JPS62237009A - 蒸気タ−ビン用の蒸気弁 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンの駆動用蒸気を制御する為に用
いられる蒸気弁に関するものである。

〔従来技術〕

この種の弁を暖機（蒸気温度にマツチングさせるように
予熱）する場合、従来技術では暖機弁の開閉時間を調整
して行っている。

この暖機弁の操作はタービンの起動モード（コールド、
ウオーム、ホット等）に関係なく一定の間隔がある。こ
のため、蒸気加減弁のメタル温度が比較的低い場合、暖
機開始時に蒸気案内壁と外壁との温度差が制限値以上と
なり易く、制限値に達すると、暖機が中断される。従っ
て、暖機完了までの所要時間が長かった。

従来技術に係る蒸気加減弁の暖機方法の１例について、
第２図を参＋ｉｔ　Ｌ、つつ説明する。蒸気加減弁３の
暖機弁５を一定の開度にし蒸気加減弁３に設ｖｔ　して
いるシートドレン弁６をある一定の周期で全開→全閉、
全閉→全開する。この様に従来の暖機法ではタービン起
動モードに関係なくある同−周期で暖機弁を切り換える
ために蒸気加減弁３のメタル温度を目標温度まで上昇さ
せるのに時間がかかつていた。

冷却された状態にある蒸気加減弁３のメタル温度を速や
かに上昇させるには、蒸気加減弁暖機弁５を全開にして
暖機すれば良いが、この方法では蒸気加減弁３の内壁と
外壁とのメタル温度の差が急激に生じるため、過大の熱
応力が発生する。

第３図（ａ）は、暖機開始時点で暖機加減弁を全開した
場合の、蒸気加減弁内壁温度Ｔｉの変化状況と、蒸気加
減弁外壁温度Ｔｓの変化状況とを示す図表であ、双方の
温度の温度差ΔＴの最大値ΔＴ　、ａ　ｘ　が大きい。

上記の温度差を軽減するため、第３図（ｂ）に示したよ
うに暖機加減弁を開閉操作することも考えられる。この
ような方法によると、暖機弁５の数多くの開閉繰返しを
必要とし、その上開閉量の停滞時間を要するためにメタ
ル温度を目標の値に上昇させるまでの時間が多くかかる
という欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

−ヒ述の従来技術に係る暖機方法においては、蒸気加減
弁暖機弁の開閉間隔が一定であったため長時間タービン
を停止した後の状態で（つまり加減弁３のメタル温度が
低い場合）蒸気加減弁暖機用の高温蒸気が流入した場合
、過大な熱応力が加減弁３の蒸気室に発生していた。

又過大な熱応力の発生を防止するため、第４図に示した
蒸気加減弁の内壁温度７と外壁温度８とを検出して、温
度差が制限値以上になった場合、警報を出して暖機操作
を中止し、この温度差が小さく（制限値以下）なるまで
暖機弁５を閉状態とするため暖機操作を停止させる。こ
のため、プラント起動時間が長くなるという短所があっ
た。

又この様に暖機時間が長くかかつている間に主蒸気条件
（ボイラ出口温度）が上昇するためタービン通気時のミ
スマツチ（タービンメタル温度と蒸気温度との不整合）
が大きくなり、通気後タービンロータに発生する熱応力
が高くなるという副次的な短所も内包している。

又従来の蒸気加減弁は第４図に示す如き形状になってお
り、加減弁蒸気室９の内側に暖機用蒸気を流入させるた
めどうしても内壁温度７と外壁温度８との差が発生する
。更に、加減弁蒸気室９は、胴長となっておりしかも肉
厚が不均一であるため応力集中が発生し易く暖機時に発
生する熱応力を考えた場合不利な形状になっていること
も否めない。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので。

その目的とするところは、過大な熱応力を発生させる虞
れ無く、速やかに暖機を行い得る蒸気弁を提供しようと
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１本発明の蒸気弁は、蒸気タ
ービンに供給される駆動用蒸気を制御する蒸気弁におい
て、蒸気室を内、外、少なくとも２重に構成し、かつ、
その間に空隙を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

上述の構成によれば、前記の空隙内に暖機用の蒸気を流
通せしめて、蒸気室を内、外両面から加熱して、大きい
温度差を生ゼしめることなく迅速に昇温せしめることが
できる。従って、過大な熱応力を発生させる虞れ無く速
やかに暖機を完了させることが出来る。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る蒸気弁の断面図に蒸気系統を付
記した説明図である。ボイラから供給される主蒸気ａは
、内部蒸気室１０の弁座１１の上方にある加減弁１２の
開閉によりタービンへ導かれる。又内部蒸気室１０の上
方には弁棒１３をガイドするカバー１４がある。内部蒸
気室１０の外周に空間１５ａ、１５ｂを隔てて外部蒸気
室１６を設けろ。又弁棒１３とカバー１４との嵌合ギャ
ップ１７を通った漏洩蒸気を前記の空間１５ａ。

１５ｂに導く孔１８を設ける。外部蒸気室１６の上方に
は暖機弁１９を経由した排蒸気ａからの暖機蒸気が入る
孔２１を設けておく。

この他に内部蒸気室の熱壁温度７．外壁温度８を検出し
て、その出力信号を温度設定器２３に導きこれらの両者
の温度を比較して判別する判別器　１２４に連絡させる
。判別器２４の信号で、暖機弁１９を開閉させる。蒸気
開度調整器２５及外部蒸気室１６の下部に取付けられた
ドレン弁２６を開閉させるドレン弁開度調整器２７に送
る系統としておく装置とする。

この装置において蒸気加減弁の蒸気室が常温である場合
の起動法について説明する。この場合の暖機操作は、蒸
気加減弁室に流入する蒸気温度は（初期起動のため）蒸
気条件が低く、当然温度も低いものである。又内部蒸気
室１０の外壁を暖機させるため、暖機弁１９を経由させ
て主蒸気ａを外部蒸気室１６の孔２１に導き、内部蒸気
室１０の外周と外部蒸気室１６の内面との間隙１５ａ。

１５ｂ内を矢印の如く流動せしめて充満させる。

この場合はドレン弁２６を全閉としておく。このため空
間１５ａ、１５ｂは密閉された部屋となり、蒸気温度は
徐々に下がってくる。このため内部蒸気室１０の内壁温
度７と外壁温度８との間には温度差ΔＴが生ずる。この
温度差ΔＴが許容範囲内であればそのままとし、許容範
囲外である場合には判別器２４の信号によりドレン弁間
度調整器２７を介してドレン弁２６を開動作させること
により空間Ｌ５ａ、Ｌ５ｂの内の暖機蒸気を排出させる
。つまり、主蒸気ａの温い蒸気を流入させて内部蒸気室
１０の外壁温度８を上昇させ、しかも温度差ΔＴを許容
温度内に収めることが出来る。

従来技術に於ては蒸気室１０内の蒸気で内壁昇温させ、
メタル伝熱によって外壁を昇温させるために、内外壁の
温度差を生じ、外壁温度８が許容温度差内となるまで上
昇させるには時間がかかり。

過大な熱応力を発生させる虞れが有った。

しかし、本実施例においては蒸気室の内壁及外壁を同時
に暖機蒸気で加熱し内壁温度７を基本に外壁温度８を常
に判別器２４で比較判別し許容温度差内ではドレン弁２
６を全閉し、許容温度差から外れた場合は、該ドレン弁
２６を開くことにより許容温度差内で、短時間に目標の
メタル温度まで昇温させるよう自動的に制御することが
可能となる６ 本発明を実施する場合、前記の主蒸気ａの代りに補助蒸
気源２０を用いて暖機することも可能である。

以上のようにして暖機操作を進めた後、最終的には蒸気
室の温度が目標のメタル温度まで昇温した判別器２４の
信号を暖機弁開度調整器２５に送り、暖機弁１９を全閉
させる。その後、内部蒸気室１０の外周の空間１５ａ、
１５ｂに送る暖機用の蒸気は、弁棒１４とカバー１４と
のギャップ１７からの漏洩蒸気によってまかなう、この
ように構成すると、運転中に於いても常時内部蒸気室１
０の外壁に暖機蒸気が流入するので、内外壁の温度差が
生じない。

第５図は本発明の実施例において蒸気加減弁内壁温度Ｔ
、と同外壁温度Ｔｓ　とが、メタル温度Ｔｏから目標温
Ｔに至る間の変化を示す図表である。双方の温度の差の
最大値ΔＴ　ｍ　ａ　ｘが、従来例（第３図）に比して
著しく小さい。

また、蒸気室のメタル温度が目標温度Ｔに近い状態にお
ける起動操作（ホットスタート）にあっては、暖機弁１
９を開くことなく、弁棒漏洩蒸気によって暖機を行えば
良い。

本実施例のように蒸気室を球形に構成すると。

蒸気室の必要肉厚が胴長の場合よりも半分の肉厚で良い
ことになる。そして、肉厚が薄いと言うことはタービン
起動時の暖機時間が短かくてすむ上に熱応力的に良好な
結果が得られることになる。

しかも球形の場合は比較的均一化された肉厚にすること
が可能で応力集中に関する強度的見地からも好都合であ
る。

上述した球形蒸気室の利点について、以下理論的根拠を
詳述する。

蒸気室の肉厚は一般に下記式で表わされろ。

（ｉ）　　胴長の場合 Ｘｒ ｔｌ＝ σ　ｔ ここで　　ｔｌ＝胴長の場合の必要肉厚ｔ２＝球形の場
合の必要肉厚 Ｐ　＝蒸気室に作用する内圧 ｒ　＝朋及び球の内面の半径 上式により、蒸気室の必要肉厚は、球形の場合は胴長の
場合に比して半分で良いことが解る。肉厚が薄い球形の
場合は蒸気室メタルの暖機昇温所要時間が胴長の場合の
半分で良いことになる。同時に熱応力も軽減することは
明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方法によれば、蒸気加減
弁の暖機時間の短縮及び熱応力の低減が可能となりター
ビン起動所要時間を短縮することが出来る。

上記の暖機時間の短縮が、実用面において発揮する効果
の意義について付脱する。

最近の火力プラントはＤＳＳ、ＷＳＳ等の運用が多く、
起動時間が極めて短縮化されつつある。

蒸気加減弁の暖機時間の短縮はボイラ一点火からタービ
ン通気までの時間短縮に大きく寄与できる。

更に本発明を適用すると、最近検討されている超高温高
圧タービンの主要弁に大きな効果がある。

超高温高圧タービンの蒸気条件は現在までの１６９　ａ
　ｔ　ｇ　／　５６６℃、２４６ａｔｇ１５３８℃より
史に上昇し、７う１５ａｔｇ〜３５０ａｔｇ１５９３℃
〜６４９℃となりこの場合のタービン効率は６〜８％良
くなる。この蒸気条件に耐えるため、主要弁の弁室の機
質はオーステナイト系ステンレス鋼を使わなければなら
ない。オーステナイト系のステンレス鋼の材質は現在主
要弁の蒸気室に使用している低合金鋼の材料特性よりも
耐力が格段に小さくなり、かつ熱膨張係数も大きくなる
。蒸気室の熱応力は一般的に下記の式で表わされる。

σ、＝αＸＥＸΔＴくσ、Ｓ ここで σｔ　：熱応力 α　：熱膨張係数 Δ′ｒ　：　ｍ度差 σｙｓニオステナイト系ステンレス鋼の耐力値上式で判
る様に熱応力を小さくするためにはΔＴを小さくする必
要がある。先述の通すオーステナイト系の材質はσｙｓ
は非常に低値で、且っαが大きいため尚一層へＴを小さ
く押える必要がある０本発明による温度差（ΔＴ）減少
効果は上記の要諦に対して充分に応え得るものであり、
こうした意味において、本発明は超高温高圧タービンの
発展普及に貢献するところ多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の断面図に蒸気系統及び制御
系統を付記した説明図である。 第２図は従来の蒸気加減弁の暖機系統図、第３図は従来
の暖機法に於ける暖機弁開動作と蒸気加減弁内外壁温度
差の関係を示す図表、第４図は従来形の蒸気加減弁の断
面図、第５図は本発明の１実施例における暖機弁、ドレ
ン弁の開閉制御と蒸気加減弁内外壁温度差とを示した図
表である。 １・・・ボイラ、２・・・主蒸気止め弁、：３・・・暖
機弁、４・・・タービン、５・・・暖機弁、６・・・ド
レン弁、７・・・蒸気加減弁内壁温度、８・・・蒸気加
減弁外壁温度。 １０・・・蒸気加減弁内部蒸気室、１１・・・弁座、】
２・・・加減弁、１３・・・弁棒、１４・・・カバー、
１５ａ。 １５ｂ・・・間隙、１６・・・蒸気加減弁外部蒸気室、
１７・・・ギャップ、１８・・・孔、１９・・・暖機弁
、２０・・・補助蒸気源、２１・・・孔、２３・・・温
度設定器、２４・・・判別器、２５・・・暖機弁開度ｆ
Ｊ１４ａ器、２６・・・ドレン弁、２７・・・ドレン弁
開度調整器、ａ・・・主蒸気。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気タービンに供給される駆動用蒸気を制御する蒸
   気弁において、蒸気室を内、外、少なくとも２重に構成
   し、かつ、その間に空隙を設けたことを特徴とする蒸気
   タービン用の蒸気弁。 ２、前記２重構造の蒸気室は、これをほぼ球形に構成し
   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
   記載の蒸気タービン用の蒸気弁。 ３、前記の空隙にに暖機用の蒸気を流通せしめる手段を
   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
   蒸気タービン用の蒸気弁。 ４、前記の暖機用の蒸気を流通せしめる手段は、蒸気室
   の内、外壁温度差に基づいて開閉制御される弁手段を設
   けたものであることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の蒸気タービン用の蒸気弁。