JPS6346242B2 - - Google Patents
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- JPS6346242B2 JPS6346242B2 JP54131309A JP13130979A JPS6346242B2 JP S6346242 B2 JPS6346242 B2 JP S6346242B2 JP 54131309 A JP54131309 A JP 54131309A JP 13130979 A JP13130979 A JP 13130979A JP S6346242 B2 JPS6346242 B2 JP S6346242B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- life
- state quantity
- lifespan
- mechanical structural
- creep
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Control Of Turbines (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
この発明は高温環境で10年以上の長期間にわた
つて使用される機械構造部品の寿命監視方法に関
する。
つて使用される機械構造部品の寿命監視方法に関
する。
（従来の技術）
一般に発電プラントや化学プラントを構成する
機械構造部品は高温で10年以上の長期間にわたつ
て使用されるものが多い。これら機械構造部品に
は起動停止や負荷変動等の非定常運転の繰返しに
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、このすべ
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する。
機械構造部品は高温で10年以上の長期間にわたつ
て使用されるものが多い。これら機械構造部品に
は起動停止や負荷変動等の非定常運転の繰返しに
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、このすべ
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する。
このように高温で使用される機械構造部品には
高温強度の優れた耐熱鋼が使用されているが、耐
熱鋼の上記疲労やクリープによるき裂の発生現象
は材料自体の疲労やクリープ強度特性とも密接に
関係している。
高温強度の優れた耐熱鋼が使用されているが、耐
熱鋼の上記疲労やクリープによるき裂の発生現象
は材料自体の疲労やクリープ強度特性とも密接に
関係している。
上述の如く高温で使用される機械構造部品に
は、運転状態と部材の材料特性とが関わりあつて
寿命消費が累積する。この寿命消費の累積が進行
した場合には、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
る可能性がある。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
プラントでは近年電力需要にあわせて比較的使用
期間の長いものでさえ起動停止等の非定常運転が
頻繁に繰返されるものが多くなり、当初の予想以
上に寿命消費が速くなる場合がある。そのため特
に高温で長期間にわたつて使用される火力発電プ
ラント等の機械構造部品について寿命消費の蓄積
状態を正確に監視する技術の開発が強く望まれて
いる。
は、運転状態と部材の材料特性とが関わりあつて
寿命消費が累積する。この寿命消費の累積が進行
した場合には、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
る可能性がある。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
プラントでは近年電力需要にあわせて比較的使用
期間の長いものでさえ起動停止等の非定常運転が
頻繁に繰返されるものが多くなり、当初の予想以
上に寿命消費が速くなる場合がある。そのため特
に高温で長期間にわたつて使用される火力発電プ
ラント等の機械構造部品について寿命消費の蓄積
状態を正確に監視する技術の開発が強く望まれて
いる。
従来この種の監視を行うものとしては特開昭53
−77907号に示されているように、熱サイクルの
影響による寿命消費も測定するものが知られてい
る。
−77907号に示されているように、熱サイクルの
影響による寿命消費も測定するものが知られてい
る。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、機械構造部品の寿命消費を監視
する手法としてこれまでに提案されているもの
は、いずれも熱サイクルの繰返しによる低サイク
ル疲労損傷のみを累算するもので、寿命消費を必
ずしも充分に把握できるものではなかつた。
する手法としてこれまでに提案されているもの
は、いずれも熱サイクルの繰返しによる低サイク
ル疲労損傷のみを累算するもので、寿命消費を必
ずしも充分に把握できるものではなかつた。
本発明は、高温で使用される機械構造部品の使
用状態を表わす状態量と、その機械構造部品の使
用運転履歴を考慮して寿命消費の蓄積を正確に把
握できるようにした機械構造部品の寿命監視方法
を提供することを目的としている。
用状態を表わす状態量と、その機械構造部品の使
用運転履歴を考慮して寿命消費の蓄積を正確に把
握できるようにした機械構造部品の寿命監視方法
を提供することを目的としている。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、稼動時の機械構造部品の状態量を計
測し、この状態量に基づいて該機械構造部品の寿
命を監視するに際し、前記状態量の変動の大きさ
から疲労による寿命の消費を求め、これを変動が
繰返すごとに累算し累積疲労寿命消費とし、他方
前記状態量についてその継続時間からクリープに
よる寿命の消費を求め、これを各継続時間ごとに
累算して累算クリープ寿命消費とし、これら累積
疲労寿命消費および累積クリープ寿命消費の両者
を用いて寿命監視を行うようにしたことを特徴と
している。
測し、この状態量に基づいて該機械構造部品の寿
命を監視するに際し、前記状態量の変動の大きさ
から疲労による寿命の消費を求め、これを変動が
繰返すごとに累算し累積疲労寿命消費とし、他方
前記状態量についてその継続時間からクリープに
よる寿命の消費を求め、これを各継続時間ごとに
累算して累算クリープ寿命消費とし、これら累積
疲労寿命消費および累積クリープ寿命消費の両者
を用いて寿命監視を行うようにしたことを特徴と
している。
（実施例）
以下本発明をタービン回転子について実施した
例をもとに詳細に説明する。
例をもとに詳細に説明する。
タービンが長期的に信頼性と安全性を確保し使
用に供されるためには、その心臓部ともいうべき
回転子の寿命消費程度に対する定常および非定常
運転時での発生応力の影響を注意深く監視するこ
とが必要である。特に回転子が破壊して飛散する
という重大事態に至らぬためには、回転子の中心
部における応力が寿命消費程度に及ぼす影響を知
ることが必要である。
用に供されるためには、その心臓部ともいうべき
回転子の寿命消費程度に対する定常および非定常
運転時での発生応力の影響を注意深く監視するこ
とが必要である。特に回転子が破壊して飛散する
という重大事態に至らぬためには、回転子の中心
部における応力が寿命消費程度に及ぼす影響を知
ることが必要である。
タービン回転子の中心部には、一般に熱応力と
遠心応力が作用し、タービン起動の如き非定常な
運転時には、回転子の外表面と中心部との間に温
度差が生じ熱応力が発生する。このとき熱応力は
回転子中心部で軸方向と接線方向に大きく引張力
として作用する。他方、回転子の回転時に作用す
る遠心力は接線方向で、同時に引張力である。従
つてタービンの起動時には、回転子の中心部にそ
の接線方向に熱応力と遠心力とが重畳して大きな
応力が作用することになり、非定常運転の繰返し
は回転子中心部で疲労寿命消費の累積をもたら
す。
遠心応力が作用し、タービン起動の如き非定常な
運転時には、回転子の外表面と中心部との間に温
度差が生じ熱応力が発生する。このとき熱応力は
回転子中心部で軸方向と接線方向に大きく引張力
として作用する。他方、回転子の回転時に作用す
る遠心力は接線方向で、同時に引張力である。従
つてタービンの起動時には、回転子の中心部にそ
の接線方向に熱応力と遠心力とが重畳して大きな
応力が作用することになり、非定常運転の繰返し
は回転子中心部で疲労寿命消費の累積をもたら
す。
また、タービンの定常運転中には、回転子の外
表面と中心部との温度差が小さくなるので、主に
回転による遠心力が中心部で大きく作用し、この
応力によりクリープ寿命消費が蓄積されていくこ
ととなる。
表面と中心部との温度差が小さくなるので、主に
回転による遠心力が中心部で大きく作用し、この
応力によりクリープ寿命消費が蓄積されていくこ
ととなる。
これら疲労寿命消費とクリープ寿命消費とが、
回転子の中心部で経年的に累積されると回転子材
料固有の特性である限界寿命に達し、き裂が発生
するのでタービン全体の信頼性と安全性に重大な
影響をおよぼす。その為、非定常運転時に発生す
る熱応力を極力押える様、運転法を工夫し熱疲労
寿命消費程度を小さくする配慮が成されている
が、それにも拘らず、遠心力はタービンの運転時
に発生する基本的な応力である為、クリープ寿命
消費がある程度累積するのは避けられない。
回転子の中心部で経年的に累積されると回転子材
料固有の特性である限界寿命に達し、き裂が発生
するのでタービン全体の信頼性と安全性に重大な
影響をおよぼす。その為、非定常運転時に発生す
る熱応力を極力押える様、運転法を工夫し熱疲労
寿命消費程度を小さくする配慮が成されている
が、それにも拘らず、遠心力はタービンの運転時
に発生する基本的な応力である為、クリープ寿命
消費がある程度累積するのは避けられない。
特に回転子内部は、回転子材製造上、非金属介
在物、偏析等の材料欠陥が生じ易い部分でもあ
り、これら応力集中源となる材料欠陥の存在の可
能性のある回転子内部の寿命消費程度を監視する
ことの意義は大きい。
在物、偏析等の材料欠陥が生じ易い部分でもあ
り、これら応力集中源となる材料欠陥の存在の可
能性のある回転子内部の寿命消費程度を監視する
ことの意義は大きい。
本実施例は、タービンの運転状態を監視して、
非定常運転時、定常運転時での応力を計算し、そ
れに対応して疲労寿命消費率、クリープ寿命消費
率を計算し、累積して、記録、表示するものであ
る。以下、図面を参照して詳細に説明する。
非定常運転時、定常運転時での応力を計算し、そ
れに対応して疲労寿命消費率、クリープ寿命消費
率を計算し、累積して、記録、表示するものであ
る。以下、図面を参照して詳細に説明する。
第１図においてターボ機械１はケーシング２と
このケーシング２に収容された回転子３とからな
り、このケーシング２と回転子３の間の空間４に
はガスまたは蒸気等の作動流体が満たされ回転子
３はこの作動流体中で回転するようになつてい
る。上記ケーシング２の内面には回転子３の表面
温度をケーシング内面温度として近似的に測定す
る感温素子５が設置され、感温素子５はタービン
の外部にある温度測定器６と電気的に接続し、測
定された温度はそれに比例した電気信号に変換さ
れるようになつている。この温度測定器６には応
力計算器７が接続され、更に応力計算器７には設
定器８と判定器９が電気的に接続されている。判
定器９には応力極値検出器１０と、一定応力検出
器１５が電気的に並列接続されている。応力極値
検出器１０には、応力範囲計算器１１、疲労寿命
計算器１２、寿命消費率計算器１３、加算器１４
が順次、電気的に直列接続されている。
このケーシング２に収容された回転子３とからな
り、このケーシング２と回転子３の間の空間４に
はガスまたは蒸気等の作動流体が満たされ回転子
３はこの作動流体中で回転するようになつてい
る。上記ケーシング２の内面には回転子３の表面
温度をケーシング内面温度として近似的に測定す
る感温素子５が設置され、感温素子５はタービン
の外部にある温度測定器６と電気的に接続し、測
定された温度はそれに比例した電気信号に変換さ
れるようになつている。この温度測定器６には応
力計算器７が接続され、更に応力計算器７には設
定器８と判定器９が電気的に接続されている。判
定器９には応力極値検出器１０と、一定応力検出
器１５が電気的に並列接続されている。応力極値
検出器１０には、応力範囲計算器１１、疲労寿命
計算器１２、寿命消費率計算器１３、加算器１４
が順次、電気的に直列接続されている。
一方、一定応力検出器１５には、クリープ寿命
計算器１６、寿命消費率計算器１７、加算機１８
が順次電気的に直列接続されている。加算器１４
と加算器１８は並列に寿命判定器１９と電気的に
接続されている。更に寿命判定器１９には、記録
器２０と表示部２１が電気的に接続されている。
計算器１６、寿命消費率計算器１７、加算機１８
が順次電気的に直列接続されている。加算器１４
と加算器１８は並列に寿命判定器１９と電気的に
接続されている。更に寿命判定器１９には、記録
器２０と表示部２１が電気的に接続されている。
かかる構成において、タービンの運転開始と共
にケーシング２の内面にとりつけられた感温素子
５は、回転子３の表面温度をケーシング内面温度
として近似的に測定し、温度測定器６は、感温素
子５から得られる温度信号を温度に比例して電気
信号に変換し出力する。この温度測定器６からの
電気信号は、応力計算器７に入力され、応力計算
器７はケーシング２の内面温度を表わす電気信号
にもとづき回転子３の内部に発生する温度分布
を、下記(1)式に示す熱伝導の微分方程式を解くこ
とによつて算出し、回転子体積平均温度Tave、
中心温度TBを求め、次に(2)式より回転子中心部
接線方向熱応力σBRを算出する。
にケーシング２の内面にとりつけられた感温素子
５は、回転子３の表面温度をケーシング内面温度
として近似的に測定し、温度測定器６は、感温素
子５から得られる温度信号を温度に比例して電気
信号に変換し出力する。この温度測定器６からの
電気信号は、応力計算器７に入力され、応力計算
器７はケーシング２の内面温度を表わす電気信号
にもとづき回転子３の内部に発生する温度分布
を、下記(1)式に示す熱伝導の微分方程式を解くこ
とによつて算出し、回転子体積平均温度Tave、
中心温度TBを求め、次に(2)式より回転子中心部
接線方向熱応力σBRを算出する。
∂θ／∂t＝λ（∂2θ／∂r2＋１／ｒ・∂θ／∂r
）(1) σBR＝Ｅ・α／１−ν（Tave−TB） (2) ここで、λ：温度伝導率、θ：温度、ｔ：時
間、ｒ：回転子半径、Ｅ：ヤング率、ν：ポアソ
ン比、α：線膨張係数 一方、応力計算器７は回転子中心部接線方向遠
心応力σCも回転子内外径、回転子円盤厚さ等の形
状、さらに回転数をもとに算出し、上記熱応力
σBRと合計してそれに比例する電気信号を出力す
る。設定器８は、応力計算器７が応力を計算する
場合に必要となる回転子材料の物理的性質、寸
法、形状等、全ての情報を電気的に設定し、応力
計算器７に与える。
）(1) σBR＝Ｅ・α／１−ν（Tave−TB） (2) ここで、λ：温度伝導率、θ：温度、ｔ：時
間、ｒ：回転子半径、Ｅ：ヤング率、ν：ポアソ
ン比、α：線膨張係数 一方、応力計算器７は回転子中心部接線方向遠
心応力σCも回転子内外径、回転子円盤厚さ等の形
状、さらに回転数をもとに算出し、上記熱応力
σBRと合計してそれに比例する電気信号を出力す
る。設定器８は、応力計算器７が応力を計算する
場合に必要となる回転子材料の物理的性質、寸
法、形状等、全ての情報を電気的に設定し、応力
計算器７に与える。
次に、判定器９は応力計算器７からの出力信号
の変化率を逐次計算し、内蔵する所定の変化率値
に対応する電気信号と大小比較を行ない、タービ
ンが非定常運転中であるか定常運転中であるかを
判定し、判定結果を電気信号で出力する。すなわ
ち、第２図イに示すように応力計算器７で算出さ
れた回転子中心部の熱応力と遠心応力の合力σが
時間ｔと共に変化する場合、判定器９は予め設定
された時間Δt毎に合力σを読み、各Δt間の合力
σの差Δσi,i+1（σi,i+1＝σi−σi+1）を算出して変
化率
Δσi,i+1／Δtを求める。このとき、予め設定された
時間ｎ・Δtの間で変化率Δσi,i+1／Δtの合計Ｓが Ｓ＝（｜Δσi,i+1／Δt｜＋｜Δσi,i+1,i+2 ／Δt｜＋…＋｜Δσi+o-1,i+o／Δt｜ が所定の変化率値dsと(3)式の関係にある時はター
ビンが定常運転、また(4)式の関係にある時は非定
常運転と判定する。
の変化率を逐次計算し、内蔵する所定の変化率値
に対応する電気信号と大小比較を行ない、タービ
ンが非定常運転中であるか定常運転中であるかを
判定し、判定結果を電気信号で出力する。すなわ
ち、第２図イに示すように応力計算器７で算出さ
れた回転子中心部の熱応力と遠心応力の合力σが
時間ｔと共に変化する場合、判定器９は予め設定
された時間Δt毎に合力σを読み、各Δt間の合力
σの差Δσi,i+1（σi,i+1＝σi−σi+1）を算出して変
化率
Δσi,i+1／Δtを求める。このとき、予め設定された
時間ｎ・Δtの間で変化率Δσi,i+1／Δtの合計Ｓが Ｓ＝（｜Δσi,i+1／Δt｜＋｜Δσi,i+1,i+2 ／Δt｜＋…＋｜Δσi+o-1,i+o／Δt｜ が所定の変化率値dsと(3)式の関係にある時はター
ビンが定常運転、また(4)式の関係にある時は非定
常運転と判定する。
Ｓ＜｜ds｜ (3)
Ｓ≧｜ds｜ (4)
第２図ロは、同図イの応力の時間変化に対する
Δt時間でのΔσ／Δtの時間変化、またハはｎ＝２
のときのＳの時間変化を示すもので、(3)、(4)式よ
りからまでが非定常運転、他が定常運転と判
定される。
Δt時間でのΔσ／Δtの時間変化、またハはｎ＝２
のときのＳの時間変化を示すもので、(3)、(4)式よ
りからまでが非定常運転、他が定常運転と判
定される。
応力極値検出器１０は、判定器９の出力信号が
非定常運転状態であることを示している場合は、
応力計算器７の出力をもとに応力の極大値（第２
図イのσ1）と極小値（第２図イのσ2）を検出し、
それらに対応する電気信号を発生する。次に、応
力範囲計算器１１は、作用応力範囲ΔSを応力極
値検出器１０の二個の応力極値σ1、σ2に対応する
電気信号の差として計算し、その値を電気信号で
出力する。この電気信号は、疲労寿命計算器１２
に入力される。疲労寿命計算器１２は、回転子材
料の固有特性である第３図に示す作用応力範囲
ΔSとき裂発生回数Ｎの関係を歪速度、温度等を
考慮して設定し、電子回路で模擬した曲線を有
し、応力範囲計算器１１からの作用応力範囲ΔS
に対応する電気信号と比較して、その作用応力範
囲ΔSに対応する応力くり返し数Ｎを検出してそ
れに対応する電気信号を発生する。寿命消費率計
算器１３は、疲労寿命計算器１２からの入力信号
であるき裂発生回数Ｎに対してその逆数、即ち回
転子内部で応力が１サイクル繰り返された時に消
費する寿命である疲労寿命消費率ΔPf＝１／Ｎを
計算し、その値を電気信号で出力し加算器１４に
与える。加算器１４は、寿命消費率計算器１３か
らの疲労寿命消費率ΔPfに対応する入力信号を応
力のくり返し毎に加算し、疲労寿命消費率の累積
値Φfを計算し寿命判定器１９へ出力する。
非定常運転状態であることを示している場合は、
応力計算器７の出力をもとに応力の極大値（第２
図イのσ1）と極小値（第２図イのσ2）を検出し、
それらに対応する電気信号を発生する。次に、応
力範囲計算器１１は、作用応力範囲ΔSを応力極
値検出器１０の二個の応力極値σ1、σ2に対応する
電気信号の差として計算し、その値を電気信号で
出力する。この電気信号は、疲労寿命計算器１２
に入力される。疲労寿命計算器１２は、回転子材
料の固有特性である第３図に示す作用応力範囲
ΔSとき裂発生回数Ｎの関係を歪速度、温度等を
考慮して設定し、電子回路で模擬した曲線を有
し、応力範囲計算器１１からの作用応力範囲ΔS
に対応する電気信号と比較して、その作用応力範
囲ΔSに対応する応力くり返し数Ｎを検出してそ
れに対応する電気信号を発生する。寿命消費率計
算器１３は、疲労寿命計算器１２からの入力信号
であるき裂発生回数Ｎに対してその逆数、即ち回
転子内部で応力が１サイクル繰り返された時に消
費する寿命である疲労寿命消費率ΔPf＝１／Ｎを
計算し、その値を電気信号で出力し加算器１４に
与える。加算器１４は、寿命消費率計算器１３か
らの疲労寿命消費率ΔPfに対応する入力信号を応
力のくり返し毎に加算し、疲労寿命消費率の累積
値Φfを計算し寿命判定器１９へ出力する。
一方、一定応力検出器１５は、判定器９の出力
信号が、定常運転中であることを示している間応
力計算器７の出力信号を検出し、クリープ寿命計
算器１６に出力する。次にクリープ寿命計算器１
６は、判定器９の出力信号が定常運転状態である
ことを示した時点から、次に判定器９が非定常運
転状態であることを示すまでの時間、一定応力検
出器１５からの出力信号と、温度測定器６からの
出力信号より、き裂発生時間を次の様に計算す
る。即ちクリープ寿命計算器１６は第４図に模式
的に示す様な応力と温度とき裂発生時間の相互の
関係を、電子回路で模擬した曲線を有し、一定応
力検出器１５からの電気信号との比較から、温度
Ｔ、き裂発生時間tr、回転子材料の固有値Ｃを含
むパラメータＰ＝Ｔ（log tr＋Ｃ）を求め、次に
温度測定器６からの温度Ｔに対応する電気信号と
の比較からき裂発生時間trを(4)式に従つて計算
し、それに対応する電気信号を発生し、寿命消費
率計算器１７に出力する。
信号が、定常運転中であることを示している間応
力計算器７の出力信号を検出し、クリープ寿命計
算器１６に出力する。次にクリープ寿命計算器１
６は、判定器９の出力信号が定常運転状態である
ことを示した時点から、次に判定器９が非定常運
転状態であることを示すまでの時間、一定応力検
出器１５からの出力信号と、温度測定器６からの
出力信号より、き裂発生時間を次の様に計算す
る。即ちクリープ寿命計算器１６は第４図に模式
的に示す様な応力と温度とき裂発生時間の相互の
関係を、電子回路で模擬した曲線を有し、一定応
力検出器１５からの電気信号との比較から、温度
Ｔ、き裂発生時間tr、回転子材料の固有値Ｃを含
むパラメータＰ＝Ｔ（log tr＋Ｃ）を求め、次に
温度測定器６からの温度Ｔに対応する電気信号と
の比較からき裂発生時間trを(4)式に従つて計算
し、それに対応する電気信号を発生し、寿命消費
率計算器１７に出力する。
tr＝10x (4)
ここでｘ＝Ｐ／Ｔ−Ｃ
寿命消費率計算器１７は、クリープ寿命計算器
１６が算出したき裂発生時間trから、その逆数で
ある定常運転の単位時間当りに消費する寿命、即
ちクリープ寿命消費率Δφc＝１／trを計算し、電
気信号として加算器１８に出力する。加算器１８
は、判定器９が定常運転中であることを示してい
る間、寿命消費率計算器１６の出力信号を入力し
て加算し、クリープ寿命消費率の累算値ΦCを計
算し、寿命判定器９へ出力する。
１６が算出したき裂発生時間trから、その逆数で
ある定常運転の単位時間当りに消費する寿命、即
ちクリープ寿命消費率Δφc＝１／trを計算し、電
気信号として加算器１８に出力する。加算器１８
は、判定器９が定常運転中であることを示してい
る間、寿命消費率計算器１６の出力信号を入力し
て加算し、クリープ寿命消費率の累算値ΦCを計
算し、寿命判定器９へ出力する。
寿命判定器１９は、疲労寿命消費率、クリープ
寿命消費率の夫々の累積値を出力する加算器１４
と加算器１８の出力信号を回転子固有のき裂発生
限界寿命特性値と比較して、き裂発生の有無を判
定する。き裂発生限界寿命特性は、疲労寿命消費
率およびクリープ寿命消費率の夫々の累積値と第
５図に示すような関係があり、その関係は電子回
路で模擬された曲線として寿命判定器１９に内蔵
されている。即ち、寿命判定器１９は加算器１４
と加算器１８の夫々の出力である疲労寿命消費率
累積値Φfとクリープ寿命消費率累積値Φcとが、
第５図のＡ点に示すようにき裂発生限界特性値の
Φf、Φc依存性を表わす曲線の内側（原点側）に
位置する時はき裂未発生と判定し、またＢ点の様
に外側に位置する時はき裂発生と判定する。
寿命消費率の夫々の累積値を出力する加算器１４
と加算器１８の出力信号を回転子固有のき裂発生
限界寿命特性値と比較して、き裂発生の有無を判
定する。き裂発生限界寿命特性は、疲労寿命消費
率およびクリープ寿命消費率の夫々の累積値と第
５図に示すような関係があり、その関係は電子回
路で模擬された曲線として寿命判定器１９に内蔵
されている。即ち、寿命判定器１９は加算器１４
と加算器１８の夫々の出力である疲労寿命消費率
累積値Φfとクリープ寿命消費率累積値Φcとが、
第５図のＡ点に示すようにき裂発生限界特性値の
Φf、Φc依存性を表わす曲線の内側（原点側）に
位置する時はき裂未発生と判定し、またＢ点の様
に外側に位置する時はき裂発生と判定する。
記録器２０は、疲労寿命消費率とクリープ寿命
消費率の累積値、非定常運転回数、定常運転総時
間や図示していないレベル分類器、カウンタ等で
計測される非定常応力レベルとその応力のくり返
し数等を記録する装置である。
消費率の累積値、非定常運転回数、定常運転総時
間や図示していないレベル分類器、カウンタ等で
計測される非定常応力レベルとその応力のくり返
し数等を記録する装置である。
しかして、表示器２１は、疲労寿命消費率とク
リープ寿命消費率の累積値、き裂発生有無の判定
結果等を表示する。
リープ寿命消費率の累積値、き裂発生有無の判定
結果等を表示する。
このように、本実施例はタービン回転子の信頼
性と安全性に重大な影響を及ぼす回転子内部の寿
命消費状態が監視できるので、タービンの運転
上、極めて有効なものである。
性と安全性に重大な影響を及ぼす回転子内部の寿
命消費状態が監視できるので、タービンの運転
上、極めて有効なものである。
以上述べたように、本発明は稼動時の機械構造
部品の状態量を計測し、この状態量に基づいて該
機械構造部品の疲労およびクリープの両者による
寿命消費を求めるものであるから、本発明によれ
ば定常および非定常運転時の両者を含む使用運転
履歴による寿命消費を正確に把握することができ
る。なお、本発明はボイラや化学プリント等の部
品に適用することもできる。
部品の状態量を計測し、この状態量に基づいて該
機械構造部品の疲労およびクリープの両者による
寿命消費を求めるものであるから、本発明によれ
ば定常および非定常運転時の両者を含む使用運転
履歴による寿命消費を正確に把握することができ
る。なお、本発明はボイラや化学プリント等の部
品に適用することもできる。
第１図は本発明の一実施例に係るタービン回転
子の寿命監視装置の系統図、第２図はタービン回
転子中心部応力と応力変化率の時間変化を示す線
図、第３図は回転子材料の作用応力範囲とき裂発
生回数の関係を示す線図、第４図は回転子材料の
作用応力および温度とき裂発生時間の関係を示す
線図、第５図は回転子材料のき裂発生限界寿命特
性値を示す線図である。 １……ターボ機械、２……タービンケーシン
グ、３……タービン回転子、４……作動流体、５
……感温素子、６……温度測定器、７……応力計
算器、８……設定器、９……判定器、１０……応
力極値検出器、１１……応力範囲計算器、１２…
…疲労寿命計算器、１３……寿命消費率計算器、
１４……加算器、１５……一定応力検出器、１６
……クリープ寿命計算器、１７……寿命消費率計
算器、１８……加算器、１９……寿命判定器、２
０……記録器、２１……表示器。
子の寿命監視装置の系統図、第２図はタービン回
転子中心部応力と応力変化率の時間変化を示す線
図、第３図は回転子材料の作用応力範囲とき裂発
生回数の関係を示す線図、第４図は回転子材料の
作用応力および温度とき裂発生時間の関係を示す
線図、第５図は回転子材料のき裂発生限界寿命特
性値を示す線図である。 １……ターボ機械、２……タービンケーシン
グ、３……タービン回転子、４……作動流体、５
……感温素子、６……温度測定器、７……応力計
算器、８……設定器、９……判定器、１０……応
力極値検出器、１１……応力範囲計算器、１２…
…疲労寿命計算器、１３……寿命消費率計算器、
１４……加算器、１５……一定応力検出器、１６
……クリープ寿命計算器、１７……寿命消費率計
算器、１８……加算器、１９……寿命判定器、２
０……記録器、２１……表示器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 同一部位にクリープによる寿命消費と疲労に
よる寿命消費とが重畳して発生する機械構造部品
の稼動時の状態量を計測し、この状態量に基づい
て該機械構造部品の寿命を監視するに際し、前記
状態量の変動の大きさから疲労による寿命の消費
を求め、これを変動が繰返すごとに累算して累積
疲労寿命消費とし、他方前記状態量についてその
継続時間からクリープによる寿命の消費を求め、
これを各継続時間ごとに累算して累積クリープ寿
命消費とし、これら累積疲労寿命消費および累積
クリープ寿命消費の組み合せから決定される寿命
条件を用いて寿命監視を行なう機械構造部品の寿
命監視方法。 ２ 累積疲労寿命消費および累積クリープ寿命消
費とから算出された合成寿命消費量を予め設定さ
れた許容値と比較して寿命評価を行なう特許請求
の範囲第１項記載の機械構造部品の寿命監視方
法。 ３ 許容値はき裂発生限界寿命特性であつて、該
き裂発生限界寿命特性と合成寿命消費とを比較し
てき裂発生の有無を判定する特許請求の範囲第２
項記載の機械構造部品の寿命監視方法。 ４ 状態量が定常的であるか非定常的であるか判
定し、非定常的である場合には前記状態量の極大
値または極小値を求め、この極小値と極大値とを
組合わせて一回の非定常サイクルとし、該非定常
サイクルごとに疲労による寿命消費を求め、他方
前記状態量が定常的である場合にはその時の状態
量およびその継続時間についてクリープによる寿
命消費を求める特許請求の範囲第１項記載の機械
構造部品の寿命監視方法。 ５ 状態量の時間に対する変化率を逐次算出し、
得られた変化率を設定値と比較することにより状
態量が定常的であるか非定常的であるか判定する
特許請求の範囲第４項記載の機械構造部品の寿命
監視方法。 ６ 一回の非定常サイクルにおける状態量の極大
値と極小値との相対差を変動範囲とし、この変動
範囲についてき裂発生に至るまでの許容繰返し回
数を、予め設定された変動範囲と許容繰返し回数
の関係から求め、求められた許容繰返し回数の逆
数を一回の非定常サイクルにおける疲労による寿
命消費とする特許請求の範囲第４項記載の機械構
造部品の寿命監視方法。 ７ 状態量が定常的である場合にはその時の状態
量についてクリープによりき裂発生に至るまでの
許容時間を、予め設定された状態量とき裂発生ま
での許容時間の関係から求め、その逆数を単位時
間当りのクリープによる寿命消費とする特許請求
の範囲第４項記載の機械構造部品の寿命監視方
法。 ８ 機械構造部品について少なくとも温度を実測
し、この温度および／またはこの温度から算出さ
れた応力を状態量とする特許請求の範囲第１項記
載の機械構造部品の寿命監視方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13130979A JPS5654907A (en) | 1979-10-13 | 1979-10-13 | Observing method of life for rotor in turbo machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13130979A JPS5654907A (en) | 1979-10-13 | 1979-10-13 | Observing method of life for rotor in turbo machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5654907A JPS5654907A (en) | 1981-05-15 |
| JPS6346242B2 true JPS6346242B2 (ja) | 1988-09-14 |
Family
ID=15054937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13130979A Granted JPS5654907A (en) | 1979-10-13 | 1979-10-13 | Observing method of life for rotor in turbo machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5654907A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11698000B2 (en) | 2021-07-05 | 2023-07-11 | Toshira Energy Systems & Solutions Corporation | Damage evaluation device, damage evaluation method |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57200604A (en) * | 1981-06-03 | 1982-12-08 | Hitachi Ltd | Monitoring method and unit for valve casing |
| JPS60122804A (ja) * | 1983-12-07 | 1985-07-01 | 株式会社日立製作所 | 変圧運転ボイラ応力監視装置 |
| JP5634869B2 (ja) * | 2007-11-02 | 2014-12-03 | アルストム テクノロジー リミテッドＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ | 熱負荷を受ける流体機械のロータの残り寿命を求める方法 |
| US7787996B2 (en) * | 2008-01-10 | 2010-08-31 | General Electric Company | Determining optimal turbine operating temperature based on creep rate data and predicted revenue data |
| JP7356938B2 (ja) * | 2020-03-18 | 2023-10-05 | 株式会社イズミフードマシナリ | 食品撹拌装置の監視装置および食品攪拌システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5817327B2 (ja) * | 1974-10-16 | 1983-04-06 | 株式会社日立製作所 | 熱応力事故防護方法 |
| US4046002A (en) * | 1976-11-02 | 1977-09-06 | General Electric Company | Method and apparatus for determining rotor life expended |
-
1979
- 1979-10-13 JP JP13130979A patent/JPS5654907A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11698000B2 (en) | 2021-07-05 | 2023-07-11 | Toshira Energy Systems & Solutions Corporation | Damage evaluation device, damage evaluation method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5654907A (en) | 1981-05-15 |
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