JP7051398B2 - 開閉弁及び蒸気タービンシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、蒸気タービンシステムにおける蒸気供給ラインに主蒸気加減弁などとして使用される開閉弁、並びに、この開閉弁が適用される蒸気タービンシステムに関するものである。

一般的な蒸気タービンシステムは、ボイラ、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービン、発電機などを備えて構成されている。そして、ボイラで生成された主蒸気を高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの順に送り、発電機を駆動して発電を行っている。この蒸気タービンシステムにて、ボイラから高圧タービンに蒸気を供給する主蒸気ラインに蒸気弁が設けられている。この蒸気弁としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された蒸気弁は、中空形状をなして蒸気入口と蒸気出口を有するケーシングと、ケーシング内に移動自在に設けられて蒸気入口と蒸気出口とを連通する流路を開閉する弁体と、弁体の弁棒に連結される駆動装置とから構成されている。

ところで、高圧タービンの緊急停止時には、この蒸気弁を急速閉止することで、高圧タービンへの蒸気の供給を早急に停止している。蒸気弁は、ケーシング内に弁体を移動自在に支持することから、弁体の裏側とケーシングとの間に密閉された空間部が形成されている。そのため、蒸気弁の閉止時に、弁体を移動して閉止位置に移動するとき、空間部の容積が拡大することから密閉された空間部の圧力が低下し、弁体の急速な移動を阻害してしまう。即ち、弁体が開放位置から閉止位置に移動するとき、弁体が閉止位置に到達する直前で移動速度が低下する現象（ジャンピング現象）が発生する。すると、蒸気弁の閉止が遅れてしまう。そのため、特許文献１に記載された蒸気弁では、弁体の頭頂部にバランス孔を設け、空間部とその外部との圧力バランスを取ることで、弁体を安定して移動可能としている。

特開２０１１－２５２４１０号公報

上述した特許文献１に記載された蒸気弁では、空間部とその外部とを弁体の頭頂部に設けられたバランス孔により連通し、弁体を安定して移動可能としている。蒸気弁は、弁体に連結された弁棒がケーシングに移動自在に支持され、ケーシング外に延出された端部に駆動装置が連結されている。空間部は、密閉状態であるものの、弁棒とケーシングとの間に摺動隙間がある。そのため、弁体にバランス孔を設けると、蒸気弁の開放時に、流路を流れる蒸気がバランス孔から空間部に流れ込み、空間部の流れ込んだ蒸気が摺動隙間から外部に漏洩する。すると、高圧タービンに供給される蒸気の供給量が減少してしまう。

本発明は上述した課題を解決するものであり、弁体の安定した作動を可能にすると共に、蒸気の外部漏洩を抑制可能とする開閉弁及び蒸気タービンシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の開閉弁は、中空形状をなして蒸気入口部及び蒸気出口部が設けられるケーシングと、前記ケーシングにおける前記蒸気入口部と前記蒸気出口部とを連通する流路を開閉する弁体と、前記弁体を前記ケーシングに移動自在に支持することで前記弁体と前記ケーシングとの間に密閉されたバランス室を形成するガイド部と、前記流路と前記バランス室とを連通すると共に前記弁体が前記流路を全開したときに閉止される連通部と、を備えることを特徴とするものである。

従って、弁体が流路を開放する位置から流路を閉止する位置に移動するとき、バランス室の容積が拡大することから圧力が低下しようとするが、流路の蒸気が貫通部を通してバランス室に流動することから、バランス室における圧力の低下が抑制される。そのため、弁体が閉止位置に到達する直前で移動速度が低下する現象の発生が抑制され、弁体の安定した作動を可能にすることができる。また、この貫通部は、弁体が流路を全開したときに閉止されることから、蒸気の供給時に、流路を流れる蒸気が貫通部からバランス室に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

本発明の開閉弁では、前記連通部は、前記弁体による前記流路の開度が予め設定された第１所定開度以下の範囲で開放されることを特徴としている。

従って、弁体が流路を開放する位置から流路を閉止する位置に移動するとき、弁体による流路の開度が第１所定開度になると開放されることから、流路の開度が第１所定開度より大きい領域で貫通部を閉止して蒸気の外部漏洩を抑制することができる一方、流路の開度が第１所定開度以下の領域で、貫通部を開放してバランス室における圧力の低下を抑制することができ、弁体の安定した作動と蒸気の外部漏洩抑制との両立を可能とすることができる。

本発明の開閉弁では、前記第１所定開度は、３０％以下に設定されることを特徴としている。

従って、弁体が流路を開放する位置から流路を閉止する位置に移動するとき、弁体による流路の開度が３０％になると開放されることから、蒸気の流量調整を行うほとんどの領域で、蒸気の外部漏洩を抑制することができると共に、バランス室の負圧が高くなる領域で、弁体の安定した作動を可能にすることができる。

本発明の開閉弁では、前記連通部は、前記ガイド部または前記弁体に設けられることを特徴としている。

従って、連通部をガイド部または弁体に設けることで、構造の簡素化を図ることができる。

本発明の開閉弁では、前記連通部は、前記弁体による前記流路の開度が前記第１所定開度より小さい予め設定された第２所定開度以下の範囲で閉止されることを特徴としている。

従って、弁体が流路を開放する位置から流路を閉止する位置に移動するとき、弁体による流路の開度が第１所定開度になると開放され、弁体による流路の開度が第２所定開度になると閉止される。即ち、貫通部は、弁体が流路を全閉したときに閉止されることから、蒸気の供給停止時に、流路を流れる蒸気が貫通部からバランス室に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

本発明の開閉弁では、前記第２所定開度は、２０％以下に設定されることを特徴としている。

従って、貫通部は、弁体による流路の開度が２０％になると閉止されることから、蒸気の微少量供給時に、流路を流れる蒸気が貫通部からバランス室に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

本発明の開閉弁では、前記連通部は、前記ガイド部に設けられる第１連通部と前記弁体に設けられる第２連通部を有することを特徴としている。

従って、連通部として、ガイド部に設けられる第１連通部と、弁体に設けられる第２連通部を設けることで、最適なタイミングで貫通部を開閉することができ、弁体の安定した作動を可能にすることができると共に、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

また、本発明の蒸気タービンシステムは、排ガスの熱を回収して蒸気を生成するボイラと、蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記ボイラが生成した蒸気を前記蒸気タービンに供給する蒸気供給系統と、前記蒸気供給系統に設けられる前記開閉弁と、を備えることを特徴とするものである。

従って、ボイラは、排ガスの熱を回収して蒸気を生成し、蒸気供給系統により蒸気タービンに供給され、蒸気タービンは、この蒸気により駆動することができる。このとき、蒸気供給系統の開閉弁にて、弁体が流路を開放する位置から流路を閉止する位置に移動するとき、バランス室の容積が拡大することから圧力が低下しようとするが、流路の蒸気が貫通部を通してバランス室に流動することから、バランス室における圧力の低下が抑制される。そのため、弁体が閉止位置に到達する直前で移動速度が低下する現象の発生が抑制され、弁体の安定した作動を可能にすることができる。また、この貫通部は、弁体が流路を全開したときに閉止されることから、蒸気入口部から流路を通って蒸気出口部に流れる蒸気が貫通部からバランス室に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。その結果、システムの稼働率を向上することができる。

本発明の開閉弁及び蒸気タービンシステムによれば、弁体の安定した作動を可能にすることができると共に、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

図１は、第１実施形態の開閉弁が適用された主蒸気弁の全閉状態を表す断面図である。 図２は、主蒸気弁の全開状態を表す断面図である。 図３は、主蒸気弁の小開状態を表す断面図である。 図４は、加減弁の急速閉止時における開度を表すグラフである。 図５は、蒸気タービンシステムを表す概略構成図である。 図６は、第２実施形態の開閉弁が適用された主蒸気弁の全閉状態を表す断面図である。 図７は、主蒸気弁の全開状態を表す断面図である。 図８は、主蒸気弁の小開状態を表す断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る開閉弁及び蒸気タービンシステムの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図５は、蒸気タービンシステムを表す概略構成図である。

第１実施形態において、図５に示すように、蒸気タービンシステム１００は、ボイラ１０１と、蒸気タービン１０２と、発電機１０３と、復水器１０４と、蒸気供給系統１０５と、給水供給系統１０６とから構成されている。

ボイラ１０１は、例えば、排熱回収ボイラであって、図示しないが、熱交換器として、過熱器と蒸発器と節炭器とを有している。ボイラ１０１は、ガスタービン（図示略）からの排ガスが内部を通過することで、過熱器、蒸発器、節炭器の順に熱回収を行うことで蒸気を生成する。蒸気タービン１０２は、高圧タービン１１１と中圧タービン１１２と低圧タービン１１３とにより構成されている。高圧タービン１１１と中圧タービン１１２と低圧タービン１１３は、同軸上に配置されると共に、発電機１０３が同軸上で連結されている。

ボイラ１０１は、主蒸気ラインＬ１により高圧タービン１１１に連結され、主蒸気ラインＬ１に主蒸気弁１１４が設けられている。主蒸気弁１１４は、主蒸気止め弁（以下、止め弁）１１５と主蒸気加減弁（以下、加減弁）１１６により構成されている。高圧タービン１１１は、低温再熱ラインＬ２によりボイラ１０１の再熱器（図示略）に連結され、再熱器は、高温再熱ラインＬ３により中圧タービン１１２に連結されている。高温再熱ラインＬ３は、再熱蒸気止め弁１１７とインターセプト弁１１８が設けられている。中圧タービン１１２は、クロスオーバラインＬ４により低圧タービン１１３に連結されている。そして、この低圧タービン１１３は、復水器１０４が設けられ、この復水器１０４は、復水ラインＬ５によりボイラ１０１に連結され、復水ラインＬ５に給水ポンプ１１９が設けられている。

この場合、主蒸気ラインＬ１と高温再熱ラインＬ３とクロスオーバラインＬ４により蒸気供給系統１０５が構成され、低温再熱ラインＬ２と復水ラインＬ５により給水供給系統１０６が構成される。

そのため、ボイラ１０１で生成された主蒸気は、主蒸気ラインＬ１を通り、主蒸気弁１１４（止め弁１１５、加減弁１１６）を経て高圧タービン１１１に送られて膨張仕事を行う。そして、高圧タービン１１１で仕事をした蒸気は、低温再熱ラインＬ２を通って再熱器に送られて再熱され、高温再熱ラインＬ３を通り、再熱蒸気止め弁１１７及びインターセプト弁１１８を経て中圧タービン１１２に送られる。その後、中圧タービン１１２で仕事をした蒸気は、クロスオーバラインＬ４を通って低圧タービン１１３に送られる。この低圧タービン１１３で仕事をした蒸気は、復水器１０４で復水にされ、給水ポンプ１１９により復水ラインＬ５を通ってボイラ１０１に還流される。このとき、発電機１０３は、蒸気タービン１０２（高圧タービン１１１、中圧タービン１１２、低圧タービン１１３）により駆動されることで発電を行う。

ここで、まず、本発明の開閉弁が適用された主蒸気弁１１４（止め弁１１５、加減弁１１６）の構成について詳細に説明する。図１は、第１実施形態の開閉弁が適用された主蒸気弁の全閉状態を表す断面図、図２は、主蒸気弁の全開状態を表す断面図、図３は、主蒸気弁の小開状態を表す断面図である。

図１に示すように、主蒸気弁１１４は、止め弁１１５と加減弁１１６とが組み合わされた組合せ弁である。止め弁１１５は、蒸気タービン１０２の緊急停止時に閉止することで、蒸気タービン１０２への蒸気の供給を停止するものである。加減弁１１６は、開度を制御することで蒸気タービン１０２への蒸気の供給量を調整すると共に、閉止することで蒸気タービン１０２への蒸気の供給を停止するものである。以下の説明にて、開度とは、止め弁１１５や加減弁１１６が開放されている量（割合％）であり、全閉位置での開度が０％であり、全開位置での開度が100%を全開状態とする。

主蒸気弁１１４は、ケーシング１１と、止め弁１１５の第１弁体１２と、加減弁１１６の第２弁体１３と、第２弁体１３を移動自在に支持するガイド部１４とを備えている。

ケーシング１１は、中空形状をなし、一側部に蒸気入口部２１が形成され、他側部に蒸気出口部２２が形成されている。ケーシング１１は、水平方向に沿う中心線Ｏ１に沿って蒸気入口部２１が形成され、水平方向に沿う中心線Ｏ２に沿って蒸気出口部２２が形成されている。中心線Ｏ１と中心線Ｏ２は、平行をなし、鉛直方向に沿って所定距離ずれている。また、ケーシング１１は、上部に位置して開口部２３が形成されており、この開口部２３を閉塞するように蓋２４がボルト（図示略）により固定されている。この蓋２４は、板形状保なしている。

止め弁１１５の第１弁体１２は、ケーシング１１に支持され、加減弁１１６の第２弁体１３は、蓋２４に支持されている。第１弁体１２と第２弁体１３は、鉛直方向に沿う中心線Ｏ３に沿って同一直線状を移動自在に支持されている。この中心線Ｏ３は、中心線Ｏ１，Ｏ２と直交している。そのため、ケーシング１１は、内部に蒸気入口部２１と蒸気出口部２２とを連通する中心線Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３に沿って屈曲する流路２５が設けられており、この流路２５に蒸気が流通可能となっている。

ケーシング１１は、下部に円筒形状をなすスリーブ２６が内外を貫通して固定されている。スリーブ２６は、中心線Ｏ３に沿って配置されており、内部に第１弁棒２７が軸方向に沿って移動自在に支持されている。第１弁棒２７は、一端部に第１弁体１２が連結され、他端部に第１駆動装置２８が連結されている。そのため、第１駆動装置２８により第１弁棒２７を介して第１弁体１２を中心線Ｏ３に沿って移動することができる。また、ケーシング１１の上部に固定された蓋２４は、円筒形状をなすスリーブ２９が内外を貫通して固定されている。スリーブ２９は、中心線Ｏ３に沿って配置されており、内部に第２弁棒３０が軸方向に沿って移動自在に支持されている。第２弁棒３０は、一端部に第２弁体１３が連結され、他端部に第２駆動装置３１が連結されている。そのため、第２駆動装置３１により第２弁棒３０を介して第２弁体１３を中心線Ｏ３に沿って移動することができる。

第１弁体１２は、円柱形状をなし、上部に平坦面４１が形成され、外周部にリング形状をなす嵌合部４２が形成され、下部に球面形状をなす第１シール面４３が形成されている。そして、第１弁体１２は、下部（第１シール面４３）の中心位置に第１弁棒２７の一端部が連結されている。第２弁体１３は、円柱形状をなし、上部に第１円筒部４４が形成され、下部に第２円筒部４５が形成されている。第２円筒部４５は、内径が第１円筒部４４の外径とほぼ同寸法に設定され、外径が第１円筒部４４の外径より大きい寸法に設定されており、第２弁体１３の外周部に段差部４６が形成されている。また、第２円筒部４５は、内部に第１弁体１２を収容可能な収容部４７が設けられており、内周面に第１弁体１２の嵌合部４２が軸方向に沿って移動自在に嵌合している。更に、第２円筒部４５は、下部に球面形状をなす第２シール面４８が形成されている。この第２シール面４８は、第１弁体１２の第１シール面４３とほぼ同様の曲率に設定されている。そして、第２弁体１３は、上部の中心位置に第２弁棒３０の一端部が連結されている。

一方、ケーシング１１は、流路２５を構成するために、中心線Ｏ３に沿って円形状をなす開口部５１が形成されている。この開口部５１は、第１弁体１２及び第２弁体１３の外径より小さい寸法に設定されている。そして、ケーシング１１は、開口部５１の周囲にリング形状をなす弁座５２が形成されている。そのため、第１弁体１２の第１シール面４３と第２弁体１３の第２シール面４８がこの弁座５２に密着することで、流路２５を閉止することができる。

ガイド部１４は、円筒形状をなし軸方向における一端部に水平フランジ部５３が設けられ、水平フランジ部５３が蓋２４の下面にボルト（図示略）により固定されている。このガイド部１４は、内径が第２円筒部４５の内径とほぼ同寸法に設定され、外径が第２円筒部４５の外径とほぼ同寸法に設定されている。そして、ガイド部１４は、内周面に第２弁体１３の第１円筒部４４が軸方向に沿って移動自在に嵌合している。そのため、蓋２４とガイド部１４と第２弁体１３とにより密閉された空間部としてバランス室５４が形成されている。また、スリーブ２９は、このスリーブ２９の内周面と第２弁棒３０の外周面との隙間に対流する蒸気を排出する排出孔５５が形成され、排出孔５５に排出ライン５６が連結されている。

第１弁体１２は、第１駆動装置２８により第１シール面４３が弁座５２に密着して流路２５を閉止する位置（図１に示す位置）と、第１シール面４３が弁座５２から離間して流路２５を開放する位置（図２または図３に示す位置）とに移動することができる。また、第２弁体１３は、第２駆動装置３１により第２シール面４８が弁座５２に密着して流路２５を閉止する位置（図１に示す位置）と、第２シール面４８が弁座５２から離間して流路２５を開放する位置（図２に示す位置）とに移動することができる。

また、主蒸気弁１１４は、流路２５とバランス室５４とを連通すると共に、第２弁体１３が流路２５を全開したときに閉止される連通部としてのバランス孔６１が設けられている。バランス孔６１は、ガイド部１４に形成されており、１個または周方向に所定間隔で複数設けられている。このバランス孔６１は、第２弁体１３による流路２５の開度が予め設定された第１所定開度以下の範囲で開放されるものである。この第１所定開度とは、３０％以下であることが好ましく、２０％以下であることが最適である。

なお、本実施形態では、バランス孔６１は、ガイド部１４に形成したが、第２弁体１３に形成してもよい。即ち、流路２５とバランス室５４とを連通すると共に、第２弁体１３が流路２５を全開したときに閉止される連通部としてのバランス孔６１を第２弁体１３に設けてもよい。

次に、主蒸気弁１１４（止め弁１１５、加減弁１１６）の作用について詳細に説明する。

図２に示すように、主蒸気弁１１４の開放時、止め弁１１５の第１弁体１２は、第１駆動装置２８により第１シール面４３が弁座５２から離間して流路２５を開放する全開位置に位置すると共に、加減弁１１６の第２弁体１３は、第２駆動装置３１により第２シール面４８が弁座５２から離間して流路２５を開放する全開位置に位置している。このとき、蒸気入口部２１からケーシング１１の流路２５に流入した蒸気は、各シール面４３，４８と弁座５２との間を通って蒸気出口部２２に流れる。そのため、図５に示すように、ボイラ１０１で生成された主蒸気は、主蒸気ラインＬ１から全開状態にある主蒸気弁１１４（止め弁１１５、加減弁１１６）を通って高圧タービン１１１に送られる。また、図２に示すように、加減弁１１６の第２弁体１３は、第１円筒部４４の端部が蓋２４に当接すると共に、段差部４６がガイド部１４の先端部に当接し、第１円筒部４４がガイド部１４の内側に位置してバランス孔６１を閉止している。そのため、流路２５の蒸気がバランス孔６１を通ってバランス室５４に流動することはなく、排出ライン５６からの蒸気の外部漏洩が抑制される。

主蒸気弁１１４の全開状態から、全閉状態に移行するとき、止め弁１１５は、第１駆動装置２８により第１弁体１２を図２の下方へ移動し、第１シール面４３を弁座５２に密着させると共に、加減弁１１６は、第２駆動装置３１により第２弁体１３を図２の下方へ移動し、第２シール面４８を弁座５２に密着させる。すると、図１に示すように、止め弁１１５の第１弁体１２は、第１シール面４３が弁座５２に密着して流路２５を閉止すると共に、加減弁１１６の第２弁体１３は、第２シール面４８が弁座５２に密着して流路２５を閉止する。

加減弁１１６は、流路２５を開放している第２弁体１３が流路２５を閉止する位置に移動するとき、バランス室５４の容積が拡大することからバランス室５４の圧力が低下しようとする。このとき、図３に示すように、第２弁体１３による流路２５の開度が第１所定開度（３０％）になると、第２弁体１３の第１円筒部４４とガイド部１４との相対位置が変わり、バランス孔６１が開放される。そのため、第２弁体１３が流路２５を閉止する途中でバランス孔６１が開放され、流路２５の蒸気の一部がバランス孔６１からバランス室５４に流動することとなり、バランス室５４の圧力低下が抑制される。すると、第２弁体１３は、バランス室５４の圧力の影響を受けることなく、迅速に作動して流路２５を閉止することができる。

この加減弁１１６の全閉作動時における流路２５の開度の変化について説明する。図４は、加減弁の急速閉止時における開度を表すグラフである。

図１及び図４に示すように、時間ｔ１にて、加減弁１１６は、制御装置（図示略）から急速閉止指令が入力されると、第２駆動装置３１により第２弁体１３を全開位置から全閉位置に移動させる。このとき、本実施形態のように、第２弁体１３の閉止途中でバランス孔６１が開放されると、バランス室５４の圧力低下が抑制される。そのため、第２弁体１３は、図４に実線で示すように、バランス室５４の負圧力の影響を受けることなく、時間ｔ２にて、流路２５を閉止することができる。一方、従来のように、バランス孔６１が設けられていないと、バランス室５４の容積が拡大することで内部圧力が低下する。そのため、第２弁体１３は、図４に一点鎖線で示すように、閉止位置に到達する直前でバランス室５４の負圧力を受け、移動速度が低下する現象（ジャンピング現象）が発生してしまい、時間ｔ２より遅れた時間ｔ３にて、流路２５を閉止する。本実施形態の加減弁１１６は、閉止時間が短いｔａとなるが、従来の加減弁は、閉止時間が長いｔｂとなってしまう。

このように第１実施形態の開閉弁にあっては、中空形状をなして蒸気入口部２１及び蒸気出口部２２が設けられるケーシング１１と、ケーシング１１における蒸気入口部２１と蒸気出口部２２とを連通する流路２５を開閉する第２弁体１３と、第２弁体１３をケーシング１１に移動自在に支持することで第２弁体１３とケーシング１１との間に密閉されたバランス室５４を形成するガイド部１４と、流路２５とバランス室５４とを連通すると共に第２弁体１３が流路２５を全開したときに閉止されるバランス孔６１とを設けている。

従って、第２弁体１３が流路２５を開放する位置から流路２５を閉止する位置に移動するとき、バランス室５４の容積が拡大することから圧力が低下しようとするが、流路２５の蒸気がバランス孔６１を通してバランス室５４に流動することから、バランス室５４における圧力の低下が抑制される。そのため、第２弁体１３が閉止位置に到達する直前で移動速度が低下する現象の発生が抑制され、第２弁体１３の安定した作動を可能にすることができる。また、このバランス孔６１は、第２弁体１３が流路２５を全開したときに閉止されることから、蒸気の供給時に、流路２５を流れる蒸気がバランス孔６１からバランス室５４に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

第１実施形態の開閉弁では、第２弁体１３による流路２５の開度が予め設定された第１所定開度以下の範囲でバランス孔６１が開放されるようにしている。従って、第２弁体１３が流路２５を開放する位置から流路２５を閉止する位置に移動するとき、第２弁体１３による流路２５の開度が第１所定開度になると開放されることから、流路２５の開度が第１所定開度より大きい領域でバランス孔６１を閉止して蒸気の外部漏洩を抑制することができる。一方、流路２５の開度が第１所定開度以下の領域で、バランス孔６１を開放してバランス室５４における圧力の低下を抑制することができ、第２弁体１３の安定した作動と蒸気の外部漏洩抑制との両立を可能とすることができる。

第１実施形態の開閉弁では、第１所定開度を３０％以下に設定している。従って、第２弁体１３が流路２５を開放する位置から流路２５を閉止する位置に移動するとき、第２弁体１３による流路２５の開度が３０％になると開放されることから、蒸気の流量調整を行うほとんどの領域で、蒸気の外部漏洩を抑制することができると共に、バランス室５４の負圧が高くなる領域で、第２弁体１３の安定した作動を可能にすることができる。

第１実施形態の開閉弁では、バランス孔６１をガイド部１４に設けている。従って、構造の簡素化を図ることができる。また、バランス孔６１を第２弁体１３に設けても、同様の作用効果を奏することができる。

また、第１実施形態の蒸気タービンシステムにあっては、排ガスの熱を回収して蒸気を生成するボイラ１０１と、蒸気により駆動する蒸気タービン１０２と、ボイラ１０１が生成した蒸気を蒸気タービン１０２に供給する蒸気供給系統１０５と、蒸気供給系統１０５に設けられる主蒸気弁１１４とを設けている。

従って、ボイラ１０１は、排ガスの熱を回収して蒸気を生成し、蒸気供給系統１０５により蒸気タービン１０２に供給され、蒸気タービン１０２は、この蒸気により駆動することができる。このとき、蒸気供給系統１０５の主蒸気弁１１４にて、第２弁体１３が流路２５を開放する位置から流路２５を閉止する位置に移動するとき、バランス室５４の容積が拡大することから圧力が低下しようとするが、流路２５の蒸気がバランス孔６１を通してバランス室５４に流動することから、バランス室５４における圧力の低下が抑制される。そのため、第２弁体１３が閉止位置に到達する直前で移動速度が低下する現象の発生が抑制され、第２弁体１３の安定した作動を可能にすることができる。また、このバランス孔６１は、第２弁体１３が流路２５を全開したときに閉止されることから、蒸気の供給時に、流路２５を流れる蒸気がバランス孔６１からバランス室５４に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。その結果、蒸気タービンシステム１００の稼働率を向上することができる。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の開閉弁が適用された主蒸気弁の全閉状態を表す断面図、図７は、主蒸気弁の全開状態を表す断面図、図８は、主蒸気弁の小開状態を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図６に示すように、主蒸気弁１１４は、止め弁１１５と加減弁１１６とが組み合わされた組合せ弁である。主蒸気弁１１４は、ケーシング１１と、止め弁１１５の第１弁体１２と、加減弁１１６の第２弁体１３と、第２弁体１３を移動自在に支持するガイド部１４とを備えている。主蒸気弁１１４の基本的な構成は、第１実施形態と同様であることから、詳細な説明は省略する。

第１弁体１２は、下部に第１シール面４３が形成され、第１シール面４３に第１弁棒２７の一端部が連結されている。第２弁体１３は、上部に第１円筒部４４が形成されると共に、下部に第２円筒部４５が形成され、中間部に段差部４６が形成されている。第２円筒部４５は、下部に球面形状をなす第２シール面４８が形成され、上部に第２弁棒３０の一端部が連結されている。一方、ケーシング１１は、開口部５１の周囲にリング形状をなす弁座５２が形成されている。第１弁体１２の第１シール面４３と第２弁体１３の第２シール面４８がこの弁座５２に密着することで、流路２５を閉止することができる。

ガイド部１４は、内周面に第２弁体１３の第１円筒部４４が軸方向に沿って移動自在に嵌合している。そのため、蓋２４とガイド部１４と第２弁体１３とにより密閉された空間部としてバランス室５４が形成されている。また、主蒸気弁１１４は、流路２５とバランス室５４とを連通すると共に、第２弁体１３が流路２５を全開したときに閉止される連通部としてのバランス孔６２，６３が設けられている。第１バランス孔６２は、ガイド部１４に形成されており、１個または周方向に所定間隔で複数設けられている。第２バランス孔６３は、第２弁体１３の第１円筒部４４に形成されており、１個または周方向に所定間隔で複数設けられている。但し、第１バランス孔６２と第２バランス孔６３は、周方向における同一位置に形成されており、ガイド部１４に対して第２弁体１３が軸方向に移動するとき、所定の位置で一致するようになっている。

このバランス孔６２，６３は、第２弁体１３による流路２５の開度が予め設定された第１所定開度（例えば、３０％）以下の範囲で開放されるものである。また、バランス孔６２，６３は、第２弁体１３による流路２５の開度が第１所定開度より小さい予め設定された第２所定開度以下の範囲で閉止されるものである。この第２所定開度は、２０％以下に設定されることが好ましい。

次に、主蒸気弁１１４（止め弁１１５、加減弁１１６）の作用について詳細に説明する。

図７に示すように、主蒸気弁１１４の開放時、止め弁１１５の第１弁体１２は、第１駆動装置２８により第１シール面４３が弁座５２から離間して流路２５を開放する全開位置に位置すると共に、加減弁１１６の第２弁体１３は、第２駆動装置３１により第２シール面４８が弁座５２から離間して流路２５を開放する全開位置に位置している。このとき、蒸気入口部２１からケーシング１１の流路２５に流入した蒸気は、各シール面４３，４８と弁座５２との間を通って蒸気出口部２２に流れる。そのため、図５に示すように、ボイラ１０１で生成された主蒸気は、主蒸気ラインＬ１から全開状態にある主蒸気弁１１４（止め弁１１５、加減弁１１６）を通って高圧タービン１１１に送られる。また、図７に示すように、加減弁１１６の第２弁体１３は、第１円筒部４４の端部が蓋２４に当接すると共に、段差部４６がガイド部１４の先端部に当接し、第１円筒部４４がガイド部１４の内側に位置して各バランス孔６２，６３が軸方向にずれており、各バランス孔６２，６３を閉止している。そのため、流路２５の蒸気がバランス孔６２，６３を通ってバランス室５４に流動することはなく、排出ライン５６からの蒸気の外部漏洩が抑制される。

主蒸気弁１１４の全開状態から、全閉状態に移行するとき、止め弁１１５は、第１駆動装置２８により第１弁体１２を図２の下方へ移動し、第１シール面４３を弁座５２に密着させると共に、加減弁１１６は、第２駆動装置３１により第２弁体１３を図２の下方へ移動し、第２シール面４８を弁座５２に密着させる。すると、図６に示すように、止め弁１１５の第１弁体１２は、第１シール面４３が弁座５２に密着して流路２５を閉止すると共に、加減弁１１６の第２弁体１３は、第２シール面４８が弁座５２に密着して流路２５を閉止する。

加減弁１１６は、流路２５を開放している第２弁体１３が流路２５を閉止する位置に移動するとき、バランス室５４の容積が拡大することからバランス室５４の圧力が低下しようとする。このとき、図８に示すように、第２弁体１３による流路２５の開度が第１所定開度（３０％）になると、第２弁体１３の第１円筒部４４とガイド部１４との相対位置が変わり、第１バランス孔６２と第２バランス孔６３が一致して開放される。そのため、第２弁体１３が流路２５を閉止する途中でバランス孔６２，６３が開放され、流路２５の蒸気の一部がバランス孔６２，６３からバランス室５４に流動することとなり、バランス室５４の圧力低下が抑制される。すると、第２弁体１３は、バランス室５４の圧力の影響を受けることなく、迅速に作動して流路２５を閉止することができる。

そして、図６に示すように、主蒸気弁１１４が全閉状態に移行すると、第１弁体１２の第１シール面４３が弁座５２に密着すると共に、第２弁体１３の第２シール面４８を弁座５２に密着し、流路２５を閉止する。このとき、第１円筒部４４の第１バランス孔６２とガイド部１４の第２バランス孔６３が軸方向にずれて各バランス孔６２，６３が閉止される。そのため、流路２５の蒸気がバランス孔６２，６３を通ってバランス室５４に流動することはなく、排出ライン５６からの蒸気の外部漏洩が抑制される。蒸気ガスタービンシステム１０の起動時、主蒸気弁１１４を開度が２０％より小さい微開状態とし、ボイラ１０１で生成した微少の蒸気を蒸気タービン１０２に供給する必要がある。本実施形態では、主蒸気弁１１４の全閉時に、各バランス孔６２，６３を閉止することから、流路２５の蒸気がバランス孔６２，６３を通ってバランス室５４に流動して外部漏洩することがなく、蒸気タービン１０２への蒸気量を高精度に制御できる。

このように第２実施形態の開閉弁にあっては、ケーシング１１の流路２５とバランス室５４とを連通すると共に第２弁体１３が流路２５を全開したときに閉止されるバランス孔６２，６３を設けている。

従って、第２弁体１３が流路２５を開放する位置から流路２５を閉止する位置に移動するとき、バランス室５４の容積が拡大することから圧力が低下しようとするが、流路２５の蒸気がバランス孔６１を通してバランス室５４に流動することから、バランス室５４における圧力の低下が抑制される。そのため、第２弁体１３が閉止位置に到達する直前で移動速度が低下する現象の発生が抑制され、第２弁体１３の安定した作動を可能にすることができる。また、このバランス孔６２，６３は、第２弁体１３が流路２５を全開したときに閉止されることから、蒸気の供給時に、流路２５を流れる蒸気がバランス孔６２，６３からバランス室５４に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

第２実施形態の開閉弁では、バランス孔６２，６３は、第２弁体１３による流路２５の開度が第１所定開度より小さい予め設定された第２所定開度以下の範囲で閉止されるようにしている。従って、第２弁体１３が流路２５を開放する位置から流路２５を閉止する位置に移動するとき、第２弁体１３による流路２５の開度が第１所定開度になると開放され、第２弁体１３による流路の開度が第２所定開度になると閉止される。即ち、バランス孔６２，６３は、第２弁体１３が流路２５を全閉したときに閉止されることから、蒸気の供給停止時に、流路２５を流れる蒸気がバランス孔６２，６３からバランス室５４に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

第２実施形態の開閉弁では、第２所定開度を２０％以下に設定している。従って、バランス孔６２，６３は、第２弁体１３による流路の開度が２０％になると閉止されることから、蒸気の微少量供給時に、流路２５を流れる蒸気がバランス孔６２，６３からバランス室５４に流動することはなく、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

第２実施形態の開閉弁では、ガイド部１４に第１バランス孔６２を設け、第２弁体１３に第２バランス孔６３を設けている。従って、最適なタイミングでバランス孔６２，６３を開閉することができ、第２弁体１３の安定した作動を可能にすることができると共に、蒸気の外部漏洩を抑制可能とすることができる。

なお、上述した実施形態では、本発明の開閉弁を、主蒸気弁１１４における主蒸気加減弁１１６に適用したが、主蒸気弁１１４として主蒸気止め弁１１５と主蒸気加減弁１１６を別体に構成し、別体の主蒸気加減弁１１６に本発明の開閉弁を適用してもよい。

また、上述した実施形態では、本発明の開閉弁を、蒸気タービンシステムにおける主蒸気加減弁１１６に適用して説明したが、主蒸気止め弁１１５、再熱蒸気止め弁１１７、インターセプト弁１１８に適用してもよい。また、本発明の開閉弁は、蒸気タービンシステムに限らず、同様の構成を有する弁であれば、いずれの開閉弁にでも適用することができる。

１１ ケーシング
１２ 第１弁体
１３ 第２弁体（弁体）
１４ ガイド部
２１ 蒸気入口部
２２ 蒸気出口部
２５ 流路
２７ 第１弁棒
２８ 第１駆動装置
３０ 第２弁棒
３１ 第２駆動装置
４３ 第１シール面
４４ 第１円筒部
４５ 第２円筒部
４８ 第２シール面
５２ 弁座
５４ バランス室
６１ バランス孔（連通部）
６２ 第１バランス孔（連通部、第１連通部）
６３ 第２バランス孔（連通部、第２連通部）
１００ 蒸気タービンシステム
１０１ ボイラ
１０２ 蒸気タービン
１０３ 発電機
１０４ 復水器
１０５ 蒸気供給系統
１０６ 給水供給系統
１１１ 高圧タービン
１１２ 中圧タービン
１１３ 低圧タービン
１１４ 主蒸気弁
１１５ 主蒸気止め弁
１１６ 主蒸気加減弁（開閉弁）

Claims (6)

1. 中空形状をなして蒸気入口部及び蒸気出口部が設けられるケーシングと、
   前記ケーシングにおける前記蒸気入口部と前記蒸気出口部とを連通する流路を開閉する弁体と、
   前記弁体を前記ケーシングに移動自在に支持することで前記弁体と前記ケーシングとの間に密閉されたバランス室を形成するガイド部と、
   前記流路と前記バランス室とを連通すると共に前記弁体が前記流路を全開したときに閉止される連通部と、
   を備え、
   前記連通部は、前記弁体による前記流路の開度が予め設定された第１所定開度以下の範囲で開放され、前記弁体による前記流路の開度が前記第１所定開度より小さい予め設定された第２所定開度以下の範囲で閉止される、
   ことを特徴とする開閉弁。
2. 前記第１所定開度は、３０％以下に設定されることを特徴とする請求項１に記載の開閉弁。
3. 前記第２所定開度は、２０％以下に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉弁。
4. 前記連通部は、前記ガイド部に設けられる第１連通部と前記弁体に設けられる第２連通部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の開閉弁。
5. 前記連通部は、前記ガイド部または前記弁体に設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の開閉弁。
6. 排ガスの熱を回収して蒸気を生成するボイラと、
   蒸気により駆動する蒸気タービンと、
   前記ボイラが生成した蒸気を前記蒸気タービンに供給する蒸気供給系統と、
   前記蒸気供給系統に設けられる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の開閉弁と、
   を備えることを特徴とする蒸気タービンシステム。

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