(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主蒸気管に設けられて緊急時に蒸気通路を遮断する主蒸気隔離弁において、
前記蒸気通路を有して弁座が形成された弁箱と、該弁箱に回動自在に設けられて上方に回動して前記蒸気通路を開放する開弁位置と下方に回動して該蒸気通路を閉止する閉弁位置とに移動自在な弁体とを備え、前記弁体の剛性強度と前記弁座の剛性強度とをほぼ同一に設定すると共に、
前記弁体を閉弁方向に付勢するばね部材と、該弁体をその自重及び前記ばね部材の付勢力に抗して開弁方向に移動する弁駆動機構と、前記弁箱に設けられ前記弁体を開弁位置に位置決めする規制突起とを備え、
緊急時に前記弁体がその自重及び前記ばね部材の付勢力のみにより前記弁座に密着して該蒸気通路を完全に閉止する完全閉弁位置に移動できるように、前記弁体の重量及び前記ばね部材の付勢力を設定したことを特徴とする主蒸気隔離弁。
【請求項２】
請求項１記載の主蒸気隔離弁において、前記弁体が完全閉弁位置に移動するための閉弁力を、該弁体が完全閉弁位置に移動するときの機械的な抵抗力の２倍以上に設定したことを特徴とする主蒸気隔離弁。
【請求項３】
請求項１記載の主蒸気隔離弁において、前記弁体が完全閉弁位置に移動するための閉弁力を、該弁体が完全閉弁位置に移動するときの機械的な抵抗力の２倍の閉弁力に所定の余裕力を加算して設定したことを特徴とする主蒸気隔離弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の主蒸気隔離弁が、原子力発電プラントにおける一次系設備の蒸気発生器で発生した蒸気を、二次系設備のタービン発電機に送給連結する主蒸気管に設けられた主蒸気隔離弁であって、
原子力発電プラントの稼働時には、エアシリンダにエアを供給し続けることでこのエアシリンダを作動し、ばね部材の付勢力に抗して弁体を開弁位置へ移動させ弁体が前記規制突起に当接して蒸気通路を開放し、緊急時には、エアシリンダへのエアの供給を停止すると共にエアシリンダ内のエアを排出し、ばね部材の付勢力により弁体を閉弁位置へ移動させ蒸気通路を遮断することを特徴とする原子力発電プラント用の主蒸気隔離弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電プラントの主蒸気管に設けられ、緊急時に蒸気通路を遮断する主蒸気隔離弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントでは、原子炉の熱を取り出して蒸気発生器で蒸気を発生させる原子力蒸気発生設備、所謂、一次系設備と、タービン発電機を中心とした二次系設備とに分けられ、一次系設備の蒸気発生器で発生した蒸気を主蒸気管を用いて二次系設備のタービンに送給しており、この主蒸気管には主蒸気配管破断事故などの緊急時に蒸気通路を遮断する主蒸気隔離弁が設けられている。
【０００３】
従来の主蒸気隔離弁は、蒸気通路が形成された弁箱に弁体が回動自在に設けられ、この弁体は蒸気通路を開放する開弁位置と閉止する閉弁位置とに移動自在であり、ばねにより閉弁方向に付勢支持されている。そして、原子力発電プラントの稼働時には、エアシリンダにエアを供給し続けることでこのエアシリンダを作動し、ばねに抗して弁体を開弁位置と移動して蒸気通路を開放する。一方、主蒸気配管破断事故の発生時には、エアシリンダへのエアの供給を停止すると共にエアシリンダ内のエアを排出し、ばねの付勢力により弁体を閉弁位置に移動して蒸気通路を遮断する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の主蒸気隔離弁にあって、主蒸気配管破断事故の発生時に、弁体をばねの付勢力により閉弁位置に移動して蒸気通路を遮断しているものの、弁体やばねの支持部などの機械的な抵抗、あるいはパッキンの反発力などにより弁体の閉弁力が不足して確実に蒸気通路を遮断することができない虞がある。そこで、ばねの付勢力を大きくして弁体の十分な閉弁力を確保することが考えられるが、この場合、閉弁力が大きすぎて弁体が弁箱の弁座に当接したときに塑性変形してしまうという問題がある。
【０００５】
従って、従来は、主蒸気隔離弁の安全性を十分に確保する必要から手動増締装置が併設されており、主蒸気配管破断事故の発生時に、弁体がばねの付勢力により閉弁位置に移動した後、作業者がこの手動増締装置を用いて蒸気通路を完全に遮断していた。そのため、手動増締装置の併設により主蒸気隔離弁が大型化すると共にコストが増加してしまい、また、作業性も良くなかった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、弁体の変形を阻止すると共に装置の大型化及び高コスト化を防止する一方で、緊急時には蒸気通路を確実に遮断して安全性の向上を図った主蒸気隔離弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の主蒸気隔離弁は、主蒸気管に設けられて緊急時に蒸気通路を遮断する主蒸気隔離弁において、前記蒸気通路を有して弁座が形成された弁箱と、該弁箱に回動自在に設けられて上方に回動して前記蒸気通路を開放する開弁位置と下方に回動して該蒸気通路を閉止する閉弁位置とに移動自在な弁体とを備え、前記弁体の剛性強度と前記弁座の剛性強度とをほぼ同一に設定すると共に、前記弁体を閉弁方向に付勢するばね部材と、該弁体をその自重及び前記ばね部材の付勢力に抗して開弁方向に移動する弁駆動機構と、前記弁箱に設けられ前記弁体を開弁位置に位置決めする規制突起とを備え、緊急時に前記弁体がその自重及び前記ばね部材の付勢力のみにより前記弁座に密着して該蒸気通路を完全に閉止する完全閉弁位置に移動できるように、前記弁体の重量及び前記ばね部材の付勢力を設定したことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明の主蒸気隔離弁では、前記弁体が完全閉弁位置に移動するための閉弁力を、該弁体が完全閉弁位置に移動するときの機械的な抵抗力の２倍以上に設定したことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明の主蒸気隔離弁では、前記弁体が完全閉弁位置に移動するための閉弁力を、該弁体が完全閉弁位置に移動するときの機械的な抵抗力の２倍の閉弁力に所定の余裕力を加算して設定したことを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明の原子力発電プラント用の主蒸気隔離弁では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の主蒸気隔離弁が、原子力発電プラントにおける一次系設備の蒸気発生器で発生した蒸気を、二次系設備のタービン発電機に送給連結する主蒸気管に設けられた主蒸気隔離弁であって、原子力発電プラントの稼働時には、エアシリンダにエアを供給し続けることでこのエアシリンダを作動し、ばね部材の付勢力に抗して弁体を開弁位置へ移動させ弁体が前記規制突起に当接して蒸気通路を開放し、緊急時には、エアシリンダへのエアの供給を停止すると共にエアシリンダ内のエアを排出し、ばね部材の付勢力により弁体を閉弁位置へ移動させ蒸気通路を遮断することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係る主蒸気隔離弁の正面視、図２に図１のII−II断面、図３に図１のIII−III断面、図４に弁体の閉弁力を設定するためのグラフを示す。
【００１３】
本実施形態の主蒸気隔離弁は、原子力発電プラントにおける一次系設備（原子力蒸気発生設備）の蒸気発生器で発生した蒸気を、二次系設備のタービン発電機に送給連結する主蒸気管に設けられており、プラント稼働時には蒸気通路を開放し、主蒸気配管破断事故などの緊急時にはこの蒸気通路を遮断するように構成されている。
【００１４】
この主蒸気隔離弁において、図１乃至図３に示すように、弁箱１１は蒸気入口部１２と蒸気出口部１３とがほぼ直線状をなす蒸気通路１４が形成され、この蒸気通路１４と交差するように上方に延びた開口部１５が形成され、この開口部１５は弁蓋１６が固定されて閉塞されている。この弁箱１１の蒸気通路１４には蒸気出口部１３側にリング状の弁座１７が固定されている。
【００１５】
この弁箱１１の開口部１５には蒸気出口部１３側に収納凹部１８が形成され、この収納凹部１８にスピンドル１９が水平に貫通し、各端部が弁箱１１に固定された軸受２０により回動自在に支持されている。そして、このスピンドル１９の中間部にはアーム２１の基端部が固結される一方、アーム２１の先端部には弁体２２が固定されている。この弁体２２は外径が弁座１７とほぼ同一の円盤形状をなし、上方に回動して蒸気通路１４を開放する開弁位置（図３にて二点鎖線で表す位置）と、下方に回動して蒸気通路１４を閉止する閉弁位置（図３にて実線で表す位置）とに移動自在となっている。この場合、弁箱１１の開口部１５には蒸気入口部１２側に規制突起２３が形成されており、弁体２２は、開弁位置でこの規制突起２３に当接して位置決めがなされる一方、閉弁位置で弁座１７に当接して蒸気通路１４を完全に閉止することができる。
【００１６】
また、弁箱１１の側方にはスピンドル１９を介して弁体２２を回動することで、蒸気通路１４を開閉する弁駆動機構２４が設けられている。即ち、弁箱１１の側部外壁には取付フランジ２５を介して円筒形状をなすシリンダカバー２６が固定され、このシリンダカバー２６の下部にはこれより大径の円筒形状をなすシリンダ２７が固定されている。そして、このシリンダカバー２６にはピストンロッド２８が上下方向に沿って貫通し、ピストンロッド２８の下端部にはシリンダ２７に移動自在に嵌合するピストン２９が固結されている。また、シリンダカバー２６内にはピストン２９との間にばね部材としての圧縮コイルばね３０が介装されている。
【００１７】
一方、ピストンロッド２８の上端部には連結レバー３１の下端部が連結され、この連結レバー３１における湾曲した上端部はスピンドル１９の一端部に連結されている。また、スピンドル１９の他端部の軸受２０にはこのスピンドル１９の回動角度から弁体２２の開弁位置及び閉弁位置を検出する位置センサ３２が装着されている。そして、シリンダ２７内はピストン２９により空気室３３が形成されており、この空気室３３には配管３４を介して給気弁３５と排気弁３６が並列に接続され、給気弁３５にはアキュムレータ３７とコンプレッサ３８が接続されている。
【００１８】
従って、給気弁３５を開放して排気弁３６を閉止した状態で、コンプレッサ３８を駆動して配管３４を通して空気室３３にエアを供給すると、ピストン２９が圧縮コイルばね３０の付勢力に抗して押し上げられ、ピストンロッド２８を上方に移動する。すると、連結レバー３１を介してスピンドル１９が図３にて時計回り方向に回動し、アーム２１を介して弁体２２を上方に回動することで、蒸気通路１４を開放する開弁位置に移動することができる。
【００１９】
一方、給気弁３５を閉止して排気弁３６を開放すると、圧縮コイルばね３０の付勢力によりピストン２９が押し上げられて空気室３３内のエアが配管３４を通して排出され、ピストンロッド２８を下方に移動する。すると、連結レバー３１を介してスピンドル１９が図３にて反時計回り方向に回動し、アーム２１を介して弁体２２を下方に回動することで、蒸気通路１４を閉止開放する閉弁位置に移動することができる。
【００２０】
また、シリンダ２７の下端部にはこれより小径の円筒形状をなす油圧シリンダ３９が固定され、下部にはヘッドカバー４０が固定されている。シリンダ２７内のピストン２９の下面には連結ロッド４１が連結され、下端部がこの油圧シリンダ３９内に貫通し、移動自在に嵌合するピストン４２に固結されている。このピストン４２は油圧シリンダ３９内を２つの油室４３，４４に区画し、油室４３，４４同志がピストン４２に形成されたオリフィス孔４５により連通している。ヘッドカバー４０には中央部には貫通孔４６が形成され、この貫通孔４６を塞ぐようにラプチャーディスク４７が位置し、ホルダ４８により固定されており、ホルダ４８に貫通孔４６に対向して貫通孔４９が形成されている。
【００２１】
従って、空気室３３に対するエアの給排や圧縮コイルばね３０の付勢力によりピストン２９、ピストンロッド２８、連結レバー３１、スピンドル１９等を介して弁体２２が開弁位置と閉弁位置との間で回動するとき、ピストン４２が油圧シリンダ３９内で移動し、潤滑油がオリフィス孔４５を介して各油室４３，４４を流動することとなり、弁体の開閉動作を減衰することができる。そして、ラプチャーディスク４７は所定の圧力を受けたときに破裂するようにその強度が設定されており、弁体２２の閉止動作に油室４４の内圧が上昇してこの内圧が所定圧を越えるとラプチャーディスク４７が破裂し、油室４４の潤滑油が貫通孔４６，４９を通して排出され、弁体２２を適正に閉止動作させることができる。
【００２２】
このように構成された本実施形態の主蒸気隔離弁では、主蒸気配管破断事故などの緊急時に、弁体２２がその自重及び圧縮コイルばね３０の付勢力のみにより弁座１７に密着し、蒸気通路１４を完全に閉止する完全閉弁位置に移動できるように、この弁体２２の重量及び圧縮コイルばね３０の付勢力が設定されている。この場合、弁体２２が開弁位置から完全閉弁位置に回動するとき、弁体２２の支持部、つまり、スピンドル１９の軸受２０や弁駆動機構２４、あるいはシールやパッキンの反発力などの機械的な抵抗力に打ち勝つ完全閉弁力が必要となる。
【００２３】
この機械的に抵抗力は主蒸気隔離弁の構造や材料などを検討することで設定される。本実施形態では、図４に示すように、機械的な抵抗力に打ち勝つ閉弁力をこの抵抗力の２倍以上に設定している。但し、長期の使用による各摺動部分での汚染やシールの劣化などによって抵抗力が増大する虞があるため、この閉弁力を抵抗力の２倍に所定の余裕力を加算して設定することが望ましく、このときの完全閉弁力は抵抗力の３倍弱となる。従って、このように設定された完全閉弁力を弁体２２の重量と圧縮コイルばね３０の反発力とに振り分ければよい。
【００２４】
また、緊急時には、弁体２２が直ちに完全閉弁位置に移動することが必要であり、この弁体２２は大きな力で弁座１７に当接することとなる。そのため、本実施形態では、弁体２２の剛性強度と弁座１７の剛性強度とをほぼ同一の剛性強度となるように設定することで、弁体２２が弁座１７に当接するときの互いの塑性変形を抑制するようにしている。具体的には、弁体２２を厚肉化して重量を増加することで、剛性強度を弁座１７の剛性強度まで向上し、圧縮コイルばね３０の線径及びコイル径を大きくしてばね力を向上させている。なお、圧縮コイルばね３０のサイズアップによりシリンダ２７の内径が大きくなるが、閉弁時間が長くならないように排気ラインを複数設けることが望ましい。
【００２５】
このように本実施形態の主蒸気隔離弁にあっては、弁体２２がその自重及び圧縮コイルばね３０の付勢力のみにより弁座１７に密着し、蒸気通路１４を完全に閉止する完全閉弁位置に移動できるように、弁体２２の重量及び圧縮コイルばね３０の付勢力を設定しており、この場合、閉弁力を弁体２２が閉弁位置に回動するときの機械的な抵抗力の２倍以上、特に、２倍の抵抗力に所定の余裕力を加算した値に設定するようにし、この完全閉弁力を弁体２２の重量と圧縮コイルばね３０の反発力とに振り分けている。
【００２６】
従って、主蒸気配管破断事故などの緊急時には、弁体２２がその自重及び圧縮コイルばね３０の付勢力のみにより適正に弁座１７に密着うる完全閉弁位置に移動することとなり、弁体２２は蒸気通路１４を確実に閉止することができ、安全性を向上することができる。
【００２７】
そして、この弁体２２の剛性強度を弁座１７の剛性強度とほぼ同一となるように設定しており、弁体２２が完全閉弁位置に移動したときに、この弁体２２が弁座１７に当接するが、剛性強度がほぼ同一であるために両者の塑性変形を抑制することができ、装置の大型化及び高コスト化を防止することができる。
【００２８】
なお、上述の実施形態では、弁体２２を閉弁方向に付勢する圧縮コイルばね３０を、弁体２２を開弁方向に移動する弁駆動機構２４内に設けたが、圧縮コイルばね３０をねじりコイルばねとしてアーム２１に設けてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の主蒸気隔離弁によれば、主蒸気管に設けられて緊急時に蒸気通路を遮断する主蒸気隔離弁において、前記蒸気通路を有して弁座が形成された弁箱と、該弁箱に回動自在に設けられて上方に回動して前記蒸気通路を開放する開弁位置と下方に回動して該蒸気通路を閉止する閉弁位置とに移動自在な弁体とを備え、前記弁体の剛性強度と前記弁座の剛性強度とをほぼ同一に設定すると共に、前記弁体を閉弁方向に付勢するばね部材と、該弁体を開弁方向に移動する弁駆動機構と、前記弁箱に設けられ前記弁体を開弁位置に位置決めする規制突起とを備え、緊急時に前記弁体がその自重及び前記ばね部材の付勢力のみにより前記弁座に密着して該蒸気通路を完全に閉止する完全閉弁位置に移動できるように、前記弁体の重量及び前記ばね部材の付勢力を設定したので、弁体の変形を阻止すると共に装置の大型化及び高コスト化を防止する一方で、緊急時には蒸気通路を確実に遮断して安全性の向上を図ることができる。
【００３０】
請求項２の発明の主蒸気隔離弁によれば、弁体が完全閉弁位置に移動するための閉弁力を弁体の機械的な抵抗力の２倍以上に設定したので、緊急時には弁体を適正に閉弁位置に移動して蒸気通路を確実に遮断することができる。
【００３１】
請求項３の発明の主蒸気隔離弁によれば、弁体が完全閉弁位置に移動するための閉弁力を弁体の機械的な抵抗力の２倍の閉弁力に所定の余裕力を加算して設定したので、長期の使用による各摺動部分での汚染やシールの劣化などにより抵抗力が増大した場合であっても、弁体を適正に閉弁位置に移動して蒸気通路を確実に遮断することができる。
【００３２】
請求項４の発明の主蒸気隔離弁によれば、弁体の剛性強度と弁座の剛性強度とをほぼ同一に設定したので、弁体が閉弁位置に移動して弁座に当接したときの両者の塑性変形を抑制することができ、装置の大型化及び高コスト化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る主蒸気隔離弁の正面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】弁体の閉弁力を設定するためのグラフである。
【符号の説明】
１１  弁箱
１４  蒸気通路
１７  弁座
１９  スピンドル
２１  アーム
２２  弁体
２４  弁駆動機構
３０  圧縮コイルばね（ばね部材）
４７  ラプチャーディスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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