JPS62147002A - 蒸気制御弁 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンに流入する蒸気流量を制御する
蒸気加減弁に関するものである。

〔従来の技術〕

第１１図は従来の蒸気加減弁を示す。弁ケースｌと上蓋
２とで固定された円筒状スリーブ３の内面に摺動ａＴ能
な弁体４を設け、弁棒５が上方へ移動した場合に弁棒肩
部１２と弁体４に設けられた突起部１３とが係合して弁
体４が上昇し、大弁座９が開状態になる。第１１図にお
いて中心＄２０よりも左側は弁全開状態を示し、右側は
弁全開状態を示している。本図から明らかなように、全
閉状態では弁棒５を下方に押しつけられることによって
小弁座８と大弁座９とが閉止状態となり、入口蒸気室６
と圧力室７とは、スリーブ３と弁体４との間隙によって
連通ずるため同一圧力となる。

次いで弁１１５が上方に移動すると、弁体肩部１２と突
起部１３とが接触するまでは、小弁座のみが開くことに
なシ、弁体４は圧力室７と出口流路１１との圧力差によ
って下方に押しつけられて大弁座９は閉止状態にある。

さらに弁棒が上昇すると弁体肩部１２と突起部１３とが
係合して弁体４を上方に移動させることになるので、大
弁座９が開くことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような弁の開閉状態における入口蒸気室６、圧力室
７および出口流路１１における圧力の状況を図示すると
第１２図のようになる。第１２図においてＰｌは入口蒸
気室６の圧力＋Ｐ２は圧力室７の圧力、Ｐｓは出口流路
１１の圧力である。このような従来装置においては、圧
力状態と弁棒移動量との関係によって、弁の振動・騒音
が激しくなシ、蒸気タービンの運転上支障が生じる場合
がある。この現象を生じるのは、小弁座８が全開し。

大弁座９が開き初めてるる程度流量が増加した特定の範
囲（図示のＡｍ付近）であり、この場合、入口蒸気室６
の圧力ＰＫと出口流路１１の圧力Ｐ、との関係では、大
弁座９の下流の状態が超音速流である。元来、蒸気流量
を制御する蒸気加減弁においては、大弁座９の下流が超
音速流になるという条件が避けられないものであるため
１１種々の構造上改良が行われている。

特公和５５−４４２６３は、大弁座９の流れと弁体４の
内部に形成されている空間と干渉による共鳴現象を防ぐ
構造を提供している。また、特公昭４７−２０８９１は
、スリーブ３と弁体との間隙部に弁棒５の移動方向に複
数重の溝を設け、この溝によって入口蒸気室６と圧力室
７とを連通させ、小弁座８が全開しても圧力室７の圧力
Ｐ２の低下を少なくして圧力差Ｐｔ　　　Ｐｓを大きく
シ、弁体４の下方に押しつける力を大きくすることによ
って、流体から受ける加振力による弁体４の振動振幅を
軽減する構造となっている。

なお、弁体まわりの流れを改善して振動を軽減する構造
を提案している関連公知例として、特開昭５２−１２６
５３０　、特開昭５４−５４３３２および特開昭５４−
５４３３３などがある。

しかし、超音速流が衝撃波の発生とこれの流路壁との干
渉などによって、複雑な非定常性を有しているために、
前述の各公知技術は使用条件の異る場合にも適用できる
一般性のるるものではない。

したがって、根本的には超音速流の流れの安定化を図る
だめの構造の開発が切望されている。

本発明の目的は、蒸気タービンの運転時に遭遇する蒸気
加減弁の振動と騒音とを低減するための蒸気加減弁構造
を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は第１１図につい
て説明したスリーブ３と弁体４とが弁の開閉時に相互に
位置関係の変わることを利用し、スリーブ３と弁体４と
に、入口蒸気室６と圧力室７とを連通させるための孔を
設け、弁の開閉時にスリーブ３と弁体４との孔の開口面
積が変化するようにして圧力室７の圧力を調節して、弁
の振動。

騒音の激しい弁開度において、ｆｌｌ絡路１０ら出口流
路１１へ圧力流体を積極的に噴出させる。これによって
、弁体の下流における流れのパターンは、大弁座９を通
過した高マツハ数の超音速流が環状流罠なシ、中心部は
これよりも低マツノ・数の超音速流となって１両超音速
流の環状境界における干渉効果により、出口流路１１の
流れが安定化して低振動、低騒音が達成される。

〔作用〕

上述のように構成すると、弁の開度に応じて圧力室７の
圧力を調節する動作として、小弁座８が全開し、大弁座
９が開き始める時点から入口蒸気室６と圧力室７と連通
させるだめのスリーブ３と弁体４とに設けられた孔の蒸
気通過面積が増加するように構成されるので、大弁座９
の開度が小さい条件で圧力室７の圧力を従来技術による
場合と比較して高くすることが可能であり、流通路１０
からの超音速噴流に必要な流量が確保されるため、出口
流路１１における二つの超音速流の干渉作用が満足され
て流れの安定化が達成できる。

ところで、同心で中心部とその周りに環状に噴出される
二つの超ｆ、４流の両者の境界における干渉現象は、（
ａ）両噴流の衝撃波（高圧）と膨張波とが衝突すること
による流れ方向の圧力が均一化され境界における衝撃波
の反射強度が弱められる。

（ｂ）環状噴流において中心部に集中し、強度の強くな
る一衝撃波が中心部の噴流によって消滅し、単純な二次
元流れに近い軸対称流になるという効果が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る蒸気加減弁の一実施例を示す断面
図である。なお、第１図では可動部分を分割し、５半に
全開時状態を、右手に全閉時状態を示す。第１図におい
て、弁ケース２１と上蓋２２によって加減弁本体が形成
されており、その内部にスリーブ２３、弁体２４および
外部から操作可能な弁棒２５が収納されている。また、
弁体２５には肩部２６が設けられており、該弁棒２５が
上昇して肩部２６が弁体２４の突起部２７に当接すると
、弁体２４と弁棒２５とが一体となって移動する構造に
なっている。スリーブ２３と弁体２４との接触面は摺動
可能な程度の間隙を有するように構成される。さらに、
弁体２４には小弁座３０よりも上流側に弁体２４の外周
面から内周面に貫通する複数個の孔２８を設けるととも
に、スリーブ２３においても外周面から内周面（弁体２
４との摺動面）に貫通する孔２９を複数個設ける。なお
、孔２８と孔２９とは円周方向に同一位置となるように
設置される。第１図の右手に示した全閉時状態では、小
弁座３０と大弁座３１とは閉止状態になυ、入ロ蒸気室
３２と出口流！３５とは遮断された状態となる。上蓋２
２、スリーブ２３および弁体２４で形成される圧力室３
３は、スリーブ２３と弁体２４との摺動面の間隙によっ
て入口蒸気室３２と連通することＫなる。ここで、閉止
状態では孔２８と孔２９とはわずかに連通する状態とな
るように設層する。さらに、閉止状態で弁棒肩部２６と
突起部２７とは間隙ｇを肩するように構成される。

次に前記のように哨戒された蒸気加減弁における動作に
ついて説明する。第１図の右手の閉止状態から５半の全
開状態までの過程において、弁棒２５が上方へ移動した
場合に間隙ｇがなくなるまでは弁体２５のみが移動し、
弁体２４は圧力室３３と出口流路３５との圧力差による
力によって下方に押しつけられているので移動すること
なく、大弁座３１は閉止状態を保持している。一方、小
弁座３０では弁体２５の移ｌ１ＩｊＪ量が大きくなるに
つれて蒸気の通過流路が増加し、間隙ｇがゼロになった
状態で全開状態になる。蒸気流は入口蒸気室３２から、
スリーブ２３と弁体２４との摺動面の間隙を通って圧力
室３３に入り、小弁座３０の流路から流通路３４を通っ
て出口流路３５に排出される。この場合に、スリーブ２
３と弁体２４との摺動面の間隙による流路面積よりも小
弁座３０における流路面積が大きいために、間隙ｇが減
小してゼロになり、小弁座３０が全開になる過程では圧
力室３３の圧力が次第に低下する。次に、弁棒肩部２６
と弁体２４の突起部２７とが接触（間隙ｇ＝０）Ｌ、さ
らに弁＃２５が上昇すると、弁体２５と弁体２４とは一
体となって移動するために。

この移動量につれて大弁座３１が全開状態に向うととも
に孔２８と孔２９との連通ずる流路面積が増加する。こ
の結果、圧力室３３の圧力は、孔２８からの流入蒸気量
が増加するために上昇する。

このような動作状態を各部の圧力変化の状況で示すと、
第２図のようになって第１２図に示した従来技術の場合
と大幅に相違する。すなわち、入口蒸気室３２の圧力Ｐ
１と出口流路３５の圧力Ｐ３とは、第１２図と第２図と
で同様であるが、圧力室の圧力Ｐ２が相違することにな
り、本発明の実施例を示した第２図において、図に示し
た小弁座全開の位置よりも図の右方（弁体が更に上昇し
た状態）で、弁振動が発生する虞れのある範囲（図示の
Ａ部）においてＰ２／Ｐ３≧２となる関係をもつように
していることでろる。このＰ２／Ｐ３の関係を保持する
ためには孔２８．孔２９および小弁座３０の流Ｖ＆面積
の関係を適切に決定することによって可能であり、従来
技術の構成と最も相違する点である。なお、第２図にお
ける圧力Ｐ′２は第１図の流通路３４の圧力である。こ
のような従来技術と相違した動作状態である本発明にお
ける流動状況を従来技術の場合と比較して示すと第３図
のようになる。第３図（ａ）は第１１図の従来技術にお
ける出口流１１１内の流れの様相を示したものであり、
流れ４１は小弁座からの流れ、流れ４２は大弁座を通過
した流れである。この場合に流れ４１はスリーブ３と弁
体４との摺動面の間隙を通過した流量であるために、大
弁座を通過した流量に比較して非常に少ない。したがっ
て、大弁座を通過した流れは点ａで合流し、点ａよシも
上流側では不安定な渦流４３が発生して、超音速流にお
いて発生する衝撃波４４および剪断流境界４５の位置が
揺動して出口流路の圧力変動の源になっている。第３図
（ｂ）は第１図に示した本発明の構造における出口流路
内の流れの様相を示したものであり、流れ５１は小弁座
を通過した流れ、流れ５２は大弁座を通過した流れであ
る。本発明では第２図に示したようにＰ２／Ｐ３の値が
２以上に保たれるので小弁座を通過した流れ５１は超音
速流となり、適切に開口した孔２８．２９を通過するた
めに比較的大流量の流れが５大弁座を通過した超音速流
と出口流路内で混合することになる。

超音速流の平行流れにおいては、それぞれの流れのマツ
ハ数が相違することによって相互に干渉し。

流れに発生している衝撃波の構造が変化する。本発明で
は、上記の二つの超音速流の干渉現象を有効に活用する
ことによって、弁下流での圧力変動および騒音を減少さ
せるものであり、そのための大弁座３１からの流れ（第
３図（ｂ）の５２）と小弁座３０からの流れ（第３図（
ｂ）の５１）との条件として、撮動・騒音の発生する範
囲の流れ５２のマツハ数が１．３〜１．８であるのに対
して、流れ５１のマツハ数は１．０５〜１．１０程度で
マツハ数１をわずかに超えていることが必要である。こ
のような条件では、第３図伽）に示すように小弁座から
の流れ５１における衝撃波５３はマツハ数が小さいため
に比較的弱いものであるが、大弁座からの流れ５２と剪
断流層５４を介して干渉することによって、大弁座から
の流れ５２内の衝撃波５５が非周期的に発生するととも
に、衝撃波５５の構造が不明確になるうその結果として
流路全域にわたる流れの状態が改善され、超音速にＬる
圧力変動および騒音が低減される。

以上のような第１図の実施例と同様な作用効果を有する
変形された実施を第４図に示す。第４図の実施例での動
作状態は第１図と同様であるが、弁体４６の大弁座４７
よりも下流側に流通路４８を延長させ、その外周側の大
弁座４７からの流れの流路内に複数個の溝４９を設けた
構造となっている。

弁体４６を抽出した単品を、第４図のＶ−ｖ面で切断し
て矢印Ｖ方向に見たところを第５図に示す。溝４９と凸
部５０との関係から断面は花弁状の形になって、大弁座
からの流れが周方向に複数個に分割されて流通路４８か
らの流れと合流する。

このような構造にすることによって第１図の実施例に比
して次のような効果を付加される。すなわち、第４図に
おいて蒸気入口管５６から入口蒸気室５７に流入した蒸
気流は大弁座４７を通って出口流路５８に流ｎるが、そ
の場合に流れ状態として螺旋状の流れとなって出口流路
５８に向うのが一般で１、第４図の実施例では螺旋状の
流れを消滅させることが可能であり、出口流路５８にお
ける流れが第１図の実施例に比較してより安定化される
。

次に、本発明の目的を達成するだめの第２の実施例を第
６図に示した。第６図において第１の実施例（第１図ン
と比較して相違する点は、第１図の弁体２４が第６図で
の弁体６０のように形状が異なることで、その他の部材
および作動は第１図の実施例と同じである。第６図の構
造では、第１図の流通路３４が小弁座３０から出口流路
３５に開放されているのに対して、流通路６１の下流側
に出口流路６３との隔壁６２を弁体６０と一体構造とな
るように設け、隔壁６２の形状はほぼ円錐状とし、この
円錐面には大弁座６４からの流ｎに対して、はぼ直交す
る方向に流通路６１に貫通した小孔径の噴出孔６５を複
数個設け、小弁座６６からの流れを出口流路６３に噴出
出来る構造とする。また、第２の実施例として示した第
６図と同様な作用をもたらす別構造の実施例を第７図に
示す。第７図において、第６図と相違する点は、第６図
では弁体６０と隔壁６２とが一体になっているのに対し
て、第７図の実施例は一体７０と隔壁７１とが一体では
なく、両者は摺動面７２で分離されており、隔壁７１は
支持板７３によって弁ケース７４に連結されているため
に、弁体７０の開閉動作とは連動しない構造である。こ
の隔壁７１の形状は中空の円錐状であり、円錐の中空部
７５は小弁座７６の”Ｆｆｉの流通路７７と連通してい
るとともに１円錐面に設けられた複数個の噴出孔７８に
よって小弁座７６からの流れが大弁座７９からの流れに
噴出する構造となっている。なお。

第７図のＡ−Ａ断面図を第８図にした。以上の第６図お
よび第７図に示した実施例では、大弁座６４．７９から
の流れに対して小弁ｆｆ１６６．７６からの流れを小孔
径の複数個の噴出孔６５．７８からほぼ直交して噴出す
ることを特徴としているが、この構造の作用効果は、α
）多孔性の壁面からの噴流があるために、超晋速流中で
の衝撃波が壁面に衝突す−ることによって発生する壁面
上の圧力の不均一性が減少し、壁面からの反射波が弱め
られて流れが安定化する。（２）従来形状における円筒
状の噴流から、壁面からの噴流によって主流が円環状の
噴流となるため、円筒状噴流で発生する流路中心部への
衝撃波の集中強化が少なくなり、流れの均一化が促進さ
れる。このような効果作用を図示すると第９図のように
なる。第９図（ａ）において、大弁座からの流れ９１に
対し、小弁座からの流れ９２が隔壁９３に設けられた多
数の噴出孔から直交して噴出する場合に、隔壁９３の表
面における圧力が流れ９１の衝撃波９４が衝突する位置
で高くなっているために噴出量が少なく、それ以外の表
面では圧力が低いために噴出量が多くなり、結氷的に隔
壁９３の表面圧力の均一化が行われて流れ９１に発生す
る衝撃波９４０強度（＃撃波前後の圧力比）を弱めるこ
とになる。この衝撃波による圧力変化を流れの中心線上
で示すと第９図（ｂ）のようになって、従来構造では衝
撃波による圧力変化が下流側に長い範囲で粘続するが、
本案構造においては、大弁座の下流側のわずかの範囲で
圧力変化が減少し、それよりも下流側では圧力変化の少
ない流れにできる。この結果、噴流で発生する騒音が低
減されるとともに、圧力変動と流れの不安定性によって
発生する弁体の撮動が軽減される。

以上に説明した実施例においては、弁下流の流れの安定
化が達成されるために、従来技術と比較して弁棒および
弁体等の可動部の振動が低減できるとともに、流れから
発生する騒音の低減にも効果的である。これらの効果を
具体例で示すと第１０図のようになる。第１０図（ａ）
は第２図に示した弁棒リフトと各部圧力との関係を大弁
座からの噴流のマツハ数Ｍｔｍと小弁座からの噴流のマ
ツハ数Ｍ、との関係で示したものであり、第１０図（ｂ
）は弁体の振動加速度を示した。また、第１０図（Ｃ）
は、マツハ数Ｍ、とＭ、の条件における騒音レベルを示
した。第１θ図（ｂ）、　（Ｃ）から明らかなように、
従来技術で振動発生のトラブルが頻発する範囲において
、本発生では振動加速度を１／２程度に抑制することが
可能になる。

第１図の実施例の騒音レベルは、第１１図に示した従来
例の騒音レベルに比して、約１０デシベルの低減効果が
確認された。

〔発明の効果〕

以上拝述したように１本発明の蒸気制御弁は、蒸気ター
ビンの運転時における蒸気加減弁の振動、並びに騒音の
発生を格段に低減することができるという優れた実用的
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸気制御弁の一実施例における析ｍ１
図、第２図は上記実施例の作用効果を説明するための図
表、第３図は蒸気流れの定性的説明図、第４図１″ｉ前
記と異なる実施例の断面図、第５図は第４図の実施例に
おける弁体を同図の下方から見た紙面図、第６図及び第
７図はそれぞれ前記と更に異なる実施例の前面図、第８
図は第７図のＡ−Ａ断面図である。第９図及び第１０図
はそれぞれ上記実施例の作用、効果を説明するための図
表でりる。 第１１図は従来の蒸気制御弁の断面図、第１２図は上記
従来例における作用説明のための図表である。 ２３・・・スリーブ、２４・・・弁体、２５・・・弁体
、２６・・・ｆＰ棒肩部、２７・・・突起部、２８・・
・孔、２９・・・孔、３０・・・小升座、３１・・・大
弁座、３２・・・入口蒸気呈、３３・・・圧力室、３４
・・・流通路、３５・・・出口流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気入口室内に固定して設置したスリーブと、上記
   スリーブに対して摺動自在に内嵌された円筒状の弁体と
   、上記の円筒状弁体と同心状に該弁体内に挿入された弁
   棒とを有し、該弁棒の外周に突設した肩部と弁体内周に
   設けた突起部とを対向せしめて双方の部材を連動せしめ
   た蒸気制御弁において、前記スリーブの筒壁、及び前記
   円筒状弁体の筒壁にそれぞれ透孔を設け、上記弁体の開
   閉作動に伴って上記双方の透孔の重なり合いが変化する
   ように構成したことを特徴とする蒸気制御弁。 ２、前記双方の透孔の重なり具合の変化は、円筒状の弁
   体の外周を流れる主流のマッハ数が１以上である場合に
   おいて、該円筒状弁体の中心孔から流出する噴流のマッ
   ハ数が、上記主流のマッハ数に比して１．０５〜１．１
   ０となるように設定したものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の蒸気制御弁。 ３、前記円筒状の弁体の周囲から流出する主流と該弁体
   の中心孔から流出する噴流とが合流する境界付近に位置
   せしめて円錐状の隔壁を設け、上記の隔壁に複数個の透
   孔を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の蒸気制御弁。 ４、前記円錐状の有孔の隔壁は、前記の弁体に対して固
   着したものであることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項に記載の蒸気制御弁。 ５、前記円錐状の有孔の隔壁は升ケーシングに対して固
   着したものであることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項に記載の蒸気制御弁。