JPS63293367A - 流量制御弁 - 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】 ル肌曵豆Ｊ 本発明は一般に流量制御弁に関し、特に蒸気タービンの
蒸気制御弁に関するものである。

免豐左１遣 事業用発電所は、一般に、タービンによって駆動される
交流発電機を備えている。これ等の方式の成るものは、
水車もしくは水タービンを使用するが、大部分のものは
、蒸気タービンを使用する。

蒸気タービンの場合、タービンを通る制御された蒸気流
量によって、タービンの波動軸の回転速度が調整される
。蒸気流量は、発電機に伝えられる電力需要に応答して
制御されるので、発電機によって生ずる交流の周波数は
、発電機に伝えられる電力需要の変動に関係なく、一定
の値に保たれる。

蒸気流量は、絞り弁や蒸気バイパス弁のような種々の流
量制御弁によって制御される。

蒸気タービンの大きさ及び容量が増大するのに伴なって
、絞り弁及びバイパス弁の大きさも、タービンへの蒸気
のより大きな体積流量に対処するために増大してきた。

更に、化石燃料を使用するタービンに比較して低い蒸気
圧力及び温度で運転する軽水型原子力発電所は、所望の
出力を得るために、非常に大きな体積流量の蒸気を必要
とする。

原子力により運転されるタービンの出現と、タービンの
大きさの増大とによって、タービンの蒸気弁の大きさを
実質的に増大させる必要が生じてきた。例えば、代表的
な化石燃料タービンに使用される主制御弁の弁座の直径
の適当な大きさは、約１７．８ｃｍ　（約７ｉｎ）であ
るのに対して、原子力発電所のタービンの弁の等価の弁
座の直径は約５０．８ｃｍ（約２０ｉｎ）にもなる。バ
イパス弁の大きさも原子力発電所の蒸気タービンの場合
には相当増大する。

弁装置の大きさ及び重量は、原子力発電所に見られる水
蒸気の体積流量に対処するために実質的に増大させねば
ならないので、化石燃料発電所に適当であった制御弁及
びバイパス弁の従来の構造は、体積の増大に対処するよ
うに容易には適合できない。例えば、成る適用例におい
ては、供給蒸気圧の２％までに及ぶ大きな圧力降下で作
動することを弁に要求し、また、弁は、小さな圧力降下
について変調された場合、即ち、弁がほぼ全開されてい
る場合にも効率的に作動しなければならない。

弁の大きさを増すと、蒸気の大きな流量を制御する場合
に、異常な騒音及び振動の問題を生ずる。

例えば、米国特許第３，６０１，２６１号明細書には、
大容量の蒸気制御弁で絞っている間に生ずる強い振動と
騒音レベルとを際立って減少させる流れマフラーが開示
されている。しかし、流れマフラーが振動によって誘発
された騒音を減少させるのに有効であっても、この形式
の弁構造には他のよりデリケートな振動源が存在すると
考えられている。

特に、従来の分析及び提案された解決策は、１つの弁構
成要素即ち流れマフラーの中とその周辺とにおける振動
の発生を制限することによって振動が除去されるという
前提の下に、流れマフラーを改変することに主として向
けられていた。弁構造全体に亙る多くの領域において、
その他の主要な要因が振動を誘発させると考えられてい
る。従って、従来の弁構造に比べ励振に対する応答がよ
り制限された、大容積流量の加圧流体に適する改良型弁
構造を提供することが望まれている。

ル乳凶鷹１ 本発明には幾つかの目的があるが、その中でも、本発明
の主な目的は、先行技術の上述した制限及びその他の制
限を克服する大流量蒸気タービンに適した改良型弁構造
を提供すること、弁構造における振動の振幅を制限する
手段を含む上述の改良型弁ｆｌＩ造を提供すること、案
内面に最大の剛性を与えるように改善された弁棒及び弁
体の案内制御を達成する上述の改良型弁構造を提供する
こと、弁の中心軸線に沿った曲げモーメントに対する弁
の応答を最小にすると共に、絞り中の弁棒のたわみ振動
を減少させるために、弁棒のブツシュの剛性と、弁棒の
ブツシュ及び弁箱の間の結合部の剛性とを増大させる手
段を備えた、改良型弁構造を提供すること、弁体及び弁
棒の運動を案内する表面間の同心性を改善する手段を備
えた、改良型弁構造を提供すること、及び弁体の運動を
案内するために使用された表面に沿って圧力差を生じな
い改良型弁構造を提供することである。

本発明によると、絞り中に生ずる励振に対する応答の低
い、大流量を制御するための改良型弁装置が提供される
。本発明の一実施例によれば、弁装置は、流体室と、該
流体室外に流体を流す出口ポートとを画定する弁箱部材
を備えている。弁体は、この出口ポートを選択的に遮断
するために開位置から開位置に移動することができる。

弁体に連結されて弁箱部材から外方に延長している弁棒
は、外部の手段によって弁体を位置決めすることを許容
する。弁箱部材に剛に結合された円筒状ブツシュは、弁
棒の運動３案内する内面と、弁体の運動を案内する外面
とを備えている。ブツシュは、横向きの運動を最小とす
ることによって振動を減少させるように、大きさが定め
られ、弁箱部材に固着されて、弁体とｔＩＡ働する。

本発明をより良く理解するためには、添付図面に関連し
た以下の詳細な説明を参照されたい。

口　の舌、　　　ｔ　普　■ 本発明の弁構造は、−例として、蒸気タービンの主蒸気
制御弁に特に適用された場合について以下に説明される
が、本発明による弁構造は、勿論、バイパス弁等を含む
他の適用例においても有用である。

最初に第１図を参照すると、従来の技術による蒸気制御
弁（流量制御弁）１０の流星制御部が断面図によって示
されている。この蒸気促り両弁１０は、マフラー装置１
４を有する弁かご１２を備えており、前述した米国特許
第３，６０２，２６１号明細書により完全に開示された
形式のものである。該弁は、典型的には炭素鋼の鋳物か
らできている弁本体もしくは主弁箱部材１６を含んでい
る。弁１０は、弁蓋室２０を形成するように弁１０の上
部を覆う弁蓋１８を含み、該弁蓋室２０は、部分的に、
内壁もしくは弁蓋ライナー２２によって画定されている
。弁箱部材１６は、入口ポート（図示せず）及び出口ポ
ート２４を内部に配設している。弁箱部材１６は、弁か
ごを囲む流体管は入れ室（流体室）２５を形成している
。弁かご１２は、下部マフラー装置１４と、弁蓋１８に
固着するための上部リング２６と、成る数の一体的な突
張り２８とを有し、開口３０を形成するこれ等の突張り
は、マフラー装置１４を上部リング２６に結合している
。

弁体３２は、カップ状であり、実質的に円筒状の壁体３
４を備えている。上部案内リング３６は、壁体３４に固
着されており、弁体３２の運動を案内するために内壁２
２上の案内面３８と滑り接触している。内壁２２は弁Ｍ
１８と一体的に形成することができる。やはり弁体３２
に固着された下部案内リング４０は、弁体３２の運動を
案内するために、弁かご１２の内面即ち突張り２８及び
マフラー装置１４と滑り接触している。第１端４４が弁
体３２に連結されている基本的には円筒状の棒の弁棒４
２は、弁体３２から上方に中心軸線４６に沿って、弁制
御機構（図示せず）まで延びている。弁棒４２の運動は
、この形式の弁においては通常のように、細長いブツシ
ュ５０の内側円筒面４８の種々の部分に沿って弁棒４２
の滑り接触によって案内される。弁蓋１８を通って延長
しているブツシュ５０は、弁蓋１８に剛に結合されてい
る。弁体３２は、複数の開口もしくはオリフィス５２を
有し、これ等のオリフィスは、出口ポート２４から出る
絞り流体と弁蓋室２０との間の圧力を平衡させる。２個
の圧力シールリング５４は、水蒸気が弁体３２と案内面
３８との間を通って弁蓋室２０へ、更にそこから出口ポ
ート２４へと流入することを防止する。

例えば液圧作動系統（図示せず）のような外部手段によ
る弁棒４２の運動により、開位置と開位置との間のどこ
かに弁体３２を位置決めする。弁１０が作動されると、
弁体３Ｚは、上部及び下部案内リング３６．４０と、内
側円筒面４８に沿って滑る弁棒４２とによって案内され
る。弁体３２が開放し始めると、主弁箱部材１６に入る
蒸気は、振動や騒音を最小とするように、マフラー装置
１４を通って出口ボー１〜２４にひと先ず流れる。弁体
３２がマフラー装置１４の上方にある時に、水蒸気も、
開口３０を通って流れる。

マフラー装置１４は、前記米国特許第３，６０２，２６
１号明細書に開示されているように、弁の開度が小さい
場合に水蒸気を複数の別々の流れに分割するための複数
の絞り通路を備えている。マフラー装置１４は騒音及び
振動の減少には有用であるが、その他の要因もこれ等の
問題の一因である。

第２図には、本発明の教示に従った構成の蒸気制御弁が
、部分断面図によって示されている。この蒸気制御弁は
、説明の目的のために、弁体の案内及び位置決めについ
ての本発明による改変を除いては、第１図の弁１０と実
質的に同一であると考えてよい。

特に１．内壁２２の案内面３８は、シールリング５４の
ための案内・シール面を提供するためにのみ必要とされ
る。シールリング５４は、第１図の先行技術による弁に
おいて用いられていたものである。弁体３２は、第１図
のブツシュ５０に代わる実質的に異なったＩｉ造のブツ
シュ（ブツシュ手段）５６によって案内される。ブツシ
ュ５６は、第１図に示した弁棒４２について説明したの
と同様に弁棒６０の運動を案内するための内面５８を備
えている。しかし、第２図のブツシュ５６は、第１図及
び第２図の比較がら明らかとなるように、第１図のブツ
シュ５０に比べて実質的に大きな直径を備えている。こ
のブツシュ５６の大きな円周上の案内外面６２は、上部
弁体ガイド（上部弁体ガイド）６４によって弁体３２を
案内するために用いられる。上部弁体ガイド６４は、弁
体３２の壁体３４の上部内面に連結されてその上部を覆
う環状リングの形態としてよい。別の方法として、上部
弁体ガイド６４は、壁体３４の内面の回りに配設された
複数の相互から隔てられた突部（図示せず）からなって
いてもよい。下部案内リング（弁体案内手段）４０は、
前述したように弁体３２を案内することを助ける。

これまでに示した本発明のｍ著な利点は、案内内面５８
と案内外面６２との間の同心性の改善である。

従来は、弁の種々の要素上の案内面のそれぞれの位置の
ため、弁棒と弁体との間の所望の同心度を実現すること
は困難であった０本発明によれば、同一の工作機械のセ
ットアツプ、例えば単一の旋盤のセットアツプにおいて
、案内内面５８と案内外面６２とをそれぞれ適切な公差
をもつように加工することにより、共通の同心のセンタ
ーを持つようにすることができる。新しいブツシュ５６
の大きな直径は、２つの利点をもたらす。第１に、ブツ
シュ５６は、前述したように、弁体３２の上部のための
案内面として用いられる。更に、直径の増大は、弁体３
２の運動中の曲げモーメントによりよく耐えるように、
中心軸線に沿ったより大きな剛性となる。その結果、ブ
ツシュ５６は、弁体の運動中より良い案内を与え、上部
弁体ガイド６４と弁体３２の案内外面６２との間のより
均密な嵌合を許容する。ブツシュ５６、上部弁体ガイド
６４、及び弁体３２に関連した剛性の増大とより均密な
公差とによって、中心軸線４６と直角の方向の弁体３２
の運動が最小となると考えられる。そのため、ブツシュ
５６の有利な特徴と弁体３２の上部の新しい案内′Ｗｉ
造とによって、中心軸線４６と直角の方向の弁体３２の
振動運動が最小となる。

弁棒４Ｚと弁体３２との案内中に最大の剛性を実現する
ためには、ブツシュ５６と弁ｆｆ１８との間の結合部の
剛性を増すことが必要とされる。従来は、第１図に示し
たように、薄いフランジ６６を弁蓋１８にピーニングす
ることによってブツシュを弁蓋１８に固着していた。先
行技術の他の構成によれば、ブツシュは、弁蓋に隣接し
たその基面の回りの比較的薄いフランジを含み、複数の
短いステムポルＩ・によって弁蓋に取り付けることがで
きる６本発明によれば、ブツシュ５６のほぼ全延長に亘
って弁がご１２に延入している複数の締結ボルト６８に
よって強い連結がなされる。更に金属−金属圧縮止め部
によって、ブツシュ５６と弁Ｍ１８との間の結合部の剛
性が改善される。第３図から分かるように、ブツシュ５
６の外径に近接して、外側の環状圧縮止め部７０が形成
される。締結ボルト６８と中心軸線４６との間において
、弁蓋１８上に、環状凹所７６に近接して、内側の環状
圧縮止め部７４が形成されている。

ブツシュゝ５６上の突出した環状面７８は、環状凹所７
６と嵌合されている。可撓性ガスケット８０は、凹所７
６中に配設され、締結ボルト６８を締め付けた時に環状
面７８によって圧縮される。締結ボルト６８は、圧縮止
め部７０．７４において十分な金属−金属接触圧力が実
現されるまでねじ込まれることによって、弁棒６０上の
横向きの力による曲げモーメントの作用による間隙の形
成を防止する。締結ボルト６８の回りの環状間隙は、締
結ボルト６８をねじ込む時に外側及び内側の止め部７０
．７４における圧縮力を増大させるように、金属間接触
面積を減少させる。

２５．４ｃｚ（１０ｉｎ）を超えることのある締結ボル
トの長さは、所望のトルクモーメントを実現するために
、従来の構成に比べて高い感度を与えると共に、ボルト
に過大な応力を生ずる可能性を少なくする。

再び第２図を参照して、ブツシュ５６と上部弁体ガイド
６４との組み合わせによって、弁蓋室２０と別の弁蓋室
８６が形成される。ブツシュ５６は、弁蓋室８６と弁蓋
室２０との間の圧力を平衡させる手段としての複数の溝
ないしは通路８８を備えている。これ等の通路は、弁体
ガイド６４に形成してもよい。オリフィス５２は、弁蓋
室８６と出口ポート２４を出る流体との間の圧力の平衡
を与える。

別の実施例によれば、弁体ガイド６４は、第４図に示す
ようにブツシュ５６の案内外面６２上の相補形状の溝９
２に作動上の結合即ち滑り結合によって受は入れられる
複数の突条ないしはスプライン９０を備えた環状リング
とすることができる。この構成の１つの利点は、中心軸
線４６と直角の方向の弁体の運動が更に減少することに
ある。

ブツシュ５６の外径の増大によって、弁体３２と弁棒６
０との間の結合部の剛性を高くするように、弁棒６０の
直径を大きくすることが可能となる。第２図を参照する
と、弁棒６０は、ブツシュ５６の大径部分中において摺
動する大径部分９４を備えた円筒状の棒を含むように図
示されている。弁棒６０の上部９６は、弁棒６０を弁作
動機構に連結する役目を第一義的に担っているので、第
１図の弁棒４２と実質的に同一である。弁棒６０の下端
９８は（第２図に示されているように）緊密ではあるが
剛ではない結合により弁体３２に結合されている。

以上に説明したように、弁の振動と破損とに結び付いた
幾つかのその構造部分の運動を減少させるための新規な
弁構造が提供される。この改良された弁構造は、大形の
ブツシュの内径及び外径に沿って案内面を設けたことに
よって、弁棒及び弁体の補剛された支持を与える。改良
された金属−金属圧縮止め部及び大径の弁棒によって更
に剛性が増す。本発明による蒸気制御弁１０の構成は、
以上に説明したもののほかに、本発明の範囲内において
種々の形態に改変して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、流れマフラーを組み込んだ先行技術による蒸
気制御弁の流れ制御部を示す断面図、第２図は、本発明
の一実施例による蒸気制御弁の部分断面図、第３図は、
第２図の実施例に使用したブツシュ・弁蓋結合部の拡大
部分断面図、第１１図は、本発明の変形実施例による弁
体ガイドの横断面図である。 １０・・・蒸気制御弁（流量制御弁） １２・・・弁かご　　　　１６・・・弁箱部材１８・・
・弁蓋２４・・・出口ポート ２５・・・流体室　　　　３２・・・弁体３４・・・弁
体の壁体　　４６・・・中心軸線４０・・・下部案内リ
ング（弁体案内手段）５６・・ブツシュ手段　５８・・
・内面６０・・・弁棒　　　　　６２・・・外面６４・
・・上部案内リング（弁体案内手段）出願人　　ウェス
チングハウス・エレクＦＩＧ、　　Ｉ。 ＦＩＧ、２゜ ＦＩＧ、４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）加圧流体の流量を制御するための流量制御弁におい
   て、 ａ、中心軸線と、該中心軸線に同心の弁かごとを有する
   弁箱部材であって、該弁箱部材と前記弁かごとを支持す
   る弁蓋も有し、該弁箱部材により、前記弁かごを取り囲
   む流体室を形成して、該流体室に、前記流量制御弁の出
   口ポートを前記弁かごを介して結合可能である、前記弁
   箱部材と、ｂ、実質的に円筒状の壁体を有する弁体であ
   って、該弁体は、前記弁かご内に同心的に配置されてい
   て、開位置から閉位置に移動可能であり、この移動によ
   り、前記流体室は前記弁体が閉位置にある時に前記出口
   ポートから遮断されて、前記流量制御弁を通る流体の流
   れを阻止し、また、前記弁体には弁体案内手段が取着さ
   れている、前記弁体と、 ｃ、前記弁体を前記中心軸線に沿って移動させるため、
   前記弁体に結合された第１端と、前記弁かご内に延入す
   る第１部分と、該第１部分から延びている別の部分とを
   有する弁棒と、 ｄ、前記中心軸線に沿った前記弁棒の運動を案内するた
   めの中心孔に沿った内面と、開位置及び閉位置間の前記
   弁体の運動を案内するために前記弁体案内手段に作動上
   組み合わされた外面とを有し、前記弁蓋に固着されて前
   記弁かご内に延入するブッシュ手段と、 を備える流量制御弁。 ２）加圧流体の流量を制御するための流量制御弁におい
   て、 ａ、中心軸線を有する弁箱部材と、 ｂ、前記中心軸線に沿って開位置と閉位置との間に可動
   の弁体と、 ｃ、前記弁体の運動の経路に沿って整列されていて、前
   記弁体が前記閉位置にある時に遮断される、前記弁箱府
   部材を通る出口ポートと、 ｄ、前記弁体を外部から位置決め可能とするように、該
   弁体に連結されると共に、前記弁箱部材の外部に延びる
   、弁棒と、 ｅ、該弁棒を案内関係で受け入れるために内部を通って
   延長している中心孔と、前記弁体の表面と組み合うため
   前記中心孔と同心的な外面とを有し、前記弁箱部材に固
   着されて前記弁体に向かって延在する円筒状のブッシュ
   であって、前記弁体は前記ブッシュの前記外面に沿って
   滑り運動するように案内される、前記ブッシュと、 を備える流量制御弁。