(57)【要約】【課題】  カバーを圧力容器に固着するボルトの応力を低減する圧力容器カバーを提供する。【解決手段】  本圧力容器カバー（５４）は、カバー（５４）の周囲部分（７４）と、カバー（５４）の第１の側を密封するための周囲部分（７４）の第１の面（８６）と、  第１の側とは反対側のカバー（５４）の第２の側にある第２の面（９４）と、カバー（５４）の第１の側にあり、周囲部分（７４）から半径方向内側に配置され、第１の面（８６）から第２の面（９４）の方向に軸方向に位置がずれている第３の面（７０）と、カバー（５４）の第２の側にあり、周囲部分（７４）から半径方向内側に配置された第４の面（６２）と、カバー（５４）を貫通し、第３の面（７０）及び第４の面（６２）と流体連通する孔（５０）とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器カバー（５４）の周囲部分（７４）と；
前記カバー（５４）の第１の側を密封するための前記周囲部分（７４）の第１の面（８６）と；
前記第１の側とは反対側の前記カバー（５４）の第２の側にある第２の面（９４）と；
前記カバー（５４）の前記第１の側にあり、前記周囲部分（７４）から半径方向内側に配置され、前記第１の面（８６）から前記第２の面（９４）の方向に軸方向に位置がずれている第３の面（７０）と；
前記カバー（５４）の前記第２の側にあり、前記周囲部分（７４）から半径方向内側に配置された第４の面（６２）と；
前記カバー（５４）を貫通し、前記第３の面（７０）及び前記第４の面（６２）と流体連通する孔（５０）とを具備する圧力容器カバー（５４）。
【請求項２】
前記カバー（５４）を貫通し、前記孔（５０）及び前記周囲部分（７４）の外周部（１１６）と流体連通するポート（１１２）を更に具備する請求項１記載の圧力容器カバー（５４）。
【請求項３】
前記周囲部分（７４）にあり、前記第１の面（８６）及び前記第２の面（９４）と流体連通する複数の貫通穴（７８）を更に具備する請求項１記載の圧力容器カバー（５４）。
【請求項４】
前記第１の面（８６）から前記第２の面（９４）までの軸方向距離は、前記第３の面（７０）から前記第４の面（１０８）までの軸方向距離とほぼ等しい請求項１記載の圧力容器カバー（５４）。
【請求項５】
前記第１の面（８６）はほぼ平坦である請求項３記載の圧力容器カバー（５４）。
【請求項６】
前記複数の貫通穴（７８）は、前記第１の面（８６）に対してほぼ垂直であり、前記複数の貫通穴（７８）の垂直度は、前記第３の面（７０）に熱及び圧力が加えられることにより変化しない請求項５記載の圧力容器カバー（５４）。
【請求項７】
前記第３の面（７０）はほぼ平坦である請求項５記載の圧力容器カバー（５４）。
【請求項８】
前記第４の面（６２）はほぼ平坦である請求項７記載の圧力容器カバー（５４）。
【請求項９】
前記第１の面（８６）、前記第３の面（７０）及び前記第４の面（６２）は、互いにほぼ平行である請求項８記載の圧力容器カバー（５４）。
【請求項１０】
孔あき圧力容器カバー（５４）における応力を配分する方法において、
孔（５０）を取り囲む前記カバー（５４）の内面（７０）に加えられる応力を前記カバー（５４）の周囲部分（７４）の厚みに対称に伝達することから成る方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
外部より高い圧力の流体を内部に含むチャンバは、「圧力容器」と呼ばれることが多い。圧力容器は、圧力容器を通る流体の流れを制御する弁を収納するために使用されてもよい。そのような流体の流れは、例えば、蒸気タービン発電装置の場合には、蒸気を搬送するための流れである。圧力容器の内部に弁を収納する場合、例えば、弁の保守点検などの目的で弁を操作するためのカバーが必要になる。カバーは、高圧及び高温並びに圧力変化及び温度変化のサイクルなどにさらされる種々の動作条件の下で、圧力容器に対するシールを形成且つ維持しなければならない。
【０００２】
蒸気タービン発電装置においては、一般に、可変流れ「制御弁」及び常時開状態か閉状態の「止め弁」が使用される。それらの弁が使用される場合、圧力容器の外側から弁を操作できるように、カバーを貫通する孔を設けることが望ましい。圧力容器の外側に作動装置を配置することにより、作動装置を操作しやすくなり、圧力容器に対するカバーの密封状態を妨害しなくて済むようになるため、作動装置の保守点検が簡単になる。
【０００３】
孔を組み込まれたカバーは、非常に分厚く重い金属の板になる傾向がある。厚いカバーは、圧力荷重による応力と、カバーの厚みの両側における温度変化により誘発される熱湾曲とにより発生するカバーの変形を最小限に抑えるために使用される。大きな変形は、低サイクル疲労（ＬＣＦ）によって、カバーを容器に固着するボルト又はカバー自体の損傷を引き起こすおそれがあるので、変形は最小限に抑えられなければならない。
【０００４】
孔を有する圧力容器カバーは、カバーの面に当接する弁構成要素を収容且つ整列させるために、通常は平坦であった。弁の構成要素には、例えば、カバーの外面にある作動装置ヨークや、カバーの内面にあるバランスチャンバ及びブシュホルダなどがある。それらの弁構成要素は孔を取り囲む平坦な面に当接し、外側では作動装置を整列させ、内側では弁頭を弁座に対して整列させる。
【０００５】
しかし、孔を有する厚い平坦なカバーを含む圧力容器には、応力に起因する障害が常時発生する。それらの障害の中に、湾曲応力が周期的に加わることによって起こるＬＣＦボルト障害がある。湾曲応力は、タービンの始動中、高温の蒸気が最初にカバーの内面に到達したときに起こる場合がある。この過渡状態の間、カバーの内面は、温度の上昇につれて、カバーの他の部分が膨張する前に膨張する。この膨張によって、カバーは、圧力容器に向かって内側へ皿形に変形する。そのような皿形変形は、ボルトが貫通しているカバーの周囲部分も皿形に変形させるので、ボルトに湾曲応力が加えられる。
【０００６】
逆に、カバー及びボルトが定常状態動作温度に達し、内面に全蒸気圧力が加えられた後には、カバーは、外側へ皿形に変形することを強いられる。タービン始動条件時とは逆方向へのそのような皿形変形の結果、ボルトに逆方向の湾曲応力が加わる。そのため、蒸気タービンの始動サイクルごとに、カバー及びボルトは、まず、一方向に疲労サイクルを受け、次に逆方向に疲労サイクルを受けることになる。
【特許文献１】米国特許第６，６５５，４０９Ｂ１号公報
【特許文献２】米国特許第４，２４０，５６１号公報
【特許文献３】米国特許第５，５８４，３１５号公報
【特許文献４】米国特許第３，４６０，７１０号公報
【特許文献５】米国特許第３，３８５，４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、当該技術において、カバー及びカバーを圧力容器に固着するボルトに加えられる応力を減少する圧力容器カバーが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示されるのは、カバーの周囲部分と、カバーの第１の側を密封するための周囲部分の第１の面と、第１の側とは反対側のカバーの第２の側にある第２の面と、カバーの第１の側にあり、周囲部分から半径方向内側に配置され、第１の面から第２の面の方向に軸方向に位置がずれている第３の面と、カバーの第２の側にあり、周囲部分から半径方向内側に配置された第４の面と、カバーを貫通し、第３の面及び第４の面と流体連通する孔とを具備する圧力容器カバーに関する装置である。
【０００９】
更に、孔あき圧力容器カバーにおける応力を配分することに関し、孔を取り囲むカバーの内面に加えられる応力をカバーの周囲部分の厚みに対称に伝達することから成る方法が開示される。
【００１０】
以下の説明は、決して、本発明を限定するものと考えられてはならない。添付の図面を参照する場合、同様の要素は同一の図中符号により示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に従った蒸気弁構体が図中符号１０により示される。弁構体１０は、入口１８及び出口２２を有する弁本体１４を含む。弁本体１４に密封自在に装着された弁座２６は、制御弁頭３０又は止め弁頭３４などを受け入れてもよい。入口１８から出口２２まで弁１０を通る流れは、弁頭３０、３４と弁座２６との間の環状開口部を通過する。いずれかの弁頭３０、３４が弁座２６に接触したとき、蒸気の流れは停止される。止め弁頭３４は、止め弁作動装置（図示せず）により止め弁棒３８を介して作動される。止め弁は、完全に開放されるか又は完全に閉鎖されるように設計されており、緊急遮断弁として使用されてもよい。制御弁頭３０は、制御弁作動装置（図示せず）により制御弁棒４２を介して作動される。制御弁は、制御弁頭３０と弁座２６との離間距離に応じて複数の可変閉鎖レベルで閉鎖可能であるように設計されている。制御弁と止め弁とが共通の軸を共有しているため、以上説明した構成は、場合によってはインライン組み合わせ弁と呼ばれることもある。
【００１２】
制御弁棒４２は、カバー５４を貫通する孔５０に押し込まれたブシュ４６と摺動自在に係合する。制御弁作動装置は、作動装置ヨーク５８により、カバー５４に対して位置決めされる。作動装置ヨーク５８は、カバー５４にあるヨーク面６２に当接することにより、制御弁棒４２をブシュ４６及び孔５０と整列させる。ヨーク５８と、ブシュ４６及び孔５０との整列を更に容易にするために、ヨーク面６２は平坦であってもよい。ヨーク面６２は、孔５０及びブシュ４６に対してほぼ垂直である。この垂直構成により、弁棒４２がカバー５４を貫通して、ヨーク面６２に対して垂直に動くように、作動装置に対する整列関係を得ることができる。制御弁棒４２が動くと、その結果、弁頭３０も動き、それにより、弁頭３０と弁座２６との間の環状流れ領域が直接制御されるように、制御弁棒４２は弁頭３０と動作自在に連係している。環状流れ領域は、弁１０を通過する蒸気の流量を制御する。従って、制御弁作動装置を制御することにより、蒸気の流量を直接制御することが可能である。
【００１３】
制御弁棒４２を延出させ、制御弁頭３０を移動して弁座２６と接触させることにより、制御弁は、蒸気の流れを完全に停止してもよい。弁頭３０が弁座２６と接触したときに、弁の閉鎖を確保するためには、弁頭３０を弁座２６と正しく整列させることが必要である。圧力容器内部におけるそのような整列は、バランスチャンバ６６を介して弁頭に対し実行される。バランスチャンバ６６は、孔５０に対して垂直であるカバー５４の内面にある第３の面７０に当接する。第３の面７０は、本明細書においてはチャンバ面とも呼ばれ、平坦であってもよい。弁頭３４の円筒形の外壁８０は、バランスチャンバ６６の円筒形の内壁７６と摺動自在に係合し、それにより、弁頭３０を平坦な面７０に対して垂直な方向に案内する。従って、平坦な面７０、６２を孔５０に対して垂直に形成することにより、作動装置（図示せず）、作動装置ヨーク５８、制御弁棒４２、バランスチャンバ６６及び弁頭３０は、全て、カバー５４に対して整列された状態に保持される。そのため、カバー５４は、弁頭３０と弁座２６との正しい整列を維持する上で重要な構成要素である。弁座２６及びカバー５４は、共に弁本体１４に直接装着されるので、弁本体１４も弁頭３０を弁座２６と整列させる。
【００１４】
図２及び図３を参照すると、カバー５４は周囲部分７４を有する。周囲部分７４は、それを軸方向に貫通する複数の穴７８を有する。穴７８はボルト８２を受け入れる。ボルト８２は、弁本体１４のねじ穴８４と螺合し、それにより、カバー５４を弁本体１４に装着する。カバー５４を弁本体１４に構造装着するのに加えて、弁本体１４に対するカバー５４の密封も実現される。本明細書中では密封面８６と呼ばれるカバー５４の第１の面は、平坦であってもよく、圧力容器本体１４の上部開放部の密封面９０と密封自在に係合する。密封を促進するために、面８６及び９０の間にガスケット（図示せず）が含まれてもよい。密封面８６及び９０は、穴７８及び８４と同一の平面にあってもよいが、段差により別の平面にある場合でも、その構成は本発明の実施形態から逸脱しない。
【００１５】
蒸気の高い圧力に対して密封を維持するためには、カバー５４に対してボルト８２により発生される力を均一に分散させる必要がある。本明細書中では面９４と呼ばれるカバー５４の第２の面は、平坦であってもよく、穴７８に対してほぼ垂直である。面９４は、ボルト８２の頭部が当接するための面を形成する。平坦な面９４は、平坦な面８６とほぼ平行であるが、周囲部分７４の平坦な密封面８６とは反対の側にある。４つの平坦な面６２、７０、８６及び９４は、全て、互いにほぼ平行であり、それにより、孔５０をカバー５４の面に対して垂直に位置決めすると共に、弁本体１４の密封面９０に対して垂直であることにより、先に説明したように、弁頭３０を弁座２６と整列させる。
【００１６】
カバーは、弁の構成要素を整列させるのに加えて、カバーの内面がさらされる高温及び高圧によって発生する応力にも耐えなければならない。本発明の一実施形態は、カバー５４をドーム形にすることにより、それらの応力を配分する。特に、平坦な面６２、７０及び孔５０を含むカバー５４の中央部分１００は、周囲部分７４から軸方向に位置がずれている。十分に湾曲した内面１０４は、中央部分１００の位置がずれた平坦な面７０を周囲部分７４の平坦な面８６と結合する。同様に、十分に湾曲した外面１０８は、本明細書中では第４の面とも呼ばれる中央部分１００の面１０８の平坦な面６２の部分を周囲部分７４の平坦な面９４と結合する。平坦な面８６及び９４の間の厚さ、湾曲した面１０４及び１０８の間の厚さ、並びに平坦な面７０及び６２の間の厚さは、互いにほぼ等しい。言い換えれば、カバー５４の壁は、全体を通してほぼ一定の厚さを有する。
【００１７】
カバー５４がドーム形であることによって、ドーム形ではない平坦なカバーと比較して、カバー５４全体の応力が減少し、更に、ボルト８２に作用する応力も減少する。例えば、加熱中、低温の構体が高温の蒸気にさらされると、蒸気と直接接触している内側の面７０及び１０４が最初に加熱膨張する。先に背景技術の章で説明したように、熱湾曲は平坦なカバーの皿形変形を引き起こす可能性があるが、ドーム形カバーの場合は皿形変形を発生させない。ドーム形カバー５４においては、ドーム形の幾何学的構造上、熱湾曲は起こらない。特に、例えば、膨張する内側の平坦な面７０は、周囲部分７４の平坦な面８６及び９４のほぼ中間に位置しているため、この膨張負荷は、面８６のみに集中するのではなく、周囲部分７４の厚み全体に対称に分散される。応力を対称に分散させることにより、カバー５４を皿形に変形させるように作用する力は、ほとんど存在しなくなる。更に、負荷を周囲部分７４の中央に配分することにより、周囲部分７４の厚み全体がその負荷に耐えるので、その結果、周囲部分７４全体の応力が減少する。
【００１８】
カバー５４からボルト８２に加えられる負荷も、カバー５４のドーム形により減少される。前述のように、周囲部分７４全体に加わる応力が少なくなるため、周囲部分７４はそれほど大きく膨張しない。その結果、穴７８は弁本体１４の穴８４と平行に整列されたままであるので、カバー５４によりボルト８２に加えられる湾曲力は減少される。
【００１９】
カバー５４のドーム形は、カバー５４に作用する圧力により発生される応力も減少する。これは、任意の平坦な形状にリブ構造が追加された場合に得られる剛性の向上と同様に、ドーム形によってカバー５４の剛性が向上するためである。
【００２０】
カバー５４の負荷分散特性が改善されたことにより、同様の適用用途に使用される平坦なカバーと比較して、カバー５４全体を薄く形成でき、製造のための材料の総量が少なくて済む。更に、ドーム形カバー５４において機械加工されなければならない平坦な面の総面積は、同等の平坦なカバーの場合より狭いため、例えば、そのような加工作業を実行するための材料、時間及び労力に費やされる費用も少なくなる。
【００２１】
制御弁のスロットル動作中、高圧／高温の蒸気を送り出す「リークオフ」と呼ばれる特徴が望まれる場合もある。従って、ドーム形カバー５４は、孔５０及び周囲部分７４の外周部１１６と流体連通するポート１１２を含んでもよい。ポート１１２は、外周部１１６にボルト留めされたフランジ１２０に結合された配管（図示せず）を介して、蒸気を大気中又は蒸気回収装置へリークオフしてもよい。ポート１１２が面８６、９４、６２、７０、１０４及び１０８のいずれかに流れ接続されるのを回避するために、ドーム形カバー５４において、ポート１１２は、平坦な面８６に対して角度を成すように形成されてもよい。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態は、製造コストが安くなる、総質量が少なくなる、製造時間が短縮される、耐久性が向上する、耐用年数が延びる、内部の応力及び固着ボルトに加わる応力が減少する、弁構成要素に対する装着面が内外に配置される、並びに皿形変形及び湾曲が減少するなどの利点のうちいくつかを含んでもよい。
【００２３】
実施形態の例を参照して、開示される方法及び装置の実施形態を説明したが、開示される方法及び装置の実施形態の範囲を逸脱せずに、種々の変更を実施でき、要素を等価の要素と置き換えてもよいことは、当業者には理解されるであろう。更に、開示される方法及び装置の本質的範囲から逸脱せずに、特定の状況又は材料を開示される方法及び装置の実施形態の教示に適応させるために、数多くの変形が実施されてもよい。従って、開示される方法及び装置の実施形態は、開示される方法及び装置の実施形態を実施するのに最良の態様であると考えられるとして開示された特定の実施形態に限定されてはならず、開示される方法及び装置の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本明細書中で開示される弁構体を示した部分横断面図である。
【図２】本明細書中で開示されるカバーを示した斜視図である。
【図３】図２のカバーを示した横断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０…蒸気弁構体、１４…弁本体、２６…弁座、３０…制御弁頭、３４…止め弁頭、３８…止め弁棒、４２…制御弁棒、５０…孔、５４…カバー、５８…作動装置ヨーク、６２…ヨークの平坦な面（第４の面）、６６…バランスチャンバ、７０…バランスチャンバの平坦な面（第３の面）、７４…周囲部分、７８…円筒形の外壁、８２…ボルト、８６…平坦な密封面（第１の面）、９４…平坦な面（第２の面）、１０４…湾曲した内面、１０８…湾曲した外面、１１２…ポート
【図１】
2007315603.tif 000003
【図２】
2007315603.tif 000004
【図３】
2007315603.tif 000005