JPH0334573B2 - - Google Patents

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JPH0334573B2
JPH0334573B2 JP57077878A JP7787882A JPH0334573B2 JP H0334573 B2 JPH0334573 B2 JP H0334573B2 JP 57077878 A JP57077878 A JP 57077878A JP 7787882 A JP7787882 A JP 7787882A JP H0334573 B2 JPH0334573 B2 JP H0334573B2
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JP
Japan
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temperature
damage
life
creep
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Application number
JP57077878A
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Japanese (ja)
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JPS58195134A (en
Inventor
Kazunari Fujama
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS58195134A publication Critical patent/JPS58195134A/en
Publication of JPH0334573B2 publication Critical patent/JPH0334573B2/ja
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    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07CTIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C3/00Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08Safety, indicating, or supervising devices
    • F02B77/083Safety, indicating, or supervising devices relating to maintenance, e.g. diagnostic device

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、材料のクリープ損傷が問題となるよ
うな温度領域で使用される既設の原動機の余寿命
を診断する余寿命診断装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a remaining life diagnosing device for diagnosing the remaining life of an existing prime mover used in a temperature range where creep damage to materials becomes a problem.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

一般に、蒸気タービンやガスタービンをはじめ
とする高温高圧流体により作動する原動機は、プ
ラントの起動・停止時において部材内部の温度不
均一分布により非定常熱応力を発生し、その繰返
しにより疲労損傷が蓄積する。一方、かかる原動
機の定常運転時には遠心力ないしは内圧応力によ
りクリープ損傷が蓄積する。上述の2つの損傷蓄
積の和がある限界値に達すると、き裂が発生して
重大事故に発展するおそれがある。これらの損傷
は部材各部に均一に蓄積するのではなく、たとえ
ばタービンロータの場合、疲労損傷はロータのヒ
ートグループに蓄積し、クリープ損傷は中心孔や
ホイール付根部にそれぞれ蓄積し易い。
In general, prime movers such as steam turbines and gas turbines that operate using high-temperature, high-pressure fluids generate unsteady thermal stress due to uneven temperature distribution inside the components when starting and stopping the plant, and fatigue damage accumulates due to repeated stress. do. On the other hand, during steady operation of such a prime mover, creep damage accumulates due to centrifugal force or internal pressure stress. When the sum of the above-mentioned two damage accumulations reaches a certain limit value, cracks may occur and a serious accident may develop. These damages do not accumulate uniformly in each part of the member; for example, in the case of a turbine rotor, fatigue damage tends to accumulate in the heat group of the rotor, and creep damage tends to accumulate in the center hole and the root of the wheel.

従来、原動機の寿命を診断する装置として、被
診断部位の温度測定結果を利用して算出する疲労
損傷ないしクリープ損傷に着目し、それらの損傷
の度合から寿命を推定する手法は、すでに提案さ
れている(特公昭56−16372号公報、特開昭57−
64141号公報)。しかしながら、公知の寿命診断装
置は、回転部分の表面に近い静止部分で測定され
た温度を用いて回転部分の寿命を診断したり(特
公昭56−16372号公報)、静止部分で測定された温
度に基づいて静止部分の寿命を診断したりするも
の(特開昭57−64141号公報)であつて、回転部
分の寿命診断には誤差が大きくなつてしまうか、
回転部分の寿命診断には適用不可能なものであ
る。
Conventionally, as a device for diagnosing the lifespan of a prime mover, a method has already been proposed that focuses on fatigue damage or creep damage calculated using the temperature measurement results of the part to be diagnosed, and estimates the lifespan from the degree of damage. There are
Publication No. 64141). However, known life diagnosis devices diagnose the life of a rotating part using the temperature measured at a stationary part close to the surface of the rotating part (Japanese Patent Publication No. 16372/1983), or use the temperature measured at a stationary part to (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-64141), which diagnoses the lifespan of stationary parts based on
It cannot be applied to life diagnosis of rotating parts.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

したがつて、本発明の目的は、上記従来技術に
照らし、既設原動機の回転部分の余寿命をも高精
度に推定しうる原動機の余寿命診断装置を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for diagnosing the remaining life of a prime mover that can estimate the remaining life of the rotating parts of an existing prime mover with high accuracy in light of the above-mentioned prior art.

〔従来の概要〕[Conventional overview]

上記目的を達成するために本発明は、要約すれ
ば、既設プラントについて実質的にクリープ損傷
のみが蓄積する部位を予め計算で求めておき、定
期検査時等のプラント開放時に該当部分のクリー
プ損傷を硬さや他の非破壊的計測法により測定
し、温度測定に基づく余寿命診断結果を、クリー
プ損傷部位についての実測データに基づいて補正
する余寿命診断装置を構成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention calculates in advance the parts of an existing plant where only creep damage accumulates, and prevents creep damage in the corresponding parts when the plant is opened during periodic inspections. This is a remaining life diagnosis device that measures hardness and other non-destructive measurement methods, and corrects the remaining life diagnosis results based on temperature measurements based on actual measurement data for creep-damaged areas.

さらに詳述するならば、本発明の余寿命診断装
置は、静止部分で測定された運転中の原動機にお
ける診断対象の構成部材もしくはそれに近い部材
の温度および圧力並びに回転数および負荷を含む
運転条件データに基づいて原動機材料の温度分布
および応力分布を数値解析により求める第1の手
段と、原動機の起動回数と温度分布から求められ
た材料の疲労寿命との比から疲労損傷分布を求め
る第2の手段と、原動機の運転時間と温度分布お
よび応力分布から求められた材料のクリープ寿命
との比からクリープ損傷分布を求める第3の手段
と、疲労損傷分布およびクリープ損傷分布に基づ
いて原動機の寿命消費を求める第4の手段と、疲
労損傷分布およびクリープ損傷分布を比較しクリ
ープ損傷が大きく疲労損傷が小さい部位を判定す
る第5の手段と、この第5の手段によつて判定さ
れたクリープ損傷の大きな部位の金属組成がクリ
ープ損傷によつて受けた変化の状態を原動機の運
転停止時に直接測定する第6の手段と、この第6
の手段によつて得られた測定結果および原動機の
運転履歴を用いて実機温度を推定する第7の手段
と、温度分布の補正を通して疲労寿命、クリープ
寿命、および寿命消費の補正を行なうべく第7の
手段によつて得られた実機温度を第1の手段にフ
イードバツクする第8の手段とを備えたものであ
る。
More specifically, the remaining life diagnosing device of the present invention uses operating condition data including the temperature and pressure, rotation speed, and load of a component to be diagnosed or a component close to it in an operating prime mover measured at a stationary part. A first means of calculating the temperature distribution and stress distribution of the prime mover material by numerical analysis based on the above, and a second means of determining the fatigue damage distribution from the ratio of the number of times the prime mover is started and the fatigue life of the material determined from the temperature distribution. and a third means of determining the creep damage distribution from the ratio of the operating time of the prime mover to the creep life of the material determined from the temperature distribution and stress distribution, and a third means of determining the life consumption of the prime mover based on the fatigue damage distribution and the creep damage distribution. a fourth means for determining a portion with large creep damage and a fifth means for determining a portion with large creep damage and small fatigue damage by comparing the fatigue damage distribution and creep damage distribution; a sixth means for directly measuring the state of change in the metal composition of a portion due to creep damage when the prime mover is stopped;
A seventh means for estimating the actual machine temperature using the measurement results obtained by the means and the operating history of the prime mover, and a seventh means for correcting fatigue life, creep life, and life consumption through correction of temperature distribution. and an eighth means for feeding back the actual machine temperature obtained by the first means.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図は本発明による原動機の余寿命診断装置
の一実施例を示すブロツク図である。この実施例
は、本発明を特にタービンロータの余寿命を診断
する装置に応用した場合について示したものであ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a remaining life diagnosing device for a prime mover according to the present invention. This embodiment shows a case in which the present invention is applied to a device for diagnosing the remaining life of a turbine rotor.

第1図には、説明の便宜上、同一タービンユニ
ツトについて、ケーシングカバーを取付けた運転
中のタービンユニツト6と、定期検査などのため
運転停止中でケーシングカバーを取外した開放状
態のタービンユニツト1とが別々に示されてい
る。運転中のタービンユニツト6には、運転履歴
データとして起動・停止及び定常運転中の使用状
態を示すデータを得るために、回転計や、圧力
計、温度測定装置、動力計などがケ−シング等の
静止部品に取付けられている。図には運転中のデ
ータを得るための手段として、ケーシング内面7
の温度が温度測定装置8によつて測定され、運転
状態記録装置9に取込まれる。この時、タービン
ユニツトに取付けられた回転計、圧力計ないし動
力計の測定結果として得られるタービン回転速
度、流体圧力及び負荷が定格値に到達した時点を
定常運転開始時点として定常運転時間を計測す
る。また、タービン停止を経て次の起動が行われ
た時に起動停止1回と計数する。このようにして
得られた温度データ、定常運転時間、起動停止回
数、回転速度、圧力が運転履歴データとして運転
状態記録装置9に記憶される。
For convenience of explanation, FIG. 1 shows the same turbine unit; a turbine unit 6 in operation with a casing cover attached; and a turbine unit 1 in an open state with the casing cover removed during a periodic inspection. Shown separately. The turbine unit 6 in operation is equipped with a tachometer, a pressure gauge, a temperature measuring device, a dynamometer, etc. in the casing, etc. in order to obtain operation history data indicating start, stop, and usage conditions during steady operation. installed on stationary parts. The figure shows the inner surface of the casing 7 as a means of obtaining data during operation.
The temperature of the vehicle is measured by the temperature measuring device 8 and taken into the operating state recording device 9. At this time, the steady operation time is measured with the time when the turbine rotational speed, fluid pressure, and load reached the rated values obtained as the measurement results of the tachometer, pressure gauge, or dynamometer attached to the turbine unit as the point at which steady operation starts. . Further, when the next startup is performed after the turbine is stopped, it is counted as one startup/stop. The temperature data, steady operation time, number of starts and stops, rotational speed, and pressure thus obtained are stored in the operating state recording device 9 as operating history data.

一方、温度・応力・損傷・寿命消費の計算に必
要な有限要素の分割データ及び解析プログラムが
記憶装置5に予め記憶されている。温度測定装置
8によつて測定されたケーシング内面の温度は運
転状態記録装置9および条件設定器10を通し
て、また、有限要素法による計算のための応力限
界条件は条件設定器10を通してそれぞれ演算処
理装置11に導入される。演算処理装置11は記
憶装置5から呼び出した解析プログラムに従つて
タービンロータ各部位の温度・応力・損傷・寿命
消費の分布を演算し、それらの演算結果はデイス
プレー装置12に分布図形として表示される。同
時に、ロータ表面において疲労損傷をほとんど受
けずクリープ損傷のみを受けている部位が選択さ
れるが、選択された部位については次回の定期検
査の時までにき裂が起こるか否かの判定表示がな
され、タービン停止及び開放点検時期が決定され
る。
On the other hand, finite element division data and an analysis program necessary for calculating temperature, stress, damage, and life consumption are stored in the storage device 5 in advance. The temperature of the inner surface of the casing measured by the temperature measuring device 8 is sent to the operating state recorder 9 and the condition setting device 10, and the stress limit conditions for calculation by the finite element method are sent to the arithmetic processing device through the condition setting device 10. introduced in 11. The arithmetic processing unit 11 calculates the distribution of temperature, stress, damage, and life consumption of each part of the turbine rotor according to the analysis program called from the storage device 5, and the results of these calculations are displayed as a distribution figure on the display device 12. Ru. At the same time, areas on the rotor surface that have suffered little fatigue damage and only creep damage are selected, but the selected area will be displayed to determine whether or not cracks will occur by the time of the next periodic inspection. The timing of turbine shutdown and open inspection is determined.

タービンユニツトの開放点検時には、開放状態
にあるタービンユニツト1のロータ2の運転履歴
に対応する金属組織の変化を測定するためにロー
タ2のクリープ損傷部位において硬さ測定器3に
より硬さ測定が行われる。この測定により得られ
る該当部位の硬さデータ4は記憶装置5内で応
力・運転時間データと組み合わされ、温度推定装
置13により温度条件に変換される。この温度条
件は再び条件設定器10に入力される。演算処理
装置11は、条件設定器10を介して入力される
温度推定装置13からの温度条件、および運転状
態記録装置9からのデータセツトを用いて、より
精度の高い寿命解析が行われることになる。
During an open inspection of the turbine unit, hardness is measured using the hardness measuring device 3 at the creep-damaged site of the rotor 2 in order to measure changes in the metal structure corresponding to the operating history of the rotor 2 of the turbine unit 1 in the open state. be exposed. The hardness data 4 of the relevant part obtained by this measurement is combined with stress and operating time data in the storage device 5, and converted into temperature conditions by the temperature estimation device 13. This temperature condition is inputted into the condition setting device 10 again. The arithmetic processing unit 11 uses the temperature conditions from the temperature estimation device 13 that are input via the condition setting device 10 and the data set from the operating state recording device 9 to perform life analysis with higher accuracy. Become.

第2図は第1図の構成を有する蒸気タービン余
寿命診断装置において演算処理装置11によつて
実行される寿命解析処理手順を示すフローチヤー
トであり、以下、これを参照して第1図の装置の
作用を説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing the life analysis processing procedure executed by the arithmetic processing unit 11 in the steam turbine remaining life diagnosis system having the configuration shown in FIG. 1. Explain the operation of the device.

いま、運転中のタービンユニツトプラント6に
ついて運転履歴およびタービン内部の運転時にお
ける温度推定値が与えられているものとする。こ
のとき、演算処理装置11はこれらの値を境界条
件として、温度・応力・損傷・寿命についての解
析を行う解析部14により、対象とする部材の有
限要素解析を行う。
It is now assumed that the operating history of the turbine unit plant 6 which is currently in operation and an estimated value of the temperature inside the turbine during operation are given. At this time, the arithmetic processing unit 11 uses these values as boundary conditions to perform a finite element analysis of the target member using an analysis unit 14 that performs analysis regarding temperature, stress, damage, and life.

解析部14において、まず、非定常状態につい
て、温度分布解析部15により、部材に最大熱応
力を生じさせる時点での温度分布解を得る。この
手法は簡単な円筒シミユレーシヨン計算を援用し
た一般に行われている手法である。この温度解は
推定温度条件による推定解である。
In the analysis unit 14, first, for the unsteady state, the temperature distribution analysis unit 15 obtains a temperature distribution solution at the time when the maximum thermal stress is generated in the member. This method is a commonly used method that uses simple cylindrical simulation calculations. This temperature solution is an estimated solution based on estimated temperature conditions.

次に、非定常応力解析部16により熱応力およ
び非定常時の遠心応力の分布を求める。このよう
な解析プログラムは一般化されている周知のもの
があるので、それを用いることができる。非定常
熱応力は温度により左右されるので、この解も推
定解である。
Next, the unsteady stress analysis section 16 determines the distribution of thermal stress and unsteady centrifugal stress. Since such analysis programs are well-known and generalized, they can be used. Since unsteady thermal stress depends on temperature, this solution is also an estimated solution.

次に、疲労損傷解析部17により非定常応力と
運転履歴データから対象とする部材の疲労損傷分
布を計算する。疲労損傷率φfは非定常応力σiを誘
起する起動パターンiの繰返し数Niと、非定常
応力σiに対する材料の疲労寿命Nfi(σi)との比の
線形和として次式で計算される。
Next, the fatigue damage analysis unit 17 calculates the fatigue damage distribution of the target member from the unsteady stress and the driving history data. The fatigue damage rate φ f is expressed as the linear sum of the number of repetitions N i of the activation pattern i that induces the unsteady stress σ i and the ratio of the fatigue life N fii ) of the material to the unsteady stress σ i , as expressed by the following equation. calculated.

φf= 〓i {Ni/Nfi(σi)} …(1) 一方、定常状態については、定常応力解析部1
8により定常遠心応力分布あるいは内圧応力分布
を求め、この応力分布のケーシングおよび温度分
布解析部15によつて得られた温度分布データ1
9を用いてクリープ損傷解析部20においてクリ
ープ損傷分布を求める。このとき、定常応力計算
値は温度条件に比較的依存しないので、精度の良
いクリープ損傷分布の計算結果を得ることができ
る。クリープ損傷率φcは、クリープ破断寿命を
tr、関係時間をtppとすれば、 φc=tpp/tr …(2) として表現されるものであり、σciなる定常応力
の運転状態がti時間継続したものとし、応力σci
よび温度Tiなる状態でのクリープ寿命をtr(σci
Ti)として、 φc= 〓i {ti/tr(σci,Ti)} …(3) として計算することができる。以上のようにして
求められた疲労損傷率φf及びクリープ損傷率φc
ら、寿命消費判定部21により、第3図に示す限
界損傷特性曲線22を用いて寿命消費を計算す
る。なお、第3図は、現在までと同様の運転パタ
ーンが今後も継続されるものとした場合の限界損
傷率を、(φfp,φcp)とするとき、現在の寿命消
費が、(φc/φcp)・(φf/φfp)となることを示す
特性図である。また、将来の運転パターン予想を
変えることによつて残余寿命は異なることも明ら
かである。
φ f = 〓 i {N i /N fii )} ...(1) On the other hand, regarding the steady state, the steady stress analysis section 1
8 to obtain the steady centrifugal stress distribution or internal pressure stress distribution, and calculate the casing of this stress distribution and the temperature distribution data 1 obtained by the temperature distribution analysis section 15.
The creep damage distribution is determined in the creep damage analysis section 20 using the software 9. At this time, since the steady stress calculation value is relatively independent of temperature conditions, highly accurate creep damage distribution calculation results can be obtained. The creep damage rate φ c is the creep rupture life
t r and the related time is t pp , it is expressed as φ c = t pp / t r (2), and it is assumed that the operating state of steady stress σ ci continues for t i time, and the stress The creep life at σ ci and temperature T i is t rci ,
T i ), it can be calculated as φ c = 〓 i {t i /t rci , T i )}...(3). From the fatigue damage rate φ f and the creep damage rate φ c obtained as described above, the life consumption determination unit 21 calculates the life consumption using the limit damage characteristic curve 22 shown in FIG. In addition, Fig. 3 shows that when the marginal damage rate is (φ fp , φ cp ) assuming that the same operating pattern will continue in the future, the current life consumption is (φ ccp )·(φ ffp ). It is also clear that the remaining life will vary depending on the predicted future operating pattern.

一方、疲労損傷解析部17によつて得られた疲
労損傷分布データ23、クリープ損傷解析部20
によつて得られたクリープ損傷分布データ24、
および寿命消費判定部21によつて得られた寿命
消費データ25は、判定部26によりタービンユ
ニツト6の開放検査時期の選定及び硬さ測定位置
の決定に用いられる。開放検査時期は、寿命消費
データと今後の運転パターンの予想データをもと
に、き裂発生寿命に達しないように選定される。
On the other hand, fatigue damage distribution data 23 obtained by the fatigue damage analysis section 17, creep damage analysis section 20
Creep damage distribution data 24 obtained by
The life consumption data 25 obtained by the life consumption determination section 21 is used by the determination section 26 to select the open inspection timing of the turbine unit 6 and to determine the hardness measurement position. The open inspection timing is selected based on lifetime consumption data and predicted data of future operating patterns so as not to reach the crack initiation lifetime.

また、硬さ測定位置は次の手順で決定される。 Further, the hardness measurement position is determined by the following procedure.

疲労損傷解析部17によつて得られ疲労損傷分
布およびクリープ損傷解析部20によつて得られ
たクリープ損傷分布を判定部26が比較し、ここ
でクリープ損傷が大きく疲労損傷が小さい部位が
硬さ測定位置として判定される。このようにして
判定された硬さ測定位置の材料の硬さが開放検査
時期に原動機停止状態で測定される。
The determination unit 26 compares the fatigue damage distribution obtained by the fatigue damage analysis unit 17 and the creep damage distribution obtained by the creep damage analysis unit 20, and determines the hardness of the part where the creep damage is large and the fatigue damage is small. It is determined as the measurement position. The hardness of the material at the hardness measurement position determined in this manner is measured with the prime mover stopped during the open inspection period.

第4図はタービンロータ2の断面における疲労
損傷分布図を示すものである。疲労損傷集中部位
27はほとんどヒートグルーブ底28にあり、他
の部位にはほとんど見られないことが分かる。
FIG. 4 shows a fatigue damage distribution diagram in a cross section of the turbine rotor 2. It can be seen that the fatigue damage concentration area 27 is mostly located at the bottom of the heat groove 28 and is hardly seen in other areas.

一方、第5図はクリープ損傷分布図を示すもの
である。第5図から、クリープ損傷集中部位29
はロータ中心孔表面30およびホイール根元部分
31に見られることが分かる。
On the other hand, FIG. 5 shows a creep damage distribution map. From Figure 5, creep damage concentration area 29
It can be seen that this is seen on the rotor center hole surface 30 and the wheel root portion 31.

本実施例では、高温・高応力に長時間さらさ
れ、かつ起動・停止による応力変化を受けた場
合、構成材料の金属組織が変化し、それが例えば
材料の硬さの変化として現れるという性質と、材
料の硬さがクリープ損傷に良く対応するという実
験結果とに基づいて、たとえばホイール根元部分
31のクリープ損傷集中部位に着目する。この部
位には疲労損傷はほとんどなく、クリープ損傷の
みが集中しているので、第5図のクリープ損傷分
布図から硬さ測定器3により硬さを調べるべき位
置を知ることができる。以上の手順はデイスプレ
ー装置12を用いたデイスプレー部32により対
話型処理される。
In this example, when exposed to high temperature and high stress for a long time and subjected to stress changes due to starting and stopping, the metallographic structure of the constituent materials changes, and this appears as, for example, a change in the hardness of the material. Based on the experimental result that the hardness of the material corresponds well to creep damage, we will focus on the location where creep damage is concentrated, for example in the wheel root portion 31. Since there is almost no fatigue damage in this area and only creep damage is concentrated, the location where the hardness should be measured using the hardness measuring device 3 can be known from the creep damage distribution diagram shown in FIG. The above procedure is interactively processed by the display section 32 using the display device 12.

クリープ損傷集中部位29(たとえば、ホイー
ル根元部分31)と疲労損傷集中部位27(ヒー
トグループ底28)とは互いに近いところに位置
しているが多少ずれている。材料の硬さはクリー
プ損傷集中部位29について測定するので、クリ
ープ損傷に対応している。クリープ損傷集中部位
29での硬さ測定結果から使用温度を補正し、こ
れに基づき非定常の疲労損傷計算に用いる温度の
補正を行う。疲労損傷集中部位27での硬さ測定
結果から温度補正を行うことはできない。
The creep damage concentration area 29 (for example, the wheel root portion 31) and the fatigue damage concentration area 27 (heat group bottom 28) are located close to each other, but are slightly shifted from each other. Since the hardness of the material is measured at the creep damage concentration area 29, it corresponds to creep damage. The operating temperature is corrected from the hardness measurement results at the creep damage concentration area 29, and based on this, the temperature used for unsteady fatigue damage calculation is corrected. Temperature correction cannot be performed from the hardness measurement results at the fatigue damage concentration region 27.

判定部26により得られたタービンロータ2の
継続使用可能期間データは指令部33に受け渡さ
れる。指令部33はタービンユニツトの次回停止
時期と停止方法を決める。次の開放検査で、予め
指定された部位について硬さ測定器3で硬さ測定
を行い、データを記憶装置5を用いた記憶部34
に収納する。この硬さデータは実機温度推定部3
5(第1図の温度推定装置13に対応)により温
度データに変換される。この実機温度推定部35
によるデータ変換すなわち実機温度推定には、第
6図に示す硬さHvとクリープ損傷率φcの関係、
および第7図に示すクリープ破断特性すなわち応
力σと温度・時間パラメータPの関係を使用す
る。
The continuous usable period data of the turbine rotor 2 obtained by the determination unit 26 is passed to the command unit 33. The command unit 33 determines when and how to stop the turbine unit next time. In the next open inspection, the hardness is measured with the hardness measuring device 3 for the pre-designated area, and the data is stored in the storage section 34 using the storage device 5.
Store it in. This hardness data is used by the actual machine temperature estimation section 3.
5 (corresponding to the temperature estimation device 13 in FIG. 1) is converted into temperature data. This actual machine temperature estimation section 35
For data conversion, that is, estimation of actual machine temperature, the relationship between hardness H v and creep damage rate φ c shown in Fig. 6,
And the creep rupture characteristics, ie, the relationship between stress σ and temperature/time parameter P, shown in FIG. 7 are used.

硬さHvの低下量は負荷応力の増大と共に大き
くなり、応力σ1,σ2,σ3,σ4をパラメータとして
第6図のような曲線によつて表される。実機温度
推定部35には第6図の硬さHvとクリープ損傷
率φcの関係が応力σ1,σ2,σ3,σ4をパラメータと
してテーブルの形で組み込まれており、たとえ
ば、応力σ1において硬さHvlという測定結果が得
られたものとすると、それに対応するクリープ損
傷率φcが、φc=φclとして得られる。
The amount of decrease in hardness Hv increases as the applied stress increases, and is expressed by a curve as shown in FIG. 6 using stresses σ 1 , σ 2 , σ 3 , and σ 4 as parameters. The actual machine temperature estimator 35 incorporates the relationship between hardness H v and creep damage rate φ c shown in FIG. 6 in the form of a table using stresses σ 1 , σ 2 , σ 3 , and σ 4 as parameters; for example, Assuming that a measurement result of hardness H vl is obtained at stress σ 1 , the corresponding creep damage rate φ c is obtained as φ ccl .

さらに、実機温度推定部35には第7図に示す
応力σと温度・時間パラメータPの関係を示すテ
ーブルも材料データとして組み込まれており、応
力σ1に対応する温度・時間パラメータPの値が、
P=P1として得られる。ここで、パラメータP
は、クリープ破断寿命をtr、絶対温度をT、定数
をCとすれば、tr=tpp/φc P=T(C+log tr) …(4) で表される。したがつて、 T=P/(C+log tr) …(5) であるから、これに(2)式に基づいて導出されるク
リープ破断寿命tr(=tpp/φc)を用いると共に、
第6図で得られたクリープ損傷率φc=φcl、およ
び第7図で得られたパラメータP=P1を代人し、
さらに、クリープ破断寿命tr=trlとして温度T
が、 T=P1/(C+log tpp/φcl) …(6) として計算される。このようにして求められた温
度Tが実機温度推定部35による該当部位の推定
温度として出力される。
Furthermore, the actual machine temperature estimating unit 35 also incorporates a table showing the relationship between the stress σ and the temperature/time parameter P shown in FIG. 7 as material data, and the value of the temperature/time parameter P corresponding to the stress σ 1 is ,
It is obtained as P=P 1 . Here, the parameter P
is expressed as t r =t ppc P=T(C+log t r ) (4) where t r is the creep rupture life, T is the absolute temperature, and C is the constant. Therefore, since T=P/(C+log t r )...(5), using the creep rupture life t r (=t ppc ) derived based on equation (2),
Substituting the creep damage rate φ ccl obtained in FIG. 6 and the parameter P=P 1 obtained in FIG. 7,
Furthermore, the creep rupture life t r = t rl and the temperature T
is calculated as T=P 1 /(C+log t ppcl ) (6). The temperature T obtained in this way is outputted as the estimated temperature of the relevant part by the actual machine temperature estimating section 35.

ここで、運転時間tppは運転データ設定部36
により設定される。
Here, the operation time t pp is the operation data setting section 36
Set by.

以上のようにして得られた温度データは、より
精度の高い寿命推定結果を得るために、解析部1
4にフイードバツクされる。運転中の測定結果か
ら得られる運転指令は原則的には推定に基づくも
のであつて誤差を含んでいる。それに対し、運転
停止中の硬さ計測に基づく補正を加えることによ
り、それ以降の運転中の指令は、誤差を無くすべ
く補正された正確なものとなる。上記フイードバ
ツクは上記補正のために行われる。その結果、解
析部14で得られたデータをもとにして、判定部
26および指令部33により次回検査までの運転
指令を与える。このとき、解析により全部位の疲
労損傷分布およびクリープ損傷分布が与えられる
ので、どの部位かがすでにき裂発生寿命に達して
いれば指令部33は警告指示を出す。これによ
り、危険指定部位に特に注意して欠陥およびき裂
の検査を行うことができ、適切な補修を行うこと
によつて、機器の安全性を保証することができ
る。
The temperature data obtained in the above manner is used in the analysis section 1 in order to obtain more accurate life estimation results.
Feedback is given to 4. Driving commands obtained from measurement results during driving are basically based on estimation and include errors. On the other hand, by adding correction based on the hardness measurement while the operation is stopped, the commands during the subsequent operation will be accurate and corrected to eliminate errors. The above feedback is performed for the above correction. As a result, based on the data obtained by the analysis section 14, the determination section 26 and the command section 33 issue driving instructions until the next inspection. At this time, since the fatigue damage distribution and creep damage distribution of all parts are given by the analysis, if any part has already reached the crack initiation life, the command unit 33 issues a warning instruction. As a result, defects and cracks can be inspected with particular attention to the designated dangerous parts, and by making appropriate repairs, the safety of the equipment can be guaranteed.

本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、他の高温高圧蒸気原動機の回転部分および静
止機器においてクリープ損傷が顕著な場合に有効
に使用することができる。また、実機測定方法に
関しても、クリープ損傷に着目する場合、金属組
織の微視的変化をとらえる他の手法、たとえばレ
プリカ法によつても実施することができる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be effectively used in cases where creep damage is significant in rotating parts and stationary equipment of other high-temperature, high-pressure steam motors. Regarding the actual measurement method, when focusing on creep damage, other methods that capture microscopic changes in the metal structure, such as the replica method, can also be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明によれば、実機部材
の寿命解析に当たつて、運転中の実機の静止部分
の温度に基づいて推定した寿命を、運転停止とし
た定期開放時の材料の金属組織の変化、すなわち
高温・高応力に長時間さらされることによつて生
ずる材料の金属組織の変化を、たとえば非破壊測
定により測定した材料の表面硬さに基づいて測定
し、その測定結果に基づいて推定した実機の温度
条件によつて上記寿命推定のための温度を補正す
ることによつて、機器の運転経過に対応した高精
度の余寿命推定を行うことができ、それにより機
器の安全保証をより的確に行うことができる。し
かも本発明の余寿命診断装置は回転部分の余寿命
診断をも高精度に行うことができる。
As described above, according to the present invention, when analyzing the life of actual machine parts, the life estimated based on the temperature of the stationary part of the actual machine during operation is calculated based on the life expectancy of the material at the time of periodic opening when the machine is stopped. Changes in the structure, that is, changes in the metallographic structure of a material that occur due to long-term exposure to high temperatures and high stress, are measured based on the surface hardness of the material measured by non-destructive measurement, and based on the measurement results. By correcting the above-mentioned temperature for life estimation based on the temperature conditions of the actual equipment estimated by can be performed more accurately. Moreover, the remaining life diagnosing device of the present invention can also diagnose the remaining life of rotating parts with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例による原動機の余寿
命診断装置のブロツク図、第2図は第1図の装置
における内部処理手続きを示す機能フロー図、第
3図はタービンロータ材料のクリープ限界損傷及
び疲労限界損傷の関係を示す特性図、第4図はタ
ービンロータ断面の疲労損傷分布図、第5図はタ
ービンロータ断面のクリープ損傷分布図、第6図
は硬さおよびクリープ損傷の関係を示す特性図、
第7図はクリープ破断特性を示す図である。 1…運転停止開放状態のタービンユニツト、2
…タービンロータ、3…硬さ測定器、5…記憶装
置、8…温度測定装置、9…運転状態記録装置、
10…条件設定器、11…演算処理装置、12…
デイスプレー装置、13…温度推定装置、14…
解析部、15…温度分布解析部、16…非定常応
力解析部、17…疲労損傷解析部、18…定常応
力解析部、20…クリープ損傷解析部、21…寿
命消費判定部、26…判定部、32…デイスプレ
ー装置、33…指令部、34…記憶部、35…実
機温度推定部、36…運転データ設定部。
Fig. 1 is a block diagram of an apparatus for diagnosing the remaining life of a prime mover according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a functional flow diagram showing internal processing procedures in the apparatus of Fig. 1, and Fig. 3 is a creep limit of the turbine rotor material. Characteristic diagram showing the relationship between damage and fatigue limit damage, Figure 4 is a fatigue damage distribution diagram of a turbine rotor cross section, Figure 5 is a creep damage distribution diagram of a turbine rotor cross section, and Figure 6 is a diagram showing the relationship between hardness and creep damage. Characteristic diagram shown,
FIG. 7 is a diagram showing creep rupture characteristics. 1...Turbine unit in operation stop open state, 2
... Turbine rotor, 3... Hardness measuring device, 5... Storage device, 8... Temperature measuring device, 9... Operating state recording device,
10... Condition setter, 11... Arithmetic processing unit, 12...
Display device, 13...Temperature estimation device, 14...
Analysis section, 15... Temperature distribution analysis section, 16... Unsteady stress analysis section, 17... Fatigue damage analysis section, 18... Steady stress analysis section, 20... Creep damage analysis section, 21... Life consumption judgment section, 26... Judgment section , 32...Display device, 33...Command section, 34...Storage section, 35...Actual machine temperature estimation section, 36...Operation data setting section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 静止部分で測定された運転中の原動機におけ
る診断対象の構成部材もしくはそれに近い部分の
温度および圧力並びに回転数および負荷を含む運
転条件データに基づいて原動機材料の温度分布お
よび応力分布を数値解析により求める第1の手段
と、 原動機の起動回数と前記温度分布から求められ
た材料の疲労寿命との比から疲労損傷分布を求め
る第2の手段と、 前記原動機の運転時間と前記温度分布および応
力分布から求められた材料のクリープ寿命との比
からクリープ損傷分布を求める第3の手段と、 前記疲労損傷分布およびクリープ損傷分布に基
づいて原動機の寿命消費を求める第4の手段と、 前記疲労損傷分布およびクリープ損傷分布を比
較しクリープ損傷が大きく疲労損傷が小さい部位
を判定する第5の手段と、 この第5の手段によつて判定された前記クリー
プ損傷の大きな部位の金属組織がクリープ損傷に
よつて受けた変化の状態を前記原動機の運転停止
時に直接測定する第6の手段と、 この第6の手段によつて得られた測定結果およ
び前記原動機の運転履歴を用いて実機温度を推定
する第7の手段と、 前記温度分布の補正を通して前記疲労寿命、ク
リープ寿命、および寿命消費の補正を行なうべく
前記第7の手段によつて得られた実機温度を前記
第1の手段にフイードバツクする第8の手段と を備えた原動機の余寿命診断装置。 2 前記第6の手段が硬さ測定器からなつている
特許請求の範囲第1項記載の余寿命診断装置。 3 前記第6の手段は、レプリカ法によつて測定
するものである特許請求の範囲第1項記載の余寿
命診断装置。
[Claims] 1. Temperature distribution and temperature distribution of the prime mover material based on operating condition data including the temperature and pressure, rotation speed, and load of the component to be diagnosed in the operating prime mover or a portion close to it measured at a stationary portion. a first means for determining the stress distribution by numerical analysis; a second means for determining the fatigue damage distribution from the ratio of the number of times the prime mover is started and the fatigue life of the material determined from the temperature distribution; and an operating time of the prime mover. a third means for determining a creep damage distribution from a ratio to the creep life of the material determined from the temperature distribution and stress distribution; and a fourth means for determining the life consumption of the prime mover based on the fatigue damage distribution and the creep damage distribution. and a fifth means for comparing the fatigue damage distribution and the creep damage distribution to determine a portion where the creep damage is large and the fatigue damage is small; and the metal of the portion where the creep damage is large determined by the fifth means. a sixth means for directly measuring the state of change that the tissue has undergone due to creep damage when the prime mover is stopped; and a sixth means using the measurement results obtained by the sixth means and the operating history of the prime mover. seventh means for estimating the actual machine temperature; and a seventh means for estimating the actual machine temperature obtained by the seventh means to correct the fatigue life, creep life, and life consumption through correction of the temperature distribution. and eighth means for providing feedback to the means. 2. The remaining life diagnostic device according to claim 1, wherein the sixth means comprises a hardness measuring device. 3. The remaining life diagnostic device according to claim 1, wherein the sixth means measures by a replica method.
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