(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンの蒸気を制御する蒸気弁であって、弁体を収容する蒸気弁本体の外側に取付面が設けられ、前記取付面から前記蒸気弁本体の内部に向かって延びるネジ穴が前記蒸気弁本体に直接形成され、前記ネジ穴に螺合するボルトを用いて前記蒸気弁本体が支持部材に固定され、使用時に、前記蒸気弁本体の内部を通流する高温蒸気により前記蒸気弁本体の内側と外側に生じる温度差によって前記取付面に熱応力としての引張応力が発生するものにおいて、
前記取付面の前記ネジ穴の入口側にザグリ穴が設けられ、前記ザグリ穴の輪郭が直線部分を含んでおり、前記直線部分が前記ザグリ穴の入口近傍における主応力作用方向と平行である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、蒸気タービンの蒸気を制御するための蒸気弁に係り、特に、支持部材に対する蒸気弁本体の取付構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所の蒸気タービンにおいて、タービンケーシングより蒸気通路の上流側に配置される蒸気弁は、固定用のサポート取付部（支持部材）を介して固定される。サポート取付部としては、蒸気弁弁本体すなわちケーシングに直接溶接されるタイプと蒸気弁本体にボルトによって固定されるタイプとがある。
【０００３】
後者のボルト固定タイプのものでは、図５及び図６に示すように、図示しない弁体を収容する蒸気弁本体２に、その軸線２ａ方向に平行な取付面３が設けられている。この取付面３には、植え込みボルト用のネジ穴４が形成されている。
【０００４】
このタイプの蒸気弁１を固定する際には、図７に示すように、取付面３に、前記サポート取付部としてのブラケット２０が、ボルト２１およびナット２２により固定され、このブラケット２０が建屋内でハンガーされる。
【０００５】
通常の使用条件下においては、蒸気弁本体２の内部には高温蒸気が通流する一方で、蒸気弁本体２の外面は建屋内の雰囲気にさらされているため、蒸気弁本体２の内側と外側には温度差が生じ、その結果、蒸気弁本体２には熱応力が作用する。この熱応力は蒸気弁内面では圧縮応力、外面では引張応力となるが、取付面３のネジ穴４の入口側の穴縁には応力集中により取付面３の平坦部に作用する応力よりも高応力が作用することになる。この応力集中によりネジ穴４の穴縁には経年的にクリープによる亀裂が進展することになり、蒸気弁本体２の寿命を縮める要因となりうる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実状に鑑みなされたものであり、蒸気弁本体の取付面のネジ穴の穴縁の亀裂発生を抑制することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、蒸気タービンの蒸気を制御する蒸気弁であって、弁体を収容する蒸気弁本体の外側に取付面が設けられ、前記取付面から前記蒸気弁本体の内部に向かって延びるネジ穴が前記蒸気弁本体に直接形成され、前記ネジ穴に螺合するボルトを用いて前記蒸気弁本体が支持部材に固定され、使用時に、前記蒸気弁本体の内部を通流する高温蒸気により前記蒸気弁本体の内側と外側に生じる温度差によって前記取付面に熱応力としての引張応力が発生するものにおいて、前記取付面の前記ネジ穴の入口側にザグリ穴が設けられ、前記ザグリ穴の輪郭が直線部分を含んでおり、前記直線部分が前記ザグリ穴の入口近傍における主応力作用方向と平行とした蒸気弁を提供する。
【０００８】
本発明によれば、ネジ穴の入口側にザグリ穴が設けられているため、ネジ穴の穴縁と蒸気弁本体の内面との距離を少なくすることができ、ネジ穴の穴縁と蒸気弁本体の内面との温度差を低減でき、これによりネジ穴の穴縁に作用する熱応力を軽減することができる。また、ザグリ穴を設けることにより応力集中を軽減することができる。特に、ザグリ穴の断面の輪郭が直線部分を含んでおり、この直線部分を前記ザグリ穴の入口近傍における主応力作用方向と略平行に設定しているため、主応力方向に関するザグリ穴の曲率半径は無限大となり、応力集中を最小にすることができる。
【０００９】
なお、前記ネジ穴の中心位置はザグリ穴の中心位置から前記主応力作用方向に沿ってずれていてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。なお、以下の説明においては、従来技術を説明する図５乃至図７に表示した部材と同一の部材については同一符号を付すものとする。
【００１１】
図１及び図２に示すように、蒸気弁本体２の取付面３には、取付面３から蒸気弁本体２の内部に向かって延びるネジ穴４が複数形成されている。ネジ穴４の入口側すなわち取付面３側には、ザグリ穴１０（またはザグリ穴１０Ａ）が形成されている。
【００１２】
従来技術の項で説明したように、蒸気弁１の使用時には蒸気弁本体２に熱応力が作用するが、この場合の熱応力については図３に示すように円筒形状の物体に作用する熱応力で概略説明することができる。一般的に、図３上段に示すような円筒形状の物体において内面側に高温高圧の流体が存在する場合には、断面に沿った温度勾配は図３中段のグラフのようになり、そのとき発生する熱応力は断面方向で見ると図３下段のグラフに示すような分布を持つことが知られている。つまり外表面では最も高い引張力を示すが、逆に内表面では最も高い圧縮力を示す。
【００１３】
従って、取付面２１のネジ穴４の入口側にザグリ穴１０（１０Ａ）を設けることにより、ネジ穴４の穴縁が取付面２１（図４のモデルの円筒形状の外表面に相当）より内部側に移動したために、ネジ穴４の穴縁における応力値はザグリ穴１０（１０Ａ）なしの場合に比べて小さくなる。なお、ザグリ穴１０（１０Ａ）の深さＣ（図２（ｂ）参照）の最適値の決定は、実験的に及び／又は数値解析により求めればよい。
【００１４】
図２（ａ）はザグリ穴１０の形状の詳細を示す図であり、この図２（ａ）に示すように、ザグリ穴１０の穴縁は、一対の直線部分１１，１１と、これら直線部分１１の両端を連結する一対の半円部分１２，１２とを有する長円形の輪郭を有している。なお、図示された実施形態においては、ザグリ穴１０の輪郭形状は、ザグリ穴１０の穴縁からの深さ方向の距離に関わらず一定である。
【００１５】
直線部分１１の向きは、ザグリ穴１０の入口近傍における主応力作用方向Ｆｍに対して平行となっている。なお、主応力作用方向Ｆｍは、実験的にまたは数値解析により求めることができる。
【００１６】
各直線部分１１はともにＢ１＋Ｂ２の長さを有する。なお、寸法Ｂ１およびＢ２は、ネジ穴４の中心を通り切断線IIb−IIbと直交する直線が各直線部分１１と交差する点から各直線部分１１の一端および他端までの距離に対応する寸法である。図２に示す実施形態においては、Ｂ１＝Ｂ２となっており、ネジ穴４の中心とザグリ穴１０の中心は一致している。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、ザグリ穴１０は切断線IIb−IIbに関して対称である。半円部分１２，１２の半径Ｒ１，Ｒ２は互いに同一であり、各半円部分１２の中心は、切断線IIb−IIbと、各直線部分１１，１１の互いに対応する端部同士を結ぶ直線との交点上に位置している。ザグリ穴１０の幅寸法Ａは半円部分１２，１２の半径Ｒ１，Ｒ２の２倍の値である。各直線部分１１，１１の向きは、各直線部分１１，１１と各半円部分１２，１２との接続点における各半円部分１２，１２の接線の向きと同一であり、各直線部分１１，１１と各半円部分１２，１２とはなめらかに接続されているため、前記接続点において応力集中が発生しにくい。
【００１８】
ザグリ穴１０の輪郭に上述したような幾何学的特徴持たせることにより、取付面３表面での主応力作用方向Ｆｍに関するザグリ穴１０の穴縁の曲率半径は無限大となり、結果的に応力集中が緩和されることになる。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態においては、ネジ穴４の入口側にザグリ穴１０を設けてネジ穴４の穴縁の位置を内側にずらすことによりネジ穴４の穴縁に作用する熱応力を下げるとともに、ザグリ穴１０の輪郭に主応力作用方向Ｆｍと同じ向きの直線部分１１を設けることによりザグリ穴１０の端縁における応力集中を最小化している。このため、ネジ穴４の穴縁並びにザグリ穴１０穴縁近傍の損傷の可能性を大幅に低減することができる。
【００２０】
なお、図２においては、直線部分１１に関連する寸法Ｂ１，Ｂ２は互いに等しくなっているが、これに限定されるものではなく、寸法Ｂ１，Ｂ２が互いに異なっていてもよい（図１（ａ）の下側に図示されたザグリ穴１０Ａ参照）。すなわちネジ穴４の中心位置をザグリ穴の中心位置から切断線IIb−IIbの方向、言い換えれば主応力作用方向Ｆｍに沿ってずらしてもよい。この場合も同様の応力および応力集中の低減効果が得られる。
【００２１】
なお、上記のように構成された蒸気弁本体２の各ネジ穴４には、図４に示すように、ボルト２１が植え込まれ、各ボルト２１に螺合するナット２２によりブラケット２０に取り付けられる。ブラケット２０は建屋内にハンガーされ、これにより蒸気弁１が所定位置に固定される。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蒸気弁本体の取付面のネジ穴の穴縁の損傷を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蒸気弁の一実施形態を示す図であって、図１（ａ）は蒸気弁本体の取付面の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるIb−Ib切断線に沿った断面図。
【図２】図１に示すザグリ穴およびネジ穴の形状の詳細を示す図であって、図２（ａ）は図１（ａ）の領域IIaを拡大して示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるIIb−IIb切断線に沿った断面図。
【図３】円筒形状物体に作用する熱応力を説明する図。
【図４】蒸気弁の取り付け方法を説明する図。
【図５】蒸気弁本体の構成を概略的に説明する図であって、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるVb−Vb切断線に沿った断面図。
【図６】従来の蒸気弁本体の取付面について説明する図であって、図６（ａ）は図５における矢印VIa方向から見た蒸気弁本体の取付面の正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるVIb−VIb切断線に沿った断面図。
【図７】従来の蒸気弁の取り付け方法を説明する図。
【符号の説明】
１  蒸気弁
２  蒸気弁本体
３  取付面
４  ネジ穴
１０  ザグリ穴
１１  直線部分
２０  支持部材
２１  ボルト
Ｆｍ  主応力作用方向
【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】
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【図６】
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【図７】
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