JP2016048058A - 蒸気タービン用蒸気加減弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁室内を通る蒸気のスムーズな流れを実現し、弁棒の振動を抑制することができる蒸気タービン用蒸気加減弁を提供する。【解決手段】蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための蒸気タービン用蒸気加減弁であって、蒸気を導入するための入口ポートと、前記入口ポートに連通する弁室と、前記弁室から蒸気を流出させるための少なくとも一つの出口ポートと、を有する弁ハウジングと、前記出口ポートの各々における上流端に形成された弁座に対して接離可能に構成された少なくとも一つの弁体と、を備え、以下の条件（Ａ）と条件（Ｂ）の少なくとも一方を満たす蒸気タービン用蒸気加減弁。（Ａ）前記弁室の内壁面に複数のフィンからなるフィン群が設けられている。（Ｂ）前記弁室内に設けられた少なくとも一つの部材の表面に、孔状又は溝状の複数の凹部からなる凹部群が設けられている。【選択図】 図１

Description

本開示は、蒸気タービン用蒸気加減弁に関する。

蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための蒸気タービン用蒸気加減弁では、アクチュエータによって弁棒を動かし、弁座と弁体との間の流路面積を変化させることで蒸気量を調節可能としたものが一般的である。
この種の蒸気加減弁は、高圧の蒸気が流れると、蒸気流れの偏流や渦流等によって弁棒に振動が生じ、弁棒や弁棒に連結された弁体等に亀裂が生じてしまうことがある。また、弁棒に振動が生じると、弁体と弁座との間隔が変動し、蒸気タービンへ導かれる蒸気量を所望の蒸気量に調節することが困難になる場合がある。
特許文献１には、蒸気弁において、弁体のテーパ面を弁頭部の上流側に設け、弁頭部とテーパ面とを含めた仮想的な曲率半径をシート径及び弁座の曲率半径に対して十分に小さくすることで、弁座と弁体との間における蒸気の流線が立った状態を実現し、蒸気流れを弁座側に付着させることで蒸気弁各部の振動を低減する旨が記載されている。

特開２０１１―２５２４３７号公報

特許文献１に記載の蒸気弁によれば、蒸気弁各部の振動を低減することが可能であるが、弁室内を流れる蒸気流れの偏流や渦流等の程度が大きい場合に、弁座側と弁体側の曲率半径の工夫のみによって該振動を抑制するには限界があり、該振動を更に低減することができる蒸気加減弁が望まれている。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、弁室内を通る蒸気のスムーズな流れを実現し、弁棒の振動を抑制することができる蒸気タービン用蒸気加減弁を提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービン用蒸気加減弁は、蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための蒸気タービン用蒸気加減弁であって、蒸気を導入するための入口ポートと、前記入口ポートに連通する弁室と、前記弁室から蒸気を流出させるための少なくとも一つの出口ポートと、を有する弁ハウジングと、前記出口ポートの各々における上流端に形成された弁座に対して接離可能に構成された少なくとも一つの弁体と、を備え、以下の条件（Ａ）と条件（Ｂ）の少なくとも一方を満たす蒸気タービン用蒸気加減弁。（Ａ）前記弁室の内壁面に複数のフィンからなるフィン群が設けられている。（Ｂ）前記弁室内に設けられた少なくとも一つの部材の表面に、孔状又は溝状の複数の凹部からなる凹部群が設けられている。

上記（１）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁が条件（Ａ）を満たす場合、弁室の内壁面にフィン群を設けることにより、フィン群の整流作用によって弁室内の蒸気のスムーズな流れを実現することができる。このため、弁室内での圧損を低減するとともに、弁棒の振動を抑制することができる。
上記（１）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁が条件（Ｂ）を満たす場合、弁室内に設けられた少なくとも一つの部材の表面に孔状又は溝状の凹部群を形成することにより、該部材に凹部群が形成されていない場合と比較して、該部材に沿った蒸気流れの剥離点を蒸気流れ方向における後方側に位置させることができる。これにより、該部材の後方の空気密度が低い領域が小さくなるため、該部材の前後差圧に起因する抵抗を低減し、蒸気流れにおける圧損を低減することができる。また、カルマン渦の発生が抑制されて蒸気がスムーズに流れるため、弁棒への加振力を低減することができる。
このように、上記（１）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁によれば、条件（Ａ）と条件（Ｂ）の少なくとも一方を満たすことにより、弁室内を通る蒸気のスムーズな流れを実現し、弁棒の振動を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ａ）を満たし、前記少なくとも一つの出口ポートは、一方向に沿って配列された複数の出口ポートを含み、前記少なくとも一つの弁体は、前記一方向に沿って配列された複数の弁体を含み、前記フィン群を構成する各フィンは、前記一方向に沿って延設されている。

上記（２）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁によれば、複数の出口ポート及び複数の弁体によって蒸気の流量を広い範囲に亘って調整することを可能にするとともに、フィン群を構成する各フィンが蒸気流れ方向に沿って延設されるため、該フィンによって蒸気を効果的に整流して弁室内の蒸気のスムーズな流れを実現することができる。これにより、弁室内での圧損を低減するとともに、弁棒の振動を抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記弁体の各々に連結され前記弁室内に延在する少なくとも一つの弁棒を含み、前記弁棒のうち少なくとも前記弁室を流れる蒸気に曝される部位の表面に前記凹部群が設けられている。

上記（３）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁によれば、弁棒のうち弁室を流れる蒸気に曝される部位の表面に孔状又は溝状の凹部群を形成することにより、弁棒に凹部群が形成されていない場合と比較して、弁棒に沿った蒸気流れの剥離点を蒸気流れ方向における後方側に位置させることができる。これにより、弁棒の後方の空気密度が低い領域が小さくなるため、弁棒の前後差圧に起因する抵抗を低減し、蒸気流れにおける圧損を低減することができる。また、カルマン渦の発生が抑制されて蒸気がスムーズに流れるため、弁棒への加振力を低減することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１項に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記少なくとも一つの弁体を含み、前記弁体のうち前記弁座に接触する箇所よりも弁室側の部位の表面に前記凹部群が設けられている。

上記（４）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁によれば、弁体のうち弁座に接触する箇所よりも弁室側の部位の表面に孔状又は溝状の凹部群を形成することにより、該部位に凹部群が形成されていない場合と比較して、弁体に沿った蒸気流れの剥離点を蒸気流れ方向における後方側に位置させることができる。これにより、弁体の後方の空気密度が低い領域が小さくなるため、弁体の前後差圧に起因する抵抗を低減し、蒸気流れにおける圧損を低減することができる。また、カルマン渦の発生が抑制されて蒸気がスムーズに流れるため、弁棒への加振力を低減することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記少なくとも一つの出口ポートは、複数の出口ポートを含み、前記少なくとも一つの弁体は、前記複数の出口ポートに対応して設けられた複数の弁体を含み、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記複数の弁体に連結され前記弁室内に所定の軸方向に沿って延在する複数の弁棒と、前記弁室内に設けられ、前記複数の弁体の各々を対応する前記弁座から離間させるように前記複数の弁棒をリフトするための弁揚板と、を更に備え、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記弁揚板を含み、前記弁揚板の表面に前記凹部群が設けられている。

上記（５）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁によれば、弁揚板の昇降動作のみによって複数の弁体を弁座に対して接離させるよう構成することにより、簡易な構成で蒸気タービンに供給する蒸気の流量を調整することができる。
また、弁揚板の表面に複数の孔状又は溝状の凹部からなる凹部群を設けることにより、該表面に凹部群が形成されていない場合と比較して、弁揚板に沿った蒸気流れの剥離点を蒸気流れ方向における後方側に位置させることができる。これにより、弁揚板の後方の空気密度が低い領域が小さくなるため、弁揚板の前後差圧に起因する抵抗を低減し、蒸気流れにおける圧損を低減することができる。また、カルマン渦の発生が抑制されて蒸気がスムーズに流れるため、弁棒への加振力を低減することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記少なくとも一つの出口ポートは、複数の出口ポートを含み、前記少なくとも一つの弁体は、前記複数の出口ポートに対応して設けられた複数の弁体を含み、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記複数の弁体に連結され前記弁室内に所定の軸方向に沿って延在する複数の弁棒と、前記弁室内に設けられ、前記複数の弁体の各々を対応する前記弁座から離間させるように前記複数の弁棒をリフトするための弁揚板と、前記弁室外に設けられ、前記複数の弁棒をリフトするための駆動力を発生させるアクチュエータと、前記弁室外から前記弁室内に亘って設けられ、前記アクチュエータの駆動力を前記弁揚板に伝達するための伝達部材と、を更に備え、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記伝達部材を含み、前記伝達部材のうち少なくとも前記弁室を流れる蒸気に曝される部位の表面に前記凹部群が設けられている。

上記（６）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁によれば、アクチュエータによって生じる駆動力が伝達された弁揚板の昇降動作のみによって複数の弁体を弁座に対して接離させることが可能となるため、簡易な構成で蒸気タービンに供給する蒸気の流量を調整することができる。
また、アクチュエータの駆動力を弁揚板に伝達するための伝達部材のうち弁室を流れる蒸気に曝される部位の表面に、複数の孔状又は溝状の凹部からなる凹部群を設けることにより、該部位の表面に凹部群が形成されていない場合と比較して、伝達部材に沿った蒸気流れの剥離点を蒸気流れ方向における後方側に位置させることができる。これにより、伝達部材の後方の空気密度が低い領域が小さくなるため、伝達部材の前後差圧に起因する抵抗を低減し、蒸気流れにおける圧損を低減することができる。また、カルマン渦の発生が抑制されて蒸気がスムーズに流れるため、弁棒への加振力を低減することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記少なくとも一つの出口ポートは、複数の出口ポートを含み、前記少なくとも一つの弁体は、前記複数の出口ポートに対応して設けられた複数の弁体を含み、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記複数の弁体に連結され前記弁室内に所定の軸方向に沿って延在する複数の弁棒と、前記弁室内に設けられ、前記複数の弁体の各々を対応する前記弁座から離間させるように前記複数の弁棒をリフトするための弁揚板と、を更に備え、前記弁揚板には、複数の貫通孔が設けられ、前記複数の弁棒は、前記複数の貫通孔を貫通して設けられ、前記弁棒の各々は、前記貫通孔の各々を挟んで前記弁体とは反対側に前記貫通孔の径よりも大きな径を有する大径部を含み、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記複数の弁棒を含み、前記弁棒の各々における少なくとも前記大径部の表面に前記凹部群が設けられている。

上記（７）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁によれば、アクチュエータによって生じる駆動力が伝達された弁揚板の昇降動作のみによって複数の弁体を弁座に対して接離させることが可能となるため、簡易な構成で蒸気タービンに供給する蒸気の流量を調整することができる。
また、弁棒の各々は、弁揚板に設けられた貫通孔の各々を挟んで弁体とは反対側に貫通孔の径よりも大きな径を有する大径部を含むため、弁揚板が上昇すると、弁揚板によって弁棒の大径部が押し上げられて弁棒が上昇する。このため、簡易な構成で弁揚板の昇降動作と弁棒の昇降動作を関連付けることができる。
また、弁棒の大径部の表面に複数の孔状又は溝状の凹部からなる凹部群を設けることにより、該表面に凹部群が形成されていない場合と比較して、弁棒の大径部に沿った蒸気流れの剥離点を蒸気流れ方向における後方側に位置させることができる。これにより、弁棒の大径部の後方の空気密度が低い領域が小さくなるため、弁棒の大径部の前後差圧に起因する抵抗を低減し、蒸気流れにおける圧損を低減することができる。また、カルマン渦の発生が抑制されて蒸気がスムーズに流れるため、弁棒への加振力を低減することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記弁室における互いに対向する二つの内壁面のうち、一方の内壁面にのみ前記フィン群が設けられている。

弁室内の互いに対向する二つの内壁面にフィン群を鏡映対称に設けると、二つの内壁面の各々に沿った蒸気流れが弁室の下流側の領域で互いに衝突する。これに対して、上記（８）に記載の構成のように一方の内壁面にのみフィン群を設けると、フィン群が設けられた内壁面側の蒸気の直進性が相対的に強まる。これにより、二つの内壁面のうち一方に沿った蒸気流れと他方に沿った蒸気流れとで非対称性が生じ、蒸気の旋回流（スワール）が発生するため、上述の蒸気同士の衝突が抑制され、圧損を低減することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（８）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記フィン群は、第１フィン群と、前記第１フィン群よりも前記一方向において下流側に設けられた第２フィン群とを含み、以下の条件（Ｃ）と条件（Ｄ）の少なくとも一方を満たす。
（Ｃ）前記第１フィン群を構成する各フィンの高さが、前記第２フィン群を構成する各フィンの高さよりも大きい。
（Ｄ）前記第１フィン群を構成するフィンの間隔が、前記第２フィン群を構成するフィンの間隔よりも小さい。

弁室内では、出口ポートの配列方向において上流側ほど蒸気の流速が大きいため、フィンによる上述の整流作用のニーズが大きい。したがって、第１フィン群と第２フィン群とで上記（９）における条件（Ｃ）と条件（Ｄ）に記載のようにフィンの高さと間隔の少なくとも一方を異ならせることにより、蒸気の流れを効果的に安定させて、弁棒の振動を抑制することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁において、前記少なくとも一つの出口ポートは、一方向に沿って配列された複数の出口ポートを含み、前記少なくとも一つの弁体は、前記一方向に沿って配列された複数の弁体を含み、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記複数の弁体に連結され前記弁室内に所定の軸方向に沿って延在する複数の弁棒を更に備え、前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記複数の弁棒のうち第１弁棒と、前記第１弁棒よりも前記一方向における下流側に設けられた第２弁棒とを含み、以下の条件（Ｅ）と条件（Ｆ）の少なくとも一方を満たす。
（Ｅ）前記第１弁棒の表面には、孔状の複数の凹部からなる第１凹部群が設けられ、前記第２弁棒の表面には、前記第１凹部群を構成する各凹部よりも深さ又は径の小さい孔状の複数の凹部からなる第２凹部群が設けられる。
（Ｆ）前記第１弁棒の表面には、孔状の複数の凹部からなる第１凹部群が設けられ、前記第２弁棒の表面には、前記第１凹部群を構成する凹部の間隔よりも広い間隔で配置された孔状の複数の凹部からなる第２凹部群が設けられる。

弁室内では、出口ポートの配列方向において上流側ほど蒸気の流速が大きいため、上述の弁棒の抵抗低減効果のニーズが大きい。したがって、上記（１０）に記載のように、第１弁棒と出口ポートの配列方向において第１弁棒より下流側の第２弁棒とで凹部群のフィンの高さと間隔の少なくとも一方を異ならせることにより、弁棒の抵抗を効果的に低減することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、弁室内を通る蒸気のスムーズな流れを実現し、弁棒の振動を抑制することができる蒸気タービン用蒸気加減弁が提供される。

本発明の一実施形態に係る蒸気タービン用蒸気加減弁の全体構成を概略的に示す断面図である。 図１に示した蒸気タービン用蒸気加減弁におけるＡ−Ａ断面の一例を示す図である。 図１に示した蒸気タービン用蒸気加減弁のＢ−Ｂ断面の一例を示す図である。 図１に示した蒸気タービン用蒸気加減弁のＢ−Ｂ断面の他の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る蒸気タービン用蒸気加減弁の全体構成を概略的に示す断面図である。 図４に示した蒸気タービン用蒸気加減弁のＣ−Ｃ断面の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る蒸気タービン用蒸気加減弁の全体構成を概略的に示す断面図である。 孔状の凹部群が設けられた弁棒の表面の部分拡大図である。 弁棒の凹部の断面図である。 溝状の凹部群が設けられた弁棒の表面の部分拡大図である。 溝状の凹部の間に形成された凸部の断面図である。 弁棒のうち弁室を流れる蒸気に曝される部位の表面に、孔状又は溝状の複数の凹部からなる凹部群を設けた場合における、弁棒付近の蒸気流れを示す図である。 弁棒のうち弁室を流れる蒸気に曝される部位の表面に、孔状又は溝状の複数の凹部からなる凹部群を設けない場合における、弁棒付近の蒸気流れを示す比較例の図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る蒸気タービン用蒸気加減弁１００の全体構成を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示した蒸気タービン用蒸気加減弁１００におけるＡ−Ａ断面の一例を示す図である。図３Ａは、図１に示した蒸気タービン用蒸気加減弁１００のＢ−Ｂ断面の一例を示す図である。図３Ｂは、図１に示した蒸気タービン用蒸気加減弁１００のＢ−Ｂ断面の他の一例を示す図である。図４は、一実施形態に係る蒸気タービン用蒸気加減弁１００の全体構成を概略的に示す断面図である。図５は、図４に示した蒸気タービン用蒸気加減弁１００のＣ−Ｃ断面の一例を示す図である。図６は、一実施形態に係る蒸気タービン用蒸気加減弁１００の全体構成を概略的に示す断面図である。図７Ａは、孔状の凹部群が設けられた弁棒の表面の部分拡大図であり、図７Ｂは、弁棒の凹部の断面図である。図８Ａは、溝状の凹部群が設けられた弁棒の表面の部分拡大図であり、図８Ｂは、溝状の凹部の間に形成された凸部の断面図である。

幾つかの実施形態では、例えば図１、図４及び図６に示すように、蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための蒸気タービン用蒸気加減弁１００は、弁ハウジング２、複数の弁体４、複数の弁棒６及び複数のアクチュエータ８を備えている。

弁ハウジング２は、蒸気を導入するための入口ポート１０と、入口ポート１０に連通する弁室１２と、弁室１２から蒸気を流出させるための複数の出口ポート１４とを含む。

複数の出口ポート１４は、一方向（以下、出口ポート配列方向と記載する場合がある）に沿って配列されており、該一方向は、入口ポートに流入する蒸気の流れ方向に一致している。複数の弁体４は、複数の出口ポート１４に対応する位置に、出口ポート配列方向に沿って配列されている。

各弁棒６は、各弁体４に連結されており、弁室１２内に所定の軸方向に沿って延在している。アクチュエータ８の駆動力は、弁棒６を介して弁体４に伝達される。出口ポート１４の上流端１６には弁座１８が形成されており、弁座１８からの弁体４のリフト量によって出口ポート１４から流出する蒸気量が調節される。

幾つかの実施形態では、例えば図１及び図４に示すように、弁室１２の内壁面２０に複数のフィン２２からなるフィン群２４が設けられている。フィン群２４を構成する各フィン２２は、図２に示すように出口ポート配列方向に沿って延設されている。

このように弁室１２の内壁面２０にフィン群２４を設けることにより、フィン群２４の整流作用によって弁室１２内の蒸気のスムーズな流れを実現することができる。このため、弁室１２内での圧損を低減するとともに、弁棒６の振動を抑制することができる。

フィン群２４は、例えば図３Ａに示すように、弁室１２における互いに対向する二つの内壁面２０に弁棒６を挟んで鏡映対称となるように設けてもよいし、図３Ｂに示すように一方の内壁面２０にのみ設けても良い。

図３Ａに示すように互いに対向する二つの内壁面２０にフィン群２４を鏡映対称に設けると、二つの内壁面２０の各々に沿った蒸気流れが弁室１２の下流側の領域で互いに衝突する。これに対して、図３Ｂに示すように一方の内壁面２０にのみフィン群２４を設けると、フィン群２４が設けられた内壁面２０側の蒸気の直進性が相対的に強まる。これにより、二つの内壁面２０のうち一方に沿った蒸気流れと他方に沿った蒸気流れとで非対称性が生じ、蒸気の旋回流（スワール）が発生するため、上述の蒸気同士の衝突が抑制され、圧損を低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図４及び図５に示すように、フィン群２４は、第１フィン群２４ａと、第１フィン群２４ａよりも出口ポート配列方向において下流側に設けられた第２フィン群２４ｂとを含む。この場合、例えば図５に示すように、第１フィン群２４ａを構成する第１フィン２２ａの高さＨ１が、第２フィン群２４ｂを構成する第２フィン２２ｂの高さＨ２よりも大きくてもよい。また、図４に示すように、第１フィン２２ａの間隔Ｓ１が、第２フィン２２ｂの間隔Ｓ２よりも小さくてもよい。

弁室１２内では、出口ポート配列方向において上流側ほど蒸気の流速が大きいため、上述の整流作用のニーズが大きい。したがって、第１フィン群２４ａと第２フィン群２４ｂとで上述のようにフィン２２の高さと間隔の少なくとも一方を異ならせることにより、蒸気の流れを効果的に安定化させることができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１、図４及び図６に示す蒸気加減弁１００において、弁室１２内に設けられた弁棒６のうち少なくとも弁室１２を流れる蒸気に曝される部位６ａの表面に、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、孔状の複数の凹部３２からなる凹部群３４が設けられてもよい。この孔状の複数の凹部３２は、弁棒６の外周面全周に亘って均一に形成されていることが好ましいが、大きさや形状の異なる凹部３２が混在していてもよい。凹部３２は、好ましくは円形孔状に形成されたディンプルであってもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図１、図４及び図６に示す蒸気加減弁１００において、弁室１２内に設けられた弁棒６のうち少なくとも弁室１２を流れる蒸気に曝される部位６ａの表面に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、溝状の複数の凹部３６からなる凹部群３８が設けられてもよい。図８Ａ及び図８Ｂに示す溝状凹部３６は、弁棒６の軸方向に対して斜めに形成した溝状凹部３６ａと、この溝状凹部３６ａに交差するように形成した溝状凹部３６ｂとを含み、この溝状凹部３６ａ及び３６ｂにより、弁棒６の表面に平面視でひし形状となる凸部３７が形成されている。なお、この溝状の凹部３６は、好適には溝の延在方向が弁棒６の軸方向に対して平行に又は該軸方向に対して９０度未満の角度を有するように形成されてもよい。溝状の凹部３６の溝の延在方向を、弁棒６の軸方向に対して平行、又は該軸方向に対して９０度未満の角度を有するように形成することにより、弁棒６の外周面に蒸気流れ方向に沿って凹凸が形成され、後述の抵抗低減効果が得られやすくなる。

図９Ａは、弁棒６のうち弁室１２を流れる蒸気に曝される部位６ａの表面に、上述の凹部群３４又は凹部群３８を設けた場合における、弁棒６の部位６ａ付近の蒸気流れを示す図である。図９Ｂは、弁棒６のうち弁室１２を流れる蒸気に曝される部位６ａの表面に、上述の凹部群３４と凹部群３８の何れも設けない場合における、弁棒６の部位６ａ付近の蒸気流れを示す比較例の図である。

図９Ａに示すように、弁棒６の外周面に凹部群３４又は凹部群３８が形成されている場合には、図９Ｂに示すように該凹部群３４と凹部群３８の何れも形成されていない場合と比較して、蒸気流れの剥離点Ｐを蒸気流れ方向における後方側に位置させることができる。これにより、弁棒６の後方の空気密度が低い領域が小さくなるため、弁棒６の前後差圧に起因する抵抗を低減し、蒸気流れにおける圧損を低減することができる。また、カルマン渦の発生を抑制して弁棒６への加振力を低減することができるため、弁体４と弁座との間隔が安定し、蒸気タービンへの蒸気の供給量を正確に調節することができる。なお、弁棒６の振動を抑制することにより、弁棒６や弁体４等の他部材との摩擦や衝突が減少し、これらの部材の高寿命化を実現することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１、図４及び図６に示す複数の弁棒６のうち第１弁棒６０の表面に、第１凹部群としての凹部群３４（図７Ａ及び図７Ｂ参照）を設け、複数の弁棒６のうち出口ポート配列方向において第１弁棒６０よりも下流側に位置する第２弁棒６２の表面に、第１弁棒６０に設けられる凹部群３４を構成する孔状凹部３２よりも深さｈ又は径ｄの小さい孔状凹部３２からなる第２凹部群としての凹部群３４（図７Ａ及び図７Ｂ参照）を設けてもよい。また、第２弁棒６２の表面に、第１弁棒６０に設けられる凹部群３４を構成する孔状凹部３２同士の間隔よりも広い間隔ｐで配置された孔状凹部３２からなる凹部群３４（図７Ａ及び図７Ｂ参照）を設けても良い。

弁室１２内では、出口ポート配列方向において上流側ほど蒸気の流速が大きいため、上述の弁棒６の抵抗低減効果のニーズが大きい。したがって、第１弁棒６０と第２弁棒６２とで上述のように凹部群のフィン２２の高さと間隔の少なくとも一方を異ならせることにより、弁棒６の抵抗を効果的に低減することができる。

以上の説明では、複数の孔状凹部３２からなる凹部群３４又は複数の溝状凹部３６からなる凹部群３８を弁棒６に設ける例を説明したが、該凹部群３４又は該凹部群３８を設ける場所は、弁棒６に限らない。凹部群３４又は凹部群３８は、弁室１２内に設けられた少なくとも一つの部材の表面に設けることにより、図９Ａ及び図９Ｂを用いて上述した原理と同様の原理から、弁室１２内を通る蒸気のスムーズな流れを実現して弁棒６の振動を抑制することができる。以下、凹部群３４又は凹部群３８を設けることにより同様の効果を奏することが可能な部材及びその具体的な箇所について、例示的に説明する。

幾つかの実施形態では、例えば、図１、図４及び図６に示す弁体４のうち弁座１８に接触する箇所４ａよりも弁室１２側の部位４ｂの表面に、凹部群３４（図７Ａ及び図７Ｂ参照）又は凹部群３８（図８Ａ及び図８Ｂ参照）を設けても良い。

これにより、弁室１２内を流れる蒸気流れに対する弁体４の抵抗を低減することができ、蒸気流れにおける圧損の低減と弁棒６の振動抑制とを実現することができる。また、弁棒６の振動を抑制することによって、弁体４と弁座との間隔が安定するため、蒸気タービンへの蒸気の供給量を正確に調節することができる。

幾つかの実施形態では、例えば、図１及び図４に示すように、蒸気加減弁１００は、弁棒６の上下動をガイドするためのガイド部材としての複数のスリーブ３９を備えている。各スリーブ３９は、弁ハウジング２に固定されており、弁棒６が該スリーブ３９の内側を貫通して設けられている。

この場合、スリーブ３９のうち弁室１２内に突出する部位３９ａの表面に、凹部群３４（図７Ａ及び図７Ｂ参照）又は凹部群３８（図８Ａ及び図８Ｂ参照）を設けても良い。これにより、弁室１２内を流れる蒸気流れに対するスリーブ３９の抵抗を低減することができ、蒸気流れにおける圧損の低減と弁棒６の振動抑制とを実現することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、蒸気加減弁１００は、弁室１２内に設けられ複数の弁体４の各々を対応する弁座１８から離間させるように複数の弁棒６をリフトするための弁揚板４０と、アクチュエータの駆動力を弁揚板４０に伝達するための伝達部材としての複数のリフト棒４２と、複数のリフト棒４２がそれぞれ貫通して設けられ複数のリフト棒４２をガイドするためのガイド部材としての複数のスリーブ４３とを備えている。

弁揚板４０には、複数の貫通孔４４及び複数の貫通孔４６が設けられており、複数の弁棒６は、複数の貫通孔４４を貫通して設けられている。また、複数のリフト棒４２が複数の貫通孔４６を貫通して設けられている。

弁棒６の各々は、貫通孔４４の各々を挟んで弁体４とは反対側に貫通孔４４の径よりも大きな径を有する大径部４８を含んでおり、リフト棒４２の各々は、貫通孔４６の各々を挟んでアクチュエータ８とは反対側に大径部５０を含んでいる。

図６に示す蒸気加減弁１００においてアクチュエータ８が駆動すると、アクチュエータ８の駆動力によってリフト棒４２が上昇し、リフト棒４２の大径部５０が弁揚板４０をリフトする。弁揚板４０が上昇すると、弁揚板４０が上昇して弁棒６の大径部４８に当接し、弁揚板４０の更なる上昇によって弁揚板４０が大径部４８を介して弁棒６及び弁体４をリフトする。ここで、複数の弁棒６における大径部４８と弁体４との間の部分の軸方向長Ｌを弁棒毎に異ならせてもよい。これにより、複数の弁棒６の上昇タイミングを異なるタイミングにすることが可能となり、簡易な構成で蒸気タービンに供給する蒸気の流量を細やかに調整することができる。

複数の弁棒６における軸方向長Ｌを弁棒毎に異ならせると、弁揚板４０に作用する荷重がアンバランスとなり、弁揚板４０に振動が生じ易くなる。このため、上述したような振動を抑制する技術が特に効果的である。

なお、大径部４８は、弁棒６の棒材５２と一体で（一つの部材で）形成されてもよいし、別体で（別の部材で）形成されてもよい。別体で形成する場合は、例えば、大径部４８は、棒材５２に設けられたネジ部と螺合するナットであってもよい。同様に、大径部５０は、リフト棒４２の棒材５４と一体で（一つの部材で）形成されてもよいし、別体で（別の部材で）形成されてもよい。別体で形成する場合は、例えば、大径部５０は、棒材５４に設けられたネジ部と螺合するナットであってもよい。

幾つかの実施形態では、図６に示す蒸気加減弁１００において、弁揚板４０の表面（好ましくは弁揚板４０の外周面全域）に上述の凹部群３４（図７Ａ及び図７Ｂ参照）又は凹部群３８（図８Ａ及び図８Ｂ参照）を設けてもよい。また、リフト棒４２のうち少なくとも弁室１２を流れる蒸気に曝される部位４２ａの表面、すなわち、棒材５４のうちスリーブ４３から弁室内に突出する部位５４ａの表面（好ましくは部位５４ａの外周面全域）や大径部５０の表面（好ましくは大径部５０の外周面全域）に上述の凹部群３４又は凹部群３８設けても良い。また、スリーブ４３のうち弁室１２内に突出する部位４３ａの表面（好ましくは部位４３ａの外周面全域）に上述の凹部群３４又は凹部群３８を設けても良い。また、弁棒６のうち弁室を流れる蒸気に曝される部位６ａの表面、すなわち、棒材５２のうち弁揚板４０の位置に応じて貫通孔４４から弁棒の軸方向に突出する部位５２ａの表面（好ましくは部位５２ａの外周面全域）や大径部４８の表面（好ましくは大径部４８の外周面全域）に凹部群３４又は凹部群３８を設けてもよい。

このように、弁室１２内に設けられた部材の表面に、複数の孔状凹部３２からなる凹部群３４又は複数の溝状凹部３６からなる凹部群３８を設けることにより、弁室１２内を通る蒸気のスムーズな流れを実現して弁棒６の振動を抑制することができる。弁棒６の振動を抑制することによって、弁体４と弁座との間隔が安定するため、蒸気タービンへの蒸気の供給量を正確に調節することができる。また、弁棒６の振動を抑制することにより、弁棒６や弁体４等の他部材との摩擦や衝突が減少し、これらの部材の高寿命化を実現することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。例えば、図６に示した実施形態においても、図１〜図５を用いて説明した幾つかの実施形態と同様に、弁室１２の内壁面２０に複数のフィン２２からなるフィン群２４を設けてもよい。この場合、図１〜図５を用いて説明したフィン群２４を構成する各フィン２２の構成、配置等は、図６に示した実施形態においても適用可能である。また、各実施形態の構成は、同様の構造を有し抽気流量を制御する抽気加減弁に適用してもよい。

２ 弁ハウジング
４ 弁体
４ａ 弁座に接触する箇所
４ｂ 弁座に接触する箇所よりも弁室側の部位
６ 弁棒
６ａ 弁室を流れる蒸気に曝される部位
８ アクチュエータ
１０ 入口ポート
１２ 弁室
１４ 出口ポート
１６ 上流端
１８ 弁座
２０ 内壁面
２２ フィン
２２ａ 第１フィン
２２ｂ 第２フィン
２４ フィン群
２４ａ 第１フィン群
２４ｂ 第２フィン群
３２ 孔状凹部
３４ 孔状凹部からなる凹部群
３６ 溝状凹部
３７ 凸部
３８ 溝状凹部からなる凹部群
３９ スリーブ
３９ａ 弁室内に突出する部位
４０ 弁揚板
４２ リフト棒
４２ａ 弁室を流れる蒸気に曝される部位
４３ スリーブ
４３ａ 弁室内に突出する部位
４４ 貫通孔
４６ 貫通孔
４８ 大径部
５０ 大径部
５２ 棒材
５２ａ 弁揚板の位置に応じて貫通孔から弁棒の軸方向に突出する部位
５４ 棒材
５４ａ スリーブから弁室内に突出する部位
６０ 第１弁棒
６２ 第２弁棒
１００ 蒸気タービン用蒸気加減弁

Claims (10)

1. 蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための蒸気タービン用蒸気加減弁であって、
   蒸気を導入するための入口ポートと、前記入口ポートに連通する弁室と、前記弁室から蒸気を流出させるための少なくとも一つの出口ポートと、を有する弁ハウジングと、
   前記出口ポートの各々における上流端に形成された弁座に対して接離可能に構成された少なくとも一つの弁体と、
   を備え、以下の条件（Ａ）と条件（Ｂ）の少なくとも一方を満たす蒸気タービン用蒸気加減弁。
   （Ａ）前記弁室の内壁面に複数のフィンからなるフィン群が設けられている。
   （Ｂ）前記弁室内に設けられた少なくとも一つの部材の表面に、孔状又は溝状の複数の凹部からなる凹部群が設けられている。
2. 前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ａ）を満たし、
   前記少なくとも一つの出口ポートは、一方向に沿って配列された複数の出口ポートを含み、
   前記少なくとも一つの弁体は、前記一方向に沿って配列された複数の弁体を含み、
   前記フィン群を構成する各フィンは、前記一方向に沿って延設されている請求項１に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
3. 前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、
   前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記弁体の各々に連結され前記弁室内に延在する少なくとも一つの弁棒を含み、
   前記弁棒のうち少なくとも前記弁室を流れる蒸気に曝される部位の表面に前記凹部群が設けられている、請求項１又は２に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
4. 前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、
   前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記少なくとも一つの弁体を含み、
   前記弁体のうち前記弁座に接触する箇所よりも弁室側の部位の表面に前記凹部群が設けられている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
5. 前記少なくとも一つの出口ポートは、複数の出口ポートを含み、
   前記少なくとも一つの弁体は、前記複数の出口ポートに対応して設けられた複数の弁体を含み、
   前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、
   前記複数の弁体に連結され前記弁室内に所定の軸方向に沿って延在する複数の弁棒と、
   前記弁室内に設けられ、前記複数の弁体の各々を対応する前記弁座から離間させるように前記複数の弁棒をリフトするための弁揚板と、
   を更に備え、
   前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、
   前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記弁揚板を含み、
   前記弁揚板の表面に前記凹部群が設けられている、請求項１又は２に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
6. 前記少なくとも一つの出口ポートは、複数の出口ポートを含み、
   前記少なくとも一つの弁体は、前記複数の出口ポートに対応して設けられた複数の弁体を含み、
   前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、
   前記複数の弁体に連結され前記弁室内に所定の軸方向に沿って延在する複数の弁棒と、
   前記弁室内に設けられ、前記複数の弁体の各々を対応する前記弁座から離間させるように前記複数の弁棒をリフトするための弁揚板と、
   前記弁室外に設けられ、前記複数の弁棒をリフトするための駆動力を発生させるアクチュエータと、
   前記弁室外から前記弁室内に亘って設けられ、前記アクチュエータの駆動力を前記弁揚板に伝達するための伝達部材と、
   を更に備え、
   前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、
   前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記伝達部材を含み、
   前記伝達部材のうち少なくとも前記弁室を流れる蒸気に曝される部位の表面に前記凹部群が設けられている、請求項１又は２に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
7. 前記少なくとも一つの出口ポートは、複数の出口ポートを含み、
   前記少なくとも一つの弁体は、前記複数の出口ポートに対応して設けられた複数の弁体を含み、
   前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、
   前記複数の弁体に連結され前記弁室内に所定の軸方向に沿って延在する複数の弁棒と、
   前記弁室内に設けられ、前記複数の弁体の各々を対応する前記弁座から離間させるように前記複数の弁棒をリフトするための弁揚板と、を更に備え、
   前記弁揚板には、複数の貫通孔が設けられ、
   前記複数の弁棒は、前記複数の貫通孔を貫通して設けられ、
   前記弁棒の各々は、前記貫通孔の各々を挟んで前記弁体とは反対側に前記貫通孔の径よりも大きな径を有する大径部を含み、
   前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、
   前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記複数の弁棒を含み、
   前記弁棒の各々における少なくとも前記大径部の表面に前記凹部群が設けられている、請求項１又は２に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
8. 前記弁室における互いに対向する二つの内壁面のうち、一方の内壁面にのみ前記フィン群が設けられている請求項２に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
9. 前記フィン群は、第１フィン群と、前記第１フィン群よりも前記一方向において下流側に設けられた第２フィン群とを含み、以下の条件（Ｃ）と条件（Ｄ）の少なくとも一方を満たす請求項２又は８に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
   （Ｃ）前記第１フィン群を構成する各フィンの高さが、前記第２フィン群を構成する各フィンの高さよりも大きい。
   （Ｄ）前記第１フィン群を構成するフィンの間隔が、前記第２フィン群を構成するフィンの間隔よりも小さい。
10. 前記少なくとも一つの出口ポートは、一方向に沿って配列された複数の出口ポートを含み、
    前記少なくとも一つの弁体は、前記一方向に沿って配列された複数の弁体を含み、
    前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記複数の弁体に連結され前記弁室内に所定の軸方向に沿って延在する複数の弁棒を更に備え、
    前記蒸気タービン用蒸気加減弁は、前記条件（Ｂ）を満たし、
    前記条件（Ｂ）に記載の前記少なくとも一つの部材は、前記複数の弁棒のうち第１弁棒と、前記第１弁棒よりも前記一方向における下流側に設けられた第２弁棒とを含み、
    以下の条件（Ｅ）と条件（Ｆ）の少なくとも一方を満たす請求項１又は２に記載の蒸気タービン用蒸気加減弁。
    （Ｅ）前記第１弁棒の表面には、孔状の複数の凹部からなる第１凹部群が設けられ、前記第２弁棒の表面には、前記第１凹部群を構成する各凹部よりも深さ又は径の小さい孔状の複数の凹部からなる第２凹部群が設けられる。
    （Ｆ）前記第１弁棒の表面には、孔状の複数の凹部からなる第１凹部群が設けられ、前記第２弁棒の表面には、前記第１凹部群を構成する凹部の間隔よりも広い間隔で配置された孔状の複数の凹部からなる第２凹部群が設けられる。
    

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