JP6596359B2

JP6596359B2 - 流量調節弁

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Publication number: JP6596359B2
Application number: JP2016034873A
Authority: JP
Inventors: 泰八木; 英己沼上; 航太長澤; 雅宏阿部
Original assignee: Ａｂｂ日本ベーレー株式会社
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: JP2017150612A

Description

本発明は、石炭火力発電所向け起動弁等に用いて好適な流量調節弁に関する。

従来、流量調節弁では、弁体のシート面が弁座の座面に対して接離するように移動可能にされ、該弁体のシート面下部に形成されている先端突部が該弁座の座面との間に形成する最小絞り部の流路面積を調整可能にするに際し、弁体の先端突部として、弁体の弁中心軸を含む断面視で直線により形成された凸状をなすものが採用されている。

ところで、石炭火力発電所のタービンバイパス弁に用いられる流量調節弁は、超高温高圧流体の流量、圧力を制御するものであり、非常に過酷な使用条件にさらされる。このような流量調節弁において、弁体として従来の先端突部を採用したものにあっては、流体が最小絞り部を通過するときに激しい振動、騒音を生ずるという不都合があり、弁体及び弁座の構造に対策を行なう必要があった。

一方、流量調節弁において、振動、騒音を低減できるものとして、特許文献１に記載の如く、弁体の周囲に該弁体を摺動可能に支持するケージが同軸的に設けられ、このケージには流体流線が下向きの流出角を形成する小孔が穿設され、該弁体のシート面上部には、該シート面よりケージ内面側に張り出る状態で、上記小孔から流出する流体噴流を下向きに案内する噴流案内面が形成されてなるものが提案されている。この流量調節弁にあっては、弁室内に流入した流体が弁体により閉塞されていないケージの小孔において流量を制御されるとともに、噴流案内面の作用によって小孔からの噴出方向を水平から下向き方向に曲げられ、弁体のシート面に当たることがない円滑な流れを形成され、出口流路の側に排出されることになる。これにより、制御時における激しい振動、騒音を低減しようとするものである。

特許第2743273号公報

しかしながら、特許文献１に記載のケージを備えた流量調節弁を、例えば温度700℃、圧力26MPa以上の超高温高圧蒸気条件下で使用しようとするときには、以下の問題点が考えられる。

(1)製作上の問題
ケージの構成材料として耐熱性と高強度を備えた例えばニッケル合金等の切削性が悪い難加工材を用いる必要がある。このような難加工材からなるケージに下向き流出角を備えた多数の小孔を穿設するドリル加工では、ドリルの折損を回避するために加工速度を下げる必要があるし、頻繁なドリル交換も必要になり、加工コストが嵩む等の多大な困難を伴なう。

(2)流量制御に伴なう熱応力の問題
流量調節弁では、最小絞り部の流路面積を調整して流量制御するに際し、最小絞り部を通過する流体は外部からの熱の授受がない状態では等エンタルピー変化で流れ、最小絞り部を境にした入口流路側に対する出口流路側で流体の温度低下と圧力低下を生じる。ケージを備えた流量調節弁では、弁体により閉塞されていないケージの小孔が最小絞り部となり、小孔を境にしたケージの外面側（入口流路側）に対する内面側（出口流路側）で流体の温度低下と圧力低下を生じる。この結果、ケージの外面と内面との間に温度差を生じ、ケージの内面に熱応力を生じる。例えば入口流路側の蒸気が温度700℃、圧力26MPa、エンタルピーが3776KJ/kgとし、出口流路側の蒸気が1MPaまで圧力低下すると、出口流路側の蒸気の温度は634℃まで急冷され、ケージの内面には熱衝撃に起因する最大熱応力を生じる。また、ケージの内面の小孔出口縁部は形状的に応力集中を引き起こし易く、割れを生じ易い。

本発明の課題は、超高温高圧流体の温度、圧力を制御する流量調節弁において、製作性を向上し、流量制御に伴う熱応力の発生を抑制しながら、流体が最小絞り部を通過するときの振動、騒音を低減することにある。

請求項１に係る発明は、入口流路及び出口流路を備えるとともに、入口流路と出口流路の交差部に弁室を備える弁箱と、弁箱の弁室に臨む位置に設けられる弁座と、弁箱に設けられる弁体ガイドと、弁箱の弁室内に設けられ、弁体ガイドに支持される弁体とを有し、弁体のシート面が弁座の座面に対して接離するように移動可能にされ、該弁体のシート面下部に形成されている先端突部が該弁座の座面との間に形成する最小絞り部の流路面積を調整可能にし、該弁座がその座面から出口流路に向けて拡開する開き流路を備える流量調節弁であって、前記最小絞り部の流路面積を調整可能にする弁体の先端突部が、シート面側にクロソイド原点があるクロソイド曲線により形成されてなり、前記弁室内における弁体の周囲に該弁体と同軸をなし、該弁体の外周との間に一定間隙を介する環状流路を形成する整流筒を設け、整流筒は入口流路から環状流路に入る流体が通る多数の小孔を備えてなるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記整流筒が弁体ガイドの先端に連結されてなるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、入口流路及び出口流路を備えるとともに、入口流路と出口流路の交差部に弁室を備える弁箱と、弁箱の弁室に臨む位置に設けられる弁座と、弁箱に設けられる弁体ガイドと、弁箱の弁室内に設けられ、弁体ガイドに支持される弁体とを有し、弁体のシート面が弁座の座面に対して接離するように移動可能にされ、該弁体のシート面下部に形成されている先端突部が該弁座の座面との間に形成する最小絞り部の流路面積を調整可能にし、該弁座がその座面から出口流路に向けて拡開する開き流路を備える流量調節弁であって、前記最小絞り部の流路面積を調整可能にする弁体の先端突部が、シート面側にクロソイド原点があるクロソイド曲線により形成されてなるようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において更に、前記弁座がその座面から出口の側に向けて4度乃至6度の開き角度をなして拡開する開き流路を備えるとともに、前記出口流路が出口の側に向けて19度乃至21度の開き角度をなして拡開してなるようにしたものである。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに係る発明において更に、前記弁座が、ニッケル合金により形成され、座面及び開き流路の表面にコバルト系合金を肉盛溶接されてなるようにしたものである。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに係る発明において更に、前記弁体が、ニッケル合金により形成され、弁体ガイドに支持される部分、シート面及び先端突部の表面にコバルト系合金を肉盛溶接されてなるようにしたものである。

（請求項１）
(a)弁体のシート面下部に形成されている先端突部が弁座の座面との間に形成する最小絞り部の流路面積を調整して流量制御するに際し、この最小絞り部を弁体の先端突部を用いて形成した。

最小絞り部を形成するために、小孔を備えたケージを用いるものでなく、先端突部を備えた弁体を用いるものであり、加工容易で加工コストを低減し、製作性を向上できる。

最小絞り部を形成する弁座に摩耗の補修が必要になったとき、弁座が小孔を備えたケージに設けられるものでなく、補修のための肉盛溶接に起因する小孔縁部の割れ等を生ずるおそれがないから、補修も容易になる。

(b)流量調節弁において、最小絞り部を境にした入口流路側に対する出口流路側で流体の温度低下と圧力低下を生じる現象は不可避であるものの、最小絞り部を形成するために、この最小絞り部を境にする入口流路側と出口流路側との間に生じる温度差による熱応力や、応力集中を引き起こし易い小孔を備えたケージを用いるものでないから、流量制御に伴なう熱応力や、応力に集中に起因する割れの発生を抑制できる。

(c)本発明者の実験結果によれば、最小絞り部を形成する弁体の先端突部をクロソイド曲線によって形成したことにより、流体が最小絞り部を通過するときの振動、騒音を低減できることを認めた。

(d)本発明者の実験結果によれば、弁室内における弁体の周囲に該弁体と同軸をなし、該弁体の外周との間に一定間隙を介する環状流路を形成する整流筒を設け、整流筒は入口流路から環状流路に入る流体が通る多数の小孔を備えてなるものにしたことにより、流体が最小絞り部を通過するときの振動、騒音を低減できることを認めた。即ち、入口流路から弁室内に到達した流体は、整流筒の各小孔を通過して整流され、環状流路内で弁体の全周囲から該弁体の中心に向かう流れとなって、弁体の先端突部まわりの最小絞り部に円滑に流入して流量を制御され、出口流路の側に排出される。従って、入口流路から弁室内の最小絞り部を通って出口流路に排出される流体が、整流筒の整流作用によって円滑に下方に流れ、振動、騒音を低減できる。

ここで、整流筒は最小絞り部を形成するものでなく、下向きの流出角を形成する多数の小孔を備えたケージと異なり、加工上の多大な困難性、及び流量制御に伴なう熱応力の問題を招来することがない。

（請求項３）
前述(a)乃至(c)の作用効果を奏する。

（請求項２）
(e)前記整流筒が弁体ガイドの先端に連結されてなるものとすることにより、流量調節弁の部品点数を削減し、組立性を向上できる。

（請求項４）
(f)前記弁座がその座面から出口の側に向けて4度乃至6度の開き角度をなして拡開する開き流路を備えるとともに、前記出口流路が出口の側に向けて19度乃至21度の開き角度をなして拡開してなるものとすることにより、入口流路から弁室内の最小絞り部を通って出口流路に排出される流体の流れを一層円滑にし、流体が最小絞り部を通過するときの振動、騒音を一層低減できる。

（請求項５）
(g)流量調節弁として、流体が流れる最初の段階で蒸気に水滴が混じる場合があり、この水滴が加熱されて高速流れとなり、弁座や弁体に衝突すると侵食現象（エロージョン）を引き起こす。本発明では、弁座の母材として高温強度を有するニッケル合金を採用し、弁座の座面及び開き流路の表面に侵食に強く、ニッケル合金と熱膨張係数が近い、2乃至3mm厚みのコバルト系合金からなる肉盛溶接を施し、侵食の程度を最小限にした。ニッケル合金とコバルト系合金は熱膨張係数が近いので流量調節弁を通過する流体に急激な温度変化を生じた場合でも、母材と肉盛溶接部は同じように膨張、収縮し、肉盛溶接後の熱衝撃による肉盛溶接部の割れを防止した。

（請求項６）
(h)弁体についても、弁座におけると同様にして侵食を防止するため、弁体の弁体ガイドに支持される部分、シート面及び先端突部のニッケル合金からなる母材の表面に2乃至3mm厚みのコバルト系合金の肉盛溶接部を形成した。

また、弁体ガイドもニッケル合金によって形成されたとき、弁体と弁体ガイドとが同一金属面同士の接触でかじりを生ずることのないように、弁体の弁体ガイドに支持される部分の表面に2乃至3mm厚みのコバルト系合金の肉盛溶接部を施し、かじりの防止を図った。

図１は流量調節弁を示す断面図である。図２は図１の大気シール部を拡大して示す断面図である。図３は図１の流量制御部を拡大して示す断面図である。図４は弁体のクロソイド曲線からなる先端突部を示す模式図である。図５は弁座の肉盛溶接部を示す模式図である。図６は弁棒及び弁体の肉盛溶接部を示す模式図である。図７は実施例１に係る流量調節弁の流量試験結果を示す模式図である。図８は実施例２に係る流量調節弁の流量試験結果を示す模式図である。図９は実施例３に係る流量調節弁の流量試験結果を示す模式図である。図１０は比較例１に係る流量調節弁の流量試験結果を示す模式図である。

流量調節弁１００は、図１乃至図３に示す如く、フローツークローズ構造からなり、弁箱１０、弁座２０、弁体ガイド３０、弁棒４０、弁体５０を有して構成される。流量調節弁１００は、温度700℃、圧力26MPa以上の蒸気条件下でも使用可能にされるものであり、弁箱１０、弁座２０、弁体ガイド３０、弁棒４０及び弁体５０を含む弁構成部品がニッケル合金によって構成されている。

尚、本明細書において、「上」は弁中心軸Ｃに沿う弁体ガイド３０の側を言い、「下」は弁中心軸Ｃに沿う弁座２０の側を言う。

弁箱１０は、入口流路１１及び出口流路１２を備える。入口流路１１は弁中心軸Ｃに直交する方向に延在される丸孔状をなし、出口流路１２は弁中心軸Ｃと同軸をなして延在される丸孔状をなす。入口流路１１と出口流路１２が直交する交差部には、弁中心軸Ｃと同軸をなす円環状の弁室１３を備える。

弁座２０は、概ね円筒状をなし、弁箱１０の弁中心軸Ｃと同軸をなす弁座装填孔１４に、弁室１３の側から出口流路１２に向けて装填され、弁中心軸Ｃと同軸をなすとともに、弁室１３に臨む位置に上端面が位置付けられる。弁座２０は、弁室１３に臨む上端面の内周角部に座面２１を備えるとともに、座面２１から出口流路１２に向けて延在される開き流路２２を備える。弁座２０は、外周の軸方向中間部にフランジ２３を備え、フランジ２３より下部を弁座装填孔１４の小径孔部１４Ａに装填され、フランジ２３及びその上部を弁座装填孔１４の大径孔部１４Ｂに装填される。弁座２０は、このフランジ２３が大径孔部１４Ｂに螺着されるナット２４により小径孔部１４Ｂと大径孔部１４Ｂの境の段差状肩部１４Ｃに挟圧されて弁箱１０に固定的に設けられる。

弁体ガイド３０は、長尺の概ね円筒状をなし、弁箱１０の弁中心軸Ｃと同軸をなすガイド装填孔１５に装填され、弁中心軸Ｃと同軸をなすとともに、弁室１３に臨む位置に下端面が位置付けられる。弁体ガイド３０は、外周の軸方向中間部にフランジ３１を備え、フランジ３１より下部をガイド装填孔１５の小径孔部１５Ａに装填され、フランジ３１及びその上部をガイド装填孔１５の大径孔部１５Ｂに装填される。弁体ガイド３０は、このフランジ３１が大径孔部１５Ｂに螺着されるナット３２により小径孔部１５Ａと大径孔部１５Ｂの境の段差状肩部１５Ｃに挟圧されて弁箱１０に固定的に設けられる。

ここで、弁箱１０のガイド装填孔１５（大径孔部１５Ｂ）と弁体ガイド３０におけるフランジ３１の直上部との間隙には、大気シール部６０Ａとなるパッキン６０が装填されている。パッキン６０は、ナット３２により押圧された押えリング３３によって弁体ガイド３０のフランジ３１に挟圧される。

弁棒４０と弁体５０は長尺の丸棒状をなして軸方向に一体をなす。基端側（上端側）の小径状弁棒４０と、先端側（下端側）の大径状弁体５０とが、弁体ガイド３０における弁中心軸Ｃ上に設けた弁体装填孔３４を貫通して弁室１３内にまで装填され、弁室１３内に位置する先端側（下端側）に弁体５０を備える。弁体５０は、弁体ガイド３０の弁体装填孔３４に摺動可能に支持される。また、弁体ガイド３０は、弁体装填孔３４を上端側で拡径した拡径部３４Ａにガイド部３５を装填して備え、弁棒４０をガイド部３５に摺動可能に支持する。

ここで、弁体ガイド３０の弁体装填孔３４（拡径部３４Ａ）に装填したガイド部３５の直上部で、弁棒４０と拡径部３４Ａとの間には、大気シール部７０Ａとなるパッキン７０が装填される。パッキン７０は、弁体ガイド３０の上端面に植設されたボルト／ナット３６に支持されたパッキンフランジ３７により押圧された押えリング３８によってガイド部３５に挟圧される。

弁体５０は、弁体ガイド３０に支持される部分５３を弁棒４０の先端（下端）に一体に結合された構造において、該弁体ガイド３０に支持される部分５３の先端に円環状シート面５１を形成して備え、このシート面５１を弁座２０の座面２１に接離される。更に、弁体５０は、シート面５１の下部に弁中心軸Ｃと同軸をなして凸状に突出する先端突部５２を形成して備える。

流量調節弁１００は、弁箱１０の弁室１３内に配置された弁座２０と弁体５０によって、流量制御部８０となる最小絞り部８１を形成する。即ち、電気式アクチュエータによって弁棒４０を軸方向に上下動させることにより、弁体５０のシート面５１が弁座２０の座面２１に対して接離するように移動可能にされ、該弁体５０のシート面５１の下部に形成されている先端突部５２が該弁座２０の座面２１との間に形成する最小絞り部８１の流路面積を調整し、ひいては流体の流量、圧力を制御可能にする。

しかるに、流量調節弁１００にあっては以下の特徴的構成を具備する。
(A)弁体５０に形成した先端突部５２の形状
流量調節弁１００は、図３、図４に示す如く、弁体５０の先端突部５２がクロソイド曲線により形成される。

ここで、クロソイド曲線上の任意の点Ｐにおけるクロソイドの曲率半径をＲ、クロソイド原点ＯからＰ点までの曲線長をＬとするとき、ＲとＬの積は一定となり、クロソイドの基本式ＲＬ＝Ａ²（Ａは長さの次元をもつ定数であり、「クロソイドパラメータ」と呼ばれる）が成立する。クロソイド曲線上の任意の点ＰのＸ、Ｙ座標値（Ｘ，Ｙ）は、Ｒ、Ｌの式として求めることができる。

(B)整流筒９０
流量調節弁１００は、図３に示す如く、円筒状の整流筒９０を備える。

整流筒９０は、弁室１３内における弁体５０の周囲に該弁体５０と同軸をなすように設けられ、弁体５０の外周との間に一定間隙を介する円環状流路９２を形成する。整流筒９０は、全周に渡る多数の点のそれぞれに小孔９１を穿設して備え、入口流路１１から弁室１３に流入した流体を各小孔９１から円環状流路９２に導入する。整流筒９０の各小孔９１は、整流筒９０の軸方向に沿う複数位置、かつ整流筒９０の周方向に沿う多数位置のそれぞれに設けられ、弁中心軸Ｃに直交する整流筒９０の半径方向に沿うように穿設される。これにより、入口流路１１から弁室１３に流入した流体は、弁体５０を囲む整流筒９０の全周囲に設けた各小孔９１から弁体５０の外周に直交する流線を付与されるように整流されて弁体５０の周囲の円環状流路９２に円滑に導入された後、弁体５０におけるシート面５１の下部に形成した先端突部５２が弁座２０の座面２１との間に形成する円環状の最小絞り部８１の周方向各部に均等に分配され、弁座２０の開き流路２２を経て安定的に出口流路１２の側に流下するものになる。

ここで、整流筒９０は弁体ガイド３０の先端に一体に連結される。即ち、整流筒９０は、弁体ガイド３０の外径と同一径をなす外径と、弁体ガイド３０の内径より大径をなす内径を備える円筒状をなし、同じく円筒状をなす弁体ガイド３０と同軸をなしてその下端面に連続するように削り出され、該弁体ガイド３０に一体をなすように設けられる。整流筒９０は、弁体ガイド３０に対する反対側の下端部において内径をつぼめられ、弁座２０の上端面側の外周部にこの内径を嵌合し、その下端面を弁座２０のための前述の固定ナット２４に押し当てられる。

(C)弁座２０の開き流路２２の開き角度
弁座２０の開き流路２２は、後述する実施例１、２の如く、その座面２１から出口流路１２の側に向けて4度乃至6度、より好ましくは5度の開き角度をなして拡開される。

弁座２０の開き流路２２は、後述する実施例３の如く、その座面２１から出口流路１２の側に向けて、まず１.5度乃至3.5度、より好ましくは2.5度の開き角度をなして拡開され、続いて5.5度乃至7.5度、より好ましくは6.5度の開き角度をなして拡開されるように、２段階状に拡開されても良い。

(D)弁座２０の開き流路２２の開き角度
出口流路１２は、後述する実施例１乃至３の如く、出口の側に向けて19度乃至21度、より好ましくは20度の開き角度をなして拡開される。

(E)弁座２０の肉盛溶接部（図５）
弁座２０は、ニッケル合金を母材として形成され、座面２１及び開き流路２２の表面にコバルト系合金（商品名：ステライト）からなる肉盛溶接部２０Ｓが形成される。

(F)弁体５０の肉盛溶接部（図６）
弁体５０は、弁棒４０とともにニッケル合金を母材として形成されており、弁体ガイド３０に支持される部分５３、シート面５１及び先端突部５２の表面にコバルト系合金（商品名：ステライト）からなる肉盛溶接部５０Ｓが形成される。

尚、弁棒４０はガイド部３５と押えリング３８により摺動可能に支持される。これらのガイド部３５と押えリング３８の内周面には、弁棒４０とのかじりを防止するために、コバルト系合金（商品名：ステライト）からなる肉盛溶接部３５Ｓ、３８Ｓが形成される。

以下、流量調節弁１００に係る各実施例の流量試験結果について説明する（図７乃至図１０）。

図７乃至図１０に示した流量調節弁１００の実施例１乃至３、比較例１に係る各縮小モデルを用い、揚程25.5ｍ、吐出量1.8ｍ³／分のポンプが圧送する水（入口温度28℃、入口圧力270kPa）を各モデルに流し、各モデルの入口圧力Ｐ1と出口圧力のＰ2の差圧

を横軸にとり、弁箱相当部の外面に設けた加速度計により測定した加速度αを横軸にとった、図７乃至図１０に示す如くの振動線図を得た。図７乃至図１０において、各測定点の％値は測定時点の弁開度を示し、各測定点のＸ乃至Ｚ方向は加速度の方向を示す。

（実施例１）（図７）
実施例１に係る流量調節弁１００は、
(1)弁体５０の先端突部５２をクロソイド曲線により形成し、
(2)整流筒９０を備え、
(3)弁座２０の開き流路２２の開き角度を5度とし、
(4)出口流路１２の開き角度を20度とした。

（実施例２）（図８）
実施例２に係る流量調節弁１００は、
(1)弁体５０の先端突部５２を２段に折れた直線により形成し、
(2)整流筒９０を備え、
(3)弁座２０の開き流路２２の開き角度を5度とし、
(4)出口流路１２の開き角度を20度とした。

（実施例３）（図９）
実施例３に係る流量調節弁１００は、
(1)弁体５０の先端突部５２を２段に折れた直線により形成し、
(2)整流筒９０を備え、
(3)弁座２０の開き流路２２の開き角度を２段階からなる2.5度及び6.5度とし、
(4)出口流路１２の開き角度を20度とした。

（比較例１）（図１０）
比較例１に係る流量調節弁１００は、
(1)弁体５０の先端突部５２を２段に折れた直線により形成し、
(2)整流筒９０を備えず、
(3)弁座２０の開き流路２２の開き角度を２段階からなる2.5度及び6.5度とし、
(4)出口流路１２の開き角度を20度とした。

（評価）
実施例１（図７）によれば、実施例２（図８）、実施例３（図９）、及び比較例１(図１０)と対比したとき、弁体５０の先端突部５２をクロソイド曲線により形成し、かつ整流筒９０を備えたことにより、高い振動低減効果を得ることが認められた。

実施例１（図７）と実施例２（図８）の相違点は、弁体５０の先端突部５２にクロソイド曲線を採用したか否かにある。実施例２によれば、実施例３と対比したとき、弁体５０の先端突部５２にクロソイド曲線を採用したことで振動低減効果を得ることが認められた。

実施例３（図９）と比較例１（図１０）の相違点は、整流筒９０を採用するか否かにある。実施例３によれば、比較例１と対比したとき、整流筒９０を備えたことで振動軽減効果を得ることが認められた。

従って、流量調節弁１００によれば以下の作用効果を奏する。
(a)弁体５０のシート面５１下部に形成されている先端突部５２が弁座２０の座面２１との間に形成する最小絞り部８１の流路面積を調整して流量制御するに際し、この最小絞り部８１を弁体５０の先端突部５２を用いて形成した。

最小絞り部８１を形成するために、小孔を備えたケージを用いるものでなく、先端突部５２を備えた弁体５０を用いるものであり、加工容易で加工コストを低減し、製作性を向上できる。

最小絞り部８１を形成する弁座２０に摩耗の補修が必要になったとき、弁座２０が小孔を備えたケージに設けられるものでなく、補修のための肉盛溶接に起因する小孔縁部の割れ等を生ずるおそれがないから、補修も容易になる。

(b)流量調節弁１００において、最小絞り部８１を境にした入口流路１１側に対する出口流路１２側で流体の温度低下と圧力低下を生じる現象は不可避であるものの、最小絞り部８１を形成するために、この最小絞り部８１を境にする入口流路１１側と出口流路１２側との間に生じる温度差による熱応力や、応力集中を引き起こし易い小孔を備えたケージを用いるものでないから、流量制御に伴なう熱応力や、応力に集中に起因する割れの発生を抑制できる。

(c)本発明者の実験結果によれば、最小絞り部８１を形成する弁体５０の先端突部５２をクロソイド曲線によって形成したことにより、流体が最小絞り部８１を通過するときの振動、騒音を低減できることを認めた。

(d)本発明者の実験結果によれば、弁室１３内における弁体５０の周囲に該弁体５０と同軸をなし、該弁体５０の外周との間に一定間隙を介する環状流路９２を形成する整流筒９０を設け、整流筒９０は入口流路１１から環状流路９２に入る流体が通る多数の小孔９１を備えてなるものにしたことにより、流体が最小絞り部８１を通過するときの振動、騒音を低減できることを認めた。即ち、入口流路１１から弁室１３内に到達した流体は、整流筒９０の各小孔９１を通過して整流され、環状流路９２内で弁体５０の全周囲から該弁体５０の中心に向かう流れとなって、弁体５０の先端突部５２まわりの最小絞り部８１に円滑に流入して流量を制御され、出口流路１２の側に排出される。従って、入口流路１１から弁室１３内の最小絞り部８１と通って出口流路１２に排出される流体が、整流筒９０の整流作用によって円滑に下方に流れ、振動、騒音を低減できる。

ここで、整流筒９０は最小絞り部８１を形成するものでなく、下向きの流出角を形成する多数の小孔を備えたケージとは異なり、加工上の多大な困難性、及び流量制御に伴なう熱応力の問題を招来することがない。

(e)前記整流筒９０が弁体ガイド３０の先端に連結されてなるものとすることにより、流量調節弁１００の部品点数を削減し、組立性を向上できる。

(f)前記弁座２０がその座面２１から出口の側に向けて4度乃至6度の開き角度をなして拡開する開き流路２２を備える（又は、座面２１から出口の側に向けてまず1.5度乃至3.5度の開き角度をなして拡開し、続いて5.5度乃至7.5度の開き角度をなして拡開する２段階の開き流路を備える）とともに、前記出口流路１２が出口の側に向けて19度乃至21度の開き角度をなして拡開してなるものとすることにより、入口流路１１から弁室１３内の最小絞り部８１を通って出口流路１２に排出される流体の流れを一層円滑にし、流体が最小絞り部８１を通過するときの振動、騒音を一層低減できる。

(g)前記弁箱１０、弁座２０、弁体ガイド３０、弁棒４０及び弁体５０がニッケル合金によって構成されてなるものとすることにより、流量調節弁１００の弁内構成部品に、例えば温度700℃、圧力26MPa以上の超高温高圧蒸気条件で使用するに必要な耐熱性と高強度を確保できる。

(h)流量調節弁１００として、流体が流れる最初の段階で蒸気に水滴が混じる場合があり、この水滴が加熱されて高速流れとなり、弁座２０や弁体５０に衝突すると侵食現象（エロージョン）を引き起こす。本発明では、弁座２０の母材として高温強度を有するニッケル合金を採用し、弁座２０の座面２１及び開き流路２２の表面に侵食に強く、ニッケル合金と熱膨張係数が近い、2乃至3mm厚みのコバルト系合金からなる肉盛溶接を施し、侵食の程度を最小限にした。ニッケル合金とコバルト系合金は熱膨張係数が近いので流量調節弁１００を通過する流体に急激な温度変化を生じた場合でも、母材と肉盛溶接部２０Ｓは同じように膨張、収縮し、肉盛溶接後の熱衝撃による肉盛溶接部２０Ｓの割れを防止した。

(i)弁体５０についても、弁座２０におけると同様にして侵食を防止するため、弁体５０の弁体ガイド３０に支持される部分５３、シート面５１及び先端突部５２のニッケル合金からなる母材の表面に2乃至3mm厚みのコバルト系合金の肉盛溶接部５０Ｓを形成した。

また、弁体ガイド３０もニッケル合金によって形成されたとき、弁体５０と弁体ガイド３０とが同一金属面同士の接触でかじりを生ずることのないように、弁体５０の弁体ガイド３０に支持される部分５３の表面に2乃至3mm厚みのコバルト系合金の肉盛溶接部５０Ｓを施し、かじりの防止を図った。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明によれば、超高温高圧流体の温度、圧力を制御する流量調節弁において、製作性を向上し、流量制御に伴う熱応力の発生を抑制しながら、流体が最小絞り部を通過するときの振動、騒音を低減することができる。

１０弁箱
１１入口流路
１２出口流路
１３弁室
２０弁座
２０Ｓ肉盛溶接部
２１座面
２２開き流路
３０弁体ガイド
４０弁棒
５０弁体
５０Ｓ肉盛溶接部
５１シート面
５２先端突部
８０流量制御部
８１最小絞り部
９０整流筒
９１小孔
９２環状流路
１００流量調節弁

Claims

入口流路及び出口流路を備えるとともに、入口流路と出口流路の交差部に弁室を備える弁箱と、
弁箱の弁室に臨む位置に設けられる弁座と、
弁箱に設けられる弁体ガイドと、
弁箱の弁室内に設けられ、弁体ガイドに支持される弁体とを有し、
弁体のシート面が弁座の座面に対して接離するように移動可能にされ、該弁体のシート面下部に形成されている先端突部が該弁座の座面との間に形成する最小絞り部の流路面積を調整可能にし、該弁座がその座面から出口流路に向けて拡開する開き流路を備える流量調節弁であって、
前記最小絞り部の流路面積を調整可能にする弁体の先端突部が、シート面側にクロソイド原点があるクロソイド曲線により形成されてなり、
前記弁室内における弁体の周囲に該弁体と同軸をなし、該弁体の外周との間に一定間隙を介する環状流路を形成する整流筒を設け、整流筒は入口流路から環状流路に入る流体が通る多数の小孔を備えてなる流量調節弁。
前記整流筒が弁体ガイドの先端に連結されてなる請求項１に記載の流量調節弁。
入口流路及び出口流路を備えるとともに、入口流路と出口流路の交差部に弁室を備える弁箱と、
弁箱の弁室に臨む位置に設けられる弁座と、
弁箱に設けられる弁体ガイドと、
弁箱の弁室内に設けられ、弁体ガイドに支持される弁体とを有し、
弁体のシート面が弁座の座面に対して接離するように移動可能にされ、該弁体のシート面下部に形成されている先端突部が該弁座の座面との間に形成する最小絞り部の流路面積を調整可能にし、該弁座がその座面から出口流路に向けて拡開する開き流路を備える流量調節弁であって、
前記最小絞り部の流路面積を調整可能にする弁体の先端突部が、シート面側にクロソイド原点があるクロソイド曲線により形成されてなる流量調節弁。
前記弁座がその座面から出口の側に向けて4度乃至6度の開き角度をなして拡開する開き流路を備えるとともに、前記出口流路が出口の側に向けて19度乃至21度の開き角度をなして拡開してなる請求項１乃至３のいずれかに記載の流量調節弁。
前記弁座が、ニッケル合金により形成され、座面及び開き流路の表面にコバルト系合金を肉盛溶接されてなる請求項１乃至４のいずれかに記載の流量調節弁。
前記弁体が、ニッケル合金により形成され、弁体ガイドに支持される部分、シート面及び先端突部の表面にコバルト系合金を肉盛溶接されてなる請求項１乃至４のいずれかに記載の流量調節弁。