組合せ蒸気弁および蒸気タービン
【課題】蒸気弁を通過した後の蒸気流の乱れが少なく、レイアウト時の省スペース化を容易に行いうる組合せ蒸気弁およびこれを備える蒸気タービンを提供する。
【解決手段】組合せ蒸気弁１では、止め弁１０および加減弁２０が共通の弁ケーシング４０に設けられている。止め弁１０は、第１弁体１２、第１弁体１２が閉弁時に当接する第１弁座１４及び第１弁体１２に取り付けられた第１弁棒１６を有する。加減弁２０は、第２弁体２２、第２弁体２２が閉弁時に当接する第２弁座２４及び第２弁体２２に取り付けられた第２弁棒２６を有する。弁ケーシング４０は、止め弁１０を収納する止め弁室４２、加減弁２０を収納する加減弁室４４、止め弁室４２に蒸気を供給する蒸気入口部４６、止め弁室４２と加減弁室４４との間に設けられるストレート形状の中間流路４８、および、加減弁室４４からの蒸気を排出する蒸気出口部５０を有する。止め弁１０の第１弁棒１６と、加減弁２０の第２弁棒２６とは、中間流路４８を挟んで反対方向に延在している。
【解決手段】組合せ蒸気弁１では、止め弁１０および加減弁２０が共通の弁ケーシング４０に設けられている。止め弁１０は、第１弁体１２、第１弁体１２が閉弁時に当接する第１弁座１４及び第１弁体１２に取り付けられた第１弁棒１６を有する。加減弁２０は、第２弁体２２、第２弁体２２が閉弁時に当接する第２弁座２４及び第２弁体２２に取り付けられた第２弁棒２６を有する。弁ケーシング４０は、止め弁１０を収納する止め弁室４２、加減弁２０を収納する加減弁室４４、止め弁室４２に蒸気を供給する蒸気入口部４６、止め弁室４２と加減弁室４４との間に設けられるストレート形状の中間流路４８、および、加減弁室４４からの蒸気を排出する蒸気出口部５０を有する。止め弁１０の第１弁棒１６と、加減弁２０の第２弁棒２６とは、中間流路４８を挟んで反対方向に延在している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば火力発電所や原子力発電所等で用いられる組合せ蒸気弁およびこれを備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や原子力発電所等の蒸気タービンは、異常時に蒸気の供給を遮断したり、負荷変化に応じて蒸気量を調節したりするために、多数の蒸気弁が設けられている。このうち、異常時に蒸気の供給を遮断するものは止め弁と称され、負荷変化に応じて蒸気量を調節するものは加減弁と称される。
【０００３】
これら止め弁及び加減弁は、高圧かつ大流量の蒸気量を扱うため大型である。このため、止め弁及び加減弁のレイアウトを効率的に行って、省スペース化を図ることが望まれる。そこで、止め弁及び加減弁を共通の弁ケーシングに設けた組合せ蒸気弁が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、加減弁として機能する第１弁体と、この第１弁体の下流側に配置され、止め弁として機能する第２弁体とが共通の弁ケーシングに組み込まれた組合せ蒸気弁が記載されている。この組合せ蒸気弁では、１個の弁室に第１弁体（加減弁）及び第２弁体（止め弁）の両方が設けられており、上流側の第１弁体により蒸気の流量を制御するとともに、下流側の第２弁体により蒸気を緊急時に遮断するようになっている。
【０００５】
また、特許文献２及び３には、止め弁と、この止め弁の下流側に配置される加減弁とが共通の弁ケーシングに組み込まれた組合せ蒸気弁が記載されている。この組合せ蒸気弁では、２個の弁室に止め弁と加減弁とがそれぞれ配置され、該２つの弁室の間に連通路が設けられている。そして、上流側の止め弁により蒸気を緊急時に遮断するとともに、下流側の加減弁によりタービン負荷に応じて蒸気量を調節するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０５１３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−４３５９１号公報
【特許文献３】特開昭６１−９２３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、組合せ蒸気弁では、蒸気量の調節機能を有するという性質上、加減弁は常に途中開度（微開状態）で運転されるから、加減弁の通過後に蒸気流が乱れやすい傾向がある。そして、この蒸気流の乱れは、組合せ蒸気弁各部の振動の原因となるから、加減弁を通過した後の蒸気流の乱れが少ない組合せ蒸気弁の開発が望まれる。
【０００８】
この点、特許文献１に記載の組合せ蒸気弁では、第１弁体（加減弁）及び第２弁体（止め弁）が同一の弁室に設けられ、第１弁体の直後に第２弁体が配置されているため、第２弁体が障害物となって、第１弁体を通過後の蒸気流を乱す場合がある。もちろん、第２弁体を常に大きくリフトしておくことで、第２弁体による蒸気流の干渉を抑制できるが、止め弁としての第２弁体のリフト量を大きくすると、緊急時における迅速な蒸気の遮断が困難になってしまう。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の組合せ蒸気弁では、止め弁の下流側に加減弁が配置されており、加減弁を通過した後の蒸気流を乱す障害物はないから、蒸気流の乱れは比較的少ない。
ところが、止め弁の弁棒及びこれを進退させるアクチュエータが弁室間の連通路に沿って延在する一方で、加減弁の弁棒及びアクチュエータは連通路に直交する方向に沿って延在している。ここで、止め弁と加減弁の弁棒及びアクチュエータは、組合せ蒸気弁のサイズ全体に占める割合が比較的大きい。このため、特許文献２に記載の組合せ蒸気弁のように、止め弁の弁棒及びアクチュエータと加減弁の弁棒及びアクチュエータとが互いに直交するように配置すると、組合せ蒸気弁の全体形状が略Ｔ字状になってしまい、複数の組合せ蒸気弁をレイアウトする際に、省スペース化することが難しい。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、蒸気弁を通過した後の蒸気流の乱れが少なく、レイアウト時の省スペース化を容易に行いうる組合せ蒸気弁およびこれを備える蒸気タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る組合せ蒸気弁は、止め弁および加減弁が共通の弁ケーシングに設けられた組合せ蒸気弁であって、第１弁体、前記第１弁体が閉弁時に当接する第１弁座および前記第１弁体に取り付けられた第１弁棒を有する止め弁と、前記止め弁の下流側に配置され、第２弁体、前記第２弁体が閉弁時に当接する第２弁座および前記第２弁体に取り付けられた第２弁棒を有する加減弁と、前記止め弁を収納する止め弁室、前記加減弁を収納する加減弁室、前記止め弁室に蒸気を供給する蒸気入口部、前記止め弁室と前記加減弁室との間に設けられるストレート形状の中間流路、および、前記加減弁室からの蒸気を排出する蒸気出口部を有する弁ケーシングとを備え、前記止め弁の前記第１弁棒と、前記加減弁の前記第２弁棒とは、前記中間流路を挟んで反対方向に延在していることを特徴とする。
【００１２】
この組合せ蒸気弁によれば、止め弁と加減弁を別々の弁室に収納するとともに、止め弁を加減弁の上流側に配置したので、加減弁を通過した後の蒸気流の乱れを抑制できる。
また、止め弁の第１弁棒と加減弁の第２弁棒とを、中間流路を挟んで反対方向に延在するように配置したので、組合せ蒸気弁の全体形状は中間流路に沿って延びる略直線状となる。よって、複数の組合せ蒸気弁をレイアウトする際に、省スペース化を図ることが可能となる。
【００１３】
上記組合せ蒸気弁において、前記弁ケーシングの内壁には、前記中間流路の全長にわたって、前記第１弁座および前記第２弁座が一体化された共通弁座が設けられていることが好ましい。
【００１４】
このように、止め弁の第１弁座と加減弁の第２弁座を共通化することで、部品数が減少し、組合せ蒸気弁の組立て作業の効率が向上する。また、第１弁座と第２弁座との間に継ぎ目がなく平滑面であるから、継ぎ目部分で蒸気流が乱れてしまうことがない。
【００１５】
この場合、前記共通弁座は、前記第１弁座のシート部よりも蒸気流れ方向における上流側においてのみ、前記弁ケーシングの内壁に固定されていることが好ましい。
【００１６】
このように、共通弁座の弁ケーシングの内壁への固定は、止め弁（第１弁座）のシート部よりも上流側においてのみ行い、止め弁のシート部よりも下流側では行わないようにすることで、固定用の締結部材等によって蒸気流が乱れることがない。
【００１７】
上記組合せ蒸気弁において、前記第２弁座は、蒸気流れ方向における上流側から下流側に向かって拡径していることが好ましい。
【００１８】
このように、加減弁の第２弁座を、蒸気流の上流側から下流側に向かって拡径する形状とすれば、第２弁座のシート部の上流側よりも該シート部の下流側のほうが蒸気の流路面積が大きい。このため、中間流路から供給される蒸気は、第２弁座のシート部を通過する際に流速が遅くなり、第２弁座のシート部の下流側における蒸気流の乱れが抑制される。よって、第２弁座のシート部を通過した蒸気流が第２弁座に付着したままのアニュラーフローの状態が維持され、組合せ蒸気弁の各部の振動を抑制できる。
なお、アニュラーフローとは、蒸気流が弁座に沿って環状に流れることをいう。一般的に、アニュラーフローの形成によって、蒸気流が安定化し、組合せ蒸気弁各部の振動を抑制可能であると言われている。
【００１９】
この場合、前記第２弁体の弁頭部は凹形状であることが好ましい。
【００２０】
これにより、シート部の上流側において弁頭部の凹部に蒸気流が一旦滞留し、蒸気流が弁座に沿うように整流されるので、アニュラーフローをより一層安定化することができる。
【００２１】
また、上記組合せ蒸気弁は、前記第２弁体の外周に設けられ、前記第２弁体を案内する円筒状の弁体ガイドをさらに備え、前記第２弁体の弁頭部には、前記第２弁体及び前記弁体ガイドで囲まれた内部空間を前記中間流路に連通するバランス穴が形成されており、前記第２弁座のシート部の直径よりも、前記弁体ガイドの内径が大きいことが好ましい。
【００２２】
このように、バランス穴を設けることで、第２弁体及び弁体ガイドで囲まれた内部空間と、第２弁体の上流側の中間流路とにおける蒸気圧力が同等になる。ここで、第２弁座のシート部の直径よりも、弁体ガイドの内径のほうが大きいから、全体として第２弁体に作用する正味の蒸気力は、蒸気流の下流側から上流側に向かう方向（すなわち、加減弁の閉弁方向）である。こうして、加減弁の第２弁体に作用する正味の蒸気力によって、加減弁が閉まる方向に第２弁体が常に引っ張られるから、第２弁体の調心性が向上し、蒸気流の乱れをより一層抑制できる。
【００２３】
本発明に係る蒸気タービンは、複数の上記組合せ蒸気弁と、前記複数の組合せ蒸気弁が接続されるとともに、ロータを収納するタービン車室とを備え、前記複数の組合せ蒸気弁は、前記タービン車室の両側にロータ軸方向に沿って配置されることを特徴とする。
【００２４】
上述のように、上記組合せ蒸気弁は、止め弁の第１弁棒と加減弁の第２弁棒とを、中間流路を挟んで反対側に、略同一の軸線上に延在するように配置したので、組合せ蒸気弁の全体形状は中間流路に沿って延びる略直線状である。
本発明に係る蒸気タービンは、略直線状の複数の組合せ蒸気弁をタービン車室の両側にロータ軸方向に沿って配置したので、設置スペースを削減できる。
【００２５】
上記蒸気タービンにおいて、前記複数の組合せ蒸気弁は、前記タービン車室の両側に少なくとも一対ずつ設けられており、前記少なくとも一対の組合せ蒸気弁は、鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置されていることが好ましい。
【００２６】
一対の組合せ蒸気弁をレイアウトするにあたって、組合せ蒸気弁の設置スペース（水平面上の設置面積）の削減が望まれる一方、それぞれの組合せ蒸気弁のメンテナンス性を確保する必要がある。
この点、上記組合せ蒸気弁は略直線状であるから、略直線状の少なくとも一対の組合せ蒸気弁をタービン車室の両側のそれぞれに設けるにあたって、組合せ蒸気弁を鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置することができる。そして、このように組合せ蒸気弁をずらして配置することで、設置スペースの削減とメンテナンス性の向上とを両立できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、止め弁と加減弁を別々の弁室に収納するとともに、止め弁を加減弁の上流側に配置したので、加減弁を通過した後の蒸気流の乱れを抑制できる。
また、止め弁の第１弁棒と加減弁の第２弁棒とを、中間流路を挟んで反対方向に延在するように配置したので、組合せ蒸気弁の全体形状は中間流路に沿って延びる略直線状である。よって、複数の組合せ蒸気弁をレイアウトする際に、省スペース化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】組合せ蒸気弁の構成例を示す断面図である。
【図２】図１に示す組合せ蒸気弁の加減弁周辺の拡大図である。
【図３】図１に示す組合せ蒸気弁を備える蒸気タービンの構成例を示す上面図である。
【図４】図３に示す蒸気タービンをＡ方向から視た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
図１は、組合せ蒸気弁の構成例を示す断面図である。図２は、図１に示す組合せ蒸気弁の加減弁周辺の拡大図である。
【００３１】
図１に示すように、組合せ蒸気弁１は、止め弁１０及び加減弁２０が共通の弁ケーシング４０に設けられた構成を有する。止め弁１０が緊急時に蒸気流を遮断する役割を担う一方で、加減弁２０は負荷変化に応じて蒸気量を調節するようになっている。
【００３２】
弁ケーシング４０は、蒸気流れの上流側から順に、蒸気入口部４６、止め弁室４２、中間流路４８、加減弁室４４及び蒸気出口部５０を有する。止め弁室４２には止め弁１０が収納され、加減弁室４４には加減弁２０が収納される。止め弁室４２及び加減弁室４４は、それぞれ、弁ケーシング４０に取り付けられたボンネット５２によって閉じられている。
蒸気入口部４６から供給される蒸気は、止め弁室４２を流れた後、中間流路４８を経て加減弁室４４に流入し、最終的に蒸気出口部５０から排出される。
【００３３】
止め弁室４２に収納された止め弁１０は、第１弁体１２と、第１弁体１２が閉弁時に当接する第１弁座１４と、第１弁体１２に取り付けられた第１弁棒１６と、第１弁棒１６を案内するガイドブシュ１８とを有する。
【００３４】
第１弁体１２は、止め弁１０の閉弁時に第１弁座１４のシート部１４Ａに当接する主弁１２Ａと、この主弁１２Ａに内包された副弁１２Ｂとにより構成される。なお、主弁１２Ａの内壁面１３は、副弁１２Ｂにとっての弁座として機能する。
【００３５】
第１弁棒１６は、一端が第１弁体１２の副弁１２Ｂに取り付けられ、他端がアクチュエータ（図３のアクチュエータ８）に連結されている。この第１弁棒１６を介して、アクチュエータの駆動力が第１弁体１２の副弁１２Ｂに伝わるようになっている。
【００３６】
第１弁棒１６を案内するガイドブシュ１８は、ボンネット５２に埋設されている。これにより、アクチュエータによって駆動される第１弁棒１６は、ガイドブシュ１８内を摺動し、第１弁棒１６の中心軸Ｃ１に沿って移動する。
【００３７】
止め弁１０では、第１弁棒１６が取り付けられた副弁１２Ｂは、所定のリフト量までは単独で進退するが、所定のリフト量に達すると主弁１２Ａとともに進退するようになっている。このため、アクチュエータによって第１弁棒１６を介して副弁１２Ｂを開弁方向（図１の上方向）に移動させると、所定のリフト量までは副弁１２Ｂのみが移動し、副弁１２Ｂが先に開く。この後、さらにアクチュエータによって第１弁棒１６を介して副弁１２Ｂを開弁方向に移動させると、所定のリフト量において副弁１２Ｂが主弁１２Ａとともに移動するようになり、主弁１２Ａも開かれる。このように、最初に副弁１２Ｂを開くことで、主弁１２Ａの前後の圧力差を低減することができ、副弁１２Ｂよりもシート径の大きい主弁１２Ａを小さな駆動力で開くことができる。
【００３８】
止め弁１０の外周には、蒸気に含まれる異物を除去する円筒状のストレーナ１７が設けられている。ストレーナ１７によって、所定のサイズ以上の異物が除去されるので、ストレーナ１７よりも下流側の組合せ蒸気弁１の各部（止め弁１０及び加減弁２０）および組合せ蒸気弁１が接続される蒸気タービンを異物による故障から保護することができる。
また、止め弁室４２の蒸気入口部４６から遠い側にはバッフルプレート１９が設けられている。バッフルプレート１９は、ストレーナ１７の外周面と止め弁室４２の内壁面との間に配置され、ストレーナ１７の外周を迂回してきた蒸気流を整流するようになっている。
【００３９】
止め弁１０の下流側には加減弁２０が設けられている。加減弁２０は、図１及び２に示すように、第２弁体２２と、第２弁体２２が閉弁時に当接する第２弁座２４と、第２弁体２２に取り付けられた第２弁棒２６と、第２弁棒２６を案内するガイドブシュ２８とを有する。
【００４０】
従来から、上流側から下流側に向かって徐々に縮径する弁座を用い、弁体の基部から弁頭部に向かって蒸気を流すようにした蒸気弁が当業者間で定着していた。これに対し、本実施形態では、アニュラーフローの安定化の観点から、加減弁２０の第２弁座２４を上流側から下流側に向かって拡径する形状にするとともに、第２弁体２２の弁頭部２３から基部に向かって蒸気を流すようにしている。
このように、加減弁２０の第２弁座２４は、蒸気流れ方向における上流側から下流側に向かって徐々に拡径する形状を有するから、第２弁座２４のシート部２４Ａの上流側よりも該シート部２４Ａの下流側のほうが蒸気の流路面積が大きい。このため、中間流路４８から供給される蒸気は、第２弁座２４のシート部２４Ａを通過する際に流速が遅くなり、第２弁座２４のシート部の下流側における蒸気流の乱れが抑制される。よって、第２弁座２４のシート部２４Ａを通過した蒸気流が第２弁座２４に付着したままのアニュラーフローの状態が維持され、組合せ蒸気弁１の各部の振動を抑制できる。
なお、本願発明者が行った数値流体力学（Computational Fluid Dynamics：ＣＦＤ）を用いた計算結果によれば、本実施形態の加減弁２０は、従来の構成の加減弁に比べて約１０ｄＢの騒音（振動）低下効果が得られた。
【００４１】
第２弁座２４のシート部２４Ａから上流側に延ばしたシート部２４Ａにおける接線Ｔが、第２弁体２２の中心軸（すなわち、第２弁棒２６の中心軸Ｃ２）に対してなす角度θ（図２参照）は、２５〜５０度であることが好ましい。このように、シート部２４Ａの接線Ｔが第２弁体２２の中心軸に対してなす角度θを２５度以上にすることで、シート部２４Ａを境に流路面積を急拡大させて、シート部２４Ａの上流側に比べて下流側の蒸気流の流速を十分遅くして、蒸気流の干渉をより確実に抑制できる。一方、同角度θを５０度以下にすることで、噴流衝突が回避でき、流体騒音が低下し騒音を小さくすることができる。
【００４２】
また、加減弁２０の第２弁座２４は、図１に示すように、止め弁１０の第１弁座１４と一体化された共通弁座４として設けられている。共通弁座４は、中間流路４８の全長にわたって設けられ、弁ケーシング４０の内壁に固定される。
このように、止め弁１０の第１弁座１４と加減弁２０の第２弁座２４を共通化することで、部品数が減少し、組合せ蒸気弁１の組立て作業の効率が向上する。また、第１弁座１４と第２弁座２４との間に継ぎ目がなく平滑面であるから、継ぎ目部分で蒸気流が乱れてしまうことがない。
【００４３】
共通弁座４は、第１弁座１４のシート部１４Ａよりも蒸気流れ方向における上流側においてのみ、弁ケーシング４０の内壁に固定されていることが好ましい。例えば、シート部１４Ａよりも上流側の位置で、締結部材６によって共通弁座４を弁ケーシング４０の内壁に固定してもよい。
このように、共通弁座４の弁ケーシング４０の内壁への固定は、止め弁１０のシート部１４Ａよりも上流側においてのみ行い、止め弁１０のシート部１４Ａよりも下流側では行わないようにすることで、固定用の締結部材６によって蒸気流が乱れることがない。また、共通弁座４の片側（止め弁１０側）のみが締結部材６により固定され、共通弁座４の反対側は締結部材６による固定点を始点として自由に熱膨張可能であるから、加減弁２０の起動停止時に、急激な温度変化によって発生する熱応力に起因した共通弁座４の損傷を防止できる。さらに、組合せ蒸気弁１を縦置き（鉛直方向に沿って配置）する場合、共通弁座４を止め弁１０側から抜き取ることで、下方の加減弁２０の第２弁体２２等を止め弁１０側に抜くことができ、組合せ蒸気弁１の分解作業が容易になる。
【００４４】
第２弁座２４に対して閉弁時に当接する第２弁体２２は、先端側（第２弁座２４に近い側）に凹形状の弁頭部２３を有する。このように、第２弁体２２の弁頭部２３を凹形状とすることで、図２の流線１００で示すように、第２弁座２４のシート部２４Ａの上流側において弁頭部２３の凹部に蒸気流が一旦滞留し、蒸気流が第２弁座２４に沿うように整流される。よって、アニュラーフローをより一層安定化することができる。
【００４５】
図２に示すように、第２弁体２２の外周には、第２弁体２２を案内する円筒状の弁体ガイド３０が設けられている。この弁体ガイド３０の内径ＤＧは、第２弁座２４のシート部２４Ａの直径（シート径）Ｄ０よりも大きい。また、第２弁体２２の弁頭部２３には、第２弁体２２及び弁体ガイド３０で囲まれた内部空間３２を中間流路４８に連通するバランス穴３４が形成されている。
【００４６】
このように、バランス穴３４を設けることで、第２弁体２２及び弁体ガイド３０で囲まれた内部空間３２と、第２弁体２２の上流側の中間流路４８とにおける蒸気圧力が同等になる。ここで、第２弁座２４のシート部２４Ａの直径Ｄ０よりも、弁体ガイド３０の内径ＤＧのほうが大きいから、全体として第２弁体２２に作用する正味の蒸気力は、蒸気流の下流側から上流側に向かう方向（すなわち、加減弁の閉弁方向）である。こうして、加減弁２０の第２弁体２２に作用する正味の蒸気力によって、加減弁２０が閉まる方向に第２弁体２２が常に引っ張られるから、第２弁体２２の調心性が向上し、蒸気流の乱れをより一層抑制できる。
【００４７】
第２弁体２２には第２弁棒２６が取り付けられる。加減弁２０の第２弁棒２６と、止め弁１０の第１弁棒１６とは、図１に示すように、中間流路４８を挟んで反対方向に延在している。なお、図１に示す例では、加減弁２０の第２弁棒２６は、その中心軸Ｃ２が、止め弁１０の第１弁棒１６の中心軸Ｃ１と略一致するように配置されている。
【００４８】
また第２弁棒２６は、第２弁体２２が取り付けられた端部とは反対側の端部で、アクチュエータ（図３のアクチュエータ９）に連結されている。この第２弁棒２６を介して、アクチュエータの駆動力が第２弁体２２に伝わるようになっている。
【００４９】
第２弁棒２６を案内するガイドブシュ２８は、ボンネット５２に埋設されている。これにより、アクチュエータによって駆動される第２弁棒２６は、ガイドブシュ２８内を摺動し、第２弁棒２６の中心軸Ｃ２に沿って移動する。
【００５０】
上記構成の組合せ蒸気弁１によれば、止め弁１０と加減弁２０を別々の弁室（４２，４４）に収納するとともに、止め弁１０を加減弁２０の上流側に配置したので、加減弁２０を通過した後の蒸気流の乱れを抑制できる。
また、止め弁１０の第１弁棒１６と加減弁２０の第２弁棒２６とを、中間流路４８を挟んで反対方向に延在するように配置したので、組合せ蒸気弁１の全体形状は中間流路４８に沿って延びる略直線状である。よって、複数の組合せ蒸気弁１をレイアウトする際に、省スペース化を図ることが可能となる。
また、組合せ蒸気弁の場合、蒸気タービンの起動時や、止め弁による蒸気遮断時には、中間流路が低温となり結露が発生して、下流側の加減弁の開度不良を招くことがある。この点、上記構成の組合せ蒸気弁１によれば、止め弁１０と加減弁２０の間にある中間流路４８を短くしたので、結露発生による加減弁２０の開度不良が極めて少なくなる。更に、共通弁座４が、中間流路４８の全長に亘って（第１弁座１４から第２弁座２４まで）延在しているため、熱伝導による加熱効果のため、中間流路４８内における結露の発生が少なくなる。
【００５１】
次に、上述の組合せ蒸気弁１を備える蒸気タービンについて説明する。図３は、組合せ蒸気弁１を備える蒸気タービンの構成例を示す上面図である。図４は、図３に示す蒸気タービンをＡ方向から視た正面図である。
なお、以下で説明する蒸気タービンは左右対称の形状であるから、図３及び４では蒸気タービンの左半分のみを示している。
【００５２】
蒸気タービン６０は、複数の組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）と、ロータが収納されたタービン車室６２とを備える。組合せ蒸気弁１は、タービン車室６２の上流側に設けられている。これにより、タービン車室６２に流入する蒸気流は、組合せ蒸気弁１の止め弁１０によって緊急時に遮断されるとともに、組合せ蒸気弁１の加減弁２０によって負荷変化に応じて蒸気量が調節される。
【００５３】
組合せ蒸気弁１は、上述のとおり、第１弁棒１６及び第２弁棒２６が中間流路４８を挟んで反対方向に延在する構成を有するため、組合せ蒸気弁１の全体形状は中間流路４８に沿って延びる略直線状である。このことは、第１弁棒１６に連結されるアクチュエータ８および第２弁棒２６に連結されるアクチュエータ９を含めた組合せ蒸気弁１の全体形状を示した図３から明らかである。
したがって、略直線状の複数の組合せ蒸気弁１をタービン車室６２の両側にロータ軸方向に沿って配置することができる。これにより、蒸気タービン６０の設置スペースを削減できる。
また、組合せ蒸気弁１が略直線状であることから、タービン車室６２のすぐ近くに組合せ蒸気弁１を配置することができる。これにより、タービン車室６２への配管を短くして、配管における圧力損失を低減できる。
【００５４】
複数の組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）は、図３及び４に示すように、タービン車室６２の左右両側に一対ずつ設けられている。そして、これら一対の組合せ蒸気弁１Ａ及び１Ｂは、鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置されている。
【００５５】
一対の組合せ蒸気弁をレイアウトするにあたって、組合せ蒸気弁の設置スペース（水平面上の設置面積）の削減が望まれる一方、それぞれの組合せ蒸気弁のメンテナンス性を確保する必要がある。
この点、本実施形態に係る組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）は略直線状であるから、一対の組合せ蒸気弁１Ａ及び１Ｂを鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置することができる。そして、このように組合せ蒸気弁１Ａ及び１Ｂをずらして配置することで、設置スペースの削減とメンテナンス性の向上とを両立できる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、図１に示す全体構成を有する組合せ蒸気弁１について説明したが、組合せ蒸気弁１は、止め弁１０と加減弁２０が別々の弁室に設けられ、止め弁１０の第１弁棒１６と加減弁２０の第２弁棒２６とが中間流路４８を挟んで反対方向に延在する構成であれば特に限定されない。特に、止め弁１０の第１弁体１２および加減弁２０の第２弁体２２の構成は、上述の例に限定されない。
【００５８】
また、図３及び４には、タービン車室６２の左右両側にそれぞれ一対ずつ組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）を設けた蒸気タービン６０について説明したが、組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）の数はこの例に限定されない。例えば、タービン車室６２の左右両側にｎ個（ただしｎ≧３）ずつ組合せ蒸気弁１を配置してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 組合せ蒸気弁
４ 共通弁座
６ 締結部材
１０ 止め弁
１２ 第１弁体
１２Ａ 主弁
１２Ｂ 副弁
１４ 第１弁座
１４Ａ シート部
１６ 第１弁棒
１７ ストレーナ
１８ ガイドブシュ
１９ バッフルプレート
２０ 加減弁
２２ 第２弁体
２３ 弁頭部
２４ 第２弁座
２４Ａ シート部
２６ 第２弁棒
２８ ガイドブシュ
３０ 弁体ガイド
３２ 内部空間
３４ バランス穴
４０ 弁ケーシング
４２ 止め弁室
４４ 加減弁室
４６ 蒸気入口部
４８ 中間流路
５０ 蒸気出口部
５２ ボンネット
６０ 蒸気タービン
６２ タービン車室
１００ 流線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば火力発電所や原子力発電所等で用いられる組合せ蒸気弁およびこれを備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や原子力発電所等の蒸気タービンは、異常時に蒸気の供給を遮断したり、負荷変化に応じて蒸気量を調節したりするために、多数の蒸気弁が設けられている。このうち、異常時に蒸気の供給を遮断するものは止め弁と称され、負荷変化に応じて蒸気量を調節するものは加減弁と称される。
【０００３】
これら止め弁及び加減弁は、高圧かつ大流量の蒸気量を扱うため大型である。このため、止め弁及び加減弁のレイアウトを効率的に行って、省スペース化を図ることが望まれる。そこで、止め弁及び加減弁を共通の弁ケーシングに設けた組合せ蒸気弁が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、加減弁として機能する第１弁体と、この第１弁体の下流側に配置され、止め弁として機能する第２弁体とが共通の弁ケーシングに組み込まれた組合せ蒸気弁が記載されている。この組合せ蒸気弁では、１個の弁室に第１弁体（加減弁）及び第２弁体（止め弁）の両方が設けられており、上流側の第１弁体により蒸気の流量を制御するとともに、下流側の第２弁体により蒸気を緊急時に遮断するようになっている。
【０００５】
また、特許文献２及び３には、止め弁と、この止め弁の下流側に配置される加減弁とが共通の弁ケーシングに組み込まれた組合せ蒸気弁が記載されている。この組合せ蒸気弁では、２個の弁室に止め弁と加減弁とがそれぞれ配置され、該２つの弁室の間に連通路が設けられている。そして、上流側の止め弁により蒸気を緊急時に遮断するとともに、下流側の加減弁によりタービン負荷に応じて蒸気量を調節するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０５１３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−４３５９１号公報
【特許文献３】特開昭６１−９２３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、組合せ蒸気弁では、蒸気量の調節機能を有するという性質上、加減弁は常に途中開度（微開状態）で運転されるから、加減弁の通過後に蒸気流が乱れやすい傾向がある。そして、この蒸気流の乱れは、組合せ蒸気弁各部の振動の原因となるから、加減弁を通過した後の蒸気流の乱れが少ない組合せ蒸気弁の開発が望まれる。
【０００８】
この点、特許文献１に記載の組合せ蒸気弁では、第１弁体（加減弁）及び第２弁体（止め弁）が同一の弁室に設けられ、第１弁体の直後に第２弁体が配置されているため、第２弁体が障害物となって、第１弁体を通過後の蒸気流を乱す場合がある。もちろん、第２弁体を常に大きくリフトしておくことで、第２弁体による蒸気流の干渉を抑制できるが、止め弁としての第２弁体のリフト量を大きくすると、緊急時における迅速な蒸気の遮断が困難になってしまう。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の組合せ蒸気弁では、止め弁の下流側に加減弁が配置されており、加減弁を通過した後の蒸気流を乱す障害物はないから、蒸気流の乱れは比較的少ない。
ところが、止め弁の弁棒及びこれを進退させるアクチュエータが弁室間の連通路に沿って延在する一方で、加減弁の弁棒及びアクチュエータは連通路に直交する方向に沿って延在している。ここで、止め弁と加減弁の弁棒及びアクチュエータは、組合せ蒸気弁のサイズ全体に占める割合が比較的大きい。このため、特許文献２に記載の組合せ蒸気弁のように、止め弁の弁棒及びアクチュエータと加減弁の弁棒及びアクチュエータとが互いに直交するように配置すると、組合せ蒸気弁の全体形状が略Ｔ字状になってしまい、複数の組合せ蒸気弁をレイアウトする際に、省スペース化することが難しい。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、蒸気弁を通過した後の蒸気流の乱れが少なく、レイアウト時の省スペース化を容易に行いうる組合せ蒸気弁およびこれを備える蒸気タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る組合せ蒸気弁は、止め弁および加減弁が共通の弁ケーシングに設けられた組合せ蒸気弁であって、第１弁体、前記第１弁体が閉弁時に当接する第１弁座および前記第１弁体に取り付けられた第１弁棒を有する止め弁と、前記止め弁の下流側に配置され、第２弁体、前記第２弁体が閉弁時に当接する第２弁座および前記第２弁体に取り付けられた第２弁棒を有する加減弁と、前記止め弁を収納する止め弁室、前記加減弁を収納する加減弁室、前記止め弁室に蒸気を供給する蒸気入口部、前記止め弁室と前記加減弁室との間に設けられるストレート形状の中間流路、および、前記加減弁室からの蒸気を排出する蒸気出口部を有する弁ケーシングとを備え、前記止め弁の前記第１弁棒と、前記加減弁の前記第２弁棒とは、前記中間流路を挟んで反対方向に延在していることを特徴とする。
【００１２】
この組合せ蒸気弁によれば、止め弁と加減弁を別々の弁室に収納するとともに、止め弁を加減弁の上流側に配置したので、加減弁を通過した後の蒸気流の乱れを抑制できる。
また、止め弁の第１弁棒と加減弁の第２弁棒とを、中間流路を挟んで反対方向に延在するように配置したので、組合せ蒸気弁の全体形状は中間流路に沿って延びる略直線状となる。よって、複数の組合せ蒸気弁をレイアウトする際に、省スペース化を図ることが可能となる。
【００１３】
上記組合せ蒸気弁において、前記弁ケーシングの内壁には、前記中間流路の全長にわたって、前記第１弁座および前記第２弁座が一体化された共通弁座が設けられていることが好ましい。
【００１４】
このように、止め弁の第１弁座と加減弁の第２弁座を共通化することで、部品数が減少し、組合せ蒸気弁の組立て作業の効率が向上する。また、第１弁座と第２弁座との間に継ぎ目がなく平滑面であるから、継ぎ目部分で蒸気流が乱れてしまうことがない。
【００１５】
この場合、前記共通弁座は、前記第１弁座のシート部よりも蒸気流れ方向における上流側においてのみ、前記弁ケーシングの内壁に固定されていることが好ましい。
【００１６】
このように、共通弁座の弁ケーシングの内壁への固定は、止め弁（第１弁座）のシート部よりも上流側においてのみ行い、止め弁のシート部よりも下流側では行わないようにすることで、固定用の締結部材等によって蒸気流が乱れることがない。
【００１７】
上記組合せ蒸気弁において、前記第２弁座は、蒸気流れ方向における上流側から下流側に向かって拡径していることが好ましい。
【００１８】
このように、加減弁の第２弁座を、蒸気流の上流側から下流側に向かって拡径する形状とすれば、第２弁座のシート部の上流側よりも該シート部の下流側のほうが蒸気の流路面積が大きい。このため、中間流路から供給される蒸気は、第２弁座のシート部を通過する際に流速が遅くなり、第２弁座のシート部の下流側における蒸気流の乱れが抑制される。よって、第２弁座のシート部を通過した蒸気流が第２弁座に付着したままのアニュラーフローの状態が維持され、組合せ蒸気弁の各部の振動を抑制できる。
なお、アニュラーフローとは、蒸気流が弁座に沿って環状に流れることをいう。一般的に、アニュラーフローの形成によって、蒸気流が安定化し、組合せ蒸気弁各部の振動を抑制可能であると言われている。
【００１９】
この場合、前記第２弁体の弁頭部は凹形状であることが好ましい。
【００２０】
これにより、シート部の上流側において弁頭部の凹部に蒸気流が一旦滞留し、蒸気流が弁座に沿うように整流されるので、アニュラーフローをより一層安定化することができる。
【００２１】
また、上記組合せ蒸気弁は、前記第２弁体の外周に設けられ、前記第２弁体を案内する円筒状の弁体ガイドをさらに備え、前記第２弁体の弁頭部には、前記第２弁体及び前記弁体ガイドで囲まれた内部空間を前記中間流路に連通するバランス穴が形成されており、前記第２弁座のシート部の直径よりも、前記弁体ガイドの内径が大きいことが好ましい。
【００２２】
このように、バランス穴を設けることで、第２弁体及び弁体ガイドで囲まれた内部空間と、第２弁体の上流側の中間流路とにおける蒸気圧力が同等になる。ここで、第２弁座のシート部の直径よりも、弁体ガイドの内径のほうが大きいから、全体として第２弁体に作用する正味の蒸気力は、蒸気流の下流側から上流側に向かう方向（すなわち、加減弁の閉弁方向）である。こうして、加減弁の第２弁体に作用する正味の蒸気力によって、加減弁が閉まる方向に第２弁体が常に引っ張られるから、第２弁体の調心性が向上し、蒸気流の乱れをより一層抑制できる。
【００２３】
本発明に係る蒸気タービンは、複数の上記組合せ蒸気弁と、前記複数の組合せ蒸気弁が接続されるとともに、ロータを収納するタービン車室とを備え、前記複数の組合せ蒸気弁は、前記タービン車室の両側にロータ軸方向に沿って配置されることを特徴とする。
【００２４】
上述のように、上記組合せ蒸気弁は、止め弁の第１弁棒と加減弁の第２弁棒とを、中間流路を挟んで反対側に、略同一の軸線上に延在するように配置したので、組合せ蒸気弁の全体形状は中間流路に沿って延びる略直線状である。
本発明に係る蒸気タービンは、略直線状の複数の組合せ蒸気弁をタービン車室の両側にロータ軸方向に沿って配置したので、設置スペースを削減できる。
【００２５】
上記蒸気タービンにおいて、前記複数の組合せ蒸気弁は、前記タービン車室の両側に少なくとも一対ずつ設けられており、前記少なくとも一対の組合せ蒸気弁は、鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置されていることが好ましい。
【００２６】
一対の組合せ蒸気弁をレイアウトするにあたって、組合せ蒸気弁の設置スペース（水平面上の設置面積）の削減が望まれる一方、それぞれの組合せ蒸気弁のメンテナンス性を確保する必要がある。
この点、上記組合せ蒸気弁は略直線状であるから、略直線状の少なくとも一対の組合せ蒸気弁をタービン車室の両側のそれぞれに設けるにあたって、組合せ蒸気弁を鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置することができる。そして、このように組合せ蒸気弁をずらして配置することで、設置スペースの削減とメンテナンス性の向上とを両立できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、止め弁と加減弁を別々の弁室に収納するとともに、止め弁を加減弁の上流側に配置したので、加減弁を通過した後の蒸気流の乱れを抑制できる。
また、止め弁の第１弁棒と加減弁の第２弁棒とを、中間流路を挟んで反対方向に延在するように配置したので、組合せ蒸気弁の全体形状は中間流路に沿って延びる略直線状である。よって、複数の組合せ蒸気弁をレイアウトする際に、省スペース化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】組合せ蒸気弁の構成例を示す断面図である。
【図２】図１に示す組合せ蒸気弁の加減弁周辺の拡大図である。
【図３】図１に示す組合せ蒸気弁を備える蒸気タービンの構成例を示す上面図である。
【図４】図３に示す蒸気タービンをＡ方向から視た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
図１は、組合せ蒸気弁の構成例を示す断面図である。図２は、図１に示す組合せ蒸気弁の加減弁周辺の拡大図である。
【００３１】
図１に示すように、組合せ蒸気弁１は、止め弁１０及び加減弁２０が共通の弁ケーシング４０に設けられた構成を有する。止め弁１０が緊急時に蒸気流を遮断する役割を担う一方で、加減弁２０は負荷変化に応じて蒸気量を調節するようになっている。
【００３２】
弁ケーシング４０は、蒸気流れの上流側から順に、蒸気入口部４６、止め弁室４２、中間流路４８、加減弁室４４及び蒸気出口部５０を有する。止め弁室４２には止め弁１０が収納され、加減弁室４４には加減弁２０が収納される。止め弁室４２及び加減弁室４４は、それぞれ、弁ケーシング４０に取り付けられたボンネット５２によって閉じられている。
蒸気入口部４６から供給される蒸気は、止め弁室４２を流れた後、中間流路４８を経て加減弁室４４に流入し、最終的に蒸気出口部５０から排出される。
【００３３】
止め弁室４２に収納された止め弁１０は、第１弁体１２と、第１弁体１２が閉弁時に当接する第１弁座１４と、第１弁体１２に取り付けられた第１弁棒１６と、第１弁棒１６を案内するガイドブシュ１８とを有する。
【００３４】
第１弁体１２は、止め弁１０の閉弁時に第１弁座１４のシート部１４Ａに当接する主弁１２Ａと、この主弁１２Ａに内包された副弁１２Ｂとにより構成される。なお、主弁１２Ａの内壁面１３は、副弁１２Ｂにとっての弁座として機能する。
【００３５】
第１弁棒１６は、一端が第１弁体１２の副弁１２Ｂに取り付けられ、他端がアクチュエータ（図３のアクチュエータ８）に連結されている。この第１弁棒１６を介して、アクチュエータの駆動力が第１弁体１２の副弁１２Ｂに伝わるようになっている。
【００３６】
第１弁棒１６を案内するガイドブシュ１８は、ボンネット５２に埋設されている。これにより、アクチュエータによって駆動される第１弁棒１６は、ガイドブシュ１８内を摺動し、第１弁棒１６の中心軸Ｃ１に沿って移動する。
【００３７】
止め弁１０では、第１弁棒１６が取り付けられた副弁１２Ｂは、所定のリフト量までは単独で進退するが、所定のリフト量に達すると主弁１２Ａとともに進退するようになっている。このため、アクチュエータによって第１弁棒１６を介して副弁１２Ｂを開弁方向（図１の上方向）に移動させると、所定のリフト量までは副弁１２Ｂのみが移動し、副弁１２Ｂが先に開く。この後、さらにアクチュエータによって第１弁棒１６を介して副弁１２Ｂを開弁方向に移動させると、所定のリフト量において副弁１２Ｂが主弁１２Ａとともに移動するようになり、主弁１２Ａも開かれる。このように、最初に副弁１２Ｂを開くことで、主弁１２Ａの前後の圧力差を低減することができ、副弁１２Ｂよりもシート径の大きい主弁１２Ａを小さな駆動力で開くことができる。
【００３８】
止め弁１０の外周には、蒸気に含まれる異物を除去する円筒状のストレーナ１７が設けられている。ストレーナ１７によって、所定のサイズ以上の異物が除去されるので、ストレーナ１７よりも下流側の組合せ蒸気弁１の各部（止め弁１０及び加減弁２０）および組合せ蒸気弁１が接続される蒸気タービンを異物による故障から保護することができる。
また、止め弁室４２の蒸気入口部４６から遠い側にはバッフルプレート１９が設けられている。バッフルプレート１９は、ストレーナ１７の外周面と止め弁室４２の内壁面との間に配置され、ストレーナ１７の外周を迂回してきた蒸気流を整流するようになっている。
【００３９】
止め弁１０の下流側には加減弁２０が設けられている。加減弁２０は、図１及び２に示すように、第２弁体２２と、第２弁体２２が閉弁時に当接する第２弁座２４と、第２弁体２２に取り付けられた第２弁棒２６と、第２弁棒２６を案内するガイドブシュ２８とを有する。
【００４０】
従来から、上流側から下流側に向かって徐々に縮径する弁座を用い、弁体の基部から弁頭部に向かって蒸気を流すようにした蒸気弁が当業者間で定着していた。これに対し、本実施形態では、アニュラーフローの安定化の観点から、加減弁２０の第２弁座２４を上流側から下流側に向かって拡径する形状にするとともに、第２弁体２２の弁頭部２３から基部に向かって蒸気を流すようにしている。
このように、加減弁２０の第２弁座２４は、蒸気流れ方向における上流側から下流側に向かって徐々に拡径する形状を有するから、第２弁座２４のシート部２４Ａの上流側よりも該シート部２４Ａの下流側のほうが蒸気の流路面積が大きい。このため、中間流路４８から供給される蒸気は、第２弁座２４のシート部２４Ａを通過する際に流速が遅くなり、第２弁座２４のシート部の下流側における蒸気流の乱れが抑制される。よって、第２弁座２４のシート部２４Ａを通過した蒸気流が第２弁座２４に付着したままのアニュラーフローの状態が維持され、組合せ蒸気弁１の各部の振動を抑制できる。
なお、本願発明者が行った数値流体力学（Computational Fluid Dynamics：ＣＦＤ）を用いた計算結果によれば、本実施形態の加減弁２０は、従来の構成の加減弁に比べて約１０ｄＢの騒音（振動）低下効果が得られた。
【００４１】
第２弁座２４のシート部２４Ａから上流側に延ばしたシート部２４Ａにおける接線Ｔが、第２弁体２２の中心軸（すなわち、第２弁棒２６の中心軸Ｃ２）に対してなす角度θ（図２参照）は、２５〜５０度であることが好ましい。このように、シート部２４Ａの接線Ｔが第２弁体２２の中心軸に対してなす角度θを２５度以上にすることで、シート部２４Ａを境に流路面積を急拡大させて、シート部２４Ａの上流側に比べて下流側の蒸気流の流速を十分遅くして、蒸気流の干渉をより確実に抑制できる。一方、同角度θを５０度以下にすることで、噴流衝突が回避でき、流体騒音が低下し騒音を小さくすることができる。
【００４２】
また、加減弁２０の第２弁座２４は、図１に示すように、止め弁１０の第１弁座１４と一体化された共通弁座４として設けられている。共通弁座４は、中間流路４８の全長にわたって設けられ、弁ケーシング４０の内壁に固定される。
このように、止め弁１０の第１弁座１４と加減弁２０の第２弁座２４を共通化することで、部品数が減少し、組合せ蒸気弁１の組立て作業の効率が向上する。また、第１弁座１４と第２弁座２４との間に継ぎ目がなく平滑面であるから、継ぎ目部分で蒸気流が乱れてしまうことがない。
【００４３】
共通弁座４は、第１弁座１４のシート部１４Ａよりも蒸気流れ方向における上流側においてのみ、弁ケーシング４０の内壁に固定されていることが好ましい。例えば、シート部１４Ａよりも上流側の位置で、締結部材６によって共通弁座４を弁ケーシング４０の内壁に固定してもよい。
このように、共通弁座４の弁ケーシング４０の内壁への固定は、止め弁１０のシート部１４Ａよりも上流側においてのみ行い、止め弁１０のシート部１４Ａよりも下流側では行わないようにすることで、固定用の締結部材６によって蒸気流が乱れることがない。また、共通弁座４の片側（止め弁１０側）のみが締結部材６により固定され、共通弁座４の反対側は締結部材６による固定点を始点として自由に熱膨張可能であるから、加減弁２０の起動停止時に、急激な温度変化によって発生する熱応力に起因した共通弁座４の損傷を防止できる。さらに、組合せ蒸気弁１を縦置き（鉛直方向に沿って配置）する場合、共通弁座４を止め弁１０側から抜き取ることで、下方の加減弁２０の第２弁体２２等を止め弁１０側に抜くことができ、組合せ蒸気弁１の分解作業が容易になる。
【００４４】
第２弁座２４に対して閉弁時に当接する第２弁体２２は、先端側（第２弁座２４に近い側）に凹形状の弁頭部２３を有する。このように、第２弁体２２の弁頭部２３を凹形状とすることで、図２の流線１００で示すように、第２弁座２４のシート部２４Ａの上流側において弁頭部２３の凹部に蒸気流が一旦滞留し、蒸気流が第２弁座２４に沿うように整流される。よって、アニュラーフローをより一層安定化することができる。
【００４５】
図２に示すように、第２弁体２２の外周には、第２弁体２２を案内する円筒状の弁体ガイド３０が設けられている。この弁体ガイド３０の内径ＤＧは、第２弁座２４のシート部２４Ａの直径（シート径）Ｄ０よりも大きい。また、第２弁体２２の弁頭部２３には、第２弁体２２及び弁体ガイド３０で囲まれた内部空間３２を中間流路４８に連通するバランス穴３４が形成されている。
【００４６】
このように、バランス穴３４を設けることで、第２弁体２２及び弁体ガイド３０で囲まれた内部空間３２と、第２弁体２２の上流側の中間流路４８とにおける蒸気圧力が同等になる。ここで、第２弁座２４のシート部２４Ａの直径Ｄ０よりも、弁体ガイド３０の内径ＤＧのほうが大きいから、全体として第２弁体２２に作用する正味の蒸気力は、蒸気流の下流側から上流側に向かう方向（すなわち、加減弁の閉弁方向）である。こうして、加減弁２０の第２弁体２２に作用する正味の蒸気力によって、加減弁２０が閉まる方向に第２弁体２２が常に引っ張られるから、第２弁体２２の調心性が向上し、蒸気流の乱れをより一層抑制できる。
【００４７】
第２弁体２２には第２弁棒２６が取り付けられる。加減弁２０の第２弁棒２６と、止め弁１０の第１弁棒１６とは、図１に示すように、中間流路４８を挟んで反対方向に延在している。なお、図１に示す例では、加減弁２０の第２弁棒２６は、その中心軸Ｃ２が、止め弁１０の第１弁棒１６の中心軸Ｃ１と略一致するように配置されている。
【００４８】
また第２弁棒２６は、第２弁体２２が取り付けられた端部とは反対側の端部で、アクチュエータ（図３のアクチュエータ９）に連結されている。この第２弁棒２６を介して、アクチュエータの駆動力が第２弁体２２に伝わるようになっている。
【００４９】
第２弁棒２６を案内するガイドブシュ２８は、ボンネット５２に埋設されている。これにより、アクチュエータによって駆動される第２弁棒２６は、ガイドブシュ２８内を摺動し、第２弁棒２６の中心軸Ｃ２に沿って移動する。
【００５０】
上記構成の組合せ蒸気弁１によれば、止め弁１０と加減弁２０を別々の弁室（４２，４４）に収納するとともに、止め弁１０を加減弁２０の上流側に配置したので、加減弁２０を通過した後の蒸気流の乱れを抑制できる。
また、止め弁１０の第１弁棒１６と加減弁２０の第２弁棒２６とを、中間流路４８を挟んで反対方向に延在するように配置したので、組合せ蒸気弁１の全体形状は中間流路４８に沿って延びる略直線状である。よって、複数の組合せ蒸気弁１をレイアウトする際に、省スペース化を図ることが可能となる。
また、組合せ蒸気弁の場合、蒸気タービンの起動時や、止め弁による蒸気遮断時には、中間流路が低温となり結露が発生して、下流側の加減弁の開度不良を招くことがある。この点、上記構成の組合せ蒸気弁１によれば、止め弁１０と加減弁２０の間にある中間流路４８を短くしたので、結露発生による加減弁２０の開度不良が極めて少なくなる。更に、共通弁座４が、中間流路４８の全長に亘って（第１弁座１４から第２弁座２４まで）延在しているため、熱伝導による加熱効果のため、中間流路４８内における結露の発生が少なくなる。
【００５１】
次に、上述の組合せ蒸気弁１を備える蒸気タービンについて説明する。図３は、組合せ蒸気弁１を備える蒸気タービンの構成例を示す上面図である。図４は、図３に示す蒸気タービンをＡ方向から視た正面図である。
なお、以下で説明する蒸気タービンは左右対称の形状であるから、図３及び４では蒸気タービンの左半分のみを示している。
【００５２】
蒸気タービン６０は、複数の組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）と、ロータが収納されたタービン車室６２とを備える。組合せ蒸気弁１は、タービン車室６２の上流側に設けられている。これにより、タービン車室６２に流入する蒸気流は、組合せ蒸気弁１の止め弁１０によって緊急時に遮断されるとともに、組合せ蒸気弁１の加減弁２０によって負荷変化に応じて蒸気量が調節される。
【００５３】
組合せ蒸気弁１は、上述のとおり、第１弁棒１６及び第２弁棒２６が中間流路４８を挟んで反対方向に延在する構成を有するため、組合せ蒸気弁１の全体形状は中間流路４８に沿って延びる略直線状である。このことは、第１弁棒１６に連結されるアクチュエータ８および第２弁棒２６に連結されるアクチュエータ９を含めた組合せ蒸気弁１の全体形状を示した図３から明らかである。
したがって、略直線状の複数の組合せ蒸気弁１をタービン車室６２の両側にロータ軸方向に沿って配置することができる。これにより、蒸気タービン６０の設置スペースを削減できる。
また、組合せ蒸気弁１が略直線状であることから、タービン車室６２のすぐ近くに組合せ蒸気弁１を配置することができる。これにより、タービン車室６２への配管を短くして、配管における圧力損失を低減できる。
【００５４】
複数の組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）は、図３及び４に示すように、タービン車室６２の左右両側に一対ずつ設けられている。そして、これら一対の組合せ蒸気弁１Ａ及び１Ｂは、鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置されている。
【００５５】
一対の組合せ蒸気弁をレイアウトするにあたって、組合せ蒸気弁の設置スペース（水平面上の設置面積）の削減が望まれる一方、それぞれの組合せ蒸気弁のメンテナンス性を確保する必要がある。
この点、本実施形態に係る組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）は略直線状であるから、一対の組合せ蒸気弁１Ａ及び１Ｂを鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置することができる。そして、このように組合せ蒸気弁１Ａ及び１Ｂをずらして配置することで、設置スペースの削減とメンテナンス性の向上とを両立できる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、図１に示す全体構成を有する組合せ蒸気弁１について説明したが、組合せ蒸気弁１は、止め弁１０と加減弁２０が別々の弁室に設けられ、止め弁１０の第１弁棒１６と加減弁２０の第２弁棒２６とが中間流路４８を挟んで反対方向に延在する構成であれば特に限定されない。特に、止め弁１０の第１弁体１２および加減弁２０の第２弁体２２の構成は、上述の例に限定されない。
【００５８】
また、図３及び４には、タービン車室６２の左右両側にそれぞれ一対ずつ組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）を設けた蒸気タービン６０について説明したが、組合せ蒸気弁１（１Ａ，１Ｂ）の数はこの例に限定されない。例えば、タービン車室６２の左右両側にｎ個（ただしｎ≧３）ずつ組合せ蒸気弁１を配置してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 組合せ蒸気弁
４ 共通弁座
６ 締結部材
１０ 止め弁
１２ 第１弁体
１２Ａ 主弁
１２Ｂ 副弁
１４ 第１弁座
１４Ａ シート部
１６ 第１弁棒
１７ ストレーナ
１８ ガイドブシュ
１９ バッフルプレート
２０ 加減弁
２２ 第２弁体
２３ 弁頭部
２４ 第２弁座
２４Ａ シート部
２６ 第２弁棒
２８ ガイドブシュ
３０ 弁体ガイド
３２ 内部空間
３４ バランス穴
４０ 弁ケーシング
４２ 止め弁室
４４ 加減弁室
４６ 蒸気入口部
４８ 中間流路
５０ 蒸気出口部
５２ ボンネット
６０ 蒸気タービン
６２ タービン車室
１００ 流線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
止め弁および加減弁が共通の弁ケーシングに設けられた組合せ蒸気弁であって、
第１弁体、前記第１弁体が閉弁時に当接する第１弁座および前記第１弁体に取り付けられた第１弁棒を有する止め弁と、
前記止め弁の下流側に配置され、第２弁体、前記第２弁体が閉弁時に当接する第２弁座および前記第２弁体に取り付けられた第２弁棒を有する加減弁と、
前記止め弁を収納する止め弁室、前記加減弁を収納する加減弁室、前記止め弁室に蒸気を供給する蒸気入口部、前記止め弁室と前記加減弁室との間に設けられるストレート形状の中間流路、および、前記加減弁室からの蒸気を排出する蒸気出口部を有する弁ケーシングとを備え、
前記止め弁の前記第１弁棒と、前記加減弁の前記第２弁棒とは、前記中間流路を挟んで反対方向に延在していることを特徴とする組合せ蒸気弁。
【請求項２】
前記弁ケーシングの内壁には、前記中間流路の全長にわたって、前記第１弁座および前記第２弁座が一体化された共通弁座が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項３】
前記共通弁座は、前記第１弁座のシート部よりも蒸気流れ方向における上流側においてのみ、前記弁ケーシングの内壁に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項４】
前記第２弁座は、蒸気流れ方向における上流側から下流側に向かって拡径していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項５】
前記第２弁体の弁頭部は凹形状であることを特徴とする請求項４に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項６】
前記第２弁体の外周に設けられ、前記第２弁体を案内する円筒状の弁体ガイドをさらに備え、
前記第２弁体の弁頭部には、前記第２弁体及び前記弁体ガイドで囲まれた内部空間を前記中間流路に連通するバランス穴が形成されており、
前記第２弁座のシート部の直径よりも、前記弁体ガイドの内径が大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載された複数の組合せ蒸気弁と、
前記複数の組合せ蒸気弁が接続されるとともに、ロータを収納するタービン車室とを備え、
前記複数の組合せ蒸気弁は、前記タービン車室の両側にロータ軸方向に沿って配置されることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項８】
前記複数の組合せ蒸気弁は、前記タービン車室の両側に少なくとも一対ずつ設けられており、
前記少なくとも一対の組合せ蒸気弁は、鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置されていることを特徴とする請求項７に記載の蒸気タービン。
【請求項１】
止め弁および加減弁が共通の弁ケーシングに設けられた組合せ蒸気弁であって、
第１弁体、前記第１弁体が閉弁時に当接する第１弁座および前記第１弁体に取り付けられた第１弁棒を有する止め弁と、
前記止め弁の下流側に配置され、第２弁体、前記第２弁体が閉弁時に当接する第２弁座および前記第２弁体に取り付けられた第２弁棒を有する加減弁と、
前記止め弁を収納する止め弁室、前記加減弁を収納する加減弁室、前記止め弁室に蒸気を供給する蒸気入口部、前記止め弁室と前記加減弁室との間に設けられるストレート形状の中間流路、および、前記加減弁室からの蒸気を排出する蒸気出口部を有する弁ケーシングとを備え、
前記止め弁の前記第１弁棒と、前記加減弁の前記第２弁棒とは、前記中間流路を挟んで反対方向に延在していることを特徴とする組合せ蒸気弁。
【請求項２】
前記弁ケーシングの内壁には、前記中間流路の全長にわたって、前記第１弁座および前記第２弁座が一体化された共通弁座が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項３】
前記共通弁座は、前記第１弁座のシート部よりも蒸気流れ方向における上流側においてのみ、前記弁ケーシングの内壁に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項４】
前記第２弁座は、蒸気流れ方向における上流側から下流側に向かって拡径していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項５】
前記第２弁体の弁頭部は凹形状であることを特徴とする請求項４に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項６】
前記第２弁体の外周に設けられ、前記第２弁体を案内する円筒状の弁体ガイドをさらに備え、
前記第２弁体の弁頭部には、前記第２弁体及び前記弁体ガイドで囲まれた内部空間を前記中間流路に連通するバランス穴が形成されており、
前記第２弁座のシート部の直径よりも、前記弁体ガイドの内径が大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載の組合せ蒸気弁。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載された複数の組合せ蒸気弁と、
前記複数の組合せ蒸気弁が接続されるとともに、ロータを収納するタービン車室とを備え、
前記複数の組合せ蒸気弁は、前記タービン車室の両側にロータ軸方向に沿って配置されることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項８】
前記複数の組合せ蒸気弁は、前記タービン車室の両側に少なくとも一対ずつ設けられており、
前記少なくとも一対の組合せ蒸気弁は、鉛直方向および前記ロータ軸方向に直交する方向にずらして配置されていることを特徴とする請求項７に記載の蒸気タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１２２７０（Ｐ２０１２−１１２２７０Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０６２８（Ｐ２０１０−２６０６２８）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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