蒸気弁

【課題】本発明の目的は、蒸気弁において、性能が悪化する程に蒸気流速を増加させることなく、小型化可能な蒸気弁を提供することにある。
【課題手段】本発明の蒸気弁は、弁体１と弁座２とこれらを覆う弁ケーシング３と弁蓋５とを有し、蒸気タービンへの異物流入を抑制するストレーナ４を有する。蒸気流速を実質的に増加させずに（弁の圧力損失を増大させずに）、弁の内部空間を縮小するために、ストレーナ４を上部より下部が大きい構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気弁に係り、特に、性能を悪化させることなく小型化可能な、蒸気タービンの蒸気弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは電力用や産業用の原動機として用いられる。特に電力事業向けの蒸気タービンは大型であり、小型化や重量低減による建設コストの削減が求められている。一方で、省エネルギーや二酸化炭素排出量削減も同時に求められるため、低コストと高効率を両立する必要がある。
【０００３】
ボイラーからの蒸気を高圧タービンに供給する高圧弁や、再熱器からの蒸気を中圧タービンに供給する再熱弁は、蒸気タービンを構成する要素の中でもタービン本体と並んで物量が大きい。
【０００４】
このような蒸気弁には、蒸気タービンへの異物流入を防止するためにストレーナが設置されている。ストレーナを設置した蒸気弁としては特許文献１や２に記載のものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−８９１３号公報
【特許文献２】特開平８−２３３１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
弁の寸法、例えば弁口径は主に蒸気流量によって決定される。弁口径が小さすぎると、弁を通過する蒸気流速が大きくなり、圧力損失が増大してプラント効率が低下する。そこで蒸気流速の上限値を設計基準として定めて、これを超えない蒸気流速となるように設計することが一般的である。
【０００７】
また、弁ケーシングは蒸気圧力に耐えるため、一定以上の肉厚が必要である。これは使用する材料と安全係数、および蒸気条件が決まれば決定される。材質は主に温度条件から決まるので、設計時点では選択の余地はあまりない。
【０００８】
このように、弁の小型化による物量低減と、高いプラント効率とを両立することは困難である。すなわち、弁の圧力損失を増大させないよう蒸気流速を一定値以下に抑えるためには、弁の内部空間をある大きさ以上に保つ必要がある。一方、弁ケーシングの肉厚は強度上の要請から規定されており、総重量を低減するためには弁の内部空間を縮小するしかない。従って、一般に重量低減と高効率の維持は、どちらかを重視すれば一方を犠牲にせざるを得ないトレードオフの関係にある。
【０００９】
本発明の目的は、ストレーナを有する蒸気弁において、性能を悪化させることなく、小型化可能な蒸気弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、蒸気流速を実質的に増加させずに弁の内部空間を縮小するために、上部より下部が大きいストレーナを有することを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
ストレーナ上部の径を小さくしても性能に影響するストレーナと弁体間の蒸気流速の最大値は増加せず、また、ストレーナ径を小さくすることによりケーシングの内径も小さくできる。従って、ケーシングの肉厚を保ったままケーシング外径を小さくできるので、弁の圧力損失を増大させることなく、弁の重量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例を説明する前に、本発明の原理を説明する。
【００１３】
本発明は、ストレーナから流入した蒸気が弁体との間隙を流下する際に、ストレーナ上部から下部にかけて蒸気流量が分配されて流入するので、ストレーナ上部と弁体の間には蒸気流速の低い部分が存在することに注目して考案されたものである。
【００１４】
図３の蒸気流を示す矢印６に示すように、弁ケーシング３に流入した蒸気はストレーナ４に多数設けられた開口部のそれぞれを通過してストレーナ内部に流入する。この蒸気はストレーナ４と弁体１の間を上方から下方へと流下するが、下流に向かうに従ってストレーナ開口部からの蒸気が次々と合流して弁体１の下端付近で流速の極大値を持つ。弁体下端から弁座２のスロート部にかけては弁の内部でも最も流速が大きくなる部分であり、この部分の流路面積を小さくすることは出来ない。
【００１５】
しかし、ストレーナ４と弁体１間の上部には蒸気の一部しか流入していないので、その分、流速が小さい。たとえば、ストレーナの各開口部からほぼ一様に蒸気が流入するとすれば、ストレーナの高さ方向に半分の位置の水平断面位置における下向き蒸気流速は、下端位置のほぼ半分の速度しかないことになる。実際には、出口側に近いストレーナ下側の開口部の方がより多くの流量が流れるため、上部の流速はこのような粗い見積りよりさらに小さくなる。
【００１６】
以上のような、弁内部の流れの詳細な考察より、従来のような円筒形のストレーナ形状ではストレーナと弁体間の上部の流速は元々小さいので、ストレーナ上部の径を小さくしてもストレーナと弁体間の蒸気流速の最大値は増加しないことがわかる。ストレーナ径を小さくすればケーシングの内径も小さくできるので、ケーシングの肉厚を一定に保ったままケーシング外径を小さくできる。従って、本発明によれば弁の圧力損失を増大させることなく、弁の重量を低減することができる。
【００１７】
次に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明のストレーナを備えた蒸気弁の一実施例である。例えば、高圧弁の一つである主蒸気止め弁として用いられる。ボイラー（図示せず）から流入した高温高圧の蒸気は、弁体１と弁座２の間隙を通り抜け下流にある蒸気加減弁（図示せず）を経て高圧タービン（図示せず）に導入される。タービンへの異物流入を防止するために、弁体１周りにはストレーナ４が設置されている。本実施例では、ストレーナ４は上部の径が小さい円錐台形状をしている。円錐台は製造性を考慮した場合、最も実用的な形状の一つである。
【００１９】
また、ストレーナ下端の外径は弁ケーシング３上部開口部の径より小さく、またストレーナ上端の内径は弁体１の最大径より大きくなるように形成している。これは組立性を確保するためであり、吊りこみ作業時に各部品が干渉しないように考慮している。一般に弁ケーシング３内に設置されたストレーナは、弁座２と弁蓋５にはめ合う構造となっており、弁蓋５は弁ケーシング３にボルト（図示せず）により固定される。
【００２０】
本実施例のような構造によれば、圧力損失を増加させることなく弁ケーシング上部の内径を小さくできるので、強度上必要な肉厚を保ったまま弁ケーシングを小さくできるので、重量低減が可能となる。また、製造性や組み立て性も、従来と変わることがない。
【００２１】
図２に他の実施例を示す。本実施例は、重量低減に重点をおいた実施例である。本実施例ではストレーナ３を周方向に三つ以上に分割し、これを一つずつ弁ケーシング内に吊りこみ仮止めなどを実施した後、弁蓋５とはめ合うことにより、弁ケーシング４上部の開口部径を実施例１より小さくすることができるようにしたものである。本実施例によれば、特に弁ケーシング上部の内径をさらに小さくすることが可能となり、大きな重量低減効果が得られる。
【００２２】
図１および図２に示した実施例から容易に類推できるように、本発明の蒸気弁が備えたストレーナは、上部が下部よりも小さい径を持つ形状であれば、円錐台形状に限定されるものではない。また、実施例では主蒸気止め弁を例にとり説明したが、同様のストレーナを備えた蒸気弁である再熱弁にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２３】
また、弁体の周りに円筒状のストレーナを備えた弁であれば蒸気タービン用のものに限らず、ストレーナを本発明の形状とすることにより損失を増加させることなく小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例を示す図。
【図２】本発明の他の実施例を示す図。
【図３】本発明の原理を説明するための図。
【符号の説明】
【００２５】
１…弁体、２…弁座、３…弁ケーシング、４…ストレーナ、５…弁蓋、６…蒸気流を示す矢印。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気流を制御する弁体と、前記弁体を収納するケーシングと、前記ケーシング内に前記弁体を囲むように設置したストレーナとを有する蒸気弁において、前記ストレーナは上部より下部が大きいことを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気弁において、前記ストレーナは、円錐台形状であることを特徴とする蒸気弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蒸気弁において、前記ストレーナは、上部内径が前記弁体の最大径より大きく、下部外径が前記ケーシングの上端開口部内径より小さいことを特徴とする蒸気弁。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の蒸気弁において、前記ストレーナは周方向に三つ以上に分割されていることを特徴とする蒸気弁。

【図１】