JPS6067838A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高温で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ｎ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って使用されるもの
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
してすペリ帯を形成した後にすべり帝に沿って金属結晶
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
傷は蓄積さ几る。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
に失ゎ几てぃく。

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って、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
さ扛ているが、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（なる場合がある。特に高温で
長期間にわたっ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（使用できる期間を予知診断する技術の開発が強く望
まｎでいる。

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Ｍ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（考慮されていなかった。また
、既に設置さｉて数年にわたって稼動して（ζ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った諸問
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固有の特性
および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ｎ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、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
ブロッ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５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によっ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は計測装置を示し、これは材料状態量として材料
の硬さ、金属組織、分極特性、欠陥、１磁気特性；音響
特性を計測する装置である。この装置として具体的には
硬さ計、腐食装置、分極試験装膜、非破壊検査装置等が
予定さｎ、必要な数だけ機器の被測定場所にセットする
。

符号４は材料特性算出器を示し、上記材料状態量の計測
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）
、クリープラブチャ特性（応力一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
ープラブチャ強度、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ｎ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に伝えら几、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板不
能である。そのために、設置以前の構造部材に加わった
損傷量の蓄積が未知のま瓦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。従って５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（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
材によっ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っ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几るものもあ
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１２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。

さらに両内部り−シング１２　、１３内にはロータ１４
が貫挿さ牡、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ッド１５　、１６および第１内部ケ
ーシング１２の一端に設けらｎたグランドパツキンヘッ
ド１７１Ｃよって上記ロータ１４に沿う蒸気洩扛を防止
するようにしである。

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
ノズルボックス加に供給される。蒸気はこ匁から高速流
となってロータ１４に植設された羽根２１に当りロータ
１４に運動エネルギを与えた後、再びノズルダイアフラ
ム乙にあるノズルを通り高速流となって次の羽根に当る
。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ｎ
に到り、そこでは蒸気供給口１８部の１７．〜１／８程
度の圧力となる。高圧タービン出口部るの蒸気は、一旦
蒸気タービン出口ｎより外部に導き出され、ボイラの再
熱器（図示省略）を通って再熱され、再び高温蒸気とな
って中圧タービン入口部２４Ｉｌｃ供給すｎる。そこで
、この中圧タービン入口部Ｕ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δから排出さｎる。

タービンの運転中、外部ケーシング１１、ｗＪ１内部ケ
ーシング１２および第２内部ケーシング１３は高温高圧
蒸気により高温蒸気にさらさ几内圧応力を受ける。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の内外面の温度差圧よる非定常熱
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
が促進さ扛ることになる。

このように構成さ几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、第シ図
に示したようにケーシングに埋設された圧力計（資）お
よび温度計３１によっ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ｒ７る。

一方、ケーシングの材料状態量は硬さであってタービン
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
って計測する。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］２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に設けら扛た測定孔３３を通して挿入
され、この硬さ計Ｍは圧子あを油圧配管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によって電気信号あに変換し、さら罠演算装置
３９によっ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、前記測定孔おはグラブによって
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材料状態量の計測結果
を基にしてケーシングが支障を来たすことな（使用でき
る期間の予知診断方法および装置を第３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４１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被雑な構造
物の応力分布は、光弾性または有限要素法によってめる
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ｔ
て０る。従って主蒸気圧力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ルる。

次に、温度計（熱電対）３１により検出さ肚た使用状態
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と共圧、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ｎ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って温度分布が算出さｎる
。

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Ｔ１お
よび外表面温度Ｔｏがまり、（２）　、　（３１式から
内表面および外表面の熱応力σｉおよ・びσ。がまる。

ここで、Ｅ；ヤング率、シ；ポアソン比、α；線膨張係
数 この様にしてめたσ１．σ０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れる。有
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、応力集中係数に１　が決定される。熱
応力算出器４３′は、内外表面応力σｉ、σ０に応力集
中係数ＫＴ　を掛は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あによって計
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、７ランク部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、クリープラブチャ特性等き裂の発
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ア、また
は引張強さσＢ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。

σ７．二ｆ１（温度、硬さ）　・・・・・・・（４）σ
、＝ｆ２（温度、硬さ）　・・・・・・・・（５）（４
）　、　（５１式は硬さをビッカース硬さＨｖ　にとり
、温度をＴとするとき、次の形に書くことができる。

σｙｓ　＝　Ｃｐ、（刀Ｈｖ＋Ｄｐ１（Ｔｌ　＝−＝−
・−（６１σｎ＝ｃｐｊ刀Ｈ，＋Ｄｐ２（刀　・・・・
・・・（７）たｙし、Ｃｐｌ（′１１．Ｃｐ２（刀、　
Ｄ、１（馬り、２（刀は温度Ｔに関する一次式またはそ
ｎ以上の次数の多項式で表わされる。第５図中の■は（
６）（７）式を図示したものであり、第５図のσ、σＢ
、σ、５とＨｖの関係図■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、５および引張強さσＢ　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■に示すように弾性ひずみ範囲△Ｅｅ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。

△（ｅ＝ｆ３（硬さ、Ｎｆ）・・川・・・・（８）（８
）式は硬さをビッカース硬さＨｖにとり、次の形に書く
ことができる。

△Ｃｅ二〇、１（Ｈｖ）Ｎ、Ｄｆｌ（ＨＶ）　・旧＝−
−−−（９まただし、Ｃｆ１（Ｈｖ）、Ｄｆｌ（Ｈｖ）
は硬さＨｖ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■はＣｆ１とＤｆｌのＩ（、依存性を示す。な
お第６図の△ＣｅとＨｖ　との関係図■でＮｆｌ　＜Ｎ
ｆ２　＜Ｎｆ３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ΔＥｐと破損繰返し数Ｎｆの間には
、次式 ％式％（］） で表わされる関係がある。Ｃｆ２およびＤｆ２は材料に
より選択される定数である。

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

Δｆｔ−△Ｅｅ＋△Ｅｐ Ｄｆｘ（Ｈｙ） ＝Ｃｆ１（Ｈｖ）Ｎｆ十Ｃｆ２ＮｆＤｆ２・・・・・・
（１工） 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 Ｎｆ＝ｆ５（△〔１）　・・・・・・・・・（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
チャ特性算出部分について示したものであり、第７図中
■に示すように硬さと絶対温度Ｔと破断時間Ｔｒとの関
係を表わすラーメンミラーパラメータＰ Ｐ　＝Ｔ（Ｃ＋ＩｏｇＴ　）　−（３３）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　＝　ｇｌ　（硬さ）　・・・・・・・・・（１４）
（１４）式は硬さをビッカース硬さＨｖにとり、次の形
に書くことができる。

Ｐ　＝　Ｃ，（σ）Ｈｖ＋Ｄｇ□（σ）・・・−（１５
）こ〜でＣｇ□とＤｇｌは第７図中■で示すよ５ＩＣ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
で表わさ扛る。なお、第７図のＰとＨｖの関係図■でσ
１〈σ２くσ３　の順に応力が犬ぎ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ンラブチャ特性の算出により、
従来未解決であっ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繰り返しによるも
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△φｆは（１６）式で算出さ扛る。

ここでＮｆは、非定常運転時の温度での応力の繰り返し
く低サイクル疲労）による破損くり返し数である。従っ
て、非定常運転１回当りに蓄積される疲労損傷量△φｆ
は破損くり返し数Ｎ、をめることと、（１６）式の演算
を行なうことによって成される。第４図において、材料
特性算出器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（１
２）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（り返し数Ｎ、を亮出しく１６
）式の演算を実行して非定常運転１回当つで蓄積さｎる
疲労損傷量△φｆ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４７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△φ０は（１７
）式で算出される。

ここで、Ｔｒ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。従って、定常運
転単位時間当り蓄積されるクリープ損傷量△φ。はクリ
ープ破断時間Ｔｒをめることと（１７）式の演算を実行
することによって成さｎ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ブ
チャ特性が算出さ扛ているので損傷量演算器４７は応力
加算器４４の定常運転時の出力を使用し、ラーソンミラ
ーノくラメータ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
）式のラーメン・ミラーパラメータＰ、温度Ｔ、クリー
プ破損時間Ｔｒの関係から の演算を実行しクリープ破損時間子、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。を算出する。損傷量加算器４
８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
は許容値算出器間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扛
る。それらの材料特性は引張強さ、耐力、クリープラブ
チャ特性である。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
定さ扛ているが、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を考
慮する必要がある。材料特性の内引張強さ、耐力、クリ
ープラブチャ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Ｉは材料特性算出器４６
が、硬さ計測値をもとに算出した引張強さ、耐力、クリ
ープラブチャ特性に温度算出器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
さ几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５１は、診断装置４９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又で
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
きる様になっている。したがって、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（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
ｎる運転履歴にもとづ（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（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ｎ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
出する一万、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っ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ック図、第２図は本
発明の損傷診断に適用できる機器の−例である蒸気ター
ビン高温部を示した半断面図、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ック図、
第５図は、第４図のブロック図中、材料特性算出器の機
能手順を示したフローチャート、第６図は同じ（低サイ
クル疲労特性について示したフローチャート、第７図は
同じくクリープラブチャ特性について示したフローチャ
ート、第８図は、第４図のブロック図中、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ャート、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
フローチャートである。 １・・・検出装置、２・・・温度一応力算出器、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。 出願人代理人　猪　股　清 弗　７　図 第　８　図 第１頁の続き ■発明者角１）英治 横浜市鶴見区末広町２丁目の４　東京芝浦電気株式会社
京浜事業所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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、これを基間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とその変化を
   表わす材料状態量を計測し、こ几をもとに材料特性を算
   出し、それらの算出値をもとに上記構造部材が使われて
   いる機器の運転履歴に応じて非定常運転のくり返しによ
   って蓄積される疲労損傷ｔと定常運転の継続によって蓄
   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、前記疲労損傷量は材料の硬さから算出される低サイ
   クル疲労特性に基いて算出し、クリープ損傷量は材料の
   硬さから算出されるクリープラブチャ特性に基いて算出
   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、前記構造部材の材料の硬さから、高温長時間使用に
   より変化した後の材料特性である引張特性、低サイクル
   疲労特性、クリープラブチャ特性を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、前記引張特性である引張強さと耐力は温度の関数で
   ある２個の係数を含むビッ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３
   項に記載の損傷診断方法。 ５、前記低サイクル疲労特性は、ビッカース硬さの関数
   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
   の関係式とビッ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３項に記
   載の損傷診断方法。 ６、前記クリープラブチャ特性は、温度と破断時間の関
   係を示すラーンンミラ・−パラメータを応。 力の関数である２個の係数を含むビッカース硬さの一次
   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３項眞記載の損傷診断方法。 ７、前記許容値は、作用応力に対１゛る許容応力値と、
   き裂発生知対する疲労損傷量、クリープ損傷量および疲
   労・クリープ組み合せ損傷量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。 ８前記許容応力値は、材料の硬さから算出される引張強
   さ、クリープラブチャ特性から算出し、き裂発生限界損
   傷値はあらかじめ設定しておくようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載の損傷診断方法。 ９、高温で使用さ扛る構造部材の使用状態を表ゎす使用
   状態量を検出する検出装置と、構造部材の材料の硬さと
   その変化を表わす材料状態量を計測する硬さ計測装置と
   ；前記検相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って計測された材料の硬さから材
   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って設定さルた設定
   値をもとに損傷の蓄積葉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ｎた場合に警報を発する表示
   轡報装置とを備えてなる構造部材の損傷診断装置濯。 １０、前記条件設定器は、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
   値の蓄積の演算に必要な全てのパラメータを設定するこ
   とができるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第９項記載の構造部材の損傷診断装置。 】１．前記硬さ計測装置は圧子と、この圧子を駆動する
   油圧シリンダ装置と圧子の変位量を検出する検出器とを
   有し、測定面に一定圧力で圧子を押しつけたときの変位
   信号により硬さを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９項記載の構造部材の損傷診断装置。