JP2016534289A - ターボ機械のための弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、作動チャンバの相違する幾何学的形状と熱力学的に相違する状態変数を利用することとを考慮して、プロセス内部媒体を利用することによって弁を開閉することができる、弁（１）に関する。

Description

本発明は、ターボ機械のための、特に蒸気タービンのための弁であって、弁が、弁コーンと弁シートとを有しており、弁コーンが、弁コーンが弁本体の内部において弁シートに対して相対的に移動可能とされるように構成されている、弁に関する。

ターボ機械のための、特に蒸気タービンのための弁は特別の重要性を有している。蒸気を蒸気タービンに供給することは、実質的に２つの特性を有している必要があるからである。２つの特性とは、第一に、弁が急速閉塞することができない場合に、蒸気の供給を遮断するために、蒸気タービンに流入する蒸気を調整することである。２つの特性が単一の弁ハウジングに配置されている弁が存在する。蒸気の高温及び高圧を考慮して、このようなタイプの弁に対する技術的要件は特に高い。高温高圧の条件下における開閉が困難であることが分かっている。概して、弁コーンは、弁コーンが一の方向に移動可能とされるように、弁の内部に構成されている必要がある。弁コーンを移動可能とするための力は比較的大きく、液圧式構造又は電気液圧式構造であって良い。

さらに、弁は、安全上の理由のために、動作不良又は動作故障によって弁が自動的に閉じられる（“弁閉鎖”安全位置）ように構成されている必要がある。

本発明の目的は、弁コーンを弁シートに対して移動させるための代替的な可能性を特定することである。

当該目的は、ターボ機械のための、特に蒸気タービンのための弁であって、弁が、弁コーンと弁シートとを備えており、弁コーンが、弁コーンが弁本体の内部において弁シートに対して相対的に移動可能とされるように構成されており、弁本体が、第１の圧力空間が圧力ｐ_１で充填された場合に弁コーンが弁シートに向かって移動するように構成されている第１の圧力空間を有しており、弁本体が、第２の圧力空間が圧力ｐ_１で充填された場合に弁コーンが弁シートから離隔する方向に移動されるように構成されている第２の圧力空間を有している、弁によって実現される。

第１の圧力空間が、突出した事実上の第１の圧力領域Ａ１を有しており、第２の圧力空間が、弁シートから離隔する弁コーンの移動方向において見ると突出した事実上の第２の圧力領域Ａ２を有しており、第１の圧力領域Ａ１が第２の圧力領域Ａ２より小さい（Ａ１＜Ａ２）。

その結果として、２つの圧力領域を介して大きくなった力が異なる大きさとされ、その結果として、最終的に弁コーンが移動可能とされる。

従って、本発明では、作動空間の様々な幾何学的形状を考慮したプロセス内部媒体の利用と熱力学的に相違する状態変数の利用とによって、弁を開閉することができる。ここで、特に第１の圧力空間は圧力ｐ_１で充填され、圧力ｐ_１は流入する流体媒体、この場合には蒸気によって形成されている。

優位な発展形態は、従属請求項において特定される。

例えば、弁は、プロセス媒体を供給するための流入空間を有しており、供給配管は、弁コーン又は弁本体の内部に構成されており、供給配管は、流入空間を第１の圧力空間に流通させる。

従って、弁コーン又は弁本体の内部にさらなる配管すなわち供給配管を構成し、さらなる配管が流入空間と圧力空間を流通させることが提案される。

従って、第１の圧力空間における圧力は圧力ｐ_１となり、最終的には弁シートに向かう力となる。

優位には、当該装置は、蒸気を第２の圧力空間に供給するようになっており、弁コーンが弁シートに向かって移動する場合に、第２の圧力空間が圧力ｐ_０で充填されるように構成されており、圧力ｐ_０が圧力ｐ_１より小さい（ｐ_０＜ｐ_１）。

同様に、優位には、当該装置は、弁コーンが弁シートの反対側に向かって移動する場合に、第２の圧力空間が圧力ｐ_１で充填されるように構成されている。従って、当該装置は、プロセス媒体を圧力ｐ_１又は圧力ｐ_０で流通させている少なくとも１つの弁を備えている。

さらなる優位な発展形態では、弁本体が、第３の圧力空間が圧力ｐ_０で充填された場合に、押圧力が弁シートに向かって弁コーンに作用されるように構成されている第３の圧力空間を有している。弁コーンが、管状に形成されており、弁コーンが、端部側にステップを有しており、上側ステップが、第３の圧力空間に割り当てられており、下側ステップが、第１の圧力空間に割り当てられている。

優位には、さらなる弁コーンは、蒸気の流れを調節するように、且つ、蒸気の流れを急速閉塞するように構成されており、弁コーンの内部に配置されている。

本発明では、弁コーンは、急速閉塞するように構成されている。

本発明について、一の典型的実施例を用いて詳述する。

閉状態における弁を表わす。 開状態における弁を表わす。

図１は、弁コーン２と弁シート３と弁本体４とを備えている弁１を表わす。さらなる任意のアクチュエータ弁コーン５が弁本体４の内部に配置されている。弁コーン２は、回転対称軸線６に関して略回転対称とされるように構成されている。当該実施例では、弁本体４が、回転対称軸線６の方向において弁シート３に向かって移動可能とされ、弁本体４が弁シート３の反対方向に移動可能とされるように構成されている。

弁本体４と弁シート３とが、一体構成部品として構成されている。流入空間７が弁１の内部に配置されており、例えば蒸気のようなプロセス媒体が流入空間７の内部に流入可能とされる。さらに、弁１は流出空間８を備えている。最終的に、蒸気は流れ接続部９を介して蒸気タービン１０に供給される。弁１は、ターボ機械のために、特に蒸気タービン１０のために構成されている。

弁本体４は第１の圧力空間１１を有している。当該実施例では、第１の圧力空間１１は、第１の圧力空間１１が圧力ｐ_１で充填された場合に、弁コーン２が弁シート３に向かって移動するように構成されている。

弁本体４は、第２の圧力空間１２を有しており、第２の圧力空間１２は、第２の圧力空間１２が圧力ｐ_１で充填された場合に、弁コーン２が弁シート３から離隔する反対方向に向かって移動するように構成されている。

この場合には、弁コーン２は、図１で見ると上方に移動する。

プロセス媒体、特に蒸気は、概して圧力ｐ_１で流入空間７に存在している。

弁コーン２又は弁本体４は、流入空間７を第１の圧力空間１１に流通させている供給配管１３又は２０を有している。このために、弁コーン２の内部において流れ接続部が確立されており、流れ接続部は、例えば環状チャネルとして構成されており、回転対称軸線６に関して回転対称に延在している。当該実施例では、供給配管１３が、流入空間７に向かって外側に向かっている開口部１４を有している。

弁１は、圧力ｐ_０又はｐ_１で蒸気を第２の圧力空間１２に供給するための装置（詳細には図示しない）と、圧力ｐ_０で蒸気を第３の圧力空間１９に供給するための装置（詳細には図示しない）であって、弁コーン２が弁シート３に向かって移動する場合に第２の圧力空間１２が圧力ｐ_０で充填されるように構成されている装置とを有しており、圧力ｐ_０は圧力ｐ_１より小さい（ｐ_０＜ｐ_１）。

反対方向に、すなわち弁シートから離隔する方向に移動する場合には、第２の圧力空間１２が圧力ｐ_１で充填される。

弁コーン２のこのような移動を可能とするために、弁コーン２は、回転対称軸線６に関して管状に形成されており、弁コーン２は、端部側１５にステップ１６を有しており、上側ステップ１７及び下側ステップ１８は、端部側１５に配置されている。

弁本体４は、第３の圧力空間１９が圧力ｐ_０で充填された場合に、押圧力が弁シート３に向かって弁コーン２に作用するように構成されている第３の圧力空間１９を有している。

弁コーン２は、弁シート３（すなわち、回転対称軸線６）に向かって見ると、第１の圧力空間１１に突出した事実上の第１の圧力領域Ａ１を有している。

弁コーン２は、弁シート３から離隔する方向において、第２の圧力空間１２に突出した事実上の第２の圧力領域Ａ２を有している。

弁コーン２は、弁シート３に向かって見ると、第３の圧力空間１９に突出した事実上の第３の圧力領域Ａ３を有している。弁コーン２は、弁シート３から離隔する方向において、流入空間７に突出した事実上の第４の圧力領域Ａ４を有している。ここで、第１の圧力領域Ａ１が第２の圧力領域Ａ２より小さく、第１の圧力領域Ａ１が第４の圧力領域Ａ４より大きく、第１の圧力領域Ａ１と第３の圧力領域Ａ３との和が第２の圧力領域Ａ２より大きく、第１の圧力領域Ａ１と第３の圧力領域Ａ３との和が第２の圧力領域Ａ２と第４の圧力領域Ａ４との和に等しい（Ａ１＜Ａ２、Ａ１＞Ａ４、Ａ１＋Ａ３＞Ａ２、Ａ１＋Ａ３＝Ａ２＋Ａ４）という関係が成立する。このことは、第１の圧力空間（Ａ１）及び第４の圧力空間（Ａ４）において同一の圧力ｐ_１であり、第２の圧力空間（Ａ２）及び第３の圧力空間（Ａ３）において圧力ｐ_０であり、且つ、圧力ｐ_１が圧力ｐ_０より大きい（ｐ_１＞ｐ_０）場合に、第１の圧力領域Ａ１及び第３の圧力領域Ａ３全体の押圧力は、第２の圧力領域Ａ２及び第４の圧力領域Ａ４全体の押圧力より大きいので、弁コーン２は弁シート３に向かって移動され、弁１を閉じることができることを意味する。

さらに、このことは、第１の圧力空間（Ａ１）、第２の圧力空間（Ａ２）、及び第４の圧力空間（Ａ４）の圧力が同一の圧力ｐ_１であり、第３の圧力空間（Ａ３）の圧力が圧力ｐ_０であり、且つ、ｐ_１がｐ_０より大きい（ｐ_１＞ｐ_０）場合には、第２の圧力領域Ａ２及び第４の圧力領域Ａ４全体の押圧力が、第１の圧力領域Ａ１及び第３の圧力領域Ａ３全体の押圧力より大きいので、弁コーン２が弁シート３から離隔する方向に移動され、弁１を開くことができる。

その結果として、第３の圧力空間１９の内部における圧力が一定圧力ｐ_０であり、且つ、第１の圧力空間１１及び流入空間７における圧力が圧力ｐ_１である状態において、弁１は、第２の圧力空間１２の内部における圧力ｐ_１と圧力ｐ_０との間における圧力変動によってのみ、開閉可能とされる。

さらに、弁１は、第２の圧力空間１２の内部における圧力が圧力ｐ_１から圧力ｐ_０に降下し、且つ、流入空間７の内部における圧力が圧力ｐ_１である場合に、自動的に閉じられる。

弁コーン２は、急速に閉じられるように構成されている。

従って、上側ステップ１７が第３の圧力空間１９に割り当てられており、下側ステップ１８が第１の圧力空間１１に割り当てられている。

急速閉塞機能に加えて、アクチュエータ弁コーン５は、蒸気の流れを調整する機能も有している。

従って、本発明では、動作空間の様々な幾何学的形状と２つの熱力学的に相違する蒸気の状態を利用することとによって、弁１が、プロセス媒体が圧力ｐ_０及びｐ_１である場合に閉位置に維持され、圧力ｐ_１のプロセス媒体を第２の圧力空間１２の内部に狙い通りに供給することによって開放可能とされる。

１ 弁
２ 弁コーン
３ 弁シート
４ 弁本体
５ アクチュエータ弁コーン
６ 回転対称軸線
７ 流入空間
８ 流出空間
９ 流れ接続部
１０ 蒸気タービン
１１ 第１の圧力空間
１２ 第２の圧力空間
１３ 供給配管
１４ 開口部
１５ 端部側
１６ ステップ
１７ 上側ステップ
１８ 下側ステップ
１９ 第３の圧力空間
２０ 供給配管
Ａ１ 第１の圧力領域
Ａ２ 第２の圧力領域
Ａ３ 第３の圧力領域
Ａ４ 第４の圧力領域

Claims (11)

1. ターボ機械のための、特に蒸気タービン（１０）のための弁（１）であって、前記弁（１）が、弁コーン（２）と弁シート（３）とを備えており、前記弁コーン（２）が、前記弁コーン（２）が弁本体（４）の内部において前記弁シート（３）に対して相対的に移動可能とされるように構成されており、前記弁本体（４）が、第１の圧力空間（１１）が圧力ｐ_１で充填された場合に前記弁コーン（２）が前記弁シート（３）に向かって移動するように構成されている前記第１の圧力空間（１１）を有しており、前記弁本体（４）が、第２の圧力空間（１２）が圧力ｐ_１で充填された場合に前記弁コーン（２）が前記弁シート（３）から離隔する方向に移動するように構成されている前記第２の圧力空間（１２）を有しており、前記第１の圧力空間（１１）が、前記弁シート（３）に向かう前記弁コーン（２）の移動方向において見ると突出した事実上の第１の圧力領域（Ａ１）を有しており、前記第２の圧力空間（１２）が、前記弁シート（３）から離隔する前記弁コーン（２）の移動方向において見ると突出した事実上の第２の圧力領域（Ａ２）を有しており、Ａ１＜Ａ２が成立することを特徴とする弁（１）。
2. 前記弁（１）が、プロセス媒体を、特に蒸気を供給するための流入空間（７）を有しており、
   供給配管（１３）が、前記弁コーン（２）の内部に構成されており、又は、供給配管（２０）が、弁ハウジングの内部に構成されており、前記供給配管が、前記流入空間（７）を前記第１の圧力空間（１１）に流通させていることを特徴とする請求項１に記載の弁（１）。
3. 前記弁（１）が、蒸気を前記第２の圧力空間（１２）に供給するための装置であって、前記弁コーン（２）が前記弁シート（３）に向かって移動する場合に、前記第２の圧力空間（１２）が圧力ｐ_０で充填されるように構成されている前記装置を有しており、圧力ｐ_０＜圧力ｐ_１とされることを特徴とする請求項１又は２に記載の弁（１）。
4. 装置が、前記弁コーン（２）が前記弁シート（３）から離隔するように移動する場合に、前記第２の圧力空間（１２）が圧力ｐ_１で充填されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の弁（１）。
5. 前記弁本体（４）が、第３の圧力空間（１９）が圧力ｐ_０で充填された場合に、押圧力が前記弁シート（３）に向かって前記弁コーン（２）に作用されるように構成されている前記第３の圧力空間（１９）を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれ一項に記載の弁（１）。
6. 前記弁コーン（２）が、管状に形成されており、
   前記弁コーン（２）が、端部側にステップを有しており、
   上側ステップが、第３の圧力空間（１９）に割り当てられており、
   下側ステップが、前記第１の圧力空間（１１）に割り当てられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁（１）。
7. アクチュエータ弁コーンが、蒸気の流れを調整するように構成されており、前記弁コーン（２）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の弁（１）。
8. 前記弁（１）が、急速閉塞弁として構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の弁（１）。
9. 第３の圧力空間（１９）が、前記弁シート（３）に向かう前記弁コーン（２）の移動方向において、突出した事実上の第３の圧力領域（Ａ３）を有しており、Ａ１＋Ａ３＞Ａ２とされることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の弁（１）。
10. 前記弁コーン（２）が、流入空間（７）の内部における前記弁シート（３）から離隔する前記弁コーン（２）の移動方向において突出した事実上の第３の圧力領域（Ａ４）を有しており、Ａ１＋Ａ３＝Ａ２＋Ａ４とされることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の弁（１）。
11. Ａ１＞Ａ４とされることを特徴とする請求項１０に記載の弁（１）。

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