インパルス逆コンバインドタービン

複合サイクル蒸気タービン

コンバインドサイクル蒸気タービンは、ガスタービンと組み合わせることで運転される高効率発電設備です。ガスタービンの排熱を回収して発生する蒸気で駆動します。このタービンは、複圧再熱復水蒸気タービンに属し、高中圧シリンダ（衝動型）と低圧シリンダ（対称逆流反応型）を一体化した構造設計を採用することで効率を高め、発電効率は約60%に達します。

反動型蒸気タービンと衝動型蒸気タービンの両方を利用する複合サイクル構成は、次の特性を示します。

１．高効率エネルギー利用：ガスタービンからの高温排ガスで蒸気タービンを駆動し、60％を超えるコンバインドサイクル効率を実現します。

構造的補完性：衝動タービンは発電と速度制御に適しており、反動タービンは負荷駆動のための変動する運転条件に適応性に優れています。これらの組み合わせ設計により、全体的な性能が最適化されます。

製造・組立技術：異種金属溶接、流路部品のアライメント、モジュール出荷などの主要技術により、動的・静的クリアランスとシャフトアライメントの精度を確保します。

４．適用範囲の適応性：複合サイクルシステムは、大規模な発電所で広く利用されており、安定した電力供給と変動する負荷需要のバランスをとっています。

複合蒸気タービンでは、一部の段では衝動原理（蒸気は主に静翼で膨張し、動翼は主に流れの方向を変える）を採用し、他の段では反動原理（蒸気は静翼と動翼の両方で膨張する）を採用しています。この設計は、膨張プロセスを合理的に配分して損失を低減することで効率を最適化することを目的としており、衝動段は高圧セクションに、反動段は低圧セクションに適しています。

高圧シリンダーは衝動タービン、低圧シリンダーは複流反動タービンです。この構成により、衝動段と反動段の両方の利点を最大限に活用し、タービン性能を向上させます。

衝撃反応ハイブリッド蒸気タービンは、海洋用途で広く採用されている 2 気筒のメインタービン構造です。

高圧蒸気タービンがインパルス段を利用する理由は次のとおりです。

１．ブレードが短すぎる場合は、部分吸気を利用してブレードの高さを高くすることができます。

作動翼の半径方向クリアランスの相対値が大きいため、内部漏れ損失が低減し、段効率が向上します。

低圧蒸気タービンでは、次の理由により反応段が使用されます。

１．長いブレードと大きな反力により、ブレード根元での逆反動を防止します。

ラジアルクリアランスの相対値が小さくなり、内部漏れ損失が減少します。

反応段での蒸気速度が低いため、湿り蒸気中の水滴による動翼の侵食が減少する。

さらに、インパルス段は制御段として機能したり、効率性を高めるために小さな反作用で設計したりすることができ、これはインパルス反作用ハイブリッドタービンとも呼ばれます。

複合蒸気タービンの中核機能は、全体的な性能を向上させることです。具体的な機能は以下のとおりです。

熱効率の向上：段タイプの混合により、蒸気膨張プロセスが理想サイクルに近づき、排気損失が低減します。

運用柔軟性の向上：高圧セクションでの大きな圧力降下への対応や低圧セクションでのスムーズな移行の確保など、さまざまな負荷要求に適応します。

３．ブレード設計の最適化：衝動段ブレードは厚く、高圧/高温環境に適しており、反動段ブレードはより流線型になっており、流量損失が低減します。

実用化において、複合蒸気タービンは発電や産業用駆動装置として広く利用されています。例えば、火力発電所では発電機を効率的に駆動して発電を行います。また、化学や石油精製などの産業では、コンプレッサーやポンプを直接駆動することで、エネルギーのカスケード利用を可能にします。