(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気プラントの蒸気配管に蒸気流の各種制御用として設置される蒸気弁としてバタフライ型弁を適用し、このバタフライ型弁は、ケーシングと、このケーシング内の流路を開閉する弁ディスクと、この弁ディスクに連結された回転軸とを備え、前記弁ディスクの弁シート部が前記ケーシングの弁座に対して熱伝達率の小さい構成とされているものにおいて、タービン起動時における初期の弁開動作の際の急加熱による弁ディスク拘束防止手段として、当該弁への蒸気流入前の一定時期に、前記弁ディスクを開とする弁開度指令信号を与える弁制御装置を備えたことを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
請求項１記載の蒸気弁において、弁制御装置は、蒸気流入前の一定時期の弁開度指令信号として、２〜２０％の設定開度指令を与える設定とされていることを特徴とする蒸気弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の蒸気弁において、前記回転軸はケーシングにブッシュを介して摺動可能に支持されているとともに、前記回転軸と前記ブッシュとの熱影響による摺動部拘束防止手段として、これら回転軸と前記ブッシュとの摺動面間隙を０．２５mm以上、１．０mm以下に設定したことを特徴とする蒸気弁。
【請求項４】
請求項１または２記載の蒸気弁において、前記回転軸と前記ブッシュとの熱影響による摺動部拘束防止手段として、これら回転軸と前記ブッシュとの摺動面間隙を０．３mm以上、０．８mm以下に設定したことを特徴とする蒸気弁。
【請求項５】
請求項３または４記載の蒸気弁において、ケーシング内の蒸気配管側からの熱伝達が弁ディスク部位に比べて小さい回転軸配置部位に、前記回転軸の軸心を一定に保持する芯出しリングを設けたことを特徴とする蒸気弁。
【請求項６】
請求項５記載の蒸気弁において、芯出しリングは互いに離間した配置で１対設けられていることを特徴とする蒸気弁。
【請求項７】
請求項５または６のいずれかに記載の蒸気弁において、芯出しリングの摺動面に硬化処理が施されていることを特徴とする蒸気弁。
【請求項８】
請求項７記載の蒸気弁において、芯出しリングはステンレス鋼によって構成されており、かつ摺動面の硬化処理として、窒化処理またはステライト溶着が施されていることを特徴とする蒸気弁。
【請求項９】
請求項３または４のいずれかに記載の蒸気弁において、回転軸およびブッシュの少なくともいずれかの摺動面に硬化処理が施されていることを特徴とする蒸気弁。
【請求項１０】
請求項９記載の蒸気弁において、回転軸およびブッシュの少なくともいずれかがステンレス鋼によって構成されており、かつ摺動面の硬化処理として、窒化処理またはステライト溶着が施されていることを特徴とする蒸気弁。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の蒸気弁において、前記回転軸に弁開閉動作用の回転力を与える弁動作用駆動装置と、当該弁動作用駆動装置に設けられ前記回転軸に対して弁閉方向の付勢力を常時与える弁閉鎖用ばね機構を更に備えるとともに、前記弁閉鎖用ばね機構の閉方向へのばね力を、前記弁動作用駆動装置による開方向への駆動力に対して、１／５以下に設定したことを特徴とする蒸気弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば蒸気発電プラント等に適用される蒸気弁に係り、特にバタフライ型弁により構成される蒸気弁の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、火力発電プラント等の蒸気配管には、蒸気流量、蒸気圧力、蒸気閉止等、蒸気流の各種制御用として蒸気弁が設置されている。このような蒸気流の制御では高シール性が要求されるため、通常ではシール用加圧力を高め易いプラグタイプの弁が多く採用されており、これに比較してシール加圧力を高め難いバタフライ型弁は、あまり適用されなかった。しかし、近年では駆動機構の改良あるいはシート材の材質向上等の面からシール性の向上が図られ、蒸気弁としての適用も可能となってきている。
【０００３】
バタフライ型弁は、構成が比較的簡単であり、小型化を図るうえで好適であること、またコスト低下にも好適であることから、蒸気弁が多数設置される発電プラントにおいては、プラント全体の設備のコンパクト化、低コスト化にも繋がり、大きい利点が得られるものと想定される。
【０００４】
ところで、バタフライ型弁を蒸気弁として高温状況のもとで使用するに際しては、種々の問題がある。すなわち、バタフライ型弁は一般に、ケーシングと、このケーシング内の流路を開閉する弁ディスクと、この弁ディスクに連結された回転軸とを備え、回転軸がケーシングにブッシュを介して摺動可能に支持される構成となっている。そして、蒸気弁として適用する場合には、蒸気の漏洩防止および蒸気流れによる振動抑制の面から、回転軸とブッシュとの摺動面間の間隙が可能な限り小さく設定され、例えば直径方向間隙が０．１５mm以下の微小間隙となっている。
【０００５】
蒸気弁動作時に、この摺動間隙が常に維持されていれば、蒸気弁開閉に関して特に問題はないが、実際にはタービン起動時に弁開動作を行う場合のように、ケーシング温度が低い状態で弁ディスク部に高温の蒸気が急速に供給されて部分的に高温部が生じた時には、回転軸、ブッシュおよびケーシングの熱膨張差、または回転軸の芯ずれ等により、微小間隙の閉鎖による摺動部の拘束、もしくはかじり付き等により、蒸気弁の開閉に支障を来すことがある。
【０００６】
また、弁ディスクとケーシングとは弁シート面を有し、このシートが接触することにより蒸気を閉止するが、蒸気弁全閉状態において、弁ディスクとケーシングのシート部の熱膨張差により弁ディスクとケーシングのシート部とが過度の接触となり、通常の弁開に必要な駆動力を上回り、蒸気弁の開動作に支障を来すこともある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、バタフライ型弁を蒸気プラントの蒸気弁に適用するに際しては、タービン起動時に弁開動作を行うような場合に、回転軸、ブッシュおよびケーシングの熱膨張差、または回転軸の芯ずれ等により、微小間隙の閉鎖による摺動部の拘束やかじり付きにより、蒸気弁の開閉に支障を来すことがある。また、同様の場合に、蒸気弁全閉状態において、弁ディスクとケーシングのシート部の熱膨張差により、弁ディスクとケーシングのシート部とが過度の接触となり、蒸気弁の開動作に支障を来すこともある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、タービン起動時等に蒸気弁摺動部およびシート部等の拘束もしくはかじり付き等を防止することができ、コンパクトかつ低コスト等の利点を有するバタフライ型弁の有効利用が図れる蒸気弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明では、蒸気プラントの蒸気配管に蒸気流の各種制御用として設置される蒸気弁としてバタフライ型弁を適用し、このバタフライ型弁は、ケーシングと、このケーシング内の流路を開閉する弁ディスクと、この弁ディスクに連結された回転軸とを備え、前記弁ディスクの弁シート部が前記ケーシングの弁座に対して熱伝達率の小さい構成とされているものにおいて、タービン起動時における初期の弁開動作の際の急加熱による弁ディスク拘束防止手段として、当該弁への蒸気流入前の一定時期に、前記弁ディスクを開とする弁開度指令信号を与える弁制御装置を備えたことを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１記載の蒸気弁において、弁制御装置は、蒸気流入前の一定時期の弁開度指令信号として、２〜２０％の設定開度指令を与える設定とされていることを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００１１】
請求項３の発明では、請求項１または２記載の蒸気弁において、ケーシング内の蒸気配管側からの熱伝達が弁ディスク部位に比べて小さい回転軸配置部位に、前記回転軸の軸心を一定に保持する芯出しリングを設けたことを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００１２】
請求項４の発明では、請求項１または２記載の蒸気弁において、前記回転軸と前記ブッシュとの熱影響による摺動部拘束防止手段として、これら回転軸と前記ブッシュとの摺動面間隙を０．３mm以上、０．８mm以下に設定したことを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００１３】
請求項５の発明では、請求項３または４記載の蒸気弁において、ケーシング内の蒸気配管側からの熱伝達が弁ディスク部位に比べて小さい回転軸配置部位に、前記回転軸の軸心を一定に保持する芯出しリングを設けたことを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００１４】
請求項６の発明では、請求項５記載の蒸気弁において、芯出しリングは互いに離間した配置で１対設けられていることを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００１５】
請求項７の発明では、請求項５または６のいずれかに記載の蒸気弁において、芯出しリングの摺動面に硬化処理が施されていることを特徴とする蒸気弁を提供する。
請求項８の発明では、請求項７記載の蒸気弁において、芯出しリングはステンレス鋼によって構成されており、かつ摺動面の硬化処理として、窒化処理またはステライト溶着が施されていることを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００１６】
請求項９の発明では、請求項３または４のいずれかに記載の蒸気弁において、回転軸およびブッシュの少なくともいずれかの摺動面に硬化処理が施されていることを特徴とする蒸気弁を提供する。
請求項１０の発明では、請求項９記載の蒸気弁において、回転軸およびブッシュの少なくともいずれかがステンレス鋼によって構成されており、かつ摺動面の硬化処理として、窒化処理またはステライト溶着が施されていることを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００１７】
請求項１１の発明では、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の蒸気弁において、前記回転軸に弁開閉動作用の回転力を与える弁動作用駆動装置と、当該弁動作用駆動装置に設けられ前記回転軸に対して弁閉方向の付勢力を常時与える弁閉鎖用ばね機構を更に備えるとともに、前記弁閉鎖用ばね機構の閉方向へのばね力を、前記弁動作用駆動装置による開方向への駆動力に対して、１／５以下に設定したことを特徴とする蒸気弁を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気弁の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態による蒸気弁の要部構成を示す拡大図であり、図２は全体構成を示す外観図であり、図３は内部構成を示す断面図である。
【００２１】
図２および図３に示すように、本実施形態による蒸気弁はバタフライ型弁として構成されており、流路１ａを有するケーシング１と、このケーシング１内で回動により流路１ａを開閉する弁ディスク２と、この弁ディスク２をケーシング１内で支持して回動させるための回転軸３とを有している。ケーシング１内の流路１ａを囲む部位には弁座４が設けられ、弁閉状態においてこの弁座４の内周縁に弁ディスク３の外周縁が密接し、これら弁ディスク２および弁座４に設けられる肉薄な図示しない弁シートを介して弁閉状態を得るようになっている。
【００２２】
回転軸３の両端は弁ディスク２から突出し、その一端側がブッシュ５を介してケーシング１内に摺動可能に支持されている。回転軸３の他端側は、別のブッシュ６を介してケーシング１内に摺動可能に支持されるとともに、ケーシング１の外部に突出し、例えば油圧シリンダ７およびラック８を有するギア機構９等からなる駆動装置１０に連結されている。そして、油圧シリンダ７によりラック８が例えば突出方向（図１の左方向；矢印ａ方向）に移動する場合に、回転軸３が一方向に回転して弁開動作が行われるようになっている。また、駆動装置１０は、回転軸３に対して弁閉方向の付勢力を常時与える弁閉鎖用ばね機構１１を有している。このばね機構１１は、例えばケース１２内に圧縮コイルばね１３を収納し、この圧縮コイルばね１３によってラック８を開動作時と逆方向（矢印ｂ方向）に押動して回転軸３を前記と逆方向に回動させ、これにより弁閉動作を行わせるようになっている。
【００２３】
このような構成において、本実施形態では、図１に示すように、回転軸３とブッシュ５，６との熱影響による摺動部拘束防止手段１４として、これら回転軸３とブッシュ５，６との摺動面間隙１５を０．２５mm以上、１．０mm以下に設定した構成が採用されている。この摺動面間隙１５の下限値である０．２５mmは、例えばタービン起動時に弁閉状態において蒸気が供給された場合に弁ディスク２部の加熱による熱伝達で回転軸３が熱膨張する度合と、熱伝達が低く、まだ高温とならないケーシング１およびブッシュ５，６の寸法度合との対比から導かれた値である。この値は、回転軸３、ブッシュ５，６およびケーシング１等の材質および寸法等に拘らずに通用することが、実験上で確認されている。また、上限値である１．０mmは、回転軸３の通常回転動作が円滑に行える範囲として実験的に確認された値であり、やはり材料や寸法等に影響されない。なお、最も好ましい回転軸３とブッシュ５，６との摺動面間隙１５は、０．３mm以上、０．８mm以下である。
【００２４】
本実施形態によれば、このように回転軸３とブッシュ５，６との摺動面間隙１５を、回転軸３、ブッシュ５，６およびケーシング１の熱膨脹差を考慮して、回転軸３とブッシュ５，６およびケーシング１の熱膨脹差により間隙が減少した場合でも、予め熱膨張差を考慮して摺動面間隙１５を０．２５mm以上とすることで、熱膨張差が発生した場合でも、必要摺動間隙が確保でき、摺動部の拘束またはかじり付きをなくし、これにより信頼性の高い蒸気弁を提供することができる。
【００２５】
図４は、前記実施形態における応用例を示している。すなわち、ケーシング内１の蒸気配管側からの熱伝達が弁ディスク部位に比べて小さい回転軸配置部位、例えばケーシング１と駆動装置１０との間に、回転軸３の軸心を一定に保持する芯出しリング１６が１対、互いに一定の間隔をあけて設けられている。これらの芯出しリング１６は、熱膨脹差を特に考慮する必要がないことから、回転軸３との摺動面間隙を小さく設定することができる。
【００２６】
そして、このような芯出しリング１６によって回転軸３を支持する構成によれば、回転軸３の軸心が加熱時においても一定に保持できることから、回転軸３の軸心とブッシュ５，６およびケーシング１の軸心とがずれることがなく、これらの摺動部が片当りして回転軸を拘束するような不具合を防止して、軸心が一致した状態のもとで円滑な弁開閉動作が行える。
【００２７】
また、本実施形態においては、回転軸３、ブッシュ５，６および芯出しリング１６等はステンレス鋼、例えばＳＵＳ６３０、Ｃｒ鋼、Ｍｏ鋼等によって構成されている。そして、例えばブッシュ５，６の摺動面には硬化処理として、窒化処理またはステライト溶着が施されている。このような構成によれば、回転軸３とブッシュ５，６とのかじり付き等が材質面から防止でき、さらに信頼性の向上が図れるようになる。なお、硬化処理は回転軸３、ブッシュ５，６および芯出しリング１６等のいずれに施してもよい。
【００２８】
次に、弁開度制御面からの拘束防止手段および方法等について説明する。
【００２９】
図５は蒸気配管における弁配置例を示し、図６はその弁開動作タイミングを概略的に示すグラフである。また、図７は弁制御装置を示す図であり、図８はその弁開動作タイミングを詳細に示すグラフである。なお、図９および図１０は、それぞれ対比のために示した従来の弁制御装置および弁開動作タイミングを示すグラフである。
【００３０】
図５に示したように、蒸気配管１７に上流蒸気止め弁１８が設けられ、その下流側にバタフライ型弁からなる本実施形態の蒸気弁１９が設けられている。そして、図６に示したように、本実施形態ではタービン起動時の蒸気流に対し、上流止め弁１８が開となる以前に、蒸気弁１９が一定の開度で開き始める。そして、上流止め弁１８が全開となった後、蒸気弁１９も全開となる。
【００３１】
詳細に説明すると、図７に示したように、本実施形態では、タービン起動時における初期の弁開動作の際の急加熱による弁ディスク拘束防止手段として弁制御装置２０を備える。この弁制御装置２０は蒸気量（または圧力）制御信号１０１を入力し、それに応じて蒸気弁１９への蒸気流入前の一定時期に、弁ディスク２を開とする弁開度指令信号（タービン起動時設定開度弁開信号）１０２を出力し、その後に通常の弁制御信号１０３を出力する設定となっている。ここで、蒸気流入前の一定時期の弁開度指令信号１０２は、図８に示すように、２〜２０％の開度指令として設定されている。その後この開度指令は、図６で示した上流止め弁１８の開度全開後に、通常の弁制御信号１０３によって全開へと推移する。対比例として示した図９の場合には、制御装置２０ａに制御信号１０１ａが入力すると、通常の弁制御信号１０３ａのみが出力する設定となっており、図１０に示したように、蒸気流入後に、蒸気弁が開き始める。
【００３２】
このような本実施形態の設定によれば、蒸気が蒸気弁１９に至る前（弁付近温度が上昇する前）に、予め少量の開度で蒸気弁１９が開くことで、急加熱による熱膨張に基づく開動作不良を無くし、信頼性の高い運用をすることができる。つまり、従来の設定と異なり、蒸気弁全閉からの開動作時に、高温蒸気により弁ディスク２およびケーシング１の弁シート部に熱膨脹差が発生することが防止され、従来例のように弁ディスク２側が先に熱膨張して弁シート部が過度に接触するようなことがなく、弁シート部の拘束を確実に防止できるようになる。このように、蒸気弁の開時期を蒸気が蒸気弁へ至る前に設定することで、弁シート部の熱膨張差によるシート部の過度な接触を防止することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、閉鎖用ばね機構１１の閉方向へのばね力が、弁動作用駆動装置１０による開方向への駆動力に対して、１／５以下に設定されている。
【００３４】
このように、蒸気弁閉鎖用ばね力を低減する構成とすることによっても、蒸気弁開駆動力を増大することができ、熱膨張差により弁シート部が拘束された時の蒸気弁開動作不良の発生を防止することができる。すなわち、弁シート部の熱膨張差によりシート部が過度な接触となった場合でも、弁開動作のばね力による抵抗を低減させ、これにより蒸気弁開動作不良となることを防止することが可能となる。
【００３５】
本実施形態によれば、以上の各機能により、または各機能を総合することにより、熱膨脹差および軸心ずれによる摺動部の拘束およびかじり付き、あるいは熱膨張差による弁シート部の拘束の発生を確実に防止することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、バタフライ型弁を適用する蒸気弁において、熱膨脹差および軸心ずれによる摺動部の拘束およびかじり付き、あるいは熱膨張差による弁シート部の拘束の発生を防止でき、蒸気弁動作不良を無くして、動作性を向上させることができ、蒸気プラントの動作の信頼性向上とともに、バタフライ型弁のもつコンパクトおよび低コスト等の利点を有効的に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による蒸気弁の要部構成を示す拡大図。
【図２】前記実施形態における全体構成を示す外観図。
【図３】前記実施形態における内部構成を示す断面図。
【図４】前記実施形態の応用例を示す図。
【図５】前記実施形態における蒸気配管における弁配置例を示す図。
【図６】図５の構成による弁開動作タイミングを概略的に示すグラフ。
【図７】前記実施形態における弁制御装置を示す図。
【図８】図７の構成による弁開動作タイミングを詳細に示すグラフ。
【図９】従来の弁制御装置を示す図。
【図１０】前記従来例による弁開動作タイミングを示すグラフ。
【符号の説明】
１  ケーシング
１ａ  流路
２  弁ディスク
３  回転軸
４  弁座
５，６  ブッシュ
７  油圧シリンダ
８  ラック
９  ギア機構
１０  駆動装置
１１  弁閉鎖用ばね機構
１２  ケース
１３  圧縮コイルばね
１４  摺動部拘束防止手段
１５  摺動面間隙
１６  芯出しリング
１７  蒸気配管
１８  上流蒸気止め弁
１９  蒸気弁
２０  弁制御装置
２０ａ  制御装置
１０１  蒸気量（または圧力）制御信号
１０１ａ  制御信号
１０２  弁開度指令信号（タービン起動時設定開度弁開信号）
１０３  弁開度指令信号
１０３ａ  弁制御信号
【図１】
0004028085.tif 000002
【図２】
0004028085.tif 000003
【図３】
0004028085.tif 000004
【図４】
0004028085.tif 000005
【図５】
0004028085.tif 000006
【図６】
0004028085.tif 000007
【図７】
0004028085.tif 000008
【図８】
0004028085.tif 000009
【図９】
0004028085.tif 000010
【図１０】
0004028085.tif 000011