JP2004028195A - 蒸気弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】配管内の異物を除去するためのストレーナーを備えた蒸気弁において、異物の衝突によるストレーナーの損傷を防止するとともに、蒸気弁内の圧力損失を抑制し、蒸気プラントのランニングコストを低減する蒸気弁を提供する。
【解決手段】本発明の蒸気弁は、本体ケースと、この本体ケース内部に略円筒状に形成された弁室と、この弁室内面に配設された略円筒状のストレーナーと、前記弁室底部に設けられた弁座と、この弁座に着座するとともに弁室内の前記ストレーナー内を進退する弁体と、前記弁室内の円筒面に対して略直角方向に設けられた蒸気流入口と、この蒸気流入口と対向する位置の弁室内面に設置された邪魔板とからなる蒸気弁において、前記邪魔板の長手方向全長に、この邪魔板設置位置における前記ストレーナーの接線方向と略同一方向の保護板を取付け、断面Ｔ字状の塞止板としたことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の蒸気弁は、本体ケースと、この本体ケース内部に略円筒状に形成された弁室と、この弁室内面に配設された略円筒状のストレーナーと、前記弁室底部に設けられた弁座と、この弁座に着座するとともに弁室内の前記ストレーナー内を進退する弁体と、前記弁室内の円筒面に対して略直角方向に設けられた蒸気流入口と、この蒸気流入口と対向する位置の弁室内面に設置された邪魔板とからなる蒸気弁において、前記邪魔板の長手方向全長に、この邪魔板設置位置における前記ストレーナーの接線方向と略同一方向の保護板を取付け、断面Ｔ字状の塞止板としたことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ蒸気に含まれる溶接くず等の異物を除去し、タービン等のプラント機器への侵入を防止するストレーナーと、蒸気弁内の渦流の発生を防止する邪魔板とを備えた蒸気弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な蒸気発電プラントの構成を図９に示す。主にボイラで構成される蒸気発生器９１で発生した蒸気は、主蒸気管９２に流通して、主蒸気止め弁９３および蒸気加減弁９４を介して高圧タービンＴ１に供給される。
【０００３】
高圧タービンＴ１で発電機Ｅの回転仕事に使用された排気蒸気は、低温再熱蒸気管９５ａを介して蒸気発生器９１の再熱器に戻されて再熱され、高温の蒸気となり、高温再熱蒸気管９５ｂを通り、再熱蒸気止め弁９６および中間阻止弁９７を経て中圧・低圧タービンＴ２の仕事に使用される。
【０００４】
中圧・低圧タービンＴ２の排気蒸気は復水器９９で冷却水ＣＷによって凝縮されて水に戻され、給水配管１０２に供給され、給水ポンプ１０１により再び蒸気発生器９１に給水として還流される。
【０００５】
この蒸気発電プラント１００に使用される主蒸気止め弁９３や再熱蒸気止め弁９６のような蒸気弁には、配管内に残留する異物によるプラント機器、特にタービン翼類の損傷を防止する目的でストレーナーが設置される。
【０００６】
従来の蒸気弁１１０の水平断面で見た構造を図１０に示す。この蒸気弁１１０は、本体を形成する本体ケース１０５と、この本体ケース１０５に収納されて、弁室１０６への異物の侵入を防止するためのストレーナー１０７と、蒸気管からの蒸気流による渦流の発生を抑制するための邪魔板１０８が設置される。図１０に矢印で示される蒸気流は、ストレーナー１０７により異物が除去されて弁室１０６に流入し、弁体１０９によりその流量が制御されて下流配管Ｐに流通する。
【０００７】
ストレーナー１０７は常時設置され、プラントの通常運転時に使用されるものであるが、特に、プラントの新設時や、定期点検等によるプラント改造による配管工事の後の使用開始直後には、溶接くずや金属片等が多く配管内に残留する。そのため、これらの溶接くずや金属片を除去する目的で、常用のストレーナーの外側に細目メッシュスクリーンと、この細目メッシュスクリーンを保護するための粗目メッシュスクリーンが設置された試運転用のストレーナーが、試運転時およびプラント改造工事後の一定期間に限って使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このストレーナーに使用される細目メッシュスクリーンおよび粗目メッシュスクリーンは、主に金属製の細線で形成される部材のため、プラントで使用される蒸気の圧力・流量によって流入する金属片等に対して十分な強度を有するものではない。よって試運転時に配管内に残留する溶接くずや金属片により損傷を受けたり、稀ではあるが、配管内に残留した比較的大きな金属片により、試運転直後に破損するケースがある。
【０００９】
このような場合、破損したメッシュスクリーンの隙間から異物が蒸気弁に流入し、弁体や弁座を損傷するばかりでなく、その下流配管を介してタービンに流入すると、タービンを損傷することもあり、こうした場合、タービンの開放点検を行わなければならず、極めて不都合であった。
【００１０】
一方、図１０に矢印で示すように、蒸気流の干渉による渦流効果を抑制するために設けられた邪魔板により蒸気流が旋回して、蒸気流が直接ストレーナーに衝突したり、また蒸気流に含まれる異物がストレーナーに衝突することにより、ストレーナーに破損が生じるといった不都合も発生していた。
【００１１】
本発明は、上述したような事情を考慮してなされたものであり、配管内の異物を除去するためのストレーナーを備えた蒸気弁において、異物の衝突によるストレーナーの損傷を防止する蒸気弁を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気弁は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、本体ケースと、この本体ケース内部に略円筒状に形成された弁室と、この弁室内面に配設された略円筒状のストレーナーと、前記弁室底部に設けられた弁座と、この弁座に着座するとともに弁室内の前記ストレーナー内を進退する弁体と、前記弁室内の円筒面に対して略直角方向に設けられた蒸気流入口と、この蒸気流入口と対向する位置の弁室内面に設置された邪魔板とからなる蒸気弁において、前記邪魔板の長手方向全長に、この邪魔板設置位置における前記ストレーナーの接線方向と略同一方向の保護板を取付け、断面Ｔ字状の塞止板としたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、本体ケースと、この本体ケース内部に略円筒状に形成された弁室と、この弁室内面に配設された略円筒状のストレーナーと、前記弁室底部に設けられた弁座と、この弁座に着座するとともに弁室内の前記ストレーナー内を進退する弁体と、前記弁室内の円筒面に対して略直角方向に設けられた蒸気流入口と、この蒸気流入口と対向する位置の弁室内面に設置された邪魔板とからなる蒸気弁において、前記邪魔板の長手方向全長に、前記邪魔板設置位置における前記ストレーナーの曲率に沿うＶ字状の開先部を形成するように第１の補助板と第２の補助板とを接合して断面Ｙ字状の塞止板としたことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明に係る蒸気弁は、上述した課題を解決するために、請求項３に記載したように、前記塞止板の上端部および下端部にそれぞれ上部板材および下部板材を設け、蒸気の流入方向に対して開口した箱状の塞止板にしたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述した課題を解決するために、請求項４に記載したように、前記保護板または第１の補助板および第２の補助板は、前記ストレーナーに近接して取付けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る蒸気弁の構造について、図を参照して以下に説明する。
【００１７】
図１に蒸気弁１０の構造を示す。
【００１８】
蒸気弁１０は、本体ケース１に弁体２、弁棒３、弁棒ガイド４を収納して形成される。弁棒２の一端は、本体ケース１の外側に延伸されて油圧式のシリンダーＳに接続され、外部からの信号の入力により、弁棒３を摺動させ、弁体２と弁座５との間隙の調整を行う。本体ケース１の蒸気流入口および弁座５の下流側は、それぞれ上流側配管Ｐ１および下流配管側Ｐ２に接合される。
【００１９】
そして、本体ケース１内部の空間に、弁体２の上流で配管内の異物を除去して下流のプロセス機器（特にタービン）を保護するための略円筒状のストレーナー６が設けられる。また、本体ケース１内部には、ストレーナー６の外周に環状の空間７が形成される。ストレーナー６を収納した本体ケースに蓋部８を取付け、図示しないボルト等の固定手段により一体に構成することにより蒸気弁１０が形成される。なお、ストレーナー６の上端面および下端面は、蓋部８および弁座５にそれぞれ密接され、蒸気のもれを防止している。
【００２０】
この蒸気弁１０において、上流側配管Ｐ１から流入した蒸気は、空間７を流通し、ストレーナーを介して弁室９に流入し、弁体２が進退することにより形成される弁座５との隙間を通して下流側配管Ｐ２により下流に接続された図示しないタービンへと流通する。
【００２１】
図２および図３にストレーナー６の構成を示す。
【００２２】
ストレーナー６は、側壁に穴あけされた円筒状の本体シリンダー１２と、多孔板１３と、細メッシュスクリーン１４と、粗メッシュスクリーン１５を略同軸状に重ねて構成され、リベット１６により一体的に固定される。
【００２３】
これらの構成要素のうち、細メッシュスクリーン１４と粗メッシュスクリーン１５は、プラント新設の際の試運転時や配管改造等の施工後等、配管内の溶接くず等の大きな異物が、タービン内に侵入することが想定される場合のみに使用され、その後取り外されて、その後は本体シリンダー１２および多孔板１３のみが常用に供される。
【００２４】
次にストレーナー６の各構成部材について説明する。
【００２５】
本体シリンダー１２は、上下端開口形状の円筒状の部材で、用いる弁口径によって直径が決定され、例えば直径３００ｍｍ程度の外径を有する部材である。また、本体シリンダー１２の肉厚は、蒸気の流動圧力に耐えられるように通常５０ｍｍ〜６０ｍｍ程度に形成されている。
【００２６】
この本体シリンダー１２は、ストレーナー６の強度部材として機能する部材であり、また蒸気プラントにおいて常用に供されるため、プラントの使用条件（温度、圧力）に対する十分な耐性と強度を備えた部材で構成される。従って、本体シリンダー１２の材質としては、例えばクロム−モリブデン鋼等が好適に使用される。
【００２７】
また本体シリンダー１２の側壁には、φ５０ｍｍ〜６０ｍｍ程度のパンチ孔１７が複数個設けられて、下流側配管Ｐ１への異物の侵入を防止しつつ、蒸気を弁室９に流通させ、ストレーナーとして機能する。
【００２８】
この本体シリンダー１２の上流側配管Ｐ１側に対向する側壁部１８には、蒸気流に含まれる異物が上流側配管Ｐ１の流速のまま衝突するため、この側壁部１８にメッシュスクリーンを設置すると破損が起きやすい。そのためこの本体シリンダー１２の上流側配管Ｐ１側の側壁部１８には、パンチ孔１７を設けず、また多孔板１３、細目メッシュスクリーン１４および粗目メッシュスクリーン１５も設置せずに、蒸気流は本体シリンダー１２の側壁部１８により自然に左右方向に分流される構成としてある。
【００２９】
このような構成とすることにより、ストレーナー６のメッシュ部分に直接異物が衝突することが防止されるため、ストレーナー６の破損が防止され、また蒸気流が左右に分流することにより、ストレーナー６のメッシュ部分のほぼ全周で異物を除去することが可能である。
【００３０】
多孔板１３は、本体シリンダー１２の外周に設けられる部材で、本体シリンダー１２とともに、試運転後も常用部材として使用される。多孔板１３はφ３〜４ｍｍ程度の複数の孔部１９を有するパンチングメタル等の材料を本体シリンダーの側壁部１８を除く外周に設置することにより構成されており、通常運転時に孔部１９を介して配管内の蒸気に含まれる異物を除去しつつ下流側配管Ｐ２に蒸気を流通する。
【００３１】
本体シリンダー１２と多孔板１３からなる常用のストレーナーの外周に、細目メッシュスクリーン１４と粗目メッシュスクリーン１５を設置し、リベット１６で固定することにより、試運転用のストレーナー６が形成される。
【００３２】
このように、細目メッシュスクリーン１４は、蒸気プラントの新設時または、改造工事に伴う試運転期間にのみ使用される部材である。この細目メッシュスクリーン１４は、例えば１４メッシュ（平均開口径１．２ｍｍ程度）の金属製メッシュ素材で構成され、素材としては、ＳＵＳ４１０等のステンレス素材が好適に使用される。
【００３３】
細目メッシュスクリーン１４は、主にステンレス細線で形成された開口径の小さいメッシュ素材であるため、蒸気配管内の異物の衝突による破損が生じやすい。そのためこの細目メッシュスクリーン１４の外側に、粗目メッシュスクリーン１５を回装して細目メッシュスクリーン１４を保護し、ストレーナー６の破損を防止する。
【００３４】
粗目メッシュスクリーン１５は、例えば５メッシュ（平均開口径４ｍｍ程度）のメッシュ素材で形成され、素材としては、ＳＵＳ４１０等のステンレス素材が好適に使用される。
【００３５】
図４（Ａ）に図１に示した蒸気弁１０のＸ−Ｘ断面図を示す。図４（Ａ）に矢印で示すように、この蒸気弁１０においては、上流側配管Ｐ１から流入した蒸気は、この配管軸方向と対向するストレーナー６の側壁部１８により左右に分流されて、ストレーナー６の外周に沿って流通する。
【００３６】
蒸気弁１０内部には、左右に分流した蒸気流が、ストレーナーを挟んで上流側配管Ｐ１と反対側の空間７でぶつかることによる蒸気流同士の干渉を低減することにより渦流の発生を抑制し、圧力損失の増大を防止する邪魔板２０と、この蒸気流の邪魔板付近での旋回流によるストレーナー６の破損を防止する保護板２１とが一体に接合されて塞止板２２を形成し、蒸気弁１０の本体ケース１内の蒸気流路である空間７に設置される。
【００３７】
この邪魔板２０は、ストレーナーを挟んで上流側配管Ｐ１と反対側の本体ケース１の空間７内の内側壁に、略長方形の板材の一端を一体に接合したものである。また、この邪魔板２０のストレーナー６方向の端面に、このストレーナー６の接線方向とほぼ同一の方向の保護板２１を、その長手方向全長に接合し、塞止板２２が断面Ｔ字状となるように構成される。なお、邪魔板２０の中央部に、切込部２０ａを設けて溶接時の歪を防止する構成としてもよい。
【００３８】
板材２１の幅は、蒸気弁の蒸気流路の広さにより適宜決定されるが、先のストレーナー６の径が３００ｍｍ程度の場合、普通４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度に設定される。なおこの幅は、なるべくストレーナー６の外周との間隙が小さくなるように設けることが、渦流防止の観点からは好ましい。
【００３９】
邪魔板２０の板厚は、蒸気流の圧力、流速に耐えられるように１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲に設けられ、材質としては、本体ケースとの接合性および耐食性を考慮して、本体ケースと同一の材質で設けられることが好ましく、例えばクロム−モリブデン鋼が好適に使用される。
【００４０】
一方、保護板２１は、普通邪魔板２０と同一材料で形成された部材で形成され、板厚は、通常邪魔板２０と同一に設けられる。
【００４１】
保護板２１の幅は、通常邪魔板２０の幅とほぼ同一程度（４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度）に設けられるが、蒸気弁１０の使用条件（温度、圧力、流速）や、ストレーナー６の外径に応じて自由に設定する。
【００４２】
このような構成とした邪魔板２０および保護板２１を接合して塞止板２２を設けることにより、分流された蒸気流が再び合流することによる蒸気流同士の干渉により発生した渦流により蒸気弁の圧力損失が大きくなるという問題が回避されると同時に、蒸気流によって運ばれた異物が、蒸気流の干渉に起因する渦流により旋回して、直接ストレーナー６に接触し、ストレーナー６が破損する不具合が未然に防止される。
【００４３】
すなわち、上流側配管Ｐ１から蒸気弁１０に導入された蒸気は、ストレーナー６の側壁部１８により左右に分流し、ストレーナー６の外周に沿って図４（Ａ）に示す矢印のように流動する。そして邪魔板２０に蒸気流が衝突することにより、蒸気流が旋回するが（図４（Ｂ）参照）、保護板２１による蒸気流の流れ抑制効果により、旋回した蒸気流が保護板２１に衝突して異物が除去されるため、異物のストレーナー６への直接衝突が効果的に防止される。このようにして邪魔板２３に衝突した異物は、捕捉されて空間７の下部に貯留される。
【００４４】
そのため、ストレーナー６の細目メッシュスクリーン１４および粗目メッシュスクリーン１５への異物の直接衝突が回避されるため、ストレーナー６の破損が効果的に防止される。
【００４５】
また、邪魔板２０および保護板２１を接合して、塞止板２２を断面Ｔ字型に設けることにより、左右に分流された蒸気が再び合流することによる蒸気流同士の干渉による渦流の発生がより効果的に防止されるため、蒸気弁１０における圧力損失が抑制され、蒸気プラントのランニングコストを大幅に低減することが可能である。
【００４６】
邪魔板２０は、通常、溶接により本体ケース１の弁室９内に一体に接合するが、本体ケース１を成形する際に鋳造により一体成形する構成としても良い。鋳造により邪魔板を本体ケースと一体に設ける製造方法とすることにより、邪魔板を溶接する工程が省略されるため、蒸気弁の製造コストを低減することが可能である。
【００４７】
次に図５および図６を参照して、本発明の蒸気弁の変形例について説明する。
【００４８】
図５に本発明の第１変形例の蒸気弁３０の部分的な縦断面図、図６にストレーナー６方向から見た正面図をそれぞれ示す。
【００４９】
この蒸気弁３０は、第１の変形例の蒸気弁１０と同様に、一端が本体ケース１に接合された邪魔板３１のストレーナー６側の端面に保護板３２をストレーナー６と対向するように接合するともに、邪魔板３１および保護板３２の上下端に上部板材３３、下部板材３４をそれぞれ接合して塞止板３５を一体に設けたものである。
【００５０】
保護板３２の幅は、蒸気弁１０の保護板２１と同様に、蒸気弁３０の使用条件や、ストレーナー６の外径に応じて自由に設定してよい。
【００５１】
このように構成された蒸気弁３０によれば、邪魔板３１に衝突した蒸気流が旋回し、旋回した蒸気流が保護板３２に衝突することにより、蒸気流に含まれる異物のストレーナー６への直接衝突が防止される一方、上部板材３３および下部板材３４により上下方向への流れを旋回させて、蒸気内の異物を確実に除去するため、ストレーナー６の破損がより効果的に防止される。
【００５２】
また、この蒸気弁３０によれば、蒸気流同士の干渉がほとんど抑制され、渦流の発生が防止されるため、圧力損失が大幅に低減されて、蒸気プラントのランニングコストの低減が可能である。
【００５３】
次に本発明に係る蒸気弁の第２の変形例について説明する。
【００５４】
図７に第２変形例の蒸気弁４０の部分的な水平断面図断面図、図８にストレーナー６方向から見た正面図をそれぞれ示す。
【００５５】
この第２変形例の蒸気弁４０は、邪魔板４１のストレーナー側の端面に第１の補助板４２と第２の補助板４３をそれぞれ接合して、先端部がＶ字状の開先形状を有するように塞止板４４を構成し断面Ｙ字型に形成したものである。こうした構造は、特に比較的径の小さい蒸気弁４０に適用される。
【００５６】
径の小さい蒸気弁の場合、邪魔板の寸法に対してストレーナーが相対的に大きく、邪魔板とストレーナーとの隙間における蒸気流の制御が困難になりがちである。そのため、蒸気弁１０あるいは蒸気弁３０のような邪魔板の構造としても異物の除去性能が不充分になりやすい。また、径の小さいストレーナー６の場合、例えば邪魔板２０と保護板２１とを断面Ｔ字型に設けた場合、板材２１の両縁部がストレーナー６の外周と離れて設置されてしまうため、ストレーナー６近傍の蒸気流の抑制効果が少ない。
【００５７】
このような不都合を解決するため、この蒸気弁４０は、邪魔板４１のストレーナー側の端面に第１の補助板４２、第２の補助板４３を接合して、Ｖ字状の開先部を形成し、塞止板４４を断面Ｙ字状に形成する構成としたものである。
【００５８】
Ｙ字状に接合された第１の補助板４２、第２の補助板４３の開先形状は、蒸気弁４０の使用条件や、ストレーナー６の外径に応じて適宜変更して良く、また、第１の補助板４２、第２の補助板４３の大きさも、ストレーナー６の形状や蒸気流の流速等を考慮して設定することが可能である。
【００５９】
このように形成された蒸気弁４０によれば、第１の補助板４２と第２の補助板４３がストレーナー６の外周の曲面に沿う形状となるため、蒸気流の抑制効果が一層向上し、蒸気内の異物の回収効果がさらに高められ、異物の直接衝突によるストレーナー６の破損が確実に防止される。
【００６０】
さらに、この蒸気弁４０は、蒸気弁の径が小さい場合においても蒸気流の干渉が低減するので、渦流防止効果が高く、圧力損失を低減し、プラントのランニングコストを低減する蒸気弁の提供が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明のとおり、本発明に係る蒸気弁によれば、本体ケース内の弁室に邪魔板および保護板を設ける構成としたので、ストレーナーの破損が防止され、また、蒸気流の干渉による渦流の発生が防止されるため、圧力損失が抑制され、蒸気プラントのランニングコストを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気弁の構造を示す縦断面図。
【図２】ストレーナーの構成を示す説明図。
【図３】ストレーナーの構造を示す断面図。
【図４】（Ａ）は、本発明に係る蒸気弁の図１のＸ−Ｘ断面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＹ部付近の蒸気流の挙動を示す説明図。
【図５】本発明に係る蒸気弁の第１の変形例の邪魔板の構成を示す縦断面図。
【図６】本発明に係る蒸気弁の第１の変形例の邪魔板付近の正面図。
【図７】本発明に係る蒸気弁の第２の変形例の邪魔板の構成を示す上方からの断面図。
【図８】本発明に係る蒸気弁の第２の変形例の邪魔板付近の正面図。
【図９】蒸気発電プラントの概略を示すプロセス図。
【図１０】従来の蒸気弁の上方からの断面図。
【符号の説明】
１ 本体ケース
２ 弁体
３ 弁棒
４ 弁棒ガイド
５ 弁座
６ ストレーナー
７ 空間
８ 蓋部
９ 弁室
１０ 蒸気弁
１２ 本体シリンダー
１３ 多穴板
１４ 細目メッシュスクリーン
１５ 粗目メッシュスクリーン
１６ リベット
１７ パンチ孔
１８ 側壁部
２０ 邪魔板
２０ａ 切込部
２１ 保護板
２２ 塞止板
３０ 蒸気弁
３１ 邪魔板
３２ 保護板
３３ 上部板材
３４ 下部板材
３５ 塞止板
４０ 蒸気弁
４１ 邪魔板
４２ 第１の補助板
４３ 第２の補助板
４４ 塞止板
９１ 蒸気発生器
９２ 主蒸気管
９３ 主蒸気止め弁
９４ 蒸気加減弁
９５ａ 低温再熱蒸気管
９５ｂ 高温再熱蒸気管
９６ 再熱蒸気止め弁
９７ 中間阻止弁
９９ 復水弁
１００ 蒸気発電プラント
１０１ 給水ポンプ
１０２ 給水配管
１０５ 本体ケース
１０６ 弁室
１０７ ストレーナー
１０８ 邪魔板
１１０ 蒸気弁（従来）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ蒸気に含まれる溶接くず等の異物を除去し、タービン等のプラント機器への侵入を防止するストレーナーと、蒸気弁内の渦流の発生を防止する邪魔板とを備えた蒸気弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な蒸気発電プラントの構成を図９に示す。主にボイラで構成される蒸気発生器９１で発生した蒸気は、主蒸気管９２に流通して、主蒸気止め弁９３および蒸気加減弁９４を介して高圧タービンＴ１に供給される。
【０００３】
高圧タービンＴ１で発電機Ｅの回転仕事に使用された排気蒸気は、低温再熱蒸気管９５ａを介して蒸気発生器９１の再熱器に戻されて再熱され、高温の蒸気となり、高温再熱蒸気管９５ｂを通り、再熱蒸気止め弁９６および中間阻止弁９７を経て中圧・低圧タービンＴ２の仕事に使用される。
【０００４】
中圧・低圧タービンＴ２の排気蒸気は復水器９９で冷却水ＣＷによって凝縮されて水に戻され、給水配管１０２に供給され、給水ポンプ１０１により再び蒸気発生器９１に給水として還流される。
【０００５】
この蒸気発電プラント１００に使用される主蒸気止め弁９３や再熱蒸気止め弁９６のような蒸気弁には、配管内に残留する異物によるプラント機器、特にタービン翼類の損傷を防止する目的でストレーナーが設置される。
【０００６】
従来の蒸気弁１１０の水平断面で見た構造を図１０に示す。この蒸気弁１１０は、本体を形成する本体ケース１０５と、この本体ケース１０５に収納されて、弁室１０６への異物の侵入を防止するためのストレーナー１０７と、蒸気管からの蒸気流による渦流の発生を抑制するための邪魔板１０８が設置される。図１０に矢印で示される蒸気流は、ストレーナー１０７により異物が除去されて弁室１０６に流入し、弁体１０９によりその流量が制御されて下流配管Ｐに流通する。
【０００７】
ストレーナー１０７は常時設置され、プラントの通常運転時に使用されるものであるが、特に、プラントの新設時や、定期点検等によるプラント改造による配管工事の後の使用開始直後には、溶接くずや金属片等が多く配管内に残留する。そのため、これらの溶接くずや金属片を除去する目的で、常用のストレーナーの外側に細目メッシュスクリーンと、この細目メッシュスクリーンを保護するための粗目メッシュスクリーンが設置された試運転用のストレーナーが、試運転時およびプラント改造工事後の一定期間に限って使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このストレーナーに使用される細目メッシュスクリーンおよび粗目メッシュスクリーンは、主に金属製の細線で形成される部材のため、プラントで使用される蒸気の圧力・流量によって流入する金属片等に対して十分な強度を有するものではない。よって試運転時に配管内に残留する溶接くずや金属片により損傷を受けたり、稀ではあるが、配管内に残留した比較的大きな金属片により、試運転直後に破損するケースがある。
【０００９】
このような場合、破損したメッシュスクリーンの隙間から異物が蒸気弁に流入し、弁体や弁座を損傷するばかりでなく、その下流配管を介してタービンに流入すると、タービンを損傷することもあり、こうした場合、タービンの開放点検を行わなければならず、極めて不都合であった。
【００１０】
一方、図１０に矢印で示すように、蒸気流の干渉による渦流効果を抑制するために設けられた邪魔板により蒸気流が旋回して、蒸気流が直接ストレーナーに衝突したり、また蒸気流に含まれる異物がストレーナーに衝突することにより、ストレーナーに破損が生じるといった不都合も発生していた。
【００１１】
本発明は、上述したような事情を考慮してなされたものであり、配管内の異物を除去するためのストレーナーを備えた蒸気弁において、異物の衝突によるストレーナーの損傷を防止する蒸気弁を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気弁は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、本体ケースと、この本体ケース内部に略円筒状に形成された弁室と、この弁室内面に配設された略円筒状のストレーナーと、前記弁室底部に設けられた弁座と、この弁座に着座するとともに弁室内の前記ストレーナー内を進退する弁体と、前記弁室内の円筒面に対して略直角方向に設けられた蒸気流入口と、この蒸気流入口と対向する位置の弁室内面に設置された邪魔板とからなる蒸気弁において、前記邪魔板の長手方向全長に、この邪魔板設置位置における前記ストレーナーの接線方向と略同一方向の保護板を取付け、断面Ｔ字状の塞止板としたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、本体ケースと、この本体ケース内部に略円筒状に形成された弁室と、この弁室内面に配設された略円筒状のストレーナーと、前記弁室底部に設けられた弁座と、この弁座に着座するとともに弁室内の前記ストレーナー内を進退する弁体と、前記弁室内の円筒面に対して略直角方向に設けられた蒸気流入口と、この蒸気流入口と対向する位置の弁室内面に設置された邪魔板とからなる蒸気弁において、前記邪魔板の長手方向全長に、前記邪魔板設置位置における前記ストレーナーの曲率に沿うＶ字状の開先部を形成するように第１の補助板と第２の補助板とを接合して断面Ｙ字状の塞止板としたことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明に係る蒸気弁は、上述した課題を解決するために、請求項３に記載したように、前記塞止板の上端部および下端部にそれぞれ上部板材および下部板材を設け、蒸気の流入方向に対して開口した箱状の塞止板にしたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る蒸気弁は、上述した課題を解決するために、請求項４に記載したように、前記保護板または第１の補助板および第２の補助板は、前記ストレーナーに近接して取付けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る蒸気弁の構造について、図を参照して以下に説明する。
【００１７】
図１に蒸気弁１０の構造を示す。
【００１８】
蒸気弁１０は、本体ケース１に弁体２、弁棒３、弁棒ガイド４を収納して形成される。弁棒２の一端は、本体ケース１の外側に延伸されて油圧式のシリンダーＳに接続され、外部からの信号の入力により、弁棒３を摺動させ、弁体２と弁座５との間隙の調整を行う。本体ケース１の蒸気流入口および弁座５の下流側は、それぞれ上流側配管Ｐ１および下流配管側Ｐ２に接合される。
【００１９】
そして、本体ケース１内部の空間に、弁体２の上流で配管内の異物を除去して下流のプロセス機器（特にタービン）を保護するための略円筒状のストレーナー６が設けられる。また、本体ケース１内部には、ストレーナー６の外周に環状の空間７が形成される。ストレーナー６を収納した本体ケースに蓋部８を取付け、図示しないボルト等の固定手段により一体に構成することにより蒸気弁１０が形成される。なお、ストレーナー６の上端面および下端面は、蓋部８および弁座５にそれぞれ密接され、蒸気のもれを防止している。
【００２０】
この蒸気弁１０において、上流側配管Ｐ１から流入した蒸気は、空間７を流通し、ストレーナーを介して弁室９に流入し、弁体２が進退することにより形成される弁座５との隙間を通して下流側配管Ｐ２により下流に接続された図示しないタービンへと流通する。
【００２１】
図２および図３にストレーナー６の構成を示す。
【００２２】
ストレーナー６は、側壁に穴あけされた円筒状の本体シリンダー１２と、多孔板１３と、細メッシュスクリーン１４と、粗メッシュスクリーン１５を略同軸状に重ねて構成され、リベット１６により一体的に固定される。
【００２３】
これらの構成要素のうち、細メッシュスクリーン１４と粗メッシュスクリーン１５は、プラント新設の際の試運転時や配管改造等の施工後等、配管内の溶接くず等の大きな異物が、タービン内に侵入することが想定される場合のみに使用され、その後取り外されて、その後は本体シリンダー１２および多孔板１３のみが常用に供される。
【００２４】
次にストレーナー６の各構成部材について説明する。
【００２５】
本体シリンダー１２は、上下端開口形状の円筒状の部材で、用いる弁口径によって直径が決定され、例えば直径３００ｍｍ程度の外径を有する部材である。また、本体シリンダー１２の肉厚は、蒸気の流動圧力に耐えられるように通常５０ｍｍ〜６０ｍｍ程度に形成されている。
【００２６】
この本体シリンダー１２は、ストレーナー６の強度部材として機能する部材であり、また蒸気プラントにおいて常用に供されるため、プラントの使用条件（温度、圧力）に対する十分な耐性と強度を備えた部材で構成される。従って、本体シリンダー１２の材質としては、例えばクロム−モリブデン鋼等が好適に使用される。
【００２７】
また本体シリンダー１２の側壁には、φ５０ｍｍ〜６０ｍｍ程度のパンチ孔１７が複数個設けられて、下流側配管Ｐ１への異物の侵入を防止しつつ、蒸気を弁室９に流通させ、ストレーナーとして機能する。
【００２８】
この本体シリンダー１２の上流側配管Ｐ１側に対向する側壁部１８には、蒸気流に含まれる異物が上流側配管Ｐ１の流速のまま衝突するため、この側壁部１８にメッシュスクリーンを設置すると破損が起きやすい。そのためこの本体シリンダー１２の上流側配管Ｐ１側の側壁部１８には、パンチ孔１７を設けず、また多孔板１３、細目メッシュスクリーン１４および粗目メッシュスクリーン１５も設置せずに、蒸気流は本体シリンダー１２の側壁部１８により自然に左右方向に分流される構成としてある。
【００２９】
このような構成とすることにより、ストレーナー６のメッシュ部分に直接異物が衝突することが防止されるため、ストレーナー６の破損が防止され、また蒸気流が左右に分流することにより、ストレーナー６のメッシュ部分のほぼ全周で異物を除去することが可能である。
【００３０】
多孔板１３は、本体シリンダー１２の外周に設けられる部材で、本体シリンダー１２とともに、試運転後も常用部材として使用される。多孔板１３はφ３〜４ｍｍ程度の複数の孔部１９を有するパンチングメタル等の材料を本体シリンダーの側壁部１８を除く外周に設置することにより構成されており、通常運転時に孔部１９を介して配管内の蒸気に含まれる異物を除去しつつ下流側配管Ｐ２に蒸気を流通する。
【００３１】
本体シリンダー１２と多孔板１３からなる常用のストレーナーの外周に、細目メッシュスクリーン１４と粗目メッシュスクリーン１５を設置し、リベット１６で固定することにより、試運転用のストレーナー６が形成される。
【００３２】
このように、細目メッシュスクリーン１４は、蒸気プラントの新設時または、改造工事に伴う試運転期間にのみ使用される部材である。この細目メッシュスクリーン１４は、例えば１４メッシュ（平均開口径１．２ｍｍ程度）の金属製メッシュ素材で構成され、素材としては、ＳＵＳ４１０等のステンレス素材が好適に使用される。
【００３３】
細目メッシュスクリーン１４は、主にステンレス細線で形成された開口径の小さいメッシュ素材であるため、蒸気配管内の異物の衝突による破損が生じやすい。そのためこの細目メッシュスクリーン１４の外側に、粗目メッシュスクリーン１５を回装して細目メッシュスクリーン１４を保護し、ストレーナー６の破損を防止する。
【００３４】
粗目メッシュスクリーン１５は、例えば５メッシュ（平均開口径４ｍｍ程度）のメッシュ素材で形成され、素材としては、ＳＵＳ４１０等のステンレス素材が好適に使用される。
【００３５】
図４（Ａ）に図１に示した蒸気弁１０のＸ−Ｘ断面図を示す。図４（Ａ）に矢印で示すように、この蒸気弁１０においては、上流側配管Ｐ１から流入した蒸気は、この配管軸方向と対向するストレーナー６の側壁部１８により左右に分流されて、ストレーナー６の外周に沿って流通する。
【００３６】
蒸気弁１０内部には、左右に分流した蒸気流が、ストレーナーを挟んで上流側配管Ｐ１と反対側の空間７でぶつかることによる蒸気流同士の干渉を低減することにより渦流の発生を抑制し、圧力損失の増大を防止する邪魔板２０と、この蒸気流の邪魔板付近での旋回流によるストレーナー６の破損を防止する保護板２１とが一体に接合されて塞止板２２を形成し、蒸気弁１０の本体ケース１内の蒸気流路である空間７に設置される。
【００３７】
この邪魔板２０は、ストレーナーを挟んで上流側配管Ｐ１と反対側の本体ケース１の空間７内の内側壁に、略長方形の板材の一端を一体に接合したものである。また、この邪魔板２０のストレーナー６方向の端面に、このストレーナー６の接線方向とほぼ同一の方向の保護板２１を、その長手方向全長に接合し、塞止板２２が断面Ｔ字状となるように構成される。なお、邪魔板２０の中央部に、切込部２０ａを設けて溶接時の歪を防止する構成としてもよい。
【００３８】
板材２１の幅は、蒸気弁の蒸気流路の広さにより適宜決定されるが、先のストレーナー６の径が３００ｍｍ程度の場合、普通４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度に設定される。なおこの幅は、なるべくストレーナー６の外周との間隙が小さくなるように設けることが、渦流防止の観点からは好ましい。
【００３９】
邪魔板２０の板厚は、蒸気流の圧力、流速に耐えられるように１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲に設けられ、材質としては、本体ケースとの接合性および耐食性を考慮して、本体ケースと同一の材質で設けられることが好ましく、例えばクロム−モリブデン鋼が好適に使用される。
【００４０】
一方、保護板２１は、普通邪魔板２０と同一材料で形成された部材で形成され、板厚は、通常邪魔板２０と同一に設けられる。
【００４１】
保護板２１の幅は、通常邪魔板２０の幅とほぼ同一程度（４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度）に設けられるが、蒸気弁１０の使用条件（温度、圧力、流速）や、ストレーナー６の外径に応じて自由に設定する。
【００４２】
このような構成とした邪魔板２０および保護板２１を接合して塞止板２２を設けることにより、分流された蒸気流が再び合流することによる蒸気流同士の干渉により発生した渦流により蒸気弁の圧力損失が大きくなるという問題が回避されると同時に、蒸気流によって運ばれた異物が、蒸気流の干渉に起因する渦流により旋回して、直接ストレーナー６に接触し、ストレーナー６が破損する不具合が未然に防止される。
【００４３】
すなわち、上流側配管Ｐ１から蒸気弁１０に導入された蒸気は、ストレーナー６の側壁部１８により左右に分流し、ストレーナー６の外周に沿って図４（Ａ）に示す矢印のように流動する。そして邪魔板２０に蒸気流が衝突することにより、蒸気流が旋回するが（図４（Ｂ）参照）、保護板２１による蒸気流の流れ抑制効果により、旋回した蒸気流が保護板２１に衝突して異物が除去されるため、異物のストレーナー６への直接衝突が効果的に防止される。このようにして邪魔板２３に衝突した異物は、捕捉されて空間７の下部に貯留される。
【００４４】
そのため、ストレーナー６の細目メッシュスクリーン１４および粗目メッシュスクリーン１５への異物の直接衝突が回避されるため、ストレーナー６の破損が効果的に防止される。
【００４５】
また、邪魔板２０および保護板２１を接合して、塞止板２２を断面Ｔ字型に設けることにより、左右に分流された蒸気が再び合流することによる蒸気流同士の干渉による渦流の発生がより効果的に防止されるため、蒸気弁１０における圧力損失が抑制され、蒸気プラントのランニングコストを大幅に低減することが可能である。
【００４６】
邪魔板２０は、通常、溶接により本体ケース１の弁室９内に一体に接合するが、本体ケース１を成形する際に鋳造により一体成形する構成としても良い。鋳造により邪魔板を本体ケースと一体に設ける製造方法とすることにより、邪魔板を溶接する工程が省略されるため、蒸気弁の製造コストを低減することが可能である。
【００４７】
次に図５および図６を参照して、本発明の蒸気弁の変形例について説明する。
【００４８】
図５に本発明の第１変形例の蒸気弁３０の部分的な縦断面図、図６にストレーナー６方向から見た正面図をそれぞれ示す。
【００４９】
この蒸気弁３０は、第１の変形例の蒸気弁１０と同様に、一端が本体ケース１に接合された邪魔板３１のストレーナー６側の端面に保護板３２をストレーナー６と対向するように接合するともに、邪魔板３１および保護板３２の上下端に上部板材３３、下部板材３４をそれぞれ接合して塞止板３５を一体に設けたものである。
【００５０】
保護板３２の幅は、蒸気弁１０の保護板２１と同様に、蒸気弁３０の使用条件や、ストレーナー６の外径に応じて自由に設定してよい。
【００５１】
このように構成された蒸気弁３０によれば、邪魔板３１に衝突した蒸気流が旋回し、旋回した蒸気流が保護板３２に衝突することにより、蒸気流に含まれる異物のストレーナー６への直接衝突が防止される一方、上部板材３３および下部板材３４により上下方向への流れを旋回させて、蒸気内の異物を確実に除去するため、ストレーナー６の破損がより効果的に防止される。
【００５２】
また、この蒸気弁３０によれば、蒸気流同士の干渉がほとんど抑制され、渦流の発生が防止されるため、圧力損失が大幅に低減されて、蒸気プラントのランニングコストの低減が可能である。
【００５３】
次に本発明に係る蒸気弁の第２の変形例について説明する。
【００５４】
図７に第２変形例の蒸気弁４０の部分的な水平断面図断面図、図８にストレーナー６方向から見た正面図をそれぞれ示す。
【００５５】
この第２変形例の蒸気弁４０は、邪魔板４１のストレーナー側の端面に第１の補助板４２と第２の補助板４３をそれぞれ接合して、先端部がＶ字状の開先形状を有するように塞止板４４を構成し断面Ｙ字型に形成したものである。こうした構造は、特に比較的径の小さい蒸気弁４０に適用される。
【００５６】
径の小さい蒸気弁の場合、邪魔板の寸法に対してストレーナーが相対的に大きく、邪魔板とストレーナーとの隙間における蒸気流の制御が困難になりがちである。そのため、蒸気弁１０あるいは蒸気弁３０のような邪魔板の構造としても異物の除去性能が不充分になりやすい。また、径の小さいストレーナー６の場合、例えば邪魔板２０と保護板２１とを断面Ｔ字型に設けた場合、板材２１の両縁部がストレーナー６の外周と離れて設置されてしまうため、ストレーナー６近傍の蒸気流の抑制効果が少ない。
【００５７】
このような不都合を解決するため、この蒸気弁４０は、邪魔板４１のストレーナー側の端面に第１の補助板４２、第２の補助板４３を接合して、Ｖ字状の開先部を形成し、塞止板４４を断面Ｙ字状に形成する構成としたものである。
【００５８】
Ｙ字状に接合された第１の補助板４２、第２の補助板４３の開先形状は、蒸気弁４０の使用条件や、ストレーナー６の外径に応じて適宜変更して良く、また、第１の補助板４２、第２の補助板４３の大きさも、ストレーナー６の形状や蒸気流の流速等を考慮して設定することが可能である。
【００５９】
このように形成された蒸気弁４０によれば、第１の補助板４２と第２の補助板４３がストレーナー６の外周の曲面に沿う形状となるため、蒸気流の抑制効果が一層向上し、蒸気内の異物の回収効果がさらに高められ、異物の直接衝突によるストレーナー６の破損が確実に防止される。
【００６０】
さらに、この蒸気弁４０は、蒸気弁の径が小さい場合においても蒸気流の干渉が低減するので、渦流防止効果が高く、圧力損失を低減し、プラントのランニングコストを低減する蒸気弁の提供が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明のとおり、本発明に係る蒸気弁によれば、本体ケース内の弁室に邪魔板および保護板を設ける構成としたので、ストレーナーの破損が防止され、また、蒸気流の干渉による渦流の発生が防止されるため、圧力損失が抑制され、蒸気プラントのランニングコストを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気弁の構造を示す縦断面図。
【図２】ストレーナーの構成を示す説明図。
【図３】ストレーナーの構造を示す断面図。
【図４】（Ａ）は、本発明に係る蒸気弁の図１のＸ−Ｘ断面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＹ部付近の蒸気流の挙動を示す説明図。
【図５】本発明に係る蒸気弁の第１の変形例の邪魔板の構成を示す縦断面図。
【図６】本発明に係る蒸気弁の第１の変形例の邪魔板付近の正面図。
【図７】本発明に係る蒸気弁の第２の変形例の邪魔板の構成を示す上方からの断面図。
【図８】本発明に係る蒸気弁の第２の変形例の邪魔板付近の正面図。
【図９】蒸気発電プラントの概略を示すプロセス図。
【図１０】従来の蒸気弁の上方からの断面図。
【符号の説明】
１ 本体ケース
２ 弁体
３ 弁棒
４ 弁棒ガイド
５ 弁座
６ ストレーナー
７ 空間
８ 蓋部
９ 弁室
１０ 蒸気弁
１２ 本体シリンダー
１３ 多穴板
１４ 細目メッシュスクリーン
１５ 粗目メッシュスクリーン
１６ リベット
１７ パンチ孔
１８ 側壁部
２０ 邪魔板
２０ａ 切込部
２１ 保護板
２２ 塞止板
３０ 蒸気弁
３１ 邪魔板
３２ 保護板
３３ 上部板材
３４ 下部板材
３５ 塞止板
４０ 蒸気弁
４１ 邪魔板
４２ 第１の補助板
４３ 第２の補助板
４４ 塞止板
９１ 蒸気発生器
９２ 主蒸気管
９３ 主蒸気止め弁
９４ 蒸気加減弁
９５ａ 低温再熱蒸気管
９５ｂ 高温再熱蒸気管
９６ 再熱蒸気止め弁
９７ 中間阻止弁
９９ 復水弁
１００ 蒸気発電プラント
１０１ 給水ポンプ
１０２ 給水配管
１０５ 本体ケース
１０６ 弁室
１０７ ストレーナー
１０８ 邪魔板
１１０ 蒸気弁（従来）
Claims (4)
- 本体ケースと、この本体ケース内部に略円筒状に形成された弁室と、この弁室内面に配設された略円筒状のストレーナーと、前記弁室底部に設けられた弁座と、この弁座に着座するとともに弁室内の前記ストレーナー内を進退する弁体と、前記弁室内の円筒面に対して略直角方向に設けられた蒸気流入口と、この蒸気流入口と対向する位置の弁室内面に設置された邪魔板とからなる蒸気弁において、前記邪魔板の長手方向全長に、この邪魔板設置位置における前記ストレーナーの接線方向と略同一方向の保護板を取付け、断面Ｔ字状の塞止板としたことを特徴とする蒸気弁。
- 本体ケースと、この本体ケース内部に略円筒状に形成された弁室と、この弁室内面に配設された略円筒状のストレーナーと、前記弁室底部に設けられた弁座と、この弁座に着座するとともに弁室内の前記ストレーナー内を進退する弁体と、前記弁室内の円筒面に対して略直角方向に設けられた蒸気流入口と、この蒸気流入口と対向する位置の弁室内面に設置された邪魔板とからなる蒸気弁において、前記邪魔板の長手方向全長に、前記邪魔板設置位置における前記ストレーナーの曲率に沿うＶ字状の開先部を形成するように第１の補助板と第２の補助板とを接合して断面Ｙ字状の塞止板としたことを特徴とする蒸気弁。
- 前記塞止板の上端部および下端部にそれぞれ上部板材および下部板材を設け、蒸気の流入方向に対して開口した箱状の塞止板にしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の蒸気弁。
- 前記保護板または第１の補助板および第２の補助板は、前記ストレーナーに近接して取付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の蒸気弁。
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