GTHTR300用ヘリウムガス圧縮機モデル性能試験

Aerodynamic performance test of helium gas compressor model for GTHTR300

高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦 ; Yan, X.

Takada, Shoji; Takizuka, Takakazu; Kunitomi, Kazuhiko; Yan, X.

GTHTR300用ヘリウムガス圧縮機の設計にあたっては、空力性能向上及び磁気軸受支持軸系振動特性の向上を目指すうえで必要となる各技術課題を解決できるように、設計上の工夫を提案した。GTHTR300用ヘリウムガス圧縮機の効率向上のため、動翼チップクリアランスを約1mmに低減する設計評価手法を開発し、実機の1/3スケール、4段の圧縮機モデルによる空力性能試験により検証する。運転中のチップクリアランスが約0.4mmになるように、解析により運転中の動翼チップクリアランスを評価するとともに、光学式センサーにより計測した。これにより、定格回転数10800rpmにおけるヘリウムガス中での空力性能試験に成功した。圧縮機モデルの断熱効率と圧力比の流量特性を、ヘリウムガス圧力を0.196から0.883MPaまで変化させて計測した。試験の結果、設計圧力比における断熱効率が約84%となり、設計値を満足することがわかった。これにより、GTHTR300用ヘリウムガス圧縮機においては、設計どおり90%以上の効率を達成できる見通しを得ることができた。なお、本件は文部科学省から原研への委託により実施している電源特会「核熱利用システム技術開発」の「高温発電システム」の内容に関するものである。

Design and evaluation method to reduce blade tip clearance to around 1 mm, which is around 30% lower than that of the same power industrial air compressor, was newly developed for the helium gas compressor of the GTHTR300 to enhance design efficiency. The method was verified in the aerodynamic performance test using a 1/3 scale, 4-stage helium gas compressor model. The blade tip clearance was numerically evaluated so that it should be around 0.4 mm in operation, and also measured during operation by using optical displacement sensor in the test. Aerodynamic performance tests were successfully carried out using the test model, which was connected with a helium gas loop. The inlet pressure was varied from 0.196 to 0.883 MPa. The measured efficiency was around 84 % at the design pressure ratio and the rated rotational speed of 10800 rpm, which prospected that the helium gas compressor of the GTHTR300 can be operated with efficiency over 90 % by extrapolation. The present study is entrusted from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan.