8.3 タービン翼・ロータ等主要構成機器の開発

8.3.1 研究開発目標

　水素利用技術の一つとして、環境性に優れかつ画期的高効率が期待できる水素燃焼タービンのタービン翼、ロータ等主要構成機器の開発に関し、パイロットプラント開発のために必要な調査及び基礎技術開発を行うと共に、主要技術の次段階研究に必要な技術的方策を検討する。
　平成６年度は、タービン動・静翼とロータについての冷却技術に関する調査及び要素試験を行い、翼冷却の概念設計とロータの冷却試験計画を立案した。

8.3.2 研究成果概要

(1)　タービン動・静翼の冷却技術の開発
　本年度は1,700℃級の高温水蒸気雰囲気中での動・静翼冷却の成立性について、下記の３種類の異なる方式により概念設計を行った。

• 強化型フィルム冷却方式
• 内部冷却強化方式
• 全面膜冷却方式

　又概念設計に反映すべく要素レベルでの伝熱ならびに冷却試験を実施した。
　まず強化型フィルム冷却方式ではフィルム冷却の大幅な効率向上が期待出来かつ加工性に優れる冷媒吹き出し孔形状の抽出試験を終了し、横長ディフューザー孔を選定した。（従来型ディフューザー孔に対し15％以上冷却性能が向上）
　次いでこの結果に基づいた強化型フィルム冷却方式により、1,700℃級の第一段動・静翼の試設計を行い、冷却媒体の量（入り口流量基準の％表示）を従来技術べースより1.7〜1.2％（絶対値）低減出きる見通しを得た。
　内部冷却強化方式では低いアスペクト比流路での高性能タービュレンスプロモーターの特性把握試験を終了した。この結果を使用して内部冷却強化方式により、1,700℃級第一段動・静翼の試設計を行い、ほぼ目標の冷却性能が得られる見通しを得た。又、動・静翼への高圧・低温冷却媒体供給システム（300℃）に関し検討した。
　全面膜冷却方式（FCFC）により、1,700℃級第一段動・静翼の試設計を行い、ほぼ目標の冷却性能が得られる見通しを得た。試設計にて採用した要素特性を明確にするため、今後実施すべき空力および伝熱特性試験の計画立案を行った。
　又、1985年より1994年迄の過去10年間にわたる膜冷却技術に関する文献調査を終了した。この調査結果をべースとして冷却基礎試験計画の立案と試験装置並びに供試体の製作を終了した。
　さらに、上記３方式と異なる膜冷却方式により1,500〜1,700℃級第一段動・静翼の冷却構造の基礎検討を実施した。

(2)　ロータ冷却技術の開発
　本年度は主としてロータ伝熱特性を把握するための試験方法、試験装置並びに計測要領について検討した。
　ロータ伝熱特性を明確にするため、回転場での試験方法および試験装置並びにロータディスクの熱的境界条件について検討した。
　また、ロータの伝熱特性（キャビティーへの巻き込み量分布、ディスク表面等）計測試験の計画、計測方法についての検討を終了した。さらに、供試モデルの設計と製作を終了した。

8.3.3 今後の課題

　タービン動・静翼の冷却技術の開発に関しては本年度の成果をべースに要素レベルでの翼全体冷却性能の把握、翼冷却設計条件のサイクル特性に合わせた最適化、熱応力検討による翼設計の信頼性評価、要素レベルでの空力・伝熱特性把握試験等を実施し冷却設計に反映していく予定である。
　ロータ冷却技術の開発に関しては、今年度準備した試験装置により試験を実施し伝熱特性を明確にする予定である。