側弁本体２ｂに開口された蒸気流出孔１２から流出する。また、蒸気流入孔１１には蒸気流入管１３が、蒸気流出孔１２には蒸気流出管１４が接続されている。
【００３２】
さらに、蒸気流入側弁本体２ａの内壁の蒸気流入孔１１の周囲には、補強のために補強余肉部１５が設けられている。また、蒸気流入側弁本体２ａの内壁と同様に、蒸気流出側弁本体２ｂの内壁の蒸気流出孔１２の周囲には、補強のために補強余肉部１５が施されている。ここで、補強余肉部１５とは、例えば、蒸気流入側弁本体２ａ側で示すと、蒸気流入側弁本体２ａに蒸気流入孔１１を設けるために蒸気流入側弁本体２ａから取り除かれた体積に相当する蒸気流入側弁本体２ａの構成部材を所定の範囲に補った部分をいう。なお、補強余肉部１５の算出方法などについては、後述する。
【００３３】
なお、補強余肉部１５は、蒸気流入側弁本体２ａや蒸気流出側弁本体２ｂの内壁に形成されることに限らず、蒸気流入側弁本体２ａおよび蒸気流出側弁本体２ｂの外壁に形成されてもよい。
【００３４】
本発明においては、主に蒸気弁１の弁本体２の構成および製造方法を特徴としているので、以下には、主に弁本体２について図２を参照して説明する。
【００３５】
弁本体２の素材は、例えば、大型鋼塊の製造性に優れ高温強度に優れたコバルト基合金鋼などで構成され、鍛造によって形成される。ここで用いられるコバルト基合金鋼は、例えば、コバルトを重量割合で５０％以上含むものなどである。
【００３６】
鍛造部材は、内在欠陥がなく、鋳造部材に比べ鋳造係数等の設計時に考慮すべき許容応力上の余裕を取る必要がないため、薄肉の弁本体２を形成することができる。弁本体２を薄肉で形成することで、熱応力の発生を緩和することができる。しかし、鍛造にて製作したとしても、造形寸法によってはその効果を十分に得ることが困難な場合があるため、本発明の弁本体２は、各部分の肉厚を精度よく仕上げるために、弁本体２の内外面ともに機械加工で製作された。
【００３７】
図２に示した弁本体２は、上述したように、蒸気流入側弁本体２ａと蒸気流出側弁本体２ｂから構成され、弁本体２は、１つの素材から機械加工によって形成される。また、弁本体２は、内外面の全面を機械加工できるように形状の簡素化が図られている。さらに、より蒸気タービン起動時などの熱応力を緩和するために、極力薄肉とするための手段として、弁本体２の最大熱応力が発生する部分に球面体形状を採用し、発生する熱応力そのものの絶対値を低く抑える構造にしている。
【００３８】
また、蒸気流入側弁本体２ａには、蒸気流入孔１１が開口され、蒸気流出側弁本体２ｂには、蒸気流出孔１２が開口されている。弁本体２は、圧力容器でもあり、圧力容器とした場合、弁本体２の胴部に蒸気流入孔１１および蒸気流出孔１２の貫通穴が開口されているため、強度上不十分となる。そこで、弁本体２では、第一種圧力容器構造規格に基づいて、補強余肉部１５が設けられている。
【００３９】
ここで、補強余肉部１５は、弁本体２の胴部に開口された蒸気流入孔１１および蒸気流出孔１２により、これらの付近の構造上の強度が低下するのを避けるための補強部として、蒸気流入孔１１および蒸気流出孔１２の開口部付近に形成される。この補強余肉部１５の最小断面積（Ａ）は、次の式によって求めることができる。
【００４０】
Ａ  ＝  Ｆ×ｔｒ×ｄ  …  式（１）
ここで、ｄは腐食代を除いた穴の最大径、ｔｒは穴のない弁本体２の胴部の計算上必要な厚さ、Ｆは係数であり、ここでは１とする。
【００４１】
図３に、式（１）に基づいて算出した最小断面積で、補強を行った弁本体２０と、弁本体２０の開口部２２に接続された配管２１の断面図の一例を示す。補強余肉部である斜線部Ｂの合計の面積が、式（１）で算出された斜線部Ａの面積と等しくなっている。
【００４２】
このように、最小断面積で蒸気流入孔１１および蒸気流出孔１２の開口部付近を補強することで、弁本体２の全体の肉厚を薄くすることができ、製品としてバランスが取れた形状となり、蒸気弁１の総重量および製作コストをともに最小限に抑えることができる。
【００４３】
（弁本体２の製作方法）
次に、図４乃至１１を参照して、弁本体２の製作方法の一例を説明する。なお、図４乃至１１は、弁本体２の各製作工程における断面図を示している。また、ここでは、弁本体２は、例えば、ＮＣ複合立旋盤などの工作機器を用いて機械加工によって製作される。
【００４４】
図４に示すように、例えば、円柱などの形状をした素材３０のＹ−Ｙ軸を機械加工の中心軸として、素材３０を切削し、２つの球体が連結した形状の部分とその２つの球体のＹ−Ｙ軸方向の両端に円筒部を有する弁本体２の外形を形成する（図５）。
【００４５】
弁本体２の外形が形成された素材３０の中央に、Ｙ−Ｙ軸に沿って貫通孔３１を形成する（図６）。なお、貫通孔３１の径は、ブラケット９によって閉じられる蒸気流出側弁本体２ｂの下部に形成された開口部の径とほぼ等しくしておくことが好ましい。
【００４６】
さらに、蒸気流出側弁本体２ｂに設置される案内片６の固定部、蒸気流入側弁本体２ａと蒸気流出側弁本体２ｂとの連通部に設置される弁座７の固定部および蒸気流出側弁本体２ｂに設置される上蓋３の固定部における径に対応する径で、貫通孔３１をさらに切削する（図７）。
【００４７】
続いて、素材３０は、蒸気流入側弁本体２ａの蒸気流入孔１１を形成するために、Ｙ−Ｙ軸と直交し、蒸気流入側弁本体２ａの中心を通るＸＡ−ＸＡ軸を機械加工の中心軸として、ＸＡ−ＸＡ軸に沿って切削される。そして、その切削は、対向する側に蒸気流入側弁本体２ａの壁部の厚さを残して停止され、その切削によって凹部が形成される（図８）。
【００４８】
また、素材３０は、蒸気流出側弁本体２ｂの蒸気流出孔１２を形成するために、Ｙ−Ｙ軸と直交し、蒸気流出側弁本体２ｂの中心を通るＸＢ−ＸＢ軸を機械加工の中心軸として、ＸＢ−ＸＢ軸に沿って切削される。そして、その切削は、対向する側に蒸気流出側弁本体２ｂの壁部の厚さを残して停止され、その切削によって凹部が形成される（図８）。
【００４９】
次に、ＸＡ−ＸＡ軸を機械加工の中心軸として、素材３０の内部が切削され、ほぼ球状の内壁が形成される（図９）。なお、図９に示すように、蒸気流入孔１１側の内壁部においては、補強余肉部１５を残して切削が行われる。
【００５０】
続いて、ＸＢ−ＸＢ軸を機械加工の中心軸として、素材３０の内部が切削され、ほぼ球状の内壁が形成される（図１０）。なお、図１０に示すように、蒸気流出孔１２側の内壁部においては、補強余肉部１５を残して切削が行われる。図１０に示した工程で、蒸気流入側弁本体２ａおよび蒸気流出側弁本体２ｂから構成される弁本体２が完成する。
【００５１】
次に、蒸気流入側弁本体２ａの蒸気流入孔１１に連通するように、蒸気流入管１３が溶接される。また、蒸気流出側弁本体２ｂの蒸気流出孔１２に連通するように、蒸気流出管１４が溶接される（図１１）。
【００５２】
第１の実施の形態の蒸気弁１によれば、蒸気弁１の外周面の機械加工の中心軸と内周面の機械加工の中心軸とを別個に設定し、蒸気弁１の外周面および内周面を別個に切削することで、内周面の蒸気流入孔１１および蒸気流出孔１２の付近に、計算上必要となる補強余肉部１５を形成することができる。
【００５３】
また、蒸気流入側弁本体２ａおよび蒸気流出側弁本体２ｂの形状を球体とし、補強余肉部１５を設けることで、弁本体２全体の肉厚を薄く構成することができ、重量を軽減、製作コストの削減を図ることができる。
【００５４】
また、蒸気流入側弁本体２ａおよび蒸気流出側弁本体２ｂの形状を球状とすることで、発生する応力そのものの絶対値を低く抑えることができる。
【００５５】
さらに、球状で構成される蒸気流入側弁本体２ａおよび蒸気流出側弁本体２ｂは、機械加工で製作されるため、壁部の肉厚を均一かつ薄肉化することができるので、蒸気タービン起動時等の熱応力を緩和することができる。これによって、蒸気弁の信頼性を向上させることができるとともに、経年的な保守点検を容易に行うことができる。また、高温化および高圧化された蒸気条件においても、熱応力を緩和することができ、蒸気弁の信頼性を維持することができる。
【００５６】
第１の実施の形態の蒸気弁１の弁本体２における蒸気流入孔１１は、図１２に示すように、蒸気流入側弁本体４０ａと一体化された開先部４１を有する短管部４２によって構成されてもよい。また、ＸＡ−ＸＡ軸を機械加工の中心軸として、補強余肉部１５および短管部４２の開先部４１が形成される。そして、短管部４２の開先部４１に蒸気流入管１３が溶接される。
【００５７】
また、図１２には、蒸気流出側弁本体側について図示されていないが、蒸気流入側弁本体２ａと同様に、蒸気流出孔１２が形成される。
このように蒸気流入側弁本体２ａと一体化された開先部４１を有する短管部４２によって蒸気流入孔１１を構成することで、短管部４２の開先部４１と蒸気流入管１３との溶接部の肉厚が平坦となり、非破壊検査を容易に行うことができる。
【００５８】
また、図１３に示すように、蒸気流入管１３および蒸気流出管１４を異径管で構成し、その異径管の径の大きい側を弁本体２に溶接するようにしてもよい。
この場合、蒸気流入孔１１および蒸気流出孔１２の孔径を、図２に示した弁本体２の蒸気流入孔１１および蒸気流出孔１２の孔径よりも大きく開口することができるので、ＸＡ−ＸＡ軸およびＸＢ−ＸＢ軸を中心軸として行う機械加工が容易になり、生産性の向上を図ることができる。
【００５９】
さらに、図２に示された弁本体２では、蒸気流入側弁本体２ａの球状の内壁面および外壁面は、同一中心点に基づいて構成されているが、図１４に示すように、それぞれの中心点を異にして構成されてもよい。
【００６０】
図１４に示された蒸気流入側弁本体２ａでは、内壁面の中心点は、ＸＡ−ＸＡ軸上で、外壁面の中心点よりも蒸気流入孔１１側に位置している。このように、内壁面の中心点を蒸気流入孔１１側に所定の距離ずらすことで、ストレーナ（図示しない）の外周と蒸気流入側弁本体２ａの内壁面との間の蒸気流路を均等に構成することができる。なお、蒸気流出側弁本体２ｂにおいても、蒸気流入側弁本体２ａと同様に、球状の内壁面および外壁面の中心点を異にして構成することもできる。
【００６１】
これまで示した実施の形態の弁本体では、補強余肉部１５は、例えば、図２に示すように、ＸＡ−ＸＡ軸またはＸＢ−ＸＢ軸に対して垂直方向に平面形状の内周面を有して形成されているが、この形状に限るものではない。例えば、図１５に示すように、蒸気流入側弁本体２ａの球状の内壁の半径を、蒸気流入孔１１側に向けて徐々に減少させ、内壁の蒸気流入孔１１側に補強余肉部１５を形成することもできる。これと同様に、蒸気流出側弁本体２ｂの球状の内壁の半径を、蒸気流出孔１２側に向けて徐々に減少させ、内壁の蒸気流出孔１２側に補強余肉部１５を形成することもできる。
【００６２】
ここで使用した弁本体２の素材は、内在欠陥のない鍛造部材であるが、今後の精密な鋳造技術と新規材料開発の進歩にともない、前述の鍛造部材と同等品質の鋳造部材が得られるようになれば、鍛造部材に限らず、鋳造部材も弁本体２を形成する素材として用いることができる。この場合にも、前述した鍛造部材を用いて弁本体２を製作する場合と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、図４乃至１１に弁本体２の製作方法の一例を説明したが、弁本体２の製作方法はこれに限られるものではなく、機械加工によって弁本体２の形状が製作されるものならばよい。
【００６４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の蒸気弁の弁本体５０の概要を図１６および１７を参照して説明する。図１６は、第２の実施の形態の弁本体５０の断面図を示す。図１７は、蒸気流入管５１の斜視図を示す。
【００６５】
図１６に示された弁本体５０は、蒸気流入側弁本体５０ａと蒸気流出側弁本体５０ｂから構成され、弁本体５０は、１つの素材から機械加工によって形成される。また、弁本体５０は、内外面の全面を機械加工できるように形状の簡素化が図られている。さらに、より蒸気タービン起動時などの熱応力を緩和するために、極力薄肉とするための手段として、弁本体５０の最大熱応力が発生する部分に球面体形状を採用し、発生する熱応力そのものの絶対値を低く抑える構造にしている。
【００６６】
また、蒸気流入側弁本体５０ａには、蒸気流入管５１を溶接するための開先部５２を有する開口部が、蒸気流入側弁本体５０ａの球状の内壁の中心点ＯａからＸＡ−ＸＡ軸に対称に角度αに対応して形成される。角度αは、γ×２およびδ×２のうちいずれか小さい方の角度を最大角とし、角度αは、その最大角以下の角度で構成される。ここで、角度γは、上蓋３が固定される面５４に対して垂直な蒸気流入側弁本体５０ａの円筒部の外壁５５と蒸気流入側弁本体５０ａの球状の外壁とが交わる点Ｐと中心点Ｏａとを結んだ直線と、ＸＡ−ＸＡ軸とによって形成される角度である。また、角度δは、蒸気流入側弁本体５０ａと蒸気流出側弁本体５０ｂとの外壁が交わる点Ｑと中心点Ｏａとを結んだ直線と、ＸＡ−ＸＡ軸とによって形成される角度である。
【００６７】
また、蒸気流入側弁本体５０ａと同様に、蒸気流出側弁本体５０ｂには、蒸気流出管５３を溶接するための開先部５２を有する開口部が、蒸気流出側弁本体５０ｂの球状の内壁の中心点ＯｂからＸＢ−ＸＢ軸に対称に角度βに対応して形成される。角度βは、θ×２およびφ×２のうちいずれか小さい方の角度を最大角とし、角度βは、その最大角以下の角度で構成される。ここで、角度θは、ブラケット９が固定される面５６に対して垂直な蒸気流出側弁本体５０ｂの円筒部の外壁５７と蒸気流出側弁本体５０ｂの球状の外壁とが交わる点Ｒと中心点Ｏｂとを結んだ直線と、ＸＢ−ＸＢ軸とによって形成される角度である。また、角度φは、蒸気流入側弁本体５０ａと蒸気流出側弁本体５０ｂとの外壁が交わる点Ｓと中心点Ｏｂとを結んだ直線と、ＸＢ−ＸＢ軸とによって形成される角度である。
【００６８】
第２の実施の形態の弁本体５０の蒸気流入側弁本体５０ａおよび蒸気流出側弁本体５０ｂの開口部の径は、第１の実施の形態の弁本体２の蒸気流入側弁本体２ａの蒸気流入孔１１および蒸気流出側弁本体２ｂの蒸気流出孔１２の径よりも十分に大きく形成することができるので、作業効率を向上することができる。また、蒸気流入側弁本体５０ａおよび蒸気流出側弁本体５０ｂでは、開口部の径が十分に大きいので、補強余肉部５８を弁本体５０の任意な部分に形成することが容易になり、最適な弁本体５０の補強を行うことができる。
【００６９】
蒸気流入管５１は、１つの素材から機械加工によって形成され、内外面の全面を機械加工できるように形状の簡素化が図られている。また、蒸気流入管５１は、蒸気流入側弁本体５０ａの球状の壁部の一部を有して形成されている。
【００７０】
蒸気流入側弁本体５０ａの開口部の開先部５２の面と対向する蒸気流入管５１のテーパ部５１ａは、ＸＡ−ＸＡ軸を中心軸としてほぼ角度αの角度を有している。また、テーパ部５１ａは、蒸気流入側弁本体５０ａの開口部と最適に溶接されるように開先部を有している。さらに、図１６に示すように、蒸気流入管５１は、補強余肉部５８を一体化して機械加工によって形成されている。そして、蒸気流入管５１は、蒸気流入側弁本体５０ａの開口部に溶接される。
【００７１】
蒸気流出管５３は、蒸気流入管５１と同様に、１つの素材から機械加工によって形成され、内外面の全面を機械加工できるように形状の簡素化が図られている。また、蒸気流出管５３は、蒸気流出側弁本体５０ｂの球状の壁部の一部を有して形成されている。
【００７２】
図１６に示すように、蒸気流出側弁本体５０ｂの開口部の開先部５２の面と対向する蒸気流出管５３のテーパ部５３ａは、ＸＢ−ＸＢ軸を中心軸としてほぼ角度βの角度を有している。また、テーパ部５３ａは、蒸気流出側弁本体５０ｂの開口部と最適に溶接されるように開先部を有している。さらに、蒸気流出管５３は、補強余肉部５８を一体化して機械加工によって形成されている。そして、蒸気流出管５３は、蒸気流出側弁本体５０ｂの開口部に溶接される。
【００７３】
弁本体５０、蒸気流入管５１および蒸気流出管５３は、それぞれ別個に機械加工によって製作されるので、例えば、弁本体５０を大型鋼塊の製造性に優れ高温強度に優れたコバルトを重量割合で５０％以上含むコバルト基合金鋼で製作し、蒸気流入管５１および蒸気流出管５３を高温強度に優れたニッケルを重量割合で３５％以上含むニッケル基合金鋼で製作することもできる。また、例えば、弁本体５０を鋳造部材で製作し、蒸気流入管５１および蒸気流出管５３を鍛造部材で製作することもできる。
【００７４】
なお、弁本体５０は、基本的には第１の実施の形態で説明した弁本体２の製作工程と同様の工程で製作される。
【００７５】
このように、構成部品の発生応力（要求強度）に応じて、材料または材料の製造方式を選択して材料を使用することで、最適な蒸気弁を製作することができる。
【００７６】
第２の実施の形態の蒸気弁によれば、蒸気流入管５１および蒸気流出管５３は、弁本体５０の球状の壁部を開口して溶接されるため、壁部の開口径を大きくとることができ、弁本体５０の内部の機械加工が容易になり、生産性の向上を図ることができる。
【００７７】
また、蒸気流入管５１および蒸気流出管５３は、弁本体５０とは別個に、機械加工により補強余肉部５８を一体化して形成されるので、補強余肉部５８の形成が容易で、生産性の向上を図ることができる。さらに、補強余肉部５８の形状を用途に合わせて任意に形成できるので、より的確な補強部を形成することができる。また、蒸気流入側弁本体５０ａおよび蒸気流出側弁本体５０ｂの形状を球体とし、補強余肉部５８を設けることで、弁本体５０全体の肉厚を薄く構成することができ、重量を軽減、製作コストの削減を図ることができる。
【００７８】
さらに、蒸気流入側弁本体５０ａの開口部、蒸気流出側弁本体５０ｂの開口部、蒸気流入管５１のテーパ部５１ａおよび蒸気流出管５３のテーパ部５３ａに開先部を機械加工によって正確に形成することができるので、最適な溶接を行うことができ、溶接部の品質を向上させることができる。
【００７９】
また、球状の蒸気流入側弁本体５０ａおよび蒸気流出側弁本体５０ｂの壁部に開口し、球状部で蒸気流入管５１および蒸気流出管５３が構造溶接されるため、直接的に応力集中の発生する部位を回避することができる。これによって、蒸気流入管５１および蒸気流出管５３の溶接部の品質を格段に向上させることができる。
【００８０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の蒸気弁６０の概要を図１８を参照して説明する。図１８は、第３の実施の形態の蒸気弁６０の断面図を示す。
【００８１】
第３の実施の形態の蒸気弁６０の弁本体６１は、図１に示す第１の実施の形態の蒸気弁１の蒸気流入側弁本体２ａ側のみを用いた構成となっている。
【００８２】
第３の実施の形態の蒸気弁６０は、弁本体６１、上蓋６２、主弁６３、弁棒６４、弁座６５、ストレーナ６６で主に構成されている。
【００８３】
機械加工によって製作された弁本体６１には、蒸気流入孔６８、上部開口部６９および蒸気流出孔７０が開口され、蒸気流入孔６８には、蒸気流入管７１が溶接されている。また、弁本体６１の球状の内壁の蒸気流入孔６８側には、補強余肉部７２が設けられている。
【００８４】
弁本体６１の上部開口部６９には、上蓋６２がボルト６７にて固定されている。また、蒸気弁６０の中心軸であるＹ−Ｙ軸に沿って、上蓋６２に弁棒６４の案内孔が開口されている。弁棒６４の一端には主弁６３が接続され、弁棒６４のＹ−Ｙ軸方向の移動によって、主弁６３と弁座６５との間に形成される蒸気流路の開閉を行う。弁棒６４のＹ−Ｙ軸方向の移動は、アクチュエータなど（図示しない）によって行われる。また、弁座６５と上蓋６２との間に蒸気中の異物を捕捉するストレーナ６６が設置されている。
【００８５】
蒸気は、弁本体６１に開口された蒸気流入孔６８から流入し、主弁６３と弁座６５の間に形成される蒸気流路を通過して、蒸気流出孔７０から流出する。
【００８６】
弁本体６１および蒸気流入管７１は、例えば、高温域で高強度であり小型鋼塊の製造が容易なニッケルを重量割合で３５％以上含むニッケル基合金鋼などで形成されるが、これに限られるものではない。
【００８７】
（弁本体６１の製作方法）
次に、図１９乃至２５を参照して、弁本体６１の製作方法の一例を説明する。なお、図１９乃至２５は、弁本体６１の各製作工程における断面図を示している。また、ここでは、弁本体６１は、例えば、ＮＣ複合立旋盤などの工作機器を用いて機械加工によって製作される。
【００８８】
図１９に示すように、例えば、円柱などの形状をした素材８０のＹ−Ｙ軸を機械加工の中心軸として、素材８０を切削し、球体部とその球体部のＹ−Ｙ軸方向の両端に円筒部を有する形状の弁本体６１の外形を形成する（図２０）。
【００８９】
弁本体６１の外形が形成された素材８０の中央に、Ｙ−Ｙ軸に沿って貫通孔８１を形成する（図２１）。
【００９０】
さらに、弁座６５の固定部における径に対応する径で、貫通孔８１をさらに切削する（図２２）。
【００９１】
続いて、素材８０は、弁本体６１の蒸気流入孔６８を形成するために、Ｙ−Ｙ軸と直交し、弁本体６１の中心を通るＸＡ−ＸＡ軸を機械加工の中心軸として、ＸＡ−ＸＡ軸に沿って切削される。そして、その切削は、対向する側に弁本体６１の壁部の厚さを残して停止され、その切削によって凹部が形成される（図２３）。
【００９２】
次に、弁本体６１において、ＸＡ−ＸＡ軸を機械加工の中心軸として、弁本体６１の内部が切削され、ほぼ球状の内壁が形成される（図２４）。なお、図２４に示すように、内壁の蒸気流入孔６８側は、補強余肉部８２を残して切削が行われる。図２４に示した工程で、弁本体６１が完成する。
【００９３】
続いて、弁本体６１の蒸気流入孔６８に連通するように、蒸気流入管７１が溶接される（図２５）。
【００９４】
第３の実施の形態の蒸気弁６０によれば、弁本体６１の形状を簡素化し、弁本体６１自体の全長を短くすることができ、重量の軽減、製作コストの削減を図ることができる。
【００９５】
また、蒸気出口管は、機械加工によって弁本体６１と一体化して製作されるため、弁本体６１では、熱応力の集中しやすい蒸気出口管の構造溶接部が存在しない。これによって、弁本体６１における熱応力の集中を回避することができるので、蒸気弁６０としての品質を格段に向上させることができる。
【００９６】
さらに、弁本体６１の形状を球体とし、補強余肉部８２を設けることで、弁本体６１全体の肉厚を薄く構成することができ、重量の軽減、製作コストの削減を図ることができる。
【００９７】
なお、第２の実施の形態の蒸気弁の弁本体５０においても、第３の実施の形態の蒸気弁の弁本体６１のように、全長を短くした構成を採用することができる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明の蒸気弁および蒸気弁の製造方法によれば、高温化および高圧化された蒸気条件においても、熱応力を緩和することができ、蒸気弁の信頼性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の蒸気弁の断面図。
【図２】第１の実施の形態の蒸気弁の弁本体の断面図。
【図３】補強を行った弁本体と、弁本体の開口部に接続された配管の一例を示す断面図。
【図４】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図５】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図６】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図７】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図８】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図９】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図１０】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図１１】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図１２】蒸気流入側弁本体の構成の一例を示す断面図。
【図１３】弁本体の構成の一例を示す断面図。
【図１４】弁本体の構成の一例を示す断面図。
【図１５】弁本体の構成の一例を示す断面図。
【図１６】第２の実施の形態の弁本体の断面図。
【図１７】蒸気流入管の斜視図。
【図１８】第３の実施の形態の蒸気弁の断面図。
【図１９】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図２０】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図２１】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図２２】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図２３】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図２４】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図２５】弁本体の製作工程を示す断面図。
【図２６】従来の蒸気弁の断面図。
【符号の説明】
１…蒸気弁
２…弁本体
２ａ…蒸気流入側弁本体
２ｂ…蒸気流出側弁本体
３…上蓋
４…主弁
５…弁棒
６…案内片
７…弁座
８…ストレーナ
９…ブラケット
１０…ボルト
１１…蒸気流入孔
１２…蒸気流出孔
１３…蒸気流入管
１４…蒸気流出管
１５…補強余肉部
【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】
2004232484.tif 000007
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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