蒸気弁および発電設備

【課題】ボルトやナットの強度および数量によらずに内圧に耐えられるように上蓋を固定する構造を有した蒸気弁を提供する。
【解決手段】一実施形態の蒸気弁１０は、ケーシング１１と弁座１２と弁体１３と弁棒１４と取付座１５と上蓋１６とを備える。ケーシング１１は、蒸気入口１１１および蒸気出口１１２を有する。弁座１２は、蒸気入口１１１と蒸気出口１１２との間に配置される。弁体１３は、弁座１２に蒸気入口側から当接して蒸気の流れを遮断する。弁棒１４は、弁体１３を蒸気出口側から支持する。取付座１５は、弁棒１４の延長線上の蒸気入口側に開口し内周縁にシール面１５２が形成されている。上蓋１６は、取付座１５にケーシング１１の内側から取り付けられ、シール面１５２に外周縁（シール面１６４）を当接させ蒸気をケーシング１１内に封じる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービンや圧力機器を接続する系統に設置される蒸気弁およびこの蒸気弁が使用される発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械駆動や発電用蒸気タービンおよび、火力・原子力発電所プラントの蒸気タービンにおいて、タービンを回転させるためのエネルギーとして使用される蒸気は、蒸気弁を介してタービンに供給される。蒸気弁は、ケーシングと、弁体と、弁棒と、ガイドブッシュと、上蓋とを備える。ケーシングは、蒸気入口と蒸気出口とを有し、これらの間に弁座が形成されている。弁体は、弁棒に支持されキャップで固定されており、蒸気入口側から弁座に接するように配置されている。弁棒は、蒸気出口側のケーシングに固定されたガイドブッシュに案内され、アクチュエータによって駆動される。ケーシングは、弁座と蒸気入口の間で弁棒の延長線上に開口部が形成されている。開口部の縁にシート面が形成され、ガスケットが装着される。上蓋は、開口部の外周に取り付けられる植え込みボルトおよびナットによって、固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５８−１０８２０１号公報
【特許文献２】特開平８−９３４０７号公報
【特許文献３】特開平１１−３３６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の構造の蒸気弁の場合、上蓋をケーシングに固定するボルトは、上蓋の締付力を確保するべく、上蓋に作用する内圧に対して蒸気のシール性を維持・確保するに必要な締付力を得る為に、ボルトの伸びの管理および締め付けトルクの管理が必要である。そして、内圧が大きいほど、上蓋を固定するためのボルトに要求される締付力は大きくなる。タービンプラントは、エネルギー効率を良くするために、使用する蒸気の高圧化が進んでおり、高強度材を使用する、ボルトサイズを大きくする、またはボルト本数を増やすなどの構造を変更する必要がある。そのため、蒸気弁の上蓋の取り付け作業に時間が掛かる。
【０００５】
そこで、ボルトやナットの強度および数量によらずに内圧に耐えられるように上蓋を固定する構造を有した蒸気弁およびこの蒸気弁が使用される発電設備を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態の蒸気弁は、ケーシングと弁座と弁体と弁棒と取付座と上蓋とを備える。ケーシングは、蒸気入口および蒸気出口を有する。弁座は、蒸気入口と蒸気出口との間に配置される。弁体は、弁座に蒸気入口側から当接して蒸気の流れを遮断する。弁棒は、弁体を蒸気出口側から支持する。取付座は、弁棒の延長線上の蒸気入口側に開口し内周縁にシール面が形成されている。上蓋は、取付座にケーシングの内側から取り付けられ、シール面に外周縁を当接させ蒸気をケーシング内に封じる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の蒸気弁を備える発電設備の蒸気の循環系統を示す概略図。
【図２】図１に示した蒸気弁の断面図。
【図３】図２に示した蒸気弁の平面図。
【図４】図２に示した蒸気弁の上蓋とケーシングとの接合部の断面図。
【図５】第２の実施形態の蒸気弁の断面図。
【図６】図５に示した蒸気弁を一部切り欠いた平面図。
【図７】図５に示した蒸気弁の上蓋とケーシングとの接合部の断面図。
【図８】第３の実施形態の蒸気弁の断面図。
【図９】図８に示した蒸気弁の上蓋とケーシングとの接合部の断面図。
【図１０】第４の実施形態の蒸気弁の断面図。
【図１１】図１０に示した蒸気弁の平面図。
【図１２】第５の実施形態の蒸気弁の断面図。
【図１３】図１２に示した蒸気弁を一部切り欠いた平面図。
【図１４】第６の実施形態の蒸気弁の断面図。
【図１５】図１４に示した蒸気弁の平面図。
【図１６】図１４に示した蒸気弁の上蓋とケーシングとの接合部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
第１の実施形態の蒸気弁１０を備える発電設備１について、図１から図４を参照して説明する。図１に示す発電設備１は、蒸気発生器２と、タービン３と、蒸気弁１０と、復水器４と、給水ポンプ５とを備える。蒸気発生器２は、ボイラなどの熱源によって水蒸気を発生させる。タービン３は、蒸気発生器２で作られた蒸気によって回転される。タービンは、高圧タービン３１、中圧タービン３２、低圧タービン３３の３種類が同軸に連結されている。蒸気は、蒸気発生器２からタービン３まで蒸気配管６によって送られる。蒸気配管６の途中に様々な用途の蒸気弁１０が設置される。
【０００９】
蒸気発生器２から高圧タービン３１までの間の蒸気配管６には、主蒸気を止めるための第１の蒸気弁１０Ａ、および、流量を制御する第２の蒸気弁１０Ｂが設置される。蒸気発生器２から中圧タービン３２までの間の蒸気配管６には、再熱蒸気を止めるための第３の蒸気弁１０Ｃ、および、再熱蒸気の流量を調整する第４の蒸気弁１０Ｄが設置されている。再熱蒸気は、高圧タービン３１から回収された蒸気を中圧タービン３２に供給するために蒸気発生器２で再加熱した蒸気である。第１の蒸気弁１０Ａを主蒸気止め弁、第２の蒸気弁１０Ｂを蒸気加減弁、第３の蒸気弁１０Ｃを再熱蒸気止め弁、第４の蒸気弁１０Ｄをインターセプト弁と呼ぶ。
【００１０】
蒸気発生器２で加熱された蒸気は、第１の蒸気弁１０Ａおよび第２の蒸気弁１０Ｂを通過し、高圧タービン３１で仕事をしたあと、逆止弁７を経由して、蒸気発生器２の再熱器２１に送られる。再熱器２１で過熱された再熱蒸気は、第３の蒸気弁１０Ｃおよび第４の蒸気弁１０Ｄを経て中圧タービン３２、さらに低圧タービン３３へと流入し、仕事をする。低圧タービン３３を出た蒸気は、復水器４へ送られて水に戻される。復水器４で水に戻った蒸気は、給水ポンプ５で蒸気発生器２へ供給される。このように、蒸気は、蒸気発生器２とタービン３との間を循環する。
【００１１】
また、発電設備１の運用効率を上げるために、蒸気発生器２と第１の蒸気弁１０Ａとの間から蒸気発生器２の再熱器２１の上流に接続される蒸気配管６に高圧タービンバイパス弁として第５の蒸気弁１０Ｅが設置され、蒸気発生器２の再熱器２１の下流から復水器８に接続される蒸気配管６に低圧タービンバイパス弁として第６の蒸気弁１０Ｆが設置される。第５の蒸気弁１０Ｅや第６の蒸気弁１０Ｆが設置される蒸気配管６によって、蒸気は、タービン３の運転に係らず蒸気発生器２と復水器８との間を循環運転される。
【００１２】
第１から第６の蒸気弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆの構造はみな同じであるので、蒸気弁１０として図２から図４を参照して説明する。図２に示す蒸気弁１０は、ケーシング１１と弁座１２と弁体１３と弁棒１４と取付座１５と上蓋１６とを備える。ケーシング１１は、蒸気入口１１１および蒸気出口１１２を有している。蒸気入口１１１および蒸気出口１１２は、それぞれ蒸気配管６に接続される。
【００１３】
弁座１２は、図２に示すように、蒸気入口１１１と蒸気出口１１２との間に配置され、蒸気入口１１１側に向かって形成されている。弁体１３は、弁座１２に蒸気入口１１１側から当接して蒸気の流を遮断する。弁棒１４は、蒸気出口１１２側のケーシング１１を貫通しており、弁体１３を蒸気出口１１２側から支持する。弁体１３は、弁棒１４の端部に主弁キャップ１３１によって固定される。弁棒１４が貫通した部分のケーシング１１には、ガイドブッシュ１１３が装着されている。弁棒１４は、このガイドブッシュ１１３に案内される。
【００１４】
取付座１５は、弁棒１４の延長線上の蒸気入口１１１側に開口しており、中央に向かって延びる鍔部１５１の下面にシール面１５２が形成されている。上蓋１６は、図３に示すように長辺１６１および短辺１６２と、これらを円弧で繋ぐ角部１６３とを有した非円形である。したがって、これに対応する取付座１５も、長辺１５３および短辺１５４を有した非円形である。上蓋１６は、取付座１５に対してケーシング１１の内側から取り付けられる。
【００１５】
上蓋１６を取付座１５に装着する場合、上蓋１６を装着状態に対して回転させた状態で、斜めに傾けて開口から挿入し、装着状態に向けて回転させながら水平に戻す。上蓋１６は、外周縁にシール面１６４が形成されており、このシール面１６４を取付座１５のシール面１５２に当接させる。ケーシング１１のシール面１５２と上蓋１６のシール面１６４は、周方向に沿って機械加工され、直接密着されるいわゆるメタルシールによって蒸気を密封する。上蓋１６は、取付座１５の外側から装着される植え込みボルト１６５およびナット１６６によって固定されることで、蒸気をケーシング１１内に封じる。ケーシング１１および上蓋１６によって、蒸気弁１０の蒸気室が形成される。
【００１６】
タービンが運転される状態において、蒸気弁１０の蒸気室には蒸気圧が内圧として作用している。したがって、上蓋１６は、取付座１５の鍔部１５１のシール面１５２に向けて押し付けられる。蒸気を封じ込めるためにケーシング１１と上蓋１６との間に必要な面圧は、上蓋１６が蒸気から受ける内圧によって確保される。
【００１７】
蒸気室に加わる圧力が上蓋１６に作用するので、上蓋１６をケーシング１１の取付座１５に固定するために植え込みボルト１６５およびナット１６６に必要な締結力は、ケーシング１１の外側に上蓋１６を取り付ける場合に比べて、小さくてもよい。つまり、植え込みボルト１６５およびナット１６６の締結力は、蒸気室に内圧が加わっていない状態で、上蓋１６を鍔部１５１のシール面１５２に対して固定するのに必要な程度でよい。したがって、植え込みボルト１６５およびナット１６６のサイズを小さいものでもよく、さらにこれらの数量も少なくしてもよい。したがって、蒸気弁１０の部品点数が少なくなり、上蓋１６の取り付け、取り外しの作業性も向上する。
【００１８】
以下に、第２から第６の実施形態の蒸気弁１０について説明する。各実施形態の蒸気弁１０は、第１の実施形態で説明した発電設備１の蒸気弁１０として使用されるものである。発電設備１の構成は、第１の実施形態中の記載および図１を参酌する。さらに、第１の実施形態における蒸気弁１０の構成と同じ機能を有する構成は、各実施形態の図中においても同一の符号を付し、詳細な説明は、第１の実施形態の対応する記載や図面を参酌することとする。
【００１９】
第２の実施形態の蒸気弁１０について、図５から図７を参照して説明する。図５から図７に示すように蒸気弁１０において、上蓋１６は、植え込みボルト１６５が取り付けられる位置よりも外側の外周縁に溝１６７を有し、この溝１６７にシール材１７を備えている。シール材１７は、ケーシング１１の取付座１５のシール面１５２に当接する。なお、溝１６７の底部は、シール面１６４に相当する表面粗さに仕上られる。
【００２０】
上蓋１６は、溝１６７にシール材１７が嵌められた状態で、第１の実施形態の上蓋１６と同じように、ケーシング１１の内部に入れられる。上蓋１６は、上蓋１６の長辺１６１がケーシング１１の取付座１５の短辺１５４に対向するように、回転されかつ斜めに傾けられて、取付座１５の開口部から挿入され、取付座１５の鍔部１５１にケーシング１１の外から取り付けられる植え込みボルト１６５およびナット１６６で固定される。シール材１７を備えるので、上蓋１６を外した場合に、ケーシング１１のシール面１５２および上蓋１６のシール面１６４の手入れおよび管理が容易である。
【００２１】
第３の実施形態の蒸気弁１０について、図８および図９を参照して説明する。図８および図９に示すように蒸気弁１０において、ケーシング１１の取付座１５と上蓋１６との接合構造が第１および第２の実施形態の場合と異なっている。図９に示すように、取付座１５の鍔部１５１に形成されるシール面１５２は、ケーシング１１の内側から外側に向かって開口径が小さくなるように傾斜角度が一定な漏斗状に形成されている。したがって、上蓋１６の外周縁は、この漏斗状に形成されたシール面１５２に対応した錐面に形成されている。
【００２２】
第３の実施形態の蒸気弁１０において上蓋１６は、第２の実施形態のように、外周縁に溝１６７を有し、シール材１７が装着されている。図９において溝１６７の底部は、蒸気室に面した上蓋１６の底面と平行に形成されている。シール材１７の厚みが均等になるように、溝１６７の底部は、取付座１５のシール面１５２に平行に形成されていてもよい。シール面１５２がケーシングの内側から外側に向かって開口径が小さくなる漏斗状に形成されているので、上蓋１６がケーシング１１の内圧を受けた場合にシール面１５２とシール材１７との間に面圧が立ちやすい。なお、上蓋１６にシール材１７を装着する代わりに、第１の実施形態のように植え込みボルト１６５が装着されるよりも外側の上蓋１６の外周縁にシール面１６４を形成し、取付座１５のシール面１５２と直接密着させるメタルシールによって、蒸気を密封してもよい。
【００２３】
第４の実施形態の蒸気弁１０について、図１０および図１１を参照して説明する。第４の実施形態の蒸気弁１０の断面構造は、図１０に示すように第１の実施形態の蒸気弁１０と同じである。この蒸気弁１０は、図１１に示すように、上蓋１６の外形形状が第１から第３の実施形態の蒸気弁１０と異なっている。第４の実施形態の蒸気弁１０における上蓋１６は、長辺１６１と短辺１６２とが斜辺でつながれた角部１６３を有し、長方形の角を取り除いた八角形に形成されている。ただし、上蓋１６に対応するケーシング１１の取付座１５は、角部を円弧に形成される。
【００２４】
以上のように形成されていることによって、同じ大きさの蒸気室に対して取付座１５の開口を大きくすることができる。また、長方形に近い形に上蓋１６が形成されているので、上蓋１６をケーシング１１の蒸気室に入れやすい。
【００２５】
第５の実施形態の蒸気弁１０について、図１２および図１３を参照して説明する。第５の実施形態の蒸気弁１０の断面構造は、図１２に示すように第２の実施形態の蒸気弁１０と同じく、上蓋１６の外周縁にシール材１７を備えている。上蓋１６の外形形状は、図１３に示すように第４の実施形態の蒸気弁１０と同じく長辺１６１と短辺１６２が斜辺でつながれた角部１６３を有する八角形である。上蓋１６の外周縁に形成される溝１６７は、外形形状に層八角形に形成され、溝１６７に嵌るシール材１７も、図１３に示すように八角形に形成されている。上述のように構成された第５の実施形態の蒸気弁１０は、第２の実施形態の蒸気弁１０と第４の実施形態の蒸気弁１０の両方の機能を有する。
【００２６】
第６の実施形態の蒸気弁１０について、図１４から図１６を参照して説明する。第６の実施形態の蒸気弁１０において、上蓋１６の外周形状は、図１５に示すように、第１の実施形態の蒸気弁１０の上蓋１６の外周形状と同じであり、長辺１６１および短辺１６２と、これらを円弧でつなぐ角部１６３とで構成されている。そして、図１４および図１６に示すように蒸気弁１０は、ケーシング１１の取付座１５と上蓋１６の接合構造が第１から第５の実施形態の蒸気弁１０と異なっている。
【００２７】
図１６に示すように、第６の実施形態の蒸気弁１０における取付座１５のシール面１５２は、ケーシング１１の内側に向かって丸く膨らんだ一定の断面形状の曲面に形成されている。同様に、上蓋１６の外周縁は、シール面１５２に向かって丸く膨らんだ一定の断面形状の曲面に形成されている。このときの断面は、シール面１５２または上蓋１６の外周縁に対し水平面に沿う接線に垂直な面に沿う断面である。上蓋１６の外周縁は、シール面１５２に対して線接触するシール面１６４として機能する。図１６に示すように上蓋１６を取付座１５に固定するための植え込みボルト１６５およびナット１６６は、曲面に形成された外周縁よりも内側に配置される。外周縁に形成される曲面の範囲が大きい場合、植え込みボルト１６５の穴の一部が外周縁に掛かることもある。ただしシール面１６４として機能する範囲に掛からないものとする。
【００２８】
上述のように構成された蒸気弁１０において、上蓋１６をケーシング１１の取付座１５に装着する場合、第１から第５の実施形態と同様に、上蓋１６を装着状態に対して水平面に沿って上蓋１６の長辺が取付座１５の鍔部１５１の短辺１５４に対峙するように回転させた状態で、斜めに傾けて開口から挿入する。そして装着状態に向けて、上蓋１６を回転させながら水平に戻す。
【００２９】
鍔部１５１のシール面１５２および上蓋１６の外周縁に形成されるシール面１６４は、互いに凸の曲面に形成されているので、上蓋１６が取付座１５に対して多少ずれていても、ケーシング１１のシール面１５２と上蓋１６のシール面１６４が全周に渡って線接触しやすい。つまり、上蓋１６をケーシング１１に対して組み立てるのが容易である。
【００３０】
なお、さらに上蓋１６をケーシング１１に対して組み立てやすくするために、上蓋１６の外周形状を第１から第６の実施形態と同様に、長辺１６１および短辺１６２を有した非円形に形成し、ケーシング１１の取付座１５に形成されるシール面１５２および上蓋１６のシール面１６４を一定の半径の球面に沿って形成する。このようにすることで、上蓋１６が、水平面に対してやや傾いていたり、弁棒１４の軸を中心にやや回動していたりしても、組み立てることが容易であり、ケーシング１１のシール面１５２と上蓋１６のシール面１６４は、密着し、蒸気を密封する。
【００３１】
また、上蓋の外周形状は、上述の各実施形態の蒸気弁に限らず、長径と短径を有した楕円形や長円形、六角形などでも、上述の各実施形態の蒸気弁と同じ効果を得る。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１…発電設備、２…蒸気発生器、３…タービン、６…蒸気配管（配管）、１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）…蒸気弁、１１…ケーシング、１２…弁座、１３…弁体、１４…弁棒、１５…取付座、１６…上蓋、１７…シール材、１１１…蒸気入口、１１２…蒸気出口、１５２…シール面、１６１…長辺、１６２…短辺、１６３…角部、１６４…シール面。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気入口および蒸気出口を有したケーシングと、
前記蒸気入口と前記蒸気出口との間に配置された弁座と、
前記弁座に蒸気入口側から当接して前記蒸気の流れを遮断する弁体と、
前記弁体を前記蒸気出口側から支持する弁棒と、
前記弁棒の延長線上の蒸気入口側に開口し内周縁にシール面が形成された取付座と、
前記取付座に前記ケーシングの内側から取り付けられ前記シール面に外周縁を当接させ前記蒸気を前記ケーシング内に封じる上蓋と
を備えることを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
前記上蓋は、長辺および短辺を有した非円形である
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項３】
前記上蓋は、長辺と、短辺と、これらを円弧で繋ぐ角部と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項４】
前記上蓋は、長辺と、短辺と、これらを斜辺で繋ぐ角部と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項５】
前記上蓋は、外周縁に装着されて前記シール面に当接するシール材を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項６】
前記シール面は、前記ケーシングの内側から外側に向かって開口径が小さくなる傾斜角度が一定な漏斗状に形成され、
前記上蓋の外周縁は、前記シール面に対応する錐面に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項７】
前記シール面は、前記ケーシングの内側に向かって膨らんだ一定の断面形状の曲面に形成され、
前記上蓋の外周縁は、前記シール面に向かって膨らんだ一定の断面形状の曲面に形成されて前記シール面に対して線接触する
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項８】
蒸気発生器と、その蒸気によって回転されるタービンと、前記蒸気を流す配管に設置される蒸気弁とを含む発電設備であって、
前記蒸気弁は、
蒸気入口および蒸気出口を有したケーシングと、
前記蒸気入口と前記蒸気出口との間に配置された弁座と、
前記弁座に蒸気入口側から当接して前記蒸気の流れを遮断する弁体と、
前記弁体を前記蒸気出口側から支持する弁棒と、
前記弁棒の延長線上の蒸気入口側に開口し内周縁にシール面が形成された取付座と、
前記取付座に前記ケーシングの内側から取り付けられ前記シール面に外周縁を当接させ前記蒸気を前記ケーシング内に封じる上蓋と
を備える
ことを特徴とする発電設備。

【図１】