新製品開発、現製品の改良、トラブルなどで生じた諸難問事の解決について話せます
■背景
産業用ガスタービン(GT) のタービン入口温度( TIT)が900℃であった時代の1978年TIT1300℃の国家PJ高効率GTが開始された。私は高効率GTのタービン翼冷却技術の研究を実施するとともに試作高効率GT全ての冷却翼設計を実施した。実験機は1987年に1年間の実負荷運転を行い試験後検査で無損傷を確認した。
MHIはこの成功を元に、小型MF-111GTを開発した。私はMF 111GTに最新の翼冷却技術の適用を試みた。しかし精密鋳造技術、フィルム冷却孔等では当時のレベルで製作せざるを得なかった。MF 111はコジェネにマッチしてヒット商品となる。
MHI はWH社製1150℃級D型GTを主機としたコンバインドプラント(GTCC)を開発。東北電力で世界初の運用が始まり世界的なGTCC需要の先駆けとなる。熱効率48%(LHV)総出力119万kW。しかしWH社の翼冷却技術は低く第一段動静翼に損傷が発生。私はTITを50℃上げた1200℃級DA型冷却翼を開発した。DA型は信頼性が高く、勿来の石炭ガス化GTにも使用された。
さらにMHIは1350℃級F型GT、1500℃級G型GTを開発した。私はMHIの全てのタービン冷却翼を設計した。またMF-221GT開発のプロマネを努めた。2004年国プロ1700℃産業用GTの研究開発の開始に伴ってMHIー阪大で共同研究を実施。成果は1600℃(後に1650℃)級J型GTに適用された。MHIは2018年GE社を抜いてGT売上1位となる。最新のGTCCの熱効率は63%(LHV)でCO2排出量は石炭火力の1/3。地球環境問題に多大に貢献。
私は超高温タービン翼冷却技術の考え方をH-Ⅱ、H-ⅡA, H-ⅡBロケットエンジンの開発、トラブルの原因究明と改良設計にも反映。H-ⅡA45号機連続打ち上げ成功に寄与。(6号機はSSBのトラブル。)
■話せること
アドバイスできることは何と言っても新製品の開発手法とトラブルの原因の追求、そしてその解決方法である。これらに関連した最適な検証方法である。
ジェットエンジンに比べて産業用ガスタービン(GT)は人命にかかわる機器でないおよび軽量化の制限がない代わりに公共インフラに係わる機器故タービン動静翼は5万時間の寿命が要求される。50km/h走行の自動車のエンジンは2000時間で10万 kmである。 産業用GTは民生機器に比べて 一桁厳しい信頼性確保の設計が必要である。またジェットエンジンとは違って出力が大きく試作エンジンの長時間試験を行って問題点を改良する開発手法が取りにくい。
このような背景を持った大型産業用GTの冷却翼の設計には、 まず全て思考で製作する必要があった。冷却翼を構成する冷却構造を伝熱要素に分解して、伝熱要素の実機相当の性能を精度良く把握し、これらの伝熱要素データを元にタービン冷却翼熱流動解析システムを構築し、このシステムを用いて冷却翼を設計した。さらに実機運用のデータをフィードバックし設計精度の向上を図った。
私は冷却翼開発に必要な伝熱データで、既発表のデータについては、考える最も精度の良い手法で確かめるとともに、未発表の冷却構造、新考案の構造では精密な実験装置を製作して最高の精度で測定し設計データ化した。全ての冷却翼はこの設計システムを用いて行った。すなわち純国産技術で成り立っているので不明な箇所がない。
タービン翼冷却技術はガスタービンの性能とも非常に関係があり、局所の伝熱制御技術であり、超高温超高圧高速の非定常流下の回転運動を伴う現象であり非常に複雑であり、いまだ世界で最先端の研究がなされている分野である。
1700℃に至るタービン冷却技術を構築したため、研究者として単相流伝熱分野に精通している。また単相流伝熱の実験手法・計測手法に優れ指導することができる。