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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023087843
(43)【公開日】2023-06-26
(54)【発明の名称】蒸気弁および蒸気タービンプラント
(51)【国際特許分類】
F01D 17/10 20060101AFI20230619BHJP
F01D 17/00 20060101ALI20230619BHJP
F16K 1/44 20060101ALI20230619BHJP
【ＦＩ】
F01D17/10 B
F01D17/00 V
F16K1/44 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021202347
(22)【出願日】2021-12-14
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】進藤 蔵
(72)【発明者】
【氏名】二森 都
(72)【発明者】
【氏名】堀井 俊一
(72)【発明者】
【氏名】竹丸 竜平
【テーマコード（参考）】
3G071
3H052
【Ｆターム（参考）】
3G071DA02
3G071DA15
3H052AA01
3H052BA02
3H052CA04
3H052CA13
3H052CD02
3H052EA05
(57)【要約】 （修正有）
【課題】副弁体の破損を防止し、副弁体において蒸気のリークが生ずることを効果的に抑制可能な蒸気弁等を提供する。
【解決手段】実施形態の蒸気弁３００において、副弁体３３０は、開方向に弁棒が移動して副弁体キャップ３３５と主弁体３２０との間が離れることによって副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が開放されて副弁体３３０が開状態になると共に、閉方向に弁棒が移動して副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接することによって副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が遮断されて副弁体３３０が全閉状態になるように構成されている。副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接する当接位置は、副弁体管状部のうち副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分の外周面よりも、弁棒の径方向において外側に位置する。
【選択図】図２
【解決手段】実施形態の蒸気弁３００において、副弁体３３０は、開方向に弁棒が移動して副弁体キャップ３３５と主弁体３２０との間が離れることによって副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が開放されて副弁体３３０が開状態になると共に、閉方向に弁棒が移動して副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接することによって副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が遮断されて副弁体３３０が全閉状態になるように構成されている。副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接する当接位置は、副弁体管状部のうち副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分の外周面よりも、弁棒の径方向において外側に位置する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
弁孔が形成された弁座と、
前記弁座に当接可能に設けられた主弁体と、
前記主弁体の内部において摺動可能に収容されており、副弁体蒸気流路が内部に形成されている副弁体と、
前記副弁体に連結され、前記弁孔を貫通している弁棒と
を備え、
前記弁棒の中心軸に沿った軸方向において前記主弁体を開ける開方向に前記弁棒が移動することで前記主弁体と前記弁座との間が離れ、前記軸方向において前記主弁体を閉める閉方向に前記弁棒が移動することで前記主弁体と前記弁座との間が接近するように構成された蒸気弁であって、
前記副弁体は、
前記主弁体よりも前記開方向において前記主弁体から突き出る部分を含む副弁体管状部を有し、前記副弁体蒸気流路へ蒸気を導入するための副弁体蒸気導入孔が前記副弁体管状部に形成されている副弁体本体と、
前記副弁体管状部において前記開方向の側に位置する端部に設置されている副弁体キャップと
を有し、前記開方向に前記弁棒が移動して前記副弁体キャップと前記主弁体との間が離れることによって前記副弁体蒸気導入孔が開放されて前記副弁体が開状態になると共に、前記閉方向に前記弁棒が移動して前記副弁体キャップと前記主弁体とが当接することによって前記副弁体蒸気導入孔が遮断されて前記副弁体が全閉状態になるように構成されており、
前記副弁体キャップと前記主弁体とが当接する当接位置は、前記副弁体管状部のうち副弁体蒸気導入孔が形成された部分の外周面よりも、前記弁棒の径方向において外側に位置する、
蒸気弁。
前記弁座に当接可能に設けられた主弁体と、
前記主弁体の内部において摺動可能に収容されており、副弁体蒸気流路が内部に形成されている副弁体と、
前記副弁体に連結され、前記弁孔を貫通している弁棒と
を備え、
前記弁棒の中心軸に沿った軸方向において前記主弁体を開ける開方向に前記弁棒が移動することで前記主弁体と前記弁座との間が離れ、前記軸方向において前記主弁体を閉める閉方向に前記弁棒が移動することで前記主弁体と前記弁座との間が接近するように構成された蒸気弁であって、
前記副弁体は、
前記主弁体よりも前記開方向において前記主弁体から突き出る部分を含む副弁体管状部を有し、前記副弁体蒸気流路へ蒸気を導入するための副弁体蒸気導入孔が前記副弁体管状部に形成されている副弁体本体と、
前記副弁体管状部において前記開方向の側に位置する端部に設置されている副弁体キャップと
を有し、前記開方向に前記弁棒が移動して前記副弁体キャップと前記主弁体との間が離れることによって前記副弁体蒸気導入孔が開放されて前記副弁体が開状態になると共に、前記閉方向に前記弁棒が移動して前記副弁体キャップと前記主弁体とが当接することによって前記副弁体蒸気導入孔が遮断されて前記副弁体が全閉状態になるように構成されており、
前記副弁体キャップと前記主弁体とが当接する当接位置は、前記副弁体管状部のうち副弁体蒸気導入孔が形成された部分の外周面よりも、前記弁棒の径方向において外側に位置する、
蒸気弁。
【請求項2】
前記副弁体キャップにおいて前記主弁体に当接する部分は、前記弁棒の中心軸上に中心を有する球による曲面である、
請求項１に記載の蒸気弁。
請求項１に記載の蒸気弁。
【請求項3】
前記主弁体において前記副弁体キャップに当接する部分は、前記弁棒の中心軸に直交する面に対して傾斜する傾斜面である、
請求項１または２に記載の蒸気弁。
請求項１または２に記載の蒸気弁。
【請求項4】
前記副弁体蒸気導入孔は、前記弁棒の中心軸に直交する面に対して傾斜するように形成されている、
請求項３に記載の蒸気弁。
請求項３に記載の蒸気弁。
【請求項5】
前記傾斜面が前記弁棒の中心軸に直交する面に対して傾斜する角度と、前記副弁体蒸気導入孔が前記弁棒の中心軸に直交する面に対して傾斜する角度とが、同じである、
請求項４に記載の蒸気弁。
請求項４に記載の蒸気弁。
【請求項6】
前記副弁体蒸気導入孔は、前記蒸気が流入する入口部分の方が、前記蒸気が流出する出口部分よりも、断面積が広い部分を含むように形成されている、
請求項１から５のいずれかに記載の蒸気弁。
請求項１から５のいずれかに記載の蒸気弁。
【請求項7】
前記副弁体蒸気導入孔は、
前記蒸気が流入する入口側から前記蒸気が流出する出口側に渡って一定の断面積で形成された第１の副弁体蒸気導入孔部と、
前記蒸気が流入する入口において前記第１の副弁体蒸気導入孔部の周りを囲うように設けられ、前記蒸気が流入する入口側から前記蒸気が流出する出口側へ向かって断面積が狭くなるように形成されている第２の副弁体蒸気導入孔部と
を有する、
請求項６に記載の蒸気弁。
前記蒸気が流入する入口側から前記蒸気が流出する出口側に渡って一定の断面積で形成された第１の副弁体蒸気導入孔部と、
前記蒸気が流入する入口において前記第１の副弁体蒸気導入孔部の周りを囲うように設けられ、前記蒸気が流入する入口側から前記蒸気が流出する出口側へ向かって断面積が狭くなるように形成されている第２の副弁体蒸気導入孔部と
を有する、
請求項６に記載の蒸気弁。
【請求項8】
前記副弁体蒸気導入孔は、
前記蒸気が流入する入口側から前記蒸気が流出する出口側に渡って一定の断面積で形成された第１の副弁体蒸気導入孔部と、
前記蒸気が流入する入口において前記第１の副弁体蒸気導入孔部よりも前記閉方向の側に設けられ、前記蒸気が流入する入口側から前記蒸気が流出する出口側へ向かって断面積が狭くなるように形成されている第２の副弁体蒸気導入孔部と
を有する、
請求項６に記載の蒸気弁。
前記蒸気が流入する入口側から前記蒸気が流出する出口側に渡って一定の断面積で形成された第１の副弁体蒸気導入孔部と、
前記蒸気が流入する入口において前記第１の副弁体蒸気導入孔部よりも前記閉方向の側に設けられ、前記蒸気が流入する入口側から前記蒸気が流出する出口側へ向かって断面積が狭くなるように形成されている第２の副弁体蒸気導入孔部と
を有する、
請求項６に記載の蒸気弁。
【請求項9】
前記第２の副弁体蒸気導入孔部は、前記第１の副弁体蒸気導入孔部において前記閉方向の側に位置する部分を囲うように設けられている、
請求項８に記載の蒸気弁。
請求項８に記載の蒸気弁。
【請求項10】
前記第２の副弁体蒸気導入孔部は、前記第１の副弁体蒸気導入孔部よりも前記閉方向の側に位置する部分に設けられている、
請求項８に記載の蒸気弁。
請求項８に記載の蒸気弁。
【請求項11】
請求項１から１０のいずれかに記載の蒸気弁
を備える、
蒸気タービンプラント。
を備える、
蒸気タービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、蒸気弁および蒸気タービンプラントに関する。
【背景技術】
【0002】
蒸気タービンプラントでは、蒸気タービンの入口に主蒸気止め弁および蒸気加減弁が設置されている。蒸気タービンを起動する際には、蒸気タービンにおいて高い熱応力が加わることを防止するために、暖機運転が行われる。
【0003】
暖機運転は、蒸気加減弁を全開状態にし、主蒸気止め弁で蒸気の流量を制御することで実行される。主蒸気止め弁は、例えば、主弁体と副弁体とを有し、暖機運転では、主弁体を全閉状態にし、副弁体の開度を制御することで、主蒸気止め弁を通過する蒸気の流量を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特公昭６１－５７４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
［Ａ］蒸気弁３００Ｊの構成
図７および図８は、関連技術に係る蒸気弁（主蒸気止め弁）を模式的に示す断面図である。図７では、鉛直面（ｘｚ面）の一部断面を示しており、図８では、図７中の領域Ａについて拡大して示している。図７および図８では、縦方向が鉛直方向ｚであり、横方向が第１水平方向ｘであり、紙面に直交する方向が第２水平方向ｙである。
図７および図８は、関連技術に係る蒸気弁（主蒸気止め弁）を模式的に示す断面図である。図７では、鉛直面（ｘｚ面）の一部断面を示しており、図８では、図７中の領域Ａについて拡大して示している。図７および図８では、縦方向が鉛直方向ｚであり、横方向が第１水平方向ｘであり、紙面に直交する方向が第２水平方向ｙである。
【0006】
【0007】
関連技術に係る蒸気弁３００Ｊでは、弁棒３４０の中心軸ＣＬに沿った軸方向ＡＸにおいて主弁体３２０を開ける開方向ＡＸ１に弁棒３４０が移動することで主弁体３２０と弁座３１０との間が離れる。そして、蒸気弁３００Ｊは、軸方向ＡＸにおいて主弁体３２０を閉める閉方向ＡＸ２に弁棒３４０が移動することで主弁体３２０と弁座３１０との間が接近する。
【0008】
そして、関連技術において、蒸気タービン（図示省略）について暖機運転を行う際には、主蒸気止め弁である蒸気弁３００Ｊは、主弁体３２０が全閉状態にされた状態で、副弁体３３０の開度が制御されることで、蒸気の流量が調整される。図７では、副弁体３３０が全開状態である場合を示し、図８では、副弁体３３０が全閉状態である場合を示している。
【0009】
蒸気弁３００Ｊを構成する各部について順次説明する。
【0010】
［Ａ－１］弁座３１０
弁座３１０は、例えば、リング形状であって、弁孔Ｋ３１０が形成されている。ここでは、弁座３１０は、弁ケーシング（図示省略）の内部（弁室）において、弁棒３４０と同軸に固定されている。
弁座３１０は、例えば、リング形状であって、弁孔Ｋ３１０が形成されている。ここでは、弁座３１０は、弁ケーシング（図示省略）の内部（弁室）において、弁棒３４０と同軸に固定されている。
【0011】
［Ａ－２］主弁体３２０
主弁体３２０は、例えば、円筒状であって、弁座３１０に当接可能に設けられている。ここでは、主弁体３２０は、弁ケーシング（図示省略）の内部において弁棒３４０と同軸になるように弁棒３４０の一端（図では上端）に連結されている。また、主弁体３２０は、副弁体３３０を収容する収容空間Ｓ３２０が内部に形成されている。
主弁体３２０は、例えば、円筒状であって、弁座３１０に当接可能に設けられている。ここでは、主弁体３２０は、弁ケーシング（図示省略）の内部において弁棒３４０と同軸になるように弁棒３４０の一端（図では上端）に連結されている。また、主弁体３２０は、副弁体３３０を収容する収容空間Ｓ３２０が内部に形成されている。
【0012】
［Ａ－３］副弁体３３０
副弁体３３０は、主弁体３２０の内部に形成された収容空間Ｓ３２０において弁棒３４０と同軸になるように収容されており、軸方向ＡＸに摺動可能である。副弁体３３０は、蒸気が外部から副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０を介して副弁体蒸気流路Ｆ３３１に導入され、副弁体蒸気流路Ｆ３３１に導入された蒸気が弁孔Ｋ３１０へ流出するように構成されている。
副弁体３３０は、主弁体３２０の内部に形成された収容空間Ｓ３２０において弁棒３４０と同軸になるように収容されており、軸方向ＡＸに摺動可能である。副弁体３３０は、蒸気が外部から副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０を介して副弁体蒸気流路Ｆ３３１に導入され、副弁体蒸気流路Ｆ３３１に導入された蒸気が弁孔Ｋ３１０へ流出するように構成されている。
【0013】
ここでは、副弁体３３０は、副弁体本体３３１と副弁体キャップ３３５とを備える。
【0014】
［Ａ－３－１］副弁体本体３３１
副弁体３３０において、副弁体本体３３１は、第１の副弁体本体部３３１１、第２の副弁体本体部３３１２、および、第３の副弁体本体部３３１３を含む。
副弁体３３０において、副弁体本体３３１は、第１の副弁体本体部３３１１、第２の副弁体本体部３３１２、および、第３の副弁体本体部３３１３を含む。
【0015】
副弁体本体３３１のうち、第１の副弁体本体部３３１１は、例えば、外形が円柱形状である。
【0016】
副弁体本体３３１のうち、第２の副弁体本体部３３１２は、例えば、外形が円錐台形状であって、軸方向ＡＸにおいて開方向ＡＸ１へ向かうに伴って、第１の副弁体本体部３３１１の外径から減少するように構成されている。
【0017】
副弁体本体３３１のうち、第３の副弁体本体部３３１３は、例えば、外形が円柱形状であって、第２の副弁体本体部３３１２のうち開方向ＡＸ１の側に位置する端部と外径が同じである。
【0018】
第３の副弁体本体部３３１３には、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成されている。副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、第３の副弁体本体部３３１３のうち主弁体３２０から開方向ＡＸ１へ突き出る部分（副弁体管状部）に形成されている。副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、第３の副弁体本体部３３１３において内部と外部との間を連通するように、弁棒３４０の径方向（軸方向ＡＸに直交する方向）に沿っている。つまり、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、弁棒３４０の中心軸ＣＬに直交する面に沿うように形成されている。副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、複数であって、弁棒３４０の周方向に複数が間を隔てて並ぶように配置されていると共に、弁棒３４０の軸方向ＡＸにおいて複数が並ぶように配置され、更に軸方向ＡＸの任意段落において、各々の副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は中心軸ＣＬに向かって正確に対向している。
【0019】
また、第３の副弁体本体部３３１３のうち主弁体３２０から突き出る部分において副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分よりも開方向ＡＸ１の側に位置する部分の外周面には、雄ネジが形成されている。
【0020】
更に、副弁体本体３３１には、副弁体蒸気流路Ｆ３３１が形成されている。副弁体蒸気流路Ｆ３３１は、第１の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１１、第２の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１２、および、第３の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１３を含む。
【0021】
第１の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１１は、軸方向ＡＸにおいて閉方向ＡＸ２の側に位置する端部（下端）が弁座３１０の弁孔Ｋ３１０に連通し、軸方向ＡＸにおいて開方向ＡＸ１の側に位置する端部（上端）が第２の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１２に連通している。第１の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１１は、複数であって、複数の第１の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１１が弁棒３４０の周りを囲うように、間を隔てて配置されている。
【0022】
第２の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１２は、例えば、円錐台形状であって、軸方向ＡＸにおいて開方向ＡＸ１へ向かうに伴って、径が減少するように形成されている。
【0023】
第３の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１３は、例えば、円柱形状であって、第２の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１２のうち開方向ＡＸ１の側に位置する端部と径が同じである。第３の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１３は、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０に連通している。
【0024】
副弁体蒸気流路Ｆ３３１においては、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０から導入された蒸気が、第３の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１３と第２の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１２と第１の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１１とを順次流れ、弁孔Ｋ３１０へ排出される。
【0025】
［Ａ－３－２］副弁体キャップ３３５
副弁体キャップ３３５は、副弁体本体３３１を構成する第３の副弁体本体部３３１３（副弁体管状部）において、開方向ＡＸ１の側に位置する端部（上端）に取り付けられている。副弁体キャップ３３５は、第３の副弁体本体部３３１３の内部に形成された第３の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１３を塞ぐように構成されている。
副弁体キャップ３３５は、副弁体本体３３１を構成する第３の副弁体本体部３３１３（副弁体管状部）において、開方向ＡＸ１の側に位置する端部（上端）に取り付けられている。副弁体キャップ３３５は、第３の副弁体本体部３３１３の内部に形成された第３の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１３を塞ぐように構成されている。
【0026】
ここでは、副弁体キャップ３３５は、キャップ管状体部３３５１とキャップ板状体部３３５２とを含む。
【0027】
副弁体キャップ３３５において、キャップ管状体部３３５１は、例えば、円筒形状の管状体であって、弁棒３４０と同軸である。キャップ管状体部３３５１の内周面には、第３の副弁体本体部３３１３の外周面に形成された雄ネジに組み合わされる雌ネジが形成されている。
【0028】
副弁体キャップ３３５において、キャップ板状体部３３５２は、例えば、円板状の板状体であって、弁棒３４０と同軸である。
【0029】
キャップ管状体部３３５１のうち開方向ＡＸ１の側に位置する端部（上端）の外周面は、弁棒３４０の中心軸ＣＬに沿っている。これに対して、キャップ管状体部３３５１のうち閉方向ＡＸ２の側に位置する端部（下端）の外周面は、弁棒３４０の中心軸ＣＬに対して傾斜した傾斜面であって、その傾斜面は、弁棒３４０の径方向において閉方向ＡＸ２の側が開方向ＡＸ１の側よりも内側に位置している。
【0030】
［Ａ－４］弁棒３４０
弁棒３４０は、例えば、円柱状の棒状体であって、開方向ＡＸ１の側に位置する端部（上端）が副弁体３３０に連結されており、止めピン３４１を用いて副弁体３３０に固定されている。そして、弁棒３４０は、弁孔Ｋ３１０を貫通するように軸方向ＡＸに延伸している。
弁棒３４０は、例えば、円柱状の棒状体であって、開方向ＡＸ１の側に位置する端部（上端）が副弁体３３０に連結されており、止めピン３４１を用いて副弁体３３０に固定されている。そして、弁棒３４０は、弁孔Ｋ３１０を貫通するように軸方向ＡＸに延伸している。
【0031】
［Ｂ］副弁体３３０の動作
［Ｂ－１］副弁体３３０を全開状態にする場合
関連技術に係る蒸気弁３００Ｊにおいて副弁体３３０を全開状態にする場合には、図７に示すように、開方向ＡＸ１に弁棒３４０を移動させて副弁体キャップ３３５と主弁体３２０との間が離れることによって、全ての副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が開放される。これにより、蒸気が副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０から副弁体蒸気流路Ｆ３３１に導入される。副弁体蒸気流路Ｆ３３１のうち第３の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１３では、蒸気は、複数の副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０を介して、径方向の外側から内側に流れ、中心軸ＣＬにおいて衝突する。その結果、暖機運転では、蒸気の流速が低下した状態で、副弁体蒸気流路Ｆ３３１から蒸気が蒸気タービンへ導入される。
［Ｂ－１］副弁体３３０を全開状態にする場合
関連技術に係る蒸気弁３００Ｊにおいて副弁体３３０を全開状態にする場合には、図７に示すように、開方向ＡＸ１に弁棒３４０を移動させて副弁体キャップ３３５と主弁体３２０との間が離れることによって、全ての副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が開放される。これにより、蒸気が副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０から副弁体蒸気流路Ｆ３３１に導入される。副弁体蒸気流路Ｆ３３１のうち第３の副弁体蒸気流路部Ｆ３３１３では、蒸気は、複数の副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０を介して、径方向の外側から内側に流れ、中心軸ＣＬにおいて衝突する。その結果、暖機運転では、蒸気の流速が低下した状態で、副弁体蒸気流路Ｆ３３１から蒸気が蒸気タービンへ導入される。
【0032】
［Ｂ－２］副弁体３３０を全閉状態にする場合
これに対して、関連技術に係る蒸気弁３００Ｊにおいて副弁体３３０を全閉状態にする場合には、図８に示すように、閉方向ＡＸ２に弁棒３４０（図７参照）を移動させて副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とを当接させることによって、全ての副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が遮断される。
これに対して、関連技術に係る蒸気弁３００Ｊにおいて副弁体３３０を全閉状態にする場合には、図８に示すように、閉方向ＡＸ２に弁棒３４０（図７参照）を移動させて副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とを当接させることによって、全ての副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が遮断される。
【0033】
図８に示すように、関連技術に係る蒸気弁３００Ｊでは、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接する当接位置ＣＰは、第３の副弁体本体部３３１３（副弁体管状部）のうち副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分の外周面と一致する。つまり、関連技術に係る蒸気弁３００Ｊにおいて、副弁体３３０を全閉状態にする場合には、副弁体キャップ３３５において閉方向ＡＸ２の側に位置する尖った先端が、主弁体３２０において開方向ＡＸ１の側に位置する平坦な面に衝突する。
【0034】
関連技術に係る蒸気弁３００Ｊにおいて、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０との間の衝突が繰り返されたときには、副弁体キャップ３３５において閉方向ＡＸ２の側に位置する先端が破損する場合がある。その結果、蒸気のリークが生じ、副弁体３３０を的確に全閉状態にすることができない場合がある。
【0035】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、副弁体の破損を防止し、副弁体において蒸気のリークが生ずることを効果的に抑制可能な、蒸気弁、および、蒸気タービンプラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0036】
実施形態の蒸気弁は、弁座と主弁体と副弁体と弁棒とを備える。弁座は、弁孔が形成されている。主弁体は、弁座に当接可能に設けられている。副弁体は、主弁体の内部において摺動可能に収容されており、副弁体蒸気流路が内部に形成されている。弁棒は、副弁体に連結され、弁孔を貫通している。蒸気弁は、弁棒の中心軸に沿った軸方向において主弁体を開ける開方向に弁棒が移動することで主弁体と弁座との間が離れ、軸方向において主弁体を閉める閉方向に弁棒が移動することで主弁体と弁座との間が接近するように構成されている。ここで、副弁体は、副弁体本体と副弁体キャップとを有する。副弁体本体は、主弁体よりも開方向において主弁体から突き出る部分を含む副弁体管状部を有し、副弁体蒸気流路へ蒸気を導入するための副弁体蒸気導入孔が副弁体管状部に形成されている。副弁体キャップは、副弁体管状部において開方向の側に位置する端部に設置されている。副弁体は、開方向に弁棒が移動して副弁体キャップと主弁体との間が離れることによって副弁体蒸気導入孔が開放されて副弁体が開状態になると共に、閉方向に弁棒が移動して副弁体キャップと主弁体とが当接することによって副弁体蒸気導入孔が遮断されて副弁体が全閉状態になるように構成されている。副弁体キャップと主弁体とが当接する当接位置は、副弁体管状部のうち副弁体蒸気導入孔が形成された部分の外周面よりも、弁棒の径方向において外側に位置する。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【発明を実施するための形態】
【0038】
【0039】
本実施形態の蒸気タービンプラント１００においては、図１に示すように、蒸気発生器１１１で加熱された蒸気が、主蒸気止め弁Ｖ１０ａと蒸気加減弁Ｖ１０ｂとが設置された主蒸気管Ｐ１０を介して、高圧タービン１４１に作動流体として導入され、高圧タービン１４１において仕事を行う。そして、高圧タービン１４１から排出された蒸気は、低温再熱蒸気管Ｐ１１を経由して、再熱器１１２に供給され、再熱器１１２において再度加熱される。再熱器１１２で加熱された蒸気は、再熱蒸気止め弁Ｖ１２ａとインターセプト弁Ｖ１２ｂが設置された高温再熱蒸気管Ｐ１２を介して、中圧タービン１４２に作動流体として導入され、中圧タービン１４２において仕事を行う。蒸気タービンプラント１００では、高圧タービン１４１と中圧タービン１４２と低圧タービン（図示省略）との間においてタービンロータが連結されており、蒸気の仕事によってタービンロータが回転する。そして、そのタービンロータの回転によって発電機１４５が駆動し、発電が行われる。
【0040】
【0041】
本実施形態の蒸気弁３００は、図１に示す蒸気タービンプラント１００を構成する主蒸気止め弁Ｖ１０ａに相当する。本実施形態の蒸気弁３００の全体構成について図示を省略しているが、本実施形態の蒸気弁３００は、関連技術の場合と同様に、弁座３１０と主弁体３２０と副弁体３３０と弁棒３４０とを備える主蒸気止め弁である。また、関連技術の場合と同様に、本実施形態の蒸気弁３００において、副弁体３３０は、副弁体本体３３１と副弁体キャップ３３５とを備える（図７参照）。
【0042】
しかし、図２に示すように、本実施形態の蒸気弁３００は、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接する当接位置ＣＰが、関連技術の場合と異なる（図８参照）。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、関連技術の場合（図７，図８参照）と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。
【0043】
図２に示すように、本実施形態の蒸気弁３００において副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接する当接位置ＣＰは、関連技術の場合と異なり（図８参照）、第３の副弁体本体部３３１３（副弁体管状部）のうち副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分の外周面と一致していない。本実施形態の蒸気弁３００では、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接する当接位置ＣＰは、副弁体管状部３３１３のうち副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分の外周面よりも、弁棒３４０の径方向において外側に位置している。
【0044】
具体的には、副弁体キャップ３３５において主弁体３２０に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、弁棒３４０の中心軸ＣＬ上に中心を有する、半径Ｒの球による曲面Ｓ３３５上に位置する。上記の曲面Ｓ３３５は、弁棒３４０の径方向において内側に位置する部分が閉方向ＡＸ２の側に位置し、弁棒３４０の径方向において外側に位置する部分が開方向ＡＸ１の側に位置している。
【0045】
そして、本実施形態では、主弁体３２０において副弁体キャップ３３５に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、弁棒３４０の中心軸ＣＬに直交する面に対して、傾斜角Ｋで傾斜する傾斜面Ｓ３２０上に位置する。上記の傾斜面Ｓ３２０は、弁棒３４０の径方向において内側に位置する部分が閉方向ＡＸ２の側に位置し、弁棒３４０の径方向において外側に位置する部分が開方向ＡＸ１の側に位置している。
【0046】
これにより、本実施形態では、副弁体管状部３３１３のうち副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分の外周面よりも弁棒３４０の径方向において外側に位置する、直径φＡの当接位置ＣＰにおいて、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが線接触する。
【0047】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態の蒸気弁３００では、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接する当接位置ＣＰは、副弁体管状部３３１３のうち副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分の外周面よりも、弁棒３４０の径方向において外側に位置する。本実施形態では、副弁体キャップ３３５において主弁体３２０に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、尖った先端ではない。
以上のように、本実施形態の蒸気弁３００では、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが当接する当接位置ＣＰは、副弁体管状部３３１３のうち副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分の外周面よりも、弁棒３４０の径方向において外側に位置する。本実施形態では、副弁体キャップ３３５において主弁体３２０に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、尖った先端ではない。
【0048】
このため、本実施形態の蒸気弁３００では、副弁体３３０を全閉状態にする場合に、副弁体キャップ３３５において主弁体３２０に当接する部分が、尖った先端ではないので、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０との間の衝突が繰り返されても、副弁体キャップ３３５において破損が生じにくい。その結果、本実施形態では、副弁体３３０を的確に全閉状態にすることができるため、蒸気のリークが発生することを効果的に防止可能である。
【0049】
また、本実施形態では、副弁体キャップ３３５において主弁体３２０に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、弁棒３４０の中心軸ＣＬ上に中心を有する球による曲面Ｓ３３５である。このため、曲面Ｓ３３５の加工を容易に行うことができる。更に、副弁体３３０を全閉にした時、弁棒３４０と一体化された副弁体３３０および副弁体キャップ３３５が、円錐台状となった傾斜面Ｓ３２０に沿って、円錐台状の先端（弁棒３４０の中心軸ＣＬ）に向かうように主弁体３２０の中心と同心となる位置関係まで、すなわち調心するまで滑る様に移動する。このことから、副弁体キャップ３３５と主弁体３２０とが、当接位置ＣＰにおいて確実に密着（密接）するため蒸気シール性が格段に向上することができるようになる。
【0050】
［Ｄ］変形例
上記の実施形態では、主弁体３２０において副弁体キャップ３３５に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、弁棒３４０の中心軸ＣＬに直交する面に対して傾斜する傾斜面Ｓ３２０である場合について説明したが、これに限らない。主弁体３２０において副弁体キャップ３３５に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、平坦な傾斜面Ｓ３２０でなく、曲面Ｓ３３５に対面（対向）する曲面であってもよい。
上記の実施形態では、主弁体３２０において副弁体キャップ３３５に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、弁棒３４０の中心軸ＣＬに直交する面に対して傾斜する傾斜面Ｓ３２０である場合について説明したが、これに限らない。主弁体３２０において副弁体キャップ３３５に当接する部分（当接位置ＣＰ）は、平坦な傾斜面Ｓ３２０でなく、曲面Ｓ３３５に対面（対向）する曲面であってもよい。
【0051】
【0052】
本実施形態の蒸気弁３００ｂは、図３に示すように、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の構成が、第１実施形態の場合と異なる。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合（図２参照）と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。
【0053】
図３に示すように、本実施形態の蒸気弁３００ｂにおいて、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、弁棒３４０の中心軸ＣＬに直交する面に対して傾斜するように形成されている。ここでは、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、主弁体３２０において副弁体キャップ３３５に当接する部分（当接位置ＣＰ）を含む傾斜面Ｓ３２０と同様に、弁棒３４０の径方向において内側に位置する部分が閉方向ＡＸ２の側に位置し、弁棒３４０の径方向において外側に位置する部分が開方向ＡＸ１の側に位置している。
【0054】
［Ｂ］まとめ
このため、本実施形態の蒸気弁３００では、蒸気が傾斜面Ｓ３２０に沿って流れた後に、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０にスムーズに流入して通過する。その結果、本実施形態では、蒸気に含まれる不純物が副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分に衝突しにくいため、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分において侵食が生ずることを防止可能である。
このため、本実施形態の蒸気弁３００では、蒸気が傾斜面Ｓ３２０に沿って流れた後に、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０にスムーズに流入して通過する。その結果、本実施形態では、蒸気に含まれる不純物が副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分に衝突しにくいため、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分において侵食が生ずることを防止可能である。
【0055】
なお、本実施形態では、主弁体３２０において副弁体キャップ３３５に当接する部分（当接位置ＣＰ）を含む傾斜面Ｓ３２０が中心軸ＣＬに直交する面に対して傾斜する角度Ａ３２０と、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が中心軸ＣＬに直交する面に対して傾斜する角度Ａ３３０とが、同じであることが好ましい（つまり、Ａ３２０＝Ａ３３０）。これにより、傾斜面Ｓ３２０に沿って流れた蒸気が副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０によりスムーズに流入して通過するため、更に効果的に侵食防止を実現可能である。
【0056】
＜第３実施形態＞
［Ａ］蒸気弁３００ｃの構成
図４は、第３実施形態に係る蒸気弁（主蒸気止め弁）の要部を模式的に示す断面図である。図４では、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分を拡大して示している。図４において、右側の部分は、図２と同様に、鉛直面（ｘｚ面）の一部断面を拡大して示しており、太い矢印が蒸気の流れに相当する。図４において、左側の部分は、視線が中心軸ＣＬの径方向に沿ったときに観察される様子を示している。
［Ａ］蒸気弁３００ｃの構成
図４は、第３実施形態に係る蒸気弁（主蒸気止め弁）の要部を模式的に示す断面図である。図４では、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０が形成された部分を拡大して示している。図４において、右側の部分は、図２と同様に、鉛直面（ｘｚ面）の一部断面を拡大して示しており、太い矢印が蒸気の流れに相当する。図４において、左側の部分は、視線が中心軸ＣＬの径方向に沿ったときに観察される様子を示している。
【0057】
本実施形態の蒸気弁３００ｃは、図４に示すように、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の構成が、第１実施形態の場合と異なる。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合（図２参照）と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。
【0058】
図４に示すように、本実施形態では、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、蒸気が流入する入口部分の方が、蒸気が流出する出口部分よりも、断面積が広い部分を含むように形成されている。
【0059】
具体的には、本実施形態の副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１と第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２とを有する。
【0060】
第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１は、例えば、断面が円形状であって、蒸気が流入する入口側から蒸気が流出する出口側に渡って一定の断面積で形成されている。
【0061】
第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２は、例えば、断面が円形状であって、蒸気が流入する入口において第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１の周りを囲うように設けられ、蒸気が流入する入口側から蒸気が流出する出口側へ向かって断面積が狭くなるように形成されている。ここでは、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２において入口側の断面積は、第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１の断面積よりも大きく、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２において出口側の断面積は、第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１の断面積と同じである。
【0062】
なお、本実施形態では、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２は、内周面が曲面であるが、平坦面であってもよい。つまり、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２は、テーパー形状であってもよい。
【0063】
［Ｂ］蒸気の流れについて
本実施形態の蒸気弁３００ｃでは、副弁体３３０が開状態になったとき、副弁体キャップ３３５の曲面Ｓ３３５と主弁体３２０の傾斜面Ｓ３２０との間の開方向ＡＸ１の側にギャップが形成され、そのギャップを蒸気が通過する（図２参照）。このため、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口には、ギャップを通過した蒸気が流入し、そして、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０では、蒸気が、中心軸ＣＬに対して直交する方向に沿って流れる。
本実施形態の蒸気弁３００ｃでは、副弁体３３０が開状態になったとき、副弁体キャップ３３５の曲面Ｓ３３５と主弁体３２０の傾斜面Ｓ３２０との間の開方向ＡＸ１の側にギャップが形成され、そのギャップを蒸気が通過する（図２参照）。このため、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口には、ギャップを通過した蒸気が流入し、そして、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０では、蒸気が、中心軸ＣＬに対して直交する方向に沿って流れる。
【0064】
蒸気には、ドレンや酸化物などの不純物が含まれる。このため、蒸気に含まれる不純物が副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分に衝突し、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分において侵食が生ずる場合がある。
【0065】
［Ｃ］まとめ
しかし、本実施形態の副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、入口部分の方が出口部分よりも断面積が広くなるように形成されている。このため、本実施形態では、蒸気が副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０にスムーズに流入して通過する。その結果、本実施形態では、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分において侵食が生ずることを防止可能である。
しかし、本実施形態の副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０は、入口部分の方が出口部分よりも断面積が広くなるように形成されている。このため、本実施形態では、蒸気が副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０にスムーズに流入して通過する。その結果、本実施形態では、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分において侵食が生ずることを防止可能である。
【0066】
［Ｄ］変形例
本実施形態の変形例について用いて説明する。
本実施形態の変形例について用いて説明する。
【0067】
【0068】
図５および図６に示すように、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０のうち、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２は、上記の実施形態の場合（図４参照）と異なり、蒸気が流入する入口において第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１よりも閉方向ＡＸ２の側に設けられていてもよい。
【0069】
具体的には、図５に示すように、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２は、半円状であって、第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１において閉方向ＡＸ２の側に位置する部分を囲うように設けられていてもよい。つまり、第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１において開方向ＡＸ１の側に位置する部分に第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２を設けなくてもよい。図５から判るように、蒸気による浸食は、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分において閉方向ＡＸ２の側に位置する部分に特に蒸気に含まれる不純物が衝突する傾向にあるので生じやすい。しかし、本変形例では、上記の実施形態と同様に、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分には、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２が設けられているので、侵食が生ずることを防止可能である。本変形例では、蒸気流量の制御が容易になるメリットを更に有する。
【0070】
また、図６に示すように、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２は、第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１よりも閉方向ＡＸ２の側に位置する部分に設けられていてもよい。つまり、第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１よりも閉方向ＡＸ２の側に位置する部分以外の部分に第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２を設けなくてもよい。本変形例においても、副弁体蒸気導入孔Ｈ３３０の入口部分において浸食が生じやすい閉方向ＡＸ２側の部分に、第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２が設けられている。このため、本変形例においても、侵食が生ずることを防止可能である。また、本変形例では、第１の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３１を形成する際に用いる工具で第２の副弁体蒸気導入孔部Ｈ３３２についても形成することができるため、加工作業を効率的に実施することができる。
【0071】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0072】
１００：蒸気タービンプラント，１１１：蒸気発生器，１１２：再熱器，１４１：高圧タービン，１４２：中圧タービン，１４５：発電機，３００：蒸気弁，３００Ｊ：蒸気弁，３００ｂ：蒸気弁，３００ｃ：蒸気弁，３１０：弁座，３２０：主弁体，３３０：副弁体，３３１：副弁体本体，３３５：副弁体キャップ，３４０：弁棒，３４１：止めピン，３３１０：副弁体管状部，３３１１：第１の副弁体本体部，３３１２：第２の副弁体本体部，３３１３：第３の副弁体本体部（副弁体管状部），３３５１：キャップ管状体部，３３５２：キャップ板状体部，ＡＸ：軸方向，ＡＸ１：開方向，ＡＸ２：閉方向，ＣＬ：中心軸，ＣＰ：当接位置，Ｆ３３１：副弁体蒸気流路，Ｆ３３１１：第１の副弁体蒸気流路部，Ｆ３３１２：第２の副弁体蒸気流路部，Ｆ３３１３：第３の副弁体蒸気流路部，Ｈ３３０：副弁体蒸気導入孔，Ｈ３３１：第１の副弁体蒸気導入孔部，Ｈ３３２：第２の副弁体蒸気導入孔部，Ｋ３１０：弁孔，Ｐ１０：主蒸気管，Ｐ１１：低温再熱蒸気管，Ｐ１２：高温再熱蒸気管，Ｓ３２０：傾斜面，Ｓ３２０：収容空間，Ｓ３３５：曲面，Ｖ１０ａ：主蒸気止め弁，Ｖ１０ｂ：蒸気加減弁，Ｖ１２ａ：再熱蒸気止め弁，Ｖ１２ｂ：インターセプト弁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】