JPH04211782A - 消音装置付き制御弁 - 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】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、一般に制御弁に関し、特に、
原子力発電プラントの制御弁における気流音もしくは流
れノイズを制御するための改良式マフラ（消音器）構造
に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】制御弁は、ガスや液体を調節するために
種々の産業分野において利用されている。１つの特に良
い例は、原子力発電プラントのタービン用の蒸気制御弁
である。この種の弁は、蒸気発生器からくる蒸気と流体
連通関係にあって、通常、タービンを流れる蒸気の流量
を制御する円筒状の弁体を備えている。該弁体は、蒸気
が流れることを可能にするために、弁胴内に配置されて
いるボンネット内部で摺動的に往復動する。また、弁胴
内には通常、５／１６ｉｎ（．７９ｃｍ）の内径を有す
る約１０００個の穴及び一連の大きな窓開口のような多
数の円形の開口を有する雑音抑圧弁かご、即ち“マフラ
”が配置されている。このマフラは、弁体を案内すると
共に弁の気流音を減衰する。この点で関連のある弁及び
マフラ装置は米国特許第４，７０５，０７１号、第３，
６０２，２６１号及び第４，７６６，９３２号明細書等
に記載されている。尚、これ等の明細書の内容は、参考
のために本明細書において全て援用する。

【０００３】上記米国特許第４，７０５，０７１号明細
書には、複数個の流れポケットを備え、該流れポケット
が大きな窓開口と整列している改良型マフラ部分の構造
が開示されている。この構造は、弁を損傷しうる振動を
軽減すると述べられている。

【０００４】米国特許第４，７６６，９３２号明細書に
は、蒸気を絞っている間、発生する振動性励振の効果を
軽減することを主たる目的とする改良された蒸気制御弁
が開示されている。

【０００５】米国特許第３，６０２，２６１号明細書に
は、雑音及び振動を減少するための消音装置を有する弁
かごを備えた初期の蒸気制御弁が開示してある。

【０００６】上記各米国特許明細書には、現在の蒸気タ
ービンにおける高圧蒸気の流れと関連して生ずる高レベ
ルの雑音を減少するための制御弁構造が開示されている
が、不感帯を最小にすると共に、弁リフトの関数として
蒸気流量をより円滑に徐々に増加して振動及び雑音を最
小にするために、より均等な開口の配列をマフラ内部に
設ける必要性が存在する。

【０００７】

【発明の概要】本発明は、原子力発電プラントで用いら
れている形式の制御弁と関連して使用するための改良型
消音装置を提供するものである。該消音装置は、実質的
に円形の複数個の貫通開口を有する円筒状の壁を備える
。実質的に円形のこれ等の貫通開口は、実質的に螺旋状
の配列もしくはパターンを形成するように、円筒状の壁
の一部分の周囲に互いに近似的に等辺関係で離間して設
けられる。

【０００８】従って、本発明による改良型消音装置は、
貫通開口間に良く整合した結合幅を与え、開弁中の動作
を更に円滑にし、しかも機械的故障に抵抗する構造強度
を高めるものである。

【０００９】本発明のマフラもしくは消音装置の開口は
、マフラもしくは弁篭の円筒状の壁の円周を取り巻いて
配置することができるより大きな窓開口と組み合わせて
設けることが可能である。該円筒状の壁は、マフラの円
形開口からなる螺旋形成部に対しほぼ平行であって窓開
口の下側部分を画成する勾配もしくは傾斜面を備えるこ
とができる。この構成によれば、本発明の好適な実施例
において弁体が窓開口に接近するように上向きに移動す
るに伴い蒸気流量が連続的に増加することによって、蒸
気制御弁の上側の“不感帯”が減少される。

【００１０】従って、本発明の１つの目的は、弁リフト
の関数として蒸気流量をより円滑に徐々に増加する制御
弁で用いられる雑音抑圧マフラと関連して使用するため
の開口パターンを提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、所定の“面積比”に
対し均等な構造強度を与えるために、全ての方向におい
て実質的に等しい結合幅を有する制御弁のための等辺配
列に一層近似した開口配列を提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、消音装置の最上位の
開口の螺旋と窓開口との間における遷移を最小にするこ
とにより不感帯を減少することにある。

【００１３】上述の目的及び説明が進むにつれ当業者に
明らかになるであろう他の目的を達成するために、本発
明は、実質的に、以下に述べる部分の組み合わせ、構造
、配列及び方法を提案するものである。

【００１４】

【好適な実施例の詳細な説明】

本発明は、火力又は原子力発電プラントの高圧タービン
への蒸気を制御するための弁体と関連して用いるのに好
適である改良式消音装置を提供するものである。本発明
の好適な実施例による消音装置は、複数個の実質的に円
形の貫通開口を有する円筒状の壁を備えている。該実質
的に円形の開口は、円筒壁の一部分において互いに実質
的に等辺関係で離間されていて、実質的に螺旋状のパタ
ーンを形成している。本明細書において用いる術語“円
形の開口”とは、楕円形、円形及び他の平滑な円弧状の
横断面を有する開口を意味する。また、術語“実質的に
等辺関係”とは、好適な螺旋角、製造上の欠点その他蒸
気の流れを実質的に禁止しない他の変分に起因する小さ
い変動を除き、実質的に円形の開口の中心間の間隔が実
質的に同じであるとうい事実を表す。また、術語“消音
装置”もしくは“マフラ”とは、当該技術分野で認識さ
れている意味を有し、一般に、雑音抑圧弁かごと解釈さ
れる。

【００１５】図１及び図２を参照すると、弁かご２００
を有する従来の蒸気制御弁１００の一部分が示してある
。

【００１６】先ず図１を参照するに、この図には、消音
装置７０を有する弁かご２００を備える先に述べた型式
の従来の蒸気制御弁１００の流れ制御部分が横断面で示
してある。尚、この弁１００は、米国特許第３，６０２
，２６１号明細書に詳細に開示されている。弁構造は、
炭素鋼の鋳物から典型的に製造される主弁胴部材（図示
せず）を備えている。弁１００は、弁の上側部分を覆い
、部分的に内壁又はボンネットライナ２２により画成さ
れるボンネット室を形成する弁ボンネットもしくは弁蓋
（図示せず）を備えている。本体部材内には、入口ポー
ト（図示せず）及び出口ポート２４が配置されている。 本体部材は、弁かごを囲繞する流体受け室を形成してい
る。弁かご２００は、下側の消音装置７０を備えており
、該消音装置７０は、開口５２、上側リング２６、及び
消音装置７０を上側リング２６に連結して開口３８を形
成している多数の一体の支柱２８を備える。弁体３２は
、コップ形状をしており、実質的に円筒状の壁３４を有
している。弁体の壁３４には上側案内リング３６が固定
されていて、弁体３２の運動を案内するために、内壁２
３上に設けられている案内面２２と摺動接触関係にある
。内壁２３は、ボンネットと一体に形成することができ
よう。やはり弁体３２に固定されている下側案内リング
４０は、全体の運動に対して案内となるために、弁かご
の内面、即ち支柱２８及び消音装置７０と摺動接触関係
にある。第１の端部４４で弁体３２に接続されている本
質的に円筒状の棒である弁棒４２は、弁体３２から、中
心軸線に沿い、弁制御機構（図示せず）に向かい上向き
に延在している。この種の構造の弁において普通のよう
に、弁棒４２の運動は、細長いブッシング５０の円筒状
の内面４８の種々の部分に沿う弁棒４２の摺動接触によ
り案内される。ボンネットを貫通しているブッシング５
０は該ボンネットに堅固に接続される。弁体３２は複数
個のオリフィス６２を備えており、該オリフィス６２は
、ボンネット室と、出口ポート２４から流出する絞られ
た流体との間に圧力平衡を維持するためのものである。 ２個の圧力シールリング５４は、蒸気が、弁体３２と案
内面２２との間を通りボンネット室内へ、次にそこから
出口ポート２４へと流れるのを阻止する。

【００１７】外部装置、例えば油圧作動系（図示せず）
による弁棒４２の運動で、弁体３２は、閉弁位置と開弁
位置との間の任意の位置に位置付けされる。弁１００の
作動中、弁体３２は、円筒状の内面４８に沿って摺動す
る弁棒４２並びに上側及び下側案内リングによって案内
される。弁体３２が開き始めると、弁胴（図示せず）に
流入する蒸気は、最初は、雑音及び振動が最小になるよ
うに消音装置７０の開口５２を経て出口ポート２４へと
流れる。弁体が消音装置７０の上方に在る時には、蒸気
は開口３８をも経て流れる。

【００１８】既述の米国特許第３，６０２，２６１号明
細書に開示されているように、図２の消音装置７０は、
小さい弁開口における蒸気を複数の離散的な蒸気流に分
割するために、約１０００個又はそれ以上の数の複数個
の絞り開口５２を備えている。これ等の通路もしくは開
口５２は等辺関係で離間されてはおらず、従って、応力
集中領域が生ずる。消音装置７０は、雑音及び振動を或
る程度減少する上で有用であるが、その長期間耐摩耗寿
命が、応力集中により誘起される破損により悪影響を受
け得る。

【００１９】上に述べた従来の装置とは対照的に、本発
明は、弁かごの下側マフラ部分の円筒状の壁の一部分に
互いに実質的に等辺関係で離間された実質的に円形の貫
通開口を設けることを提案するものである。本発明の一
実施例においては、実質的に円形の貫通開口は、単一の
螺旋の隣接ループに配置される。この種の実施例におい
ては、実質的に円形の開口は、底辺が螺旋の垂直ピッチ
の約２倍に等しい実質的に等辺三角形の繰り返しパター
ンで配置するのが有利である。単一の螺旋で所望の実質
的に等辺間隔を達成するために、螺旋の各ループに沿う
円周方向の開口の間隔の数は０．５の奇数倍とすべきで
ある。更に、螺旋の軸方向ピッチは、円周方向の開口の
間隔を３．４６（３の平方根に２を乗じた値）で除した
商に等しくなるように選択するのが最も好ましい。

【００２０】図３を参照すると、消音装置の仕上げ内径
に関する円周方向寸法Ｌ、ｃ及びｂを有する二重螺旋開
口パターンの展開図が示してある。図示の便宜上、それ
ぞれ約４個のループ及びループ毎に７個の開口からなる
２つの（絡み合わされた）螺旋が例示してある。図の左
側の開口は、０°を表し、図の右側の穴は３６０°を表
し、従って、これ等の左側及び右側の開口は同一の開口
である。図３に示してあるように、基本開口パターン要
素は、底辺が、各螺旋ループのピッチでもある垂直間隔
ｐを有する等辺三角形である。三角形の“高さ”は、円
周方向間隔ｃである。三角形は、全螺旋パターンを実現
するために、若干斜めに歪んでいる。即ち、真の等辺三
角形形状から僅かに歪んでいる。下記の定義は、二重螺
旋配列に関するものである。

【００２１】 ｃ＝全パターンにおける垂直列間の間隔ｂ＝２ｃ＝同じ
螺旋内の穴間の円周方向の間隔Ｌ＝円周＝ｎｂ ｎ＝各螺旋におけるループ毎の円周方向の間隔の数（即
ち、開口の数） ｎ＝奇数 ｐ＝各螺旋の垂直ピッチ＝ｂ／３の平方根ｈ＝隣接の螺
旋間の垂直間隔＝ｐ／２ ｍ＝各螺旋内のループの数＝垂直列内の開口の数Ｈ＝ｍ
ｐ＝２ｍｈ＝パターンの全高

【００２２】更に、下側ループの開口は、制御弁がマフ
ラの下側領域における高い圧力で動作する際に、開口間
に、より大きな結合間隔を与えるために、上側のループ
の開口よりも小さいを直径、例えば、約．７５：１の寸
法比で製造することができよう。その場合、垂直方向の
オフセット量“ｅ”が小さいために、円滑な開口割合が
達成されるであろう。

【００２３】図４を参照し以下に説明する本発明の他の
側面によると、消音装置３００は、螺旋形成部１１３上
方で円筒状の壁１１０の円周を取り巻いて離間して形成
されている窓開口１１２を備えている。この実施例にお
いては、円筒状の壁１１０は、窓開口１１２の一部分を
形成する勾配面１１７を有する。該勾配面１１７は、不
感帯を最小にするために、螺旋形成部１１３の螺旋に対
し実質的に平行に配置するのが有利である。

【００２４】図２を参照して説明したような慣用の開口
配列では、弁体を最後の開口の直ぐ上にまで持ち上げ、
しかも該弁体が制御弁内の窓開口１１２に達する前に“
不感帯”が存在する。これは、従来の開口配列では、弁
体の垂直方向の摺動に伴い蒸気流量の連続的な増加が得
られないためである。

【００２５】従って、１つ又は２つ以上の窓開口に勾配
面１１７を設ければ、弁体が螺旋配列の最上位の開口の
頂部に達する前に、マフラ窓開口の部分が既に開かれる
ことになり、これにより、不感帯は実質的に除去される
。

【００２６】ここに開示したマフラは、２つの１８０°
に並置されたヘッドを有する複スピンドルボール盤を用
いて最も適切に製造される。この種の機械においては、
工作物を回転することができ且つ相次ぐ穴あけ加工間で
軸方向に移動することができる。研削もしくは穿孔は、
図３に開口の各垂直カラムの上に記入されている数値で
定義される動作シーケンスを用いて数値制御することが
できる。下記に、１つの好適な穿孔手順を述べる。

【００２７】 １．垂直カラム１及び１’に沿って同時に開口を穿孔す
る。これ等のカラム１及び１’は互いに１８０°離間し
て正確に対向している点に注意されたい。 ２．工作物を、その軸線を中心に１／ｎ回転しその軸線
に沿い距離ｅに割り出す。次いで、カラム２及び２’に
沿い同時に穴あけを行う。 ３．上述のステップを繰り返してカラム３及び３’に沿
い開口を設け、この手順を、カラム７及び７’に沿い開
口が穿孔されるまで続ける。この最後のステップで図３
に示した開口パターンが完了する。

【００２８】上の説明から明らかなように、本発明は、
改良された構造を提供すると共に、制御弁を通る蒸気流
量の増加を可能にするものである。尚、幾つかの実施例
を例示したが、これ等の実施例は、単に説明の便宜上の
ものであって本発明を制限するものではない。従って、
本発明の範囲内で、当業者には種々の変更が可能であろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の蒸気制御弁の一部分を示す横断面図であ
って、弁体が閉弁位置にある状態で、下側マフラ部分を
示す図。

【図２】従来のマフラ部分の側面図であって、開口配列
を示す図。

【図３】本発明による好適なマフラ設計における二重螺
旋状開口配列を、開口間隔を明示するために平坦に展開
して示す平面図。

【図４】“不感帯”を最小にするために螺旋形成部に対
してほぼ平行に延びる勾配面を大きな窓開口が備えてい
る本発明の別の実施例によるマフラ設計の簡略部分平面
図。

【符号の説明】

１１０　　　　　　実質的に円筒状の壁１１３　　　　
　　開口 ３００　　　　　　消音装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に円形の複数個の貫通開口が配置さ
   れている円筒状の壁を備える消音装置を含み、前記貫通
   開口は、実質的に螺旋状のパターンを形成するように、
   前記円筒状の壁の一部分内に互いに実質的に等辺関係で
   離間されている、制御弁。