蒸気弁および蒸気タービン

【課題】バイパス弁体への局部的な異物の衝突を防ぎ、蒸気流量制御を正確に行うことのできる蒸気弁を提供する。
【解決手段】弁座８と、この弁座８に当接可能に設けられた主弁体１４と、この主弁体１４内に摺動自在に内蔵され、弁の全開位置で主弁体１４から突出する環状壁部１６を有し、この環状壁部１６に蒸気を流入させる複数の蒸気導入孔１７が形成され、蒸気導入孔１７から流入した蒸気を導く流路１８を内部に有するバイパス弁体１５とを備えた蒸気弁において、蒸気通路２２を有し、主弁体１４から突出した環状壁部１６を囲繞するフローガイド２１を主弁体１４に取り付け、蒸気通路２２からフローガイド２１の内周へ流入した蒸気が環状壁部１６の外周とフローガイド２１の内周の間の空間を旋回して流れ、環状壁部１６の全周からバイパス弁体１５の内部に流入するようにした構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電プラントに設備される蒸気タービンの蒸気導入配管上に設けられる蒸気弁および蒸気弁を備えた蒸気タービンに関し、特にバイパス弁を有する主蒸気止め弁で構成した蒸気弁および蒸気弁を備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントや原子力発電プラントに設備される蒸気タービンは、図５に示すように蒸気発生器で発生した蒸気を主蒸気止め弁１および蒸気加減弁２を経て高圧タービン３に供給する構成になっている。このような蒸気タービンでは、起動時にボイラー等の蒸気発生器で発生した超高温、超高圧の蒸気を部分的に高圧タービン３に供給すると、その段落の金属に異常に高い熱応力が発生し、それに伴う熱変形などが生じ、亀裂や破損の原因となる。
【０００３】
したがって蒸気タービンの運転では、この過酷な熱応力の発生を抑えるため、起動時か
ら初負荷までの間、蒸気加減弁２を全開にして、主蒸気止め弁１で蒸気流量を制御する、いわゆる全周噴射運転が行われ、暖機運転が行われている。このため、主蒸気止め弁１には、蒸気流量を制御するための構造が採用されている。
【０００４】
図６は従来の主蒸気止め弁の構造を示す断面図である。すなわち主蒸気止め弁１は、弁室４を画成する弁箱５と弁蓋６によって圧力容器部分が構成され、弁箱５の内側にはじゃま板７と弁座８が突設され、弁室４にはストレーナ９と弁体１０が設けられている。弁体１０は弁棒１１に接続され、油筒１２から供給される油圧によって駆動される。蒸気発生器からの蒸気Ｓは入口Ｉから流入し、ストレーナ９と弁座８部を通過し、出口Ｏから加減弁へ流出する。
【０００５】
図７は従来の弁体の構造を示す断面図である。すなわち主蒸気止め弁の弁体１０は、円筒状を成す主体弁１４と、この主体弁１４の内側に摺動自在に設けられて上端が主弁体１４の上部から突出し下端が弁棒１１に結合されたバイパス弁体１５とを備えている。
【０００６】
バイパス弁体１５の主弁体１４の上端から突出した部分には環状壁部１６が形成され、その上端は閉塞されている。環状壁部１６には蒸気流れ方向に対して平行な複数の蒸気導入孔１７が多段に形成されている。また、バイパス弁体１５の中心部には蒸気流路１８が形成され下部には蒸気流出孔１９が形成されている。このバイパス弁体１５は主弁体１４内に内蔵される関係から、弁棒１１によってバイパス弁体１５を蒸気流に抗して押し上げることによって弁の開度調整を行うように構成されている。
【０００７】
このように主蒸気止め弁の弁体１０は主弁体１４の内部にバイパス弁体１５を内蔵し、蒸気タービンの起動時には蒸気加減弁を全開にするとともに、主弁体１４を弁座８に当接させて全閉にし、バイパス弁体１５のみを作動させて蒸気流量の制御を行う。図７は主蒸気止め弁の弁体１０の主弁体１４が弁座８に当接して閉じた状態で、かつバイパス弁体１５が弁棒１１によって主弁体１４内の最上部まで押し上げられ、バイパス弁体１５の環状壁部１６に形成された蒸気導入孔１７部分が主弁体１４の上端から全て突出し、バイパス弁体１５が全開した状態を示している。
【０００８】
このように構成された主蒸気止め弁において、蒸気Ｓの流れはバイパス弁体１５の多数の蒸気導入孔１７にかなりの流速で流入し、この蒸気導入孔１７を通った蒸気は、反対側の蒸気導入孔１７を通って流れ込んでくる蒸気と環状壁部１６内の空間で互いに衝突し、ここで蒸気のもつ速度エネルギーは低減され、低流速になる。
【０００９】
低流速になった蒸気流は、バイパス弁体１５内の蒸気流路１８を通過して一旦圧力を回復し、バイパス弁体１５の下流側に形成された複数の蒸気流出孔１９を通って主蒸気止め弁１を出、さらに下流側の蒸気加減弁や蒸気タービンのノズルや羽根に向かって流れていく。
【００１０】
このように、蒸気導入孔１７を通ってバイパス弁体１５内に流れ込んできた蒸気流は、ここで速度エネルギーを低減されて低流速となるため、蒸気中に含まれる微量のドレンや酸化物がバイパス弁体１５の内部に衝突してもバイパス弁体１５に浸食作用を及ぼすことがない。
【００１１】
上記のようなバイパス弁体１５は、複数の蒸気導入孔１７が形成されていることから多孔式主蒸気止め弁と呼ばれ、浸食作用による破損問題を解決する構造として下記の特許文献１，２に開示されている。
【特許文献１】特公昭６１−５７４４２号公報
【特許文献２】特開２００６−４６３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
火力発電プラントや原子力発電プラントでは、ボイラー等の蒸気発生器のチューブや蒸気タービンまでの蒸気配管に酸化物が生成され、起動時に蒸気中に含まれて主蒸気止め弁のバイパス弁体１５まで飛来する。特に老朽化したプラントでは、酸化物の生成量はプラントの運転時間とともに増加し建設年代の古いものほど多い。
【００１３】
図８は、図６に示した主蒸気止め弁の水平断面を示す。すなわち、弁箱５の入口Ｉから流入した蒸気Ｓは、ストレーナ９の外周を流れ、入口Ｉと反対側のじゃま板７部分まで回り込む。同時に、流入した蒸気Ｓに含まれる酸化物は重量物であるため、その多くは流れの慣性力により入口Ｉと反対側のじゃま板７部分まで回り込んでくる。
【００１４】
その結果、じゃま板７部分からストレーナ９を通過してストレーナ９内部に侵入し、バイパス弁体１５の環状壁部１６の外周に直接衝突することになる。衝突は図８の線Ａに示す範囲が特に顕著である。
【００１５】
従って、バイパス弁体１５の環状壁部１６の外周面が図８の線Ａに示すような範囲の方向性を持って局部的に浸蝕作用を受け、蒸気導入孔１７の形状が変る。そのためバイパス弁体１５が本来の蒸気流量制御の機能を果さなくなる問題がある。
【００１６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、バイパス弁体への局部的な異物の衝突を防ぎ、蒸気流量制御を正確に行うことのできる蒸気弁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】
【００１７】
上記目的を達成するために本発明の蒸気弁は、弁座と、この弁座に当接可能に設けられた主弁体と、この主弁体内に摺動自在に内蔵され、弁の全開位置で前記主弁体から突出する環状壁部を有し、この環状壁部に蒸気を流入させる複数の蒸気導入孔が形成され、前記蒸気導入孔から流入した蒸気を導く流路を内部に有するバイパス弁体とを備えた蒸気弁において、蒸気通路を有し、前記主弁体から突出した前記環状壁部を囲繞するフローガイドを前記主弁体に取り付け、前記蒸気通路から前記フローガイドの内周へ流入した蒸気が前記環状壁部の外周と前記フローガイドの内周の間の空間を旋回して流れ、前記環状壁部の全周から前記バイパス弁体の内部に流入するようにした構成とする。
【００１８】
また本発明の蒸気弁は、前記主弁体から突出した前記環状壁部を囲繞するフローガイドを前記主弁体に取り付け、前記バイパス弁体の外側と前記フローガイドの間に前記蒸気導入孔へ蒸気を導く円筒形の蒸気通路を設けた構成とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、バイパス弁体への局部的な異物の衝突を防ぐことのできる蒸気弁および蒸気弁を備えた蒸気タービンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の第１、第２の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の蒸気弁に備えられる弁体の縦断面を示し、従来構造を示す図７と同じ部分には同じ符号を付してある。
【００２１】
本実施の形態における弁体２０は、バイパス弁体１５の頭部を囲むフローガイド２１を主弁体１４の上端面にボルト２４で取り付けた構成である。バイパス弁体１５の頭部外周とフローガイド２１内周の間には環状のすきまが形成されており、フローガイド２１の側面には複数の蒸気通路２２が形成されている。横断面図である図２に示すように、蒸気通路２２はバイパス弁体１５の中心線に対して傾斜しており、その傾斜角度は環状壁部１６の外径の接線方向に一致している。
【００２２】
本実施の形態の蒸気弁においては、ストレーナ９を通過してストレーナ９内部に流入した蒸気Ｓは、まずフローガイド２１に衝突し、バイパス弁体１５の環状壁部１６に直接衝突することがない。フローガイド２１の蒸気通路２２を通過した蒸気Ｓは、蒸気通路２２の傾斜角度によりバイパス弁体１５の外周とフローガイド２１の内周の間の空間を旋回して流れて整流され、蒸気導入孔１７が形成されたバイパス弁体１５の環状壁部１６全周からバイパス弁体１５の内部に均等に流入する。このため、蒸気に含まれる酸化物もバイパス弁体１５の外周とフローガイド２１の内周の間の空間を旋回して流れて均等に分散するため、バイパス弁体１５の環状壁部１６が方向性を持って局部的に浸食されることがない。
【００２３】
図３は本実施の形態の変形例を示したもので、フローガイド２１の蒸気通路２２は、フローガイド２１外面から内面に向かって徐々に断面積が狭まり、フローガイド２１内面端では噴口（ノズル）形状となっている。
【００２４】
この変形例によれば、蒸気通路２２からフローガイド２１内に噴出する蒸気は流速が速いので、バイパス弁体１５の外周とフローガイド２１の内周の間の空間に蒸気の旋回流Ｒを確実に形成することが出来る。
【００２５】
なお、上述した本実施の形態およびその変形例では、フローガイド２１に蒸気通路２２を傾斜させて設けることにより、バイパス弁１５の外周とフローガイド２１との間に形成した空間部に蒸気を旋回させるようにしたが、本発明は必ずしもこのような構成を採用する必要はなく、バイパス弁に対して局部的に異物の衝突が避けられる構成であればよい。例えば、フローガイド２１に放射状の蒸気通路２２を設けることにより、蒸気が旋回しないように構成しても良い。
【００２６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の蒸気弁は、図４に示すように、主弁体１４の上端面にバイパス弁体１５の頭部を囲む円筒形のフローガイド２１を取り付け、バイパス弁体１５の頭部とフローガイド２１の間に円筒形の蒸気通路２３を形成した構成である。
【００２７】
本実施の形態の蒸気弁においては、蒸気に含まれる酸化物は蒸気通路２２で拡散するためバイパス弁体１５の環状壁部１６が局部的に浸食されることがない。なお、フローガイド２１の内周面または、バイパス弁頭部外周面の双方または一方にらせん溝を設けた構成にすると、環状壁部１６の外周で蒸気の旋回流が形成されて更によい効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の蒸気弁に備えられる弁体を示す縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の蒸気弁の横断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例の蒸気弁の横断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の蒸気弁に備えられる弁体を示す縦断面図。
【図５】蒸気タービン装置を示す系統図。
【図６】従来の蒸気弁を示す縦断面図。
【図７】従来の蒸気弁に備えられる弁体を示す縦断面図。
【図８】従来の蒸気弁の横断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１…主蒸気止め弁、２…蒸気加減弁、３…高圧タービン、４…弁室、５…弁箱、６…弁蓋、７…じゃま板、８…弁座、９…ストレーナ、１０…弁体、１１…弁棒、１２…油筒、１４…主弁体、１５…バイパス弁体、１６…環状壁部、１７…蒸気導入孔、１８…蒸気流路、１９…蒸気流出孔、２０…弁体、２１…フローガイド、２２，２３…蒸気通路、２４…ボルト、Ｉ…蒸気入口、Ｏ…蒸気出口、Ｒ…旋回流、Ｓ…蒸気。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座と、この弁座に当接可能に設けられた主弁体と、この主弁体内に摺動自在に内蔵され、弁の全開位置で前記主弁体から突出する環状壁部を有し、この環状壁部に蒸気を流入させる複数の蒸気導入孔が形成され、前記蒸気導入孔から流入した蒸気を導く流路を内部に有するバイパス弁体とを備えた蒸気弁において、蒸気通路を有し、前記主弁体から突出した前記環状壁部を囲繞するフローガイドを前記主弁体に取り付け、前記蒸気通路から前記フローガイドの内周へ流入した蒸気が前記環状壁部の外周と前記フローガイドの内周の間の空間を旋回して流れ、前記環状壁部の全周から前記バイパス弁体の内部に流入するようにしたことを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
前記蒸気通路は前記環状壁部の接線方向に傾斜し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３】
前記蒸気通路は、前記フローガイドの外面から内面に向かって徐々に断面積が小さくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気弁。
【請求項４】
弁座と、この弁座に当接可能に設けられた主弁体と、この主弁体内に摺動自在に内蔵され、弁の全開位置で前記主弁体から突出する環状壁部を有し、この環状壁部に蒸気を流入させる複数の蒸気導入孔が形成され、前記蒸気導入孔から流入した蒸気を導く流路を内部に有するバイパス弁体とを備えた蒸気弁において、前記主弁体から突出した前記環状壁部を囲繞するフローガイドを前記主弁体に取り付け、前記バイパス弁体の外側と前記フローガイドの間に前記蒸気導入孔へ蒸気を導く円筒形の蒸気通路を設けたことを特徴とする蒸気弁。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蒸気弁を備えた蒸気タービン。

【図１】