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論文

高温ガス炉ガスタービン発電システム(GTHTR300)の磁気軸受支持ロータダイナミクス試験計画

高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦; 小杉山 真一; Yan, X.; 松本 岩男*

日本原子力学会和文論文誌, 2(4), p.525 - 531, 2003/12

GTHTR300のターボマシンを支持する磁気軸受設計の妥当性を検証するために、試験装置を設計するとともに試験計画を作成した。ターボマシンは、フレキシブルカップリングにより接続したターボ圧縮機と発電機ロータで構成され、それぞれ2個のラジアル磁気軸受で支持する。両ロータは、定格回転数以下に曲げモード危険回転数を持つ弾性ロータである。磁気軸受負荷容量は、弾性ロータを支持する既存の軸受に比べ10倍程度大きい。試験装置は、フレキシブルカップリングにより接続した実機の1/3スケールの試験ロータにより構成される。磁気軸受負荷容量は、既存技術で製作可能な値として、実機の1/10とした。試験ロータは実機の危険速度と振動モードを模擬できるように設計した。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。

論文

高温ガス炉ガスタービン発電システム(GTHTR300)の動力変換系統の設計

高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦; Yan, X.; 皆月 功*

第31回ガスタービン定期講演会論文集, p.55 - 60, 2003/06

ヘリウムガス冷却高温ガス炉ガスタービン発電プラント(GTHTR300)の設計研究を行った。再生式閉サイクルにより、850$$^{circ}$$C,7MPaのタービン入口条件で45.8%の発電効率を得た。ターボマシンは、単軸,磁気軸受支持とした。タービン及び圧縮機は、各々93%,90%のポリトロープ効率を達成した。再生熱交換器は、プレートフィン型とした。効率が高く、安全性に優れた原子力発電プラントの成立性の見込みが得られた。本報告では、GTHTR300ターボ圧縮機の空力設計,動力変換系統設計及びターボ圧縮機の保守補修方針について報告する。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。

論文

高温ガス炉ガスタービン発電システム(GTHTR300)発電系の設計

高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦; Yan, X.; 片西 昌司; 小杉山 真一; 塩沢 周策

日本機械学会第8回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.189 - 192, 2002/00

本論文では、GTHTR300実証プラントの発電系設計により得られた成果について報告する。本プラント設計では、経済性を高めるために、主要機器の物量を低減することと高性能化を目指した。本プラントでは、ターボマシン,発電機及び再生熱交換器,前置冷却器を動力変換容器及び熱交換機収容器内に収納する。これらの機器や容器の寸法を最小化させて物量を低減する必要がある。本プラントでは中間冷却器のないサイクルを採用するとともに、前置冷却器はコンパクトなローフィン質ヘリカルコイル型として物量を低減した。タービンと圧縮機のポリトロープ効率の設計目標値をそれぞれ93%,90%まで高くして、翼形状を3次元化するなどして設計目標値を満足できるようにした。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。

論文

Improvement in the design of helium turbine for the HTGR-GT power plant

武藤 康; 石山 新太郎; 猪亦 麻子*; 岸部 忠晴*; 皆月 功*; 松本 岩男*; Levet, F.*

Proceedings of ASME Turbo Expo 2001 (CD-ROM), 8 Pages, 2001/00

本報告は科学技術庁から原研に委託された「高温発電システムフィージビリティスタディ」の成果をまとめたものである。熱出力600MW、原子炉出口温度850$$^{circ}C$$、圧力6MPaの高温ガス炉に接続するヘリウムガスタービン発電系統についての予備設計からの改良点につきまとめた。改良の目標はガスタービンロータのコンパクト化であり、タービンについては負荷係数とコード長さの変更により、圧縮機については詳細な応力解析によりコンパクト化に成功した。また軸系についても、磁気軸受の設計による改良を行い、高圧圧縮機とタービン間の軸受の削除及び発電機ロータの応答倍率の縮少に成功した。さらに、遠隔保守により、ガスタービンロータを収納容器から引抜き、検査の上、再組立できることを示した。これらの改良設計の結果、正味46%の高い熱効率の魅力的な設計概念を構築できた。

論文

Design study of helium turbine for the 300MW HTGR-GT power plant

武藤 康; 石山 新太郎; 福山 佳孝*; 納本 淳司*; 岸部 忠晴*; 山田 誠也*

Proceedings of 45th ASME International Gas Turbine & Aeroengine Technical Congress, Exposition and Users Symposium (CD-ROM), 8 Pages, 2000/00

本報告は科学技術庁から原研に委託された高温ガス炉ガスタービンのフィージビリティスタディの中で実施された熱出力300MW発電プラントの設計結果をまとめたものである。ヘリウムガスの比熱が空気の5倍と大きいことに起因して、ヘリウムタービンの段数が多く翼長が短くなる傾向がある。特に300MWクラスの比較的小容量機では、このことが設計上の大きな課題となっている。これに関し、まず回転数を高くして周波数変換器をつけた場合と同期回転数の設計結果の予備検討につき記し、後者について詳しい設計結果を述べる。得られた効率は、タービン、低圧圧縮機、高圧圧縮機に対して、各々93.09%,89.92%,90.25%であり、十分高性能であった。発電機設計及び軸系設計とも問題はなく、本プラントの技術的成立性及び熱効率が48.2%の高い値が期待できることが確認された。

論文

Design study of helium turbine for the 600MWt HTGR-GT power plant

武藤 康; 石山 新太郎; 田沼 唯士*; 岸部 忠晴*; 松本 岩男*

Proceedings of International Gas Turbine Congress 1999 Kobe, I, p.313 - 320, 1999/00

本報告は、電源特別会計予算として科学技術庁より原研に委託された高温発電フィージビリティスタディの成果である。熱出力600MWtの高温ガス炉(原子炉出入口ガス温度=850$$^{circ}C$$/460$$^{circ}C$$)に直接再生サイクルヘリウムガスタービンを接続した発電プラントのガスタービン系統の設計結果について述べる。タービンについては、段数、負荷係数及び流量係数の選定、圧縮機については、段数の選定及び設計結果としてのディフュージョンファクター及び負荷係数について述べる。設計の結果、タービン、低圧圧縮機及び高圧圧縮機の断熱効率は、それぞれ93.3%、89.3%、89.2%となった。発電機については本体の設計及び起動用電動機としての役割について記す。さらに、ダイアフラムカップリングにより3分割されたローターの軸系計算結果を記す。以上の設計結果として、正味発電効率として46.7%の値が得られた。

報告書

再処理施設における超伝導応用非接触技術に関する調査

not registered

PNC-TJ1556 97-001, 480 Pages, 1997/03

PNC-TJ1556-97-001.pdf:21.53MB

超電導を応用した磁気軸受を再処理施設機器へ適用する可能性とその要件を検討することを目的に磁気軸受動作の基本、高温超電導磁気軸受の研究・設計内容、技術の現状を調査した。この結果を総合して、再処理施設の非接触技術として高温超電導体バルク磁気軸受の可能性、有用性は非常に高いと判断した。これに実証し、再処理施設用の磁気軸受を開発するための設計データを集めるような実験研究は、これまで全く行われていない。ここでは再処理施設内機器用の磁気軸受の開発研究、具体的には高温超電導バルク磁気軸受を使った清澄機、遠心抽出機の原型モデル機の開発を提案したい。そのための第一段階として具体的な実証実験機の設計検討のための研究会ないしは委員会の発足を提案したい。更に、これまでは試作機器に即して考えられてきていた補助技術、特に、磁気軸受、高温超電導体の冷凍維持構造の設計、長時間運転液体窒素冷凍システム、高温超電導体バルクの励磁技術と装置開発および磁束フローによる磁場変動に対する捕捉磁場追加技術・装置の開発も実施することを提案する。

報告書

大型構造機器実証試験ループ(HENDEL)の設備概要と運転実績

大内 義弘; 藤崎 勝夫; 小林 敏明; 加藤 道雄; 太田 幸丸; 渡辺 周二; 小林 秀樹*; 茂木 春義

JAERI-Tech 96-030, 244 Pages, 1996/07

JAERI-Tech-96-030.pdf:7.65MB

大型構造機器実証試験ループ(HENDEL)は、HTTRの炉内構造物及び高温機器に関する性能及び信頼性を実証するための大型試験装置である。主要設備は、M+Aループ(高温ヘリウムガス供給系)、T$$_{1}$$試験部及びT$$_{2}$$試験部であり、1995年2月までの通算運転時間は、M+Aループで22900時間、T$$_{1}$$試験部で19400時間、T$$_{2}$$試験部で16700時間である。実証試験は当初の目的を果し、HTTRの設計、安全審査及び建設に活用された。また、10年以上の運転経験により、大型ガスループの運転技術、ヘリウムガスの取扱技術及び高温機器の保守技術を確立した。本報告書は、HENDELの設備の概要、1982年3月から1995年2月までの運転実績及び保守管理の内容についてまとめたものである。

論文

磁気軸受型複合分子ポンプ用保護軸受の大気突入試験

廣木 成治; 阿部 哲也; 岡本 正智*; 井口 昌司*; 中村 順一*; 中関 嗣人*; 村上 義夫

真空, 38(4), p.458 - 462, 1995/00

核融合炉の真空排気システムに使われる真空ポンプとしては、連続排気が可能で、トリチウムの滞留量を少なくすることができるターボ分子ポンプや複合分子ポンプ等の機械式ポンプが有望である。これらの真空ポンプとしては、トリチウムの滞留を減らし、据付面積を減らして、できるだけ炉の近くに設置するために、単機あたりの排気容量のできるだけ大きな、磁気軸受を用いた機械式ポンプが求められている。大型の磁気軸受型機械式ポンプの開発においては、誤操作等による大気突入で回転翼に発生する大きな揚力に耐えうる保護軸受の開発が重要である。そこで、高耐荷重を目指して試作した保護軸受を、排気速度が0.32m$$^{3}$$/sの複合分子ポンプに組込んで大気突入試験を行い、最大揚力が6.9$$times$$10$$^{3}$$Nの大気突入に10回以上耐えうることを確認した。

論文

Application of static induction transistor for high power driver amplifier

下村 寛昭; 加藤 道雄

4th Int. Symp. on Magnetic Bearings,Proc., 0, p.383 - 387, 1994/00

高温ガス炉を熱源とする閉サイクルガスタービン開発にとって磁気軸受技術がキーテクノロジとなり、ヘリウムを作動流体とする場合、ロータの高速化の結果、不釣合力と固有振動数の関係から、大きな支持力と減衰特性が求められる結果、巨大な駆動電力が必要となり、静電誘導トランジスタの応用と回路の改善で大電力化、高効率化とシステムの信頼性向上等が達成できるこを述べる。次に、予想されるガスタービン用磁気軸受の要目と静電誘導トランジスタの要点を示し、開発した増幅器主要部の構成と作用を解析し、直流及び模擬交流入力に対する基本特性について、負荷のインダクタンス、並列容量等と電気的特性との関係を検討した。また、電磁石インピーダンスと制御デバイスの等価インピーダンスとの整合の必要性、スイッチング周波数及び制御ロータ回転数と並列容量の関係等を明らかにした他、より高効率化を図るための概念に言及している。

論文

Application and working characteristics of HTGR components test machines with magnetic bearings

下村 寛昭; 川路 さとし; 太田 幸丸

Proc. of the 2nd Int. Symp. on Magnetic Bearings, p.93 - 99, 1990/00

HENDELにおけるヘリウムガス循環機及び同往復動式圧縮機に関する運転経験と各種試験結果から、これらの機能向上がHTTRを始めとする高温ガス炉の開発と信頼性あるいは安全性の向上にとって極めて重要であることが明らかになった。これら機器の大幅な性能向上を図るため、能動式磁気軸受を応用したHENDEL用ヘリウムガス循環機(ガス軸受式)と同規模な循環機に相当する高速模擬ローター試験装置及び高速無摺動ピストン式往復動圧縮機を試作開発し、各種試験を実施した。これらの作動特性と検討結果から、各々の機器に関する実用機開発への見通しが得られると同時に、能動式磁気軸受システムの問題点も明らかになった。より高性能なシステムを実現する上で制御安定性を広い領域で実現することが大切であり、現状は必ずしも満足でないことも判った。高性能化するための解析的計算例を示すとともに原理的改善策にも言及した。

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