原子力12【電験3種 電力】原子力の蒸気タービンは飽和蒸気・4極機！湿分分離器と低回転の理由 平成30年度 A問題4 完全解説

今回は平成30年度 電力科目 A問題4を解説します。原子力発電所の蒸気タービンについて、高圧タービン排気の処理・入口蒸気の性質・火力との比較・回転速度を埋める空欄補充問題です。

出発点は「原子力の蒸気は飽和蒸気」という一点。過熱器がないので蒸気は湿り気味→湿分分離器が要る→圧力・温度が低く熱効率も低い→同じ出力に蒸気量が多い→翼が長大になり回転速度を半分（1500/1800min⁻¹＝4極機）に落とす——全部が数珠つなぎです。

出題のポイント

平成30年度 電力科目 A問題4：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 電力科目 【原子力】 平成30年度 A問題4

　次の文章は、我が国の原子力発電所の蒸気タービンの特徴に関する記述である。原子力発電所の蒸気タービンは、高圧タービンと低圧タービンから構成され、くし形に配置されている。

　原子力発電所においては、原子炉又は蒸気発生器によって発生した蒸気が高圧タービンに送られ、高圧タービンにて所定の仕事を行った排気は、(ア)分離器に送られて、排気に含まれる(ア)を除去した後に低圧タービンに送られる。

　高圧タービンの入口蒸気は、(イ)であるため、火力発電所の高圧タービンの入口蒸気に比べて、圧力・温度ともに(ウ)、そのため、原子力発電所の熱効率は、火力発電所と比べて(ウ)なる。また、原子力発電所の高圧タービンに送られる蒸気量は、同じ出力に対する火力発電所と比べて(エ)。

　低圧タービンの最終段翼は、35〜54インチ(約89cm〜137cm)の長大な翼を使用し、(ア)による翼の浸食を防ぐため翼先端周速度を減らさなければならないので、タービンの回転速度は(オ)としている。上記の記述中の空白箇所に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)	(オ)
(1)	空気	過熱蒸気	高く	多い	1500min⁻¹又は1800min⁻¹
(2)	湿分	飽和蒸気	低く	多い	1500min⁻¹又は1800min⁻¹
(3)	空気	飽和蒸気	低く	多い	750min⁻¹又は900min⁻¹
(4)	湿分	飽和蒸気	高く	少ない	750min⁻¹又は900min⁻¹
(5)	空気	過熱蒸気	高く	少ない	750min⁻¹又は900min⁻¹

ポイント解説：飽和蒸気→湿分→低効率→蒸気量多い→4極機

(イ)(ウ)：原子力発電所の蒸気は原子炉（BWR）または蒸気発生器（PWR）で作られるが、過熱器がないため飽和蒸気のままタービンへ送られる。火力の過熱蒸気（約600℃・25MPa級）に比べて圧力・温度ともに低く（約280℃・7MPa級）、そのため原子力の熱効率は火力より低くなる（約33%対約40%超）。

(ア)(エ)：飽和蒸気は膨張するとすぐ湿ってくるので、高圧タービンの排気は湿分分離器で湿分を除去してから低圧タービンへ送る。また熱効率が低い（1kgの蒸気から取れる仕事が少ない）ぶん、同じ出力を得るのに必要な蒸気量は火力より多い。

(オ)：蒸気量が多いため低圧タービンの最終段翼は35〜54インチという長大な翼になる。湿分による翼の浸食（エロージョン）を防ぐには翼先端の周速度を抑える必要があり、タービンの回転速度は火力の半分の1500min⁻¹（50Hz）又は1800min⁻¹（60Hz）＝4極機としている。よって答えは(2)。

問題の解説

STEP1　(イ)(ウ)

過熱器がない→飽和蒸気→火力より圧力・温度が低く熱効率も低い。

STEP2　(ア)(エ)

湿り蒸気→湿分分離器で湿分を除去。効率が低いぶん蒸気量は多い。

STEP3　(オ)

長大翼の先端周速度を抑える→回転速度は半分の1500/1800min⁻¹（4極機）→(2)。

答え：(2)

まとめ

(イ)入口蒸気	過熱器がないので飽和蒸気
(ウ)火力比	圧力・温度が低く熱効率も低い
(ア)排気処理	湿分分離器で湿分を除去して低圧タービンへ
(エ)蒸気量	同じ出力なら火力より多い
(オ)回転速度	1500又は1800min⁻¹（4極機）→(2)

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