JPS6143589B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大形の火力及び原子力発電プラントに
おいて、発電機を駆動する原動機である蒸気ター
ビンへのボイラより与える蒸気量を制御する加減
弁に係る。

蒸気タービン用加減弁は高温、高圧（538℃、
246Kg/cm²）の蒸気に常にさらされている。このよ
うな過酷な条件で使用されているため、蒸気ター
ビン定期点検時に部品の異状が発見される事が良
くある。異状の内容は、弁棒接続ネジ部のクラツ
ク発生、弁棒の折損、弁体と弁棒連結用ピンの異
状摩耗等がある。これ等の異状発見時は部品の交
換を行つたり、弁改造をしたりして弁の異状振動
および破損を減少させているが、しかし不安定性
を除去するまでには到つていない。

以下、従来発電所等で使用される蒸気タービン
用加減弁について第１図を参照して説明する。

第１図中１は弁箱で、この弁箱１の内部には弁
座２および弁体３が収納されている。上記弁座２
は円筒状で、外面が弁箱１内に形成された流入室
４の流出端に固定されている。また、弁座２の内
面は流入室４側から下流側に向つて凸曲面状にい
つたん縮径し、再び下流側に向つて緩やかに拡口
するテーパ面に形成されている。

前記弁体３は弁座２に対向する面が略球面状に
形成され、これと反対の側にピン５を介して弁棒
６が連結されている。上記弁棒６は流入室４の上
部を閉塞する蓋体７の中心部を通して進退自在に
装着されており、この弁棒６を進退操作すること
によつて上記弁体３を弁座２の軸心線方向へ進退
させ、弁体３と弁座２との開度を調節するように
構成されている。また、上記弁体３は、全閉時に
おいて、その球面部の周縁が弁座２の流入室側端
面よりやや下流側の位置に接触するようになつて
いる。

前記流入室４は図示しないボイラーに接続さ
れ、弁座２の下流側は図示しないタービンに接続
されている。

このように第１図に示す断面形状の蒸気タービ
ン用加減弁が多数使用されているが、弁体３と弁
座２の狭い区間８をぬけ出た蒸気の流出方向が広
角度にわたつて自由なため第２図に示したような
特性を持つた弁であると、全閉から小開度の場
合、中央吹出（矢印１）、小開度より中間度の間
は中央吹出（矢印１）と弁座付着の不安定領域、
それ以上は片側弁座付着（矢印２）又は両側弁座
付着（矢印３）のパターンで流れている。このよ
うな３種のパターンがあると遷移領域では不安定
な流れになり、弁壁面に加わる圧力が変動し弁座
２や弁体３などに繰り返し荷重が加わり、それが
長期間にわたつて続くと疲労破壊する欠点を生じ
る。そこで本発明者らは長期にわたり安定な弁を
得るためにはまず第１にフローパターンの種類を
減らし、第２に遷移領域の幅を非常に狭くし、第
３に弁体３および弁座２に変動力の加わらない安
定なフローパターンのみにすることに着目して、
この３つの条件を実現させるために、第１は弁頂
部つまり端面を平坦に切り欠いて片側弁座付着の
パターンを無くし、第２は弁頂部の切り欠きと直
線弁座により遷移領域の幅を極度に狭くし、第３
は直線弁座を採用した事によりスロート位置がほ
とんど変化しないため、弁側のスロート以後の形
状を最適設計出来ることを見出した。そしてまた
弁開閉により、スロート前後の流路形状が大きな
変化をしない事により、全開から全閉近くまでの
広範囲にわたりほぼ最適な流路形状を保持でき、
よつて常に弁体３および弁座２に変動力の加わら
ない安定なフローパターンを実現し、本発明を完
成させることに到達した。本発明は上記知見にも
とづきなされたもので、加工が容易な形状でかつ
弁の全閉から全開のすべての範囲にわたり弁後流
の不安定流を防止した加減弁を提供することにあ
る。

すなわち、本発明は弁座に対して弁体を上記弁
座の軸心線方向へ進退させて流量を調節するよう
にした加減弁において、前記弁体はその下端面が
平坦面でかつ凹所が形成され、前記弁座は前記弁
体と接触する面が円錐状斜面に形成され、かつそ
の斜面の両端に曲面が形成されてなることを特徴
とする加減弁である。

以下、第３図から第８図までを参照しながら本
発明に係る加減弁の実施例について詳細に説明す
る。なお図では本発明の要部のみを示し、第１図
と同一部分は同一符号をもつて示し重複する部分
の説明を省略する。第３図において、弁座２０は
直線部２ａと曲面部２ｂ，２ｃを有し直線部２ａ
は円錐状斜面で頂角50゜の円錐形とし、弁体３０
は半球で弁座２０と接する線より10゜下流側まで
を球面とし、それより下流側は接線方向へＲ／８
ほど直線で延長し（この短い部分は円錐形とな
る）それより直角に半球中心側に曲げＲ／５ほど
入つた距離の所より弁棒６の軸心方向に直角な平
面３１を形成しており、端面には平行平面の凹所
３２が形成されている。

しかして、上記加減弁の開閉状態を第４図につ
いて説明すれば弁全閉状態を２点鎖線、実線が半
開時、点線が全開時を示している。弁体３０と弁
座２０にはさまれた蒸気通路最峡部のスロート位
置が、弁体３０を開けて行く事により移動する
が、弁体３０側のスロート位置は弁座２０が直線
になつたため、ほぼ一定位置である。通常の弁で
あると第１図に示したように、弁体３を開けるに
したがい弁側のスロート位置は弁頂部方向に移動
して行く。このため従来の加減弁では弁体３の下
端面がほぼ半球状の頂点近く迄曲線で形成されて
いるため、片側弁座付着等のフローパターンが出
やすい。また流出方向が広角度のため不安定領域
も広くなつている。

第５図から第７図は第３図における加減弁の開
閉図を概略的に示したもので本発明に係る弁は円
錐状斜面を形成した直線部２ａより弁側のスロー
ト位置の移動は少く、またスロート位置より後流
でも流路拡大角が小さく、しかも弁リフトにかか
わらず、ほぼ同一形状で開閉が行なわれるため
に、容易に最適流路形状を決定することができ
る。

第５図から第７図弁後流のフローパターンがそ
れぞれ矢印２１，２２および２３で示してある
が、第５図は小開時のフローパターンで、弁出口
圧力が低く弁出口圧力を弁入口圧力で割つた弁前
後の圧力比が小さい状態なので、スロートからの
吹出は高速で弁座側へ噴流は付着せず、中央へ吹
出の状態となる。このフローパターンでは弁壁面
の圧力変動は微小で、異状振動などは発生しな
い。第６図は弁開度が中間時のフローパターン
で、この開度になると弁前後の圧力比も大きくな
り、噴流の速度は中程度で両側弁座付着状態とな
り、弁はエツジの所から流れは完全に剥離してい
る。このフロータイプも中央吹出と同様で、弁壁
面の圧力変動は微小で不安定現象は発生しない。
第７図で示す大開時も弁座付着のままで途中に不
安定領域を通過する事は無い。

以上述べたように、本発明に係る加減弁は非常
に流れの安定な弁であり、第８図に示すように高
速吹出領域でも、直線部２ａと凹所３２との効果
により弁座付着流となり、中間の遷移領域（不安
定領域）が無くなり、片側弁座付着も無く、中央
吹出と弁座付着流の２つのパターンのみになる。
よつて、弁全閉から全開までの広範囲にわたり安
定な蒸気タービンに好適する加減弁を提供し得
る。

また本発明では弁体の下部面に凹所を単に形成
すればよいので加工が容易である。なお、本発明
においては弁体３０内にさらに異なつた弁を組込
んだ副弁付の蒸気タービン用加減弁に適用しても
上記実施例と同様な作用、効果が得られる。また
弁座の円錐頂角は30゜〜70゜の範囲で選択すれば
良い。

以上詳述したように、本発明によれば、弁体３
０はその下端面が平坦面でかつ凹所３２が形成さ
れ、前記弁座２０は弁体３０と接触する面が円錐
状斜面２ａに形成され、かつその斜面２ａの両端
に曲面が形成されたことにより、弁後流に発生す
る不安定な流れを防止し、もつて弁体と弁座との
間を通過する本流を弁座の中心位置に規制するこ
とができるので、弁体に変動力が作用することも
なく、振動の発生原因を取除くことができる。し
たがつて、振動に起因する構成部品の損傷や騒音
を防止できるので、格別、組立精度等を高める必
要もなく、コストの低減を図り得る加減弁を提供
することができる。

なお、前記各実施例は蒸気タービン装置に使用
される高圧、大流量の加減弁に本発明を適用した
ものであり、きわめて顕著な作用効果を奏するこ
とができるものであるが、本発明は必ずしもこれ
に限ることなく、弁座に対して弁体を上記弁座の
軸心線方向へ進退させて流量を調節するようにし
た加減弁に広く適用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の加減弁を一部側面で示す縦断面
図、第２図は第１図における弁の特性を示す曲線
図、第３図から第８図までは本発明に係る加減弁
を説明するためのもので、第３図は弁体が弁座に
接触した状態を示す概略縦断面図、第４図は弁体
の開閉状態を、第５図は弁体の小開時のフローパ
ターン状態を、第６図は弁体の中間時のフローパ
ターン状態を、第７図は弁体の大開時のフローパ
ターン状態をそれぞれ示す概略縦断面図であり、
第８図は弁の特性を示す曲線図である。 １……弁箱、２……弁座、３……弁体、４……
流入室、５……ピン、６……弁棒、７……蓋体、
８……狭い区間、２ａ……直線部、２ｂ，２ｃ…
…曲面部、２０……弁座、３０……弁体、３１…
…平面、３２……凹所。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁座に対して弁体を該弁座の軸心線方向へ進
   退させて流量を調節するようにした加減弁におい
   て、前記弁体はその下端面が平坦面でかつ凹所が
   形成され、前記弁座は前記弁体と接触する面が円
   錐状斜面に形成され、かつその斜面の両端に曲面
   が形成されてなることを特徴とする加減弁。