報告書番号

L06009

タイトル（和文）

中間開度における蒸気加減弁の流体振動現象 －蒸気実験による弁体・弁座形状の影響の解明－

タイトル（英文）

Flow Oscillation on the Steam Control Valve in the Middle Opening Condition -Clarification of the Effects of Valve Body and Valve Seat by Steam Experiments-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

発電プラント等の蒸気系の流量調節弁は，起動や停止時などの弁の開度が中間状態の時に圧力変動が起こる事があり，
配管振動による配管疲労損傷の原因となる事がある．このため，振動原因の解明と改善策の提案が求められている．
当所はこれまでに，空気による実験・数値計算によってその詳細を明らかにし，
また，それを抑制する新形状の弁体(延長弁)を提案した．
また，蒸気を用いた試験・数値計算により，プラント内の実流体である蒸気でも，
中間開度において圧力変動(中間開度の圧力変動)が発生する事を確認した．
しかし，蒸気流中における弁体・弁座形状の影響や延長弁の圧力変動抑制効果については，その定量的な効果の確認がなされていない．

そこで，プラント内の実流体である蒸気において，
弁体・弁座形状の蒸気流への影響を明らかにする事，
また，空気による研究で提案された中間開度の圧力変動を抑制する延長弁の，蒸気流中での効果を確認する事を目的として，
蒸気試験・数値計算を実施した．

まず，弁座形状の影響を調べるために，弁座半径の異なる弁座を用いて蒸気試験を実施した．
その結果，弁座形状の変更のみでは，中間開度の圧力変動の発生領域や圧力変動振幅がわずかに減少したが，
中間開度の圧力変動を完全には抑制できなかった．

次に，弁体形状の影響を調べるために，従来弁と，空気試験により提案した，
強制的に流れの方向を変えて流れ同士の衝突を防ぐ延長弁を用いて蒸気試験を実施した．
その結果，実験を実施した範囲では，延長弁は中間開度の圧力変動が生じず，圧力変動振幅を大幅に低減出来ることが判明した．

以上より，空気と同様に，蒸気流においても延長弁は中間開度の圧力変動の抑制効果がある事が判明した．

概要 （英文）

A steam control valve might cause vibrations of piping when the valve opening is in a middle condition. For rationalization of maintenance and management of the plant, the valve should be improved, but it is difficult to understand flow characteristics in detail by experiment because flow around the valve is complex 3D structure and becomes supersonic (M>1). Therefore, it is necessary to clarify the cause of the vibrations and to develop the countermeasures by CFD (Computational Fluid Dynamics) technology. In previous researches, we clarified a mechanism of the pressure fluctuations in the middle opening condition and suggested the new valve shape (named Extended Valve) that can suppress the pressure fluctuations by air experiments and CFD calculations. Then, we also conducted steam experiments and CFD calculations to understand the differences between air and steam, and found that the pressure fluctuations in the middle opening condition also occured in the steam tests and the differences between the air and the steam were not remarkable. In this report, to clarify the effects of valve and valve seat shape in steam flow condition, we conduct the steam experiments with various valve and valve seat shape. As a result, we find the change of the valve seat can decrease the amplitude of pressure fluctuaitons, but can not quite suppress the pressure fluctuaions in the middle opening condition. Then, we apply the Extended Valve to clarify the valve shape effect, and find that the extended valve suppresses the pressure fluctuaions in the middle opening condition completely and decreases the pressure amplitude drastically.

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