問題 14

次の各文章の【1】～【18】の中に入れるべき最も適切な字句又は数値をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、【1】は3箇所、【2】及び【16】は2箇所あるが、それぞれ同じ記号が入る。(配点計50点) (1) 蒸気タービンは、蒸気の持つ熱エネルギーをタービン軸の回転という機械仕事に変換することにより動力を発生させる原動機である。 1) 軸流タービンでは、動力を発生させるための構造として【 1 】と【 2 】の組合せを備えている。 【 1 】の形状や材質は蒸気タービンの性能を決める大きな要素であり、高性能かつ高強度であることが求められる。復水タービンの最終段では、圧力が低いため蒸気の【 3 】流量が大きく、また蒸気タービンの損失全体に占める排気損失の割合が比較的大きいことを考え、排気損失を大きく左右する【 1 】の翼長は経済評価を含めて総合的な見地から決められる。 また、蒸気を整流する役割を持つ【 2 】は、断面形状や翼列の組み方が性能や信頼性に大きく影響するため、ねじれや翼高さ方向に屈曲した三次元の翼形を用いるなどして【 4 】損失の低減を図っている。

2) 蒸気タービンを長時間使用すると、復水タービン最終段の羽根は、【 5 】により引き起こされる【 6 】で、表面粗さ、後縁形状変化及び蒸気通路面積の増大などが生じ内部効率が低下する。このため、運転履歴や検査結果などで状況を的確に検知・把握して正しく評価し、計画的かつ経済的に補修や部品交換を行うなど、経済性と信頼性を高く維持し続けるよう保守管理を行うことが重要である。

(2) 容積形内燃機関は火花点火機関と圧縮着火機関に大別できる。 1) 火花点火機関の理論サイクルであるオットーサイクルの熱効率は、圧縮比を大きくすると向上できる。実際の火花点火機関においても、圧縮比が【 7 】程度までは効果が期待できることが知られているが、異常燃焼(ノック)を起こし運転ができなくなるため、通常、圧縮比は【 8 】程度としている。 ノックは混合気の火炎伝播における最終燃焼部分(末端ガス)での自己着火に起因し、その際の局所的な圧力上昇により燃焼ガス中に圧力振動を生ずる現象であり、その結果、出力や熱効率が低下するばかりでなく、機関の損傷をもたらすことがある。 ノックの発生を抑える方法としては、まず最適な燃料選択があり、たとえばガソリン機関では【 9 】の高い燃料を使用する必要がある。その他、ノックの抑制因子には、混合気側では火炎伝播期間の短縮などがあり、機関側では圧縮比の低減などがある。

2) 圧縮着火機関であるディーゼル機関の特徴は、圧縮比を高く取れることにあり、通常、圧縮比は【 10 】程度である。 高圧縮比など性能向上に伴う重要な問題の一つに、シリンダライナとピストンリングとの【 11 】からの燃焼ガスの吹抜け問題があり、機関の性能低下だけでなく、シリンダライナ壁面の油切れ、【 12 】の劣化などを早め、機関の耐久性低下が生じる原因となるため、十分な保守管理が必要となる。

(3) ガスタービンは、圧縮機で圧縮した空気などの作動流体を燃焼器などで高温に加熱し、これをタービン軸の回転という機械仕事に変換することにより動力を発生させる原動機である。 1) ガスタービンの性能向上については、材料の耐熱性能の向上や燃焼器・翼の冷却技術の進歩に伴い、主として【 13 】を上昇させることにより、熱効率の改善や大型化が図られてきた。 材料面では【 14 】合金が実用化されており、また冷却技術としては、空気や蒸気による翼内部の対流冷却や翼表面への【 15 】などがある。

2) 燃料の選択においては、新しい燃料の使用と燃料の多様化への大きな可能性に対して期待がかけられているが、低質燃料油においては、【 16 】対策が必要である。【 16 】とは、燃料中の【 17 】化合物が燃焼により低融点の化合物を生成し、タービン翼などに付着して、翼の内部まで激しい腐食を発生するものであり、燃料中に【 18 】などのアルカリ金属が含有されていると促進される。