JP5898542B2 - 弁及びそれを用いた発電プラント及び弁の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、摺動部に硬化層を接合した弁及びそれを用いた発電プラント、特に原子力又は火力発電プラントに関する。
火力発電プラントや原子力発電プラントの配管に設置されている弁の弁体および弁座には開閉による摩耗を抑制するため、シール部に高硬度合金を肉盛した硬化層が形成されている（特許文献１）。しかし、弁の閉鎖時に片当たりが生じると局部的に面圧が負荷されるため、硬化層に割れが発生することが懸念されている。
このような課題に対し、現状では弁座をゴム製にする（特許文献２）、弁棒にスプリングを設ける（特許文献３）等の特許提案が成されている。
弁を構成する部品を交換する場合、弁体は駆動部を分解し、弁棒と一緒に引き抜けばよいが、弁座は弁箱に直接溶接されているため、交換は弁座の方が困難である。特許文献３の手法は弁棒側の改善であるが、交換工事の簡便化を考慮すると弁座側の剛性改善が好ましい。
そこで本発明は、弁座の剛性を低減させることによって、弁を閉じた際にシール部に負荷される面圧を均一化し、片当たりを防ぐことで硬化層における割れの発生を抑制する弁及びそれを用いた発電プラントを提供することを目的とする。
そこで本発明は、弁座の剛性を低減させることによって、弁を閉じた際にシール部に負荷される面圧を均一化し、片当たりを防ぐことで硬化層における割れの発生を抑制する弁及びそれを用いた発電プラントを提供することを目的とする。
本発明に係る弁は、弁箱内に弁体と弁座とを備えた弁において、この弁座の弁体と対向する位置には硬化層が純Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｔｉ合金、Ｍｇ合金から選ばれる軟質層を介して形成され、この硬化層が弁体との摺動面を形成していることを特徴とする。
また、本発明に係る発電プラントは、水蒸気又は高温水が循環する循環系統内に弁を有す
る機器が配置された発電プラントにおいて、前記弁は、弁箱内に弁体と弁座とを備えた弁
であって、この弁座の弁体と対向する位置には硬化層が純Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｔｉ合金、
Ｍｇ合金から選ばれる軟質層を介して形成され、この硬化層が弁体との摺動面を形成して
いることを特徴とする。
さらに、本発明に係る弁の製造方法は、硬化層を熱間等方加圧またはプレス焼結によっ
て製作される焼結体を用いること、また、軟質層と硬化層および軟質層と弁座がロウ付け
または拡散接合によって接合されることを特徴とする。
る機器が配置された発電プラントにおいて、前記弁は、弁箱内に弁体と弁座とを備えた弁
であって、この弁座の弁体と対向する位置には硬化層が純Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｔｉ合金、
Ｍｇ合金から選ばれる軟質層を介して形成され、この硬化層が弁体との摺動面を形成して
いることを特徴とする。
さらに、本発明に係る弁の製造方法は、硬化層を熱間等方加圧またはプレス焼結によっ
て製作される焼結体を用いること、また、軟質層と硬化層および軟質層と弁座がロウ付け
または拡散接合によって接合されることを特徴とする。
本発明に係る弁及びそれを用いた発電プラントによれば、弁体と弁座の摺動面の片当たりを抑制でき、摺動面に形成した硬化層の割れを抑制することができる。
（実施例１）
以下、本発明の実施の形態の実施例１における弁の構成を図１および図２を参照して説明する。
以下、本発明の実施の形態の実施例１における弁の構成を図１および図２を参照して説明する。
図１は本発明の実施例１における弁の要部を示す縦断面図であり、図２（ａ）は図１に示した弁座の縦断面図、図２（ｂ）は弁座の正面図、図３は弁座と硬化層、軟質層との整合部を示す要部拡大図である。
本発明の実施例１において、弁１は弁箱２を有しており、この弁箱２内には弁座３が配置されている。さらに、この弁箱２内には弁棒４が連結された弁体５が配置され、この弁体５を挿脱させることによって弁１を閉動作および開動作させる構造になっている。
この弁座３の弁体５と対向する位置には図２に示すように硬化層６が軟質層７を介して形成され、この硬化層６が弁体５との摺動面を形成している。
弁座３はその弁座３の内側にリング設置用溝８が形成されており、このリング設置用溝８に予め製作した硬化層６および軟質層７が接合されたリングをはめ込む構造となっている。このような構造とすることによって、弁１の弁体５の開閉に伴い弁座３に負荷されるモーメントによる硬化層６および軟質層７と弁座３との剥離を防ぐことができる。
硬化層６は熱間等方加圧（ＨＩＰ）を用いて製作したＣｏ基合金（ステライトNO．６）の粉末焼結体、軟質層７は耐熱温度２８８〜３００℃のフッ素ゴムとし、軟質層７、硬化層６、弁座３はそれぞれリング設置用溝８で加硫接着によって接合されている。
なお、ステライトNO．６の化学成分は、Ｃ：１．０〜１．１Ｗ％、Ｓｉ１．１〜１．３Ｗ％、Ｃｒ：２７〜２９Ｗ％、Ｗ：４．５〜５．５Ｗ％、Ｆｅ：０．３〜０．５Ｗ％、Ｃｏ：残部である。また、硬化層６の材料はＮｉ基合金またはＦｅ基合金を用いてもよく、製造方法はプレス焼結でも構わない。
なお、Ｎｉ基合金は、重量で、Ｃ１％以下、好ましくは０.２〜０.５％、Ｓｉ７％以下，Ｃｒ７〜２０％，Ｗ５％以下、好ましくは０.５ 〜２％、Ｂ３．５％以下を含むものが好ましい。
なお、Ｎｉ基合金は、重量で、Ｃ１％以下、好ましくは０.２〜０.５％、Ｓｉ７％以下，Ｃｒ７〜２０％，Ｗ５％以下、好ましくは０.５ 〜２％、Ｂ３．５％以下を含むものが好ましい。
また、Ｆｅ基合金は、重量で、Ｃ１.５以下、好ましくは０.３〜１.０％、Ｓｉ４％以下、好ましくは０.５〜３％、Ｃｒ１５〜２７％，Ｍｏ８％以下、好ましくは０.５ 〜２％を含むものが好ましい。
さらに、軟質層７を耐熱温度２８８〜３００℃のフッ素ゴムとしたのは、火力発電プラントや原子力発電プラントの配管内を流れる流体の温度を鑑みて設定したものである。
このように構成された実施例１において、弁体５を降ろし、弁座３に密着させると弁１が閉鎖される。この際、弁体５および弁座３の摺動面に面圧が負荷されるが、軟質層７が弁体５の形状に合わせて弾性変形するため、摺動面に負荷される面圧が均一化される。
この結果、弁体５と弁座３の摺動面の片当たりを抑制でき、摺動面に形成した硬化層６の割れを抑制することができる。
この結果、弁体５と弁座３の摺動面の片当たりを抑制でき、摺動面に形成した硬化層６の割れを抑制することができる。
（実施例２）
以下、本発明の実施例２における弁について図１および図２を参照して説明する。
以下、本発明の実施例２における弁について図１および図２を参照して説明する。
本実施例は、実施例１で用いた軟質層７を金属材料とした例である。
本発明の実施例２においては、硬化層６はガス溶接により肉盛されたＣｏ基合金（ステライトＮｏ．６）、軟質層７はチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）とし、弁座３と軟質層７はロウ付けによって接合されている。なお、軟質層７に純Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｔｉ合金、Ｍｇ合金を用いても同様の効果が得られる。また、弁座３と軟質層７の接合には拡散接合を用いても構わない。
このように構成された実施例２において、弁体５を降ろし、弁座３に密着させると弁１が閉鎖される。この際、弁体５および弁座３の摺動面に面圧が負荷される。軟質層７のチタン合金はヤング率が１１３ＧＰａであり、ステライトＮｏ．６や弁座３より高いため弁体５の形状に合わせて軟質層７が変形し、これによって摺動面に負荷される面圧が均一化される。
この結果、弁体５と弁座３の摺動面の片当たりを抑制でき、摺動面に形成した硬化層６の割れを抑制することができる。
このように構成された実施例２において、弁体５を降ろし、弁座３に密着させると弁１が閉鎖される。この際、弁体５および弁座３の摺動面に面圧が負荷される。軟質層７のチタン合金はヤング率が１１３ＧＰａであり、ステライトＮｏ．６や弁座３より高いため弁体５の形状に合わせて軟質層７が変形し、これによって摺動面に負荷される面圧が均一化される。
この結果、弁体５と弁座３の摺動面の片当たりを抑制でき、摺動面に形成した硬化層６の割れを抑制することができる。
（実施例３）
以下に、本発明の実施例３における弁の構成を図１および図２を参照して説明する。
以下に、本発明の実施例３における弁の構成を図１および図２を参照して説明する。
本実施例は上記の実施例１、実施例２の軟質層７をベローズ構造としたものである。
本発明の実施例３の硬化層６はガス溶接により肉盛されたＣｏ基合金、軟質層７はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製のベローズ管とし、弁座３と軟質層７、軟質層７と硬化層６はそれぞれ溶接によって接合されている。
このように構成された実施例３において、弁体５を降ろし、弁座３に密着させると弁１が閉鎖される。この際、弁体５および弁座３の摺動面に面圧が負荷されるが、軟質層７のチタン合金が弁体５の形状に合わせて弾性変形をするため、摺動面に負荷される面圧が均一化される。
この結果、弁体５と弁座３の摺動面の片当たりを抑制でき、摺動面に形成した硬化層６の割れを抑制することができる。
この結果、弁体５と弁座３の摺動面の片当たりを抑制でき、摺動面に形成した硬化層６の割れを抑制することができる。
（実施例４）
以下に、本発明の実施例４における弁の構成を図４を参照して説明する。
以下に、本発明の実施例４における弁の構成を図４を参照して説明する。
図４は、本発明に係る逆止弁の要部を示す縦断面図である。図４において、逆止弁９の弁体５に接する弁座３について、図２と同様に硬化層６が軟質層７を介して形成されている。
このように構成された実施例４において、弁体５を降ろし、弁座３に密着させると逆止弁９が閉鎖される。この際、弁体５と弁座３の接する面に面圧が負荷されるが、軟質層７が弁体５の形状に合わせて弾性変形をするため、接する面に負荷される面圧が均一化される。
この結果、弁体５と弁座３の接する面の片当たりを抑制でき、面に形成した硬化層６の割れを抑制することができる。
この結果、弁体５と弁座３の接する面の片当たりを抑制でき、面に形成した硬化層６の割れを抑制することができる。
なお、本実施例１から４は例示したものであり、実施例１から４を適宜選択して採用することができるのは勿論である。
（実施例５）
図５は実施例１から４に記載の仕切弁及び逆止弁を給水系に用いた原子力発電プラントの配管系統図である。一次冷却材が循環する配管系統には、図示を省略したが多くの弁が使用されており、これらの弁に実施例１から４に記載の本発明の弁が適用される。
図５は実施例１から４に記載の仕切弁及び逆止弁を給水系に用いた原子力発電プラントの配管系統図である。一次冷却材が循環する配管系統には、図示を省略したが多くの弁が使用されており、これらの弁に実施例１から４に記載の本発明の弁が適用される。
図５の原子力発電プラントにおいて、一次冷却材は、原子炉圧力容器１４で熱せられ、高温高圧蒸気となって主蒸気管１５を通って、高圧夕一ビン１８へ導入される。次いで、高圧タービン１８からの排出した蒸気は低圧夕一ビン１９に導入され、発電機２０を駆動する。高圧タービン１８及び低圧夕一ビン１９からの排出蒸気は、主復水器１０を経た後、本発明の弁を多数有する給水系６により給水ポンプ３０、高圧給水加熱器３１を経て給水管４９を通って原子炉圧力容器１４に復水する。
図５には他に、冷却材浄化系熱交換器４５、給水加熱器４７、再循環系配管４８、主蒸気復水器２６、ほう酸水注入系（ＳＬＣ）タンク１１、ＳＬＣポンプ１２、原子炉格納容器１３、給水管１６、湿分分離器１７、主変圧器２１、排気筒２２、オフガス処理系２３、空気抽出器２４、低圧復水ポンプ２５、復水貯蔵槽２７、復水ろ過装置２８、復水脱塩装置２９、制御棒駆動系３２、熱交換器３３、熱交換器３８、ろ過脱塩器３４、原子炉隔離時冷却系ポンプ３５、高圧復水ポンプ３６を示している。
よって実施例５においては、原子力発電プラント内の弁に実施例１から４に記載の仕切弁及び逆止弁を適用したので原子力発電プラント内の弁の延命に効果がある。
また、本発明の仕切り弁や逆止弁のみならず、安全弁，玉型弁等の弁座部の摺動部、当接部に適用することで、弁の信頼性を向上させる効果がある。
さらに、実施例５においては原子力発電プラントの例で示したが、火力発電プラント等、高温の蒸気を使用して発電する発電プラントにも使用することができる。
１・・・弁、２・・・弁箱、３・・・弁座、４・・・弁棒、５・・・弁体、６・・・硬化層、７・・・軟質層、８・・・リング設置用溝、９・・・逆止弁。
Claims (7)
- 弁箱内に弁体と弁座とを備えた弁において、この弁座の弁体と対向する位置には硬化層
が純Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｔｉ合金、Ｍｇ合金から選ばれる軟質層を介して形成され、この
硬化層が弁体との摺動面を形成していることを特徴とする弁。 - 前記硬化層は、Ｃｏ基合金、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金から選ばれることを特徴とする請
求項１記載の弁。 - 前記硬化層は熱間等方加圧またはプレス焼結によって製作された焼結体であることを特
徴とする請求項１または２記載の弁の製造方法。 - 前記弁座にはリング設置用溝が形成され、このリング設置用溝に軟質層と硬化層を接合
したリングをはめ込むことによって構成されることを特徴とする請求項１から２のいずれ
か１項記載の弁。 - 前記軟質層と前記硬化層および前記軟質層と前記弁座がロウ付けまたは拡散接合によっ
て接合されることを特徴とする請求項１、２または４のいずれか１項記載の弁の製造方法
。 - 原子炉炉水の循環系統内又は、原子炉炉水と接触する機器が配置された原子力発電プラ
ントにおいて、前記機器に設置される弁は請求項１、２または４のいずれかに記載の弁か
らなることを特徴とする原子力発電プラント。 - 水蒸気又は高温水が循環する循環系統内に弁を有する機器が配置された発電プラントに
おいて、前記弁は請求項１、２または４のいずれかに記載の弁からなることを特徴とする
発電プラント。
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