大容量蒸気タービンの動向と計画上の諸問題

大容量蒸気タ｢ビン特集

大容量蒸気タービンの動向と計画上の諸問題‥…………･47

タービン長翼の開発‥……‥‥‥･54

蒸気タービンロータの熟疲労と問題点‥…………･60

島根原子力発電所465MW原子力タービンの特徴…‥…‥･…･66

遷幸云の自動化と電子油圧式ガバナ(EHG)‥‥‥…‥‥‥70

大形復水器の過渡特性‥……‥‥=･75

U.D.C.る21.1る5-181.2

大容量蒸気タービンの動向と計画上の諸間

Trend

_ToYard

_{Lar9e-CaPaCitY}

_{SteamTurbines}

_and

Problemsln

Plannlng

加藤正敏* 〃耶αJ耶力i‰J∂

Pl∂nned _{unit capacities ofthe｢ma】and nuc】e∂｢POWe｢Pl∂ntSin+∂P∂n} are being

increased from _the former 6000｢700MW _{t01.0000rl.100M〉〉0r} eVen tO

l.500MW′ _{aPPrOaChing thelevelinlhe} U.S.A.The _tendencv forlarger _unit

CaPaC柑esofsteam tu｢binesisdiscussed.togethe｢with｢ese∂｢Ch _{resultsonproblems}

related to the bucketand the｢oto｢.aswellasonthevariousphenomenainvo】vlng

la｢gebe∂｢ings.

ll

緒

言 わが出の経済の発展につれて電力需要の伸びはめぎましく, 昭和50年までの予想ほ依然として年11%台の伸び率が予想さ れている｡一方,電源の構成は昭和45年には火力66%,原子 力2%であったものが,昭和52年には火力66%,原子力14% と原了一カユニットの糊カロが目だち,ここ当分は茶気タービン が安立な電力供給源として￣の役割を果たすことになろう｡ま た,経済的に電力を供給するために単機容量がより大容量化 する傾向にある｡発電所の運転員の数は300∼1,000MWで, あまり変わらなし-ということがいわれており,大容量化によ る性能の向上が期待されることも考えると,今後ますます人 容量化の方向に向かうものと思われる｡わが国においても昭 和55年までの間に1,000MW以上のタービンが年間6∼7子i の割(ナで建設されようとしており,これら大答量タービンの 動向と計画上留意しなければならない点について述べ,おお かたの参考に供したい｡

B

大容量蒸気タービンの動向

アメリカのConsolidated Edison _{Ravenswood発電所第3}

号機が1,000MW(CC6F-40,主蒸気条件169kg/cI□2g/5380c/

5380c,排気圧力1-■Hg

Abs･,回転数3,600/1,800rpm)の1

号機として1965年に運転を開始したが,TVA _{Paradise発電} 所第3号機1,104MW(CC4F-52,246kg/cm2g/5380c/5380c, 15''Hg･Abs･,3,600/1,800rpm)がこれに続いて1969年に運 転を開始した｡現在,製作中のものも含めて,貴大答量機と しては,火力では1,300MW機(TVA.Cumberland発電所第

1号機)が1972年7月に運転草間始した｡

瞭千カタービンの数はさらに多く,正確な数字はつかめな いが,筆者の手もとにある資料によればアメリカだけでも数 十台に達している｡わが国においても昭和48年より1,000MW ;扱タービンの設置計画が本格化し,昭和55年までに年間平均 6∼7台が計画されており,原子力ユニットの割でナが約70% を占めている｡現在,すでに火力1,000MW機(昭和49年運転

開始予定),原子力1,100MW級機(昭和51年運転開始予定)

が着工されており,昭和52年には原子力1,500MW機,昭和53 年には火力1,500MW機の着工が計画されている｡アメリカで は過去単機容量は20年間に3倍の割合で上昇してきたが,わ が国における大谷量化はアメリカに比べ約5年ほど遅れてお り,1970年代後半にはアメリカに追いつく ものと推定され ている｡そのため600MW機から1,000MW機,あるいは1,000 表l _{アメリカにおけるl,000MW以上大容量機設置,計画状況} 大容量機で世界をリードLているアメリカにおけるl,000MW以上の火力,原子 力の設置,計画1状況を示Lたもので,l号機は火力であるが,二将来は原子力が 多数を占めることを示Lている｡

TablelLa｢ge Steam TurblneSin U.S,A (A)火力 電 力 _会社名 発 電 所 名 出 力 (MW) 運 転 タービン 開始年 メーカー TVA TVA Oh10 Pov〉er Oh【O Povィer TVA Duke Pow〔汀 Duke Pov)er CorlEd】SOrl Cumberland Gavln Al¶OS ParadlSe Bel10VJS Creek Bellows Cl-eek R(川enSVJOOd l,300 l,300 l,104 l,080 l,080 l,000 1972 BBC

t973l

1974 1 〃BBC GE 5 3 9 7 7 6 9 9 q】 _E E E 叩 G W W は州 19了4 1975 AC 5 6 9 (B)原子力 電 力 会社名 発 電 所 名 出 力!運 転;タービン (MW) 開始年 メーカー D(ヱtrOlt Ed】SOn TVA TVA R川-1lc=1d GeJlヒ†｢∂lEJul:ll-1C Consoll EdLSOn Pa111flr了 Gヱ】S & Elし!Cl川 P†1=∂(州ll11,∂ E【しじtrlC PubllC S亡IrVICe Pub11C S(汁VICe M■C1119an E】ect｢lC MICh咽an Elect｢lC Co11¶†10rl＼〟Cd州1E山so11 Corrlnl()11VJCa州1Eし+lSO【1 CorlSOll EdLS【〕n Pi】(:‖ト(】(jilH & El=∴)lr￣lじ G∂S 〔;as EnrlCO Ferml Scquoya SeqしjOya B｢ow｢1S Fe｢｢y B｢0〉∨nS Fe｢｢y B｢ow【1S Fe｢｢y T｢01arl Ve｢plarlCk D■abl〔)Ca11yO■1 PeacrlBottom Peach Bottom Salenl Salem Dorlaldc Cook Donaldc Cook Z10n Z10∩ lndLan Po+rlt Dlablo CarlyOn Bu｢=∩9tOrl Bu｢=叩tO｢1 l,202 ₁₉₇₄₁ EE

･,-7･l･973

l WE l,171 19了4 WE l,152 1970 GE l 1971 ,,152 l,l引 l,148 l,109 l,098 1,098 l,095 l,095 l,089 l,089 l,085 l,085 l,068 ll,060 1 1 l,845 2≡ l,045 〃 GE岨WE GE GE WE WE GE GE WE 〃 2 4 3 4 -3 つ乙 3 2 3 2 3 -つL 7 ｢/ 7 7 7 7 7 ｢-7 7 7 了 7 7 9 9 9 q) 9 9 9 9 9 9 9 凸コ 9 9 ｢[ W 2 7 9 * 口,カニ製作所日立工場

大容量蒸気クーヒンの動向と計画上の諸問題 _日立評論 VO+.54 N(〕.9 806 原子力 .〇〇〇 500 (き芝) 前召 火力 0＋1970171172173174175176177■ 運転開始年虔 図】 _{アメリカにおける運転開始年度別最大出力} 各電力会社, 電気事業関係で現在工事中の火力,原子力の単機最大出力磯を示す｡

Fig.1Maximum Unit Cappacity Ve｢sus Yea｢Of F汀St

Ope｢ati-0∩(∪.S.A) 0 0 0 3 --1,000

甲拒昌芝宝…

1.050￣r l.00C 900 800 ト000 900 800 700 ￣600 500 400 3(〕0 2()0 100 0 昭 1.000 3-000 2.7(〕0 2.400 2.1〔)q ト800 1_500 し200 900 600 300 0 600 950 ン苧 2.400琵■ 賢彗攣撃琴ユ､ミつ｡=苧≡､′≦㍍′′山､､ 芸〇ルエ､ぶミ

l

謹､藁､乙∧ 1,450､ミ ト250 二ここ′1く㍊､翼､ 野際駅こ‥ 350-265

175f

660750 和25年 35年 _{年度 45年} 55年 図2 _{単機容量,主蒸気条件の変遷 日立製作所における昭和29年度} からの単機容量,主蒸気圧力温度,再熱温度の変遷を示す｡

Fig.2 P｢og｢ess _{oflnitialSteam} Condition Unit Capacity

の円め品qの＼のOr 叱 一 【 500 400 (ぎ竜三モ 棚轢蔽蔵簑 300＋ -0 器￠＼∞叩の＼￠寸N 甲叩の＼若やぶ空 岨①の㌦NNの＼∞叩瓜＼め寸N 断熱熱落差(2段再熱〉 ￠冨＼申m爪て等N 熱熟汚差(】段再熱) l † l l 事 I l＋ 500 1,000 出力(MW) (､二こ琳解轍叫 ∩> nU OO OO 2 図3 _{出力一断熱熟落差,主蒸気} 出力別に主蒸気条件の違いによる 全断熱熱落差を示す｡過去に熟語差を増Lながら出力を増Lてきたが,l,000MW 級はふえていないことがわかる｡(添え字は主蒸気圧九温風再熱温度を示す｡)

Fig.3 Adiabatic Heat _Drop,Steam Flow Ve｢SUS SteamTu｢bine Capacity MW機から1,500MW機へと一挙に50%もの大幅な単機容量 の増大が見込まれている｡これは国一家公益に徹した仁輪作の 確保が前提条件であり,この点われわれ機器メⅥカーに与え られた使命の重大さをあらためて痛感するものである｡ 口立製作所における単機容量および主蒸気条件の変遷は, 図2に示すとおり昭和29年には88kg/cln2g/5100cと現在の一-･ 般自家用火力並みの蒸気条件であったものが,昭和32年には 初めて102kg/em2g/53SOc/5380cの75MW再熱タービンが出現 し,現在の大容量化の先駆となっている｡それ以来,単機容 量の増大とともに昭和35年には169kg/em2g/5660c/538◇cに蒸 気条件も上昇し,169kg/cIn2gの時代が175MWから350MWの 附しばら〈続き,現在の先端をいく500MW,600MWは246 kg/cm2g/5380C/5660cへと上昇したのである｡図3および図4 は各出力別の主蒸気条件と熱落差および主蒸気量,さらに各 山力別の主蒸左{の容積7充量を示したものである｡過去に蒸1t 条件を改良するとか,再熱式にするとかによって効率の向.L を阿ってきたが,主蒸気才温度はポイラ,タービンの使用材料 の制限から現在538∼5660cで停i帯している｡圧力についても イ今までのように大幅に高くすることはむずかしし-と思われる

∞軍冨＼トNT〆

慧＼の軍NO-レ′

一 -▲0 5 (∽＼わ∈)ゝ 榊喋幣飾 十 1 0 W .〇〇川 5力 出 の謡＼凸面の＼爪あ｢

/

雷の＼のりの＼等N 冨の＼Nのの＼∞のや＼等N-ヽl小､lヽ l 1 100 図4 _{出力ー主蒸気容積う充量 出力別に主蒸気容積流量を示す｡350} MWと600MWでは,容積)充量が変わらないことがわかる(テ泰字は主蒸気力,温 度,再熟温度を示す)｡

Fig.4 Main Steam Vo山me FIow Versus Steam Turbjne

Capaclty ので,熱満差を増すことによって効率の改≡淳を阿ることは今 後州難になってきている｡J京イーカ発電用蒸乞もタービンにおい ては,将米原-￣チ炉の改良,発達により不シ毛条件も改良されよ う _{としており,それによってさらに効率の向上と容量の岬大} とが其朋寺される｡ 図4の苓柿流量にみるとおリ350MWと600MWはほぼ同じ 値であるが,1,000MWではほぼ比例して増加しているのがわ かる｡1,000MW級大容量タービンの標準形式は表2に示すと おりである｡

臣】 大容量化に伴う諸問題

図6は1,000MW級タービンの組立断面図の一例(TC6F-33.5,主蒸気条件246kg/cm2g/5380c/5380c,回転数3,600rpm) を示したものである｡大容量化が主蒸気条件の頭打ちによっ て図3および図4にみるとおり容積‡充量の増加につながって いる｡作能を落とさないで大容量化を【遡るためには必然的に 巽車環二状面積を増すこととなり,翼長を増すことによりケー シングの胴が太くなるかあるいは袴流化することによl)軸方 向1￣十法が伸びる結果となり,いずれにしても容積流量が増大

大容量蒸気タービンの動向と計画上の諸問題 _日立評論 VOL.54 Nり.9 807

表2 _{大容量タービン標準形式 火九原子力用大容量蒸気タービンの標準形式を示すもので,形式を}

示す記号はそれぞれTC:タンデム形,CCニクロス形を示L,低圧フロー数および最終段翼長を示Lている｡

Tab】e 2 Standard _of Large Stea汀1Turblne

種 別 _タ ー ビ ン _構 成 _{形 式} 回転数 (rpm) 標 準 出 力 (MW) 火 力 rl ′げ TC4F-33.5 _3,600 700 TC4F-33.5 _3,000 IP _CC4F-41 3,000/1.500 1,000 CC4F-43 3,600/1,800 TC6F-33.5 TC6F-33.5 3,600 3,000 王P ㌫(弓 CC4ト52 _3,600 1,500 CC4F-52 _3,000 種 別 タ ー ビ ン _構 成 _{形 式} l 回転数 (rpm) 標 準 出 _力(MW) 非再熟式 再熱式 原 子 力 L 〟滋感 三こ′ここ㌫′′∫′だ､訳､′ニュ1､㌃て ■:ほ r TC4ト35 TC4F-38 TC4F-43 TC4F-52 1,800 523 590 808 550 620 850 L130 TC4F-35 TC4ト41 TC4F-52 1,500 523 734 1,070 550 772 L128 L で､ン三琵 ■■:l▼ r 済済溝′喝､慧 TC(∋F-35 TC6F-38 TC6F-43 TC(∋F-52 1,800 784 886 1,212 825 932 1,275 1,690 TC6F-35 TC(SF-41 TC6F-52 1,500 784 LlOO 1,605 825 1,158 1,690 HP二高圧タービン 】P:中庄タービン LP:低圧タービン するので主さい_【L弁,加減弁から排1く主に至るすべての機器 が大形化する｡裡流イヒによる問題,軸スパン棚人に伴う構造 _卜の問題,ケⅦシング弁=規の大形化､さらには軸卜/しク印加 により軸径が大きくなることによる軸ノ豊の人形化,カ･ソブリ ングの大形化など従来の某紙のある技術の延士主として見直二す 必要が出てきている｡大容量化には設計,製作,運転__l二多岐 にわたる問題があるが,ここでは以下七とLて設計上の問題 ノ.1二について述べる｡ 3.1 _初段動翼 谷柿流量の増加によって賀長が増大するので,火力600MW 機以上に対しては慢流にすることによって翼良を半分に轟縞′J､ し蒸気による曲げ応力の軽減を図ることが行なわれている｡ Revenswood第3号機では高圧初段を稜流にし,さらに全問 噴射することにより裕度を設けている｡高圧初段巽では単流 で600MWの実績があるため,そのまま複流にすれば異につい ては1,200MWまで可能である(_､また､中仔細f貨巽は単流で 600MWまで実用化されているため,それを棲流にすることに より1,200MWが可能である｡特に高庄初段は蒸ちいこよる曲 げI心力ばかりでなくノズル調速における部分噴射により羽根 の【瑚有批ヱ約数がノズル肋振振動数に共振しないようにテノン をかしめた状態で固有振動数を十分確認しておく必安があろ つ(1 小』初段については谷枯淡呈の岬加とともに蛋を士主もにくな るが,さらにf止伎が1年熱f法度と.;!㍍くなるためクリープ強度が 低下する｡特に遠心応力が苦Lくなるため,従来のくら形ダ ブテイルに代わって逆クリスマス形ダブテイルを･採用する他 l｢小二ある｡再熱i温度5660Cの場合特にきびしい条件となり､ 従来のCr-Mo-Ⅴ鋼に代わって12Cr鋼ロータの抹用か才一えら れる｡12Cr鋼ロ【タ柑の一例として日立製作所では産業用の 高速タービン用ロータに使用し,すでに良好な逆転笑殺を持 っている｡ この材料の特長は12%Crステンレス鋼の耐食性に加えMo, W,ⅤおよぴNbを加えて高温強度を増し,さらにCuの添加に より遷格f且度の低下を図った点である｡本12Cr鋼は従来の Cr-Mo-Ⅴ鋼に比べて30%程度の強度の向上が￣叶能となっ7こ｡〕 なお12Cr鋼ロータにつし-てはジャーナル部および軸′乏の拙似 をl妨+とするため,ジャーナル部およぴスラストカラーに紙ナナ 金銅スリーブを焼ばめして他用している｡

大容量蒸気タービンの動向と計画上の諸問題 日立評論 VOL.54 No.9 808 パ､､官主㌻+ ｢

￣止1…､′′､-ノ′広･献

腎

′/√一叫､ゝ､ ノ′∠ 魯 砂 r認ゾ__肌んWY一__､宙;

喜′ミモ

唱 矧 ㌔ 室ヨ 叫胤 し+Ljん 多こ-′ノ､､こ帝

ノ｡′讃妻芯､攣､⊆ミ､光義′〟警以轡∧､小三頂〉､"欠､叩≒ゎこぢ珊‥義弟､一義義表き:'こ手窓㍗ぷ琵､､;器こだご､

′､､￣_琵き警≡雫苧軍警攣≡警…ミ⊆二琴琴攣翠撃≡≡藁′二撃蔓室…宴怒立短絡'･べミ芦欝苧

〉_▼｢′¶ミ転ミ､∴こ メ率惑i:叫

蛮還

≡￣i℃㍍≡沃む≦≡ ､､…姦箋′蛋薫三栄亨 図5 火力1,800MW,TC6ト33.5のタービン断面図 l,080MW,(TC6F-33･5)蒸気タービンの組立断面を示す｡

Fig.5 C｢oss Section _ofl,000MW Steam Tu｢bine

3.2

_{低圧最終段動嚢}

イ氏J十三拉終f貨勃発として現二在翼長52■'までの巽を有しており, その組み†干せによって表2に示すとおリ1,500MWまで可能 となる｡2椒機(3,000または3,600rpm)用巽は現在のところ 33.5''まででそれ以上はすべて4極機(1,500または1,800rpm) 糊である｡2極機用翼をさらに長巽まで可能にすれば機器も コンパクトになるが巽の材料面で比重の′トさい特殊鋼を採用 Lなければ現在の33.5''を大幅に延長させることはむずかしい と思われる｡鋼より比重の小さい回転比強度の強い材料とし てチタン合金,あるいは将来の問題としてFRP(Fibre Rein-forced _{Plastics)巽が考えられる｡チタンでナ金輿は-一一部にす} でに採用されているが,材料費が従来の12Cr鋼に比べて高価 であるばかりでなく切削性が悪いという難点がある｡ FRP輿はか'スタービンコンプレッサ翼としてロールスロイ ス杜などでかなり研究が行なわれており,近年は航空機など に使用されているものである｡FRPには椎頬があるがタービ 低圧蒸気入口

く･･-し

/′/ / スクープ

く-＼

低圧第】段 図6 _スクープ Fi9.6 Scoop ン巽としてはCFRP(Carbon Fibre)またはGFRP(Glass Fibre)が考えられ,比車が鋼の%で引張強度が鋼に匹敵する ため,【自1転に対する比強度がきわめて大きいのが特土主である｡ タービン最終段翼として使用した楊介,問題は子吉i与り蒸乞もの水 滴によるエロージョンをいかにr坊ぐか,また巽付枇部を含め た成形法をいかにするかにあり今後の問題となろう｡ 3,3 _{ロータ冷却} ロ∬タを低i比蒸気で冷却することにより,クリープ強度を 向+二させることも大容量化に伴う･一つの問題である｡前記 Revenswood節3号機も稜流ヰ庄段入口部に低氾再熱蒸;もを 導入してロータを冷却している｡また2段再熱式タービンに なると低圧タービン人Uが4000C近くにもなるため,Niを成 分とLている低圧ロMタの脱化(ぜいか)防止の点からもロ∽ タの冷却は重要な問題となる｡このためイ氏仕口mタを冷却す るため,低圧第1段後の約3500cの低iよ乙蒸気をデスクにあけ られたバランスホールを過して低圧第1段前の上流j充にかき →

†

低圧第l段 _スクープ

C

ノ

＼

ロータ冷却の一例とLてデスクバランスホールに取り付けたスクープによる方法を示す｡ J

大容量蒸気タービンの動向と計画上の諸問題 日立評論 VOL.54 No.9 809 .l二げるスクープ装置(図7)を設けている｡バランスホ”ル の部分はデスクの回転により約200m/sの間遠となるが,それ による動庄をスクープによI)デスク前後の圧力差に変換して 低音且蒸気を第1段前の入口高子足部に送り込むもので,日立で は実機相当モデルによる回転試験を行なって期待どおりのス クープ効率(動圧回収効率)が得られることを確認している｡ 3.4 _{ジャーナル軸受} 現在運転中で日立より納入したタービン軸′受の最も大きい ものは2極機では9什長円上射形軸受である｡1,000MW機に なると22∼25′■になるので∼由膜のi充れが従来の層流.より乱i充に なることにより損失の増加,通過才由量の減少,パピソト温度 の上昇などが問題になる｡実機17′'長円上射軸受による試験結 果は図8に示すとおりである｡約2,400rpmを境にして層子兎か ら乱i充に移行するが,定格3,600rpmにおいては従来の層流に よる計算よりも約50%ほど損一失が増していることがわかる｡ パピソトメタルi且度は油膜がいちばん薄くなる位置の近辺 にて温度が最高となり,回転数にかかわらず排油i止度より約 300c高い値となる(図tO)｡パピソトメタルの軟化沈り空は135 ∼1500cであり,排油?温度は一般に750cを苧竿報点としているた め十分安全な値といえる｡またパピソトメタル最高i比度は軸 受の上射溝(こう)を流す冷却のための油量をコントロールす ることによってある柁度下げることが可能であI),大径軸′壬 においてもさほど問題になるとは思えない(図8)｡スラスト 車由′豊については現有のスラスト軸受で1,500MWまでの.汁画 は十分消化できると考えられる｡大容量タービンの軸受とし ては,今後スラスト軸′受も含めて損失と油量の減少が一一つの 課題となるであろう｡損失低i成はタービン惟能向上につなが るし,主油ポンプ容量が当面設置計画のある大容量タ【ビン では1,000MW機でTC6F33.5,3,600rpmの場合が最高で, 約15,000J/mにも達すると思われる｡原子力タービンでは1,500 MW(TC6F52,1,800rpm)が約13,000J/mであり,し､ずれも 250MW火力用ボイラ給水ポンプのラ充量にもⅠ些赦するもので 匡1了 _{ロータク令却試験装置 スクープによるロータ冷却試験装置を示す｡}

大容量蒸気タービンの動向と計画上の諸問題 日立評論 VO+.54 No.9 ₈₁₀ 200-き ..ユ∠ 水 繋100-乱流による計算値､ ｡＋

㌦狩好ヂ

l 0 1,000 2,000 回転数(rpm) 給油温度40.5Dc

＼㌦か＼実測値

層流による計算値 】 1 3,000 _4,000 図8 _{軸受損失 実機げ長円上射軸受について乱流域における損失の増} 加を示す. Flq.8 Bea｢l叩+oss ある｡ 3.5 _{複;充ノズルボックス} 自;J記Ravenswood第3号機は世界初の1,000MW機でパー シャルロ【ド運転はせず,ベースロード機とLてイ削口される｡ そのため､ノズル調速は行なわず全問噴射でノズルボックス を川いず直接綾子充初+設に蒸与もをi允してし､る｡ノズルボックス がないため主蒸1毛が直接ロータに触れるケーシングの円筒 部が小さく380MW並みの人きさであるといわれている｡わが 阿では600MW以ヒの火力用タ【ビンでは車如允ノズルボック スを採11-=ノ複流化することにより初段巽を楽にL,大容量化 をI宝トフている｡ 3.6 _{ケーシング} タ【ビンの大ノ存呈化に什いケーシングも人形化Lてくる｡ -呪爪汁画している1,000MW車幾と実績のある600MW機とを比 較してみると,高圧外ケーシングで仝上主,幅とも200∼300皿m Jl■川口Lている｡ケーシングの人形化により水平フランジの必 源

3胃許｢≡罠【j

穀丁

＼

＼

＼

一一亡≦ ･90dc 80十 60十-､_← 一-一一+30トフ＼ ノ′′20←-+ ､′■＼1P｢-･一丁′ コ･､ オーバショット

芦β温度

ゝ/ハ＼ / 1給油, 43.75凸C ････㌻モ転￣､二＼Yノ､ 十十Y ヾ 転､ 十 ■十 ′ J/ ￣十￣￣--_→__-＼＼⊥_{￣￣￣､-､_+}

丁￣￣￣￣丁￣⊥

､+7ノr

+/′

力≠

由 給

/7

図10 _{パピットメタル温度分布} 定格運転中のパピットメタル温度分 布を示すもので,上射溝によるフ令却効果が著Lいことがわかる｡

Fig.10 Temperature Distributionin Babbit Metal

紫紺†1J￣力も増してくる｡水平フランジの役めはケーシングの _トート方向の剛′円+二村してはほとんど効果なく,主として円筒 部分で上下￣方｢〔りの剛性を受け持つもので,フランジはメタル コンタクトにより高圧蒸左tを完三仝にシ∬ルできればよい｡蒸

1t漏れを起こさない条件としてはケーシング内側面庄が負に

なって(′u閃き)ボルト穴に貫通することなく連続して耐圧 が得られることである｡従来,フランジは完全剛体と考えら れていたが,実体に合わないため弾性体として考え有限要素 法により計算を行なった｡日立で行なった三次元光弾性試験 による血圧試験結果(図1り が有限要素法によるi汁算結果と

謬

空′息器;_{室ゾ捌′::} ミニヅ､実ご∧く二 図9 軸受試験装置 _{17■r長円上射軸受試験装置を示す}

大容量蒸気タービンの動向と計画上の諸問題 日立評論 VO+､54 Nり.9 ₈₁₁ 25 20 10 ー一丁 l 1 l

｡+｡

Xl C〉 ￣ ｢ l l

△望

×㌔/

40 30 40 〇 . 2 ､王 へ / ＼ />＼ 10 0 計算値(有限要素法による平均面圧) 光弾性実験(a軸上) (b軸上) 光弾性実験(c軸上)

才

＼＼ ン′ _､ ＼＼ / / / ､> ＼ ノ>ヽ 10.7 21.4 0 図Ilケーシングフランジ面圧分布 _{三次元光弾性によるケーシン} グフランジ面庄の分布を示すもので,フランジを剛性体と考えることが,むり なことがわかる｡

F唱･ll Contact Pressure D事Slrlbutionln Caslng Flan9e

ほぼ一一:改することを確認している｡また,実機の%糊当のモ デルケーシングによってフランジのシール効果を確認Lてお り,将来の人茶壷化に備える一枝礎弓肝究を芳子々と進めている｡ 将来,さらに人きいフランジ締付力を必要とすることも考え れば現在の12Cr,Mo-W-Ⅴ高批ボルト柑に代わる新しい強力 ボルト柑の出現も望まれるところである｡現/†￣∴ 500∼5500C で従米の高托よボルトに比べて2∼2.別語強いボルト柑の各純試 験を一進めている(, 3.7 _制御装置 タービンの大谷呈化に伴って発生するおもな問題点を紹介 したが,二の他にも大∪径化する弁頬,才.fに憤十プJ川蒸乞くタ ービンでは1,500MWでは二王ミ蒸こい1二め弁が28′'×4にもなると ′出われる｡人寄道化に伴う負荷しゃ断Fけのi削垂の問題も車安 である｡アメリカでは非瑞調速機の設滋に制限がないためか, アメ■jカ某発`こE所(469MW,TC4F-26)では114∼115%に設 左したものもあり,わが川のように統一一がなされていない｡ 従米は負荷しゃ断帖,土恭1t_】トニめ弁,再熱恭;(止め弁は全問 のまま加f成弁,インタ∽セプト弁別御によりコントローールさ れていたが,さらに二上恭乞{止め弁､1ヰ熱蒸乞i_lLめ弁をも仕っ て,コントロールすることも巧■えられておr),大谷違タービ ンにはノ上丘イヾ由托式ガバナの採用が儒識となってきている｡屯 十油圧式ガバナを採用することによって機械式に比べ穀大連 性_L昇平で0.7%程度￣卜げうることが確認されている｡さら 図12 _{タービンケーシングフランジ三次元光弾性試験 タービン} ケーシング三三欠元光弾性のLま模様を示すu

Fig･12 3Dime=Sio=alPhoto Elastic Test _{o=T=rbine Cas■ng} F】an9e

′.$､

図13 フランジテスト用モデルケーシング

る水圧試験､状況を示す､つ

Fig･13 _ModelCasln9 for Flange Test

モテリレケーシングによ に適性_卜汁率を押えるためには制御装2亡ばか1)でなく スチー ムチェストなどの残瑠力覧1tが少なくなるような機器の軋ii′こ, 【i貨.汁が必要となろう1 【】 結 言 わが[車1の火プJあるいはJ爪/+J発1､ににおいては,すでにjぅり夏生 谷最1,000MWあるいはそれを_卜州る超プヾ形機の時代にノ突人 している｡乍や上it機布石の血では世界の克之砧水準をいくもの であり,容量が人きくなればなるほど必然的により∫てtい､技術 rりイしぎ和i性が要求きれることになる｡ われわれ弓幾器メ∽カーは,これら大谷岩機のIliめる什仝｢ⅠてJ 使命の重大さを卜分よく認識L,柑J_〕れる知嵐 経験を総動 員Lて絶対に妄1モな機1城を製造するぎ主務をイ∫Lている｡,二の ために,二れまで土主期にわたり各仰の′り壬礎研†究,.;∫川三.;Jし験を 仙み丘ねてきたが,二れからもいっそうこの開発研究に努力 を傾注LていかねばなJ〕ないと巧一えている｡ 参考文献 iは源】iり発♂)触賛IJ那L146年壮 加1略ごまか:‖_て工ごれ論_{531097何て46-11)} 桃化克郎:火力発ノ■に VOL185,185(F捌7-2)

J･M･Driscollほか:Journalof _{Engineering for Power}

April(1964)