高温ガス炉ヘリウムガスタービン

Helium gas turbine of high temperature gas cooled reactor

高田 昌二; 滝塚 貴和; Yan, X.; 國富 一彦 

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

GTHTR300は、原子炉で850Cまで加熱したヘリウムガスでタービンを駆動する直接サイクルガスタービン発電システムである。動力変換系の設計では、可能な限り既存の技術に基づく設計とすることで、要素技術開発項目を少なくした。システムは、中間冷却なし再生式サイクルを採用した。閉サイクルヘリウムガスタービンと圧縮機は高ボス比・多段型となり、端壁境界層厚さが翼高さに対して相対的に厚くなることから、空力性能上不利となるが、これを克服するために翼端壁部の翼入口角を流れに合わせるなどして、設計目標値ポリトロープ効率93%,90%を満足させた。設計の結果、発電効率は45.8%となり、安全性に優れ、発電コストが4円/kWhとなる原子力発電プラントの成立性の見込みが得られた。高効率ヘリウムガス圧縮機の設計手法を構築するために、1/3スケール圧縮機モデルにより、端壁境界層を抑制するための端壁近傍での翼入口角の設定方法を構築するとともに、設計式の係数を修正することにより、目標の90.5%を満足する高効率ヘリウムガス圧縮機の設計を完成させた。

Gas Turbine High Temperature Gas Reactor GTHTR300 is a direct cycle system in which reactor outlet helium gas at 850C is used to drive gas turbine. The design direction was to improve economics by combining existing technologies without breakthrough far from current technology level. The power conversion system design employed non-inter cooled regenerative cycle. The 3-dimensional blade design of the turbine and compressor, in which inlet blade angle was matched with inlet angle of flow, achieved high polytropic efficiencies of 93% and 90%, although they have disadvantages of high boss ratio and stage numbers. As the results of the design, the electric cost was estimated to be below 4 yen/kWh showing the economic competitiveness against LWRs. To establish design method of high efficiency helium gas compressor, a 1/3 scale compressor model aerodynamic performance test was carried out to design the inlet blade angle around the endwall to reduce endwall boundary layer thickness, as well as to modify coefficients of correlations for design. The design of high efficiency helium gas compressor was completed to fulfill the target efficiency of 90.5%.