JPH0333404A - 操作力可変の蒸気弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の背景〉 本発明は、弁に関し、更に詳しく言えば、例えば蒸気室
から蒸気タービンの内部に至る蒸気の流量をＩＩ＋御す
るために蒸気タービンに使用されるような蒸気弁に関す
る。

周知の通り、蒸気弁を開くのに必要な力は、蒸気弁が閉
位置と開位置との間を移動するにつれて著しく変化する
。これは、上記開放過程中および閉成過程中に作用する
弁の両側間の差圧に非常に大きな変化があることから生
じる。すなわち、弁が全閉され密封されている時は、弁
を閉位置に保持しようとする方向に全蒸気圧が弁面積に
作用する。この時、弁の下方から生じる反力は最小であ
る。弁が全開しているときは、弁の下方の蒸気圧と弁の
上方の蒸気圧とはほぼ同一である。このため、この域で
弁を移動させるには非常に僅かな力しか必要としない。

弁を、そのクラッキング（ｃｒａｃｋｉｎｇ）位置の近
傍で動作させることは特に気を付けなければならない。

全閉位置から極少量開位置（クラッキング位置）へ移動
する時、弁に対する力が非常に大きく変化する。

従来技術においては、蒸気弁を開離するのに必要な大き
な力は、釣合い室に補助ピストンを使用することにより
克服される。補助ピストンは、弁が受ける蒸気圧に関連
した蒸気圧に曝される。釣合い室内のピストンは、弁に
その開放方向に力を加える。これにより、弁アクチユエ
ータは、弁に加えられた閉成力と釣合い室内の補助ピス
トンに加えられた開放力との間の差だけ供給すればよい
。

必要な操作力が小さくなれば、例えば、油圧シリンダ、
ハンドル車等のような、より小さな操作機器を使用する
ことが可能となる。これにより、寸法およびコストが低
減する望ましい結果が得られる。

最小操作力は、開放力および閉成力が釣合う時に得られ
る。しかし、初期クラッキング力がほぼ完全な釣合いに
よってほぼゼロにされた場合には、弁体が弁座から少し
離れると直ちに、弁に対する力の大きな変化により開放
力が弁に作用しようとする。

クラッキングの近傍において、弁操作力の非常に大きな
変化を得るための弁の移動距離は、弁の構成におけるク
リアランス、公差およびたわみの範囲内にあることが多
い。閉じているときに弁に完全な釣合いが生じるように
すると、クラッキング位置にしたときに危険な非釣合い
状態が生じることになる。この結果型じる力ベクトルの
変化は、弁体を動揺または振動させる虞があり、これは
部品の不安定な制御、騒音および急激な磨耗を招く。

したがって、安定した弁の動作には、クラッキング（開
離）時および該クラッキングを過ぎた時点に開成方向の
不平衡が残留するように、閉位置の弁には閉成方向に相
当の不平衡が必要である。

この結果、この不平衡を克服するための相当の力を加え
再るアクチュエータが必要となる。クラッキング位置を
十分に過ぎれば、必要な力は当然に大幅に減る。しかし
、従来技術においては、弁がクラッキング位置を過ぎて
も、必要がないのに、同一の操作力が存在する。

また、他の従来技術においては、主蒸気弁と関連するパ
イロット弁が使用される。まず、パイロット弁が開かれ
、次いで主蒸気弁が開かれる。この２段階の手順は、閉
位置の近傍において生じる操作力の大きな変化の問題を
少なくとも部分的に軽減する。

〈発明の目的および要約〉 本発明の目的は、従来技術の欠点を克服する弁操作装置
を提供することである。

本発明の他の目的は、弁を開離するのに必要な力を低減
する弁操作装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、釣合い室内の小さな有効面積
によりクラブキング点の近傍において蒸気弁を開くのに
必要な力を低減するようにする、蒸気弁用釣合い装置を
提供することである。クラブキング点を過ぎれば（短い
距離において弁に対する力に大きな変化が生じない）、
釣合い室内の大きな有効面積により弁に対する力を更に
低減して、これにより弁操作力の大幅な低減をバルブス
トロークの主要部に亘って達成する。

本発明の更に他の目的は、二面積釣合いシリンダと、関
連パイロット弁を有する主蒸気弁とを含む蒸気弁装置を
提供することである。まず、パイロット弁が開かれる。

次いで、釣合いシリンダの第１有効面積から生じる釣合
い力に支援されて、主蒸気弁が開かれる。最後に、釣合
いシリンダの第２有効面積が作用するようになる時、釣
合い力が増大する。したがって、第２有効面積が作用す
るようになるまで、クラブキング位置の近傍の臨界動作
域における安定性に必要であるのと同様に、主蒸気弁を
操作するのに相当の力が必要である。

−旦第２有効面積が作用すれば、必要な操作力は低減す
る。

要約すれば、蒸気弁は、クラッキングを過ぎた時点で必
要な力を低減する装置を含み、これにより操作装置の寸
法が小さくなる。釣合い室は、２つの有効直径を有する
。小さい方の径は、弁の確実な制御を維持するためにク
ラブキング時に有効である。その後、大きい方の径は、
クラッキング位置を過ぎた時点で必要な操作力を低減す
るのに有効である。パイロット弁は初期操作中に開かれ
る。パイロット弁が全開になると、主蒸気弁が開かれる
。２重径釣合い室が、相当の開放力を必要とする主弁の
初期開放中に有効である。その後、主弁がその弁座から
所定距離の位置に達した時、第２有効径は釣合い面積を
増大させて必要な弁操作力を低減する。

本発明の−の態様によれば、蒸気弁は、主弁と、主弁座
と、釣合いシリンダと、釣合いシリンダ内の釣合いピス
トンと、釣合い力を釣合いピストンから上記主弁へ接続
する手段と、蒸気が上記蒸気弁を開く方向に上記釣合い
ピストンに作用するのを可能にする手段とを含み、上記
釣合いシリンダは第１有効径および第２有効径を有し、
上記釣合いピストンは上記第１有効径に対して少なくと
も部分的に封止可能な第３有効径を有し、上記釣合いピ
ストンは上記第２有効径に対して少なくとも部分的に封
止可能な第４有効径を有し、上記蒸気弁は更に、上記主
弁が上記主弁座から所定距離以内にある時、上記第１有
効径と第３有効径とが上記釣合い力を制御するのを可能
にする手段と、上記主弁が上記主弁座から上記所定距離
よりも遠くにある時、上記第２有効径と第４有効径とが
上記釣合い力を制御するのを可能とする手段とを有し、
上記第１有効径は上記第２有効径よりも小さく、これに
より弁操作力は、上記主弁が上記主弁座から上記所定距
離より遠くにある時に十分に小さくなる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付
図面を参照した以下の説明を読めば明らかになろう。図
面中、同様の参照番号は同一部材を示す。

く好適な実施例の説明〉 第１図には、従来技術にかかる蒸気弁の全体が番号１０
で示されている。主弁１２は、その閉位置において、主
弁座１４に当接する。直径Ｄｌは、主弁１２が閉じてい
るとき、主弁１２の有効面積を定める。

パイロット弁１６は、主弁１２の中心位置に形成された
パイロット弁座１８と係合する。直径Ｄ２は、パイロッ
ト弁座１８の有効面積を定める。

弁棒２０は、通常の外部の弁アクチユエータ（図示せず
）によって、双頭矢印２２で示された方向に移動される
。直径Ｄ２は、直径Ｄｌよりも十分小さいことを注意さ
れたい。

弁囲い２４は、蒸気弁１０を囲み、また蒸気弁１０に蒸
気を取入れるための蒸気人口２６を有する。釣合いシリ
ンダ２８は、円筒状内周面３０を有する。釣合いピスト
ン３２は、内周面３０に対して部分シールを形成する封
止フランジ３４を含む。軸シール３６は、弁棒２０が実
質的漏れなしに釣合いシリンダ２８に対し摺動して出入
れできるようにする。釣合いピストン３２、釣合いシリ
ンダ２８および軸シール３６は、弁囲い２４の閉止部分
とともに、釣合い室３７を形成する。

スリーブ３８は、釣合いピストン３０を主弁１２に一体
的に連結し、これによって釣合いピストン３０と主弁１
２との間に室４０を形成する。内側スリーブ４２は、釣
合いピストン３２から垂下し、弁棒２０を囲んでそれを
案内する。図示の閉位置において、内側スリーブ４２の
下端４４は、短い距離を置いて隔てられたパイロット弁
１６の上側当接面４６に対向する。複数の孔４９が釣合
いピストン３２を貫通して、釣合い室３７を室４０に接
続する。

円筒状調整体４８は、それを貫通する複数（典型的には
数十個）の開口５０を有する。主弁１２の外周部５２は
、すべりばめで調整体４８の内周面５４と係合する。

先に述べたように、封止フランジ３４と内周面３０との
嵌め合いは、部分シールを生じるだけである。したがっ
て、蒸気の一部はこのシールを通って釣合い室３７に流
入することができる。

動作において、蒸気弁１０が全閉状態にある時、封止フ
ランジ３４と内周面３０とにより形成された部分シール
を通る蒸気の漏れにより、釣合い室３７および室４０内
の圧力が蒸気人口２６を介して弁囲い２４内に入る主蒸
気圧に等しくなる。

まず、弁棒２０が上方へ移動すると、パイロット弁１６
は、ペイロット弁座１８から離れる。このため、室４０
および釣合い室３７内の蒸気圧は、弁囲い２４内の主蒸
気圧の値よりも小さい値に減圧される。この減圧された
圧力が釣合いピストン３２の上面に作用する一方、主蒸
気圧が釣合いピストン３２の下面に作用する。これによ
り、主弁１２を上方へ移動させようとする正味の上向き
力が生じる。この時、主弁１２と主弁座１４との間の残
りのシールにより、上記上向き力に打ち勝つのに十分な
下向き力が生じる。結果として、主弁１２は、密封され
たままである。

パイロット弁１６が下端４４と当接面４６との間の当接
を生じるように上方へ移動された時、更に上方への僅か
の移動により、主弁１２が主弁座１４上のシールから離
れて上方へ移動しようとする。蒸気が外周部５２より下
方に位置する開口５０の部分を通過することにより、主
弁座１４を通り過ぎる蒸気流が生じる。弁棒２０が更に
上方へ移動されるにつれて、パイロット弁１６と主弁１
２とは、弁棒２０と連動して上方へ移動される。

この上方移動につれて、ますます多くの開口５０が外周
部５２より下方に位置することになり、ますます多くの
蒸気が主弁１２を通過して利用プロセスに流れることが
可能となる。開口５０の寸法が小さく、かつ数が多いこ
とにより、該開口５０の作用が円滑になり、全体として
騙音が小さくなる。

しかし、弁を開く瞬間においては、主弁１２に下向き力
を生じさせる直径Ｄｌの有効面積が僅かに低減される。

これは、封止フランジ３４と内周面３０とによる漏れ許
容シールの両側間の圧力降下から生じる釣合い室３７内
の持続的蒸気圧低下と結合して、主弁１２に対して下向
き力が低下する。この変化は、主弁１２の非常に小さい
上向きの変位に対して生じる。したがって、この近傍に
おいては、主弁１２を制御するために相当の力が加えら
れなければならない。主弁１２がクラッキング位置を過
ぎて上方へ移動されるにつれて、クラッキング位置の近
傍での安定性のために必要な大きな弁操作力は最早必要
ではない。むしろ、比較的小さな力で十分である。しか
し、従来技術にかかる第１図の装置は、主弁１２の全ス
トロークを通して同じ力を必要とする。

上述したところからｉするように、クラッキング位置近
傍における弁の安定性のため十分な正味の下向き力を加
えることは、クラッキング位置を過ぎた位置における必
要な弁操作力よりも大きくすることであることが判る。

第２図に示されているように、本発明による蒸気弁５６
は、釣合いシリンダ６４の内周面６２に面する封止フラ
ンジ６０を有する釣合いピストン５８を含む。釣合いピ
ストン５８と主弁１２との間に一体形成されたスリーブ
６６は、封止フランジ６０から若干下方へ延びた大径外
周面部６８と、スリーブ６６の全長のうち残余部を構成
する小径外周面部７０とを有する。釣合いシリンダ６４
の下端の内向きフランジ７２は、主弁１２が閉位置また
はクラブキング位置、近傍にある時、部分シールを形成
する。複数本の溝７４は、主弁１２が閉位置またはクラ
ブキング位置近傍にある時にフランジ６０に面するよう
に円筒状内周面６２の下部に形成されている。

動作において、まず、パイロット弁１６が開かれること
により、蒸気の流れがパイロット弁座１８を通り過ぎる
ことができる。蒸気は、内向きフランジ７２と大径外周
面部６８との間の部分シールを通って釣合い室３７内へ
漏入し、そこから孔４９を通ってパイロット弁座１８へ
と流れる。これにより、弁囲い２４内の主蒸気圧に対し
て釣合い室３７内の圧力が低下する。差圧は大径外周面
部６８により定められた面積全体に作用して上向き力成
分を生じる。これは、蒸気圧によって主弁１２に加えら
れた下向き力に一部対抗する従来技術の装置の場合と同
様に、主弁１２に加わる全力は、主弁１２の安定した制
御を維持するための相当量の下向きの残余力である。溝
７４は、内向きフランジ７２を通過した後の蒸気流れに
対する妨害を防止する。

主弁１２と釣合いピストン５８とがクラブキング位置を
過ぎて上方へ移動すると、小径外周面部７０が上方へ移
動して内向きフランジ７２に面するようになる。このと
き、封止フランジ６０は満７４の上端を通過する。これ
により、内向きフランジ７２を実質的に拘束されずに蒸
気が通過できるようになり、また封止フランジ６０と内
周面６２との間に部分シールが形成される。この状態に
おいて、上向きの釣合い力を支援する差圧が封止フラン
ジ６０により定められる相対的に広い面積全体に作用す
る。したがって、クラブキング位置を過ぎれば、所期の
通り、蒸気弁５６により一層大きな釣合い力が発出され
る。

添付図面を参照して本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例のみに限定されず、当
業者であれば特許請求の範囲に定義された発明の範囲ま
たは精神から逸脱することなく種々の変形例をなし得る
ものであることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による蒸気弁の断面図である。第２
図は、本発明の一実施例による蒸気弁の断面図である。 ［主な符号の説明］ ５６：蒸気弁 １２：主弁 １４：主弁座 １６：パイロット弁 １８：パイロット弁座 ２０：弁棒 ３７：釣合い室 ４０：室 ４２：内側スリーブ ４９：孔 ５８：釣合いピストン ６０：封止フランジ ６４：釣合いシリンダ ６６：スリーブ ６８二大径外周面部 ７２：内向きフランジ ７４：溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）主弁と、 主弁座と、 第１有効径および第２有効径を有し、該第１有効径は該
   第２有効径よりも小さい釣合いシリンダと、 上記釣合いシリンダ内の釣合いピストンであって、上記
   第１有効径に対して少なくとも部分的に封止可能な第３
   有効径を有すると共に、上記第２有効径に対して少なく
   とも部分的に封止可能な第４有効径を有する釣合いピス
   トンと、 釣合い力を上記釣合いピストンから上記主弁へ接続する
   手段と、 蒸気弁を開く方向に蒸気を上記釣合いピストンに作用さ
   せる手段と、 上記主弁が上記主弁座から所定距離以内にある時、上記
   第１有効径と上記第３有効径とにより上記釣合い力を制
   御させる手段と、 上記主弁が上記主弁座から上記所定距離よりも遠くにあ
   る時、上記第２有効径と第４有効径とにより上記釣合い
   力を制御させる手段とを含み、上記の構成により、上記
   主弁が上記主弁座から上記所定距離より遠くにある時の
   弁操作力を低減した蒸気弁。 ２）上記第１有効径によって生じる上記釣合い力は、上
   記主弁が上記主弁座から所定距離以内にある時、強制閉
   成力が上記主弁をその全ての位置に保持できるように十
   分小さい請求項１記載の蒸気弁。 ３）蒸気弁を開く方向に蒸気を上記釣合いピストンに作
   用させる上記手段が、 上記主弁内のパイロット弁と、 上記釣合いシリンダを上記主弁に連結し、かつ内部に上
   記パイロット弁を囲む室を形成するスリーブと、 上記釣合いシリンダから上記室へ蒸気を連通する手段と
   を含み、 上記釣合いピストンは、該釣合いピストンを通過して上
   記釣合いシリンダ内へ移動する蒸気の圧力を減圧するよ
   うに作用して、これにより減圧された蒸気圧が上記釣合
   いシリンダ内に存在し、上記釣合いシリンダの内外の蒸
   気間の差圧が上記第２有効径および第４有効径の一方に
   よって定められる面積全体に作用して、上記主弁を開く
   のに必要な力を部分的に釣合わせるように作用する請求
   項１記載の蒸気弁。