蒸気弁およびその製造方法
【課題】簡便な構成により廉価なコストで提供することができる実用に適した蒸気弁の製造方法を提供する。
【解決手段】圧力容器４の内側に沿い、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる少なくとも１層の内壁２１を設け、圧力容器４の内表面が高温蒸気に直接晒されない構成とする。
【解決手段】圧力容器４の内側に沿い、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる少なくとも１層の内壁２１を設け、圧力容器４の内表面が高温蒸気に直接晒されない構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン発電プラントの高温蒸気流路に設けられる蒸気弁およびその蒸気弁の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン発電プラントにおいて、タービン駆動蒸気の流量制御および緊急時の蒸気遮断等のために、各種蒸気弁が設けられており、蒸気タービンの安全な運用のために重要な要素をなしている。
【０００３】
図１１は、このような蒸気弁の従来例の典型的な構造を示すものである。この蒸気弁は、弁ケーシング１に上蓋２をボルト３にて固定して構成される圧力容器４と、弁棒５にねじ込まれた弁体６、弁棒５を保持する案内片７、蒸気中の異物を捕捉するストレーナ８、および弁座９より構成されている。なお、弁棒５を上下方向に作動させるアクチュエータ（図示せず）が設置されている。
【０００４】
入口管１０から流入する蒸気は、矢印Ａで示すように蒸気室ＩＲ内に流入し、弁体６と弁座９の間に形成される流路を通過して出口管１３から矢印Ｂで示すように流出する。また、弁ケーシング１には蒸気室ＩＲと導通する弁座前ドレン孔１２、弁座後ドレン孔１３が形成されており、タービン起動時に蒸気室ＩＲ内部に蓄積されたドレンを排出する機能を有している。
【０００５】
図１１に示したような蒸気タービン発電装置系統を用いる火力発電プラントにおいては、わが国において従来、主蒸気圧力２４．１ＭＰａ、主蒸気温度５３８℃、再熱蒸気温度５６６℃が典型的に採用されてきた。しかし、オイルショック以来、省エネルギー化が強力に推進され、またその後の地球温暖化問題に対する急速な関心の高まりから、火力発電プラントの高効率化を達成すべく、主蒸気や再熱蒸気温度は５９３℃、６００℃、６１０℃というように段階的に上昇してきている。この傾向は近年一層増大する傾向にあり、更に６３０℃、６５０℃、７００℃および７２５℃あるいはそれ以上の蒸気温度の採用が検討されている。
【０００６】
このように概ね６００℃を超えるような主蒸気や再熱蒸気温度条件では、従来から、これら蒸気弁の弁ケーシング材料として使用されているクロム（Ｃｒ）−モリブデン（Ｍｏ）−バナジウム（Ｖ）鋼に代表されるフェライト系合金などの低合金耐熱鋼の使用は困難となり、オーステナイト系耐熱鋼ないしＮｉ基合金耐熱鋼の使用が必要となる。しかしながら、オーステナイト系耐熱鋼は高価であるのみでなく、高温下での耐力は必ずしも高くなく、また熱膨張係数も比較的大であるため高温・高圧の肉厚な弁ケーシング材料として用いることは好ましくない。
【０００７】
ところで、このような肉厚の蒸気弁を使用した場合には、蒸気弁のケーシング内面、外面の温度差により熱応力が発生し、ケーシングの寿命等の観点から好ましくないことは良く知られている。そこで、この熱応力の発生をできるだけ抑えるように、ケーシングを２重構造として、２重のケーシングの間に暖気用の流体等を流通させてケーシング内外の温度差を抑えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
また、弁装置の内部の部品に傾斜機能材料を装着することにより、発電プラントの起動、停止に伴い高温かつ高圧の流体が急激に流入し発生する熱衝撃やエロージョンやコロージョンから耐えうる構造とできることが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６２−２３７００９号公報
【特許文献２】特開平０６−１３７１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ケーシングを２重構造とした従来の蒸気弁では、ケーシング内外の温度差を監視しながらケーシング間に流通させる流体等を抑制するため、構造が複雑であり、また傾斜機能材料を装着した従来の蒸気弁では、弁装置内部の部品を傾斜機能材料で構成するという複雑な構成であり、それぞれ必ずしも実用に適した構造とは言えない。
【００１０】
上述したように、火力発電プラントの高効率化が押し進められ、主蒸気や再熱蒸気温度は、５９３℃、６００℃、６１０℃というようにステップ的に上昇、さらに６３０℃、６５０℃、７００℃、７２５℃以上の蒸気温度の採用が検討されている。
【００１１】
このように概ね６００℃を超すような主蒸気や再熱蒸気温度条件では、従来からこれら弁装置の蒸気室材料として使用されているクロム−モリブデン−バナジウム鋼に代表されるフェライト系合金などの耐熱合金鋼の使用が困難となり、おのずとオーステナイト系耐熱鋼を使わなければならず、従来にも増して製造コストが急騰し採算上大きな問題となる。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来から蒸気室材料として使用されているフェライト系合金などを用い、廉価なコストで弁装置を提供することを目的とする。また、本発明は、簡便な構成により廉価なコストで提供することができる実用に適した蒸気弁の製造方法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】
【００１３】
前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものにおいて、前記圧力容器の内側に沿い、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる少なくとも１層の内壁を設け、前記圧力容器の内表面が高温蒸気に直接晒されない構成としたことを特徴とする弁装置を提供する。
【００１４】
請求項２に係る発明では、前記内壁が、ニッケルを３５％以上含むニッケル基合金鋼、またはコバルトを５０％以上含むコバルト基合金鋼により構成されている弁装置を提供する。
【００１５】
請求項３に係る発明では、前記内壁が、断熱煉瓦、セラミックス、アルミナ、または珪酸カルシウムにより構成されている弁装置を提供する。
【００１６】
請求項４に係る発明では、前記内壁が、前記弁室に面する内表面側を前記圧力容器側よりも高温耐熱性もしくは断熱性を大きくした傾斜機能材料により構成されている弁装置を提供する。
【００１７】
請求項５に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に型枠を配置し、液状の高温耐熱金属もしくは断熱材を流し込み、固化させることにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法を提供する。
【００１８】
請求項６に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材を溶射または吹付けることにより、内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法を提供する。
【００１９】
請求項７に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材製のブロックを組立てることにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法を提供する。
【００２０】
請求項８に係る発明では、前記ブロックを接着材により、または溶接により、または押さえ板、サポート、ボルトもしくはこれらの一部を使用して、前記圧力容器の内面に固定する蒸気弁の製造方法を提供する。
【００２１】
請求項９に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に固形体からなる円筒状の高温耐熱金属もしくは断熱材を圧入することにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、蒸気室の内側に温度勾配を有する壁を設置し、蒸気室内部の高温蒸気を蒸気室内面に直接さらされないため、蒸気室内面は急激な温度変化を受けることなく、またプラント通常運転時には高温となる蒸気温度から若干下がった温度を内面に受けることにより、従来耐熱合金が使用可能な、たとえば６００℃程度以下の蒸気室内面と設定できることができる。
【００２３】
すなわち本発明によれば、圧力容器となる外側蒸気室は従来の耐熱合金鋼を用い、温度隔壁の機能を有する内壁には、オーステナイト系耐熱鋼や断熱材を用いる等それぞれ材料を自由に組合せて使い分けすることが可能となる。
【００２４】
したがって、本発明によれば、蒸気室内側に温度勾配をもつ内壁を有することで、圧力容器となる蒸気室内面に直接高温蒸気をさらす必要がなくなることから、蒸気室内面は従来タービンの蒸気温度、例えば５６６℃や５９３℃以下に押さえることができ、蒸気室自体は従来の材質および製造方法にて製作できることから、蒸気室全体を高価なオーステナイト系耐熱鋼等で製作するのに比べ、廉価なコストで弁装置を提供することができることになる。また、タービンのウォーミングや冷却過程において、蒸気室内側と外側に急激な温度差が生じた場合でも、内壁により急激な温度変化が蒸気室内面に即時に伝わることはなく、蒸気室に過大な熱応力を発生させることなく、安定したタービン発電プラントの運用ができる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。なお、説明を容易にするため、従来例と対応する構成部分には図１１と同一の符号を使用する。
【００２６】
［第１実施形態］（図１、図２）
図１は、本発明の第１実施形態による蒸気弁の例として、主蒸気止め弁を示す断面図である。
【００２７】
この図１に示すように、この蒸気弁は、弁ケーシング１に上蓋２をボルト３にて固定して蒸気室ＩＲを形成する圧力容器４と、この圧力容器４の蒸気室ＩＲ内に設けられる弁棒５と、この弁棒５にねじ込まれた弁体６と、弁棒５を保持する案内片７と、蒸気中の異物を捕捉するストレーナ８と、弁座９とを有する。また、蒸気室ＩＲに蒸気を導入する入口管２５と、弁体６を通過した蒸気を排出する出口管２６とが、圧力容器４に溶接部２５ａ，２５ｂを介して接続されている。
【００２８】
そして、圧力容器４の内側に沿い、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる少なくとも１層の内壁２１が設けられ、圧力容器４の内表面が高温蒸気に直接晒されない構成となっている。
【００２９】
すなわち、図示省略のボイラより入口管２５を介して流入した蒸気は、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる内壁２１に内面を覆われた蒸気室ＩＲ内に入り、弁座９より上流に設置された蒸気中の異物を取り除くストレーナ８を通り、弁座９と主弁６の間を流れ蒸気出口へと向かう。
【００３０】
本実施形態では、蒸気弁内に設置される内蔵部品のストレーナ８、弁体６、弁座９、案内片７、および弁棒５については、従来より使用されている耐熱合金もしくは、高温特性に優れた例えばＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１０系のオーステナイト系耐熱合鋼、あるいはインコネル６２５系の固溶強化超合金鋼を用いて構成されている。
【００３１】
また、入口管２５は、例えばオーステナイト系耐熱合金や１２Ｃｒ鋼の材質により構成され、図示しない主蒸気管との溶接性がよくなる構成とされている。この入口管２５に、弁ケーシング１内部の内壁２１が接合される構成とされ、これにより弁ケーシング１の内面に高温の蒸気が直接触れるのを防止するようになっている。
【００３２】
また、弁座前ドレン孔１２は、従来の位置では弁ケーシング１の内壁２１に対して邪魔となるため、本実施形態では、入口管２５の部分に設置され、主蒸気が凝縮することで発生するドレンが邪魔のない状態で排出できるようになっている。
【００３３】
弁座後ドレン孔１３も同様に、出口管２６部分に設置され、ドレンが構成部によって邪魔されることなく排出できるようになっている。
【００３４】
弁ケーシング１の内部は、弁座９の箇所を除き、すべて高温耐熱金属もしくは断熱材２１にて一様に覆われており、弁座部分についても、高温耐熱金属もしくは従来材にて整形された弁座９が、ボルトもしくは溶接などによって蒸気室内面に固定されている。これにより、高温の蒸気が直接晒される箇所は存在しない。
【００３５】
図２は内壁２１を設けたことによる熱的作用説明図である。
【００３６】
この図２に示すように、蒸気室ＩＲに内壁２１を設けた構成とすることで、内壁２１内に温度勾配をもち、例えば弁ケーシング内側温度ｔｉが６００℃を越える高温になったとしても、内壁２１との境界部温度ｔｂが従来のタービン蒸気温度、例えば５６６℃や５９３℃をこえないようにすることができる。これにより、弁ケーシング１には従来から適用している耐熱合金鋼を用い、安価な弁ケーシングを提供することができる。
【００３７】
また、内壁２１は適正な厚さを有しているため、蒸気室ＩＲ内部の温度変化が弁ケーシング１に直接伝わることはなく、タービン停止過程の強制急冷、もしくは起動前のウォーミング時に、弁ケーシング１の内面を急激な温度変化から保護することが可能となる。
【００３８】
なお、上蓋２についても、内側に高温耐熱金属もしくは断熱材からなる内壁２１を設けることで、上記同様の効果を得ることができる。
【００３９】
本実施形態において、高温耐熱金属もしくは断熱材２１として適用される材料に関し、例えば高温耐熱金属については、ニッケルを３５％以上含むニッケル基合金鋼、またはコバルトを５０％以上含むコバルト基合金鋼の組み合わせにて製作されたものを用いる。
【００４０】
また、断熱材については、断熱れんが、セラミックス、アルミナ、けい酸カルシウムなどの伝熱係数の低い材料を適用することができる。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、弁ケーシング１の内側に高温耐熱金属もしくは断熱材の内壁２１を有することにより、蒸気タービンのウォーミング過程において、蒸気室内部と蒸気室に急激に温度差が発生した場合、当該蒸気弁の蒸気室内面に直接温度差を作用させずに、内壁に熱衝撃を緩和する機能を持たせることができる。
【００４２】
また、弁ケーシング１の内側に高温耐熱金属もしくは断熱材の内壁２１を有することにより、通常の蒸気タービン運転中において、当該蒸気弁の蒸気室内面に高温の蒸気を直接晒すことがない。
【００４３】
さらに、内壁２１に温度勾配を持たせる手段を設けたことにより、蒸気タービンの冷却過程において、蒸気室内部と蒸気室に急激に温度差が発生した場合でも、当該蒸気弁の蒸気室内面に直接温度差を作用させずに、内壁２１によって熱衝撃を緩和する機能を持たせることができる。
【００４４】
［第２実施形態］（図３）
図３は、本発明の第２実施形態を説明するための傾斜機能材料の概念図である。
【００４５】
この図３に示すように、本実施形態では、内壁が、上記室ＩＲに面する内表面側を前記圧力容器側よりも高温耐熱性もしくは断熱性を大きくした傾斜機能材料により構成されている。
【００４６】
すなわち、本実施形態では、内壁２１に温度勾配を持たせる手段として、本実施形態では、傾斜機能材料（異なる材料を単純に張り合わせただけの材料ではなく、境目をなくすように、連続的に異なる材料を混ぜ合わせて作り出した材料）が用いられている。
【００４７】
この内壁２１に温度勾配を持たせる手段としては、セラミックス、アルミナ、けい酸カルシウムのような断熱材を用いることが望ましい。なお、その他、高温耐熱金属もしくは断熱材にはっきりと区分されない傾斜機能材料とよばれる材料を用いることもできる。
【００４８】
傾斜機能材料は、材料のある部分と別の部分では性質が異なっており、ひとつの材料の中で性質が変化しているようなもので、ある部分は機械的強度が強く、ある部分は耐熱特性があるといった、２つの特性を持つような材料をさしている。
【００４９】
このように、異なる材料を単純に張り合わせただけの材料ではなく、境目をなくすように、連続的に異なる材料をまぜあわせて作りだした材料としての傾斜機能材料３７を適用することにより、内壁２１の内側と弁ケーシング外側では、材料も異なれば、機能も傾斜的に変化することにより、第１実施形態で説明した効果をさらに向上することができる。
【００５０】
［第３実施形態］（図４）
図４は、本発明の第３実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図である。
【００５１】
本実施形態では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、蒸気室に蒸気を導入する入口管と、弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、圧力容器の内部に型枠を配置し、液状の高温耐熱金属もしくは断熱材を流し込み、固化させることにより内壁を形成する蒸気弁の製造方法についてのものである。
【００５２】
すなわち、図４に示すように、本実施形態では、蒸気室１を製作した後、弁ケーシング１の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材２１の内壁を設けるのに適当な大きさ、形の木型もしくは砂型２７を形成し、蒸気室１の温度を液体状となった高温耐熱金属もしくは断熱材２１を固体化するのに適正な高さに保持する。
【００５３】
そして、とりべ２８に取り分けた湯２９（高温耐熱金属もしくは断熱材）を蒸気室１の内面と木型もしくは砂型２７の隙間に流し込む。
【００５４】
この場合、蒸気室ＩＲ全体を冷却する温度を管理して、徐々に湯２９を固体化させていき、均等な組成をもつ内壁を得る。内壁１が凝固した後、余分な部分は機械加工により、除去し内壁を形成する。図１などに記されている弁座９は、湯により形成してもよく、内壁を形成した後、ボルトや溶接などにて、取り付ける方法を採用してもよい。
【００５５】
［第４実施形態］（図５）
図５は、本発明の第４実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図である。
【００５６】
本実施形態は、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、蒸気室に蒸気を導入する入口管と、弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する場合、圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材を溶射または吹き付けることにより、内壁を形成する方法についてのものである。
【００５７】
図５に示すように、本実施形態の製造方法では、弁ケーシング１の内面を溶接により肉盛りをし、もしくは断熱材の吹き付け装置を用いて内面に断熱材を吹き付ける。
【００５８】
すなわち、弁ケーシング１を製作した後、溶接する場合、弁ケーシング１を溶接金属に見合った温度に予熱し、溶接をする。
【００５９】
この溶接は、内壁２１の厚さによっては、多層にわたるものとなる。そこで、層を重ね合わせることにより厚さを決め、単純形状の蒸気弁の場合には、自動溶接装置が作業効率の面で有用となる。
【００６０】
多層となる場合には、単一の材質による溶接とする必要はなく、層により材質を変えてもよい。また、予熱をするため弁ケーシング１内の作業性が著しく低下するので、この点からも自動溶接装置が有利な方法といえる。
【００６１】
溶接後は、後熱などの温度管理を実施し、均一な組織をもった内壁を形成するようにする。内壁２１は、弁座９を肉盛りにより形成しない場合には、弁座９を取り付ける部分を機械加工する。弁座９を肉盛りにて形成する場合には、弁座９の形状を作るのに機械加工が必要となる。
【００６２】
なお、その他の部分については、必要に応じて機械加工するが、嵌め合わせ部分とならないのであれば、そのまま溶接肌を残してもよい。断熱材吹き付け装置を用いる場合においても、溶接の場合と同様に、必要に応じて弁ケーシング１の温度管理を実施し、吹き付けが多層にわたる場合には、断熱材材質を変えてもよい。
【００６３】
［第５実施形態］（図６〜図９）
図６は、本発明の第５実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図である。図７は、同実施形態における高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図であり、図８は、同実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図である。また、図９は、同実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図である。
【００６４】
図６に示すように、本実施形態では、高温耐熱金属もしくは断熱材２１をブロックとし蒸気室内面に取り付ける方法であり、事前に内壁をブロック材として準備しておくことができ、製造が簡単に行なえる方法についてのものである。
【００６５】
すなわち、図７に示すように、ブロック材は弁ケーシング１の内面に接着剤３１を用いて固定する方法が採用できる。また、図８に示すうように、高温耐熱金属もしくは断熱材が比較的破損しやすいものならば、サポート３２、押さえ板３３、ボルト３４などを用いて、ブロック材を覆うようにして固定する方法を取ることもできる。
【００６６】
さらに、図９に示すように、ブロック材が溶接可能なものであれば、ブロック材の端面に開先をとって、溶接により部材をつなぎ合わせて固定することもできる。この場合、溶接による熱を考慮し蒸気室１の内面とブロック材との間にあるエアーを排出するための空気孔３５を設けておかなければならない。空気孔は十分小さく、この穴により蒸気室内部の高温蒸気が蒸気室内面に直接吹き付けることはない。
【００６７】
［第６実施形態］（図１０）
図１０は、本発明の第６実施形態を説明するための断面図。
【００６８】
本実施形態は、圧力容器４の内部に固形体からなる円筒状の高温耐熱金属もしくは断熱材を圧入することにより内壁を形成する蒸気弁の製造方法についてのものである。
【００６９】
すなわち、図１０に示すように、本実施形態では、圧力容器４が、円筒形状の組み合わせとして形成されており、その内側の内壁２１についても、円柱形状の組み合わせ形状となっている。
【００７０】
圧力容器４の弁ケーシング１の壁が円柱形状であれば、その内側の内壁２１についても円柱もしくは円筒形状のものとして挿入することができる。
【００７１】
高温耐熱金属もしくは断熱材の内壁２１を圧力容器４と同形状として成型しておけば、内壁２１を直接、圧力容器４内に圧入もしくは挿入することで、内壁製作をすることが可能である。
【００７２】
なお、内壁２１については、単に挿入し、溶接やボルトなどの手段によって内壁２１を蒸気室に固定することも可能である。このように、弁ケーシング１を単純円筒形状の組み合わせとした場合、前述した実施例に加え、円筒形状の高温耐熱金属もしくは断熱材を挿入する制作方法をとることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態による蒸気弁の断面図。
【図２】本発明の第１実施形態における温度分布を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態を説明するための傾斜機能材料の概念図。
【図４】本発明の第３実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図。
【図５】本発明の第４実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図。
【図６】本発明の第５実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図。
【図７】本発明の第５実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図。
【図８】本発明の第５実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図。
【図９】本発明の第５実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図。
【図１０】本発明の第６実施形態を説明するための断面図。
【図１１】従来の蒸気弁を示す断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 弁ケーシング
２ 上蓋
３ ボルト
４ 圧力容器
５ 弁棒
６ 主弁
７ 案内片
８ ストレーナ
９ 弁座
１０ 弁座前ドレン孔
１１ 弁座後ドレン孔
２１ 高温耐熱金属もしくは断熱材
２５ 入口管
２６ 出口管
２７ 木型もしくは砂型
２８ とりべ
２９ 湯（金属、断熱材）
３０ 溶接装置もしくは断熱材吹き付け装置
３１ 接着剤
３２ サポート
３３ 押さえ板
３４ ボルト
３５ 空気孔
３６ 溶接部
３７ 傾斜機能材料
ｔｂ 境界部温度
ｔｉ 弁ケーシング内側温度
ｔｏ 弁ケーシング外側温度
ＩＲ 蒸気室
Ｘ 材料
Ｙ 材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン発電プラントの高温蒸気流路に設けられる蒸気弁およびその蒸気弁の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン発電プラントにおいて、タービン駆動蒸気の流量制御および緊急時の蒸気遮断等のために、各種蒸気弁が設けられており、蒸気タービンの安全な運用のために重要な要素をなしている。
【０００３】
図１１は、このような蒸気弁の従来例の典型的な構造を示すものである。この蒸気弁は、弁ケーシング１に上蓋２をボルト３にて固定して構成される圧力容器４と、弁棒５にねじ込まれた弁体６、弁棒５を保持する案内片７、蒸気中の異物を捕捉するストレーナ８、および弁座９より構成されている。なお、弁棒５を上下方向に作動させるアクチュエータ（図示せず）が設置されている。
【０００４】
入口管１０から流入する蒸気は、矢印Ａで示すように蒸気室ＩＲ内に流入し、弁体６と弁座９の間に形成される流路を通過して出口管１３から矢印Ｂで示すように流出する。また、弁ケーシング１には蒸気室ＩＲと導通する弁座前ドレン孔１２、弁座後ドレン孔１３が形成されており、タービン起動時に蒸気室ＩＲ内部に蓄積されたドレンを排出する機能を有している。
【０００５】
図１１に示したような蒸気タービン発電装置系統を用いる火力発電プラントにおいては、わが国において従来、主蒸気圧力２４．１ＭＰａ、主蒸気温度５３８℃、再熱蒸気温度５６６℃が典型的に採用されてきた。しかし、オイルショック以来、省エネルギー化が強力に推進され、またその後の地球温暖化問題に対する急速な関心の高まりから、火力発電プラントの高効率化を達成すべく、主蒸気や再熱蒸気温度は５９３℃、６００℃、６１０℃というように段階的に上昇してきている。この傾向は近年一層増大する傾向にあり、更に６３０℃、６５０℃、７００℃および７２５℃あるいはそれ以上の蒸気温度の採用が検討されている。
【０００６】
このように概ね６００℃を超えるような主蒸気や再熱蒸気温度条件では、従来から、これら蒸気弁の弁ケーシング材料として使用されているクロム（Ｃｒ）−モリブデン（Ｍｏ）−バナジウム（Ｖ）鋼に代表されるフェライト系合金などの低合金耐熱鋼の使用は困難となり、オーステナイト系耐熱鋼ないしＮｉ基合金耐熱鋼の使用が必要となる。しかしながら、オーステナイト系耐熱鋼は高価であるのみでなく、高温下での耐力は必ずしも高くなく、また熱膨張係数も比較的大であるため高温・高圧の肉厚な弁ケーシング材料として用いることは好ましくない。
【０００７】
ところで、このような肉厚の蒸気弁を使用した場合には、蒸気弁のケーシング内面、外面の温度差により熱応力が発生し、ケーシングの寿命等の観点から好ましくないことは良く知られている。そこで、この熱応力の発生をできるだけ抑えるように、ケーシングを２重構造として、２重のケーシングの間に暖気用の流体等を流通させてケーシング内外の温度差を抑えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
また、弁装置の内部の部品に傾斜機能材料を装着することにより、発電プラントの起動、停止に伴い高温かつ高圧の流体が急激に流入し発生する熱衝撃やエロージョンやコロージョンから耐えうる構造とできることが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６２−２３７００９号公報
【特許文献２】特開平０６−１３７１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ケーシングを２重構造とした従来の蒸気弁では、ケーシング内外の温度差を監視しながらケーシング間に流通させる流体等を抑制するため、構造が複雑であり、また傾斜機能材料を装着した従来の蒸気弁では、弁装置内部の部品を傾斜機能材料で構成するという複雑な構成であり、それぞれ必ずしも実用に適した構造とは言えない。
【００１０】
上述したように、火力発電プラントの高効率化が押し進められ、主蒸気や再熱蒸気温度は、５９３℃、６００℃、６１０℃というようにステップ的に上昇、さらに６３０℃、６５０℃、７００℃、７２５℃以上の蒸気温度の採用が検討されている。
【００１１】
このように概ね６００℃を超すような主蒸気や再熱蒸気温度条件では、従来からこれら弁装置の蒸気室材料として使用されているクロム−モリブデン−バナジウム鋼に代表されるフェライト系合金などの耐熱合金鋼の使用が困難となり、おのずとオーステナイト系耐熱鋼を使わなければならず、従来にも増して製造コストが急騰し採算上大きな問題となる。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来から蒸気室材料として使用されているフェライト系合金などを用い、廉価なコストで弁装置を提供することを目的とする。また、本発明は、簡便な構成により廉価なコストで提供することができる実用に適した蒸気弁の製造方法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】
【００１３】
前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものにおいて、前記圧力容器の内側に沿い、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる少なくとも１層の内壁を設け、前記圧力容器の内表面が高温蒸気に直接晒されない構成としたことを特徴とする弁装置を提供する。
【００１４】
請求項２に係る発明では、前記内壁が、ニッケルを３５％以上含むニッケル基合金鋼、またはコバルトを５０％以上含むコバルト基合金鋼により構成されている弁装置を提供する。
【００１５】
請求項３に係る発明では、前記内壁が、断熱煉瓦、セラミックス、アルミナ、または珪酸カルシウムにより構成されている弁装置を提供する。
【００１６】
請求項４に係る発明では、前記内壁が、前記弁室に面する内表面側を前記圧力容器側よりも高温耐熱性もしくは断熱性を大きくした傾斜機能材料により構成されている弁装置を提供する。
【００１７】
請求項５に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に型枠を配置し、液状の高温耐熱金属もしくは断熱材を流し込み、固化させることにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法を提供する。
【００１８】
請求項６に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材を溶射または吹付けることにより、内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法を提供する。
【００１９】
請求項７に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材製のブロックを組立てることにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法を提供する。
【００２０】
請求項８に係る発明では、前記ブロックを接着材により、または溶接により、または押さえ板、サポート、ボルトもしくはこれらの一部を使用して、前記圧力容器の内面に固定する蒸気弁の製造方法を提供する。
【００２１】
請求項９に係る発明では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に固形体からなる円筒状の高温耐熱金属もしくは断熱材を圧入することにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、蒸気室の内側に温度勾配を有する壁を設置し、蒸気室内部の高温蒸気を蒸気室内面に直接さらされないため、蒸気室内面は急激な温度変化を受けることなく、またプラント通常運転時には高温となる蒸気温度から若干下がった温度を内面に受けることにより、従来耐熱合金が使用可能な、たとえば６００℃程度以下の蒸気室内面と設定できることができる。
【００２３】
すなわち本発明によれば、圧力容器となる外側蒸気室は従来の耐熱合金鋼を用い、温度隔壁の機能を有する内壁には、オーステナイト系耐熱鋼や断熱材を用いる等それぞれ材料を自由に組合せて使い分けすることが可能となる。
【００２４】
したがって、本発明によれば、蒸気室内側に温度勾配をもつ内壁を有することで、圧力容器となる蒸気室内面に直接高温蒸気をさらす必要がなくなることから、蒸気室内面は従来タービンの蒸気温度、例えば５６６℃や５９３℃以下に押さえることができ、蒸気室自体は従来の材質および製造方法にて製作できることから、蒸気室全体を高価なオーステナイト系耐熱鋼等で製作するのに比べ、廉価なコストで弁装置を提供することができることになる。また、タービンのウォーミングや冷却過程において、蒸気室内側と外側に急激な温度差が生じた場合でも、内壁により急激な温度変化が蒸気室内面に即時に伝わることはなく、蒸気室に過大な熱応力を発生させることなく、安定したタービン発電プラントの運用ができる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。なお、説明を容易にするため、従来例と対応する構成部分には図１１と同一の符号を使用する。
【００２６】
［第１実施形態］（図１、図２）
図１は、本発明の第１実施形態による蒸気弁の例として、主蒸気止め弁を示す断面図である。
【００２７】
この図１に示すように、この蒸気弁は、弁ケーシング１に上蓋２をボルト３にて固定して蒸気室ＩＲを形成する圧力容器４と、この圧力容器４の蒸気室ＩＲ内に設けられる弁棒５と、この弁棒５にねじ込まれた弁体６と、弁棒５を保持する案内片７と、蒸気中の異物を捕捉するストレーナ８と、弁座９とを有する。また、蒸気室ＩＲに蒸気を導入する入口管２５と、弁体６を通過した蒸気を排出する出口管２６とが、圧力容器４に溶接部２５ａ，２５ｂを介して接続されている。
【００２８】
そして、圧力容器４の内側に沿い、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる少なくとも１層の内壁２１が設けられ、圧力容器４の内表面が高温蒸気に直接晒されない構成となっている。
【００２９】
すなわち、図示省略のボイラより入口管２５を介して流入した蒸気は、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる内壁２１に内面を覆われた蒸気室ＩＲ内に入り、弁座９より上流に設置された蒸気中の異物を取り除くストレーナ８を通り、弁座９と主弁６の間を流れ蒸気出口へと向かう。
【００３０】
本実施形態では、蒸気弁内に設置される内蔵部品のストレーナ８、弁体６、弁座９、案内片７、および弁棒５については、従来より使用されている耐熱合金もしくは、高温特性に優れた例えばＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１０系のオーステナイト系耐熱合鋼、あるいはインコネル６２５系の固溶強化超合金鋼を用いて構成されている。
【００３１】
また、入口管２５は、例えばオーステナイト系耐熱合金や１２Ｃｒ鋼の材質により構成され、図示しない主蒸気管との溶接性がよくなる構成とされている。この入口管２５に、弁ケーシング１内部の内壁２１が接合される構成とされ、これにより弁ケーシング１の内面に高温の蒸気が直接触れるのを防止するようになっている。
【００３２】
また、弁座前ドレン孔１２は、従来の位置では弁ケーシング１の内壁２１に対して邪魔となるため、本実施形態では、入口管２５の部分に設置され、主蒸気が凝縮することで発生するドレンが邪魔のない状態で排出できるようになっている。
【００３３】
弁座後ドレン孔１３も同様に、出口管２６部分に設置され、ドレンが構成部によって邪魔されることなく排出できるようになっている。
【００３４】
弁ケーシング１の内部は、弁座９の箇所を除き、すべて高温耐熱金属もしくは断熱材２１にて一様に覆われており、弁座部分についても、高温耐熱金属もしくは従来材にて整形された弁座９が、ボルトもしくは溶接などによって蒸気室内面に固定されている。これにより、高温の蒸気が直接晒される箇所は存在しない。
【００３５】
図２は内壁２１を設けたことによる熱的作用説明図である。
【００３６】
この図２に示すように、蒸気室ＩＲに内壁２１を設けた構成とすることで、内壁２１内に温度勾配をもち、例えば弁ケーシング内側温度ｔｉが６００℃を越える高温になったとしても、内壁２１との境界部温度ｔｂが従来のタービン蒸気温度、例えば５６６℃や５９３℃をこえないようにすることができる。これにより、弁ケーシング１には従来から適用している耐熱合金鋼を用い、安価な弁ケーシングを提供することができる。
【００３７】
また、内壁２１は適正な厚さを有しているため、蒸気室ＩＲ内部の温度変化が弁ケーシング１に直接伝わることはなく、タービン停止過程の強制急冷、もしくは起動前のウォーミング時に、弁ケーシング１の内面を急激な温度変化から保護することが可能となる。
【００３８】
なお、上蓋２についても、内側に高温耐熱金属もしくは断熱材からなる内壁２１を設けることで、上記同様の効果を得ることができる。
【００３９】
本実施形態において、高温耐熱金属もしくは断熱材２１として適用される材料に関し、例えば高温耐熱金属については、ニッケルを３５％以上含むニッケル基合金鋼、またはコバルトを５０％以上含むコバルト基合金鋼の組み合わせにて製作されたものを用いる。
【００４０】
また、断熱材については、断熱れんが、セラミックス、アルミナ、けい酸カルシウムなどの伝熱係数の低い材料を適用することができる。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、弁ケーシング１の内側に高温耐熱金属もしくは断熱材の内壁２１を有することにより、蒸気タービンのウォーミング過程において、蒸気室内部と蒸気室に急激に温度差が発生した場合、当該蒸気弁の蒸気室内面に直接温度差を作用させずに、内壁に熱衝撃を緩和する機能を持たせることができる。
【００４２】
また、弁ケーシング１の内側に高温耐熱金属もしくは断熱材の内壁２１を有することにより、通常の蒸気タービン運転中において、当該蒸気弁の蒸気室内面に高温の蒸気を直接晒すことがない。
【００４３】
さらに、内壁２１に温度勾配を持たせる手段を設けたことにより、蒸気タービンの冷却過程において、蒸気室内部と蒸気室に急激に温度差が発生した場合でも、当該蒸気弁の蒸気室内面に直接温度差を作用させずに、内壁２１によって熱衝撃を緩和する機能を持たせることができる。
【００４４】
［第２実施形態］（図３）
図３は、本発明の第２実施形態を説明するための傾斜機能材料の概念図である。
【００４５】
この図３に示すように、本実施形態では、内壁が、上記室ＩＲに面する内表面側を前記圧力容器側よりも高温耐熱性もしくは断熱性を大きくした傾斜機能材料により構成されている。
【００４６】
すなわち、本実施形態では、内壁２１に温度勾配を持たせる手段として、本実施形態では、傾斜機能材料（異なる材料を単純に張り合わせただけの材料ではなく、境目をなくすように、連続的に異なる材料を混ぜ合わせて作り出した材料）が用いられている。
【００４７】
この内壁２１に温度勾配を持たせる手段としては、セラミックス、アルミナ、けい酸カルシウムのような断熱材を用いることが望ましい。なお、その他、高温耐熱金属もしくは断熱材にはっきりと区分されない傾斜機能材料とよばれる材料を用いることもできる。
【００４８】
傾斜機能材料は、材料のある部分と別の部分では性質が異なっており、ひとつの材料の中で性質が変化しているようなもので、ある部分は機械的強度が強く、ある部分は耐熱特性があるといった、２つの特性を持つような材料をさしている。
【００４９】
このように、異なる材料を単純に張り合わせただけの材料ではなく、境目をなくすように、連続的に異なる材料をまぜあわせて作りだした材料としての傾斜機能材料３７を適用することにより、内壁２１の内側と弁ケーシング外側では、材料も異なれば、機能も傾斜的に変化することにより、第１実施形態で説明した効果をさらに向上することができる。
【００５０】
［第３実施形態］（図４）
図４は、本発明の第３実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図である。
【００５１】
本実施形態では、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、蒸気室に蒸気を導入する入口管と、弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、圧力容器の内部に型枠を配置し、液状の高温耐熱金属もしくは断熱材を流し込み、固化させることにより内壁を形成する蒸気弁の製造方法についてのものである。
【００５２】
すなわち、図４に示すように、本実施形態では、蒸気室１を製作した後、弁ケーシング１の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材２１の内壁を設けるのに適当な大きさ、形の木型もしくは砂型２７を形成し、蒸気室１の温度を液体状となった高温耐熱金属もしくは断熱材２１を固体化するのに適正な高さに保持する。
【００５３】
そして、とりべ２８に取り分けた湯２９（高温耐熱金属もしくは断熱材）を蒸気室１の内面と木型もしくは砂型２７の隙間に流し込む。
【００５４】
この場合、蒸気室ＩＲ全体を冷却する温度を管理して、徐々に湯２９を固体化させていき、均等な組成をもつ内壁を得る。内壁１が凝固した後、余分な部分は機械加工により、除去し内壁を形成する。図１などに記されている弁座９は、湯により形成してもよく、内壁を形成した後、ボルトや溶接などにて、取り付ける方法を採用してもよい。
【００５５】
［第４実施形態］（図５）
図５は、本発明の第４実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図である。
【００５６】
本実施形態は、蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、蒸気室に蒸気を導入する入口管と、弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する場合、圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材を溶射または吹き付けることにより、内壁を形成する方法についてのものである。
【００５７】
図５に示すように、本実施形態の製造方法では、弁ケーシング１の内面を溶接により肉盛りをし、もしくは断熱材の吹き付け装置を用いて内面に断熱材を吹き付ける。
【００５８】
すなわち、弁ケーシング１を製作した後、溶接する場合、弁ケーシング１を溶接金属に見合った温度に予熱し、溶接をする。
【００５９】
この溶接は、内壁２１の厚さによっては、多層にわたるものとなる。そこで、層を重ね合わせることにより厚さを決め、単純形状の蒸気弁の場合には、自動溶接装置が作業効率の面で有用となる。
【００６０】
多層となる場合には、単一の材質による溶接とする必要はなく、層により材質を変えてもよい。また、予熱をするため弁ケーシング１内の作業性が著しく低下するので、この点からも自動溶接装置が有利な方法といえる。
【００６１】
溶接後は、後熱などの温度管理を実施し、均一な組織をもった内壁を形成するようにする。内壁２１は、弁座９を肉盛りにより形成しない場合には、弁座９を取り付ける部分を機械加工する。弁座９を肉盛りにて形成する場合には、弁座９の形状を作るのに機械加工が必要となる。
【００６２】
なお、その他の部分については、必要に応じて機械加工するが、嵌め合わせ部分とならないのであれば、そのまま溶接肌を残してもよい。断熱材吹き付け装置を用いる場合においても、溶接の場合と同様に、必要に応じて弁ケーシング１の温度管理を実施し、吹き付けが多層にわたる場合には、断熱材材質を変えてもよい。
【００６３】
［第５実施形態］（図６〜図９）
図６は、本発明の第５実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図である。図７は、同実施形態における高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図であり、図８は、同実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図である。また、図９は、同実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図である。
【００６４】
図６に示すように、本実施形態では、高温耐熱金属もしくは断熱材２１をブロックとし蒸気室内面に取り付ける方法であり、事前に内壁をブロック材として準備しておくことができ、製造が簡単に行なえる方法についてのものである。
【００６５】
すなわち、図７に示すように、ブロック材は弁ケーシング１の内面に接着剤３１を用いて固定する方法が採用できる。また、図８に示すうように、高温耐熱金属もしくは断熱材が比較的破損しやすいものならば、サポート３２、押さえ板３３、ボルト３４などを用いて、ブロック材を覆うようにして固定する方法を取ることもできる。
【００６６】
さらに、図９に示すように、ブロック材が溶接可能なものであれば、ブロック材の端面に開先をとって、溶接により部材をつなぎ合わせて固定することもできる。この場合、溶接による熱を考慮し蒸気室１の内面とブロック材との間にあるエアーを排出するための空気孔３５を設けておかなければならない。空気孔は十分小さく、この穴により蒸気室内部の高温蒸気が蒸気室内面に直接吹き付けることはない。
【００６７】
［第６実施形態］（図１０）
図１０は、本発明の第６実施形態を説明するための断面図。
【００６８】
本実施形態は、圧力容器４の内部に固形体からなる円筒状の高温耐熱金属もしくは断熱材を圧入することにより内壁を形成する蒸気弁の製造方法についてのものである。
【００６９】
すなわち、図１０に示すように、本実施形態では、圧力容器４が、円筒形状の組み合わせとして形成されており、その内側の内壁２１についても、円柱形状の組み合わせ形状となっている。
【００７０】
圧力容器４の弁ケーシング１の壁が円柱形状であれば、その内側の内壁２１についても円柱もしくは円筒形状のものとして挿入することができる。
【００７１】
高温耐熱金属もしくは断熱材の内壁２１を圧力容器４と同形状として成型しておけば、内壁２１を直接、圧力容器４内に圧入もしくは挿入することで、内壁製作をすることが可能である。
【００７２】
なお、内壁２１については、単に挿入し、溶接やボルトなどの手段によって内壁２１を蒸気室に固定することも可能である。このように、弁ケーシング１を単純円筒形状の組み合わせとした場合、前述した実施例に加え、円筒形状の高温耐熱金属もしくは断熱材を挿入する制作方法をとることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態による蒸気弁の断面図。
【図２】本発明の第１実施形態における温度分布を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態を説明するための傾斜機能材料の概念図。
【図４】本発明の第３実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図。
【図５】本発明の第４実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図。
【図６】本発明の第５実施形態による製造方法を説明するための蒸気弁の断面図。
【図７】本発明の第５実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図。
【図８】本発明の第５実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図。
【図９】本発明の第５実施形態による高温耐熱金属等の取り付け方法を示す図。
【図１０】本発明の第６実施形態を説明するための断面図。
【図１１】従来の蒸気弁を示す断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 弁ケーシング
２ 上蓋
３ ボルト
４ 圧力容器
５ 弁棒
６ 主弁
７ 案内片
８ ストレーナ
９ 弁座
１０ 弁座前ドレン孔
１１ 弁座後ドレン孔
２１ 高温耐熱金属もしくは断熱材
２５ 入口管
２６ 出口管
２７ 木型もしくは砂型
２８ とりべ
２９ 湯（金属、断熱材）
３０ 溶接装置もしくは断熱材吹き付け装置
３１ 接着剤
３２ サポート
３３ 押さえ板
３４ ボルト
３５ 空気孔
３６ 溶接部
３７ 傾斜機能材料
ｔｂ 境界部温度
ｔｉ 弁ケーシング内側温度
ｔｏ 弁ケーシング外側温度
ＩＲ 蒸気室
Ｘ 材料
Ｙ 材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものにおいて、前記圧力容器の内側に沿い、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる少なくとも１層の内壁を設け、前記圧力容器の内表面が高温蒸気に直接晒されない構成としたことを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記内壁が、ニッケルを３５％以上含むニッケル基合金鋼、またはコバルトを５０％以上含むコバルト基合金鋼により構成されている請求項１記載の弁装置。
【請求項３】
前記内壁が、断熱煉瓦、セラミックス、アルミナ、または珪酸カルシウムにより構成されている請求項１記載の弁装置。
【請求項４】
前記内壁が、前記弁室に面する内表面側を前記圧力容器側よりも高温耐熱性もしくは断熱性を大きくした傾斜機能材料により構成されている請求項２または３記載の弁装置。
【請求項５】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に型枠を配置し、液状の高温耐熱金属もしくは断熱材を流し込み、固化させることにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【請求項６】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材を溶射または吹き付けることにより、内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【請求項７】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材製のブロックを組立てることにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【請求項８】
前記ブロックを接着材により、または溶接により、または押さえ板、サポート、ボルトもしくはこれらの一部を使用して、前記圧力容器の内面に固定する請求項７記載の蒸気弁の製造方法。
【請求項９】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に固形体からなる円筒状の高温耐熱金属もしくは断熱材を圧入することにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【請求項１】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものにおいて、前記圧力容器の内側に沿い、高温耐熱金属もしくは断熱材からなる少なくとも１層の内壁を設け、前記圧力容器の内表面が高温蒸気に直接晒されない構成としたことを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記内壁が、ニッケルを３５％以上含むニッケル基合金鋼、またはコバルトを５０％以上含むコバルト基合金鋼により構成されている請求項１記載の弁装置。
【請求項３】
前記内壁が、断熱煉瓦、セラミックス、アルミナ、または珪酸カルシウムにより構成されている請求項１記載の弁装置。
【請求項４】
前記内壁が、前記弁室に面する内表面側を前記圧力容器側よりも高温耐熱性もしくは断熱性を大きくした傾斜機能材料により構成されている請求項２または３記載の弁装置。
【請求項５】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に型枠を配置し、液状の高温耐熱金属もしくは断熱材を流し込み、固化させることにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【請求項６】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材を溶射または吹き付けることにより、内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【請求項７】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に高温耐熱金属もしくは断熱材製のブロックを組立てることにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【請求項８】
前記ブロックを接着材により、または溶接により、または押さえ板、サポート、ボルトもしくはこれらの一部を使用して、前記圧力容器の内面に固定する請求項７記載の蒸気弁の製造方法。
【請求項９】
蒸気タービンに供給される駆動蒸気を制御する蒸気弁であって、蒸気室を形成する圧力容器と、この圧力容器の蒸気室内に設けられる弁棒、弁体および弁座と、前記蒸気室に蒸気を導入する入口管と、前記弁体を通過した蒸気を排出する出口管とを備えたものを製造する方法であって、前記圧力容器の内部に固形体からなる円筒状の高温耐熱金属もしくは断熱材を圧入することにより内壁を形成することを特徴とする蒸気弁の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−４６１１０（Ｐ２００６−４６１１０Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２５６９４（Ｐ２００４−２２５６９４）
【出願日】平成１６年８月２日（２００４．８．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２日（２００４．８．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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