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
- Prior art keywords
- distribution
- temperature
- damage
- life
- creep
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G07—CHECKING-DEVICES
- G07C—TIME 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
- G07C3/00—Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices
- F02B77/083—Safety, 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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お
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か
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。
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お
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か
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。
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。
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。
また、硬さ測定位置は次の手順で決定される。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
により設定される。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7787882A JPS58195134A (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | 原動機の余寿命診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7787882A JPS58195134A (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | 原動機の余寿命診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58195134A JPS58195134A (ja) | 1983-11-14 |
| JPH0334573B2 true JPH0334573B2 (ja) | 1991-05-23 |
Family
ID=13646316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7787882A Granted JPS58195134A (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | 原動機の余寿命診断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58195134A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0660827B2 (ja) * | 1989-02-20 | 1994-08-10 | 株式会社日立製作所 | プラント機器の運転監視装置 |
| JP2006125299A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Toshiba Corp | 蒸気タービンロータの余寿命評価装置、蒸気タービンロータの余寿命評価方法、動翼および蒸気タービン |
| CN109026383A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-12-18 | 大同北方天力增压技术有限公司 | 一种增压器转速监测记录和故障预警装置及预警方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5616372A (en) * | 1979-07-20 | 1981-02-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Receiver of variable scanning facsimile signal |
| JPS5764141A (en) * | 1980-10-07 | 1982-04-19 | Hitachi Ltd | Method and device for foreseening life of apparatus consisting of metallic structure |
-
1982
- 1982-05-10 JP JP7787882A patent/JPS58195134A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58195134A (ja) | 1983-11-14 |
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