JPH0127378B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高温に使用される構造部材の損傷診断
方法および装置に係り、高温で使用される構造部
材のき裂の発生に起因する材料特性の劣化に着目
して損傷を診断する方法およびその装置に関す
る。

〔発明の技術的背景と問題点〕

一般に発電プラントや化学プラントを構成する
各種機器は高温で10年以上の長期間にわたつて使
用されるものが多い。これらの熱機器を構成する
構造部材には機器の起動停止や負荷変動等の非定
常運転の繰り返しにより部材を構成する金属結晶
の結晶粒内にすべり線が発生増加してすべり帯を
形成した後にすべり帯に沿つて金属結晶粒オーダ
の寸法の微小き裂が発生することが知られてい
る。一方、定常運転の継続中にはクリープにより
部材を構成する金属結晶の結晶粒界で空孔が発生
し、それらが互いに連結する等により微小き裂が
発生し、材料が受ける損傷は蓄積される。このよ
うに微小き裂が発生するまでの間、材料は損傷を
受け、その損傷量は材料内に蓄積されると考えら
れる。さらに高温で使用される機器の構造部材に
は高温強度の優れた耐熱鋼が用いられているが、
耐熱鋼の上記疲労やクリープに関する各種材料特
性は高温に長時間さらされるというだけで徐々に
変化して初期の強度的特性は徐々に失われてい
く。

このように高温で使用される構造部材には、機
器の運転状態と部材の材料特性とが係りあつて、
微小き裂が発生するまでの間種々の損傷が材料内
に蓄積され、この損傷の蓄積が放置された場合に
は部材にき裂が発生して伝播し、部材の破壊とい
う致命的かつ影響の大きい事態に至る。元来、こ
れらの高温部材は裕度のある設計をし製作されて
いるが、例えば火力発電プラントの使用期間の長
いものでは近年電力需要にあわせて起動停止等の
非定常運転が頻繁に繰り返されるものが多くな
り、当初の予想以上に損傷量の蓄積が速くなる場
合がある。特に高温で長期間にわたつて使用され
る火力発電プラント等の機器の構造部材について
損傷量の蓄積を正確に把握して支障なく使用でき
る期間を予知診断する技術の開発が強く望まれて
いる。特にき裂の発生を予知し診断する技術は機
器の予防保全上きわめて重要である。

しかるに、従来の構造部材の損傷診断方法は、
高温で使用される機器の使用状態を表わす温度や
圧力の状態量から構造部材の損傷の度合いや寿命
を予知するものにすぎず、構造部材を構成する材
料個有の特性とその変化を表わす状態量について
は全く考慮されていなかつた。また、既に設置さ
れて数年にわたつて稼動している熱機器について
は、過去の運転モードや履歴に応じて材料特性が
初期状態から変化しているはずであるから、材料
特性の初期状態からの変化を定量的に算出して修
正してやらない限り構造部材の正確な損傷の度合
や寿命を予知することはできない。

〔発明の目的〕

そこで本発明の目的は、これら従来未解決であ
つた諸問題を解決し、高温で使用される構造部材
の使用状態を表わす使用状態量と、構造部材を構
成する材料の硬さとその変化を表わす材料状態量
と、構造部材を使用した機器の運転履歴を考慮し
て構造部材中にき裂が発生するまでの損傷量の蓄
積を正確に把握できるようにした高温で使用され
る構造部材の損傷診断方法およびその装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は高温で使
用される構造部材の使用状態を表わす使用状態量
を検出して、構造部材の温度および作用応力を算
出し、一方、構造部材の硬さとその変化を表わす
材料状態量を計測して損傷の蓄積に関係する材料
特性を算出し、さらに機器の運転開始時から本装
置が設置されるまでの期間中の運転履歴や運転状
態の損傷量の蓄積の演算に必要な全てのパラメー
タを設定し、機器の運転履歴に応じて構造部材が
受けた損傷量を修正量として加算して損傷量を演
算し、その結果を許容値と比較して構造部材中に
き裂が発生するまでの期間を予知診断できるよう
にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明による高温で使用される構造部材の
損傷診断方法およびその装置の実施例を図面を参
照して説明する。

第１図は本発明による構造部材の損傷診断方法
の原理をブロツク線図で示したものであり、符号
１は検出装置を示し、この検出装置１は高温部材
の使用状態量である高温流体温度、高温流体圧
力、部材温度、回転数、負荷、振動の検出装置で
あり、実際には熱電対、圧力計、回転計のうち１
個もしくは複数個が使用される。符号２は温度・
応力算出器を示し、これは検出装置１によつて検
出された使用状態量から損傷診断をすべき部材の
温度と作用応力を算出するものである。

符号３は硬さ計測装置を示し、必要な数だけ機
器の被測定場所にセツトする。

符号４は材料特性算出器を示し、上記硬さの計
測結果に基づいて、計測時点における材料特性を
算出するものであり、材料特性としては引張特性
（引張強さ、耐力）、低サイクル疲労特性（ひずみ
−破損回数関係式）、クリープラプチヤ特性（応
力−温度破断時間パラメータ関係式）である。

前記温度応力算出器２と材料特性算出器４との
出力は損傷演算器５に加えられ、この損傷演算器
５は非定常運転の繰り返しによる疲労損傷量や定
常運転の継続によるクリープ損傷量の蓄積を演算
する。

また、前記温度応力算出器２と材料特性算出器
４との出力は許容値算出器６にも加えられ、この
許容値算出器６は、作用応力や損傷量の蓄積に対
する許容値を算出するもので、作用応力に対する
許容値である許容応力値は、材料特性算出器４の
出力のうち、引張強さ、耐力、クリープラプチヤ
強度、疲労強度を基に適切な安全率を設けて算出
する。疲労・クリープ損傷量の蓄積および疲労ク
リープ組合せ損傷量の蓄積に対する許容値である
き裂発生限界損傷値は許容値算出器６に予め設定
されている。

符号７は診断装置を示し、診断装置７は損傷演
算器５と許容値算出器６との出力を比較して構造
部材中にき裂が発生するまでの期間の予知診断を
行なう装置であり、その結果は表示警報装置８に
伝えられ、診断装置７の出力に応じて診断結果の
表示または必要な警報を発するものである。

ところで、上述した検出装置１から表示警報装
置８に至る各装置を既に設置されて稼動している
熱機器の構造部材に設置した場合、設置以降のデ
ータを採取することはもちろんできるが、設置以
前のデータについては採取不能である。そのため
に、設置以前の構造部材に加わつた損傷量の蓄積
が未知のまゝでそれによる修正が行われないと精
度の高い損傷診断は出来ないことになる。そこ
で、本発明では、機器の設置以前の損傷量の蓄積
を修正加えて損傷の蓄積量を正確に把握するため
の条件設定器９が設けられている。この条件設定
器９は、本発明装置の設置以前の機器の運転履歴
と代表的な運転パターンでの温度応力状態と各非
定常運転回数、定常運転時間等の損傷量の蓄積の
演算に必要な全てのパラメータを設定するもので
ある。又、条件設定器９は、今後予想される運転
履歴と、代表的な運転パターンでの温度・応力状
態と各非定常運転回数、定常運転時間等、損傷量
の蓄積の演算に必要なパラメータも設定するもの
で、これらのパラメータを通して損傷演算器５
は、本発明の装置設置以前の損傷量蓄積状態、設
置後の実稼動中の損傷量蓄積状態、更に、今後に
予想される運転履歴での損傷量蓄積状態の全てを
演算することができる。従つて、診断装置７によ
り、構造部材が支障なく使用できる期間を適切に
予知診断することができる。

なお実稼状態での温度・応力を精度よく算出す
るためには検出器１による使用状態の検出が望ま
しいが、構造部材によつては形状の複雑さ等から
検出器１の設置が困難か、あるいは設置すること
によつて応力集中が生じる等、構造部材に悪影響
を及ぼすことが懸念されるものである。そこで、
このような場合には、損傷量の蓄積の演算に必要
な全てのパラメータを設定する条件設定器９で代
行することもできる。

次に本発明を蒸気タービンの高温部ケーシング
の損傷診断装置に適用した実施例について説明す
る。

第２図は高中圧蒸気タービンの断面図を示し、
外部ケーシング１１内には第１内部ケーシング１
２および第２内部ケーシング１３が軸方向に離間
して配設されている。さらに両内部ケーシング１
２，１３内にはロータ１４が貫挿され、外部ケー
シング１１の両端部に設けられたグランドパツキ
ンヘツド１５，１６および第１内部ケーシング１
２の一端に設けられたグランドパツキンヘツド１
７によつて上記ロータ１４に沿う蒸気洩れを防止
するようにしてある。

しかして、高温高圧の蒸気は蒸気供給口１８か
ら伸縮可能な連通管１９を経て第１内部ケーシン
グ１２内にあるノズルボツクス２０に供給され
る。蒸気はこゝから高速流となつてロータ１４に
植設された羽根２１に当り１４に運動エネルギを
与えた後、再びノズルダイアフラム２２にあるノ
ズルを通り高速流となつて次の羽根に当る。この
ようにして順次羽根およびノズルを通過する毎に
蒸気は圧力および温度が低下し、高圧タービン出
口部２３に到り、そこでは蒸気供給口１８部の1/
４〜1/8程度の圧力となる。高圧タービン出口部２
３の蒸気は、一旦蒸気タービン出口２３より外部
に導き出され、ボイラの再熱器（図示省略）を通
つて再熱され、再び高温蒸気となつて中圧タービ
ン入口部２４に供給される。そこで、この中圧タ
ービン入口部２４に供給された蒸気は再びノズル
および羽根を通りロータ１４に回転エネルギを与
えて中圧タービン出口部２５から排出される。

タービンの運転中、外部ケーシング１１、第１
内部ケーシング１２および第２内部ケーシング１
３は高温高圧蒸気により高温蒸気にされされ内圧
応力を受ける。また、タービン起動停止等の非定
常運転中には各ケーシング１１，１２，１３の内
外面の温度差による非定常熱応力が発生し、定常
運転中にはケーシング長手方向の温度差による定
常熱応力が発生する。特に形状の複雑な部位、例
えば主蒸気管付根部２９等には高い応力が発生し
やすい状態にある。このように、高中圧ケーシン
グは、定常運転の継続および非定常運転の繰り返
しによりクリープや疲労の損傷が蓄積する。と同
時に高温下で長期間使用される間に材料特性に変
化が生じ上記損傷量の蓄積が促進されることにな
る。

このように構成されたタービン高温部ケーシン
グの診断に本発明を適用する際、予知診断の基礎
となるケーシングの使用状態量の検出と材料状態
量の計測を次のように行なう。ケーシングの使用
状態量は、主蒸気温度、主蒸気圧力、ケーシング
内面温度であり、これらは、第２図に示したよう
にケーシングに埋設された圧力計３０および温度
計３１によつて連続的に検出することができ、こ
れらの検出結果はケーシング温度および応力の算
出に使用される。

一方、ケーシングの材料状態量は硬さであつて
タービン停止時に計測されるものであり、具体的
には第３図に示したように、硬さ計３４を被測定
部に挿入することによつて計測する。その計測位
置は高温低応力部位としてのケーシングフランジ
３２が対象となり、特に内部ケーシング１２のフ
ランジ３２が選定される。硬さ計３４は外部ケー
シング１１に設けられた測定孔３３を通して挿入
され、この硬さ計３４は圧力３５を油圧配管３６
により一定圧力で測定面に押し付け、このときの
変位を差動トランス３７によつて電気信号３８に
変換し、さらに演算装置３９によつて硬さに換算
できるように構成されている。なお、タービン運
転中、前記測定孔３３はプラグによつて密閉して
おけばよい。この硬さの計測結果を基にして後述
するように損傷演算に必要な材料特性および許容
値を算出する。

次に上記使用状態量の検出結果と硬さの計測結
果を基にしてケーシングが支障を来たすことなく
使用できる期間の予知診断方法および装置を第４
図を参照して説明する。

第４図中、圧力計３０により検出された使用状
態量である主蒸気圧力４０は、内圧応力算出器４
１において内圧応力に変換される。ケーシングの
様に形状の複雑な構造物の応力分布は、光弾性ま
たは有限要素法によつて求めることができ、内圧
応力算出器４１にはこの計算結果にもとづいた各
部の応力の基準圧力に対する係数が記憶されてい
る。従つて主蒸気圧力４０の検出値に係数を掛け
ることにより各部の内圧応力がただちに計算され
る。

次に、温度計（熱電対）３１により検出された
使用状態量である主蒸気温度またはケーシング内
外面メタル温度４２は、温度算出器４３および熱
応力算出器４３′に入力され、熱応力の算出に用
いられる。主蒸気温度４２は主蒸気圧力４０と共
に、内部ケーシング１２の内面メタル温度の推定
に用いられるが、内面近傍のメタル温度が直接測
定できる場合はこの推定は必要ない。

これらの温度検出結果からケーシングの温度、
応力が温度算出器４３および熱応力算出器４３′
において次のように算出される。

まず、ケーシングを中空円筒と見倣し、ケーシ
ング内外面メタル温度４２の時間変化から(1)式に
示す熱伝導の微分方程式を解くことによつて温度
分布が算出される。

∂θ／∂_t＝λ（∂²θ／∂_r ²＋１／ｒ ∂θ／∂_r）
……(1) ここで λ；熱伝導率、 θ；温度、 ｔ；時間、 ｒ；半径 (1)式は差分法による数値計算で解くことができ
る。これにより体積平均温度Tave、内表面温度
Tiおよび外表面温度Toが求まり、(2)、(3)式から
内表面および外表面の熱応力σ_iおよびσ_pが求ま
る。

σ_i＝Eα／１−ν（Tave−T_i） ……(2) σ_p＝Eα／１−ν（Tave−T_p） ……(3) ここで、 Ｅ；ヤング率、 ν；ポアソン比、 α；線膨張係数 この様にして求めたσ_i、σ_pは有限要素法解析を
もとに、ケーシングの形状に応じた局所応力に換
算さされる。予限要素法では基準となる一定昇温
条件のもとで各部の熱応力が計算され、応力集中
係数K_tが決定される。熱応力算出器４３′は、内
外表面応力σ_i、σ_pに応力集中係数K_Tを掛け局所応
力を算出する。

応力加算器４４は内圧応力算出器４１の出力と
熱応力算出器４３′の出力を加算し、ケーシング
内外表面の各部の合成応力を算出する。

次に本発明の最も大きな特徴である硬さ計34に
よつて計測されたケーシングの材料状態量である
高温低応力部位すなわち、フランジ部３２等の硬
さ４５から材料特性算出器４６によるケーシング
の硬さ計測時の引張特性、低サイクル疲労特性、
クリープラプチヤ特性等き裂の発生に対する損傷
量の蓄積の演算と作用応力の許容値の算出のため
の材料特性の算出について説明する。

第５図は材料特性算出器４６の機能手順を引張
特性算出部分について示したものであり、硬さと
耐力σ_ysまたは引張強さσ_Bとの間には温度をパラ
メータにした次式で表わされる関係がある。

σ_ys＝f₁（温度、硬さ） ……(4) σ_B＝f₂（温度、硬さ） ……(5) (4)、(5)式は硬さビツカース硬さH_vにとり、温
度をＴとするとき、次の形に書くことができる。

σ_ys＝C_p1（Ｔ）H_v＋D_p1（Ｔ） ……(6) σ_B＝C_p2（Ｔ）H_v＋D_p2（Ｔ） ……(7) たゞし、C_p1（Ｔ）、C_p2（Ｔ）、D_p1（Ｔ）、D_p2（Ｔ
）
は温度Ｔに関する一次式またはそれ以上の次数の
多項式で表わされる。第５図中の２は(6)(7)式を図
示したものであり、第５図のσ、σ_B、σ_ysとH_vの
関係図１で温度T₁＜T₂＜T₃の順に温度が高いこ
とを示している。

材料特性算出器４６は、硬さ計測結果と(6)(7)式
とから耐力σ_ysおよび引張強さσ_Bを温度の関数と
して与える。

次に第６図は材料特性算出器４６の機能手順を
低サイクル疲労特性算出部分について示すもので
あり、第６図中１に示すように弾性ひずみ範囲△
ε_eと硬さとの間に破損繰返し数をパラメータにし
た次式で表わされる関係がある。

△ε_e＝f₃（硬さ、N_f） ……(8) (8)式は硬さをビツカース硬さH_vにとり、次の
形に書くことができる。

△ε_e＝C_f1（H_v）N_f ^Df1(Hv) ……(9) ただし、C_f1（H_v）、D_f1（H_v）は硬さH_vに関する
１次又はそれ以上の次数の多項式で表わされる。
第６図中２はC_f1とD_f1のH_v依存性を示。なお第６
図の△ε_eとH_vとの関係図１でN_f1＜N_f2＜N_f3の順
に破損繰返し数が大きいことを示す。

又、塑性ひずみ範囲△ε_pと破損繰返し数N_fの
間には、次式 △ε_p＝f₄（N_f）＝C_f2N_f ^Df2 ……(10) で表わされる関係がある。C_f2およびD_f2は材料に
より選択される定数である。

以上の様にして求めた(9)、(10)式を合成すると、
全ひずみ範囲△ε_pと破損繰返し数N_fの関係は(11)
式で表わされる。

△ε_t＝△ε_e＋△ε_p＝C_f1（H_v）N_f ^Df1(Hv)＋C_f2N_f ^Df2 ……(11) 材料特性算出器４６は、(11)式と硬さ計測結果と
から低サイクル疲労特性 N_f＝f₅（△ε_t） ……(12) を算出する。

第７図は材料特性算出器４６の機能手順をクリ
ープラプチヤ特性算出部分について示したもので
あり、第７図中１に示すように硬さと絶対温度Ｔ
と破断時間T_rとの関係を表わすラーソンミラー
パラメータＰ Ｐ＝Ｔ（Ｃ＋logT_r） ……（13） ここで、Ｃは材料定数 との間に次式で表わされる関係がある。

Ｐ＝g₁（硬さ） ……（14） （14）式は硬さをビツカース硬さH_vにとり、
次の形に書くことができる。

Ｐ＝C_g1（σ）H_v＋D_g1（σ） ……（15） こゝでC_g1とD_g1は第７図中２で示すように応力
σに関する２次多項式またはそれ以上の次数の多
項式で表わされる。なお、第７図のＰとH_vの関
係図１でσ₁＜σ₂＜σ₃の順に応力が大きいことを示
している。

材料特性算出器４６は（15）式と硬さの計測結
果とから温度、応力、破断時間の関係を算出す
る。

上述した材料状態量の計測をもとに引張特性、
低サイクル疲労特性およびクリープラプチヤ特性
の算出により、従来未解決であつたケーシングの
高温長時間使用による材料特性の変化を定量的に
算出することができ損傷の蓄積量を高い精度で演
算することができる。

次に第４図を参照しながらき裂発生に至る損傷
の蓄積量の演算について説明する。

き裂発生に対する損傷蓄積のひとつである疲労
損傷量の蓄積は、応力が変動する非定常運転の操
り返しによるものであるが、非定常運転１回当り
で蓄積される疲労損傷量△φ_fは（16）式で算出さ
れる。

△φ_f＝１／N_f ………（16） ここでN_fは、非定常運転時の温度での応力の
繰り返し（低サイクル疲労）による破損のくり返
し数である。従つて、非定常運転１回当りに蓄積
される疲労損傷量△φ_fは破損くり返し数N_fを求
めることと、（16）式の演算を行なうことによつ
て成される。第４図において、材料特性算出器４
６により、前記した様に、ケーシングフランジ部
３２の硬さ計測からケーシングの高温長時間使用
による特性の変化を考慮した低サイクル疲労特性
が(12)式で算出されているので、損傷量演算器４７
は、温度算出器４３と応力加算器４４の出力を使
用して、前記した(12)式より破損くり返し数N_fを
算出し（16）式の演算を実行して非定常運転１回
当りで蓄積される疲労損傷量△φ_fを算出する。損
傷量加算器４８は非定常運転毎に損傷量演算器４
７の出力を加算するものである。第８図は、以
上、述べた第４図の損傷量演算器４７と損傷量加
算器４８の機能手順を疲労損傷量蓄積演算部につ
いて示したものである。

次に、き裂発生に対する損傷蓄積のもうひとつ
のものであるクリープ損傷量の蓄積は、高温一定
応力の定常運転が継続されることによるもので、
定常運転の継続中の単位時間当りに蓄積されるク
リープ損傷量△φ_cは（17）式で算出される。

△φ_c＝１／T_r ……（17） ここで、T_rは定常運転時の温度および、その
時の応力の作用によるクリープ破損時間である。
従つて、定常運転単位時間当り蓄積されるクリー
プ損傷量△φ_cはクリープ破断時間T_rを求めるこ
とと（17）式の演算を実行することによつて成さ
れる。第４図において、材料特性演算器４６によ
り前記した様にケーシングフランジ部３２の硬さ
からケーシングの高温長時間使用による特性の変
化を考慮したクリープラプチヤ特性が算出されて
いるので損傷量演算器４７は応力加加算器４４の
定常運転時の出力を使用し、ラーソンミラーパラ
メータＰを（15）式より算出し、次に、温度熱応
力算出器４３の定常運転時の出力を使用して
（13）式のラーソン・ミラーパラメータＰ、温度
Ｔ、クリープ破損時間T_rの関係から の演算を実行しクリープ破損時間T_rを算出し、
（17）式の演算を実行して定常運転中単位時間当
りに蓄積されるクリープ損傷量△φ_cを算出する。
損傷量加算器４８は定常運転中に逐次、損傷量演
算器４７の出力を加算するものである。第９図は
損傷量演算器４７と損傷量加算器４８の機能手順
をクリープ損傷量蓄積演算部について示したもの
である。

しかして、上述したように材料特性を基に演算
された損傷蓄積量は逐次診断装置４９に転送さ
れ、診断装置４９は許容値算出器５０の出力結果
と損傷量加算器４８の出力結果とを比較しながら
診断を行なう。

次に許容値の算出と診断について説明する。

高温で使用されるケーシング等の構造部材の許
容値は部材の高温強度特性である各種材料特性を
もとに決められる。それらの材料特性は引張強
さ、耐力、クリープラプチヤ特性である。許容値
は通常材料特性の未使用状態でのデータバンドの
中央値又は下限値に安全率を設けて設定されてい
るが、前述したように高温長時間使用によりこれ
らの材料特性は変化するので許容値もその変化も
考慮する必要がある。材料特性の内引張強さ、耐
力、クリープラプチヤ特性は前述したように部材
の硬さを計測することにより算出できる。

第４図において、許容値算出器５０は材料特性
算出器５６が、硬さ計測値をもとに算出した引張
強さ、耐力、クリープラプチヤ特性に温度算出器
４３との出力と合わせても必要な安全率を設けて
作用応力に対する許容値を決定する。また、疲労
損傷量、クリープ損傷量の夫々、およびその組合
せに対しては必要な安全率を設けた許容値を内蔵
している。

次に診断装置４９について説明する。診断装置
４９は、応力加算器４４および損傷量加算器４８
の出力と許容値算出器５０の出力とを比較しなが
ら、高温で長時間使用された部材の作用応力およ
び損傷蓄積量の状態を判定し、必要に応じて、表
示警報装置５１に出力を与える。表示警報装置５
１、診断装置４０の診断結果にもとづく出力結果
に応じて、高温部材の作用応力および損傷蓄積量
の状態を表示する。更に今後の運転計画に基づ
き、条件設定器５２から入力される今後の想定運
転履歴のもとで演算される損傷蓄積量の損傷演算
器４７、損傷量加算器４８の出力結果をもとにし
た診断装置４８による診断結果の表示と必要な場
合には警報も発生する。

最後に条件設定器５１の機能について説明す
る。

上述した本発明による装置を既存の熱機器に設
置した場合、設置以前の運転による損傷量の蓄積
は不明のまゝであり、その後の損傷量の蓄積を演
算しても精度の高い損傷診断はできない。そこ
で、この点を解決するため、本発明の装置を設置
以前の運転履歴での代表的な運転パターンでの温
度・応力状態と、各非定常運転回数、定常運転時
間等本発明装置を設置する以前の運転履歴による
損傷量の蓄積の演算に必要な全てのパラメータの
設定もできる様になつている。したがつて、既存
の熱機器に対して本発明装置を設置しても機器の
運転開始からの損傷量の蓄積の把握と支障なく使
用できる期間の予知診断が可能となる。

なお、条件設定器５１の他の使い方として、今
後想定される運転履歴にもとづく損傷量の蓄積や
進行の演算に必要な全てのパラメータを予め設定
し、実際の機器の使用状態量と材料状態量とを実
測することなく損傷量の蓄積や進行の演算を行な
うことができる。

なお、上述した例は蒸気タービンのロータに適
用した場合について説明したが、本発明はこれに
限らず高温で使用される機器の一服に対して適用
できるものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、高温で使用される構造部材の使用状態量から
温度・応力を算出する一方、構造部材の硬さから
材料特性を算出し、さらに条件設定器によつて運
転履歴に応じた修正を加えて構造部材に生じた損
傷蓄積量を演算し、許容値と比較するようにした
から、構造部材にき裂が発生する時期を正確に予
知判断することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置を示したブロツク図、第
２図は本発明の損傷診断に適用できる機器の一例
である蒸気タービン高温部に示した半断面図、第
３図は、本発明の蒸気タービン高温部ケーシング
への硬さ計の設置状況を示した断面図、第４図は
本発明の蒸気タービン高温部ケーシングの損傷診
断への適用例の装置を示したブロツク図、第５図
は、第４図のブロツク図中、材料特性算出器の機
能手順を示したフローチヤート、第６図は同じく
低サイクル疲労特性について示したフローチヤー
ト、第７図は同じくクリープラプチヤ特性につい
て示したフローチヤート、第８図は、第４図のブ
ロツク図中、損傷量演算器と損傷量加算器の機能
手順を示したフローチヤート、第９図は同じくク
リープ損傷量蓄積演算部について示したフローチ
ヤートである。 １……検出装置、２……温度−応力算出器、３
……計測装置、４……材料特性算出器、５……損
傷演算器、６……許容値算出器、７……診断装
置、８……表示警報装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温構造部材の使用環境を表わす物理量であ
   る使用状態量を検出し、これを基に構造部材に作
   用する温度と応力を算出する一方、上記構造部材
   の硬さを計測し、これを基に引張強さ、耐力、低
   サイクル疲労特性及びクリープラプチヤ特性を算
   出し、それらの算出値を基に上記構造部材が使わ
   れている機器の非定常運転のくり返しによつて蓄
   積される疲労損傷量と定常運転の継続によつて蓄
   積されるクリープ損傷量とからなるき裂発生まで
   の構造部材の損傷量を算出し、許容値と比較する
   ことによりき裂が発生するまでの期間を予知診断
   できるようにしたことを特徴とする、高温で使用
   される構造部材の損傷診断方法。 ２ 前記引張強さと耐力は温度の関数である２個
   の係数を含むビツカース硬さの一次式により算出
   するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の損傷診断方法。 ３ 前記低サイクル疲労特性は、ビツカース硬さ
   の関数である係数と指数を含む弾性歪範囲と破損
   繰り返し数との関係式とビツカース硬さによらな
   い係数と指数を含む塑性歪範囲と破損繰り返し数
   との関係式とから算出するようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の損傷診断方
   法。 ４ 前記クリープラプチヤ特性は、温度と破断時
   間の関係を示すラーソンミラーパラメータを応力
   の関数である２個の係数を含むビツカース硬さの
   一次式で表わすことにより算出するようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の損
   傷診断方法。 ５ 前記許容値は、材料の硬さから算出される引
   張強さ、クリープラプチヤ特性から算出される許
   容応力値と、疲労・クリープ組み合わせのき裂発
   生限界損傷値であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の損傷診断方法。 ６ 高温で使用される構造部材の使用状態量を検
   出する検出装置と、構造部材の材料の硬さとを計
   測する硬さ計測装置と、前記検出装置により検出
   された使用状態量から構造部材に発生する温度と
   応力を算出する温度応力算出器と、前記硬さ計測
   装置によつて計測された材料の硬さから機械的材
   料特性を算出する材料特性算出器と、構造部材の
   損傷量演算に必要な運転履歴や運転状態を表わす
   パラメータを設定する条件設定器と、前記温度応
   力算出器と材料特性算出器からの出力と条件設定
   器によつて設定された設定値をもとに損傷の蓄積
   量を演算する損傷演算器と、前記温度応力算出器
   と材料特性算出器の出力から構造部材の許容値を
   算出する許容値算出器と、前記損傷演算器と許容
   値算出器との出力を比較して構造部材にき裂が発
   生するまでの期間を予知診断する診断装置と、診
   断データを表示し異常の発生が予知された場合に
   警報を発する表示警報装置とを備えてなる構造部
   材の損傷診断装置。