JP5683895B2

JP5683895B2 - 蒸気弁装置

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Publication number: JP5683895B2
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Description

本発明は、発電施設における蒸気タービン等のターボ機械の蒸気系統に設置される蒸気弁装置に関する。

蒸気タービン等のターボ機械を使用する発電設備等では、回転数の異常上昇、伸び差、振動の増大、低圧排気室の温度高、軸受油圧の低下、主油ポンプの吐出圧の低下、ボイラ・発電機故障などの諸現象を検出し、事故を未然に防止するか又は事故による損傷を最小限に抑えることを目的として各種保安装置が設けられている。

例えば、通常運転中の蒸気タービンの回転数が設定回転数以上に上昇した場合やその他の蒸気タービンの異常を保安装置の異常検出部にて検出して電気的な異常信号を発し、この電気的な異常信号により前記蒸気タービンの蒸気入口に設置された主蒸気止め弁を閉じて前記蒸気タービンへの蒸気流入を遮断するよう構成された蒸気弁装置の油圧システムが公開されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、従来の発電設備の構成について図３を参照して説明する。
なお、以下述べる蒸気弁装置とは蒸気タービンに設置される、例えば主蒸気止め弁、蒸気加減弁、再熱蒸気止め弁、インターセプト弁などを総称した名称である。

図３において、符号１００で示す装置はボイラであり、このボイラ１００から出力された蒸気は主蒸気止め弁１０１および蒸気加減弁１０２を通過して高圧タービン（ＨＴ）１０３へ流入し、ここで膨張仕事をしたあと、逆止弁１０４を経由してボイラ１００に戻る。

再熱器（ＲＨ）にて加熱された蒸気は、再熱蒸気止め弁１０５、インターセプト弁１０６を経て中圧タービン（ＭＴ）１０７へ流入しここで膨張仕事をし、さらに低圧タービン１０８へ流入して膨張仕事をする。低圧タービン（ＬＴ）１０８で膨張仕事をした後の蒸気は、復水器１０９にて水に戻され、給水ポンプ（ＦＰ）１１０にて昇圧されて再びボイラ１００に供給されるように循環する。これら高圧タービン（ＨＴ）１０３、中圧タービン（ＭＴ）１０７および低圧タービン（ＬＴ）１０８は図示しない発電機と同軸上に結合され、これを駆動する。

図３のプラントの場合、プラントの運用効率を高めるために、主蒸気止め弁１０１の上流からボイラ１００の再熱器（ＲＨ）の入口側との間に高圧タービンバイパス弁１１１を設置し、さらに、再熱器（ＲＨ）の出口側と復水器１０９との間に低圧タービンバイパス弁１１２を設置することによりタービンの運転に係わらずボイラ系統単独の循環運転ができるようになっている。

なお、図３は代表的な蒸気タービン発電設備を例にしているが、この蒸気タービン発電設備に図示しないガスタービンを組み合わせ、かつ、ボイラ１００を排熱回収ボイラに置換することによって一軸型や多軸型コンバインドサイクル発電プラントとして運用することができることは勿論である。

図３に示す発電設備は、タービン回転数の異常上昇、タービン軸長の伸び差、振動の増大、低圧排気室の温度高、軸受油圧の低下、主油ポンプの吐出圧の低下、ボイラ・発電機故障などの諸現象を検出することにより、発電設備の事故を未然に防止するか又は事故が発生したとしてもその事故による損傷を最小限に抑えることができるように各種の保安装置を設けている。

例えば、通常運転中にタービンの回転数が設定回転数以上に上昇した場合やその他のタービン異常が発生した場合、その異常を異常検出部で検出し電気的な異常信号を出力する。この異常信号は、例えば、図４に示された主蒸気止め弁２００の油圧駆動装置２０に設置された急速作動電磁弁２１および２２に伝達されるようになっている。

以下、図４を参照して蒸気弁２００の油圧駆動装置２０部分の構成について説明する。図４は蒸気弁装置２００の一例として、蒸気タービンへのエネルギ流入を遮断する従来の主蒸気止め弁の油圧駆動システムの構成を示す。

図４において、２００は蒸気弁、２０１は蒸気弁２００の主弁、２０２はピストンである。２０３はピストン２０２によって内部を弁開側の室（以下、下部シリンダという）２０４および弁閉側の室（以下、上部シリンダという）２０５に仕切られるとともに両側に作動油が出入りするポートを有する複動形の油圧シリンダである。そして２０６は油圧配管（油路ともいう）および各種弁を備えて前記下部シリンダ２０４および上部シリンダ２０５を図示しない油圧発生装置および油タンクに接続する油圧系統である。なお、これらピストン２０２、油圧シリンダ２０３、油圧系統２０６で蒸気弁２００の油圧駆動装置２０を構成している。

主蒸気止め弁２００は、後述するサーボ弁２５を用いて弁位置の制御が可能な機構となっている。主蒸気止め弁２００として、起動時等の蒸気流量制御を行うべく副弁を内蔵したタイプのものを用いることができる。

主蒸気止め弁２００の主弁２０１の上流には蒸気圧力が作用しており、主弁２０１に直結されたピストン２０２を収容する油圧シリンダ２０３の下部に位置する下部シリンダ２０４内に作動油が蓄積されてピストン２０２の下部に油圧が作用することにより、蒸気圧力に打ち勝って主弁２０１を開弁する。
一方、蒸気タービンの異常時には、ピストン２０２の下部シリンダ２０４に蓄積された油を排出すことにより、主弁２０１を閉弁させるように動作する。

図４において、図示しない油圧発生装置から供給された作動油２６は、一点鎖線枠で囲んだ油圧系統２０６の入口側分岐点Ｊ１で、まず２本の油圧配管pl１、pl２に分岐され、一方の油圧配管pl１は第１の油フィルタ２７に流入し、他方の油圧配管pl２は第２の油フィルタ（サーボ弁専用の油フィルタ）２８に流入する。油圧配管pl１から第１の油フィルタ２７に流入した作動油は、当該第１の油フィルタ２７の出口側分岐点Ｊ２で更に２本の油圧配管pl３、pl４に分岐される。

このうち一方の油圧配管pl３は、蒸気弁２００の蒸気流量制御機能を司るサーボ弁２５のＰポートに接続される。このサーボ弁２５は、入出力ポートを有するスリーブ（筒）内に移動可能なスプール（糸巻状の軸）を収容し、図示しないタービン制御装置から送られてくる弁位置制御信号をコイル２５Ｃで受けることによりスプールの位置を制御されるように構成されており、当該サーボ弁２５のパイロット油は前記第２の油フィルタ２８を介して供給されている。

このため、図示しないタービン制御装置から弁位置制御信号がコイル２５Ｃに入力されると、前記油圧配管pl３からＰポートに供給された作動油２６は弁位置制御信号に従ってＰポートからＢポートを経て分岐点Ｊ３に至る。

作動油はこの分岐点Ｊ３から油圧配管pl９を介してピストン２０２の下部シリンダ２０４に供給されるとともに、同時に油圧配管pl１０を介してカートリッジ弁２９および３０のＡポートにも供給される。主蒸気止め弁２００のピストン２０２は、サーボ弁２５を通過した作動油２６により開閉動作を行う。

一方、前述した分岐点Ｊ２で分岐された他方の油圧配管pl４は、分岐点Ｊ４で再び２本の油圧配管pl５、pl６に分岐される。そして、油圧配管pl５は急速作動電磁弁２１のＰポートに接続され、油圧配管pl６は急速作動電磁弁２２のＰポートに接続される。これら急速作動電磁弁２１および２２は、スリーブに３個の入出力ポートを設け、このスリーブ内にスプールを移動可能に収容した「３ポート２位置単動電磁弁」として構成されている。

これら急速作動電磁弁２１および２２は、蒸気タービンのあらゆる異常時に蒸気タービンに流入する蒸気（流入エネルギー）を遮断する重要な機器であるため、蒸気タービンの通常運転時には常時励磁状態を維持し、異常時には無励磁状態となるように構成されている。また、急速作動電磁弁２１への異常信号は図示しないシーケンス回路から２重化された励磁コイル２３ａ、２３ｂに印加されるように構成されている。同様に急速作動電磁弁２２への異常信号も図示しないシーケンス回路から２重化された励磁コイル２４ａ、２４ｂに印加されるように構成されている。

上述のように、蒸気タービンの通常運転中、急速作動電磁弁２１、２２の励磁コイルコイル２３ａ、２３ｂおよび２４ａ、２４ｂは常時励磁状態であることから、作動油２６はそれぞれの急速作動電磁弁２１、２２のＰポートからＡポートを通過したあと、油圧配管pl１３、pl１４を介してそれぞれの急速作動電磁弁２１、２２に付帯して設けたカートリッジ弁２９、３０の二次側に供給される。なお、カートリッジ弁２９および３０のＢポートは油圧配管pl７を介して油圧駆動装置２０の上部シリンダ２０５のポートに接続されるとともに、前記サーボ弁２５のＴポートに接続されるようになっている。

これらサーボ弁２５を通過しカートリッジ弁２９、３０の一次側Ａポートに供給された作動油２６と、油圧配管pl５、pl６からそれぞれ急速作動電磁弁２１、２２のＰポートおよびＡポートを通過しカートリッジ弁２９、３０の二次側に供給された作動油２６とは、カートリッジ弁２９、３０の弁体３１、３２に対して同時に作用するため、弁体３１、３２の両側に作用する力はバランスする。したがって、カートリッジ弁２９、３０の弁体３１、３２は移動することはない。

ここで、図示しない蒸気タービンの保安装置の異常検出部が異常を検出したとする。すると、異常検出部から出力された異常信号は、図示しないシーケンス回路を介して、図４に示す蒸気弁２００の油圧駆動装置２０に設置された急速作動電磁弁２１および２２のコイル２３ａ、２３ｂおよび２４ａ、２４ｂに電気的に伝達される。

急速作動電磁弁２１および２２のコイル２３ａ、２３ｂおよび２４ａ、２４ｂは、この異常信号を入力すると、今までの常時励磁状態から無励磁状態に反転する。これにより、それまで急速作動電磁弁２１および２２のＰポートからＡポートを通過して油圧配管pl１３、pl１４を介してカートリッジ弁２９、３０の二次側に供給されていた作動油２６は、急速作動電磁弁２１、２２によって切り換えられ、油圧配管pl８により排油口（ドレン口）３３を通して図示しない油タンクに接続される。

このためカートリッジ弁２９および３０は、サーボ弁２５を経て油圧配管pl１０から一次側に供給された作動油２６の油圧力により弁体３１、３２が押し戻され、Ａポートを開口する。この結果、ピストン２０２の下部シリンダ２０４に蓄積された作動油２６は、油圧配管pl９およびpl１０を通ってカートリッジ弁２９、３０のＡポートに至り、当該カートリッジ弁２９、３０のＢポートから排出されるので蒸気弁２００は閉弁する。

この時、カートリッジ弁２９、３０のＢポートは、油圧配管pl７により油圧駆動装置２０のピストン２０２の上部に位置する上部シリンダ２０５のポートに接続されているので、この上部シリンダ２０５内にカートリッジ弁２９、３０のＢポートからの作動油が流入し、更に、ピストン２０２の上部シリンダ２０５から油圧配管pl８、排油口（ドレン口）３３を経由して図示しない油タンクへ排出される。

このように、油圧シリンダ２０３内のピストン２０２の下部シリンダ２０４に蓄積された作動油２６を一旦ピストン２０２の上部シリンダ２０５に流入させることにより、ピストン２０２を押し下げる作用が生じ、また油タンクとして作用するので、より急速にかつ確実に蒸気弁２００を閉弁することができる。

なお、カートリッジ弁２９、３０の二次側にはそれぞれの弁体３１、３２のリセットバネ３４、３５が組み込まれているので、カートリッジ弁２９、３０のＡポートの油圧が消滅すればカートリッジ弁２９、３０の弁体３１、３２はリセットバネ３４、３５の力により自動的にＡポートの開口を塞ぐように全閉状態に戻される。

以上述べた図４に示した蒸気弁２００の油圧駆動装置２０は、サーボ弁２５を備えて主弁２０１の弁位置を制御する機能を有するものであるが、蒸気弁の用途によっては単に主弁をオン／オフさせる機能のものもある。

図５は、従来のオン／オフ機能を備えた蒸気弁３００の駆動装置４０の構成図である。なお、図５中、図４と同一機能の部品には同一符号を付して重複した説明は適宜省略する。
図５において、３００は蒸気弁、３０１は主弁、３０２はピストンである。３０３はピストン３０２によって内部を弁開側の室（以下、下部シリンダという）３０４および弁閉側の室（以下、上部シリンダという）３０５に仕切られるとともに両側に作動油が出入りするポートを有する複動形の油圧シリンダである。そして３０６は配管および各種弁を備えて前記下部シリンダ３０４および上部シリンダ３０５を図示しない油圧発生装置および油タンクに接続する油圧系統である。なお、これらピストン３０２、油圧シリンダ３０３および油圧系統３０６によって蒸気弁３００の油圧駆動装置４０を構成している。

図５に示す油圧系統３０６が図４の油圧系統２０６と異なる点は、図４で採用した第２の油フィルタ２８を省くとともに、サーボ弁２５をテスト電磁弁３６（これを、第２の電磁弁とも呼ぶ）に置き換え、このテスト電磁弁３６を通常運転時には無励磁（すなわち、常時無励磁）にて運用するようにした点である。

テスト電磁弁３６も前記サーボ弁２５と同様に入出力ポートを有するスリーブ内に移動可能に収容されたスプールの位置がコイルによって制御されるように構成されており、通常運転中に蒸気弁３００の弁棒の固着事象を防止する目的で実施される弁テスト時に、図示しないテスト装置からテスト電磁弁３６のコイル３６Ｃに送られてくる模擬信号によって励磁されて、ポートを切り換え、油圧配管pl９をテスト電磁弁３６のポートＡを介して油圧配管pl７に接続し、上部シリンダ３０５のポートに接続する。

これにより、ピストン３０２の下部シリンダ３０４内の油は、油圧配管pl９、pl７、上部シリンダ３０５、油圧配管pl８を経て排油口（ドレン口）３３からゆっくり排出され、蒸気弁３００の主弁３０１を閉弁するように動作する。蒸気弁３００の主弁３０１が全閉した後、当該テスト電磁弁３６を励磁から無励磁に反転すると、主弁３０１はゆっくりと開弁し、弁テストは終了となる。

特開２００５―３０７８６５号公報

通常運転中の蒸気タービンを停止することなく油圧駆動装置内の不適合部品を正常部品へ交換することが可能であれば、発生する被害は最小限にとどめることができる。
上述したように、蒸気タービンに用いられる蒸気弁装置の油圧配管は信頼性の高い油圧システムであるが、従来の蒸気弁装置の油圧配管は、通常運転中に例えばサーボ弁やテスト電磁弁に特性不良あるいは動作不良が生じた場合、蒸気弁装置が正常動作しない事態に陥ることが懸念される。

従来の蒸気弁装置の油圧配管では、常に高圧の作動油が供給されているので、油圧配管の一部を開放して不適合品を正常部品に交換しようとすると作動油が飛散して危険な状態になる。このため従来の蒸気弁装置の油圧配管では、蒸気タービンの通常運転中、不適合部品を取り外して正常部品に交換することができなかった。

そこで、本発明の実施形態は上述した課題を解決するために、蒸気タービン等ターボ機械の通常運転中に不適合部品を取り外して正常部品との交換を可能とすることにより、メンテナンス性の向上した蒸気弁装置を提供することを目的とするものである。

本実施形態の蒸気弁装置によれば、ターボ機械の蒸気入口に設置され、当該ターボ機械への蒸気の流入または遮断を行なう蒸気弁と、前記蒸気弁を開閉駆動するピストン、当該ピストンによって内部を弁閉側の室および弁開側の室に仕切られる油圧シリンダおよび当該油圧シリンダ内の作動油の導入または排出を行う油圧系統を備えた油圧駆動装置と、を備えた蒸気弁装置において、前記ターボ機械の通常運転時は各入出力ポート間の連絡を第１の状態に維持し、保安装置からの異常信号若しくは弁テスト時の模擬信号を入力したとき前記各入出力ポート間の連絡を前記第１の状態から第２の状態に切り替えることにより、油圧発生装置から給油される作動油の油路を切り替える４ポート２位置単動電磁弁からなり第１の出力ポートと第２の出力ポートとを備える第１の電磁弁と、前記第１の電磁弁が第１の状態に維持されているときは当該第１の電磁弁の第１の出力ポートから出力される作動油が供給されて弁閉状態を維持し、前記第１の電磁弁が第２の状態に切り替えられて当該第１の電磁弁の第１の出力ポートからの前記作動油の供給が遮断されたときは前記弁閉状態から弁開状態に切り替わって前記油圧シリンダ内から作動油を排出する油路を形成する第１のカートリッジ弁と、前記油圧発生装置から供給される作動油を前記油圧シリンダの弁開側の室へ供給する油路の途中に設けられたサーボ弁または第２の電磁弁と、前記第１の電磁弁が第１の状態にあるときは当該第１の電磁弁の第２の出力ポートから出力される作動油の供給が遮断されていることにより弁開状態を維持し、前記油圧発生装置から供給される作動油を前記サーボ弁または第２の電磁弁に供給し、前記第１の電磁弁が前記第１の状態から第２の状態に切り替えられて当該第１の電磁弁の第２の出力ポートから出力される作動油が供給されたときは弁開状態から弁閉状態に切り替わって前記油圧発生装置から供給される作動油が前記サーボ弁または第２の電磁弁に給油されるのを遮断する第２のカートリッジ弁と、から前記油圧駆動装置の油圧系統を構成したことを特徴とする。

本発明の実施形態１における蒸気弁の油圧駆動装置の構成図。本発明の実施形態２における蒸気弁の油圧駆動装置の構成図。蒸気タービンが設けられた代表的な発電設備の蒸気系統図。従来技術の蒸気弁の油圧駆動装置の構成図。従来技術の他の蒸気弁の油圧駆動装置の構成図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、既に説明した図４および図５と共通する構成部品については同一符号を付してその説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１における蒸気弁の駆動装置の構成図である。この実施形態１は、図４に示した従来技術の課題解消を図るための実施形態であるが、図４とは次の点で構成上相違する。

第１の相違点は、図４の従来技術の場合、急速作動電磁弁２１および２２を「３ポート２位置単動電磁弁」により構成したが、本実施形態１で採用する急速作動電磁弁（第１の電磁弁とも呼ぶ）５２１および５２２は「４ポート２位置単動電磁弁」で構成し、さらにそれに付随してこの急速作動電磁弁５２１および５２２の出力Ｂポート側に油圧配管pl１１、pl１２の一端を接続した点にある。

第２の相違点２は、サーボ弁２５の入力ポート側に新たにカートリッジ弁（第２のカートリッジ弁ともいう）５２５および５２６を設け、このカートリッジ弁５２５および５２６の出力ポート側を、前記油圧配管pl１１、pl１２の他端に接続して急速作動電磁弁５２１、５２２のＢポート側に連通するように構成した点である。

以下、図１を参照して実施形態１について、まず、油圧系統２０６の構成から詳細に説明する。
図１において、図示しない油圧発生装置に接続された油圧配管pl１は、一点鎖線枠で囲んだ油圧系統２０６の入口側に設けた油フィルタ２７に接続され、この油フィルタ２７の出口側の分岐点Ｊ２で２本の油圧配管pl３およびpl４に分岐される。この２本の油圧配管のうち、一方の油圧配管pl３は、分岐点Ｊ２とサーボ弁２５のＰポートとの間を接続して給油管として機能するものであり、この油圧配管pl３の中間部には２個のカートリッジ弁５２６および５２５をカスケード（直列）状態に接続している。

すなわち、２個のカートリッジ弁のうち、一方のカートリッジ弁５２６のＡポートを油圧配管pl３により分岐点Ｊ２に接続し、このカートリッジ弁５２６のＢポートをもう一方のカートリッジ弁５２５のＡポートに接続し、さらにこのカートリッジ弁５２５のＢポートを油圧配管pl３によりサーボ弁２５のＰポートに接続する構成となっている。

これらカートリッジ弁５２６および５２５は、それぞれ内部を弁体５２８、５２７によって一次側と二次側とに仕切っており、さらに、一次側にその弁体のリセットバネ５３０、５２９を組み込んでいる。このリセットバネ５２９および５３０は、カートリッジ弁５２５および５２６の二次側の油圧が消滅した場合に復元力により弁体５２７、５２８を自動的にカートリッジ弁５２５および５２６のＡポートの開口を開き全開状態に戻す。ここで、弁体５２７、５２８の弁シートは、漏洩がゼロとなるようにポペット形状のメタルタッチ（金属接触）であり、完全に流体の流れを止める機能を有するタイトシャット型が望ましい。

そして、サーボ弁２５のパイロット油は、カートリッジ弁５２５のＢポート下流の分岐点で分流して、第２の油フィルタ２８を介して供給されるようになっている。この第２の油フィルタ２８は油フィルタ２６と直列に配列されているため、省略しても差し支えない。図中の符号５３１および５３２は、それぞれカートリッジ弁５２５および５２６のＢポート下流に設置した圧力検出タップであり、ここに圧力センサーを接続することによって作動油２６の圧力を計測することができるようになっている。

ところで、サーボ弁２５のＢポートに接続された油圧配管は、分岐点Ｊ３で油圧配管pl９とpl１０とに分岐される。一方の油圧配管pl９は油圧シリンダ２０３の下部シリンダ２０４に開口され、他方の油圧配管pl１０はカートリッジ弁（第１のカートリッジ弁ともいう）２９および３０のＡポートに接続される。

これらカートリッジ弁２９、３０は、それぞれ内部を弁体３１、３２によって一次側と二次側とに仕切っており、さらに、二次側にその弁体のリセットバネ３３、３４を組み込んでいる。さらに、カートリッジ弁２９、３０は、Ｂポートを油圧配管pl７により前記サーボ弁２５のＴポートに接続される。

一方、前記分岐点Ｊ２で分岐された他方の油圧配管pl４は、分岐点Ｊ４で更に油圧配管pl５とpl６とに分岐される。このうち油圧配管pl５はオリフィスを介して急速作動電磁弁５２１のＰポートに接続され、他方の油圧配管pl６はオリフィスを介して急速作動電磁弁５２２のＰポートに接続される。

なお、これら急速作動電磁弁５２１および５２２は「４ポート２位置単動電磁弁」で構成され、２重化された励磁コイル５２３ａ、５２３ｂおよび５２４ａ、５２４ｂを有している。

これらの励磁コイル５２３ａ、５２３ｂおよび５２４ａ、５２４ｂは、蒸気タービンの通常運転中は常時励磁されて、スリーブの内部に配置したスプールを図示の位置（これを第１の位置という）に維持することにより、スリーブに設けた４個の入出力ポートのうち、ＰポートとＡポートとを連絡し、同時にＢポートとＴポートとを連絡させている。図示の急速作動電磁弁５２１および５２２は、それぞれの励磁コイル５２３ａ、５２３ｂおよび５２４ａ、５２４ｂが励磁状態から無励磁状態になると、スプールがバネの復元力によってスリーブ内を第１の位置から別の位置（第２の位置）に移動することによりＰポートとＢポートとを連絡し、ＡポートとＴポートとを「連絡」するようになっている。ここで、「連絡」とは、スリーブに設けた入出力ポート（ここでは、Ｐポート、Ａポート、ＢポートおよびＴポートの４ポートを指す）がスプールに形成された通路によって連通し油路を形成する状態、すなわち作動油２６が流れる状態を意味している。

図１の常時励磁の状態では、急速作動電磁弁５２１、５２２は、Ａポートを油圧配管pl１３、pl１４を介して前記カートリッジ弁２９、３０の二次側にそれぞれ接続し、Ｂポートを油圧配管pl１１、pl１２を介して前記カートリッジ弁５２５および５２６の二次側に接続されている。さらに、Ｔポートを油圧配管pl８により上部シリンダ２０５に接続されるとともに、排油口（ドレン口）３３に接続されるようになっている。

次に、本実施形態１における蒸気弁装置の動作を説明する。
蒸気タービンの通常運転時には、図１の油圧系統２０６中の各弁の開閉状態は次のようになっている。

すなわち、油圧シリンダ２０３の下部シリンダ２０４には作動油２６による油圧が作用し、一方、上部シリンダ２０５は排油口（ドレン口）３３から図示しない油タンクに接続されているため油圧が作用しない。このため、主弁２０１は開き主蒸気は流れている。そして、急速作動電磁弁５２１および５２２は常時励磁状態に維持されているので、第１の油フィルタ２７で濾過された作動油２６は油圧配管pl５、pl６より急速作動電磁弁５２１および５２２のＰポートに給油され、同弁のＰポートからＡポート、さらに油圧配管pl１３、pl１４を通してカートリッジ弁２９、３０の二次側に給油される。

このとき、急速作動電磁弁５２１、５２２のＴポートは排油口（ドレン口）３３から図示しない油タンクに接続されて油圧がないので、カートリッジ弁５２５および５２６のＡポートの開口はリセットバネ５２９、５３０の復元力により開いている。

このため、第１の油フィルタ２７で濾過された作動油２６はカートリッジ弁５２６および５２５を順に通過して、サーボ弁２５のＰポートに給油され、さらに、サーボ弁２５のＢポートから油圧配管pl１０を介して前記カートリッジ弁２９、３０の一次側（Ａポート）に給油される。

カートリッジ弁２９、３０の一次側（Ａポート）に給油された作動油２６と、二次側に給油された作動油２６とは、弁体３０、３１それぞれの両側に同時に作用してバランスするため、弁体３０、３１自体は移動しない。したがってカートリッジ弁２９、３０のＡポートは常時閉の状態を維持する。

以上述べた蒸気タービンの通常運転中に保安装置の異常検出部が異常を発生したとする。
蒸気タービンに異常が発生すると、図示していない保安装置内の異常検出部がこれを検出して電気的な異常信号を出力する。この電気的な異常信号は、図示していないシーケンス回路装置を経て図１に示す油圧系統２０６内の急速作動電磁弁５２１、５２２のコイル５２３ａ、５２３ｂおよび５２４ａ、５２４ｂに伝達される。

すると、常時励磁状態の急速作動電磁弁５２１、５２２は無励磁状態になり、バネの復元力によりスプールを第１の位置から第２の位置に移動させ、常時励磁状態のときＰポートからＡポートを通過してカートリッジ弁２９、３０の二次側に給油していた作動油２６を遮断する。これを急速作動電磁弁５２１、５２２の動作という。

この急速作動電磁弁５２１、５２２の動作状態では、カートリッジ弁２９および３０の弁体３１、３２にそれぞれ作用していた力のバランスが崩れ、弁体３１および３２は図示の状態から上方に移動してＡポートの開口を開き、油圧配管pl１０と油圧配管pl７とを、カートリッジ弁２９および３０のＡポートおよびＢポートを介して連通させる。

すると、カートリッジ弁２９、３０のＡポートと同一油圧に維持されている下部シリンダ２０４内に蓄積された作動油２６は、油圧配管pl９、油圧配管pl１０、カートリッジ弁２９、３０のＡポート、Ｂポートを通って油圧配管pl７側に排出される。さらに作動油２６は、油圧配管pl７から上部シリンダ２０５に入り、さらに油圧配管pl８を通って排油口（ドレン口）３３から図示していない油タンクに排出される。このためピストン２０２は、図示の状態から下がり、蒸気弁２００の主弁２０１を閉弁するように駆動する。

これと同時に、前述した急速作動電磁弁５２１および５２２の動作によって、油圧発生装置からの作動油２６がそのＰポートからＢポートを通り、さらにＢポートから油圧配管pl１１、pl１２を介してカートリッジ弁５２５および５２６の二次側に供給される。この結果、カートリッジ弁５２５および５２６は、弁体５２７、５２８がバネ５２９、５３０の復元力に抗して図示の状態から下方に移動し、Ａポートの開口を全閉にする。

このように、従来技術（図３）の場合であれば、主弁２０１が閉弁するとき、作動油２６を油圧発生装置からサーボ弁２５を通過してカートリッジ弁２９、３０のＡポートからＢポートを経由して排油口（ドレン口）３３から油タンクに排出していたが、本実施形態１によれば、カートリッジ弁５２５および５２６の弁体５２７、５２８がＡポートの開口を全閉にするので、油圧発生装置から供給される作動油２６の流出防止を図ることができる。

なお、以上の説明では、蒸気タービンの通常運転中に保安装置内の異常検出部が異常を検出した場合を例に挙げたが、蒸気タービンの異常ではなく、図示しないテスト装置による弁テスト時の模擬信号によって急速作動電磁弁５２１および５２２を常時励磁状態から無励磁状態に切り替える場合でも、油圧駆動装置２０は同様に動作する。

以上述べたように、本実施形態１によれば、サーボ弁２５の上流すなわち、給油管の途中にカートリッジ弁５２５および５２６をカスケード接続し、ターボ装置の異常時または弁テスト時に急速作動電磁弁５２１、５２２を動作させて前記カートリッジ弁５２５および５２６を閉弁させるように構成したので、サーボ弁２５に供給される作動油２６を確実に遮断することができる。

この結果、万一、サーボ弁に不適合が発生しても、運転を継続したまま不良品を取り外して正常品と容易に交換できるので、蒸気弁装置としてのメンテナンス性が良くなり、蒸気弁装置を含め、蒸気タービン全体として更なる信頼性の向上を図ることができる。

また、カートリッジ弁５２５および５２６を閉弁してサーボ弁２５に供給される作動油２６を遮断することにより、カートリッジ弁５２５および５２６の下流側に接続されるサーボ弁は、作動油の漏洩を気にすることなく容易に取り外して交換することが可能となるので蒸気弁装置としてのメンテナンス性が良くなる。この交換に際しては、カートリッジ弁５２５および５２６のＢポート下流に設置した圧力検出タップ５４０、５４１にて油圧を計測し、油圧の無いことを確認することでカートリッジ弁５２５および５２６からの漏洩を確認できるので更なる安全が確保できる。

さらに、急速作動電磁弁５２１、５２２、カートリッジ弁５２５および５２６を２重化し、カートリッジ弁５２５および５２６をカスケード接続したので、いずれか一方のカートリッジ弁が動作するだけでもサーボ弁２５への作動油２６の給油を確実に遮断することができる。

なお、２台のカートリッジ弁５２５および５２６の代わりにＯＮ／ＯＦＦ動作する電磁弁を２台設置することも考えられるが、このＯＮ／ＯＦＦの電磁弁では、時間遅れやシーケンス回路装置からの異常信号に対する連携の乱れ（誤作動）の発生が予想されることや、ＯＮ／ＯＦＦの電磁弁では構造的に弁シートを有しないスプール形状であるため、作動油の漏洩を完全に遮断できず、本実施形態１で採用したカートリッジ弁５２５および５２６よりも信頼性に劣るものと推定される。

さらに、本実施形態１は、蒸気タービンをリセットして初めて急速作動電磁弁５２１および５２２が復帰（無励磁状態から励磁状態へ）するので、動作してから復帰するまでの間カートリッジ弁５２５および５２６は全閉状態にある。このため、動作してから復帰するまでの間、油圧発生装置からの作動油２６は、カートリッジ弁５２５および５２６を通過して下流側に設置されたサーボ弁２５に給油されることはない。

このことは蒸気タービンのリセット操作までの期間に、たとえ誤ってサーボ弁２５に開弁の指令信号が入力されたとしても蒸気弁２００が開弁することはないので、一種の安全装置の役割を担っているといえ、非常に安全に配慮した蒸気弁装置であるといえる。

［実施形態２］
以下、図２を参照して本発明の実施形態２について説明する。
図２は、本発明の実施形態２における蒸気弁の駆動装置の構成を示す図である。
この実施形態２の油圧系統３０６は、図５に示した従来技術の課題解消を図るための実施形態で、構成部品の多くは前述した実施形態１の図１の油圧系統２０６と共通であるが、図１と構成上相違する点は、サーボ弁２５をテスト電磁弁３６（第２の電磁弁ともいう）に置き換えた点にあり、その他の点は図１および図５から類推説明できるため、ここでの詳細説明は省略し、概略説明に留める。

本実施形態２の場合、異常検出部からの異常信号、あるいは弁テスト時の模擬信号に基づいて急速作動電磁弁５２１および５２２が動作すると、カートリッジ弁５２５および５２６のＡポートが全閉となるので、図示しない油圧発生装置からのテスト電磁弁３６への作動油２６の給油が遮断される。

以上説明した本実施形態２によれば、テスト電磁弁３６の上流すなわち、給油管の途中にカートリッジ弁５２５および５２６をカスケード接続し、図示しないシーケンス回路から蒸気弁に異常信号の模擬信号を発信して急速作動電磁弁５２１、５２２を動作させて前記カートリッジ弁５２５および５２６を閉弁させるように構成したので、テスト電磁弁３６に供給される作動油２６を確実に遮断することができ、電磁弁に不適合が発生しても、運転を継続したまま不良品を取り外して正常品と容易に交換できるので、蒸気弁装置としてのメンテナンス性が良くなり、蒸気弁装置を含め、蒸気タービン全体として更なる信頼性の向上を図ることができる。

また、このようにカートリッジ弁５２５および５２６を閉弁してテスト電磁弁３６に供給される作動油２６を遮断することにより、カートリッジ弁５２５および５２６の下流側に接続されるテスト電磁弁３６は、作動油の漏洩を気にすることなく容易に取り外して交換することが可能となるので蒸気弁装置としてのメンテナンス性が良くなる。この交換に際しては、カートリッジ弁５２５および５２６のＢポート下流に設置した圧力検出タップ５４０、５４１にて油圧を計測し、油圧の無いことを確認することでカートリッジ弁５２５および５２６からの漏洩を確認できるので更なる安全が確保できる。

さらに、急速作動電磁弁５２１、５２２、カートリッジ弁５２５および５２６を２重化し、カートリッジ弁５２５および５２６をカスケード接続したので、いずれか一方のカートリッジ弁が動作するだけでもテスト電磁弁３６への作動油２６の給油を確実に遮断することができる。

さらにまた、本実施形態２は、蒸気タービンをリセットして初めて急速作動電磁弁５２１および５２２が復帰（無励磁状態から励磁状態へ）するので、動作してから復帰するまでの間カートリッジ弁５２５および５２６は全閉状態にある。このため、動作してから復帰するまでの間、油圧発生装置からの作動油２６は、カートリッジ弁５２５および５２６を通過して下流側に設置されたテスト電磁弁に給油されることはない。

このことは蒸気タービンのリセット操作までの期間に、たとえ誤ってテスト電磁弁３６に開弁の指令信号が入力されたとしても蒸気弁２００が開弁することはないので、一種の安全装置の役割を担っているといえ、非常に安全に配慮した蒸気弁装置であるといえる。

また、従来の蒸気弁装置の駆動機構では、蒸気タービンに異常が発生し、急速作動電磁弁２１、２３が動作して無励磁状態になった以降、それまでテスト電磁弁３６を介して供給していたピストン３０２への油は、下部シリンダ０４に溜まることなくカートリッジ弁２９、３０のＡポートの開口を経由して排油口（ドレン口）３３から排出していたが、本実施形態２によれば急速作動電磁弁５２１および５２２の動作に連動してカートリッジ弁５２５および５２６を閉弁とし、作動油２６を遮断するので、テスト電磁弁３６の開閉状態にかかわらず排油口（ドレン口）３３からの排出を防止できる利点も得られる。
以上説明したように、各実施形態によれば、蒸気弁装置のメンテナンス性を向上させることができる。

２０，４０…油圧駆動装置、２５…サーボ弁、３６…テスト電磁弁（第２の電磁弁）、５２１，５２２…急速作動電磁弁（第１の電磁弁）、２９，３０…カートリッジ弁（第１のカートリッジ弁）、５２５，５２６…カートリッジ弁（第２のカートリッジ弁）、２００，３００…蒸気弁装置、２０１，３０１…主弁、２０２，３０２…ピストン、２０３，３０３…油圧シリンダ、２０４，３０４…下部シリンダ、２０５，３０５…上部シリンダ、２０６，３０６…油圧系統、pl１〜pl１４…油圧配管。

Claims

ターボ機械の蒸気入口に設置され、当該ターボ機械への蒸気の流入または遮断を行なう蒸気弁と、前記蒸気弁を開閉駆動するピストン、当該ピストンによって内部を弁閉側の室および弁開側の室に仕切られる油圧シリンダおよび当該油圧シリンダ内の作動油の導入または排出を行う油圧系統を備えた油圧駆動装置と、を備えた蒸気弁装置において、
前記ターボ機械の通常運転時は各入出力ポート間の連絡を第１の状態に維持し、保安装置からの異常信号若しくは弁テスト時の模擬信号を入力したとき前記各入出力ポート間の連絡を前記第１の状態から第２の状態に切り替えることにより、油圧発生装置から給油される作動油の油路を切り替える４ポート２位置単動電磁弁からなり第１の出力ポートと第２の出力ポートとを備える第１の電磁弁と、
前記第１の電磁弁が第１の状態に維持されているときは当該第１の電磁弁の第１の出力ポートから出力される作動油が供給されて弁閉状態を維持し、前記第１の電磁弁が第２の状態に切り替えられて当該第１の電磁弁の第１の出力ポートからの前記作動油の供給が遮断されたときは前記弁閉状態から弁開状態に切り替わって前記油圧シリンダ内から作動油を排出する油路を形成する第１のカートリッジ弁と、
前記油圧発生装置から供給される作動油を前記油圧シリンダの弁開側の室へ供給する油路の途中に設けられたサーボ弁または第２の電磁弁と、
前記第１の電磁弁が第１の状態にあるときは当該第１の電磁弁の第２の出力ポートから出力される作動油の供給が遮断されていることにより弁開状態を維持し、前記油圧発生装置から供給される作動油を前記サーボ弁または第２の電磁弁に供給し、前記第１の電磁弁が前記第１の状態から第２の状態に切り替えられて当該第１の電磁弁の第２の出力ポートから出力される作動油が供給されたときは弁開状態から弁閉状態に切り替わって前記油圧発生装置から供給される作動油が前記サーボ弁または第２の電磁弁に給油されるのを遮断する第２のカートリッジ弁と、
から前記油圧駆動装置の油圧系統を構成したことを特徴とする蒸気弁装置。
前記第１の電磁弁は、前記ターボ機械の通常運転時は励磁状態に維持され、保安装置からの異常信号若しくは弁テスト時の模擬信号を入力したときに無励磁状態に切り替えられて各入出力ポート間の連絡を前記第１の状態から第２の状態に切り替えることを特徴とする請求項１記載の蒸気弁装置。
前記第１の電磁弁、前記第１のカートリッジ弁および前記第２のカートリッジ弁を複数台ずつ設けたことを特徴とする請求項１または２記載の蒸気弁装置。
前記複数台の第２のカートリッジ弁をカスケードに接続したことを特徴とする請求項３記載の蒸気弁装置。
前記複数台の第２のカートリッジ弁の各出力ポート側に圧力検出タップを設けたことを特徴とする請求項４記載の蒸気弁装置。