JP2681003B2 - 弁装置の異常検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、高温高圧の蒸
気を扱う原子力発電所等のプラントにおいて使用するの
に適する弁装置に関し、特に、弁内部流体の漏洩等の異
常を検知するセンサを弁装置のステムに設けた異常検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、弁の異常を判断する方法は、弁の
定期検査時に、弁体と直結するステムの駆動に要する電
流、電圧の値を計測することによりステムに作用する負
荷を検出し、この負荷情報を利用して、弁の異常の有無
や、ステム駆動部の異常の有無を判定していた。

【０００３】また、その他の異常として内部の流体をシ
ールするグランドパッキン部の漏洩を例にとった場合、
使用中この部分の面圧が不足し内部流体が漏洩すること
があり、それを防止するために常時バックシートを効か
せる方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した方法
では、漏洩の虞れがない時も常時面圧をかけているため
にグランドパッキンおよびバックシートの経年劣化を促
し実際に必要な時に役をなさないことがあった。

【０００５】更に、内部流体の温度を媒体にして種々の
情報を得る手段は既存のステムには備えられていなかっ
たし、温度を計測する場合も、温度センサが常設ではな
いため、ステム製作時に同時に計測値の校正ができず、
温度変化を検出した時、その検出値について何等かの判
定をしたい場合、プラントが停止した時等にその都度校
正を行うことが必要で、実用性に欠ける等の問題があ
り、また、個々単一の情報の処理しかなされず総合的な
情報評価に欠けていた。

【０００６】従って、グランドパッキン部からの漏洩を
検出可能であると共に、検出によって得た情報を処理
し、該処理情報に基づいて弁ステムの駆動装置を制御し
て、漏洩に対して弁自体で処置できるようにする異常検
出装置の必要性が存在する。

【０００７】本発明の主な目的は、弁体のグランドパッ
キン部に漏れが発生した場合に、その漏れによるステム
の温度上昇を検知して、弁体が更に開く方向にステムを
駆動して、弁装置に備えられた逆座（バックシート）に
面圧を働かせ、それにより漏れを止めることができる弁
装置の異常検出装置を提供することにある。

【０００８】本発明の別の目的は、漏れ止め時にステム
にかかる負荷を計測し、計測されたこの負荷を予め設定
されている弁固有のステム最大許容負荷と比較しつつ、
ステムの負荷を増し、グランドパッキン部からの漏洩を
阻止することができる弁装置の異常検出装置を提供する
ことにある。

【０００９】本発明の更に別の目的は、最大許容負荷ま
でステムに負荷をかけても漏洩が止まらない場合は、そ
の情報をマイクロコンピュータのメモリに保管し、必要
に応じて表示装置に呼び出して、定期検査等の際の弁手
入れ時に、逆座（バックシート）の損傷を知る情報とし
て利用することができる弁装置の異常検出装置を提供す
ることである。

【００１０】また、本発明の目的は、グランドパッキン
部の漏洩の防止に用いられる歪センサを利用して、高温
状態下での弁箱内部の異常高圧等による弁体抱き込みの
ような異常状態にも対処可能な弁装置の異常検出装置を
提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明の異常検出装置は、弁座を有する流体通
路を内部に画成する弁箱と、該流体通路を選択的に開閉
するため全開位置及び全閉位置の間で移動可能であると
共に、前記弁座に流体封止関係で選択的に係合するよう
になっている弁座を有する弁体と、該弁体に一端が一体
的に結合され、他端が前記弁箱のグランドパッキンを貫
いて弁箱外部に延びるステムと、前記弁体を前記全開位
置及び全閉位置の間で移動するように前記弁箱の外部で
前記ステムの一部に係合する駆動装置とを備えた弁装置
において、前記ステムには、前記弁体が前記全閉位置に
ある時に前記弁箱の外部にあるステム部分の内部に、温
度センサと、歪センサとが配置されており、前記弁箱の
外部には、前記温度センサ及び前記歪センサからの出力
信号を受ける制御装置が配置されていて、該制御装置に
より、前記弁体が前記全開位置にある場合、前記温度セ
ンサが前記グランドパッキンの漏洩による温度変化を検
出した時に前記ステムを介して前記弁体を前記全開位置
から更に開方向に駆動して、同駆動により前記ステムに
かかる負荷を前記歪センサにより監視しながら、前記温
度変化が実質的になくなるまで、前記駆動装置を作動す
るように制御することを特徴とするものである。

【００１２】好適な実施例においては、駆動装置が係合
するステムの一部には、その外周にねじ部が形成されて
おり、該ねじ部の下端近傍においてステムの好ましくは
外周溝に温度センサ及び歪センサが被覆材により覆われ
て配設されている。このステムの中央部には、ねじ部の
下端近傍からステムの他端の頂部まで延びる信号通路が
画成されている。また、ステムの頂部には温度センサ及
び歪センサの信号ラインのための接続端子が設けられて
いると共に、ステムの外周溝は横穴を介して信号通路に
連通しており、温度センサ及び歪センサの信号ラインは
横穴及び信号通路を通って接続端子に接続されている。

【００１３】制御装置は、インターフェースと、メモリ
と、中央演算装置とからなるマイクロコンピュータであ
り、このメモリには、ステムの最大許容負荷が予め保管
されていて、弁体の全開位置又は全閉位置からの更なる
開方向又は閉方向へのステムの駆動が、メモリに保管さ
れた最大許容負荷と歪センサにより検出された負荷とを
比較しながら行われる。

【００１４】上述したインターフェースには表示装置が
接続されており、メモリには、ステムにかかる負荷が最
大許容負荷に達しても漏洩が止まらない時に、その情報
が保管されるようになっていて、該情報を表示装置に読
み出し可能としている。

【００１５】

【作用】弁体の全開時にグランドパッキンに損傷がある
と、流体通路を流れる流体がグランドパッキンから漏出
して、温度センサが設けられているステム部分に温度変
化が生じ、それを該温度センサが検出して制御装置に出
力信号を送出する。制御装置はこの信号をグランドパッ
キンの漏洩と判断して、弁体が更に開く方向にステムを
駆動する。これにより弁蓋及びステムに設けられた逆座
（バックシート）が作用し、グランドパッキンの漏洩を
止める。この場合もステムにかかる負荷は歪センサによ
り監視されている。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例について添付図
面を参照して詳細に説明するが、図中、同一符号は同一
又は対応部分を示すものとする。図１は、流体の流れに
抗して弁体を上下移動させるステムを備えた仕切弁に本
発明を実施した例を縦断面で代表的に示しており、図
中、１は、それぞれ隣接する端部にほぼ環状の弁座１ａ
を有する流体入口通路（流体通路）１ｂ及び出口通路
（流体通路）１ｃを備えた弁箱、２は、フランジ部２ｂ
において弁箱１の頂部にボルト２ａのような適宜の締結
手段により結合された弁蓋、３は、弁箱に形成された上
記弁座間に選択的に介在し、流体入口通路１ｂ及び出口
通路１ｃを連通状態もしくは非連通状態にする弁体であ
り、弁座３ａを有するこの周知の弁体３には、図１の領
域Ａを拡大して図２の（ａ）に示すように温度センサ
９、歪センサ（ゲージ）１０等を備えた弁用ステム４の
下端が例えば螺着のような周知の手段により一体的に連
結されている。本発明では、図１の領域Ｂを拡大して示
す図２の（ｂ）からも諒解されるように、ステム４と弁
体３との間には隙間がなく、また、上述した諸センサは
周知のものでよいため、センサ自体についての説明は省
略する。

【００１７】ステム４は、弁蓋２の円筒部２ｃ内に配設
された周知のグランドパッキン１２を貫通して上方に延
びて、弁蓋２の頂部にボルト・ナット組立体２ｄにより
取着された駆動装置１３の中に延入し、同駆動装置１３
により上下に駆動されるようになっている。そのため、
ステム４はその上半部にねじ部４ａを有し、一方、駆動
装置１３は、このねじ部４ａに係合する回転部材（図示
せず）を有し、この回転部材を手動ハンドル１３ａ又は
電動モータ１３ｂにより駆動することによって、ステム
４を垂直方向に移動させうるようになっている。

【００１８】グランドパッキン１２はその上からパッキ
ン抑え１２ａにより保持されており、下側の逆座の１２
ｂの下面は凹状の円錐面１２ｃが形成されている。ステ
ム４の下方部には、この円錐面１２ｃとほぼ一致する形
状の凸状の円錐面４ｅが形成されていて、弁体３の全開
時にステム４が上動した時に、逆座１２ｂの円錐面１２
ｃがステム４の円錐面４ｅを受け入れるようになってい
る。これ等の円錐面１２ｃ，４ｅが逆座（バックシー
ト）を構成している。

【００１９】ステム４に対する上述した諸センサ９及び
１０の取付位置は、弁開閉の際に移動するステムねじ部
４ａを外れた下端の位置に選ばれており、かかる位置の
ところで、温度センサ９及び歪センサ１０は、上述した
位置においてステム４の外周面に形成された溝４ｃの中
に適宜の樹脂製被覆材（登録商品名“テフロン”のよう
な耐熱樹脂が好ましい。）１１により埋め込まれ、保護
されている。このように、温度センサ９は、ステム外径
より小さい径の歪センサ１０に隣接した位置に取り付け
られ、ステム製作と同時に校正が可能であり、常設セン
サとして作動する。溝４ｃは横穴４ｄを介して信号通路
４ｂと連通しており、温度センサ９及び歪センサ１０の
信号ライン等（図示せず）は横穴４ｄを経て信号通路４
ｂに至り、ステム４の頭部に設けられた接続端子１４に
連絡するようになっている。尚、ステムが小径の場合に
は、温度センサ９及び歪センサ１０はステムの内部では
なく外周面から突出して取り付けられていてもよい。

【００２０】上述したようにセンサ９及び１０の位置を
選ぶことによって、温度センサについてはグランドパッ
キンに近い位置に設けることができる。

【００２１】制御装置１５は、マイクロコンピュータも
しくはパーソナルコンピュータでよく、中央演算装置１
６と、メモリ１７と、インターフェース１８とから構成
されている。インターフェース１８には、ステム４の頭
部に設けられた接続端子１４からの信号ライン１４ａ、
１４ｂ等が接続され、同ラインを介して各センサ９及び
１０の出力信号が入力される。また、インターフェース
１８には、上述した駆動装置１３もライン１３ｃを介し
て連絡しており、該駆動装置１３の作動を制御装置１５
により制御するようになっていいる。

【００２２】次に、本発明による弁装置の異常検出装置
の動作について説明する。先ず、高温高圧蒸気のような
流体が弁装置を流れている状態で閉弁した場合、弁体３
と共にステム４の一部が流体にさらされるため、ステム
４が弁体３をその閉弁位置に押し込む方向に膨張する。
閉弁に伴う高温高圧流体の遮断により弁装置が冷却され
ると、弁箱１はその流体通路に形成された弁座１ａ，１
ａが互いに接近する方向に収縮するため、通常なら、弁
体の抱き込みが起こり、弁開が困難になる。しかし、本
発明によれば、温度センサ９によりステム温度を監視す
ると共に歪センサ１０によりステム４の負荷を監視して
いるため、上述したステム４の膨張により弁体３が閉弁
位置に押し込まれないよう、制御装置１５は、ステム温
度の上昇によるステムの膨張量を演算して、その分に相
当する距離だけステム４を引き上げる。その際、ステム
引き上げ時の負荷を歪センサ１０で監視することによ
り、弁座の面圧が不足して弁座漏洩を発生しないよう、
駆動装置１３に指令することができる。そのため、弁閉
に伴って弁箱が冷却しても、弁開動作には支障が起きな
い。

【００２３】また、弁閉した後、弁体３の底部と弁箱１
の底部との間に画成された空間部１ｄにドレンが溜まっ
ている場合、再起動に伴うウォーミングアップ時に弁箱
の温度が上昇し、空間部１ｄ内のドレンが加熱されて蒸
気化すると、この蒸気は逃げ場がないため、弁体３を更
に閉弁する方向即ち弁箱の弁座に押し付ける方向に付勢
することが屡々あり、その場合には、開弁が困難にな
る。しかし、本発明によれば、ステム４に温度センサ９
及び歪センサ１０を設けて、温度上昇を検知し、ステム
４に作用する負荷を考慮しつつ、ステム４の引き上げ及
び引き込みを行うことができるので、弁体を抱き込むと
いう現象が回避される。

【００２４】一方、弁開状態中におけるグランドパッキ
ン１２の漏洩については、ステム４の温度を温度センサ
９により監視して制御装置１５に送り、その中央演算装
置１６において、温度の変化幅がメモリ１７に保管され
た基準範囲を越えているか否かを判断し、越えている場
合には漏洩状態が生じていると判断する。そして、制御
装置１５は、温度の変化幅が基準範囲に入るまで、全開
位置にある弁体３が更に上動する方向にステム４を駆動
する指令を発する。弁体が全開状態にある時、上述した
ように、逆座１２ｂの下面に形成された凹状円錐面１２
ｃにステム４に形成された凸状円錐面４ｅが嵌合してい
るため、ステム４の上述のような駆動により、円錐面即
ちバックシート１２ｃ，４ｅの面圧負荷が増大し、これ
により、漏洩を阻止する。このようにして、グランドパ
ッキン１２の漏洩の場合も、温度の検出結果をステムの
軸方向位置の変化としてフィードバックすることで漏洩
を止めることができ、止まらない時はグランドパッキン
の部分の異常を知らせる情報としてメモリ１７に保管
し、弁座漏洩と同様に、プラント停止時の定期検査の際
にグランドパッキンを手入れするために利用することが
できる。

【００２５】グランドパッキン部の漏洩阻止のためのバ
ックシート即ち円錐面１２ｃ、４ｅについては、既存の
弁装置では、無漏洩でも常時バックシートを利かせてい
るために、この部分に損傷が発生し、漏洩を止める必要
がある肝心な時に役をなさない等のトラブルの要因とな
っていたが、本発明では、ステムの温度変化を監視して
グランドパッキン部の漏洩阻止のためバックシートをき
かせるため、従来の弁装置に比しバックシートの経年劣
化の心配が少なくなり、その分トラブル発生を少なくす
ることができる。

【００２６】また、既存の弁装置では、高温状態下から
弁閉動作を行った場合、弁閉後、弁箱温度が高温から下
がるために、弁箱の両弁座間の距離が収縮して弁体を抱
き込み、弁開不能を引き起こす事故が見受けられるが、
本発明では、ステム及び弁体が一体に移動する構成であ
ると共に、弁閉後のステム温度変化とステムにかかる負
荷変動とを、それぞれ温度センサ９及び歪センサ１０に
より検出しているため、弁体の開閉に伴う僅かなステム
の動きでも、それによりステムにかかる負荷を歪センサ
により検出して、負荷が過大（弁体の突っ込み→抱き込
み）であるか、過小（面圧が小→漏れやすい）であるか
をチェックし、負荷に応じた弁操作を行うことによって
適性な弁体位置を確保し、抱き込みを未然に防止して、
それによるトラブルを回避することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、弁ステムの内部に温度
センサ及び歪センサが設けられているだけでなく、これ
等のセンサが弁装置の駆動装置を制御する外部制御装置
に接続されていて、弁内部の情報を表す各センサの出力
信号に応答して駆動装置を制御しステムを動作させるた
め、グランドパッキン部の漏洩を防止しうると共に、弁
開不能等を未然に防ぐことができる。また、漏洩を止め
ることができた時のステムの負荷情報を制御装置のメモ
リに保管しておけば、この情報を適宜呼び出すことによ
り弁の経年劣化を知ることもできる。

【００２８】グランドパッキン部の漏洩阻止のためバッ
クシートを利かせることについては、既存の弁装置で
は、無漏洩でも常時利かせているので、バックシートに
損傷が発生し易く、必要時に役をなさない等のトラブル
の要因となっていたが、本発明では、ステムの温度変化
を検出して漏洩の発生時にのみバックシートに面圧を働
かせるので、従来のものに比し経年劣化の心配が少なく
なり、その分、トラブル発生の少ない弁装置を提供する
ことができる。

【００２９】更に、既存の弁装置では、原子力発電プラ
ントのように高温高圧の流体を扱う場合、弁閉動作を行
うと、弁閉後、高温高圧の流体が通流していた弁箱の温
度が高温から下がるために、弁座面間が収縮して弁体を
抱き込み、弁開不能を引き起こす可能性があるが、本発
明によれば、弁閉鎖後のステム温度変化とステムにかか
る負荷変動を検出することで、その変化に応じた弁操作
を行うことによって抱き込みを未然に防止できる。この
ように、本発明によれば、自己診断と自己動作機能を備
える高機能の弁装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による弁装置の異常検出システムを略
図的に示す概念図である。

【図２】 （ａ）は、図１の弁装置のステム内に設けら
れた諸センサを示す、図１の領域Ａの部分の拡大断面
図、（ｂ）は、弁体が開弁状態にある時の、図１の領域
Ｂの近辺部分を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１…弁箱、 １ａ…弁座、 １ｂ…流体入口通路（流体
通路）、 １ｃ…流体出口通路（流体通路）、 ３…弁
体、 ３ａ…弁座、 ４…ステム、 ４ａ…ねじ部、
４ｂ…信号通路、 ４ｃ…外周溝、 ４ｄ…横穴、４ｅ
…凸状の円錐面（逆座もしくはバックシート）、 ９…
温度センサ、 １０…歪センサ、 １１…被覆材、 １
２…グランドパッキン、 １２ａ…パッキン抑え、 １
２ｂ…逆座、 １２ｃ…凹状の円錐面（逆座もしくはバ
ックシート）、 １３…駆動装置、 １４…接続端子、
１５…制御装置、 １６…中央演算装置、 １７…メ
モリ、 １８…インターフェース、 １９…表示装置。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座を有する流体通路を内部に画成する
   弁箱と、該流体通路を選択的に開閉するため全開位置及
   び全閉位置の間で移動可能であると共に、前記弁座に流
   体封止関係で選択的に係合するようになっている弁座を
   有する、弁体と、該弁体に一端が一体的に結合され、他
   端が前記弁箱のグランドパッキンを貫いて弁箱外部に延
   びるステムと、前記弁体を前記全開位置及び全閉位置の
   間で移動するように前記弁箱の外部で前記ステムの一部
   に係合する駆動装置とを備えた弁装置において、前記ス
   テムには、前記弁体が前記全閉位置にある時に前記弁箱
   の外部にあるステム部分に、温度センサと、歪センサと
   が配置されており、前記弁箱の外部には、前記温度セン
   サ及び前記歪センサからの出力信号を受ける制御装置が
   配置されていて、該制御装置により、前記弁体が前記全
   開位置にある場合、前記温度センサが前記グランドパッ
   キンの漏洩による温度変化を検出した時に前記ステムを
   介して前記弁体を前記全開位置から更に開方向に駆動し
   て、同駆動により前記ステムにかかる負荷を前記歪セン
   サにより監視しながら、前記温度変化が実質的になくな
   るまで、前記駆動装置を作動するように制御することを
   特徴とする弁装置の異常検出装置。
2. 【請求項２】 前記駆動装置が係合する前記ステムの一
   部には、その外周にねじ部が形成されており、該ねじ部
   の下端近傍において前記ステムの外周溝に前記温度セン
   サ及び前記歪センサが被覆材により覆われて配設されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の異常検出装置。
3. 【請求項３】 前記ステムの中央部には、前記ねじ部の
   下端近傍から前記ステムの他端の頂部まで延びる信号通
   路が画成されていることを特徴とする請求項２に記載の
   異常検出装置。
4. 【請求項４】 前記ステムの頂部には前記温度センサ及
   び前記歪センサの信号ラインのための接続端子が設けら
   れていると共に、前記ステムの外周溝は横穴を介して前
   記信号通路に連通しており、前記温度センサ及び前記歪
   センサの信号ラインは前記横穴及び前記信号通路を通っ
   て前記接続端子に接続されていることを特徴とする請求
   項３に記載の異常検出装置。
5. 【請求項５】 前記制御装置は、インターフェースと、
   メモリと、中央演算装置とからなるマイクロコンピュー
   タであり、前記メモリには、前記ステムの最大許容負荷
   が保管されていて、前記弁体の全開位置からの更なる開
   方向への前記ステムの駆動が、前記メモリに保管された
   前記最大許容負荷と前記歪センサにより検出された負荷
   とを比較しながら行われることを特徴とする請求項１に
   記載の異常検出装置。
6. 【請求項６】 前記インターフェースに接続された表示
   装置を更に備え、前記メモリには、前記ステムにかかる
   負荷が前記最大許容負荷に達しても漏洩が止まらない時
   に、その情報が保管されるようになっていて、該情報を
   前記表示装置に読み出し可能としたことを特徴とする請
   求項５に記載の異常検出装置。