JP7026520B2 - タービン用の弁装置、タービン、およびそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
複数の弁のそれぞれの弁体は、支持部を含む駆動機構の動作に弁棒を介して連動しており、順次弁座から離れることで蒸気流路を開く。
各弁座は、蒸気流路の入口の近傍では流路断面積が狭くなるように絞られ、絞り位置から下流では流路断面積が次第に拡がる形状に作られている。
しかし、弁座からの弁体のリフト量によっては、弁体と弁座の間に流入し弁座の内側を流れる蒸気の流れに起因して、ケーシングから弁座を引き離す向きの負荷が作用する。
図1に示す蒸気タービン1は、図示しないボイラ等から供給される蒸気(流体)により動翼1Aを回転させることで動力を出力する。蒸気タービン1の図示しない電子制御部(ガバナ)は、蒸気タービン1に備わる種々の弁に適切な開度を与えることにより、蒸気タービン1の動作を制御する。蒸気タービン1には、蒸気タービンの車室1Bへの蒸気の供給を制御するため、塞止弁装置2等の複数の弁が備えられている。塞止弁装置2は、主に、蒸気タービン1の起動時における蒸気の流量調整と、危急時の瞬時遮断を行う。
この塞止弁装置2(以下、弁装置2)は、図2に示すように、蒸気タービン1の外部から蒸気が流入するチャンバ21に、所定間隔で配置される複数の弁10と、チャンバ21および複数の蒸気流路22が形成されたケーシング20と、チャンバ21の蒸気の圧力を受ける受圧板24とを備えている。
弁装置2のケーシング20は、複数の弁10の弁体11と弁駆動機構3の一部(支持部33)をチャンバ21に収容している。
ケーシング20は、複数の蒸気流路22が区画されたケーシング本体201と、ケーシング本体201の上方の開口201Aを覆うケーシング蓋202とから構成されている。
ケーシング本体201およびケーシング蓋202はいずれも適宜な金属材料から構成されている。複数の弁10や弁駆動機構3の構成部材も同様である。
ケーシング本体201とケーシング蓋202との内側にチャンバ21が区画されている。
ケーシング本体201は、車室1Bを区画する蒸気タービン1のケーシング1C(図1)に組み付けられる。
複数の弁10はそれぞれ、図2に示すように、弁体11と、弁体11を受ける弁座12と、弁駆動機構3の支持部33に弁体11を連結する弁棒13とを有している。
弁棒13の下端に設けられた弁体11の球面状の部分が弁座12の上端部に突き当てられる。
弁座12は、上流端121の近傍では流路断面積が狭くなるように絞られ、絞り位置から下流では流路断面積が次第に拡がるように形成されている。
弁駆動機構3は、図1および図2に示すように、ガバナからの制御信号により動作する油圧シリンダやリンク機構を含む駆動系30(図1)と、駆動系30により駆動されて支点31Aを中心に揺動可能なレバー31(図1)と、一対のロッド32によりレバー31と連結される支持部33(図2)と、ロッド32に設けられたプレート34を下方に向けて加圧するばね35(図2)とを備えている。
各ロッド32(図2)は、レバー体31Cに球面軸受32Aを介して支持され、ケーシング蓋202を貫通するガイド32Bに挿入されている。ロッド32はレバー31の揺動に伴い上下方向に変位する。
ばね35の上端部は、位置が固定されている部材(図示しない)に固定されている。ばね35によりプレート34が加圧されることにより、レバー31が無負荷の状態において、各弁体11が確実に蒸気流路22を閉塞する。
次に、弁座12をケーシング20に固定している受圧板24について説明する。本実施形態は、蒸気タービン1の運転中におけるチャンバ21内の蒸気の圧力を利用して、運転中に弁座12に作用する負荷に対しても複数の弁座12を受圧板24により一括してケーシング20に十分な力で押さえることを主要な特徴としている。本実施形態によれば、複数の弁座12を個別に溶接や締結によりケーシング20に固定する必要がない。
受圧板24は、チャンバ21の蒸気の圧力を受け、受圧板24の領域に位置する複数の弁座12を一括してケーシング本体201に押さえる。
本実施形態の受圧板24は、弁座12が所定の間隔で並んだケーシング本体201の底部に、全ての弁座12に亘りケーシング本体201の長さ方向に沿って延在している。
受圧板24により押さえられたいずれの弁座12とケーシング本体201との間も封止される。そのため、弁座12の外周部を全周に亘りケーシング本体201に溶接して封止する作業を各弁座12について個別に行う必要がない。
鍔部122は、図5に示すように、弁座12の外周部において上流端121から受圧板24の板厚分だけ離れた位置で径方向に突出している。そのため、鍔部122を押さえている受圧板24は、弁座12の上流端121とほぼ面一に配置されている。
受圧板24は、締結用部材25により着脱可能にケーシング20に固定されている。そのため、複数の弁座12が個別にケーシング20に溶接される場合とは異なり、ケーシング20から受圧板24を取り外して、受圧板24を修理したり、別の受圧板24に交換したりすることが容易にできる。
受圧板24の挿入孔242に締結用部材25の軸部251を挿入し、締結用部材25をケーシング20に固定すると、受圧板24がケーシング20に締結される。
以上で説明した弁装置2は、複数の弁座12をケーシング本体201に一括して押さえるように、ケーシング本体201に受圧板24を設置するステップを経ることで製造することができる。以下、手順の一例を説明する。
本実施形態によれば、複数の弁座12に亘り延在した領域でチャンバ21の蒸気の圧力を受け、弁座12を一括して押さえる受圧板24により、各弁座12をケーシング20(ケーシング本体201)に確実に固定し、かつ弁座12とケーシング20との間を十分に封止することができる。
弁座12における蒸気の流れに起因して領域R2に作用する負荷が過大であるとしても、領域R2に対して大幅に面積が大きい受圧領域R1に作用する面圧により、弁座12をケーシング20から引き離す負荷に抗して弁座12をケーシング20に留めるために十分な力を受圧板24に得ることができる。
チャンバ21の蒸気の圧力を受けて弁座12自体の領域R1に得られる力に対して、弁座12における蒸気の流れに起因して弁座12をケーシング20から引き離す負荷の方が大きくなる場合がある。比較例では、この負荷に耐えるため、弁座12を溶接や締結等の方法でケーシング20に強固に固定する必要がある。
また、チャンバ21の圧力により受圧板24が受ける荷重F1と、弁10が開いているとき弁座12に作用し得る浮き上がりの荷重F2(実験により、チャンバ21の圧力と弁座12の絞り位置の流路断面積とから求めたもの)とを比較した場合でも、F1>F2であるために必要な受圧板24の面積は、弁座12の絞り位置の流路断面積に対して一例として8倍で足り、複数の弁10に亘り与えられる受圧板24として、現に、弁座12の浮き上がりを防ぐための面積条件が十分な余裕をもって成立している。
以上より、弁座12や弁体11、ケーシング20等の破損を未然に防いで、弁装置2ひいては蒸気タービン1の信頼性を確保することができる。そして、受圧板24により弁座12がケーシング20に確実に押さえられることで、弁座12とケーシング20との間が十分に封止されるため、蒸気の漏れを防いで蒸気タービン1の性能を満足することができる。
図8(b)に示すように、弁座12の周縁部に沿って弁座12をケーシング20に溶接する場合は、溶接品質を管理する必要があり、溶接可能な材料に制約がある。図8(b)の125は溶接箇所を示している。
弁装置2を効率よく製造するため、受圧板24の設置に先立ち、複数の弁座12を受圧板24に組み付けるステップを行うこともできる。その場合は、例えば、ケーシング本体201の蒸気流路22(図2)に対して各弁座12の軸回りの位置(位相)を合わせつつ、弁座12の鍔部122と受圧板24とをボルト等により組み付ける。このとき、必要ならば弁座12の外周部とその周りの受圧板24との間を溶接により封止することもできる。
そして、複数の弁座12と受圧板24との組付体をケーシング本体201に向けて下降させることで、各蒸気流路22に弁座12を挿入し、受圧板24をケーシング本体201に設置する。
図6(b)は、本発明の変形例に係る弁装置4を示している。この変形例では、2以上の弁座42に、チャンバ21の蒸気の圧力を受ける受圧部44が例えば切削加工により一体形成されている。
受圧部44は、2以上の弁10の弁座42に亘り延在している。この受圧部44と、2以上の弁座42との全体としてチャンバ21の蒸気の圧力を受ける。弁座42に受圧部44が一体化されていることで、受圧面積が拡大されている。
したがって、本変形例によっても、ケーシング20から弁座42を引き離す負荷が掛かる弁座42をケーシング20に確実に固定し、かつ弁座42とケーシング20との間を封止するために十分な力を得ることができる。
本発明に係る弁装置は、流体が流入するチャンバに配置される複数の弁と、チャンバの流体の圧力を受けて2以上の弁座をケーシングに押さえる受圧部材(または受圧部)とを備えている限り、他のタービン(例えば、ガスタービン)にも適用することができる。
1A 動翼
1B 車室
1C ケーシング
2 塞止弁装置(弁装置)
3 弁駆動機構
4 弁装置
10 弁
11 弁体
12 弁座
12A ディフューザ部
13 弁棒
20 ケーシング
21 チャンバ
21A 導入部
22 蒸気流路(流路)
24 受圧板(受圧部材)
25 締結用部材
30 駆動系
31 レバー
31A 支点
31B 軸受
31C レバー体
31D 軸部
32 ロッド
32A 球面軸受
32B ガイド
33 支持部
34 プレート
35 ばね
42 弁座
44 受圧部
121 上流端
122 鍔部
123 雌ねじ
124 ボルト
126 下流端
201 ケーシング本体
201A 開口
202 ケーシング蓋
203 雌ねじ
204 段差部
241 係止孔
241A 内周縁
242 挿入孔
251 軸部
R1 受圧領域
R2 負荷領域
Claims (10)
- タービンに用いられる弁装置であって、
流体が流入するチャンバに配置される複数の弁と、
前記チャンバ、および前記複数の弁からそれぞれ前記タービンの車室に通じる流路が形成されたケーシングと、
2以上の前記弁の弁座に亘り延在した領域で前記チャンバの流体の圧力を受けて前記2以上の前記弁の弁座を前記ケーシングに押さえる受圧部材と、を備える、
ことを特徴とするタービン用弁装置。 - 前記受圧部材は、
2以上の前記弁座に亘り延在した領域全体で前記チャンバの流体の圧力を受ける、
請求項1に記載のタービン用弁装置。 - タービンに用いられる弁装置であって、
流体が流入するチャンバに配置される複数の弁と、
前記チャンバ、および前記複数の弁からそれぞれ前記タービンの車室に通じる流路が形成されたケーシングと、
前記チャンバの流体の圧力を受けて2以上の前記弁の弁座を前記ケーシングに押さえる受圧部材と、を備え、
前記受圧部材には、2以上の前記弁座にそれぞれ対応する係止孔が形成され、
前記係止孔の内周縁に前記弁座が全周に亘り係止されている、
タービン用弁装置。 - 前記弁座は、
前記ケーシングから突出し、前記受圧部材の前記係止孔に挿入される上流端と、
前記ケーシングに係止され、前記受圧部材が配置される鍔部と、を有する、
請求項3に記載のタービン用弁装置。 - タービンに用いられる弁装置であって、
流体が流入するチャンバに配置される複数の弁と、
前記チャンバ、および前記複数の弁からそれぞれ前記タービンの車室に通じる流路が形成されたケーシングと、
前記チャンバの流体の圧力を受けて2以上の前記弁の弁座を前記ケーシングに押さえる受圧部材と、を備え、
前記受圧部材により押さえられた前記弁座と前記ケーシングとの間が封止されている、
タービン用弁装置。 - タービンに用いられる弁装置であって、
流体が流入するチャンバに配置される複数の弁と、
前記チャンバ、および前記複数の弁からそれぞれ前記タービンの車室に通じる流路が形成されたケーシングと、
前記チャンバの流体の圧力を受けて2以上の前記弁の弁座を前記ケーシングに押さえる受圧部材と、を備え、
前記受圧部材は、前記ケーシングに締結され、
締結用の部材が挿入される前記受圧部材の挿入孔が封止されている、
タービン用弁装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の弁装置を備える、
ことを特徴とするタービン。 - 流体が流入するチャンバに配置される複数の弁と、前記チャンバ、および前記複数の弁からそれぞれタービンの車室に通じる流路が形成されたケーシングとを有する弁装置を製造する方法であって、
2以上の前記弁の弁座に亘り延在した領域に受圧部材を設置することにより、前記2以上の前記弁の弁座を前記ケーシングに押さえるステップを備える、
ことを特徴とする弁装置の製造方法。 - 流体が流入するチャンバに配置される複数の弁と、前記チャンバ、および前記複数の弁からそれぞれタービンの車室に通じる流路が形成されたケーシングとを有する弁装置を製造する方法であって、
2以上の前記弁の弁座に亘り受圧部材を設置することにより、前記2以上の前記弁の弁座を前記ケーシングに押さえるステップと、
前記受圧部材の設置に先立ち、前記弁座を前記受圧部材に組み付けるステップと、を備える、
弁装置の製造方法。 - 請求項8または9に記載の弁装置の製造方法を行うことにより、
前記弁装置を備えたタービンを得る、
ことを特徴とするタービンの製造方法。
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