説明

バルブ組立体および関連した機構

バルブ組立体(100)は、流体がその間を通過できるための流体導管(102)により連結された入口(104)と出口(106)を有する。バルブ組立体は、バルブ組立体の内側で中央に載置されたスピンドル(112)とスピンドル(112)に載置されたバルブヘッド(108)を有するストップバルブを備えている。ストップバルブスピンドル(112)は、入口(104)が出口(106)と連通している開放位置と、出口が入口から隔離されている閉鎖位置との間でストップバルブヘッド(108)を動かすために動作可能である。さらに、バルブ組立体は、バルブ組立体の内側で離芯して載置された少なくとも一つのスピンドル(114)と、少なくとも一つの制御バルブスピンドル(114)に載置されたバルブヘッド(110)を有する制御バルブを備えている。少なくとも一つの制御バルブスピンドルは、流体導管(102)に沿って通過する流体の変化する流量を制御するための制御バルブヘッド(110)を動かすために動作可能である。ストップバルブが開放位置にある場合に、ストップバルブヘッド(108)は、制御バルブヘッド(110)の内側に収納されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バルブ組立体、そして特に専用にではないが、ストップバルブと制御バルブを採用している中間圧力(IP)蒸気バルブ組立体に関する。
【背景技術】
【0002】
当業者が認識する通り、例えば蒸気発生器とタービンの間のバルブは厳しい環境で作動する。バルブは制御するために使用される蒸気流からの熱と打撃の両方の欠点を有する。
二つのバルブが一般に必要とされる。すなわちタービンを流れる蒸気流の量(と従ってタービンの速度あるいは負荷)を制御するための制御または‘ガバナ’バルブと緊急時に蒸気流を停止するために、あるいはタービンの損傷を防ぐために作動する‘ストップバルブ’が必要とされる。最も基本的なレベルで、このようなバルブはプラグあるいはバルブヘッドを備えており、このバルブヘッドは流体導管の一部かあるいは全体を作動位置内に進ませることができるスピンドルに載置されている。
【0003】
さらに最近、一チャンバー内にストップバルブと制御バルブの両方を組み込んでいるバルブ組立体が開発された。一チャンバー内に両バルブを収容するために、二つの主要なオプションが以下に概説するように採用されてきている。
【0004】
二つの同心のスピンドルを有しており、各々が個々に進ませられるバルブを担持していることが提案された。このようなバルブ組立体は、カールソンの名前で特許文献1に記載されている。このバルブ組立体は、急速閉鎖あるいはストップバルブが制御されている同じ流体により作動されるという短所を有している。これによって、工学上の問題、すなわち高温である場合と高圧がかかる場合の封止材とバネの問題が生じる。さらに、幾つかの実施形態において、一方のスピンドルが他方のスピンドルを通り抜け、これにより静止したボスを貫通するスピンドル以外の機械的破損が生じる恐れがよりいっそうある。
【0005】
第二のバルブ組立体において、ストップバルブと制御バルブの両方と各バルブのスピンドルは、個々の作動機構を使用したバルブ組立体の異なる端部から操作される。幾つかの実施形態は、制御バルブの内側にストップバルブヘッドを収容しており、例えばストップバルブを引っ張ることにより、制御バルブを押すことにより作動させている。このような
バルブ組立体の例は特許文献2に見られる。しかしながら、このようなバルブ組立体では、一方のバルブスピンドルは一般的に蒸気流線内にあり、導管は、バルブスピンドルの作動装置をよけるためにコーナーを曲がる必要がある。導管内のすべてのコーナーによって、制御されているガス、この場合蒸気の動圧は失わる。これの一部は(徐々に広がっている導管である)拡散装置内で取戻すことができ、これは従来技術で採用された解決手段である。しかしながら、このような拡散装置は高価な金属製であるのが普通であり、このような金属の使用を最小限にすることが望ましい。
【特許文献1】米国特許第5971018号明細書
【特許文献2】独国特許出願公開第2523297号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第一の側面によれば、流体がその間を通過できるための流体導管により連結された入口と出口を有するバルブ組立体であって、
バルブ組立体が、バルブ組立体の内側で中央に載置されたスピンドルとスピンドルに載置されたバルブヘッドを有するストップバルブを備え、
ストップバルブスピンドルが、入口が出口と連通している開放位置と、出口が入口から隔離されている閉鎖位置との間でストップバルブヘッドを動かすために動作可能であり、
さらにバルブ組立体が、バルブ組立体の内側で離芯して載置された少なくとも一つのスピンドルと、少なくとも一つの制御バルブスピンドルに載置されたバルブヘッドを有する制御バルブを備え、
少なくとも一つの制御バルブスピンドルが、流体導管に沿って通過する流体の変化する流量を制御するための制御バルブヘッドを動かすために動作可能であり、
ストップバルブが開放位置にある場合に、ストップバルブヘッドが、制御バルブヘッドの内側に収納されていることを特徴とするバルブ組立体が設けられている。
【0007】
少なくとも一つの制御バルブスピンドルは制御バルブヘッドに対して離芯して載置されており、制御バルブは少なくとも二つのスピンドルに載置されているのが好ましい。複数のスピンドル(特に三本もしくはそれ以上の均等に分配されたスピンドル)を備えると、力のモーメントが個々のスピンドルを中心にして生じるのを防ぐことができる。
【0008】
さらに本発明は、上記のようなバルブ組立体と制御装置の接続体も含んでおり、この接続体はバルブ組立体に対して外側および/またはバルブ組立体に対して内側の状態を監視するために、かつこのような状態によるバルブ組立体の内側でのバルブの位置を制御するために配置されている。
【0009】
本発明の別の側面は、タービンシステムは蒸気発生器、蒸気タービン、および蒸気発生器から蒸気タービンまで蒸気を搬送するための流体導管を備えており、本発明によるバルブ組立体と上記の接続体は、流体導管を流れる蒸気流を制御する。
【0010】
ストップバルブは中央スピンドルに載置されていてもよい。中央スピンドルは力のモーメントがスピンドルの端部回りで生じるのが一般に好ましい。従って中央スピンドルを備えたバルブは、一つあるいは二つの離芯スピンドルにより動作するバルブと違って、ロック状態にならずに案内することが機械的に容易である。ストップバルブは安全性の観点から見て、制御バルブよりも重要であり、従ってストップバルブのための中央位置を選択することは有利である。なぜならこれによりさらに信頼性のある案内がもたらされるからである。ストップバルブは十分引っ込められるかあるいは十分伸ばされ、従ってバルブ組立体の支持手段あるいはハウジングと機械式に係合した状態に保持される。このことはスピンドルが通常バルブの機械式係合によって支持され、したがってモーメントを受けることはあまりない。
【0011】
ストップバルブは、円錐形のバルブ面を有していてもよく、このバルブ面は、引っ込められた場合に、ストップバルブが蒸気流の向きを変えるのを助けるための円錐形面を備えているので有利である。このことは特に、ストップバルブが中央位置および/または十分引っ込められた位置に設けられている場合であり、この位置でバックシートは機械的な剛性を与えるために設けられている。
【0012】
少なくとも一つの制御バルブ作動装置とストップバルブ作動装置が、液圧あるいは空気圧力、好ましくは液圧を使用した各バルブを動かすために配置されていてもよい。このことはバルブを制御するための便利な手段を提供し、かつ同じ実施形態で必要とされる高圧を作り、バルブ組立体の中を流過する流体の圧力を克服することができる。
【0013】
ストップバルブ作動装置は、故障の事態にストップバルブを閉鎖するために配置されたバイアス手段を備えていてもよい。
【0014】
本発明の別の側面は、従属請求項から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
本発明の実施形態を添付の図に関してのみ、例を用いて説明する。
【実施例】
【0016】
図1の実施形態でわかる通り、この場合90°のバルブ組立体であるバルブ組立体100は、蒸気導管102を有する蒸気バルブ組立ハウジング101を備えており、この蒸気導管はこの実施形態では入口104と出口106の間で蒸気の向きを90°変える。蒸気バルブ組立ハウジング101は、バルブ組立体100を通って流れる蒸気のための圧力容器を備えている。
【0017】
さらにバルブ組立体100はストップバルブヘッド108と制御バルブヘッド110を備えている。バルブヘッド108,110が出口106を閉鎖する(従って入口から出口を分離する)かあるいはその一部を分離する位置内に進むことによって、バルブヘッドは流体導管102を制限および/または閉鎖するように配置されている。ストップバルブヘッド108は中心スピンドル112上に置かれているが、制御バルブヘッド110は離芯スピンドル114a,114b上に置かれており、これらの離芯スピンドルは出口106から離れた制御バルブヘッド110の端部に接続している。
【0018】
ハウジング101はストップバルブ作動装置116を取り囲んでおり、このストップバルブ作動装置は出口106の中心に沿って整列された軸線上の中心スピンドル112を前進させかつ後退させることによってストップバルブヘッド108の位置を制御するように配置されている。
【0019】
さらにバルブ組立体はバルブ組立ハウジング101の副区画室103,107を備えている。副区画室103はストップバルブ作動装置ハウジングとして機能する。その内部はバルブ組立ハウジング101の他の部分内で圧力には曝されていない。
【0020】
ストップバルブ作動装置ハウジング103の外側には制御バルブヘッド118が取付けられており、この制御バルブヘッドは軸線A−Aに対して平行な離芯スピンドル114a,114bを前進させかつ後退させることによって制御バルブヘッド110の位置を制御するように配置されている。ストップバルブ作動装置ハウジング103は制御バルブ作動装置118のための機械式支持部を備えている。離芯スピンドル114a,114bは、軸線A−Aからほぼ等距離に、軸線A−Aに対して平行に、かつ軸線A−Aの一方の側に配置されている。図示した実施例において、離芯スピンドル114a,114bは、各々二つの区間114ai,114aii,114bi,114biiに形成されており、後方のスピンドル区間114ai,114bi(すなわち制御バルブヘッド110から最も遠い区間)は、前方のスピンドル区間114aii,114biiに比べて互いに離れて配置されている。前方および後方のスピンドル区間114ai,114aii,114bi,114biiは、支持ブッシュ120の外側で摺動する環状取付け部材119により互いに結合されている。後方のスピンドル区間114ai,114biの距離が大きいので、その間にストップバルブ作動装置116を収容するための空域が設けられているが、環状取付け部材119は、前方および後方のスピンドル区間を支持しかつ安定化させている。
【0021】
この実施例において、ストップバルブ作動装置116は、液圧力により引込められた位置に対して開いているが、例えば一連の皿バネ117によりバイアスがかけられるように、かつストップバルブが引込まれた位置にある場合に、かつ液圧機構の機械破壊および/またはストップバルブ作動装置116の電気破壊の場合にはストップバルブヘッド108が流体導管102を閉鎖するように、フェールセーフ機構を備えている。
【0022】
スピンドル支持ブッシュ120は副区画室107の端部壁121と一体になっている。グランド105は端部壁121のバルブヘッド側に対してボルト締めされており、このグランドは、制御バルブヘッド110、その作動前面スピンドル区間114aii,114bii、およびストップバルブスピンドル112のための支持部とスライド軸受面を備えている。制御バルブヘッド110はグランド105の外側カラー部分126の内側で摺動するが、ストップバルブスピンドル112はグランド105の中央ボス部分128の内側で摺動する。この中央ボス部分は両軸線方向に突出しており、ストップバルブスピンドル112のための支持部を提供する。その後方への軸線方向突出部は支持ブッシュ120の内側面と
封止するように嵌合する。グランド105と端部壁121は孔122,123を備え、これらの孔を通って正面制御バルブスピンドル区間114aiiと114biiは、制御バルブヘッド110を作動させるために活動動作でもって通過する。グランド105内の孔122とボス部分128内の中央孔130は、各々グラファイト封止材124で嵌合され、蒸気が流体導管102から逃げないように、スピンドル112,114a,114bを中心にして流体を漏らさない封止部を形成する。同時に、端部壁121とグランド105は副区画室103,107からストップバルブヘッド108,110を隔離し、かつハウジング101内の蒸気圧を維持する。
【0023】
制御バルブヘッド110は中空円筒のスリーブ状構造を備えており、スリーブの唇状部は流体導管102内に進んで、流体導管102内を通過する蒸気の流れを調節するために必要とされるように、流体導管102を狭めるかあるいは開放し、従って、タービンの速度あるいは負荷は蒸気によって動力を供給される。ストップバルブヘッド108は、通常制御バルブヘッド110の内側で収容されているが、流体導管102を閉鎖するのを必要とされる場合には、スリーブ状の制御バルブヘッド110の唇状部の外側へ進むことができる。バルブ組立体100が通常に作動する際に、ストップバルブヘッド108は、ストップバルブを打撃から守る制御バルブヘッドの内側に引っ込む。さらに、ストップバルブヘッド108の停止位置は、十分に引っ込んでおり、その位置でストップバルブヘッド108は前方に突出しているグランド105のボス部分128に抗してバックシートにより固定され、それにより支持部として働く。
【0024】
図2は蒸気力発生器200の一部としてのバルブ組立体100を示す。バルブ組立体100はその蒸気導管102が蒸気発生器202とタービン204の間の導管203の一部であるように配置されている。バルブ組立体100のバルブ108,110は制御装置206により制御されており、この制御装置はタービン204の速度あるいは負荷のような要素を監視して、蒸気力発生器200の運転を改善するために何を変更すべきかを確定する。制御装置206は、情報伝達接続路208を介してバルブ組立体を制御し、前記情報伝達接続路はこの実施形態ではバルブ組立体100に接続されたバスケーブルである。
【0025】
図1および2からは、導管102が90°の角度で蒸気の向きを変える点に注意しなければならない。通常動作時に、ストップバルブヘッド108の一部が、図1の下半分に示したように、制御バルブヘッドの内側に収納されているにすぎず、この位置において、その円錐形の斜めになった面は、この面を出口106内に偏向させることにより、蒸気の向きを変える点で導管を補助する。
【0026】
蒸気力発生器200を使用する際、蒸気発生器202は水を加熱し、バルブ組立体100の流体導管102を介して、蒸気発生器202から導管203内へと流過する蒸気を発生させる。流体導管102は通常開放しており(すなわち入口は出口に連通しており)、ストップバルブヘッド108は十分引っ込んでいて、制御バルブヘッド110は蒸気の圧力、したがってタービン204の速度を調節するために位置決めされている。制御装置206は、蒸気力発生器200の状態を監視し、かつ制御バルブ作動装置118を使用して、離芯スピンドル114a,114bを伸ばしかつ引っ込めることによりそれに応じて、制御バルブヘッド110を調節する。
【0027】
導管203を流れる蒸気流が阻止されるべきであることを運転状態が必要とする場合(このことは緊急のためにではあるが、同様に蒸気力発生器200の通常運転の一部である)、制御装置206は情報伝達接続路208を介してストップバルブ作動装置116を制御し、前進した位置に向かってストップバルブに付勢し、この前進した位置で流体導管102は封止される。
【0028】
代替的な実施形態は、本発明の範囲内で考えられる。このようなスピンドルへの力のモーメントが重要らしいときに、当業者はこのようなスピンドルが機械式に良好に支持される必要があることを留意するが、例えば制御バルブは図1に示した二つの代わりにただ唯一の離芯スピンドルにより作動させてもよい。代替案として、制御バルブは三つ、四つあるいはそれ以上の離芯スピンドルを備えていてもよい。これにより機械的に安定した機構が得られるが、当業者はこのような組立体の封止が高価であることを理解している。さらに、封止の箇所が増えると、封止部の一つが損傷する危険が増し、従って一組立体内の封止の数は最小限度にされるのが好ましい。設計の過程で、機械的に強い複数スピンドル機構用の所望の設計と封止の数を最小限にするための所望の設計の間の妥協がある。
【0029】
本発明は純粋に例をあげて先に説明してきており、変形は請求したように本発明の範囲内で作ることができる。さらに本発明は、図面あるいは何れかのこのような特徴の何れかの組合せ、あるいは何れかのこのような特徴または組合せの何れかの一般化したものにおいて記載もしくは含まれている、あるいは示されているかもしくはこれに含まれている何れかの個々の特徴に本質がある。従って、本発明の広さと範囲は、上記の典型的な実施形態のいずれかによって制限されるべきではない。各特徴は特許請求の範囲と図面を含んだ明細書に開示され、別のやり方で明確に述べてなくても、同じか、同等かあるいは類似の目的を満たす代替的特徴により置き換えられてもよい。
【0030】
明細書を通じて従来技術を審議することは、いずれもこのような従来技術が広く知られており、かつその分野の共通した一般的知識の一部を形成しているという了承事項ではない。文脈が明らかに異なったことを必要としない限り、明細書の記載と特許請求の範囲を通じて、用語“備えている”とこれに類する用語は、限定されているかあるいは包括的な意味に対して全てを含んで、すなわち“含んでいるが限定されない”という意味に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】バルブが軸線A−Aの上方では閉鎖位置で示してあり、軸線A−Aの下方では開放位置で示してある、バルブ組立体の横断面図である。
【図2】図1のバルブ組立体を採用した蒸気力発生機の概略図である。
【符号の説明】
【0032】
100 バルブ組立体
101 ハウジング
102 蒸気導管
103 バルブ組立ハウジング101の副区画室
104 入口
105 グランド
106 出口
107 ハウジング101の副区画室
108 ストップバルブヘッド
110 制御バルブヘッド
112 ストップバルブスピンドル
114ai 離芯スピンドル−後方区間
114aii 離芯スピンドル−前方区間
114bi 離芯スピンドル−後方区間
114bii 離芯スピンドル−前方区間
116 ストップバルブ作動装置
117 皿バネ
118 制御バルブ作動装置
119 環状取付け部材
120 支持ブッシュ
121 副区画室107の端部壁
122 グランド105内の孔
123 端部壁121内の孔
124 グラファイト封止材
126 グランド105の外側カラー部分
128 グランド105の中央ボス部分
130 ボス部分128内の中央孔
200 蒸気力発生器
202 蒸気発生器
203 導管
204 タービン
206 制御装置
208 情報伝達接続路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体がその間を通過できるための流体導管(102)により連結された入口(104)と出口(106)を有するバルブ組立体(100)であって、
バルブ組立体が、バルブ組立体の内側で中央に載置されたスピンドル(112)とスピンドル(112)に載置されたバルブヘッド(108)を有するストップバルブを備え、
ストップバルブスピンドル(112)が、入口(104)が出口(106)と連通している開放位置と、出口が入口から隔離されている閉鎖位置との間でストップバルブヘッド(108)を動かすために動作可能であり、
さらにバルブ組立体(100)が、バルブ組立体の内側で離芯して載置された少なくとも一つのスピンドル(114)と、少なくとも一つの制御バルブスピンドル(114)に載置されたバルブヘッド(110)を有する制御バルブを備え、
少なくとも一つの制御バルブスピンドルが、流体導管(102)に沿って通過する流体の変化する流量を制御するための制御バルブヘッド(110)を動かすために動作可能であり、
ストップバルブが開放位置にある場合に、ストップバルブヘッド(108)が、制御バルブヘッド(110)の内側に収納されていることを特徴とするバルブ組立体。
【請求項2】
少なくとも一つの制御バルブスピンドルが、制御バルブヘッドに対して離芯して載置されていることを特徴とする請求項1記載のバルブ組立体。
【請求項3】
制御バルブが複数のスピンドルに載置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のバルブ組立体。
【請求項4】
流体導管(102)が、入口(104)と出口(106)の間で、90°の円弧部を介して流体の向きを曲げるように配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
【請求項5】
ストップバルブヘッド(108)が閉鎖位置にある場合に、ストップバルブヘッドが出口(106)を閉鎖することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
【請求項6】
ストップバルブヘッド(108)が、閉鎖位置にない場合に、所定の角度を介して蒸気流を偏向させる際に導管(102)を支持するように配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
【請求項7】
ストップバルブスピンドル(112)と制御バルブスピンドル(114)とが、封止するように通過し、かつ流体密なグランド構成要素(105)により支持されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
【請求項8】
ストップバルブがストップバルブ作動装置(116)により制御されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のバルブ組立体。
【請求項9】
ストップバルブ作動装置(116)が損傷した場合に、ストップバルブ作動装置がストップバルブを閉鎖するために配置されたバイアス手段(117)を備えていることを特徴とする請求項8記載のバルブ組立体。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれか一つのバルブ組立体と、バルブ組立体に対して外側および/または内側の状態を監視するために、かつこのような状態によるバルブ組立体の内側でのバルブの位置を制御するために配置されている制御装置の接続体。
【請求項11】
蒸気発生器(202)と、蒸気タービン(204)と、蒸気発生器から蒸気タービンまで蒸気を搬送するための流体導管(102/203)を備えているタービンシステムにおいて、請求項1〜9のいずれか一つに記載されているバルブ組立体(100)、あるいは請求項10に記載の接続体が、流体導管を流れる蒸気流を制御することを特徴とするタービンシステム。

【図1】
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【図2】
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【公表番号】特表2009−507188(P2009−507188A)
【公表日】平成21年2月19日(2009.2.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−528493(P2008−528493)
【出願日】平成18年8月28日(2006.8.28)
【国際出願番号】PCT/EP2006/065717
【国際公開番号】WO2007/025945
【国際公開日】平成19年3月8日(2007.3.8)
【出願人】(503416353)アルストム テクノロジー リミテッド (394)
【氏名又は名称原語表記】ALSTOM Technology Ltd
【住所又は居所原語表記】Brown Boveri Strasse 7, CH−5401 Baden, Switzerland
【Fターム(参考)】