志賀2号機 新設計低圧タービンについて

資料No.7-2
北陸電力㈱志賀２号機
新設計低圧タ ビンについて
新設計低圧タービンについて
（工事計画の概要）
平成20年10月31日
原子力安全 保安院
原子力安全・保安院
原子力発電安全審査課
1
経
緯
・平成18年３月15日 ：
志賀２号機運開
・平成18年７月５日 ： 手動停止
・平成18年12月23日 ： 修理工事着手
・平成20年６月５日 ： 使用前検査合格
・平成20年９月26日
平成20年９月26日
：
工事計画届出
（タービン取替）
2
低圧タービン第１２段の損傷状況
Ａ号機
Ｂ号機
Ｃ号機
合計
損傷本数
75
71
112
258
総 本 数
280
280
280
840
動
翼
注）損傷は、第１２段動翼のみに発生。
3
対策内容（整流板の設置）
整流板（上半）
整流板（下半）
4
浜岡５号機圧力プレート（整流板）の点検状況
※中部電力から入手
運転時間 約12,000時間
5
整流板設置後の発電への影響
電気出力
（MW）
設置前
設置後
1,358
1,206
6
新型タービンの設計変更点
第１２段の動翼、噴口・隔板（静翼）の
第１２段の動翼
噴口 隔板（静翼）の
設計変更
第１２段動翼の連結方式の変更
7
第１２段翼の主な仕様
（数値の単位：mm）
翼根元径＊
翼有効長さ＊
翼先端径＊
翼根元幅＊
ﾌｫｰｸ部長さ＊
翼連結構造
翼材料
＊：次ページスライド参照。
新設計翼
旧設計翼
約 2,500
2 500
約 530
約 3,600
約 100
約 140
CCB構造
12Cr-Nb-N鋼
同 左
＜
＜
＜
＞
ﾃﾉﾝ ｼ ﾗｳﾄﾞ構造
ﾃﾉﾝ･ｼｭﾗｳﾄﾞ構造
同 左
12段翼の主な部位
翼
翼先端径
翼先端径
翼根元径
翼根元幅
フォ ク部長さ
フォーク部長さ
翼有効長さ
翼根元径
9
新・旧第１２段動翼
新設計翼
旧設計翼
CCB構造
（CCB：Continuous Cover Blade）
テノン・シュラウド構造
10
法令上の手続き
電気事業法 (昭和３９年 法律第１７０号)
公共の安全の確保上重要な工事をしようとす
る者は その工事の計画について 経済産業
る者は、その工事の計画について、経済産業
大臣に対して手続きを行わなければならない。
工事計画
工 事 計 画
電気工作物の構造、強度、性能が、公共の安
気
構 、強度、
、
全の確保上問題がないものであることを国が
確認する。
認 可
工事計画
届 出
12
タービン取替に係る工事計画手続き
（工事内容） 低圧タービンの「改造」
低圧タ ビンの「改造」
電気事業法 施行規則 別表第２
第２項(2)
(3)
５％以上の出力変更を伴うもの
円板の強度の変更を伴うもの
工事計画届出
13
工事計画と技術基準
蒸気タ ビンは、「発電用原子力設備
蒸気タービンは
「発電用原子力設備
に関する技術基準」第３４条において
準用する「発電用火力設備 関する
準用する「発電用火力設備に関する
技術基準を定める省令」を満足しなけ
ればならない。
14
発電用火力設備に関する技術基準
① 回転速度に対して十分な機械的強
度を有すること。
度を有す
② 軸受又は軸は
軸受又は軸は、振動に対して十分
振動に対して十分
な機械的強度を有すること。
③ 耐圧部分に生ずる応力が、材料の
許容応力を超えてはならない。
許容応力を超えてはならない
15
① 回転速度に対する各部位の強度
翼根元部
44%
隔板・噴口
円板翼溝部
26%
29%
円板
翼止めピン
38%
41%
注：
車軸
静
翼
動
翼
中の数値は
許容応力に対する
発生応力の比
16
② 軸の強度
許容応力に対する
発生応力の比率
（％）
高圧
～
低圧Ａ
低圧Ａ
～
低圧Ｂ
低圧Ｂ
～
低圧Ｃ
低圧Ｃ
～
発電機
19
41
(※)
43
(※)
47
短絡時の値を記載。
値を記載。
（注） １ 短絡時
２ ※印は、区間で最も厳しい軸受けの値を記載。
17
③ 耐圧部分（車室）の強度
低圧内部車室（胴部）
最高使用圧力
(MPa)
0.35
最高使用温度
(℃)
149
必要最小肉厚
(mm)
11.41
設計肉厚
(mm)
22.3
18
第１２段の振動評価結果
ランダム振動
ランダム振動による発生応力は、 疲労限の
９％程度であり、十分な裕度を有している。
ランダム＋フラッシュバック振動
11段～14段までを模擬した縮小モデルにより
、20％負荷遮断時のランダム振動とフラッシュ
負荷遮 時
ダ 振
バック振動の重畳による発生応力は疲労限の
振
２３％程度であり、十分な裕度を有している。
19
第１２段以外の動翼の振動評価結果
低圧内部車室（胴部）
第１１段
第１３段
第１４段
逆流の影響は第１２段までである。このため、ランダム振動の
影響はない。また、フラッシュバックが生じないため、この影響
もない。
ランダム振動の影響は6 N/mm2程度である。これに20%負
荷遮断時のフラッシュバックの影響の重畳を考慮してもそ
の発生応力は疲労限の19%程度と十分な裕度を有しており
問題はない。
ランダム振動の影響は8 N/mm2程度である。これに20%負荷
遮断時のフラ シ バ クの影響の重畳を考慮してもその発生
遮断時のフラッシュバックの影響の重畳を考慮してもその発生
応力は疲労限の19%程度と十分な裕度を有しており問題は
ない。
20
低圧タービンの耐震性
新設計タービンは、第１２段の動翼の設計変更により、低圧
新設計タ
ビンは 第１２段の動翼の設計変更により 低圧
タービンＡ、Ｂ、Ｃそれぞれ約 0.1 %程度重量が軽くなる。これ
による耐震性 の影響はわずかであり、問題はない。
による耐震性への影響はわずかであり、問題はない。
Ａ号機
Ｂ号機
Ｃ号機
新
旧
新
旧
新
旧
43
43
43
43
44
44
基礎ボ
基礎ボルト
せん断応力の
許容応力に対する
比率(％)
21
新設計の確認（１／２）
① １２段翼の振動：
１／１スケールの実物大モデルを製作し、これを用いて共
ケ
実物大 デ を製作
れを用
共
振に関する試験を実施。この結果、１２段翼の振動共振点が
共振回避範囲にないことを確認
共振回避範囲にないことを確認。
300
新設計翼の
振動共振点
A1モード
200
共振回避範囲
振動変位方向
向
振動数 (Hz)
400
回転方向
100
新設計翼の振動形態
新設計翼
振動形態
実物大モデル
（北陸電力から入手）
0
0
0
600
1200
10
20
ロータ回転数 (rpm)
1800
30
22
新設計の確認（２／２）
② ランダム振動、フラッシュバックの影響：
旧設計タ ビンの損傷の主要因であったランダム振動、フラッ
旧設計タービンの損傷の主要因であったランダム振動、フラッ
シュバックの影響については、1１～14段を模擬した縮小モデル
を製作し、これを用いた試験を実施。この結果、発生する応力が
疲労限に達しないことを確認。
（ランダム振動＋フラッシュバック）時の各段の応力評価
第１２段
新
発生応力の
疲労限に
対する比率
(%)
旧
第１３段 第１４段
23 200 19
19
縮小モデル
（北陸電力から入手）
23
その他（タービンの振動管理）
以上の各部位ごとの個別の評価に加え、
以上の各部位ごとの個別の評価に加え
運転中は、車軸の１０箇所に設置された「軸振動検出器」
により 常に軸部の振動の監視を行っており 異常があっ
により、常に軸部の振動の監視を行っており、異常があっ
た場合は、警報、さらには停止させることとなっていることも
確認。（蒸気タービンの振動管理に関する説明書）
気
振
運転中は軸振動検出器により以下のとおり管理する
運転中は軸振動検出器により以下のとおり管理する。
（単位：ｍｍ 両振幅）
軸振動
検出箇所
警報値
停止値
第1～第10軸受
0.175
0.250
24
工事のスケジュール
据付工事開始
：平成22年８月下旬
取替工事完了
：平成23年１月中旬
（注）現時点における計画であり、今後変更があり得る。
25
（参考－１）
柏崎刈羽６・７号の低圧タービン損傷について
柏崎の地震後の機器詳細点検中、低圧タービン
動翼の 部に折損が認められ その後の磁粉探
動翼の一部に折損が認められ、その後の磁粉探
傷検査において指示模様が認められた。
原因調査の結果、地震との関係はなく、発電を止
める際などにタービンを回す蒸気の逆流が起き、
める際などにタービンを回す蒸気の逆流が起き
翼に想定以上の振動を与えたことが原因と確認さ
れた
れた。
26
（参考－２）
柏崎刈羽６・７号の低圧タービン損傷の概要
志賀２号
折損
12段
[L-2]
[L
2]
13段
段
[L-1]
14段
[L-0]
損傷本数
2
0
総本数
256 258
折損
0
0
0
0
指示模様
合計
137 137
柏崎刈羽７号
折損
指示模様
合計
2
90
92
912
0
0
960
総本数
損傷本数
合計
840
総本数
損傷本数
指示模様
柏崎刈羽６号
0
912
0
0
756
0
732
0
5
780
1
1
756
5
0
96
96
780
（注） ［ ］内は、柏崎刈羽での呼び名である。
27
（参考－３）
（参考
）
柏崎刈羽６・７号の損傷の原因
柏崎刈羽
号 損傷 原因
Ｌ－２段【志賀２号では第１２段に相当】
負荷遮断時のフラッシュバックにより、当該翼部に乱流
負荷遮断時のフラッシュバックにより
当該翼部に乱流
が発生した。これによる振動によりき裂が発生・進展し、損
傷した。
Ｌ－０段【志賀２号では第１４段に相当】
段【 賀 号
第 段 相 】
復水器の真空度が低下した状態で低負荷運転を行った
ことにより、疲労限を超えるランダム振動が発生した。これ
とにより、疲労限を超えるランダ 振動が発生した。 れ
によりき裂が発生・進展し、損傷した。
28
（参考－４）
志賀２号と柏崎刈羽６・７号の原因の違い（１）
◆Ｌ－２段【志賀２号では第１２段に相当】
・志賀２号は、ランダム振動にフラッシュバックの影響
志賀 号は、ランダ 振動
ラッシ
ックの影響
が重畳したため疲労限界を超え損傷に至ったもの。
・柏崎刈羽６・７号は、フラッシュバックの影響と翼の共
振が重な
振が重なって疲労限界を超えたもの。
疲労限界を超えたも
志賀２号では、 １1～１４段部分の縮小モデルを用い
試験
、
振動
た試験により、ランダム振動及びフラッシュバックの
影響があってもその際の発生応力が疲労限に対して
十分余裕があることを確認している。さらに当該翼に
ついては、製作した実物大モデルによる試験により、
デ
それぞれの影響を確認している。
29
（参考－５）
志賀２号と柏崎刈羽６・７号の原因の違い（２）
◆Ｌ－０段【志賀２号では第１４段に相当】
・志賀２号は、損傷していない。
志賀 号は 損傷し
な
・柏崎刈羽６・７号は、ランダム振動とタービン内の真空
度の影響が重なって疲労限界を超えたもの。
度の影響が重なって疲労限界を超えたもの
志賀２号では、１１～１４段部分の縮小モデルを用いた
試験でランダム振動及びフラッシュバックの影響を確認
している。さらに、運転時に真空度が警報値を超えて運
転し続けることは考えられないが、仮に継続したとしても、
疲労限に対して十分余裕があることを確認している。
30
審 査 結 果
北陸電力㈱志賀２号機のタービン取り替え
北陸電力㈱志賀２号機のタ
ビン取り替え
に係る電気事業法第４８条に基づく工事計
画届出は、同法第３９条第１項に定める技
条
術基準に適合しており、安全の確保上問
題ないものと判断する。
31