蒸気弁装置
【課題】高温高圧の蒸気条件で熱応力を抑制するとともに低コストに加えて安全性を向上させ、且つメンテナンスが容易な蒸気弁装置を提供する。
【解決手段】第１の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングを、第２の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングを夫々備え、該第１の内側ケーシングと第２の内側ケーシングとがシール機構を介在させて接続されるとともに、接続された第１、第２の内側ケーシングを共に内包する外側ケーシングを備え、前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、第１、第２の弁体は摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュを介して第１、第２の内側ケーシング及び外側ケーシングの蓋体に夫々設けられ、前記第１の蒸気弁の外側ケーシングが主流蒸気の入口部側通路に対して分離される。
【解決手段】第１の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングを、第２の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングを夫々備え、該第１の内側ケーシングと第２の内側ケーシングとがシール機構を介在させて接続されるとともに、接続された第１、第２の内側ケーシングを共に内包する外側ケーシングを備え、前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、第１、第２の弁体は摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュを介して第１、第２の内側ケーシング及び外側ケーシングの蓋体に夫々設けられ、前記第１の蒸気弁の外側ケーシングが主流蒸気の入口部側通路に対して分離される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンへの蒸気の流入を制御する蒸気弁装置に関し、特に、高温高圧の蒸気条件で熱応力を抑制するとともに低コストに加えて安全性を向上させ、且つメンテナンスが容易な蒸気弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンに流入する蒸気を遮断する蒸気弁は、蒸気タービンと同様に重要な部分であって、弁を構成する耐熱材料と温度や圧力などの蒸気条件とは密接な関係がある。
従来、蒸気タービン発電プラントの高温部にはその大半に製造性や経済性に優れたフェライト系耐熱鋼が使用されている。しかし近年は、環境保全を背景とした火力発電設備の高効率化が積極的に進められ、６００℃級程度の高温蒸気を利用した蒸気タービンが運転されており、このような蒸気タービンにおいてはフェライト系耐熱鋼の諸特性では要求を満足できない部品が少なからずあるため、より高温特性に優れた耐熱合金や耐熱合金鋼が使用されている場合もある。
【０００３】
図３に一般的な蒸気タービンプラントの概略系統図を示す。図３において、高圧タービン５０、中圧タービン５２、低圧タービン５４および発電機５６の各軸は同一軸線上で連結され、軸系の振動に対する安定性を確保するようにしている。このような蒸気タービンプラントにおいて、ボイラ５８で発生した主蒸気は主蒸気管５９を通り、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）５１、蒸気加減弁（ＧＶ）５３を経て高圧タービン５０に送られて膨張仕事を行う。その後、低温再熱管６６を経て再熱器６０に送られて再熱され、高温再熱管６８を通り、再熱蒸気止め弁５５、インターセプト弁５７を経て中圧タービン５２に送られる。この中圧タービン５２で仕事を行った蒸気はクロスオーバー管６１を通って低圧タービン５４に送られる。そしてこの低圧タービン５４で仕事を行った蒸気は復水器６５で復水されたのち、ボイラ給水ポンプ６３によってボイラ５８に還流するように構成されている。
【０００４】
このように構成された蒸気タービン発電プラントにおいては、再熱蒸気条件が６００℃以上の高温下での運転を想定した場合は、中圧タービンロータおよび中圧タービンケーシングにも、オーステナイト系耐熱合金や耐熱合金鋼製の部品素材の使用部位が拡大することは必至である。特に、ボイラ５８にて発生した蒸気が直接作用する主蒸気止め弁（ＭＳＶ）５１、蒸気加減弁（ＧＶ）５３や再熱蒸気止め弁５５、インターセプト弁５７は、６００℃以上、７００℃以上あるいはそれを超える高温且つ高圧の蒸気が流入されるため、非常に厳しい環境下での使用となる。
よって、蒸気タービン発電プラントを起動させると、上述した主蒸気止め弁（ＭＳＶ）５１、蒸気加減弁（ＧＶ）５３等の蒸気弁には起動前の温度が低下した状態と比較してかなりの高温且つ高圧の蒸気が供給されることになり、蒸気弁の蒸気室（弁室）が急激に加熱され、蒸気室を形成するケーシングの内面と外面の大きな温度差により熱応力が発生してしまい、ケーシングのひび割れなどの損傷が生じる可能性がある。
【０００５】
そこで、上記したような熱応力の発生を出来るだけ抑えるために、特許文献１（特開第２００５−０４８６３９号公報）のような蒸気弁の蒸気室を外側蒸気室と内側蒸気室の二重構造とし、この間に空間を形成する発明が開示されている。詳しくは、内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙（外側蒸気室）を設け、圧力や温度が異なる蒸気を流すものである。この空隙に流通される蒸気により、前記内側ケーシングの内面と外面の温度勾配を減少させ、熱応力を抑えるものが知られている。
【０００６】
一方、ボイラにて発生した高温且つ高圧の蒸気が直接作用する主蒸気止め弁、蒸気加減弁は一緒に用いられることが法律で定められており、例えば特許文献２（特開２００４−３１６４５４号公報）に開示されるような主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを一つのケーシングに収容させた一体型蒸気弁が従来から使用されている。
特許文献２に開示される蒸気弁は、主蒸気止め弁を主蒸気の流れの上流側に、蒸気加減弁を主蒸気止め弁の下流側にそれぞれ配置するとともに、主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを一つあるいは共通のケーシング内に収容している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０４８６３９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一体型蒸気弁は特許文献２のように従来から使用されているものの、内側ケーシングと外側ケーシングによって形成される二重構造の蒸気弁の発明が開示されている特許文献１には、その二重構造の蒸気弁の一体化構造について、何ら示されていない。
また、仮に上述した特許文献１の蒸気弁を一体化したとしても、特許文献１では、外側蒸気室に加圧冷却流体としての低温・低圧蒸気を内側蒸気室から導入するためのオリフィスが内側蒸気室の弁座近傍部に設けられており、このオリフィスにより、内側蒸気室を流れる蒸気を膨張により冷却させ、圧力で１１〜１３ＭＰａ、温度で５４０〜５７０度の低温・低圧蒸気として外部蒸気室に導入させているが、７００度級の蒸気の場合、実際に５４０〜５７０度までオリフィスによって冷却させるのは困難であり、６３０〜６７０度程度までしか冷却できないと考えられる。６５０度では冷却蒸気とは呼べず、外側蒸気室を低温耐熱鋼で構成させることもできず、二重構造のメリットは著しく失われる。
一方、特許文献２に開示される一体型蒸気弁は、主流蒸気の入口部側通路と出口部側通路にフランジを有しているので蒸気弁を分解することができず、メンテナンスが困難である。また、特許文献１もフランジを有しており、内側ケーシングまで分解することができないし、蒸気弁を分解することは考慮されていない。
【０００９】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、高温高圧の蒸気条件で熱応力を抑制するとともに低コストに加えて安全性を向上させ、且つメンテナンスが容易な蒸気弁装置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】
【００１０】
本発明はかかる目的を達成するもので、主流蒸気の入口部側通路と出口部側通路を備え、該入口部側通路と出口部側通路を連絡する連絡通路の配置方向（連絡通路軸線方向）が前記入口部側通路と出口部側通路の配置方向に直交する方向に沿って延在し、
前記入口部側通路終端と連絡通路の始端間に弁体が位置するように、連絡通路軸線方向に沿って配置した第１の弁体を有する第１の蒸気弁と、前記連絡通路の終端と出口部側通路の始端間に弁体が位置するように、出口通路軸線方向に沿って配置した第２の弁体を有する第２の蒸気弁とを具えた蒸気弁装置において、
前記第１の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングを、前記第２の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングを夫々備え、該第１の内側ケーシングと第２の内側ケーシングとがシール機構を介在させて接続されるとともに、接続された第１、第２の内側ケーシングを共に内包する外側ケーシングを備え、
前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、前記第１、第２の弁体は摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュを介して第１、第２の内側ケーシング及び外側ケーシングの蓋体に夫々設けられ、
前記第１の蒸気弁の外側ケーシングが前記主流蒸気の入口部側通路に対して分離されることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、主流蒸気通路間に弁体を内包する内側ケーシングと該内側ケーシングを内包する外側ケーシングからなる二重構造の蒸気弁同士を一体に構成することにより、前記内側ケーシングと外側ケーシングの間にある程度の圧力および温度を持った冷却蒸気を流すことができるので、蒸気通路を形成するケーシングの内面と外面の大きな温度差による熱応力を低減することができ、内側ケーシングの肉厚を薄くすることが可能になる。よって、蒸気条件が７００度級の高温・高圧の環境下でも内側ケーシングの材料であるＮｉ基合金の重量を低減させることができ、低コスト化が実現できる。
また、第１の蒸気弁の外側ケーシングが前記主流蒸気の入口部側通路に対して分離することができるので、二重構造の蒸気弁を一体に構成しているにもかかわらず分解することができ、メンテナンスが容易となる。
なお、ここでは第１、第２の蒸気弁として、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）と蒸気加減弁（ＧＶ）の他に、再熱蒸気の流入を制御する再熱蒸気止め弁とインターセプト弁も上述したような一体化構造を形成することができる。また、主流蒸気として主蒸気や再熱蒸気を用いることができる。
【００１２】
また、前記第１の蒸気弁及び第２の蒸気弁において、前記弁体を摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュが前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体に設けられ、前記ブッシュが内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体の間の空隙をもって分割され、該内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体が夫々独立して同一軸線方向に分離可能に構成されていることを特徴とする。
弁軸の摺動範囲を支持するブッシュが前記内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体の間の空隙で分割されて設けられているので、内側ケーシングによって形成される内側蒸気室から高温高圧の主流蒸気がリークしたとき、そのリーク蒸気は内側ケーシングと外側ケーシングの間の空隙により形成される冷却用蒸気流路に流れる冷却蒸気へ排出され、大気中へは排出されず安全である。
【００１３】
また、前記第１の弁体を有する第１の蒸気弁において、前記第１の弁体の下流側に位置する第１の主流蒸気通路用ケーシングと、主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングとを一体化した第１のケーシング体が連絡通路軸線方向に沿って抜出可能に構成されたことを特徴とする。
さらに、前記第２の弁体を有する第２の蒸気弁において、前記第２の弁体の下流側に位置する第２の主流蒸気通路用ケーシングと、主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングとを一体化した第２のケーシング体が連絡通路軸線方向と直交する方向に沿って抜出可能に構成されたことを特徴とする。
これにより、外側ケーシングだけでなく、内側ケーシングも分離可能となる。すなわち、二重構造で一体化された蒸気弁でも分解することができ、メンテナンスが容易になる。
【００１４】
前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、該冷却用蒸気流路のリーク部を主流蒸気の入口部側通路に設け、前記第２の蒸気弁の出口部側通路側に位置する冷却用蒸気流路止端と主流蒸気通路間の間壁に、前記第２の内側ケーシングを出口通路軸方向に摺動可能にするシール機構を介在させたことを特徴とする。
【００１５】
このように、前記第２の蒸気弁の出口部側通路側に位置する冷却用蒸気流路止端と主流蒸気通路間の間壁に、前記第２の内側ケーシングを出口通路軸方向に摺動可能にするシール機構を介在させたことにより、該第２の蒸気弁の出口部側通路側にリーク部を設けることなく蒸気弁装置を形成することができる。
また、このような構成とすることにより、第２の蒸気弁の出口部側通路側に溶接部位を設けることができる。さらに、本発明の蒸気弁装置はシール性の高い溶接部位を設けることができるにも関わらず、前記第２の内側ケーシングを出口通路軸方向に摺動可能にするシール機構を介在させたことにより、該第２の内側ケーシングを分離することができる。例え、冷却用蒸気流路止端と主流蒸気通路間の間壁に介在されたシール機構から主流蒸気がリークしたとしても、それは冷却用蒸気流路に流れて主流蒸気の入口部側通路に設けられたリーク部より排出される。
【００１６】
さらにまた、前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体が夫々のケーシングと別体に形成されるとともに、前記蓋体を形成する耐熱合金が前記ケーシングと同一若しくは異なる種類の耐熱合金であることを特徴とする。
このように、第１、第２の蒸気弁において、前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体が夫々のケーシングと別体に形成することにより、ケーシングと弁軸の設計における偏りを防止することができる。
また、蒸気条件によってケーシングとボンネットを形成する耐熱合金の選定の自由度が増し、直接高温高圧の蒸気に曝される部分にのみ限定して耐熱合金を使用することができる。すなわち、蒸気条件によって耐熱合金を選択した蒸気弁を形成することによりコストを低減することができる。
【００１７】
また、前記第１の内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間、若しくは前記第２の内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間の少なくともいずれか一方に、各々の弁軸の半径方向に対し摺動可能な位置決め機構を少なくとも３箇所配置させたことを特徴とする。
これにより、蒸気の温度差や圧力差により、前記内側ケーシングと外側ケーシングに変形が生じても、前記内側ケーシングとの同心を保つことができるので、各々のケーシングに分割されて配置されたブッシュの同心を保つことができる。
【００１８】
また、前記冷却用蒸気流路を流通する冷却蒸気は、主流蒸気とは別系統から供給されることを特徴とする。
このように、本発明における蒸気弁はケーシングにかかる熱応力を抑制してタービン停止過程の強制急冷、若しくは起動前のウォーミング時に、第１、第２の内側ケーシング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。
【発明の効果】
【００１９】
かかる発明によれば、主流蒸気通路間に弁体を内包する内側ケーシングと該内側ケーシングを内包する外側ケーシングからなる二重構造の蒸気弁同士を一体に構成することにより、前記内側ケーシングと外側ケーシングの間にある程度の圧力および温度を持った冷却蒸気を流すことができるので、蒸気通路を形成するケーシングの内面と外面の大きな温度差による熱応力を低減することができ、内側ケーシングの肉厚を薄くすることが可能になる。よって、蒸気条件が７００度級の高温・高圧の環境下でも内側ケーシングの材料であるＮｉ基合金の重量を低減させることができ、低コスト化が実現できる。
また、弁軸の摺動範囲を支持するブッシュが前記内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体の間の空隙で分割されて設けられているので、内側ケーシングによって形成される内側蒸気室から高温高圧の主流蒸気がリークしたとき、そのリーク蒸気は内側ケーシングと外側ケーシングの間の空隙により形成される冷却用蒸気流路に流れる冷却蒸気へ排出され、大気中へは排出されず安全である。
さらに、本発明によれば、外側ケーシングだけでなく、内側ケーシングも分離可能であるので、熱応力を低減させるとともにコストを低減させる二重構造で一体化された蒸気弁装置でも分解することができ、メンテナンスが容易になる。
さらにまた、第２の蒸気弁の出口部側通路側に溶接部位を設け、蒸気弁装置のリーク部の数を減らすことができる。さらに、シール性の高い溶接部位を設けることができるにも関わらず、第２の内側ケーシングを分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、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、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
ここで、主流蒸気として、ボイラで発生して主蒸気止め弁（ＭＳＶ）と蒸気加減弁（ＧＶ）を経て高圧タービンへ送られる主蒸気や、再熱器で再熱されて再熱蒸気止め弁とインターセプト弁を経て中圧タービンへ送られる再熱蒸気が好適に用いられる。
【００２１】
本実施形態で示す蒸気弁装置は、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）と蒸気加減弁（ＧＶ）の一体型蒸気弁装置であり、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る蒸気弁装置の断面図である。図１における蒸気弁装置は、蒸気タービンへの流入する蒸気を遮断する主蒸気止め弁（ＭＳＶ）１０と、蒸気タービン負荷に応じて蒸気流量を制御する蒸気加減弁（ＧＶ）３０とが連絡通路３３を介在させて一体となって構成されている。主蒸気止め弁１０を全開させた後、蒸気加減弁３０を開閉制御することにより、蒸気弁装置を通過する蒸気流量の制御を行い、蒸気タービンを負荷に対応させて作動させるようにしている。
なお、図１には、主流蒸気の入口部と出口部が平行な蒸気弁装置を示しているが、出口部を連絡通路軸線に対して回転させた構成でもよい。
【００２２】
上述した弁のうち、主蒸気止め弁１０は、弁体１２を内包する内側ケーシング（第１の内側ケーシング）２１と、内側ケーシング２１を内包する外側ケーシング１３と、弁体１２を摺動自在に駆動させる弁軸１６と、該弁軸１６を支持するブッシュ１１によって構成される。弁軸１６は蒸気加減弁３０との連絡通路３３の軸線方向に沿って配置されている。
また、矢印Ｓ１で示される主流蒸気を導入する主流蒸気入口管１８と、前記外側ケーシング１３と内側ケーシング２１との間に区画形成される冷却用蒸気流路（外側蒸気室）９と、矢印Ｃ１で示される冷却蒸気を主流蒸気とは別系統から冷却用蒸気流路９へ流入させる冷却蒸気入口管２４とが備えられている。
【００２３】
さらにまた、主流蒸気入口管１８の近傍にリーク管２６が設置され、冷却蒸気の漏れを回収できるようになっている
さらに、外側ケーシング１３と内側ケーシング２１には、シール機構が設けられており、
２７はグランドパッキンを示す。また、内側ケーシング２１と内側ケーシング２１に設けられるボンネット（内側ボンネット２０）との間に自封式のガスケット６を介在させている。
また、主蒸気止め弁１０は、主流蒸気入口管側にボルト２３を具備するフランジ１５が設けられている。
【００２４】
一方、蒸気加減弁３０は、連絡通路３３を介して主蒸気止め弁１０の下流側に配置される。蒸気加減弁３０は、弁体３２を内包する内側ケーシング（第２の内側ケーシング）４１と、内側ケーシング４１を内包する外側ケーシング１３と、弁体３２を摺動自在に駆動させる弁軸３６と、該弁軸３６を支持するブッシュ３１によって構成される。弁軸３１は連絡通路３３の軸線方向と直交する方向に沿って配置されている。
また、矢印Ｓ２で示される主流蒸気を排出する主流蒸気出口管３８と、前記外側ケーシング１３と内側ケーシング４１との間に区画形成される冷却用蒸気流路（外側蒸気室）９で流通された冷却蒸気Ｃ２を排出する冷却蒸気出口管４４とが設けられている。
さらに、主蒸気止め弁１０と同様に、ケーシングとケーシングのボンネットの間には自封式ガスケットが設けられている。
【００２５】
図１において、例えば図３に示される蒸気タービンプラントのボイラ５８より主流蒸気入口管１８を介して流入した蒸気は、主蒸気止め弁１０の主流蒸気通路（内側蒸気室）８ａ内に入り、弁体１２を弁座１４に対して進退させることにより制御され、弁座１４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２８を通り、弁体１２が弁座１４と当接する弁体のシート面１２ｓと弁座１４との間を流れ、連絡通路３３を介して蒸気加減弁３０へ送られる。
その後、蒸気加減弁３０へ送られた蒸気は、弁体３２を弁座３４に対して進退させることにより制御され、弁体３２が弁座３４と当接する弁体のシート面３２ｓと弁座３４との間を流れ、主流蒸気出口管３８から蒸気タービンへ流れる。
なお、主蒸気止め弁１０は非常時・緊急時にタービンに流入する蒸気を遮断したり、運転休止時の締め切りに用いたりするものであり、また蒸気加減弁３０は通常の起動時・停止時に穏やかに蒸気流量を増減したり負荷の変動に合わせて流量を調節したりするものである。
【００２６】
本実施形態では、主流蒸気通路（内側蒸気室）８ａ，８ｂと冷却用蒸気流路（外側蒸気室）９とで蒸気室を２重構造とし、冷却用蒸気流路にある程度の圧力及び温度を持った冷却蒸気（暖気用蒸気）を流すことにより、内側ケーシング２１，４１の肉厚を薄くすることが可能になり、低コスト化が図れる。また、前記冷却蒸気は起動前に予め流すことが可能であるので、起動時の内側ケーシング２１，４１の内面と外面の温度差を極力減少させることができ、起動時の熱応力を低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、ケーシングの蓋体である外側ボンネットと内側ボンネットは、それぞれのケーシングである外側ケーシングと内側ケーシングと別体に形成される構成とした。すなわち、主蒸気止め弁１０においては、外側ボンネット２２は外側ケーシング１３と、内側ボンネット２０は内側ケーシング２１と別体に形成される。また、蒸気加減弁３０においては、外側ボンネット４２は外側ケーシング１３と、内側ボンネット４０は内側ケーシング４１と別体に形成される。
このように、ボンネットをケーシングと別体にすることにより、ケーシングと弁軸の設計における偏りを低減することができる。
【００２８】
さらに、上述した各ケーシングは図１に示すボルト１７，１９，２３，３７，３９にてボルト締めされているので、外側ケーシングだけでなく、内側ケーシングも分離可能となり、二重構造で一体化された蒸気弁装置でも容易に分解することができる。
詳しくは例えば、主蒸気止め弁１０においては、該主蒸気止め弁側の外側ケーシング１３が主流蒸気通路の入口部側通路に対して、図１中のＸに示されるように分離される。これにより、ボルト１９により接合されていた外側ボンネット２２が分離され、フランジ１８を有していても分解することができる。
また、主蒸気止め弁１０の弁体１２の下流側に位置する連絡通路３３を形成する第１の主流蒸気通路用ケーシング７と、主流蒸気通路間に弁体１２を内包する第１の内側ケーシング２１とを一体化した第１のケーシング体が連絡通路３３の軸線方向に沿って抜き出すことができる。第１の主流蒸気通路用ケーシング７と第２の内側ケーシング４１の間は摺動可能な金属シール４５ｂでシールされているため上述したように抜き出して分離することができる。
【００２９】
さらに、蒸気加減弁３０の弁体３２の下流側に位置する第２の主流蒸気通路用ケーシング４３と、主流蒸気通路間に弁体３２を内包する第２の内側ケーシング４１とを一体化した第２のケーシング体が連絡通路３３の軸線方向と直交する方向に沿って抜き出すことができる。第２の主流蒸気通路用ケーシング４３と第２の内側ケーシング４１の間は摺動可能な金属シール４５ａでシールされているために抜き出して分離することができる。
【００３０】
なお、主流蒸気出口管３８側には、摺動可能な前記金属シール４５ａだけでなく、外側ケーシング１３を溶接する溶接部位３５が設けられている。一般に溶接部位はシール機構よりも高いシール性を有してはいるものの、取り外しすることができない構造となっている。しかし、本実施形態によれば、図１のように前記第２の内側ケーシング４１を出口通路軸方向に摺動可能にする金属シール４５ａを介在させたことにより、前記第２のケーシング体を分離することができる。すなわち、シール性を向上させるとともにケーシングの分解を可能としている。
また、冷却用蒸気流路９の止端と主流蒸気通路８ｂのあいだの間壁に介在された金属シール４５ａから主流蒸気がリークしたとしても、それは冷却用蒸気流路９に流れて主流蒸気の入口部側通路に設けられたリーク管２６より排出される。
【００３１】
さらに、上記構成により冷却蒸気の蒸気条件をもとにケーシングとボンネットを設計することができる。即ち、蒸気条件によってケーシングとボンネットを形成する耐熱合金の選定することができ、例えば、内側は主流蒸気の７００℃に対応できるインコネルとし、外側は５００℃〜６００℃に対応できるＣｒ鋼とすることができる。
【００３２】
また、主蒸気止め弁１０において、弁軸１６を円滑に摺動させる支持片であるブッシュ１１を、内側ケーシング２１と外側ケーシング１３との間の空隙を介して分割し、図１で示されるように形成する構成とした。
ブッシュを分割することにより、主流蒸気通路８ａから蒸気がリークしても矢印Ｌ１のようにリーク蒸気は前記空隙から冷却用蒸気流路９へ排出され大気に排出されない。また、ブッシュ１１は内側ケーシング２１、外側ケーシング１３にそれぞれ設けられているので、シール機構が不要になる。
【００３３】
また、蒸気加減弁３０についても同様に、弁軸３６を円滑に摺動させる支持片であるブッシュ３１を、内側ケーシング４１と外側ケーシング１３との間の空隙を介して分割して形成した。
ブッシュを分割することにより、主流蒸気通路８ｂから蒸気がリークしても矢印Ｌ２のようにリーク蒸気は前記空隙から冷却用蒸気流路９へ排出され大気に排出されない。
なお、ブッシュ１１，３１はボンネットと同様に、蒸気条件によって耐熱合金の選定をすることができ、特に外側に位置するブッシュに関してはＮｉ基合金ではなくＣｒ鋼を用いることができるので、コストを低減することができる。
【００３４】
次に、図２を用いて本実施形態で用いられる位置決め機構について説明する。
図２は図１中の軸線Ｘで分離される断面の概略図を示し、本実施形態に係る位置決め機構の構成例を示している。また、図１で示されているものと同一の構成については、同一符号を付している。
図１に示す２９，４９は本実施形態に係る位置決め機構である。図２では主蒸気止め弁１０における位置決め機構２９について説明する。図２に示されるように外側ケーシング１３の内側に内側ケーシング２１が配置され、内側ケーシング２１は位置決め機構２９によって位置決めされている。また、位置決め機構２９は内側ケーシング２１の外周側に取り付けられた突起部２９ａと外側ケーシング１３の内周側に取り付けられた保持部２９ｂ，２９ｃからなり、突起部２９ａが保持部２９ｂ，２９ｃによって挟まれ、円周方向の移動を制限しつつ、半径方向には摺動可能になっている。
位置決め機構２９は、外側ケーシング１３と内側ケーシング２１の間の円周方向に少なくとも３箇所配置されている。これにより、外側ケーシング１３や内側ケーシング２１に蒸気の温度差や圧力差による変形が生じても、外側ケーシング１３や内側ケーシング２１の同心を保つことができるとともに、分割されたブッシュ１１の同心を保つことができる。
なお、位置決め機構２９において、突起部２９ａが外側ケーシング１３の内周側に取り付けられ、保持部２９ｂ，２９ｃが内側ケーシング２１の外周側に取り付けられていてもよく、特に限定されるものではない。
また、蒸気加減弁３０の位置決め機構４９についても同様であるのでその説明は省略する。
【００３５】
最後に、本実施形態ではケーシングやボンネット、ブッシュだけでなく、主蒸気止め弁１０や蒸気加減弁３０内に設置されるストレーナ、弁体、弁座および弁軸についても、従来より使用されている耐熱合金若しくは例えば９Ｃｒ−１ＭｏＮｂＶ鋼のようなフェライト系耐熱鋼、高温特性に優れたオーステナイト系耐熱鋼、あるいはインコネル系のＮｉ基合金を用いて構成されている。このような材質は物理的使用条件と経済的設備条件とから選択的に使用することができ、よって安価な蒸気弁を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、高温高圧の蒸気条件で熱応力を抑制するとともに低コストに加えて安全性を向上させ、且つメンテナンスが容易な蒸気弁装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気弁装置の断面図である。
【図２】図１中の軸線Ｘで分離される断面の概略を示す図である。
【図３】従来の蒸気タービンプラントの概略系統図である。
【符号の説明】
【００３８】
８ａ、８ｂ 主流蒸気通路（内側蒸気室）
９ 冷却用蒸気流路（外側蒸気室）
１０ 主蒸気止め弁
１１ ブッシュ
１２ 弁体（第１の弁体）
１３ 外側ケーシング
１６ 弁軸
１８ 主流蒸気入口管
２１ 内側ケーシング（第１の内側ケーシング）
２６ リーク管
２９、４９ 位置決め機構
３０ 蒸気加減弁
３１ ブッシュ
３２ 弁体（第２の弁体）
３３ 連絡通路
３６ 弁軸
３５ 溶接部位
３８ 主流蒸気出口管
４１ 内側ケーシング（第２の内側ケーシング）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンへの蒸気の流入を制御する蒸気弁装置に関し、特に、高温高圧の蒸気条件で熱応力を抑制するとともに低コストに加えて安全性を向上させ、且つメンテナンスが容易な蒸気弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンに流入する蒸気を遮断する蒸気弁は、蒸気タービンと同様に重要な部分であって、弁を構成する耐熱材料と温度や圧力などの蒸気条件とは密接な関係がある。
従来、蒸気タービン発電プラントの高温部にはその大半に製造性や経済性に優れたフェライト系耐熱鋼が使用されている。しかし近年は、環境保全を背景とした火力発電設備の高効率化が積極的に進められ、６００℃級程度の高温蒸気を利用した蒸気タービンが運転されており、このような蒸気タービンにおいてはフェライト系耐熱鋼の諸特性では要求を満足できない部品が少なからずあるため、より高温特性に優れた耐熱合金や耐熱合金鋼が使用されている場合もある。
【０００３】
図３に一般的な蒸気タービンプラントの概略系統図を示す。図３において、高圧タービン５０、中圧タービン５２、低圧タービン５４および発電機５６の各軸は同一軸線上で連結され、軸系の振動に対する安定性を確保するようにしている。このような蒸気タービンプラントにおいて、ボイラ５８で発生した主蒸気は主蒸気管５９を通り、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）５１、蒸気加減弁（ＧＶ）５３を経て高圧タービン５０に送られて膨張仕事を行う。その後、低温再熱管６６を経て再熱器６０に送られて再熱され、高温再熱管６８を通り、再熱蒸気止め弁５５、インターセプト弁５７を経て中圧タービン５２に送られる。この中圧タービン５２で仕事を行った蒸気はクロスオーバー管６１を通って低圧タービン５４に送られる。そしてこの低圧タービン５４で仕事を行った蒸気は復水器６５で復水されたのち、ボイラ給水ポンプ６３によってボイラ５８に還流するように構成されている。
【０００４】
このように構成された蒸気タービン発電プラントにおいては、再熱蒸気条件が６００℃以上の高温下での運転を想定した場合は、中圧タービンロータおよび中圧タービンケーシングにも、オーステナイト系耐熱合金や耐熱合金鋼製の部品素材の使用部位が拡大することは必至である。特に、ボイラ５８にて発生した蒸気が直接作用する主蒸気止め弁（ＭＳＶ）５１、蒸気加減弁（ＧＶ）５３や再熱蒸気止め弁５５、インターセプト弁５７は、６００℃以上、７００℃以上あるいはそれを超える高温且つ高圧の蒸気が流入されるため、非常に厳しい環境下での使用となる。
よって、蒸気タービン発電プラントを起動させると、上述した主蒸気止め弁（ＭＳＶ）５１、蒸気加減弁（ＧＶ）５３等の蒸気弁には起動前の温度が低下した状態と比較してかなりの高温且つ高圧の蒸気が供給されることになり、蒸気弁の蒸気室（弁室）が急激に加熱され、蒸気室を形成するケーシングの内面と外面の大きな温度差により熱応力が発生してしまい、ケーシングのひび割れなどの損傷が生じる可能性がある。
【０００５】
そこで、上記したような熱応力の発生を出来るだけ抑えるために、特許文献１（特開第２００５−０４８６３９号公報）のような蒸気弁の蒸気室を外側蒸気室と内側蒸気室の二重構造とし、この間に空間を形成する発明が開示されている。詳しくは、内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙（外側蒸気室）を設け、圧力や温度が異なる蒸気を流すものである。この空隙に流通される蒸気により、前記内側ケーシングの内面と外面の温度勾配を減少させ、熱応力を抑えるものが知られている。
【０００６】
一方、ボイラにて発生した高温且つ高圧の蒸気が直接作用する主蒸気止め弁、蒸気加減弁は一緒に用いられることが法律で定められており、例えば特許文献２（特開２００４−３１６４５４号公報）に開示されるような主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを一つのケーシングに収容させた一体型蒸気弁が従来から使用されている。
特許文献２に開示される蒸気弁は、主蒸気止め弁を主蒸気の流れの上流側に、蒸気加減弁を主蒸気止め弁の下流側にそれぞれ配置するとともに、主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを一つあるいは共通のケーシング内に収容している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０４８６３９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一体型蒸気弁は特許文献２のように従来から使用されているものの、内側ケーシングと外側ケーシングによって形成される二重構造の蒸気弁の発明が開示されている特許文献１には、その二重構造の蒸気弁の一体化構造について、何ら示されていない。
また、仮に上述した特許文献１の蒸気弁を一体化したとしても、特許文献１では、外側蒸気室に加圧冷却流体としての低温・低圧蒸気を内側蒸気室から導入するためのオリフィスが内側蒸気室の弁座近傍部に設けられており、このオリフィスにより、内側蒸気室を流れる蒸気を膨張により冷却させ、圧力で１１〜１３ＭＰａ、温度で５４０〜５７０度の低温・低圧蒸気として外部蒸気室に導入させているが、７００度級の蒸気の場合、実際に５４０〜５７０度までオリフィスによって冷却させるのは困難であり、６３０〜６７０度程度までしか冷却できないと考えられる。６５０度では冷却蒸気とは呼べず、外側蒸気室を低温耐熱鋼で構成させることもできず、二重構造のメリットは著しく失われる。
一方、特許文献２に開示される一体型蒸気弁は、主流蒸気の入口部側通路と出口部側通路にフランジを有しているので蒸気弁を分解することができず、メンテナンスが困難である。また、特許文献１もフランジを有しており、内側ケーシングまで分解することができないし、蒸気弁を分解することは考慮されていない。
【０００９】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、高温高圧の蒸気条件で熱応力を抑制するとともに低コストに加えて安全性を向上させ、且つメンテナンスが容易な蒸気弁装置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】
【００１０】
本発明はかかる目的を達成するもので、主流蒸気の入口部側通路と出口部側通路を備え、該入口部側通路と出口部側通路を連絡する連絡通路の配置方向（連絡通路軸線方向）が前記入口部側通路と出口部側通路の配置方向に直交する方向に沿って延在し、
前記入口部側通路終端と連絡通路の始端間に弁体が位置するように、連絡通路軸線方向に沿って配置した第１の弁体を有する第１の蒸気弁と、前記連絡通路の終端と出口部側通路の始端間に弁体が位置するように、出口通路軸線方向に沿って配置した第２の弁体を有する第２の蒸気弁とを具えた蒸気弁装置において、
前記第１の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングを、前記第２の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングを夫々備え、該第１の内側ケーシングと第２の内側ケーシングとがシール機構を介在させて接続されるとともに、接続された第１、第２の内側ケーシングを共に内包する外側ケーシングを備え、
前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、前記第１、第２の弁体は摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュを介して第１、第２の内側ケーシング及び外側ケーシングの蓋体に夫々設けられ、
前記第１の蒸気弁の外側ケーシングが前記主流蒸気の入口部側通路に対して分離されることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、主流蒸気通路間に弁体を内包する内側ケーシングと該内側ケーシングを内包する外側ケーシングからなる二重構造の蒸気弁同士を一体に構成することにより、前記内側ケーシングと外側ケーシングの間にある程度の圧力および温度を持った冷却蒸気を流すことができるので、蒸気通路を形成するケーシングの内面と外面の大きな温度差による熱応力を低減することができ、内側ケーシングの肉厚を薄くすることが可能になる。よって、蒸気条件が７００度級の高温・高圧の環境下でも内側ケーシングの材料であるＮｉ基合金の重量を低減させることができ、低コスト化が実現できる。
また、第１の蒸気弁の外側ケーシングが前記主流蒸気の入口部側通路に対して分離することができるので、二重構造の蒸気弁を一体に構成しているにもかかわらず分解することができ、メンテナンスが容易となる。
なお、ここでは第１、第２の蒸気弁として、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）と蒸気加減弁（ＧＶ）の他に、再熱蒸気の流入を制御する再熱蒸気止め弁とインターセプト弁も上述したような一体化構造を形成することができる。また、主流蒸気として主蒸気や再熱蒸気を用いることができる。
【００１２】
また、前記第１の蒸気弁及び第２の蒸気弁において、前記弁体を摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュが前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体に設けられ、前記ブッシュが内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体の間の空隙をもって分割され、該内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体が夫々独立して同一軸線方向に分離可能に構成されていることを特徴とする。
弁軸の摺動範囲を支持するブッシュが前記内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体の間の空隙で分割されて設けられているので、内側ケーシングによって形成される内側蒸気室から高温高圧の主流蒸気がリークしたとき、そのリーク蒸気は内側ケーシングと外側ケーシングの間の空隙により形成される冷却用蒸気流路に流れる冷却蒸気へ排出され、大気中へは排出されず安全である。
【００１３】
また、前記第１の弁体を有する第１の蒸気弁において、前記第１の弁体の下流側に位置する第１の主流蒸気通路用ケーシングと、主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングとを一体化した第１のケーシング体が連絡通路軸線方向に沿って抜出可能に構成されたことを特徴とする。
さらに、前記第２の弁体を有する第２の蒸気弁において、前記第２の弁体の下流側に位置する第２の主流蒸気通路用ケーシングと、主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングとを一体化した第２のケーシング体が連絡通路軸線方向と直交する方向に沿って抜出可能に構成されたことを特徴とする。
これにより、外側ケーシングだけでなく、内側ケーシングも分離可能となる。すなわち、二重構造で一体化された蒸気弁でも分解することができ、メンテナンスが容易になる。
【００１４】
前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、該冷却用蒸気流路のリーク部を主流蒸気の入口部側通路に設け、前記第２の蒸気弁の出口部側通路側に位置する冷却用蒸気流路止端と主流蒸気通路間の間壁に、前記第２の内側ケーシングを出口通路軸方向に摺動可能にするシール機構を介在させたことを特徴とする。
【００１５】
このように、前記第２の蒸気弁の出口部側通路側に位置する冷却用蒸気流路止端と主流蒸気通路間の間壁に、前記第２の内側ケーシングを出口通路軸方向に摺動可能にするシール機構を介在させたことにより、該第２の蒸気弁の出口部側通路側にリーク部を設けることなく蒸気弁装置を形成することができる。
また、このような構成とすることにより、第２の蒸気弁の出口部側通路側に溶接部位を設けることができる。さらに、本発明の蒸気弁装置はシール性の高い溶接部位を設けることができるにも関わらず、前記第２の内側ケーシングを出口通路軸方向に摺動可能にするシール機構を介在させたことにより、該第２の内側ケーシングを分離することができる。例え、冷却用蒸気流路止端と主流蒸気通路間の間壁に介在されたシール機構から主流蒸気がリークしたとしても、それは冷却用蒸気流路に流れて主流蒸気の入口部側通路に設けられたリーク部より排出される。
【００１６】
さらにまた、前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体が夫々のケーシングと別体に形成されるとともに、前記蓋体を形成する耐熱合金が前記ケーシングと同一若しくは異なる種類の耐熱合金であることを特徴とする。
このように、第１、第２の蒸気弁において、前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体が夫々のケーシングと別体に形成することにより、ケーシングと弁軸の設計における偏りを防止することができる。
また、蒸気条件によってケーシングとボンネットを形成する耐熱合金の選定の自由度が増し、直接高温高圧の蒸気に曝される部分にのみ限定して耐熱合金を使用することができる。すなわち、蒸気条件によって耐熱合金を選択した蒸気弁を形成することによりコストを低減することができる。
【００１７】
また、前記第１の内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間、若しくは前記第２の内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間の少なくともいずれか一方に、各々の弁軸の半径方向に対し摺動可能な位置決め機構を少なくとも３箇所配置させたことを特徴とする。
これにより、蒸気の温度差や圧力差により、前記内側ケーシングと外側ケーシングに変形が生じても、前記内側ケーシングとの同心を保つことができるので、各々のケーシングに分割されて配置されたブッシュの同心を保つことができる。
【００１８】
また、前記冷却用蒸気流路を流通する冷却蒸気は、主流蒸気とは別系統から供給されることを特徴とする。
このように、本発明における蒸気弁はケーシングにかかる熱応力を抑制してタービン停止過程の強制急冷、若しくは起動前のウォーミング時に、第１、第２の内側ケーシング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。
【発明の効果】
【００１９】
かかる発明によれば、主流蒸気通路間に弁体を内包する内側ケーシングと該内側ケーシングを内包する外側ケーシングからなる二重構造の蒸気弁同士を一体に構成することにより、前記内側ケーシングと外側ケーシングの間にある程度の圧力および温度を持った冷却蒸気を流すことができるので、蒸気通路を形成するケーシングの内面と外面の大きな温度差による熱応力を低減することができ、内側ケーシングの肉厚を薄くすることが可能になる。よって、蒸気条件が７００度級の高温・高圧の環境下でも内側ケーシングの材料であるＮｉ基合金の重量を低減させることができ、低コスト化が実現できる。
また、弁軸の摺動範囲を支持するブッシュが前記内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体の間の空隙で分割されて設けられているので、内側ケーシングによって形成される内側蒸気室から高温高圧の主流蒸気がリークしたとき、そのリーク蒸気は内側ケーシングと外側ケーシングの間の空隙により形成される冷却用蒸気流路に流れる冷却蒸気へ排出され、大気中へは排出されず安全である。
さらに、本発明によれば、外側ケーシングだけでなく、内側ケーシングも分離可能であるので、熱応力を低減させるとともにコストを低減させる二重構造で一体化された蒸気弁装置でも分解することができ、メンテナンスが容易になる。
さらにまた、第２の蒸気弁の出口部側通路側に溶接部位を設け、蒸気弁装置のリーク部の数を減らすことができる。さらに、シール性の高い溶接部位を設けることができるにも関わらず、第２の内側ケーシングを分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、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、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
ここで、主流蒸気として、ボイラで発生して主蒸気止め弁（ＭＳＶ）と蒸気加減弁（ＧＶ）を経て高圧タービンへ送られる主蒸気や、再熱器で再熱されて再熱蒸気止め弁とインターセプト弁を経て中圧タービンへ送られる再熱蒸気が好適に用いられる。
【００２１】
本実施形態で示す蒸気弁装置は、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）と蒸気加減弁（ＧＶ）の一体型蒸気弁装置であり、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る蒸気弁装置の断面図である。図１における蒸気弁装置は、蒸気タービンへの流入する蒸気を遮断する主蒸気止め弁（ＭＳＶ）１０と、蒸気タービン負荷に応じて蒸気流量を制御する蒸気加減弁（ＧＶ）３０とが連絡通路３３を介在させて一体となって構成されている。主蒸気止め弁１０を全開させた後、蒸気加減弁３０を開閉制御することにより、蒸気弁装置を通過する蒸気流量の制御を行い、蒸気タービンを負荷に対応させて作動させるようにしている。
なお、図１には、主流蒸気の入口部と出口部が平行な蒸気弁装置を示しているが、出口部を連絡通路軸線に対して回転させた構成でもよい。
【００２２】
上述した弁のうち、主蒸気止め弁１０は、弁体１２を内包する内側ケーシング（第１の内側ケーシング）２１と、内側ケーシング２１を内包する外側ケーシング１３と、弁体１２を摺動自在に駆動させる弁軸１６と、該弁軸１６を支持するブッシュ１１によって構成される。弁軸１６は蒸気加減弁３０との連絡通路３３の軸線方向に沿って配置されている。
また、矢印Ｓ１で示される主流蒸気を導入する主流蒸気入口管１８と、前記外側ケーシング１３と内側ケーシング２１との間に区画形成される冷却用蒸気流路（外側蒸気室）９と、矢印Ｃ１で示される冷却蒸気を主流蒸気とは別系統から冷却用蒸気流路９へ流入させる冷却蒸気入口管２４とが備えられている。
【００２３】
さらにまた、主流蒸気入口管１８の近傍にリーク管２６が設置され、冷却蒸気の漏れを回収できるようになっている
さらに、外側ケーシング１３と内側ケーシング２１には、シール機構が設けられており、
２７はグランドパッキンを示す。また、内側ケーシング２１と内側ケーシング２１に設けられるボンネット（内側ボンネット２０）との間に自封式のガスケット６を介在させている。
また、主蒸気止め弁１０は、主流蒸気入口管側にボルト２３を具備するフランジ１５が設けられている。
【００２４】
一方、蒸気加減弁３０は、連絡通路３３を介して主蒸気止め弁１０の下流側に配置される。蒸気加減弁３０は、弁体３２を内包する内側ケーシング（第２の内側ケーシング）４１と、内側ケーシング４１を内包する外側ケーシング１３と、弁体３２を摺動自在に駆動させる弁軸３６と、該弁軸３６を支持するブッシュ３１によって構成される。弁軸３１は連絡通路３３の軸線方向と直交する方向に沿って配置されている。
また、矢印Ｓ２で示される主流蒸気を排出する主流蒸気出口管３８と、前記外側ケーシング１３と内側ケーシング４１との間に区画形成される冷却用蒸気流路（外側蒸気室）９で流通された冷却蒸気Ｃ２を排出する冷却蒸気出口管４４とが設けられている。
さらに、主蒸気止め弁１０と同様に、ケーシングとケーシングのボンネットの間には自封式ガスケットが設けられている。
【００２５】
図１において、例えば図３に示される蒸気タービンプラントのボイラ５８より主流蒸気入口管１８を介して流入した蒸気は、主蒸気止め弁１０の主流蒸気通路（内側蒸気室）８ａ内に入り、弁体１２を弁座１４に対して進退させることにより制御され、弁座１４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２８を通り、弁体１２が弁座１４と当接する弁体のシート面１２ｓと弁座１４との間を流れ、連絡通路３３を介して蒸気加減弁３０へ送られる。
その後、蒸気加減弁３０へ送られた蒸気は、弁体３２を弁座３４に対して進退させることにより制御され、弁体３２が弁座３４と当接する弁体のシート面３２ｓと弁座３４との間を流れ、主流蒸気出口管３８から蒸気タービンへ流れる。
なお、主蒸気止め弁１０は非常時・緊急時にタービンに流入する蒸気を遮断したり、運転休止時の締め切りに用いたりするものであり、また蒸気加減弁３０は通常の起動時・停止時に穏やかに蒸気流量を増減したり負荷の変動に合わせて流量を調節したりするものである。
【００２６】
本実施形態では、主流蒸気通路（内側蒸気室）８ａ，８ｂと冷却用蒸気流路（外側蒸気室）９とで蒸気室を２重構造とし、冷却用蒸気流路にある程度の圧力及び温度を持った冷却蒸気（暖気用蒸気）を流すことにより、内側ケーシング２１，４１の肉厚を薄くすることが可能になり、低コスト化が図れる。また、前記冷却蒸気は起動前に予め流すことが可能であるので、起動時の内側ケーシング２１，４１の内面と外面の温度差を極力減少させることができ、起動時の熱応力を低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、ケーシングの蓋体である外側ボンネットと内側ボンネットは、それぞれのケーシングである外側ケーシングと内側ケーシングと別体に形成される構成とした。すなわち、主蒸気止め弁１０においては、外側ボンネット２２は外側ケーシング１３と、内側ボンネット２０は内側ケーシング２１と別体に形成される。また、蒸気加減弁３０においては、外側ボンネット４２は外側ケーシング１３と、内側ボンネット４０は内側ケーシング４１と別体に形成される。
このように、ボンネットをケーシングと別体にすることにより、ケーシングと弁軸の設計における偏りを低減することができる。
【００２８】
さらに、上述した各ケーシングは図１に示すボルト１７，１９，２３，３７，３９にてボルト締めされているので、外側ケーシングだけでなく、内側ケーシングも分離可能となり、二重構造で一体化された蒸気弁装置でも容易に分解することができる。
詳しくは例えば、主蒸気止め弁１０においては、該主蒸気止め弁側の外側ケーシング１３が主流蒸気通路の入口部側通路に対して、図１中のＸに示されるように分離される。これにより、ボルト１９により接合されていた外側ボンネット２２が分離され、フランジ１８を有していても分解することができる。
また、主蒸気止め弁１０の弁体１２の下流側に位置する連絡通路３３を形成する第１の主流蒸気通路用ケーシング７と、主流蒸気通路間に弁体１２を内包する第１の内側ケーシング２１とを一体化した第１のケーシング体が連絡通路３３の軸線方向に沿って抜き出すことができる。第１の主流蒸気通路用ケーシング７と第２の内側ケーシング４１の間は摺動可能な金属シール４５ｂでシールされているため上述したように抜き出して分離することができる。
【００２９】
さらに、蒸気加減弁３０の弁体３２の下流側に位置する第２の主流蒸気通路用ケーシング４３と、主流蒸気通路間に弁体３２を内包する第２の内側ケーシング４１とを一体化した第２のケーシング体が連絡通路３３の軸線方向と直交する方向に沿って抜き出すことができる。第２の主流蒸気通路用ケーシング４３と第２の内側ケーシング４１の間は摺動可能な金属シール４５ａでシールされているために抜き出して分離することができる。
【００３０】
なお、主流蒸気出口管３８側には、摺動可能な前記金属シール４５ａだけでなく、外側ケーシング１３を溶接する溶接部位３５が設けられている。一般に溶接部位はシール機構よりも高いシール性を有してはいるものの、取り外しすることができない構造となっている。しかし、本実施形態によれば、図１のように前記第２の内側ケーシング４１を出口通路軸方向に摺動可能にする金属シール４５ａを介在させたことにより、前記第２のケーシング体を分離することができる。すなわち、シール性を向上させるとともにケーシングの分解を可能としている。
また、冷却用蒸気流路９の止端と主流蒸気通路８ｂのあいだの間壁に介在された金属シール４５ａから主流蒸気がリークしたとしても、それは冷却用蒸気流路９に流れて主流蒸気の入口部側通路に設けられたリーク管２６より排出される。
【００３１】
さらに、上記構成により冷却蒸気の蒸気条件をもとにケーシングとボンネットを設計することができる。即ち、蒸気条件によってケーシングとボンネットを形成する耐熱合金の選定することができ、例えば、内側は主流蒸気の７００℃に対応できるインコネルとし、外側は５００℃〜６００℃に対応できるＣｒ鋼とすることができる。
【００３２】
また、主蒸気止め弁１０において、弁軸１６を円滑に摺動させる支持片であるブッシュ１１を、内側ケーシング２１と外側ケーシング１３との間の空隙を介して分割し、図１で示されるように形成する構成とした。
ブッシュを分割することにより、主流蒸気通路８ａから蒸気がリークしても矢印Ｌ１のようにリーク蒸気は前記空隙から冷却用蒸気流路９へ排出され大気に排出されない。また、ブッシュ１１は内側ケーシング２１、外側ケーシング１３にそれぞれ設けられているので、シール機構が不要になる。
【００３３】
また、蒸気加減弁３０についても同様に、弁軸３６を円滑に摺動させる支持片であるブッシュ３１を、内側ケーシング４１と外側ケーシング１３との間の空隙を介して分割して形成した。
ブッシュを分割することにより、主流蒸気通路８ｂから蒸気がリークしても矢印Ｌ２のようにリーク蒸気は前記空隙から冷却用蒸気流路９へ排出され大気に排出されない。
なお、ブッシュ１１，３１はボンネットと同様に、蒸気条件によって耐熱合金の選定をすることができ、特に外側に位置するブッシュに関してはＮｉ基合金ではなくＣｒ鋼を用いることができるので、コストを低減することができる。
【００３４】
次に、図２を用いて本実施形態で用いられる位置決め機構について説明する。
図２は図１中の軸線Ｘで分離される断面の概略図を示し、本実施形態に係る位置決め機構の構成例を示している。また、図１で示されているものと同一の構成については、同一符号を付している。
図１に示す２９，４９は本実施形態に係る位置決め機構である。図２では主蒸気止め弁１０における位置決め機構２９について説明する。図２に示されるように外側ケーシング１３の内側に内側ケーシング２１が配置され、内側ケーシング２１は位置決め機構２９によって位置決めされている。また、位置決め機構２９は内側ケーシング２１の外周側に取り付けられた突起部２９ａと外側ケーシング１３の内周側に取り付けられた保持部２９ｂ，２９ｃからなり、突起部２９ａが保持部２９ｂ，２９ｃによって挟まれ、円周方向の移動を制限しつつ、半径方向には摺動可能になっている。
位置決め機構２９は、外側ケーシング１３と内側ケーシング２１の間の円周方向に少なくとも３箇所配置されている。これにより、外側ケーシング１３や内側ケーシング２１に蒸気の温度差や圧力差による変形が生じても、外側ケーシング１３や内側ケーシング２１の同心を保つことができるとともに、分割されたブッシュ１１の同心を保つことができる。
なお、位置決め機構２９において、突起部２９ａが外側ケーシング１３の内周側に取り付けられ、保持部２９ｂ，２９ｃが内側ケーシング２１の外周側に取り付けられていてもよく、特に限定されるものではない。
また、蒸気加減弁３０の位置決め機構４９についても同様であるのでその説明は省略する。
【００３５】
最後に、本実施形態ではケーシングやボンネット、ブッシュだけでなく、主蒸気止め弁１０や蒸気加減弁３０内に設置されるストレーナ、弁体、弁座および弁軸についても、従来より使用されている耐熱合金若しくは例えば９Ｃｒ−１ＭｏＮｂＶ鋼のようなフェライト系耐熱鋼、高温特性に優れたオーステナイト系耐熱鋼、あるいはインコネル系のＮｉ基合金を用いて構成されている。このような材質は物理的使用条件と経済的設備条件とから選択的に使用することができ、よって安価な蒸気弁を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、高温高圧の蒸気条件で熱応力を抑制するとともに低コストに加えて安全性を向上させ、且つメンテナンスが容易な蒸気弁装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気弁装置の断面図である。
【図２】図１中の軸線Ｘで分離される断面の概略を示す図である。
【図３】従来の蒸気タービンプラントの概略系統図である。
【符号の説明】
【００３８】
８ａ、８ｂ 主流蒸気通路（内側蒸気室）
９ 冷却用蒸気流路（外側蒸気室）
１０ 主蒸気止め弁
１１ ブッシュ
１２ 弁体（第１の弁体）
１３ 外側ケーシング
１６ 弁軸
１８ 主流蒸気入口管
２１ 内側ケーシング（第１の内側ケーシング）
２６ リーク管
２９、４９ 位置決め機構
３０ 蒸気加減弁
３１ ブッシュ
３２ 弁体（第２の弁体）
３３ 連絡通路
３６ 弁軸
３５ 溶接部位
３８ 主流蒸気出口管
４１ 内側ケーシング（第２の内側ケーシング）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主流蒸気の入口部側通路と出口部側通路を備え、該入口部側通路と出口部側通路を連絡する連絡通路の配置方向（連絡通路軸線方向）が前記入口部側通路と出口部側通路の配置方向に直交する方向に沿って延在し、
前記入口部側通路終端と連絡通路の始端間に弁体が位置するように、連絡通路軸線方向に沿って配置した第１の弁体を有する第１の蒸気弁と、
前記連絡通路の終端と出口部側通路の始端間に弁体が位置するように、出口通路軸線方向に沿って配置した第２の弁体を有する第２の蒸気弁とを具えた蒸気弁装置において、
前記第１の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングを、前記第２の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングを夫々備え、該第１の内側ケーシングと第２の内側ケーシングとがシール機構を介在させて接続されるとともに、接続された第１、第２の内側ケーシングを共に内包する外側ケーシングを備え、
前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、前記第１、第２の弁体は摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュを介して第１、第２の内側ケーシング及び外側ケーシングの蓋体に夫々設けられ、
前記第１の蒸気弁の外側ケーシングが前記主流蒸気の入口部側通路に対して分離されることを特徴とする蒸気弁装置。
【請求項２】
前記第１の蒸気弁及び第２の蒸気弁において、前記弁体を摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュが前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体に設けられ、前記ブッシュが内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体の間の空隙をもって分割され、該内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体が夫々独立して同一軸線方向に分離可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項３】
前記第１の弁体を有する第１の蒸気弁において、前記第１の弁体の下流側に位置する第１の主流蒸気通路用ケーシングと、主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングとを一体化した第１のケーシング体が連絡通路軸線方向に沿って抜出可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項４】
前記第２の弁体を有する第２の蒸気弁において、前記第２の弁体の下流側に位置する第２の主流蒸気通路用ケーシングと、主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングとを一体化した第２のケーシング体が連絡通路軸線方向と直交する方向に沿って抜出可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項５】
前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、該冷却用蒸気流路のリーク部を主流蒸気の入口部側通路に設け、前記第２の蒸気弁の出口部側通路側に位置する冷却用蒸気流路止端と主流蒸気通路間の間壁に、前記第２の内側ケーシングを出口通路軸方向に摺動可能にするシール機構を介在させたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項６】
前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体が夫々のケーシングと別体に形成されるとともに、前記蓋体を形成する耐熱合金が前記ケーシングと同一若しくは異なる種類の耐熱合金であることを特徴とする請求項１若しくは２記載の蒸気弁装置。
【請求項７】
前記第１の内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間、若しくは前記第２の内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間の少なくともいずれか一方に、各々の弁軸の半径方向に対し摺動可能な位置決め機構を少なくとも３箇所配置させたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項８】
前記冷却用蒸気流路を流通する冷却蒸気は、主流蒸気とは別系統から供給されることを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項１】
主流蒸気の入口部側通路と出口部側通路を備え、該入口部側通路と出口部側通路を連絡する連絡通路の配置方向（連絡通路軸線方向）が前記入口部側通路と出口部側通路の配置方向に直交する方向に沿って延在し、
前記入口部側通路終端と連絡通路の始端間に弁体が位置するように、連絡通路軸線方向に沿って配置した第１の弁体を有する第１の蒸気弁と、
前記連絡通路の終端と出口部側通路の始端間に弁体が位置するように、出口通路軸線方向に沿って配置した第２の弁体を有する第２の蒸気弁とを具えた蒸気弁装置において、
前記第１の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングを、前記第２の蒸気弁は主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングを夫々備え、該第１の内側ケーシングと第２の内側ケーシングとがシール機構を介在させて接続されるとともに、接続された第１、第２の内側ケーシングを共に内包する外側ケーシングを備え、
前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、前記第１、第２の弁体は摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュを介して第１、第２の内側ケーシング及び外側ケーシングの蓋体に夫々設けられ、
前記第１の蒸気弁の外側ケーシングが前記主流蒸気の入口部側通路に対して分離されることを特徴とする蒸気弁装置。
【請求項２】
前記第１の蒸気弁及び第２の蒸気弁において、前記弁体を摺動自在に駆動させる弁軸を支持するブッシュが前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体に設けられ、前記ブッシュが内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体の間の空隙をもって分割され、該内側ケーシングの蓋体と外側ケーシングの蓋体が夫々独立して同一軸線方向に分離可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項３】
前記第１の弁体を有する第１の蒸気弁において、前記第１の弁体の下流側に位置する第１の主流蒸気通路用ケーシングと、主流蒸気通路間に弁体を内包する第１の内側ケーシングとを一体化した第１のケーシング体が連絡通路軸線方向に沿って抜出可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項４】
前記第２の弁体を有する第２の蒸気弁において、前記第２の弁体の下流側に位置する第２の主流蒸気通路用ケーシングと、主流蒸気通路間に弁体を内包する第２の内側ケーシングとを一体化した第２のケーシング体が連絡通路軸線方向と直交する方向に沿って抜出可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項５】
前記内側ケーシングと外側ケーシングの間に空隙を設けて冷却用蒸気流路を形成するとともに、該冷却用蒸気流路のリーク部を主流蒸気の入口部側通路に設け、前記第２の蒸気弁の出口部側通路側に位置する冷却用蒸気流路止端と主流蒸気通路間の間壁に、前記第２の内側ケーシングを出口通路軸方向に摺動可能にするシール機構を介在させたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項６】
前記内側ケーシングと外側ケーシングの蓋体が夫々のケーシングと別体に形成されるとともに、前記蓋体を形成する耐熱合金が前記ケーシングと同一若しくは異なる種類の耐熱合金であることを特徴とする請求項１若しくは２記載の蒸気弁装置。
【請求項７】
前記第１の内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間、若しくは前記第２の内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間の少なくともいずれか一方に、各々の弁軸の半径方向に対し摺動可能な位置決め機構を少なくとも３箇所配置させたことを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【請求項８】
前記冷却用蒸気流路を流通する冷却蒸気は、主流蒸気とは別系統から供給されることを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−４３５９１（Ｐ２０１０−４３５９１Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０７４９２（Ｐ２００８−２０７４９２）
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【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２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【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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