蒸気弁および発電設備
【課題】ボイラーから蒸気タービンに流入する蒸気の量を制御・遮断する際に、弁座を通過した後の蒸気の流れを制御して、大幅に圧力損失を低減すること。
【解決手段】再熱蒸気弁１は、ボイラー５１からの蒸気を導く蒸気入口流路３１と、中圧タービン５９へ蒸気を導く蒸気出口流路３２との間に配置されている。再熱蒸気弁１は、一方側から駆動されて所定方向に移動可能なインターセプト弁２０と、インターセプト弁２０の他方側に連結され、他方側から駆動されて前記所定方向に移動可能な再熱蒸気止め弁２１と、中空環状形状からなり、調節弁および停止弁が他方側に移動したときにこれら調節弁および停止弁に当接する弁座９と、を備えている。弁座９の他方側には、前記蒸気出口流路３２内まで突出した張出部１０が設けられている。
【解決手段】再熱蒸気弁１は、ボイラー５１からの蒸気を導く蒸気入口流路３１と、中圧タービン５９へ蒸気を導く蒸気出口流路３２との間に配置されている。再熱蒸気弁１は、一方側から駆動されて所定方向に移動可能なインターセプト弁２０と、インターセプト弁２０の他方側に連結され、他方側から駆動されて前記所定方向に移動可能な再熱蒸気止め弁２１と、中空環状形状からなり、調節弁および停止弁が他方側に移動したときにこれら調節弁および停止弁に当接する弁座９と、を備えている。弁座９の他方側には、前記蒸気出口流路３２内まで突出した張出部１０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラーから蒸気タービンに流入する蒸気の量を制御・遮断する蒸気弁および当該蒸気弁を用いた発電設備に関連している。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気の流量を制御・遮断するために、蒸気タービンの上流側には蒸気弁が設置されている。高圧タービンの上流に設置される蒸気弁は、主蒸気止め弁と蒸気加減弁と呼ばれ、直列に配置される。中圧タービンの上流に設置される蒸気弁は、組合わせ再熱蒸気弁（以下、再熱蒸気弁とも呼ぶ）と呼ばれ、一つのケーシング２内にインターセプト弁と再熱蒸気止弁が組み合わされている（例えば，非特許文献１参照）。
【０００３】
図１６に示すように、このような再熱蒸気弁１には、上流側に配置されたボイラーの再熱器により過熱された蒸気が、蒸気入口管１４から供給される。そして、再熱蒸気弁１を経た蒸気は、蒸気出口管１５から下流側の中圧タービンへと導かれる。
【０００４】
図１６に示すように、再熱蒸気弁１は、上方側から駆動されて上下方向に移動可能なインターセプト弁２０と、インターセプト弁２０の下方側に連結され、下方側から駆動されて上下方向に移動可能な再熱蒸気止め弁２５と、これらインターセプト弁２０と再熱蒸気止め弁２５とを囲繞して配置され、上流のボイラーからの異物が下流の中圧タービンに混入することを防止する円筒状のストレーナ６と、を備えている。なお、ストレーナ６は、多孔板から構成されている。
【０００５】
このうち、インターセプト弁２０は、上方から駆動されて上下方向に移動可能な弁棒２１と、当該弁棒２１に環状に設けられ、下面に凹部２２ａを有する弁体２２と、を有している。
【０００６】
また、再熱蒸気止め弁２５は、下方から駆動されて上下方向に移動可能な弁棒２６と、当該弁棒２６に設けられ、弁棒２６から周縁外方に突出するとともに、インターセプト弁２０の弁体２２の凹部２２ａ内に受けられる弁体２７と、を有している。
【０００７】
また、インターセプト弁２０および再熱蒸気止め弁２５の下方には、インターセプト弁２０の弁体２２および再熱蒸気止め弁２５の弁体２７に当接する弁座９が設けられており、インターセプト弁２０、再熱蒸気止め弁２５、または、これらの両方を弁座９に圧着することによって、蒸気流路を閉鎖することができる。
【非特許文献１】火力発電総論 瀬間徹監修 電気学会 2002/10/25初版発行 （P143 図７.38、図７.39）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１７に示すように、蒸気出口管１５が、再熱蒸気弁１の下流側で鋭角に曲がって配置されているので、蒸気の主流は二次流れを発生させる。この二次流れの速度欠損部に別の蒸気流れが流れ込むことなどにより、最終的には蒸気弁出口流れに強い二次流れが重なり合い圧力損失の増大を招いている。
【０００９】
より具体的には、図１７において、再熱蒸気弁１に流入した蒸気主流Ｆが、ストレーナ６を通過した後、インターセプト弁２０の弁体２２および再熱蒸気止め弁２５の弁体２７と弁座９との間を通過する。その後、蒸気が蒸気出口管１５内に至ると、蒸気の流入する空間が急に広がるので、一部の流れＦ３は二次流れ渦となってしまい、損失につながる。
【００１０】
また、他の一部の流れＦ１は、蒸気出口流路３２に出た際の急激な方向転換についていくことが出来ず、蒸気出口管１５の下方に押し付けられた後、主流として排出される。他方、蒸気出口管１５の上方においては、二次流れＦ２が発生し、蒸気出口管１５の上方で旋回渦を形成しながら排出される。
【００１１】
このとき、蒸気出口管１５内下方の主流Ｆ１と蒸気出口管１５内上方の二次流れＦ２とが激しくぶつかり合ってしまい、大きな圧力損失が発生する。図１８は出口方向からみた（図１７の矢印Ｘからみた）蒸気の流れを示す図であるが、この図１８に示すように、主流Ｆ１は範囲Ｓを流れて排出され、二次流れＦ２は矢印Ａの方向で旋回しながら排出される。
【００１２】
また、ストレーナ６面上を通過する蒸気は、ストレーナ６に設けられた多孔を通過してゆくため、ストレーナ６円筒の軸方向速度成分が誘発されて強い二次流れが生じている。
【００１３】
なお、一般に蒸気弁の圧力損失が１％低減されると蒸気タービン全体のヒートレートは０．１％向上すると言われており（ターボ機械第３０巻第７号参照）、蒸気弁の更なる圧力損失低減化は軽視できない重要な課題である。
【００１４】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ボイラーから蒸気タービンに流入する蒸気の量を制御・遮断する蒸気弁であって、大幅に圧力損失を低減することができる蒸気弁を提供すること、かつ、当該蒸気弁を用いた発電設備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】
【００１５】
本発明は、蒸気入口管、蒸気出口管を有するケーシングの蒸気流路内に、弁座およびこの弁座に当接可能な弁体を収納した蒸気弁において、前記弁座の当接面下流側に、前記蒸気出口管内まで滑らかに突出して蒸気を案内する張出部を設けたことを特徴とする蒸気弁である。
【００１６】
本発明は、上述の蒸気弁を備えたことを特徴とする発電設備である。
【００１７】
本発明は、蒸気を発生させるボイラーと、ボイラーからの蒸気が蒸気入口配管を介して導かれる蒸気弁と、蒸気弁を経た蒸気が蒸気出口配管を介して導かれ、当該蒸気を用いて電力を生成する蒸気タービンと、を備え、前記蒸気弁は、ケーシング内に一方側から駆動されて前記弁座に当接可能な調節弁と、この調節弁の他方側に配置され、他方側から駆動されて前記弁座に当接可能な停止弁と、を収納し、前記弁座の下流側には、前記ケーシングの蒸気出口管内まで突出して蒸気を案内する張出部が設けられていることを特徴とする発電設備である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、弁座の下流側に蒸気出口流路内まで突出した張出部が設けられているので、弁座を通過した後の蒸気の流れを制御することができ、大幅に圧力損失を低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る蒸気弁および当該蒸気弁を備えた発電設備の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、発電設備は、化石燃料の燃焼に伴う熱を利用して蒸気を発生させるボイラー５１と、ボイラー５１から排出される蒸気を用いて回転する蒸気タービン５２と、蒸気タービン５２で用いられた蒸気を回収する復水器５３と、復水器５３から供給される水を加熱する低圧給水加熱器５４と、低圧給水加熱器５４で加熱された水を昇圧する給水ポンプ５５と、給水ポンプ５５からの水を加熱する高圧給水加熱器５６と、蒸気タービン５２に連結された発電機５７とを備えている。
【００２１】
このうち、蒸気タービン５２は、図１に示すように、ボイラー５１からの主蒸気が導かれる高圧タービン５８と、高圧タービン５８から排出された後、ボイラー５１内の再熱器６５によって再熱された再熱蒸気が導かれる中圧タービン５９と、中圧タービン５９から排出された再熱蒸気がクロスオーバー管６０を経由して導かれる低圧タービン６１と、を有している。
【００２２】
また、図１に示すように、ボイラー５１内の再熱器６５からの蒸気を導く流路となる蒸気入口配管３１と、中圧タービン５９へ蒸気を導く流路となる蒸気出口配管３２との間には再熱蒸気弁１（ＣＲＶ）が配置されている。
【００２３】
この再熱蒸気弁１は、図２に示すように、蒸気入口管１４、蒸気出口管１５を有するケーシング２と、このケーシング２内に収納され、上方（一方）側から駆動されて上下方向に移動可能なインターセプト弁（調節弁）２０と、インターセプト弁２０の下方（他方）側に連結され、下方側から駆動されて上下方向に移動可能な再熱蒸気止め弁（停止弁）２５と、インターセプト弁２０と再熱蒸気止め弁２５とを囲繞して配置され、上流のボイラー５１からの異物が下流の中圧タービン５９に混入することを防止する円筒状のストレーナ６と、を備えている。なお、ストレーナ６は、多孔板から構成されており、蒸気の流れを整流する整流機能も有している。
【００２４】
このうち、インターセプト弁２０は、図２に示すように、上方側から駆動されて上下方向に移動可能な弁棒２１と、当該弁棒２１の先端部に環状に設けられ、下面に凹部２２ａを有する弁体２２と、を有している。また、インターセプト弁２０の弁体２２の周縁外方には、インターセプト弁２０の弁体２２を案内する円筒状の弁体ガイド７が設けられている。
【００２５】
また、図２に示すように、再熱蒸気止め弁２５は、下方側から駆動されて上下方向に移動可能な弁棒２６と、当該弁棒２６の先端部に設けられ、弁棒２６から周縁外方に突出するとともに、インターセプト弁２０の弁体２２の凹部２２ａ内に出入り可能に配置されている弁体２７と、を有している。
【００２６】
また、図２に示すように、インターセプト弁２０および再熱蒸気止め弁２５の弁体２２、２７に対向する位置には、蒸気流路を形成し中空環状形状からなる弁座９が設けられている。そして、この弁座９には、インターセプト弁２０および再熱蒸気止め弁２５が下方側に移動したときに、これらインターセプト弁２０および再熱蒸気止め弁２５に当接するようになっている。なお、インターセプト弁２０、再熱蒸気止め弁２５、または、これらの両方が弁座９に圧着されることによって、蒸気流路は閉鎖される。
【００２７】
ところで、再熱蒸気止め弁２５は、非常時に中圧タービン５９に流入する蒸気を瞬時に遮断する保安弁機能を持ち、インターセプト弁２０は、中圧タービン５９に流入する蒸気の量を調整する蒸気量調節機能を持っている。
【００２８】
また、インターセプト弁２０の弁棒２１の上部には、インターセプト弁２０の弁棒２１を上下方向に移動させる油圧駆動のインターセプト弁駆動装置（図示せず）が設置されている。また、再熱蒸気止め弁２５の弁棒２６の下部には、再熱蒸気止め弁２５の弁棒２６を上下方向に移動させる油圧駆動の再熱蒸気止め弁駆動装置（図示せず）が設置されている。
【００２９】
また、図２および図３に示すように、弁座９の下面には、蒸気出口管１５内まで突出した張出部１０が、弁座９と一体となって形成されている。この張出部１０は、その開口部の内径を弁座９の出口部の内径よりも滑らかに拡げて弁座９の下面との間に中空部１３を形成するよう、弁座９から湾曲して形成されている。
【００３０】
また、図２に示すように、ケーシング２の上方には、ケーシング２を上方から覆う上蓋３が、締結ボルト４によって連結されている。なお、このように上蓋３が締結ボルト４によってケーシング２に連結されることによって、ケーシング２内を流れる蒸気が外部へ漏洩することを防止することができる。
【００３１】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００３２】
再熱蒸気弁１の上流側に配置されたボイラー５１の再熱器６５から再熱蒸気弁１内に、蒸気入口流路３１を介して、過熱された蒸気が流入される（図１参照）。
【００３３】
次に、この過熱された蒸気は、再熱蒸気弁１でその流量が調整された後、蒸気出口配管３２を介して、中圧タービン５９へ流出される（図１参照）。
【００３４】
具体的には、インターセプト弁２０と弁座９との間の間隙を調整することによって、蒸気を、その流量を調整しつつ、下流側の中圧タービン５９に流入させることができる（図２参照）。
【００３５】
なお、図２において、再熱蒸気止め弁２５を弁座９に当接させて、蒸気流路を閉鎖させ、蒸気の流れを停止させることもできる。
【００３６】
本実施の形態によれば、上述のように蒸気が再熱蒸気弁１内を流れる際に、蒸気は弁座９の下面から滑らかに拡がるように湾曲して形成された張出部１０を伝わって移動する。このため、蒸気の主流Ｆ１は、張出部１０の影響により蒸気出口流路３２の下方へ押し付けられることなくスムーズに、蒸気出口管１５の延在する方向へ導かれる。また、蒸気出口管１５の上方で発生する二次流れＦ２は、蒸気の主流と激しくぶつかり合うことなく排出されていく。これらのことより、弁座９を通過した後の蒸気の流れを制御することができ、大幅に圧力損失を低減することができる。
【００３７】
また、再熱蒸気止め弁２５およびインターセプト弁２０の各々が、個別の効果や機能を持つため、定格運転時、部分負荷運転時、非常時において個々の機能を確実に発揮できる。また、これら再熱蒸気止め弁２５とインターセプト弁２０とを組み合わせる構成は簡素であり、製造しやすいだけでなく、分解したり組立てしたりすることも容易である。さらに、インターセプト弁２０と再熱蒸気止め弁２５とが一体となって形成されているので、再熱蒸気弁１をコンパクトにすることができる。
【００３８】
第２の実施の形態
次に、図４により、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４に示す第２の実施の形態は、張出部１０と弁座９との間の中空部１３に、張出部１０を弁座９に固定して補強する補強リブ１２が設けられているものであり、その他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３９】
図４に示す第２の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４０】
図４に示すように、張出部１０と弁座９の下面との間に形成された中空部１３に、張出部１０を弁座９に固定して補強する補強リブ１２が設けられているので、張出部１０の弁座９への固定強度を向上させることができる。
【００４１】
第３の実施の形態
次に、図５により、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５に示す第３の実施の形態は、張出部１０が、弁座９との間に中空部１３が形成されるよう弁座９から湾曲して突出する代わりに、弁座９から蒸気出口管１５に向かって間隙を形成することなく延びているものであり、その他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４２】
図５に示す第３の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
図５に示すように、張出部１０が弁座９から蒸気出口管１５に向かって下方側に間隙を形成することなく延びている。すなわち、張出部１０が第１の実施の形態のように外周側が削り取られて中空部１３を形成するような構成になっている（図２および図３参照）のではなく、張出部１０は、外周側が削り取られず弁座９から下方に向かって連続的に延びている。このため、張出部１０の弁座９への固定強度を向上させることができる。
【００４４】
第４の実施の形態
次に、図６により、本発明の第４の実施の形態について説明する。図６に示す第４の実施の形態は、張出部１０が、弁座９と一体に形成される代わりに、弁座９と別体を構成し、弁座９に取付自在となっているものであり、その他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４５】
図６に示す第４の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
図６に示すように、弁座９と別体を構成する張出部１０は、ボルトなどの締結部材４１によって、弁座９に取り付けられており、弁座９に対して取付自在となっている。このように、張出部１０を弁座９と別体とすることによって、製造コストを低く押さえることができる。
【００４７】
第５の実施の形態
次に、図７および図８により、本発明の第５の実施の形態について説明する。図７および図８に示す第５の実施の形態は、弁座９が、弁体との当接面よりも蒸気流路下流側に平坦面９ａを有し、張出部１０が、蒸気出口管１５内の蒸気流路に、弁座９の平坦面９ａから連続した平坦面１０ａを有している。そして、上下方向における弁座９の平坦面９ａの長さＬ９と張出部１０の平坦面１０ａの長さＬ１０とを合計した長さをＬとし、再熱蒸気止め弁２５の公称径（再熱蒸気止め弁２５が弁座９に当接する際の当接面の半径）をＤとしたときに、０＜Ｌ／Ｄ≦０．２５となっている。その他の構成は図５に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００４８】
なお、上下方向における弁座９の平坦面９ａの長さＬ９というのは、図７に示すように、上下方向で弁座９の平坦面９ａに沿って計った平坦面９ａの長さを意味し、上下方向における張出部１０の平坦面１０ａの長さＬ１０というのは、同様に図７に示すように、上下方向で弁座１０の平坦面１０ａに沿って計った平坦面１０ａの長さを意味している。
【００４９】
図７および図８に示す第５の実施の形態において、図５に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
数値解析により、パラメータＬ／Ｄの圧力損失に及ぼす影響を調べたところ、図８に示すようになった。図８において、横軸はＬ／Ｄであり、縦軸は圧力損失を示している。本実施の形態によれば、パラメータＬ／Ｄを調整して０＜Ｌ／Ｄ≦０．２５となるようにしているので、図８から分かるように、圧力損失の発生をより確実に抑えることができる。
【００５１】
第６の実施の形態
次に、図９および図１０により、本発明の第６の実施の形態について説明する。図９および図１０に示す第６の実施の形態は、張出部１０が、縦断面で見たときに円弧状となる湾曲面１０ｒを有し、当該湾曲面１０ｒの円弧の半径をＲとし、再熱蒸気止め弁２５の公称径をＤとしたときに、０＜Ｒ／Ｄ≦０．２５となっている。その他の構成は図５に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００５２】
図９および図１０に示す第６の実施の形態において、図５に示す第３の実施の形態および図７と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５３】
数値解析により、パラメータＲ／Ｄの圧力損失に及ぼす影響を調べたところ、図１０に示すようになった。図１０において、横軸はＲ／Ｄであり、縦軸は圧力損失を示している。本実施の形態によれば、パラメータＲ／Ｄを調整して０＜Ｒ／Ｄ≦０．２５となるようにしているので、図１０から分かるように、圧力損失の発生をより確実に抑えることができる。
【００５４】
第７の実施の形態
次に、図１１および図１２により、本発明の第７の実施の形態について説明する。図１１および図１２に示す第７の実施の形態は、弁座９が、弁体との当接面よりも蒸気流路下流側に平坦面９ａを有し、張出部１０が、蒸気流路側に、弁座９の平坦面９ａから連続した平坦面９ａを有している。そして、弁座９の平坦面９ａおよび張出部１０の平坦面１０ａは、縦断面で見たときに、上下方向に対して傾斜角θで傾き、当該傾斜角は、０°＜θ≦６０°となっている。その他の構成は図５に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００５５】
図１１および図１２に示す第７の実施の形態において、図５に示す第３の実施の形態および図７と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５６】
数値解析により、パラメータθの圧力損失に及ぼす影響を調べたところ、図１２に示すようになった。図１２において、横軸はθであり、縦軸は圧力損失を示している。本実施の形態によれば、パラメータθを調整して０°＜θ≦６０°となるようにしているので、図１２から分かるように、圧力損失の発生をより確実に抑えることができる。
【００５７】
第８の実施の形態
次に、図１３乃至図１５により、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１３乃至図１５に示す第８の実施の形態は、弁座９が、弁体との当接面よりも蒸気流路下流側に平坦面９ａを有し、張出部１０が、蒸気流路側に、弁座９の平坦面９ａから連続した平坦面１０ａを有するとともに、当該平坦面１０ａから連続し縦断面で見たときに円弧状となる湾曲面１０ｒを有している。そして、弁座９および張出部１０の形状が、弁座９の中心を上下方向に延在する中心軸Ｃ（図１３参照）に対して非対称になっている。その他の構成は図５に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００５８】
図１４（ａ）に示すように、蒸気入口側端部（図２の弁棒２１、２６の軸中心線から見て蒸気出口管１５に遠い左側端部）において、弁座９の平坦面９ａおよび張出部１０の平坦面１０ａは、縦断面で見たときに、上下方向に対して傾斜角θｉで傾いている。他方、図１４（ｂ）に示すように、蒸気出口側端部（図２の弁棒２１、２６の軸中心線からみて蒸気出口管１５に近い端部）において、弁座９の平坦面９ａおよび張出部１０の平坦面１０ａは、縦断面で見たときに、上下方向に対して傾斜角θＯで傾いている。
【００５９】
また、図１４（ａ）に示すように、蒸気入口側の端部において、上下方向における弁座９の平坦面９ａの長さＬ９ｉと張出部１０の平坦面１０ａの長さＬ１０ｉとを合計した長さはＬｉとなっている。他方、図１４（ｂ）に示すように、蒸気出口側の端部において、上下方向における弁座９の平坦面９ａの長さＬ９Ｏと張出部１０の平坦面１０ａの長さＬ１０Ｏとを合計した長さはＬＯとなっている。
【００６０】
また、図１４（ａ）に示すように、蒸気入口側の端部において、張出部１０の湾曲面１０ｒの円弧の半径はＲｉとなっており、図１４（ｂ）に示すように、蒸気出口側の端部において、張出部１０の湾曲面１０ｒの円弧の半径はＲＯとなっている。なお、再熱蒸気止め弁２５の公称径はＤとなっている。
【００６１】
上述のように、弁座９および張出部１０の形状が、弁座９の中心を上下方向に延在する中心軸に対して非対称になっており、Ｌｉ／ＤとＬＯ／Ｄ、Ｒｉ／ＤとＲＯ／ＤおよびθｉとθＯの値は各々異なっている。
【００６２】
より具体的には、数値解析を駆使し各パラメータをいろいろ組み合わせて圧力損失の影響を調査した結果（図１５参照）に基づき、本実施の形態では、蒸気入口側の端部において、Ｌｉ／Ｄ＝０．１３１、Ｒｉ／Ｄ＝０．０３９、θｉ＝３°とし、蒸気出口側の端部において、ＬＯ／Ｄ＝０．０１３、ＲＯ／Ｄ＝０．１９７、θＯ＝１７°とするように、設計している。このため、本実施の形態によれば、圧力損失の発生を極めて低く抑えることができる。
【００６３】
なお、以上の第１〜第８の実施の形態では蒸気弁として、主に組み合わせ再熱蒸気弁について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主蒸気止め弁でも同様に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による発電設備を示す概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による蒸気弁を示す縦断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態による蒸気弁を示す斜視図。
【図４】本発明の第２の実施の形態による蒸気弁を示す斜視図。
【図５】本発明の第３の実施の形態による蒸気弁を示す斜視図。
【図６】本発明の第４の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図７】本発明の第５の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図８】本発明の第５の実施の形態による蒸気弁におけるＬ／Ｄと圧力損失との関係を示すグラフ図。
【図９】本発明の第６の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態による蒸気弁におけるＲ／Ｄと圧力損失との関係を示すグラフ図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図１２】本発明の第７の実施の形態による蒸気弁におけるθと圧力損失との関係を示すグラフ図。
【図１３】本発明の第８の実施の形態による蒸気弁を示す斜視図。
【図１４】本発明の第８の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図１５】本発明の第８の実施の形態による蒸気弁のにおけるＲ／Ｄ、Ｌ／Ｄおよびθと、圧力損失との関係を示すグラフ図。
【図１６】従来の蒸気弁を示す縦断面図。
【図１７】従来の蒸気弁内での蒸気の流れを示す縦断面図。
【図１８】図１７の矢印Ｘからみた蒸気の流れを示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１ 再熱蒸気弁
２ ケーシング
７ 弁体ガイド
９ 弁座
９ａ 弁座の平坦面
１０ 張出部
１０ａ 張出部の平坦面
１０ｒ 湾曲面
１２ 補強リブ
１３ 中空部
１４ 蒸気入口管
１５ 蒸気出口管
２０ インターセプト弁（調節弁）
２１ インターセプト弁の弁棒
２２ インターセプト弁の弁体
２５ 再熱蒸気止め弁（停止弁）
２６ 再熱蒸気止め弁の弁棒
２７ 再熱蒸気止め弁の弁体
３１ 蒸気入口配管
３２ 蒸気出口配管
５１ ボイラー
５９ 中圧タービン
６５ 再熱器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラーから蒸気タービンに流入する蒸気の量を制御・遮断する蒸気弁および当該蒸気弁を用いた発電設備に関連している。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気の流量を制御・遮断するために、蒸気タービンの上流側には蒸気弁が設置されている。高圧タービンの上流に設置される蒸気弁は、主蒸気止め弁と蒸気加減弁と呼ばれ、直列に配置される。中圧タービンの上流に設置される蒸気弁は、組合わせ再熱蒸気弁（以下、再熱蒸気弁とも呼ぶ）と呼ばれ、一つのケーシング２内にインターセプト弁と再熱蒸気止弁が組み合わされている（例えば，非特許文献１参照）。
【０００３】
図１６に示すように、このような再熱蒸気弁１には、上流側に配置されたボイラーの再熱器により過熱された蒸気が、蒸気入口管１４から供給される。そして、再熱蒸気弁１を経た蒸気は、蒸気出口管１５から下流側の中圧タービンへと導かれる。
【０００４】
図１６に示すように、再熱蒸気弁１は、上方側から駆動されて上下方向に移動可能なインターセプト弁２０と、インターセプト弁２０の下方側に連結され、下方側から駆動されて上下方向に移動可能な再熱蒸気止め弁２５と、これらインターセプト弁２０と再熱蒸気止め弁２５とを囲繞して配置され、上流のボイラーからの異物が下流の中圧タービンに混入することを防止する円筒状のストレーナ６と、を備えている。なお、ストレーナ６は、多孔板から構成されている。
【０００５】
このうち、インターセプト弁２０は、上方から駆動されて上下方向に移動可能な弁棒２１と、当該弁棒２１に環状に設けられ、下面に凹部２２ａを有する弁体２２と、を有している。
【０００６】
また、再熱蒸気止め弁２５は、下方から駆動されて上下方向に移動可能な弁棒２６と、当該弁棒２６に設けられ、弁棒２６から周縁外方に突出するとともに、インターセプト弁２０の弁体２２の凹部２２ａ内に受けられる弁体２７と、を有している。
【０００７】
また、インターセプト弁２０および再熱蒸気止め弁２５の下方には、インターセプト弁２０の弁体２２および再熱蒸気止め弁２５の弁体２７に当接する弁座９が設けられており、インターセプト弁２０、再熱蒸気止め弁２５、または、これらの両方を弁座９に圧着することによって、蒸気流路を閉鎖することができる。
【非特許文献１】火力発電総論 瀬間徹監修 電気学会 2002/10/25初版発行 （P143 図７.38、図７.39）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１７に示すように、蒸気出口管１５が、再熱蒸気弁１の下流側で鋭角に曲がって配置されているので、蒸気の主流は二次流れを発生させる。この二次流れの速度欠損部に別の蒸気流れが流れ込むことなどにより、最終的には蒸気弁出口流れに強い二次流れが重なり合い圧力損失の増大を招いている。
【０００９】
より具体的には、図１７において、再熱蒸気弁１に流入した蒸気主流Ｆが、ストレーナ６を通過した後、インターセプト弁２０の弁体２２および再熱蒸気止め弁２５の弁体２７と弁座９との間を通過する。その後、蒸気が蒸気出口管１５内に至ると、蒸気の流入する空間が急に広がるので、一部の流れＦ３は二次流れ渦となってしまい、損失につながる。
【００１０】
また、他の一部の流れＦ１は、蒸気出口流路３２に出た際の急激な方向転換についていくことが出来ず、蒸気出口管１５の下方に押し付けられた後、主流として排出される。他方、蒸気出口管１５の上方においては、二次流れＦ２が発生し、蒸気出口管１５の上方で旋回渦を形成しながら排出される。
【００１１】
このとき、蒸気出口管１５内下方の主流Ｆ１と蒸気出口管１５内上方の二次流れＦ２とが激しくぶつかり合ってしまい、大きな圧力損失が発生する。図１８は出口方向からみた（図１７の矢印Ｘからみた）蒸気の流れを示す図であるが、この図１８に示すように、主流Ｆ１は範囲Ｓを流れて排出され、二次流れＦ２は矢印Ａの方向で旋回しながら排出される。
【００１２】
また、ストレーナ６面上を通過する蒸気は、ストレーナ６に設けられた多孔を通過してゆくため、ストレーナ６円筒の軸方向速度成分が誘発されて強い二次流れが生じている。
【００１３】
なお、一般に蒸気弁の圧力損失が１％低減されると蒸気タービン全体のヒートレートは０．１％向上すると言われており（ターボ機械第３０巻第７号参照）、蒸気弁の更なる圧力損失低減化は軽視できない重要な課題である。
【００１４】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ボイラーから蒸気タービンに流入する蒸気の量を制御・遮断する蒸気弁であって、大幅に圧力損失を低減することができる蒸気弁を提供すること、かつ、当該蒸気弁を用いた発電設備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】
【００１５】
本発明は、蒸気入口管、蒸気出口管を有するケーシングの蒸気流路内に、弁座およびこの弁座に当接可能な弁体を収納した蒸気弁において、前記弁座の当接面下流側に、前記蒸気出口管内まで滑らかに突出して蒸気を案内する張出部を設けたことを特徴とする蒸気弁である。
【００１６】
本発明は、上述の蒸気弁を備えたことを特徴とする発電設備である。
【００１７】
本発明は、蒸気を発生させるボイラーと、ボイラーからの蒸気が蒸気入口配管を介して導かれる蒸気弁と、蒸気弁を経た蒸気が蒸気出口配管を介して導かれ、当該蒸気を用いて電力を生成する蒸気タービンと、を備え、前記蒸気弁は、ケーシング内に一方側から駆動されて前記弁座に当接可能な調節弁と、この調節弁の他方側に配置され、他方側から駆動されて前記弁座に当接可能な停止弁と、を収納し、前記弁座の下流側には、前記ケーシングの蒸気出口管内まで突出して蒸気を案内する張出部が設けられていることを特徴とする発電設備である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、弁座の下流側に蒸気出口流路内まで突出した張出部が設けられているので、弁座を通過した後の蒸気の流れを制御することができ、大幅に圧力損失を低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る蒸気弁および当該蒸気弁を備えた発電設備の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、発電設備は、化石燃料の燃焼に伴う熱を利用して蒸気を発生させるボイラー５１と、ボイラー５１から排出される蒸気を用いて回転する蒸気タービン５２と、蒸気タービン５２で用いられた蒸気を回収する復水器５３と、復水器５３から供給される水を加熱する低圧給水加熱器５４と、低圧給水加熱器５４で加熱された水を昇圧する給水ポンプ５５と、給水ポンプ５５からの水を加熱する高圧給水加熱器５６と、蒸気タービン５２に連結された発電機５７とを備えている。
【００２１】
このうち、蒸気タービン５２は、図１に示すように、ボイラー５１からの主蒸気が導かれる高圧タービン５８と、高圧タービン５８から排出された後、ボイラー５１内の再熱器６５によって再熱された再熱蒸気が導かれる中圧タービン５９と、中圧タービン５９から排出された再熱蒸気がクロスオーバー管６０を経由して導かれる低圧タービン６１と、を有している。
【００２２】
また、図１に示すように、ボイラー５１内の再熱器６５からの蒸気を導く流路となる蒸気入口配管３１と、中圧タービン５９へ蒸気を導く流路となる蒸気出口配管３２との間には再熱蒸気弁１（ＣＲＶ）が配置されている。
【００２３】
この再熱蒸気弁１は、図２に示すように、蒸気入口管１４、蒸気出口管１５を有するケーシング２と、このケーシング２内に収納され、上方（一方）側から駆動されて上下方向に移動可能なインターセプト弁（調節弁）２０と、インターセプト弁２０の下方（他方）側に連結され、下方側から駆動されて上下方向に移動可能な再熱蒸気止め弁（停止弁）２５と、インターセプト弁２０と再熱蒸気止め弁２５とを囲繞して配置され、上流のボイラー５１からの異物が下流の中圧タービン５９に混入することを防止する円筒状のストレーナ６と、を備えている。なお、ストレーナ６は、多孔板から構成されており、蒸気の流れを整流する整流機能も有している。
【００２４】
このうち、インターセプト弁２０は、図２に示すように、上方側から駆動されて上下方向に移動可能な弁棒２１と、当該弁棒２１の先端部に環状に設けられ、下面に凹部２２ａを有する弁体２２と、を有している。また、インターセプト弁２０の弁体２２の周縁外方には、インターセプト弁２０の弁体２２を案内する円筒状の弁体ガイド７が設けられている。
【００２５】
また、図２に示すように、再熱蒸気止め弁２５は、下方側から駆動されて上下方向に移動可能な弁棒２６と、当該弁棒２６の先端部に設けられ、弁棒２６から周縁外方に突出するとともに、インターセプト弁２０の弁体２２の凹部２２ａ内に出入り可能に配置されている弁体２７と、を有している。
【００２６】
また、図２に示すように、インターセプト弁２０および再熱蒸気止め弁２５の弁体２２、２７に対向する位置には、蒸気流路を形成し中空環状形状からなる弁座９が設けられている。そして、この弁座９には、インターセプト弁２０および再熱蒸気止め弁２５が下方側に移動したときに、これらインターセプト弁２０および再熱蒸気止め弁２５に当接するようになっている。なお、インターセプト弁２０、再熱蒸気止め弁２５、または、これらの両方が弁座９に圧着されることによって、蒸気流路は閉鎖される。
【００２７】
ところで、再熱蒸気止め弁２５は、非常時に中圧タービン５９に流入する蒸気を瞬時に遮断する保安弁機能を持ち、インターセプト弁２０は、中圧タービン５９に流入する蒸気の量を調整する蒸気量調節機能を持っている。
【００２８】
また、インターセプト弁２０の弁棒２１の上部には、インターセプト弁２０の弁棒２１を上下方向に移動させる油圧駆動のインターセプト弁駆動装置（図示せず）が設置されている。また、再熱蒸気止め弁２５の弁棒２６の下部には、再熱蒸気止め弁２５の弁棒２６を上下方向に移動させる油圧駆動の再熱蒸気止め弁駆動装置（図示せず）が設置されている。
【００２９】
また、図２および図３に示すように、弁座９の下面には、蒸気出口管１５内まで突出した張出部１０が、弁座９と一体となって形成されている。この張出部１０は、その開口部の内径を弁座９の出口部の内径よりも滑らかに拡げて弁座９の下面との間に中空部１３を形成するよう、弁座９から湾曲して形成されている。
【００３０】
また、図２に示すように、ケーシング２の上方には、ケーシング２を上方から覆う上蓋３が、締結ボルト４によって連結されている。なお、このように上蓋３が締結ボルト４によってケーシング２に連結されることによって、ケーシング２内を流れる蒸気が外部へ漏洩することを防止することができる。
【００３１】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００３２】
再熱蒸気弁１の上流側に配置されたボイラー５１の再熱器６５から再熱蒸気弁１内に、蒸気入口流路３１を介して、過熱された蒸気が流入される（図１参照）。
【００３３】
次に、この過熱された蒸気は、再熱蒸気弁１でその流量が調整された後、蒸気出口配管３２を介して、中圧タービン５９へ流出される（図１参照）。
【００３４】
具体的には、インターセプト弁２０と弁座９との間の間隙を調整することによって、蒸気を、その流量を調整しつつ、下流側の中圧タービン５９に流入させることができる（図２参照）。
【００３５】
なお、図２において、再熱蒸気止め弁２５を弁座９に当接させて、蒸気流路を閉鎖させ、蒸気の流れを停止させることもできる。
【００３６】
本実施の形態によれば、上述のように蒸気が再熱蒸気弁１内を流れる際に、蒸気は弁座９の下面から滑らかに拡がるように湾曲して形成された張出部１０を伝わって移動する。このため、蒸気の主流Ｆ１は、張出部１０の影響により蒸気出口流路３２の下方へ押し付けられることなくスムーズに、蒸気出口管１５の延在する方向へ導かれる。また、蒸気出口管１５の上方で発生する二次流れＦ２は、蒸気の主流と激しくぶつかり合うことなく排出されていく。これらのことより、弁座９を通過した後の蒸気の流れを制御することができ、大幅に圧力損失を低減することができる。
【００３７】
また、再熱蒸気止め弁２５およびインターセプト弁２０の各々が、個別の効果や機能を持つため、定格運転時、部分負荷運転時、非常時において個々の機能を確実に発揮できる。また、これら再熱蒸気止め弁２５とインターセプト弁２０とを組み合わせる構成は簡素であり、製造しやすいだけでなく、分解したり組立てしたりすることも容易である。さらに、インターセプト弁２０と再熱蒸気止め弁２５とが一体となって形成されているので、再熱蒸気弁１をコンパクトにすることができる。
【００３８】
第２の実施の形態
次に、図４により、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４に示す第２の実施の形態は、張出部１０と弁座９との間の中空部１３に、張出部１０を弁座９に固定して補強する補強リブ１２が設けられているものであり、その他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３９】
図４に示す第２の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４０】
図４に示すように、張出部１０と弁座９の下面との間に形成された中空部１３に、張出部１０を弁座９に固定して補強する補強リブ１２が設けられているので、張出部１０の弁座９への固定強度を向上させることができる。
【００４１】
第３の実施の形態
次に、図５により、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５に示す第３の実施の形態は、張出部１０が、弁座９との間に中空部１３が形成されるよう弁座９から湾曲して突出する代わりに、弁座９から蒸気出口管１５に向かって間隙を形成することなく延びているものであり、その他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４２】
図５に示す第３の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
図５に示すように、張出部１０が弁座９から蒸気出口管１５に向かって下方側に間隙を形成することなく延びている。すなわち、張出部１０が第１の実施の形態のように外周側が削り取られて中空部１３を形成するような構成になっている（図２および図３参照）のではなく、張出部１０は、外周側が削り取られず弁座９から下方に向かって連続的に延びている。このため、張出部１０の弁座９への固定強度を向上させることができる。
【００４４】
第４の実施の形態
次に、図６により、本発明の第４の実施の形態について説明する。図６に示す第４の実施の形態は、張出部１０が、弁座９と一体に形成される代わりに、弁座９と別体を構成し、弁座９に取付自在となっているものであり、その他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４５】
図６に示す第４の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
図６に示すように、弁座９と別体を構成する張出部１０は、ボルトなどの締結部材４１によって、弁座９に取り付けられており、弁座９に対して取付自在となっている。このように、張出部１０を弁座９と別体とすることによって、製造コストを低く押さえることができる。
【００４７】
第５の実施の形態
次に、図７および図８により、本発明の第５の実施の形態について説明する。図７および図８に示す第５の実施の形態は、弁座９が、弁体との当接面よりも蒸気流路下流側に平坦面９ａを有し、張出部１０が、蒸気出口管１５内の蒸気流路に、弁座９の平坦面９ａから連続した平坦面１０ａを有している。そして、上下方向における弁座９の平坦面９ａの長さＬ９と張出部１０の平坦面１０ａの長さＬ１０とを合計した長さをＬとし、再熱蒸気止め弁２５の公称径（再熱蒸気止め弁２５が弁座９に当接する際の当接面の半径）をＤとしたときに、０＜Ｌ／Ｄ≦０．２５となっている。その他の構成は図５に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００４８】
なお、上下方向における弁座９の平坦面９ａの長さＬ９というのは、図７に示すように、上下方向で弁座９の平坦面９ａに沿って計った平坦面９ａの長さを意味し、上下方向における張出部１０の平坦面１０ａの長さＬ１０というのは、同様に図７に示すように、上下方向で弁座１０の平坦面１０ａに沿って計った平坦面１０ａの長さを意味している。
【００４９】
図７および図８に示す第５の実施の形態において、図５に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
数値解析により、パラメータＬ／Ｄの圧力損失に及ぼす影響を調べたところ、図８に示すようになった。図８において、横軸はＬ／Ｄであり、縦軸は圧力損失を示している。本実施の形態によれば、パラメータＬ／Ｄを調整して０＜Ｌ／Ｄ≦０．２５となるようにしているので、図８から分かるように、圧力損失の発生をより確実に抑えることができる。
【００５１】
第６の実施の形態
次に、図９および図１０により、本発明の第６の実施の形態について説明する。図９および図１０に示す第６の実施の形態は、張出部１０が、縦断面で見たときに円弧状となる湾曲面１０ｒを有し、当該湾曲面１０ｒの円弧の半径をＲとし、再熱蒸気止め弁２５の公称径をＤとしたときに、０＜Ｒ／Ｄ≦０．２５となっている。その他の構成は図５に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００５２】
図９および図１０に示す第６の実施の形態において、図５に示す第３の実施の形態および図７と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５３】
数値解析により、パラメータＲ／Ｄの圧力損失に及ぼす影響を調べたところ、図１０に示すようになった。図１０において、横軸はＲ／Ｄであり、縦軸は圧力損失を示している。本実施の形態によれば、パラメータＲ／Ｄを調整して０＜Ｒ／Ｄ≦０．２５となるようにしているので、図１０から分かるように、圧力損失の発生をより確実に抑えることができる。
【００５４】
第７の実施の形態
次に、図１１および図１２により、本発明の第７の実施の形態について説明する。図１１および図１２に示す第７の実施の形態は、弁座９が、弁体との当接面よりも蒸気流路下流側に平坦面９ａを有し、張出部１０が、蒸気流路側に、弁座９の平坦面９ａから連続した平坦面９ａを有している。そして、弁座９の平坦面９ａおよび張出部１０の平坦面１０ａは、縦断面で見たときに、上下方向に対して傾斜角θで傾き、当該傾斜角は、０°＜θ≦６０°となっている。その他の構成は図５に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００５５】
図１１および図１２に示す第７の実施の形態において、図５に示す第３の実施の形態および図７と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５６】
数値解析により、パラメータθの圧力損失に及ぼす影響を調べたところ、図１２に示すようになった。図１２において、横軸はθであり、縦軸は圧力損失を示している。本実施の形態によれば、パラメータθを調整して０°＜θ≦６０°となるようにしているので、図１２から分かるように、圧力損失の発生をより確実に抑えることができる。
【００５７】
第８の実施の形態
次に、図１３乃至図１５により、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１３乃至図１５に示す第８の実施の形態は、弁座９が、弁体との当接面よりも蒸気流路下流側に平坦面９ａを有し、張出部１０が、蒸気流路側に、弁座９の平坦面９ａから連続した平坦面１０ａを有するとともに、当該平坦面１０ａから連続し縦断面で見たときに円弧状となる湾曲面１０ｒを有している。そして、弁座９および張出部１０の形状が、弁座９の中心を上下方向に延在する中心軸Ｃ（図１３参照）に対して非対称になっている。その他の構成は図５に示す第３の実施の形態と略同一である。
【００５８】
図１４（ａ）に示すように、蒸気入口側端部（図２の弁棒２１、２６の軸中心線から見て蒸気出口管１５に遠い左側端部）において、弁座９の平坦面９ａおよび張出部１０の平坦面１０ａは、縦断面で見たときに、上下方向に対して傾斜角θｉで傾いている。他方、図１４（ｂ）に示すように、蒸気出口側端部（図２の弁棒２１、２６の軸中心線からみて蒸気出口管１５に近い端部）において、弁座９の平坦面９ａおよび張出部１０の平坦面１０ａは、縦断面で見たときに、上下方向に対して傾斜角θＯで傾いている。
【００５９】
また、図１４（ａ）に示すように、蒸気入口側の端部において、上下方向における弁座９の平坦面９ａの長さＬ９ｉと張出部１０の平坦面１０ａの長さＬ１０ｉとを合計した長さはＬｉとなっている。他方、図１４（ｂ）に示すように、蒸気出口側の端部において、上下方向における弁座９の平坦面９ａの長さＬ９Ｏと張出部１０の平坦面１０ａの長さＬ１０Ｏとを合計した長さはＬＯとなっている。
【００６０】
また、図１４（ａ）に示すように、蒸気入口側の端部において、張出部１０の湾曲面１０ｒの円弧の半径はＲｉとなっており、図１４（ｂ）に示すように、蒸気出口側の端部において、張出部１０の湾曲面１０ｒの円弧の半径はＲＯとなっている。なお、再熱蒸気止め弁２５の公称径はＤとなっている。
【００６１】
上述のように、弁座９および張出部１０の形状が、弁座９の中心を上下方向に延在する中心軸に対して非対称になっており、Ｌｉ／ＤとＬＯ／Ｄ、Ｒｉ／ＤとＲＯ／ＤおよびθｉとθＯの値は各々異なっている。
【００６２】
より具体的には、数値解析を駆使し各パラメータをいろいろ組み合わせて圧力損失の影響を調査した結果（図１５参照）に基づき、本実施の形態では、蒸気入口側の端部において、Ｌｉ／Ｄ＝０．１３１、Ｒｉ／Ｄ＝０．０３９、θｉ＝３°とし、蒸気出口側の端部において、ＬＯ／Ｄ＝０．０１３、ＲＯ／Ｄ＝０．１９７、θＯ＝１７°とするように、設計している。このため、本実施の形態によれば、圧力損失の発生を極めて低く抑えることができる。
【００６３】
なお、以上の第１〜第８の実施の形態では蒸気弁として、主に組み合わせ再熱蒸気弁について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主蒸気止め弁でも同様に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による発電設備を示す概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による蒸気弁を示す縦断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態による蒸気弁を示す斜視図。
【図４】本発明の第２の実施の形態による蒸気弁を示す斜視図。
【図５】本発明の第３の実施の形態による蒸気弁を示す斜視図。
【図６】本発明の第４の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図７】本発明の第５の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図８】本発明の第５の実施の形態による蒸気弁におけるＬ／Ｄと圧力損失との関係を示すグラフ図。
【図９】本発明の第６の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態による蒸気弁におけるＲ／Ｄと圧力損失との関係を示すグラフ図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図１２】本発明の第７の実施の形態による蒸気弁におけるθと圧力損失との関係を示すグラフ図。
【図１３】本発明の第８の実施の形態による蒸気弁を示す斜視図。
【図１４】本発明の第８の実施の形態による蒸気弁の弁座および張出部を示す縦断面図。
【図１５】本発明の第８の実施の形態による蒸気弁のにおけるＲ／Ｄ、Ｌ／Ｄおよびθと、圧力損失との関係を示すグラフ図。
【図１６】従来の蒸気弁を示す縦断面図。
【図１７】従来の蒸気弁内での蒸気の流れを示す縦断面図。
【図１８】図１７の矢印Ｘからみた蒸気の流れを示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１ 再熱蒸気弁
２ ケーシング
７ 弁体ガイド
９ 弁座
９ａ 弁座の平坦面
１０ 張出部
１０ａ 張出部の平坦面
１０ｒ 湾曲面
１２ 補強リブ
１３ 中空部
１４ 蒸気入口管
１５ 蒸気出口管
２０ インターセプト弁（調節弁）
２１ インターセプト弁の弁棒
２２ インターセプト弁の弁体
２５ 再熱蒸気止め弁（停止弁）
２６ 再熱蒸気止め弁の弁棒
２７ 再熱蒸気止め弁の弁体
３１ 蒸気入口配管
３２ 蒸気出口配管
５１ ボイラー
５９ 中圧タービン
６５ 再熱器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気入口管、蒸気出口管を有するケーシングの蒸気流路内に、弁座およびこの弁座に当接可能な弁体を収納した蒸気弁において、
前記弁座の当接面下流側に、前記蒸気出口管内まで滑らかに突出して蒸気を案内する張出部を設けたことを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
前記弁体は、一方から駆動されて前記弁座に当接可能な調節弁と、この調節弁の他方側に配置され、他方側から駆動されて前記弁座に当接可能な停止弁とを有することを特徴とする請求項１記載の蒸気弁。
【請求項３】
張出部は、弁座との間に中空部を形成するよう弁座から湾曲して突出し、
張出部と弁座との間の中空部に、張出部を弁座に固定して補強する補強リブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項４】
張出部は、弁座から蒸気出口管に向かって間隙を形成することなく延びていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項５】
張出部は、弁座と別体を構成し、弁座に取付自在となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項６】
弁座は、蒸気流路側に平坦面を有し、
張出部は、蒸気流路側に弁座の平坦面から連続した平坦面を有し、
前記所定方向における弁座の平坦面の長さと張出部の平坦面の長さとを合計した長さをＬとし、停止弁が弁座に当接する際の当接面の半径をＤとしたときに、
０＜Ｌ／Ｄ≦０．２５
となることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項７】
張出部は、縦断面で見たときに円弧状となる湾曲面を有し、
当該湾曲面の円弧の半径をＲとし、停止弁が弁座に当接する際の当接面の半径をＤとしたときに、
０＜Ｒ／Ｄ≦０．２５
となることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項８】
弁座は、蒸気流路側に平坦面を有し、
張出部は、蒸気流路側に弁座の平坦面から連続した平坦面を有し、
弁座の平坦面および張出部の平坦面は、縦断面で見たときに、前記所定方向に対して傾斜角θで傾き、
当該傾斜角は、０°＜θ≦６０°となることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項９】
弁座は、蒸気流路側に平坦面を有し、
張出部は、蒸気流路側に弁座の平坦面から連続した平坦面を有するとともに、当該平坦面から連続し縦断面で見たときに円弧状となる湾曲面を有し、
弁座の平坦面および張出部の平坦面は、縦断面で見たときに、前記所定方向に対して傾斜角θで傾き、
前記所定方向における弁座の平坦面の長さと張出部の平坦面の長さとを合計した長さをＬとし、停止弁が弁座に当接する際の当接面の半径をＤとし、張出部の湾曲面の円弧の半径をＲとしたときに、
少なくとも蒸気出口側の端部と蒸気入口側の端部とでは、Ｌ／Ｄ、Ｒ／Ｄおよびθの各々の値が異なることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項１０】
請求項１記載の蒸気弁を備えたことを特徴とする発電設備。
【請求項１１】
蒸気を発生させるボイラーと、
ボイラーからの蒸気が蒸気入口配管を介して導かれる蒸気弁と、
蒸気弁を経た蒸気が蒸気出口配管を介して導かれ、当該蒸気を用いて電力を生成する蒸気タービンと、を備え、
前記蒸気弁は、
ケーシング内に一方側から駆動されて前記弁座に当接可能な調節弁と、
この調節弁の他方側に配置され、他方側から駆動されて前記弁座に当接可能な停止弁と、を収納し、
前記弁座の下流側には、前記ケーシングの蒸気出口管内まで突出して蒸気を案内する張出部が設けられていることを特徴とする発電設備。
【請求項１】
蒸気入口管、蒸気出口管を有するケーシングの蒸気流路内に、弁座およびこの弁座に当接可能な弁体を収納した蒸気弁において、
前記弁座の当接面下流側に、前記蒸気出口管内まで滑らかに突出して蒸気を案内する張出部を設けたことを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
前記弁体は、一方から駆動されて前記弁座に当接可能な調節弁と、この調節弁の他方側に配置され、他方側から駆動されて前記弁座に当接可能な停止弁とを有することを特徴とする請求項１記載の蒸気弁。
【請求項３】
張出部は、弁座との間に中空部を形成するよう弁座から湾曲して突出し、
張出部と弁座との間の中空部に、張出部を弁座に固定して補強する補強リブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項４】
張出部は、弁座から蒸気出口管に向かって間隙を形成することなく延びていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項５】
張出部は、弁座と別体を構成し、弁座に取付自在となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項６】
弁座は、蒸気流路側に平坦面を有し、
張出部は、蒸気流路側に弁座の平坦面から連続した平坦面を有し、
前記所定方向における弁座の平坦面の長さと張出部の平坦面の長さとを合計した長さをＬとし、停止弁が弁座に当接する際の当接面の半径をＤとしたときに、
０＜Ｌ／Ｄ≦０．２５
となることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項７】
張出部は、縦断面で見たときに円弧状となる湾曲面を有し、
当該湾曲面の円弧の半径をＲとし、停止弁が弁座に当接する際の当接面の半径をＤとしたときに、
０＜Ｒ／Ｄ≦０．２５
となることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項８】
弁座は、蒸気流路側に平坦面を有し、
張出部は、蒸気流路側に弁座の平坦面から連続した平坦面を有し、
弁座の平坦面および張出部の平坦面は、縦断面で見たときに、前記所定方向に対して傾斜角θで傾き、
当該傾斜角は、０°＜θ≦６０°となることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項９】
弁座は、蒸気流路側に平坦面を有し、
張出部は、蒸気流路側に弁座の平坦面から連続した平坦面を有するとともに、当該平坦面から連続し縦断面で見たときに円弧状となる湾曲面を有し、
弁座の平坦面および張出部の平坦面は、縦断面で見たときに、前記所定方向に対して傾斜角θで傾き、
前記所定方向における弁座の平坦面の長さと張出部の平坦面の長さとを合計した長さをＬとし、停止弁が弁座に当接する際の当接面の半径をＤとし、張出部の湾曲面の円弧の半径をＲとしたときに、
少なくとも蒸気出口側の端部と蒸気入口側の端部とでは、Ｌ／Ｄ、Ｒ／Ｄおよびθの各々の値が異なることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項１０】
請求項１記載の蒸気弁を備えたことを特徴とする発電設備。
【請求項１１】
蒸気を発生させるボイラーと、
ボイラーからの蒸気が蒸気入口配管を介して導かれる蒸気弁と、
蒸気弁を経た蒸気が蒸気出口配管を介して導かれ、当該蒸気を用いて電力を生成する蒸気タービンと、を備え、
前記蒸気弁は、
ケーシング内に一方側から駆動されて前記弁座に当接可能な調節弁と、
この調節弁の他方側に配置され、他方側から駆動されて前記弁座に当接可能な停止弁と、を収納し、
前記弁座の下流側には、前記ケーシングの蒸気出口管内まで突出して蒸気を案内する張出部が設けられていることを特徴とする発電設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−８５２０１（Ｐ２００９−８５２０１Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５９８１５（Ｐ２００７−２５９８１５）
【出願日】平成１９年１０月３日（２００７．１０．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３日（２００７．１０．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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