DE112017006131T5

DE112017006131T5 - Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung, vorrichtungszustandsschätzverfahren und programm

Info

Publication number: DE112017006131T5
Application number: DE112017006131.8T
Authority: DE
Inventors: Kuniaki Aoyama; Hideaki Kaneko; Masumi Nomura; Yasuoki Tomita; Katsuhiko Abe
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-08-22
Also published as: KR102314251B1; CN109983484A; WO2018101248A1; TW201825897A; US20210108999A1; CN109983484B; JP2018092369A; TWI667477B; US11566983B2; JP6892753B2; KR20190075983A

Abstract

Eine Zustandsgrößenakquirierungseinheit akquiriert eine Zustandsgröße einer Zielvorrichtung einschließlich einer Temperatur der Zielvorrichtung. Eine Lastspezifikationseinheit spezifiziert einen Lastverlauf der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße. Eine Restlebensdauerberechnungseinheit berechnet einen Parameter bezogen auf eine Restlebensdauer der Zielvorrichtung für jeden einer Vielzahl von Degradationstypen basierend auf dem durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Lastverlauf.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung, ein Vorrichtungszustandsschätzverfahren und ein Programm.
Es wird die Priorität der am 2. Dezember 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-235207 beansprucht, deren Inhalt hier unter Bezugnahme enthalten ist.
Hintergrund der Erfindung
PTL 1 offenbart eine Technik zum Bewerten der Restlebensdauer, bis Kriechschäden auftreten, und der Restlebensdauer aufgrund von Korrosion in einer Kesselrohrleitung.
Patentliteratur
PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2011-58933
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Vorrichtung, die in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird, erreicht das Ende ihrer Lebensdauer aufgrund einer Vielzahl von Typen an Degradationsfaktoren (z.B. Rissauftreten, Risswachstum, Kriechen oder dergleichen) wegen einer auf die Vorrichtung angewendeten Last. Gemäß der in PTL 1 beschriebenen Technik ist die Restlebensdauer aufgrund von Kriechschäden unter Degradationen wegen einer Last spezifiziert, aber die Restlebensdauer aufgrund anderer Degradationsfaktoren ist nicht bewertet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung, ein Vorrichtungszustandsschätzverfahren und ein Programm bereitzustellen, um die Lebensdauer wegen einer auf eine Zielvorrichtung angewendeten Last für jeden Degradationsfaktor in geeigneter Weise zu verwalten.
Lösung des Problems
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung vor, aufweisend: eine Zustandsgrößenakquirierungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Zustandsgröße einer Zielvorrichtung einschließlich einer Temperatur der Zielvorrichtung zu akquirieren; eine Lastspezifikationseinheit, die konfiguriert ist, um einen Lastverlauf der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße zu spezifizieren; und eine Restlebensdauerberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Parameter bezogen auf eine Restlebensdauer der Zielvorrichtung für jeden einer Vielzahl von Degradationstypen basierend auf dem durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Lastverlauf zu berechnen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt vorsieht, kann die Lastspezifikationseinheit eine Belastungsbreite für jeden Zyklus einer Belastungsfluktuation der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße spezifizieren, und die Restlebensdauerberechnungseinheit kann eine akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate als den Parameter berechnen, wobei die akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate erhalten wird, indem für jeden Zyklus eine basierend auf einer Anzahl an Lebensdauerzyklen bezogen auf ein Rissauftreten in der Zielvorrichtung und der durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Belastungsbreite berechnete Lebensdauerverbrauchsrate akkumuliert wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt vorsieht, kann die Restlebensdauerberechnungseinheit eine Risslänge der Zielvorrichtung als den Parameter basierend auf der durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Belastungsbreite für den Fall berechnen, in welchem die akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate eins oder mehr beträgt.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte ferner eine Betriebsbedingungsberechnungseinheit umfassen, die konfiguriert ist, um eine Betriebsbedingung zum Betreiben der Zielvorrichtung basierend auf dem durch die Restlebensdauerberechnungseinheit berechneten Parameter zu berechnen.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung, der die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt vorsieht, kann ferner eine Zeitspezifikationseinheit umfasst sein, die konfiguriert ist, um eine Zeit zu spezifizieren, in welcher ein Betrieb der Zielvorrichtung fortgesetzt werden muss, und die Betriebsbedingungsberechnungseinheit kann eine Betriebsbedingung zum Fortsetzen des Betriebs der Zielvorrichtung während der durch die Zeitspezifikationseinheit spezifizierten Zeit basierend auf dem durch die Restlebensdauerberechnungseinheit berechneten Parameter berechnen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung gemäß dem fünften Aspekt ferner eine Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit umfassen, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob der Betrieb bis zu einer vorbestimmten Inspektionszeit fortgesetzt werden kann oder nicht, für den Fall, in welchem die Zielvorrichtung unter einer vorbestimmten Betriebsbedingung betrieben wird, wobei die Zeitspezifikationseinheit eine Zeit von der gegenwärtigen Zeit bis zu der Inspektionszeit als die Zeit spezifizieren kann, in welcher der Betrieb der Zielvorrichtung fortgesetzt werden muss, und für den Fall, in welchem die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Betrieb nicht fortgesetzt werden kann, die Betriebsbedingungsberechnungseinheit eine Betriebsbedingung zum Fortsetzen des Betriebs der Zielvorrichtung während der durch die Zeitspezifikationseinheit spezifizierten Zeit berechnen kann.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt ferner eine Lasteingabeeinheit umfassen, die konfiguriert ist, um eine Eingabe einer Last zum Betreiben der Zielvorrichtung zu empfangen, und die Betriebsbedingungsberechnungseinheit kann eine Betriebsbedingung, wenn die Zielvorrichtung mit der Eingabelast betrieben wird, basierend auf dem Parameter bezogen auf die Restlebensdauer berechnen.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung gemäß einem der vierten bis siebten Aspekte ferner eine Wartungsinformationsspeichereinheit umfassen, die konfiguriert ist, um bei einer Wartungsarbeit der Zielvorrichtung erzeugte Wartungsinformationen zu speichern, und die Betriebsbedingungsberechnungseinheit kann die Betriebsbedingung basierend auf den in der Wartungsinformationsspeichereinheit gespeicherten Wartungsinformationen berechnen.
Ein neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Vorrichtungszustandsschätzverfahren vor, aufweisend: einen Schritt zum Akquirieren einer Zustandsgröße einer Zielvorrichtung einschließlich einer Temperatur der Zielvorrichtung; einen Schritt zum Spezifizieren eines Lastverlaufs der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße; und einen Schritt zum Berechnen eines Parameters bezogen auf eine Restlebensdauer der Zielvorrichtung für jeden einer Vielzahl von Degradationstypen basierend auf dem spezifizierten Lastverlauf.
Ein zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Programm vor, das bewirkt, dass ein Computer fungiert als: eine Zustandsgrößenakquirierungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Zustandsgröße einer Zielvorrichtung einschließlich einer Temperatur der Zielvorrichtung zu akquirieren; eine Lastspezifikationseinheit, die konfiguriert ist, um einen Lastverlauf der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße zu spezifizieren; und eine Restlebensdauerberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Parameter bezogen auf eine Restlebensdauer der Zielvorrichtung für jeden einer Vielzahl von Degradationstypen basierend auf dem durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Lastverlauf zu berechnen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß zumindest einem der vorstehenden Aspekte berechnet die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung eine Beziehung zwischen der Last auf die Turbine und der Betriebszeit basierend auf dem Lastverlauf der Turbine. Somit kann die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung die Lebensdauer wegen der auf die Zielvorrichtung angewendeten Last für jeden Degradationsfaktor in geeigneter Weise verwalten.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Turbinenanalysevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von LCF-Diagrammdaten zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei jedem Sammelzyklus zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Erzeugen eines Betriebsplans durch die Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Turbinenanalysevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Darstellen von Betriebsbedingungen durch die Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
7 ist eine Ansicht, die ein erstes Beispiel eines durch die Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgegebenen Betriebsbedingungspräsentationsbildschirms zeigt.
8 ist eine Ansicht, die ein zweites Beispiel des durch die Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgegebenen Betriebsbedingungspräsentationsbildschirms zeigt.
9 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Computers gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel zeigt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
«Erstes Ausführungsbeispiel»
Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Turbinenanalysevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt einen Betriebsplan einer Vielzahl von Turbinen. Der Betriebsplan der Turbinen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel stellt Informationen dar, die eine Last bezogen auf den Betrieb von jeder Turbine anzeigen. Die Turbinenanalysevorrichtung 1 ist ein Beispiel einer Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung, in welcher eine Zielvorrichtung eine Turbine ist.
Eine Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Datensammeleinheit 101, eine Wärmebilanzberechnungseinheit 102, eine Lastspezifikationseinheit 103, eine Restlebensdauerspeichereinheit 104, eine Restlebensdauerberechnungseinheit 105, eine Inspektionszeitspeichereinheit 106, eine Zeitspezifikationseinheit 107, eine Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108, eine Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109, eine Lastberechnungseinheit 110, eine Energieerzeugungsmengenvorhersageeinheit 111, eine Betriebsplanerzeugungseinheit 112, eine Ausgabeeinheit 113 und eine Wartungsinformationsspeichereinheit 115.
Die Datensammeleinheit 101 sammelt Betriebsdaten einer Turbine in Echtzeit von einem einem Kunden gehörenden Kraftwerk. Insbesondere sammelt die Datensammeleinheit 101 Betriebsdaten von einem in der Turbine vorgesehenen Sensor für jeden vorbestimmten Sammelzyklus (z.B. 5 Minuten). Der Sammelzyklus ist kurz genug, damit die Unmittelbarkeit eines Überwachens nicht verloren geht. Beispiele der Betriebsdaten umfassen eine Strömungsrate, einen Druck, eine Temperatur, eine Schwingung und andere Zustandsgrößen. Die Datensammeleinheit 101 ist ein Beispiel einer Zustandsgrößenakquirierungseinheit, die eine Zustandsgröße einer Turbine akquiriert.
Die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 berechnet die Wärmebilanz der Turbine basierend auf den durch die Datensammeleinheit 101 gesammelten Betriebsdaten. Die Wärmebilanz ist die Temperatur, der Druck, die Enthalpie, die Strömungsrate und andere Zustandsgrößen für jeden an der Turbine angebrachten Teil. Die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 berechnet die Wärmebilanz durch Simulation basierend auf den Betriebsdaten. Beispiele von Simulationsverfahren für eine Wärmebilanzberechnung umfassen ein Finites-Element-Verfahren (FEM: „finite element method“) und Berechnungen von Zustandsgrößen von Strömungen (CFD: „computational fluid dynamics“). Die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 ist ein Beispiel einer Zustandsgrößenakquirierungseinheit, die eine Zustandsgröße einer Turbine akquiriert.
Die Lastspezifikationseinheit 103 berechnet einen Larson-Miller-Parameter-Wert (LMP-Wert) L_c, der die Degradationsgröße von jedem Turbinenteil in dem letzten Sammelzyklus anzeigt, basierend auf der durch die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 berechneten Wärmebilanz. Der LMP-Wert L_c ist ein durch die folgende Gleichung (1) erhaltener Parameter.
[Gleichung 1] $L_{c} = T_{c} (log t_{c} + C) .$
T_c zeigt die thermodynamische Temperatur eines Turbinenteils an. Die thermodynamische Temperatur ist äquivalent zu der Celsius-Temperatur plus 273,15. Die Temperatur des Teils ist durch die Wärmebilanz, die durch die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 berechnet ist, spezifiziert. t_c zeigt die Betriebszeit einer Turbine bei der Temperatur T_c an. D.h., die Zeit t_c ist gleich zu dem Sammelzyklus der Datensammeleinheit 101. C ist eine durch das Material des Teils bestimmte Konstante. Beispielsweise für den Fall, in welchem das Material des Teils Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt oder Chrom-Molybdän-Stahl ist, kann die Konstante C 20 betragen. Ferner kann, z.B. für den Fall, in welchem das Material des Teils Edelstahl ist, die Konstante C 15 betragen.
Somit ist der LMP-Wert ein aus der Temperatur des Teils und der Betriebszeit spezifizierter Parameter. D.h., der LMP-Wert ist ein Beispiel einer Temperaturverlaufsvariablen bezogen auf den Temperaturverlauf, der auf den Teil angewendet ist. Der LMP-Wert kann den Zustand des Fortschritts einer Kriechdegradation darstellen. Ferner ist der LMP-Wert ein Beispiel eines Verlaufs von Lasten, die auf den Teil angewendet sind.
Die Lastspezifikationseinheit 103 berechnet den Betrag der Belastung von jedem Teil in dem letzten Sammelzyklus basierend auf der durch die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 berechneten Wärmebilanz. Die Lastspezifikationseinheit 103 berechnet eine Belastungsbreite für jeden Halbzyklus einer Belastungsfluktuation basierend auf dem berechneten Betrag einer Belastung. Als ein Verfahren zum Spezifizieren eines Halbzyklus einer Belastungsfluktuation kann z.B. ein Zykluszählverfahren verwendet werden, wie etwa ein Regenflussverfahren, ein Spitzenzählverfahren, ein Pegelüberschreitungszählverfahren, ein Mittelwertüberschreitungszählverfahren, ein Bereichszählverfahren oder Bereichspaarzählverfahren.
Die Restlebensdauerspeichereinheit 104 speichert Parameter hinsichtlich der Restlebensdauer von jedem Teil der Turbine. Insbesondere speichert die Restlebensdauerspeichereinheit 104 die Restkriechlebensdauer, die Lebensdauerverbrauchsrate einer Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl (LCF: „low cycle fatigue“), und die Risslänge. Die Restkriechlebensdauer wird durch die Zeit dargestellt, bis der Teil das Ende der Lebensdauer erreicht, für den Fall, in welchem die Turbine auf der Nenntemperatur betrieben wird. Der Anfangswert der Restkriechlebensdauer ist eine Ausgestaltungslebensdauer bezogen auf eine Kriechverformung des Teils.
Die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 berechnet die Restkriechlebensdauer von jedem Teil der Turbine basierend auf dem durch die Lastspezifikationseinheit 103 berechneten LMP-Wert und der in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherten Restkriechlebensdauer und Nenntemperatur des Teils. Insbesondere berechnet die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die Kriechverbrauchslebensdauer t_s, die in den Betrieb bei Nenntemperatur umgewandelt ist, indem der durch die Lastspezifikationseinheit 103 berechnete LMP-Wert L_c und die Nenntemperatur T_s in der folgenden Gleichung (2) ersetzt werden. Dann berechnet die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die Restkriechlebensdauer, indem die berechnete Kriechverbrauchslebensdauer von der in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherten Restkriechlebensdauer subtrahiert wird.
[Gleichung 2] $t_{s} = 10^{\frac{L_{c}}{T_{s}} - C}$
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von LCF-Diagrammdaten zeigt. Die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 berechnet die LCF-Lebensdauerverbrauchsrate von jedem Teil der Turbine basierend auf der durch die Lastspezifikationseinheit 103 berechneten Belastungsbreite für jeden Halbzyklus und den LCF-Diagrammdaten, die die Ausgestaltungslebensdauer bezogen auf die LCF anzeigen. Die LCF-Diagrammdaten sind eine Datentabelle oder eine Funktion, die die Beziehung zwischen der Belastungsbreite von jedem Teil und der Anzahl an Lebensdauerzyklen, wie in 2 gezeigt, zeigt. Insbesondere spezifiziert die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die Anzahl an Lebensdauerzyklen, indem die Belastungsbreite in den LCF-Diagrammdaten ersetzt wird, und nimmt den reziproken Wert der Anzahl an Lebensdauerzyklen, um die LCF-Lebensdauerverbrauchsrate zu berechnen. Die Belastungsbreite des Teils wird z.B. durch das Produkt der Ausdehnungsrate des Teils, des Youngschen Moduls des Teils und der Änderungsbreite der Temperatur des Teils erhalten.
Die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 berechnet die Risslänge der Turbine basierend auf der durch die Lastspezifikationseinheit 103 berechneten Belastungsbreite Δσ für jeden Halbzyklus. Das Paris-Gesetz oder dergleichen kann zur Berechnung der Risslänge verwendet werden. Insbesondere berechnet die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 eine Risslänge ai, indem die durch die Lastspezifikationseinheit 103 berechnete Belastungsbreite Δσ in der folgenden Gleichung (3) ersetzt wird.
[Gleichung 3] $\begin{array}{l} n_{i} = \sum_{a_{0}}^{a_{i}} \frac{Δ a}{C \times Δ K^{m}} \\ Δ K = Δ σ \times \sqrt{π \times a} \times F (a) \end{array}$
Hier ist n_i die Anzahl an Belastungszyklen, ao ist eine in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte Risslänge, Δa ist eine vorbestimmte Mikrorisslänge, und C und m sind vorbestimmte Materialkoeffizienten, F(a) ist eine Funktion zum Erhalten des Formfaktors aus der Risslänge. D.h., die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 berechnet die Risslänge ai in der Gleichung (3), indem die im Voraus bestimmte Mikrorisslänge Δa zu der Risslänge ao addiert wird, bis die Belastungsfluktuationszahl ni zu dem gegenwärtigen Wert wird.
Wie vorstehend beschrieben, berechnet die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 Parameter bezogen auf die Restlebensdauer für jede einer Kriechverformung, einer LCF und einem Risswachstum.
Die Inspektionszeitspeichereinheit 106 speichert die Inspektionszeit der Turbine.
Die Zeitspezifikationseinheit 107 spezifiziert die Zeit von der gegenwärtigen Zeit zu der Inspektionszeit basierend auf der in der Inspektionszeitspeichereinheit 106 gespeicherten Inspektionszeit. Die Zeit von der gegenwärtigen Zeit zu der Inspektionszeit ist ein Beispiel der Zeit, in welcher der Betrieb der Turbine fortgesetzt werden muss. Ferner spezifiziert die Zeitspezifikationseinheit 107 die Häufigkeit eines Starts der Turbine von der gegenwärtigen Zeit zu der Inspektionszeit basierend auf der Inspektionszeit und dem gegenwärtigen Betriebsplan.
Die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechnet die Betriebszeit und die Anzahl an möglichen Aktivierungen der Turbine in dem Betrieb gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan basierend auf den Parametern bezogen auf die durch die Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte Restlebensdauer. Insbesondere berechnet die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 den LMP-Wert L₁ von jedem Teil, indem die in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte Restkriechlebensdauer t₁ und die Nenntemperatur T_s in der folgenden Gleichung (4) ersetzt werden.
[Gleichung 4] $L_{l} = T_{s} (log t_{l} + C)$
Dann berechnet die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 die Betriebszeit t_p, indem der berechnete LMP-Wert L₁ und die Temperatur T_p korrespondierend zu der durch den Betriebsplan angezeigten Last in der folgenden Gleichung (5) ersetzt werden.
[Gleichung 5] $t_{p} = 10^{\frac{L_{l}}{T_{p}} - C}$
Die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechnet die LCF-Verbrauchslebensdauerrate von einem Zyklus des Betriebsmusters basierend auf der Belastungsbreite des Betriebsmusters gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan. Die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechnet die Anzahl an Zyklen bis zu dem Rissauftreten, indem die LCF-Restlebensdauerrate durch die berechnete LCF-Verbrauchslebensdauerrate geteilt wird. Die LCF-Restlebensdauerrate ist ein Wert, der durch Subtrahieren der in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherten LFC-Verbrauchslebensdauerrate von 1 subtrahiert wird. Ferner kann die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 die Anzahl an Zyklen ni, bis die Risslänge die Ausgestaltungslebensdauer von dem Auftreten des Risses erreicht, berechnen, indem die Belastungsbreite Δσ des Betriebsmusters gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan und die Risslänge ai gemäß der Ausgestaltungslebensdauer in der vorstehenden Gleichung (3) ersetzt wird. Die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechnet die Anzahl an möglichen Aktivierungen, indem die Anzahl an Zyklen bis zu dem Rissauftreten und die Anzahl an Zyklen, bis die Risslänge die Ausgestaltungslebensdauer von dem Auftreten des Risses erreicht, addiert werden.
Die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109 bestimmt, ob die Turbine den Betrieb mit der durch den Betriebsplan angezeigten Last für die durch die Zeitspezifikationseinheit 107 spezifizierte Zeit fortsetzen kann oder nicht, basierend auf der durch die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechneten Betriebszeit und der Anzahl an möglichen Aktivierungen und der durch die Zeitspezifikationseinheit 107 spezifizierten Zeit.
Die Lastberechnungseinheit 110 berechnet eine Last, die den Betrieb der Turbine bis zu der durch die Zeitspezifikationseinheit 107 spezifizierten Zeit ermöglicht, basierend auf dem Parameter bezogen auf die durch die Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte Restlebensdauer. Insbesondere berechnet die Lastberechnungseinheit 110 die Temperatur Ti, indem der durch die vorstehende Gleichung (4) berechnete LMP-Wert L₁ und die durch die Zeitspezifikationseinheit 107 spezifizierte Zeit t_i in der folgenden Gleichung (6) ersetzt werden. Dann spezifiziert die Lastberechnungseinheit 110 die Betriebslast der Turbine basierend auf der berechneten Temperatur T_i.
[Gleichung 6] $T_{i} = \frac{L_{l}}{log t_{i} + C}$
Die Lastberechnungseinheit 110 berechnet die Anzahl an möglichen Aktivierungen für den Fall, in welchem die Turbine in dem Betriebsmuster bezogen auf die berechnete Betriebslast betrieben wird.
Die Energieerzeugungsmengenvorhersageeinheit 111 akquiriert Marktenergiebedarfsinformationen durch das Netzwerk und sagt die Menge an Energie voraus, die das zu verwaltende Kraftwerk insgesamt erzeugen muss.
Die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 erzeugt einen Betriebsplan, der die Last und die Häufigkeit einer Aktivierung der Turbine anzeigt, basierend auf der durch die Lastberechnungseinheit 110 berechneten Last, der Anzahl an möglichen Aktivierungen und dem Vorhersageergebnis durch die Energieerzeugungsmengenvorhersageeinheit 111. Insbesondere bestimmt die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 den Betriebsplan bis zu der Inspektionszeit der Turbine, welche durch die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109 bestimmt ist, um den Betrieb mit der Last und der durch den gegenwärtigen Betriebsplan angezeigten Anzahl an Aktivierungen nicht fortsetzen zu können, als den Betrieb mit der Last und der durch die Lastberechnungseinheit 110 berechneten Anzahl an möglichen Aktivierungen. Dann erzeugt die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 einen Betriebsplan der Turbine, für welchen die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109 bestimmt, dass der Betrieb mit der durch den gegenwärtigen Betriebsplan angezeigten Last fortgesetzt werden kann, um die durch die Energieerzeugungsmengenvorhersageeinheit 111 vorhergesagte Energieerzeugungsmenge zu erfüllen.
Die Ausgabeeinheit 113 gibt den durch die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 erzeugten Betriebsplan aus. Beispiele des Ausgabeformats des Betriebsplans umfassen eine Anzeige auf einer Anzeige, ein Aufzeichnen in einem Speichermedium und ein Drucken auf einem Blatt.
Die Wartungsinformationsspeichereinheit 115 speichert bei der Wartungsarbeit der Turbine erzeugte Informationen. Beispielsweise speichert die Wartungsinformationsspeichereinheit 115 Informationen über an der Turbine angebrachte Teile, Inspektionsergebnisse der Turbine bei einer periodischen Inspektion, Reparaturaufzeichnungsinformationen der Turbine, Ergebnisse einer Übersicht von Materialien der Turbine und dergleichen.
Im Folgenden wird der Betrieb der Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei jedem Sammelzyklus zeigt.
Die Turbinenanalysevorrichtung 1 führt den nachstehend beschriebenen Prozess bei jedem Sammelzyklus aus.
Zunächst sammelt die Datensammeleinheit 101 Betriebsdaten einer Turbine von in der Turbine vorgesehenen Sensoren (Schritt S1). Dann berechnet die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 die Wärmebilanz der Turbine unter Verwendung der gesammelten Betriebsdaten als eine Eingabe (Schritt S2).
Dann wählt die Turbinenanalysevorrichtung 1 die in der Turbine enthaltenen Teile einen nach dem anderen aus und führt die nachstehend gezeigten Prozesse von Schritten S4 bis S6 und von Schritten S7 bis S13 für jeden der ausgewählten Teile parallel aus (Schritt S3).
Zunächst berechnet die Lastspezifikationseinheit 103 einen LMP-Wert, der den Lastverlauf des ausgewählten Teils anzeigt, unter Verwendung der durch die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 berechneten Wärmebilanz (Schritt S4). Dann berechnet die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die in den Betrieb bei der Nenntemperatur umgewandelte Kriechverbrauchslebensdauer basierend auf dem durch die Lastspezifikationseinheit 103 berechneten LMP-Wert (Schritt S5). Dann subtrahiert die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die berechnete Kriechverbrauchslebensdauer von der in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherten Restkriechlebensdauer (Schritt S6). Somit aktualisiert die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte Restkriechlebensdauer.
Ferner berechnet die Lastspezifikationseinheit 103 den Betrag der Belastung des ausgewählten Teils unter Verwendung der durch die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 berechneten Wärmebilanz (Schritt S7). Dann bestimmt die Lastspezifikationseinheit 103, ob ein Halbzyklus einer Belastungsfluktuation bestimmt werden kann oder nicht, basierend auf dem in Schritt S7 berechneten Betrag der Belastung und dem in der Vergangenheit berechneten Betrag der Belastung (Schritt S8). Die Bestimmung des Halbzyklus wird basierend auf dem vorstehend beschriebenen Zykluszählverfahren durchgeführt. Für den Fall, in welchem der Halbzyklus nicht bestimmt werden kann (NEIN in Schritt S8), aktualisiert die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Parameter bezogen auf die Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl und die Risslänge nicht. Für den Fall, in welchem die Lastspezifikationseinheit 103 einen Halbzyklus bestimmt (JA in Schritt S8), berechnet die Lastspezifikationseinheit 103 eine Belastungsbreite eines Halbzyklus, die den Lastverlauf des ausgewählten Teils anzeigt (Schritt S9). Dann bestimmt die Restlebensdauerberechnungseinheit 105, ob die durch die Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte LCF-Lebensdauerverbrauchsrate 1 (100%) oder mehr beträgt oder nicht (Schritt S10). Die Tatsache, dass die LCF-Lebensdauerverbrauchsrate 1 oder mehr beträgt, zeigt an, dass ein Riss in dem durch LCF ausgewählten Teil auftritt.
Für den Fall, in welchem die LCF-Lebensdauerverbrauchsrate kleiner als 1 ist (NEIN in Schritt S10), d.h., ein Riss aufgrund der Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl in dem ausgewählten Teil nicht auftritt, berechnet die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die LCF-Lebensdauerverbrauchsrate basierend auf der in Schritt S9 berechneten Belastungsbreite (Schritt S11). Dann addiert die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die berechnete LCF-Lebensdauerverbrauchsrate zu der durch die Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherten LCF-Lebensdauerverbrauchsrate (Schritt S12). D.h., die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 berechnet eine durch Akkumulieren der LCF-Lebensdauerverbrauchsrate von jedem Zyklus erhaltene akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate. Somit aktualisiert die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte LCF-Lebensdauerverbrauchsrate.
Für den Fall, in welchem die LCF-Lebensdauerverbrauchsrate 1 oder größer ist (JA in Schritt S10), d.h., ein Riss aufgrund der Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl in dem ausgewählten Teil auftritt, berechnet die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die Risslänge basierend auf der in Schritt S9 berechneten Belastungsbreite und der in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherten Risslänge (Schritt S13). Somit aktualisiert die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 die in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte Risslänge.
Die Turbinenanalysevorrichtung 1 führt den Prozess von Schritt S1 zu Schritt S6 und den Prozess von Schritt S7 zu Schritt S13 in jedem Sammelzyklus aus, um die Parameter bezogen auf die in der Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte Restlebensdauer von jedem Teil für jeden Degradationstyp in dem letzten Zustand zu halten.
Hier wird ein Nachprüfungsprozess des Betriebsplans durch die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Turbinenanalysevorrichtung 1 prüft den Betriebsplan von jedem Kraftwerk zu dem durch den Nutzer bestimmten Zeitpunkt oder periodisch nach. D.h., die Turbinenanalysevorrichtung 1 ändert den Betriebsplan derart, dass die Teile von allen Turbinen das Ende der Lebensdauer bis zu der Inspektionszeit nicht erreichen, für den Fall, in welchem vorhergesagt ist, dass die Teile der Turbine das Ende der Lebensdauer bis zu der Inspektionszeit erreichen, indem die Turbine gemäß dem gegenwärtig verwendeten Betriebsplan betrieben wird.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Erzeugen eines Betriebsplans durch die Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Wenn der Nachprüfungsprozess des Betriebsplans gestartet wird, dann wählt die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Turbinen, die zum Nachprüfen des Betriebsplans beabsichtigt sind, eine nach der anderen aus, und führt den nachstehend gezeigten Prozess von Schritt S102 zu Schritt S106 und den Prozess von Schritt S110 zu Schritt S112 für die ausgewählte Turbine parallel aus (Schritt S101).
Zunächst liest die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 die mit jedem Teil, der in der ausgewählten Turbine enthalten ist, assoziierte Restkriechlebensdauer aus der Restlebensdauerspeichereinheit 104 (Schritt S102). Dann berechnet die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 für jeden Teil die Betriebszeit des Betriebs gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan (Schritt S103). Zu diesem Zeitpunkt kann die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 zusätzlich zu der Restkriechlebensdauer ferner die Betriebszeit unter Verwendung von in der Wartungsinformationsspeichereinheit 115 gespeicherten Wartungsinformationen berechnen. Dann liest die Zeitspezifikationseinheit 107 die mit der ausgewählten Turbine assoziierte Inspektionszeit aus der Inspektionszeitspeichereinheit 106 und spezifiziert die Zeit von der gegenwärtigen Zeit zu der Inspektionszeit (Schritt S104). Dann vergleicht die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109 die kürzeste der Betriebszeiten von Teilen, die durch die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechnet sind, mit der durch die Zeitspezifikationseinheit 107 spezifizierten Zeit, und bestimmt, ob der Betrieb gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan bis zu der nächsten Inspektionszeit durchgeführt werden kann oder nicht (Schritt S105).
Für den Fall, in welchem die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109 bestimmt, dass der Betrieb gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan bis zu der nächsten Inspektionszeit für die ausgewählte Turbine durchgeführt werden kann (JA in Schritt S105), kehrt die Turbinenanalysevorrichtung 1 zu Schritt S101 zurück und wählt die nächste Turbine aus. Andererseits, für den Fall, in welchem die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109 bestimmt, dass der Betrieb gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan nicht bis zu der nächsten Inspektionszeit für die ausgewählte Turbine durchgeführt werden kann (NEIN in Schritt S105), berechnet die Lastberechnungseinheit 110 für jeden Teil die maximale Last, mit welcher die ausgewählte Turbine während der durch die Zeitspezifikationseinheit 107 spezifizierten Zeit betrieben werden kann (Schritt S106). Zu diesem Zeitpunkt kann die Lastberechnungseinheit 110 unter Verwendung der in der Wartungsinformationsspeichereinheit 115 gespeicherten Wartungsinformationen die maximale Last berechnen, mit welcher die ausgewählte Turbine betrieben werden kann.
Ferner liest die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 die LCF-Verbrauchslebensdauerrate und die Risslänge, die mit jedem in der ausgewählten Turbine enthaltenen Teil assoziiert sind, aus der Restlebensdauerspeichereinheit 104 (Schritt S107). Dann berechnet die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 für jeden Teil die Anzahl an möglichen Aktivierungen in dem Betrieb gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan (Schritt S108). Zu diesem Zeitpunkt kann die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 zusätzlich zu der LCF-Verbrauchslebensdauerrate und der Risslänge die Anzahl an möglichen Aktivierungen unter Verwendung der in der Wartungsinformationsspeichereinheit 115 gespeicherten Wartungsinformationen spezifizieren.
Dann liest die Zeitspezifikationseinheit 107 die mit der ausgewählten Turbine assoziierte Inspektionszeit aus der Inspektionszeitspeichereinheit 106 und spezifiziert die Anzahl an Aktivierungen von der gegenwärtigen Zeit zu der Inspektionszeit basierend auf dem gegenwärtigen Betriebsplan (Schritt S109).
Falls die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Verarbeitung von Schritt S102 zu Schritt S106 für alle Turbinen ausführt, bestimmt die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 für alle Turbinen, ob der Betrieb gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan bis zu der nächsten Inspektionszeit durchgeführt werden kann oder nicht, (Schritt S110). D.h., die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 bestimmt, ob alle Bestimmungsergebnisse durch die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109 in Schritt S105 JA sind oder nicht und die in Schritt S108 berechnete Anzahl an möglichen Aktivierungen größer oder gleich zu der in Schritt S109 spezifizierten Anzahl an Aktivierungen ist. Für den Fall, in welchem der Betrieb gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan bis zu der nächsten Inspektionszeit für alle Turbinen durchgeführt werden kann (JA in Schritt S110), weil der Betriebsplan nicht geändert werden muss, beendet die Turbinenanalysevorrichtung 1 den Prozess, ohne einen neuen Betriebsplan zu erzeugen.
Andererseits, für den Fall, in welchem eine Turbine vorliegt, die nicht gemäß dem gegenwärtigen Betriebsplan bis zu der nächsten Inspektionszeit betrieben werden kann (NEIN in Schritt S110), erzeugt die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 bis zu der Inspektionsdauer einen Betriebsplan zum Betreiben der Turbine, die nicht gemäß dem Betriebsplan betrieben werden kann, mit der durch die Lastberechnungseinheit 110 berechneten Last oder der durch die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechneten Anzahl an möglichen Aktivierungen (Schritt S111). Die Energieerzeugungsmengenvorhersageeinheit 111 akquiriert Marktenergiebedarfsinformationen durch das Netzwerk und sagt die Menge an Energie voraus, die durch das zu verwaltende Kraftwerk erzeugt werden muss (Schritt S112). Dann erzeugt die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 einen Betriebsplan der Turbine, die für eine Inspektion beabsichtigt ist, um die vorhergesagte Energiemenge zu erfüllen (Schritt S113). Insbesondere berechnet die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 die Energieerzeugungsmengenteilung der Turbinen, in welchen der Betrieb gemäß dem Betriebsplan bestimmt ist, um in Schritt S105 durchgeführt werden zu können, um die durch die Energieerzeugungsmengenvorhersageeinheit 111 vorhergesagte Energieerzeugungsmenge zu erfüllen.
Dann gibt die Ausgabeeinheit 113 den durch die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 erzeugten Betriebsplan aus (Schritt S114).
Wie vorstehend beschrieben, berechnet die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Parameter bezogen auf die Restlebensdauer der Turbine für jeden der Vielzahl von Degradationstypen basierend auf dem Lastverlauf der Turbine. Insbesondere berechnet die Restlebensdauerberechnungseinheit 105 eine Kriechverbrauchslebensdauer, die ein Parameter bezogen auf eine Kriechverformung ist, eine LCF-Lebensdauerverbrauchsrate, die ein Parameter bezogen auf eine LCF ist, und eine Risslänge, die ein Parameter bezogen auf ein Risswachstum ist.
Somit kann die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Lebensdauer der Turbine gemäß der Last in geeigneter Weise verwalten.
Außerdem spezifiziert die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Belastungsbreite für jeden Zyklus einer Belastungsfluktuation in der Turbine, und berechnet eine akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate, indem die für jeden Zyklus basierend auf der Anzahl an Lebensdauerzyklen bezogen auf ein Rissauftreten und die Belastungsbreite berechnete LCF-Lebensdauerverbrauchsrate akkumuliert wird. Somit kann die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Anzahl an Aktivierungen, bis ein Riss in der Turbine auftritt, berechnen. Außerdem berechnet die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Risslänge der Turbine basierend auf der Belastungsbreite für den Fall, in welchem die akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate 1 oder größer ist. Somit kann die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Anzahl an Aktivierungen, bis die Länge des Risses die Risslänge bezogen auf die Ausgestaltungslebensdauer erreicht, nachdem ein Riss in der Turbine durch die LCF aufgetreten ist, berechnen.
Außerdem berechnet die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für den Fall, in welchem die Turbine den Betrieb bis zu einer Inspektionszeit mit der Last oder der durch den gegenwärtigen Betriebsplan angezeigten Anzahl an Aktivierungen nicht fortsetzen kann, die Last und die Anzahl an möglichen Aktivierungen, mit welchen die Turbine den Betrieb bis zu der Inspektionszeit fortsetzen kann. Somit kann die Turbinenanalysevorrichtung 1 den Betriebsplan derart ändern, dass Teile das Ende der Lebensdauer vor der Inspektionszeit nicht erreichen, für den Fall, in welchem die Hochtemperaturteile das Ende der Lebensdauer vor der Inspektionszeit erreichen können.
Außerdem erzeugt die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Betriebsplan von jeder der Vielzahl von Turbinen basierend auf der Vorhersage der durch die Vielzahl von Turbinen zu erzeugenden Energiemenge. Somit kann die Turbinenanalysevorrichtung 1, sogar falls der Betriebsplan von einigen der Turbinen geändert ist, um das Ende der Lebensdauer nicht zu erreichen, die Betriebspläne der restlichen Turbinen derart ändern, dass die Gesamtenergieerzeugungsmenge die vorhergesagte Energiemenge erfüllt.
«Zweites Ausführungsbeispiel»
Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
In dem ersten Ausführungsbeispiel bestimmt die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Betriebslast von jeder Turbine. Andererseits stellt der Inhaber der Turbine in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Betriebslast von jeder Turbine ein. Die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel berechnet und stellt die Betriebszeit der Turbine unter der durch den Inhaber eingegebenen Betriebslast dar.
5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Turbinenanalysevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst nicht die Inspektionszeitspeichereinheit 106, die Zeitspezifikationseinheit 107, die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit 109, die Lastberechnungseinheit 110, die Energieerzeugungsmengenvorhersageeinheit 111 und die Betriebsplanerzeugungseinheit 112 aus der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels. Andererseits umfasst die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ferner eine Lasteingabeeinheit 114 zusätzlich zu der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Lasteingabeeinheit 114 empfängt eine Eingabe der Betriebslast der Turbine von dem Inhaber.
Die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechnet die Betriebszeit und die Anzahl an möglichen Aktivierungen für den Fall, in welchem die Turbine mit der in die Lasteingabeeinheit 114 eingegebenen Betriebslast betrieben wird, basierend auf den Parametern bezogen auf die durch die Restlebensdauerspeichereinheit 104 gespeicherte Restlebensdauer.
Die Ausgabeeinheit 113 gibt die Betriebszeit und die durch die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechnete Anzahl an möglichen Aktivierungen aus.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Darstellen von Betriebsbedingungen durch die Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
7 ist eine Ansicht, die ein erstes Beispiel des durch die Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgegebenen Betriebsbedingungspräsentationsbildschirms zeigt.
Die Turbinenanalysevorrichtung 1 startet den Prozess zum Darstellen der Betriebszeit auf ein Empfangen einer Anfrage zum Darstellen der Betriebszeit von dem Inhaber der Turbine hin. Die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 liest die Restkriechlebensdauer, die LCF-Lebensdauerverbrauchsrate und die Risslänge der Turbine, für welche die Betriebszeit darzustellen ist, aus der Restlebensdauerspeichereinheit 104 (Schritt S201). Dann gibt die Ausgabeeinheit 113 an die Anzeige einen Präsentationsbildschirm D1 zum Darstellen der Betriebszeit und der Anzahl an möglichen Aktivierungen zum Zeitpunkt der 100%-Last basierend auf der Restkriechlebensdauer, der LCF-Lebensdauerverbrauchsrate und der Risslänge, die durch die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 gelesen sind, als einen Anfangsbildschirm, wie in 7 gezeigt, aus (Schritt S202). Der Präsentationsbildschirm D1 ist ein Bildschirm einschließlich einem Betriebszeitbalken D110, einem Lastbalken D120 und einer Anzeige D130 für die Anzahl an möglichen Aktivierungen. Der Betriebszeitbalken D110 ist ein Indikator, der die Betriebszeit durch seine Länge anzeigt. Je länger die Betriebszeit der Turbine ist, desto länger ist die Länge des Betriebszeitbalkens D110. Andererseits, je kürzer die Betriebszeit der Turbine ist, desto kürzer ist die Länge des Betriebszeitbalkens D110. Der Lastbalken D120 ist ein Schieberegler, der eine Eingabe der Betriebslast der Turbine empfängt. Der Lastbalken D120 umfasst einen Ziehpunkt D121 und eine Spur D122. Der Ziehpunkt D121 kann irgendeine Last auswählen, indem er auf der Spur D122 gezogen und losgelassen wird. Die Spur D122 stellt den bewegbaren Bereich des Ziehpunkts D121 dar.
Die Lasteingabeeinheit 114 empfängt eine Eingabe einer Last, indem der Betrieb des Ziehpunkts D121 des Lastbalkens D120 von dem Inhaber empfangen wird (Schritt S203). Dann berechnet die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 die Betriebszeit und die Anzahl an möglichen Aktivierungen für den Fall, in welchem die Turbine mit der in die Lasteingabeeinheit 114 eingegebenen Last betrieben wird, basierend auf dem Parameter hinsichtlich der in Schritt S201 gelesenen Restlebensdauer (Schritt S204).
Insbesondere berechnet die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 den LMP-Wert L₁, indem die Restkriechlebensdauer t₁ und die Nenntemperatur T_s, die in Schritt S201 gelesen sind, in der vorstehend beschriebenen Gleichung (4) ersetzt werden, und berechnet die Betriebszeit t_p, indem der berechnete LMP-Wert L₁ und die Temperatur T_p korrespondierend zu der in die Lasteingabeeinheit 114 eingegebenen Last in der vorstehend beschriebenen Gleichung (5) ersetzt werden. Ferner berechnet die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 die Anzahl an Zyklen bis zu einem Rissauftreten und die Anzahl an Zyklen, bis die Risslänge die Ausgestaltungslebensdauer von dem Auftreten des Risses erreicht, basierend auf der Belastungsbreite des Betriebsmusters bezogen auf die in die Lasteingabeeinheit 114 eingegebene Last, und berechnet die Anzahl an Aktivierungen, indem beide Anzahlen an Zyklen addiert werden. Ferner kann die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 die Betriebszeit und die Anzahl an möglichen Aktivierungen unter Verwendung der in der Wartungsinformationsspeichereinheit 115 gespeicherten Wartungsinformationen zusätzlich zu den Parametern bezogen auf die Restlebensdauer berechnen.
8 ist eine Ansicht, die ein zweites Beispiel des durch die Turbinenanalysevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgegebenen Betriebsbedingungspräsentationsbildschirms zeigt.
Dann gibt die Ausgabeeinheit 113, wie in 8 gezeigt, an die Anzeige den Präsentationsbildschirm D1 zum Darstellen der durch die Betriebsbedingungsberechnungseinheit 108 berechneten Betriebszeit aus (Schritt S205). Wie in 8 gezeigt, wenn eine Betriebslast von weniger als 100% in die Lasteingabeeinheit 114 eingegeben ist, dann wird die Länge des Betriebszeitbalkens D110 länger als die in Schritt S202 dargestellte. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Zunahme von der in Schritt S202 dargestellten Betriebszeit auf dem Betriebszeitbalken D110 in einer unterschiedlichen Darstellung angezeigt (z.B., Farbe, Muster oder dergleichen). Beispielsweise werden für den Fall, in welchem die Betriebszeit bei der 100%-Last 12.000 Stunden, wie in 7 gezeigt, beträgt, und die Betriebszeit bei der 80%-Last 14.000 Stunden, wie in 8 gezeigt, beträgt, 2.000 Stunden äquivalent zu einem Inkrement des Betriebszeitbalkens D110 durch eine unterschiedliche Darstellung angezeigt. Ferner wird, wie in 8 gezeigt, wenn eine Antriebslast von weniger als 100% in die Lasteingabeeinheit 114 eingegeben ist, die in der Anzeige D130 für die Anzahl an möglichen Aktivierungen angezeigte Anzahl an möglichen Aktivierungen in Abhängigkeit von der Situation größer als die in Schritt S202 dargestellte. Zu diesem Zeitpunkt umfasst die Anzeige D130 für die Anzahl an möglichen Aktivierungen eine Zunahme der Anzahl an möglichen Aktivierungen.
Demzufolge kann der Inhaber die Zunahmegröße der Betriebszeit und der Anzahl an möglichen Aktivierungen aufgrund der Änderung der Last kennen.
Dann bestimmt die Lasteingabeeinheit 114, ob eine weitere Eingabe der Betriebslast von dem Nutzer vorliegt oder nicht (Schritt S206). Für den Fall, in welchem die Betriebslast in die Lasteingabeeinheit 114 eingegeben ist (JA in Schritt S206), kehrt die Turbinenanalysevorrichtung 1 den Prozess zu Schritt S204 zurück und berechnet die Betriebszeit und die Anzahl an möglichen Aktivierungen erneut. Andererseits, für den Fall, in welchem die Betriebslast nicht in die Lasteingabeeinheit 114 eingegeben ist (NEIN in Schritt S206), beendet die Turbinenanalysevorrichtung 1 den Prozess.
Wie vorstehend beschrieben, empfängt die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Eingabe der Last der Turbine, und berechnet die Betriebszeit für den Fall, in welchem die Turbine mit der Last betrieben wird. Somit kann die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Betriebszeit und die Anzahl an möglichen Aktivierungen für den Fall darstellen, in welchem der Inhaber die Last auf die Turbine ändert.
Wie vorstehend beschrieben, ist, obwohl ein Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben worden ist, eine konkrete Konfiguration auf die vorstehende Beschreibung nicht beschränkt, und es sind verschiedene Ausgestaltungsänderungen oder dergleichen möglich.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind für jeden Teil der Turbine Risse bis zu der Risslänge bezogen auf die Ausgestaltungslebensdauer zulässig, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Beispielsweise können in anderen Ausführungsbeispielen Risse in einigen oder allen Turbinenteilen nicht akzeptierbar sein. In diesem Fall berechnet die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Anzahl an Zyklen bis zu einem Rissauftreten als die Anzahl an möglichen Aktivierungen, nicht die Summe der Anzahl an Zyklen bis zu einem Rissauftreten und die Anzahl an Zyklen, bis die Risslänge die Ausgestaltungslebensdauer von dem Auftreten des Risses erreicht.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Degradationstypen, für welche die Restlebensdauer zu berechnen ist, eine Kriechverformung, eine LCF und ein Risswachstum, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Beispielsweise können in anderen Ausführungsbeispielen einige der Degradationstypen verwendet werden, um die Restlebensdauer zu berechnen, oder andere Degradationstypen (z.B. Abnutzung einer thermischen Grenzbeschichtung (TBC: „thermal barrier coating“), eine Hochtemperaturoxidierungsverringerung, eine Erosion oder dergleichen) können verwendet werden, um die Restlebensdauer zu berechnen.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist, obwohl die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Betriebszeit und die Anzahl an möglichen Aktivierungen der gesamten Turbine basierend auf den Parametern bezogen auf die Restlebensdauer von jedem die Turbine darstellenden Teil berechnet, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Turbinenanalysevorrichtung 1 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel die Restlebenszeit der gesamten Turbine basierend auf der Ausgestaltungslebensdauer der gesamten Turbine direkt berechnen, ohne die Restlebensdauer von jedem Teil derselben zu berechnen.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist, obwohl die Lastspezifikationseinheit 103 die Berechnung basierend auf der durch die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 berechneten Wärmebilanz durchführt, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Lastspezifikationseinheit 103 in einem anderen Ausführungsbeispiel die Berechnung basierend auf den durch die Datensammeleinheit 101 gesammelten Betriebsdaten durchführen. In diesem Fall braucht die Turbinenanalysevorrichtung 1 die Wärmebilanzberechnungseinheit 102 nicht umfassen.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist, obwohl der Fall beschrieben worden ist, in welchem eine Turbine eine Zielvorrichtung ist, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann in einem anderen Ausführungsbeispiel eine andere Vorrichtung, wie etwa ein Turbolader oder ein Kessel, der eine thermische Degradation aufgrund eines Betriebs bewirkt, die Zielvorrichtung sein. Wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann unter Verwendung einer Turbine (insbesondere einer Gasturbine) mit einer großen Anzahl an Typen und Teilen als Zielvorrichtung der Lebensdauerverbrauch von einem Teil für jeden einer großen Anzahl an Teilen basierend auf dem Verwendungsverlauf und der Lebensdauerverbrauchsrate detailliert verwaltet werden. Außerdem kann, sogar für den Fall, in welchem eine Ausrüstung, in welcher Teile unterschiedliche Verwendungsverläufe und Verbrauchsraten aufweisen, gemischt ist, der optimale Betrieb der Ausrüstung akkurat simuliert werden.
9 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Computers gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel zeigt.
Der Computer 900 umfasst eine CPU 901, eine Hauptspeichervorrichtung 902, eine Nebenspeichervorrichtung 903 und eine Schnittstelle 904.
Die vorstehend beschriebene Turbinenanalysevorrichtung 1 ist an dem Computer 900 angebracht. Der Betrieb von jeder der vorstehend beschriebenen Verarbeitungseinheiten wird in der Nebenspeichervorrichtung 903 in der Form eines Programms gespeichert. Die CPU 901 liest das Programm aus der Nebenspeichervorrichtung 903, entwickelt das Programm in der Hauptspeichervorrichtung 902, und führt den vorstehenden Prozess gemäß dem Programm aus. Die CPU 901 sichert in der Hauptspeichervorrichtung 902 einen Speicherbereich korrespondierend zu jeder der vorstehend beschriebenen Speichereinheiten gemäß dem Programm.
In zumindest einem Ausführungsbeispiel ist die Nebenspeichervorrichtung 903 ein Beispiel eines nicht-transitorischen greifbaren Mediums. Andere Beispiel von nicht-transitorischen greifbaren Medien umfassen magnetische Scheiben, magneto-optische Scheiben, CD-ROMs, DVD-ROMs, Halbleiterspeicher und dergleichen, die durch die Schnittstelle 904 verbunden sind. Wenn ferner dieses Programm zu dem Computer 900 durch eine Kommunikationsleitung übertragen wird, dann kann der Computer 900, der das übertragene Programm empfängt, das Programm in der Hauptspeichervorrichtung 902 entwickeln und den vorstehenden Prozess ausführen.
Ferner kann das Programm zum Realisieren eines Teils der vorstehend beschriebenen Funktionen dienen. Ferner kann das Programm eine sogenannte Differentialdatei (Differentialprogramm) sein, welche die vorstehend beschriebene Funktion in Kombination mit anderen bereits in der Nebenspeichervorrichtung 903 gespeicherten Programmen realisiert.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung die Lebensdauer aufgrund der auf die Zielvorrichtung angewendeten Last für jeden Degradationsfaktor in geeigneter Weise verwalten.
Bezugszeichenliste

1:: Turbinenanalysevorrichtung
101:: Datensammeleinheit
102:: Wärmebilanzberechnungseinheit
103:: Lastspezifikationseinheit
104:: Restlebensdauerspeichereinheit
105:: Restlebensdauerberechnungseinheit
106:: Inspektionszeitspeichereinheit
107:: Zeitspezifikationseinheit
108:: Betriebsbedingungsberechnungseinheit
109:: Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit
110:: Lastberechnungseinheit
111:: Energieerzeugungsmengenvorhersageeinheit
112:: Betriebsplanerzeugungseinheit
113:: Ausgabeeinheit
114:: Lasteingabeeinheit
900:: Computer
901:: CPU
902:: Hauptspeichervorrichtung
903:: Nebenspeichervorrichtung
904:: Schnittstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016235207 [0002]
JP 201158933 [0004]

Claims

Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung, aufweisend: eine Zustandsgrößenakquirierungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Zustandsgröße einer Zielvorrichtung einschließlich einer Temperatur der Zielvorrichtung zu akquirieren; eine Lastspezifikationseinheit, die konfiguriert ist, um einen Lastverlauf der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße zu spezifizieren; und eine Restlebensdauerberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Parametern bezogen auf eine Restlebensdauer der Zielvorrichtung für jeden einer Vielzahl von Degradationstypen einschließlich eines Rissauftretens und eines Risswachstums basierend auf dem durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Lastverlauf zu berechnen, wobei die Restlebensdauerberechnungseinheit einen aus der Vielzahl von Parametern bezogen auf das Risswachstum für den Fall berechnet, in welchem ein anderer Parameter der Vielzahl von Parametern bezogen auf das Rissauftreten ein Auftreten eines Risses in der Zielvorrichtung anzeigt.
Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lastspezifikationseinheit eine Belastungsbreite für jeden Zyklus einer Belastungsfluktuation der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße spezifiziert, und wobei die Restlebensdauerberechnungseinheit eine akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate als einen anderen Parameter der Vielzahl von Parametern berechnet, wobei die akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate erhalten wird, indem für jeden Zyklus eine basierend auf einer Anzahl an Lebensdauerzyklen bezogen auf ein Rissauftreten in der Zielvorrichtung und der durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Belastungsbreite berechnete Lebensdauerverbrauchsrate akkumuliert wird.
Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Restlebensdauerberechnungseinheit eine Risslänge der Zielvorrichtung als einen anderen Parameter der Vielzahl von Parametern basierend auf der durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Belastungsbreite für den Fall berechnet, in welchem die akkumulierte Lebensdauerverbrauchsrate eins oder mehr beträgt.
Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: eine Betriebsbedingungsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Betriebsbedingung zum Betreiben der Zielvorrichtung basierend auf dem durch die Restlebensdauerberechnungseinheit berechneten Parameter zu berechnen.
Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung nach Anspruch 4, ferner aufweisend: eine Zeitspezifikationseinheit, die konfiguriert ist, um eine Zeit zu spezifizieren, in welcher ein Betrieb der Zielvorrichtung fortgesetzt werden muss, wobei die Betriebsbedingungsberechnungseinheit eine Betriebsbedingung zum Fortsetzen des Betriebs der Zielvorrichtung während der durch die Zeitspezifikationseinheit spezifizierten Zeit basierend auf dem durch die Restlebensdauerberechnungseinheit berechneten Parameter berechnet.
Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung nach Anspruch 5, ferner aufweisend: eine Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob der Betrieb bis zu einer vorbestimmten Inspektionszeit fortgesetzt werden kann oder nicht, für den Fall, in welchem die Zielvorrichtung unter einer vorbestimmten Betriebsbedingung betrieben wird, wobei die Zeitspezifikationseinheit eine Zeit von der gegenwärtigen Zeit zu der Inspektionszeit als die Zeit spezifiziert, in welcher der Betrieb der Zielvorrichtung fortgesetzt werden muss, und wobei, für den Fall, in welchem die Betriebszulässigkeitsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Betrieb nicht fortgesetzt werden kann, die Betriebsbedingungsberechnungseinheit eine Betriebsbedingung zum Fortsetzen des Betriebs der Zielvorrichtung während der durch die Zeitspezifikationseinheit spezifizierten Zeit berechnet.
Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung nach Anspruch 4, ferner aufweisend: eine Lasteingabeeinheit, die konfiguriert ist, um eine Eingabe einer Last zum Betreiben der Zielvorrichtung zu empfangen, wobei die Betriebsbedingungsberechnungseinheit eine Betriebsbedingung, wenn die Zielvorrichtung mit der Eingabelast betrieben wird, basierend auf dem Parameter bezogen auf die Restlebensdauer berechnet.
Vorrichtungszustandsschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, ferner aufweisend: eine Wartungsinformationsspeichereinheit, die konfiguriert ist, um bei einer Wartungsarbeit der Zielvorrichtung erzeugte Wartungsinformationen zu speichern, wobei die Betriebsbedingungsberechnungseinheit die Betriebsbedingung basierend auf den in der Wartungsinformationsspeichereinheit gespeicherten Wartungsinformationen berechnet.
Vorrichtungszustandsschätzverfahren, aufweisend: einen Schritt zum Akquirieren einer Zustandsgröße einer Zielvorrichtung einschließlich einer Temperatur der Zielvorrichtung; einen Schritt zum Spezifizieren eines Lastverlaufs der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße; und einen Schritt zum Berechnen eines Parameters bezogen auf eine Restlebensdauer der Zielvorrichtung für jeden einer Vielzahl von Degradationstypen einschließlich eines Rissauftretens und eines Risswachstums basierend auf dem spezifizierten Lastverlauf, wobei die Restlebensdauerberechnungseinheit einen aus der Vielzahl von Parametern bezogen auf das Risswachstum für den Fall berechnet, in welchem ein anderer Parameter der Vielzahl von Parametern bezogen auf das Rissauftreten ein Auftreten eines Risses in der Zielvorrichtung anzeigt.
Programm, das bewirkt, dass ein Computer fungiert als: eine Zustandsgrößenakquirierungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Zustandsgröße einer Zielvorrichtung einschließlich einer Temperatur der Zielvorrichtung zu akquirieren; eine Lastspezifikationseinheit, die konfiguriert ist, um einen Lastverlauf der Zielvorrichtung basierend auf der Zustandsgröße zu spezifizieren; und eine Restlebensdauerberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Parameter bezogen auf eine Restlebensdauer der Zielvorrichtung für jeden einer Vielzahl von Degradationstypen einschließlich eines Rissauftretens und eines Risswachstums basierend auf dem durch die Lastspezifikationseinheit spezifizierten Lastverlauf zu berechnen, wobei die Restlebensdauerberechnungseinheit einen aus der Vielzahl von Parametern bezogen auf das Risswachstum für den Fall berechnet, in welchem ein anderer Parameter der Vielzahl von Parametern bezogen auf das Rissauftreten ein Auftreten eines Risses in der Zielvorrichtung anzeigt.