JP2001166819A - 原動機の異常診断・寿命診断システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転中において異常診断と余寿命評価とが可
能な原動機の異常診断・寿命診断システムを提供するこ
と。 【課題手段】 原動機についてのオンライン計測データ
とオフライン計測データを入力し、その時系列傾向を解
析して異常兆候を示す場合にはその原因を推定し寿命支
配因子を選択する。また、入力されたオンライン計測デ
ータから温度・応力分布パターンマッチングを用いて温
度・応力・ひずみを推定し、これと原動機を構成する材
料の特性とから寿命を評価し、これに基づき原動機の運
転制限について判定・表示する。また、選択された寿命
支配因子に基づき原動機の保守管理方法を判定・表示す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば火力発電プ
ラントに適用されるガスタービン等の原動機部品の異常
診断・寿命診断システムに係り、特に、運転・保守管理
の判断のため運転中において異常診断と余寿命評価を行
う原動機の異常診断・寿命診断システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エネルギーの有効利用と地球環境
保護の観点から、発電プラント等の効率を高めるため、
ガスタービン等の原動機の高温化や大型化が急速に進め
られており、部材の使用条件はますます過酷さを増して
いる。部材に加わる損傷要因としては、高温、振動、エ
ロージョン、腐食、酸化、摩耗、クリープ、熱疲労、劣
化、異物付着・衝突などがあるが、これらは運転中に計
測することが困難であるため、定検時に点検し、寿命診
断する方法が提案されている（例えば特開平８−１６０
０３５）。

【０００３】しかし、機械構造物がますます複雑化し、
しかも各種劣化・損傷因子は相互作用することから、運
転中に劣化・損傷の変化傾向を捉えて予測し、異常を未
然に防止する方法の確立が求められるようになってき
た。

【０００４】従来のオンライン異常診断・寿命診断シス
テムには、運転記録に応じて予め設定された計算式に基
づいて寿命消費量を積算し部品の管理方法を表示するも
のや（特開昭５４−１５８５０６）、変形や間隙などの
モニタリングにより監視し設計計算値と比較して異常値
が生じた場合には警報を発するなどの機能を有している
もの（例えば、特開平９−３１０６０５）などがある。

【０００５】しかし、異常診断と寿命評価を統合して行
い、不具合の未然防止を的確に行う方法は提案されては
いない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、運転中に原動
機の異常と余寿命を的確に把握して、部品をできるだけ
長期間使用しつつ適切な保守管理を行うためには、例え
ば、以下が考えられる。すなわち、オンラインデータお
よびオフラインデータを用いて異常兆候を監視し、この
異常兆候から推定される原因に応じた余寿命評価を高精
度に行い、不具合を未然に防止するという方法である。

【０００７】本発明は、このように、オンラインデータ
およびオフラインデータを用いて異常兆候を監視し、こ
の異常兆候から推定される原因に応じて高精度に余寿命
評価を行うもので、運転中において異常診断と余寿命評
価とが可能な原動機の異常診断・寿命診断システムを提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、原動機についてのオンライン計測データ
を入力する手段と、前記原動機についてのオフライン計
測データを入力する手段と、前記入力されたオンライン
計測データおよびオフライン計測データの時系列傾向を
解析する傾向解析手段と、前記解析された時系列傾向を
所定の値と比較する手段と、前記比較された結果が異常
兆候を示す場合にその原因を推定し寿命支配因子を選択
する手段と、前記比較された結果が許容値を超える場合
にその旨を表示する手段と、前記入力されたオンライン
計測データから温度・応力分布パターンマッチングを用
いて温度・応力・ひずみを推定する温度・応力・ひずみ
推定手段と、前記推定された温度・応力・ひずみと前記
原動機を構成する材料の特性とから寿命を評価する寿命
評価手段と、前記評価された寿命に基づき前記原動機の
運転制限について判定・表示する運転制限判定・表示手
段と、前記選択された寿命支配因子に基づき前記原動機
の保守管理方法を判定・表示する保守管理方法判定・表
示手段とを有することを特徴とする（請求項１）。

【０００９】これにより、オンライン／オフラインデー
タにより異常兆候を監視するとともに、寿命計算を行っ
て不具合が生じる前に運転についてのおよび検査・補修
の判断・措置が可能となるため、予定外停止の防止と合
理的なメンテナンスを容易に行うことができる。

【００１０】また、前記オンライン計測データは、振
動、温度、変形、性能劣化についてのデータのうち少な
くとも一つを含むものであり、前記オフライン計測デー
タは、損傷、材質劣化、変形、摩耗についてのデータう
ち少なくとも一つを含むものであることを特徴とする。

【００１１】これにより、ほとんどすべての主たる異常
要因を捉えて上記（請求項１）の作用効果を得ることが
できる。

【００１２】また、前記傾向解析手段は、前記入力され
たオンライン計測データのノイズを除去する手段と、前
記ノイズを除去されたオンライン計測データを運転環境
補正する手段と、前記運転環境補正されたオンライン計
測データを運転時間または起動停止回数との関係におい
て関数近似する手段とを含み、かつ、前記入力されたオ
ンライン計測データに代わり前記関数近似されたオンラ
イン入力データについて時系列傾向を解析するものであ
ることを特徴とする。

【００１３】これにより、より信頼性の高いオンライン
計測データを得ることができ、上記（請求項１）の作用
効果を向上することが可能となる。

【００１４】また、ここで、オフライン計測データにつ
いてもオンライン計測データと同様に処理することが可
能であり、さらに、統計処理して統計量について関数近
似することも可能である。

【００１５】また、ここで、１起動停止当たりの上記デ
ータ変化量を１起動停止当たりの運転時間からみたとき
に、運転時間と比例関係にあれば寿命は運転時間依存型
であり、運転時間にかかわらず一定であれば寿命は起動
停止回数依存型であると判定することができる。

【００１６】また、前記オンライン計測データまたは前
記オフライン計測データは、前記原動機の部材の変形量
を含むものであり、前記傾向解析手段は、前記部材の変
形量またはその統計量をクリープ変形特性式に適用して
運転時間との関係において関数近似する手段を含み、か
つ、前記関数近似された部材の変形量またはその統計量
について時系列傾向を解析するものであることを特徴と
する。

【００１７】これにより、より現実的に変形特性を記述
するクリープ変形特性式の特徴をとり込んで上記（請求
項１）の作用効果を向上することができる。

【００１８】また、ここで、部材のミクロ組織計測量ま
たはその統計量を運転時間または起動停止回数との関係
において関数近似することもできる。

【００１９】また、前記オンライン計測データまたは前
記オフライン計測データは、前記原動機の部材の酸化深
さまたは酸化減肉量を含むものであり、前記傾向解析手
段は、前記部材の酸化深さまたは酸化減肉量またはそれ
らの統計量を運転時間または起動停止回数との関係にお
いて関数近似する手段を含み、かつ、前記関数近似され
た部材の酸化深さまたは酸化減肉量またはそれらの統計
量について時系列傾向を解析するものであることを特徴
とする。

【００２０】これは、オンライン計測データまたはオフ
ライン計測データが酸化深さまたは酸化減肉量を含む場
合のより具体的な解決手段である。

【００２１】また、前記オンライン計測データまたは前
記オフライン計測データは、前記原動機の部材の摩耗量
を含むものであり、前記傾向解析手段は、前記部材の摩
耗量またはその統計量を運転時間または起動停止回数と
の関係において関数近似する手段を含み、かつ、前記関
数近似された部材の摩耗量またはその統計量について時
系列傾向を解析するものであることを特徴とする。

【００２２】これは、オンライン計測データまたはオフ
ライン計測データが酸化深さ摩耗量を含む場合のより具
体的な解決手段である。

【００２３】また、前記温度・応力分布パターンマッチ
ングは、前記入力されたオンライン計測データから温度
・応力プロファイルを計算し、前記計算された温度・応
力プロファイルをあらかじめ関数化された温度・応力プ
ロファイルと有限要素法解析による温度・応力分布との
対応関係に照らし合わせるものであることを特徴とす
る。

【００２４】これにより、刻々の状態変化に対して有限
要素法解析を実施しなくても換算により迅速に温度・応
力分布を求めることができる上に上記（請求項１）の作
用効果を得ることができる。

【００２５】また、ここで、温度・応力プロファイルの
計算においては、刻々の熱伝達率の分布から温度・応力
分布を計算し、またこれを時間関数として記憶しておく
ことができる。

【００２６】また、ここで、温度・応力分布パターンマ
ッチングは、あらかじめ代表的な運転パターンに対して
得られた温度・応力プロファイルと有限要素法解析によ
る温度・応力分布との関係に刻々の温度・応力プロファ
イルを照らし合わすとすることができる。

【００２７】また、ここで、温度・応力分布パターンマ
ッチングにより、温度・応力分布の起動時から停止時ま
での時間変化を含んで温度−応力または温度−ひずみの
関係を求めることができる。

【００２８】また、前記温度・応力・ひずみ推定手段
は、時々刻々の温度・応力・ひずみを推定するものであ
り、前記寿命評価手段は、前記推定された時々刻々の温
度・応力・ひずみからクリープ損傷、摩耗量、酸化減肉
量、熱疲労損傷量のうちの少なくとも一つを計算する手
段と、前記計算されたクリープ損傷、摩耗量、酸化減肉
量、熱疲労損傷量のうち少なくとも一つの時間依存型寿
命と回数依存型寿命とを評価する手段と、前記評価され
た時間依存型寿命と回数依存型寿命とから許容運転時間
および許容起動停止時間を計算する手段とを含むもので
あることを特徴とする。

【００２９】これにより、寿命に関係するクリープ損
傷、摩耗量、酸化減肉量、熱疲労損傷量に対応した上で
上記（請求項１）の作用効果を得ることができる。

【００３０】また、ここで、前記寿命評価手段は、前記
推定された温度・応力・ひずみからクリープ変形寿命評
価、コーティング寿命評価、熱疲労寿命評価を行い、こ
れらから時間依存型寿命、回数依存型寿命、および両者
の重畳する寿命を評価し、これらの評価結果に基づき許
容運転時間および許容起動停止時間を判定するとするこ
ともできる。

【００３１】また、ここで、前記評価する手段は、ひず
み範囲と熱疲労寿命（回数）との関係で記述される熱疲
労寿命評価曲線を用いて熱疲労寿命評価を、応力とクリ
ープ寿命（時間）との関係で記述されるクリープ寿命評
価曲線を用いてクリープ寿命評価を、酸化量と起動間時
間×起動回数との関係で記述される酸化量評価曲線を用
いて酸化寿命評価を、摩耗量と時間との関係で記述され
る摩耗評価曲線を用いて摩耗寿命評価を、それぞれ行う
ことができる。これらの評価結果を組合せ損傷の限界寿
命評価線図に適用して許容運転時間および許容起動停止
時間を求めることができる。

【００３２】また、ここで、回数依存型寿命には熱疲労
寿命を、時間依存型寿命にはクリープ寿命、酸化寿命、
摩耗寿命のうち最小のものを、それぞれ用いることがで
きる。

【００３３】回数依存型寿命の評価曲線は、あらかじめ
部材の圧縮保持高温低サイクル疲労試験または圧縮保持
熱疲労試験で決めておくことができる。時間依存型寿命
の評価曲線は、あらかじめ部材のクリープ試験、酸化試
験、摩耗試験で決めておくことができる。回数依存型寿
命と時間依存型寿命との重畳領域に関する評価曲線は、
あらかじめ引張保持低サイクル疲労試験または引張保持
熱疲労試験で決めておくことができる。これらの寿命評
価曲線は、前記評価する手段において用いられ得る。

【００３４】また、前記寿命評価手段は、寿命評価とし
て許容運転時間および許容起動停止時間を計算する手段
を含むものであり、前記運転制限判定・表示手段は、前
記計算された許容運転時間および許容起動停止時間と前
記原動機のこれらの要求値とを比較する手段と、前記比
較された結果に基づき前記原動機の運転制限について判
定・表示する手段とを含むものであることを特徴とす
る。

【００３５】これにより、原動機についての要求値との
比較においてその運転制限の表示を得ることができる。

【００３６】また、前記寿命支配因子は、熱疲労、クリ
ープ、酸化、コーティング劣化、摩耗の少なくとも一つ
を含むものであり、前記保守管理方法判定・表示手段
は、前記寿命支配因子ごとに補修、交換、再生処理、リ
コーティングを判定する手段と、前記判定された結果を
表示する手段とを含むものであることを特徴とする。

【００３７】これにより、具体的な寿命支配因子ごとに
具体的な保守管理方法の判定・表示が可能となる。

【００３８】また、請求項１記載の原動機の異常診断・
寿命診断システムにおいて、さらに、前記入力されたオ
ンライン計測データまたはオフライン計測データのうち
の寿命にかかわるデータを前記寿命評価手段により評価
された寿命と比較して換算係数を求める手段と、新たに
前記寿命評価手段により評価された寿命を前記換算係数
により補正する手段とを有し、前記運転制限判定・表示
手段は、前記評価された寿命に代えて前記補正された寿
命に基づき前記原動機の運転制限について判定・表示す
るものであることを特徴とする。

【００３９】これにより、請求項１に増して高精度に、
オンライン／オフラインデータにより異常兆候を監視す
るとともに、寿命計算を行って不具合が生じる前に運転
についてのおよび検査・補修の判断・措置が可能となる
ため、予定外停止の防止と合理的なメンテナンスを容易
に行うことができる。

【００４０】また、ここで、入力されたオンライン計測
データまたはオフライン計測データのうち温度または応
力のデータを用いて換算係数を求めておき、推定温度・
応力の補正を行うことができる。

【００４１】また、ここで、オンライン計測データのう
ちの温度、またはオフライン計測データのうちのミクロ
組織評価によるものから換算係数を求めておき、推定温
度・応力の補正に用いることができる。

【００４２】また、ここで、入力されたオンライン計測
データまたはオフライン計測データのうちの寿命にかか
わるデータとしては、翼変形量計測値、コーティングの
酸化・き裂計測値、熱疲労き裂計測値を挙げることがで
きる。

【００４３】また、前記寿命評価手段は、前記推定され
た温度・応力・ひずみからクリープ損傷、酸化減肉量、
熱疲労損傷量を計算する手段と、前記計算されたクリー
プ損傷、酸化減肉量、熱疲労損傷量の時間依存型寿命、
回数依存型寿命、および両者依存の寿命とを評価する手
段と、前記評価された時間依存型寿命、回数依存型寿
命、および両者依存の寿命とから許容運転時間および許
容起動停止時間を計算する手段とを含むものであること
を特徴とする。

【００４４】これにより、コーティングを施したガスタ
ービン動翼等、ガスタービン静翼等の寿命消費因子を考
慮して、上記（請求項１）の作用効果を得ることができ
る。

【００４５】また、ここで、オンライン計測データのう
ちの温度、またはオフライン計測データのうちの酸化量
から得られる温度から換算係数を求めておき、推定温度
・応力の補正に用いることができる。

【００４６】また、ここで、入力されたオンライン計測
データまたはオフライン計測データのうちの寿命にかか
わるデータとしては、翼変形量計測値、酸化減肉量、熱
疲労き裂計測値を挙げることができる。

【００４７】また、前記寿命評価手段は、前記推定され
た温度・応力・ひずみからクリープ損傷、摩耗量、熱疲
労損傷量を計算する手段と、前記計算されたクリープ損
傷、摩耗量、熱疲労損傷量の時間依存型寿命、回数依存
型寿命、および両者依存の寿命とを評価する手段と、前
記評価された時間依存型寿命、回数依存型寿命、および
両者依存の寿命とから許容運転時間および許容起動停止
時間を計算する手段とを含むものであることを特徴とす
る。

【００４８】これにより、ガスタービン燃焼器等の寿命
消費因子を考慮して、上記（請求項１）の作用効果を得
ることができる。

【００４９】また、ここで、オンライン計測データのう
ちの温度、またはオフライン計測データのうちの酸化量
から得られる温度から換算係数を求めておき、推定温度
・応力の補正に用いることができる。

【００５０】また、ここで、入力されたオンライン計測
データまたはオフライン計測データのうちの寿命にかか
わるデータとしては、摩耗量、酸化減肉量、熱疲労き裂
計測値を挙げることができる。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照しながら説明する。

【００５２】（第１の実施の形態）図１は、本発明によ
る第１の実施形態である原動機の異常診断・寿命診断シ
ステムのブロック構成図である。

【００５３】同図に示すように、この実施形態は、オン
ラインデータ入力手段１、オフラインデータ入力手段
２、傾向解析手段３、異常判定手段４、異常原因推定手
段５、温度・応力パターンマッチング手段６、寿命評価
手段７、運転制限判定・表示手段８、保守管理方法判定
・表示手段９、運転停止表示手段１０１を有する。

【００５４】オンラインデータ入力手段１には、オンラ
インデータが原動機から伝送される。オフラインデータ
入力手段２には、検査データと運転履歴および補修・交
換履歴などを随時入力する。傾向解析手段３は、運転時
間または起動停止回数に対する入力されたこれらのデー
タの変化傾向を解析する。

【００５５】異常判定手段４は、この傾向解析結果から
異常状態を判定する。

【００５６】異常原因推定手段５は、この判定が許容値
内であるものの異常兆候のある場合に異常原因を推定す
る。温度・応力パターンマッチング手段６は、上記の異
常原因推定の後、および異常判定で異常兆候がないとさ
れた場合に、上記のオンライン入力データから温度・応
力分布を推定する。

【００５７】次に、寿命評価手段７は、温度・応力分布
と材料特性とから時間依存寿命と回数依存寿命を評価
し、これを踏まえて許容運転時間と許容起動停止回数を
評価する。さらに、運転制限判定・表示手段８が、この
寿命評価結果から運転制限の判定・表示を行うととも
に、保守管理方法判定・表示手段９が、保守管理方法の
判定・表示を行う。

【００５８】なお、異常判定手段４において許容値を超
える異常が認められた場合は、運転停止表示手段１０１
にて運転停止要求の表示を行ない、これに基づき保守管
理方法判定・表示手段９が所定の動作（例えば補修、交
換、処理などの要求の表示）を行う。

【００５９】次に、図２を参照して、上記の傾向解析手
段３の構成例について述べる。

【００６０】同図は、上記の異常診断・寿命診断システ
ムに適用可能な傾向解析手段３のブロック構成図である
（その前後の接続関係をも示している）。

【００６１】オンラインデータ入力手段１からは、振
動、温度、変形のほか流体条件（温度、圧力、流速な
ど）などのデータが入力され、同図に示すように、それ
ぞれ、振動傾向解析１０、温度傾向解析１１、変形傾向
解析１２、性能劣化傾向解析１３の各ブロックへ導かれ
る。

【００６２】これらの解析は、それぞれのデータのノイ
ズ成分を除去しかつ気温などの使用環境条件の補正を行
った上で、これを評価パラメータとして運転時間または
起動停止回数との関係において関数近似する。関数近似
式には、多項式あるいはその他の適切な関数を用いるこ
とができる。例えばこの近似として、部材の変形量と運
転時間との関係には材料のクリープ変形特性式を用いる
ことができる。

【００６３】一方、オフラインデータ入力手段２から
は、き裂や酸化減肉などの損傷、ミクロ組織調査による
材質劣化、変形、摩耗量などのデータが入力され、同図
に示すように、それぞれ、損傷傾向解析１４、材質劣化
傾向解析１５、変形傾向解析１６、摩耗傾向解析１７の
各ブロックへ導かれる。

【００６４】これらの解析は、各データについて統計解
析を行い、平均または上下限などを評価パラメータとし
てこれを運転時間または起動停止回数との関係において
関数近似する。例えばこの近似として、部材の変形量と
運転時間との関係には材料のクリープ変形特性式を用い
ることができる。

【００６５】次に、図３を参照して、傾向解析手段３で
なされる解析のうち上記のオンライン傾向解析によるも
の、およびその結果に基づく異常判定手段４の判定方法
について説明する。同図は、オンライン傾向解析からの
異常判定手順を示す説明図であり、トレンドカーブ３１
とノイズ・外気温補正３２とが傾向解析手段３（図１に
図示）に、異常レベル判定４１が異常判定手段４（同）
に、異常原因推定・寿命評価項目選択５１が異常原因推
定手段５（同）に、それぞれ相当する。

【００６６】オンライン傾向解析の各評価パラメータの
変化傾向（トレンドカーブ３１、およびノイズ・外気温
補正３２を経た異常レベル判定４１の関数近似式）と許
容値および異常兆候しきい値との比較から、異常あり、
異常兆候あり、異常なしの判定を行い（異常レベル判定
４１）、異常なしの場合はこの後の手段で寿命支配因子
の可能性のあるものすべてについて寿命評価を行ない
（図１における寿命評価手段７）、異常兆候ありの場合
には異常原因を推定して寿命支配因子を選定しておく
（異常原因推定・寿命評価項目選択５１）。

【００６７】次に、図４を参照して、傾向解析手段３で
なされる解析のうち上記のオフライン傾向解析によるも
の、およびその結果に基づく異常判定手段４の判定方法
について説明する。同図は、オフライン傾向解析からの
異常判定手順を示す説明図であり、トレンドカーブ３３
と統計処理３４とが傾向解析手段３（図１に図示）に、
異常レベル判定４２が異常判定手段４（同）に、異常原
因推定・寿命評価項目選択５２が異常原因推定手段５
（同）に、それぞれ相当する。

【００６８】オフライン傾向解析の各評価パラメータの
変化傾向（トレンドカーブ３３、および統計処理３４を
経た異常レベル判定４２の関数近似式）と許容値および
異常兆候しきい値との比較から、異常あり、異常兆候あ
り、異常なしの判定を行い（異常レベル判定４２）、異
常なしの場合はこの後の手段で寿命支配因子の可能性の
あるものすべてについて寿命評価を行ない（図１におけ
る寿命評価手段７）、異常兆候ありの場合には異常原因
を推定して寿命支配因子を選定しておく（異常原因推定
・寿命評価項目選択５２）。

【００６９】ここで、図５を参照して、時間依存型寿命
と回数依存型寿命について説明する。

【００７０】同図は、１起動停止当りの例えばき裂進展
量ａを、１起動停止当りの運転時間との関係において示
す図である。傾向解析手段３において、き裂進展量のよ
うな評価パラメータを起動停止回数の関数として表わす
と、１起動停止当りのこの評価パラメータの変化量（ｄ
ａ／ｄＮ）は容易に計算される。ここで、図５に示すよ
うに、き裂進展量ａが純粋に回数依存であれば１起動停
止当り運転時間に依存せず、時間依存であれば１起動停
止当り運転時間に比例して現れる。この評価は、他のパ
ラメータについても寿命評価手段７（図１に図示）にお
ける時間依存型寿命と回数依存型寿命の判定に用いるこ
とができる。

【００７１】次に、図６を参照して、温度・応力パター
ンマッチング手段６、寿命評価手段７の機能について述
べる。同図は、温度・応力分布パターンマッチングおよ
び寿命評価を含む手順を示す説明図である。

【００７２】オンライン入力データ６０のうち流体温
度、圧力、流速条件から熱伝達率分布を推定して関数近
似し、熱伝達率分布から部品を代表する部位の温度プロ
ファイルを計算する（代表温度・応力プロファイル計算
６１）。

【００７３】この後、ＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍ
ｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）温度・応力分布パターンマッチ
ング６２がなされる。なお、クリープ損傷計算６３、摩
耗量計算６４、酸化減肉量計算６５、熱疲労損傷計算６
６、時間依存寿命計算６７、回数依存寿命計算６８、許
容運転時間・起動停止回数計算６９は、まとめて寿命評
価手段７（図１に図示）に相当する。

【００７４】この寿命評価では、温度・応力およびこの
両者から材料の応力・ひずみ関係より計算されるひずみ
を用いて、クリープ損傷、摩耗量、酸化減肉量および熱
疲労損傷を計算することができる（クリープ損傷計算６
３、摩耗量計算６４、酸化減肉量計算６５、熱疲労損傷
計算６６）。クリープ損傷と摩耗量とは時間依存型寿命
として、熱疲労損傷は回数依存型寿命として、酸化減肉
量は時間・回数依存型寿命として評価し（時間依存寿命
計算６７、回数依存寿命計算６８）、それぞれ、許容起
動停止回数・許容運転時間の評価に用いる（許容運転時
間・起動停止回数計算６９）。

【００７５】なお、異常原因推定手段５（図１に図示）
において寿命支配因子が選択されている場合には、その
寿命支配因子に応じて、クリープ損傷計算６３、摩耗量
計算６４、酸化減肉量計算６５、熱疲労損傷計算６６の
うち一部のみを行うことができる。

【００７６】ここで、代表温度・応力プロファイル計算
６１、ＦＥＭ温度・応力分布パターンマッチング６２の
部分の詳細について図７を参照して説明する。

【００７７】すなわち、代表温度・応力プロファイル計
算６１では、温度、圧力、流速等の流体条件を求め（流
体条件パラメータ計算７１）、熱伝達率を推定する（熱
伝達率計算７２）。推定された熱伝達率の分布からこれ
を関数化し（熱伝達率分布関数化７３）、部品を代表す
る部位の温度プロファイルを計算する（温度プロファイ
ル計算７４）。

【００７８】ＦＥＭ温度・応力分布パターンマッチング
６２においては、まず、この温度プロファイルを代表運
転パターンについて予め求めておいた温度プロファイル
と比較して補正係数を位置の関数として求める（温度プ
ロファイル補正係数計算７５）。そして、この補正係数
を代表運転パターンについて予め有限要素法により計算
しておいたＦＥＭ温度分布−温度プロファイル換算係数
の補正に適用する（ＦＥＭ温度分布−温度プロファイル
換算係数計算７６、ＦＥＭ温度分布補正７７）。

【００７９】また、さらに、ＦＥＭ応力分布とＦＥＭ温
度分布との換算係数も位置の関数として求めておき（Ｆ
ＥＭ応力分布−ＦＥＭ温度分布換算係数計算７８）、Ｆ
ＥＭ応力補正を行う（ＦＥＭ応力分布補正７９）。

【００８０】このようにしておくと、刻々の状態変化に
対してＦＥＭ解析を実施しなくても換算係数を用いるこ
とにより迅速に温度・応力分布を求めることができる。
このような評価部位の例としては翼前縁がある。

【００８１】次に、図８を参照して、寿命評価手段７に
おける寿命評価に用いる材料特性について説明する。同
図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、材料の各特性を
示す特性図であり、同図（ｅ）は、これらの特性から読
み取られる寿命を運転時間および起動停止回数からなる
平面に示したものである。

【００８２】図８に示すように、クリープ寿命は応力と
温度によって評価され（同図（ａ））、摩耗量は接触条
件と時間によって評価され（同図（ｂ））、酸化量は温
度と起動停止回数を考慮した時間によって評価され（同
図（ｃ））、熱疲労寿命はひずみ範囲および温度によっ
て評価されている（同図（ｄ））。これらの特性曲線
は、あらかじめ所定の試験を行うことで得られているも
のである（例えば、回数依存型寿命の評価曲線は、あら
かじめ部材の圧縮保持高温低サイクル疲労試験または圧
縮保持熱疲労試験で決めておくことができる。時間依存
型寿命の評価曲線は、あらかじめ部材のクリープ試験、
酸化試験、摩耗試験で決めておくことができる。回数依
存型寿命と時間依存型寿命との重畳領域に関する評価曲
線は、あらかじめ引張保持低サイクル疲労試験または引
張保持熱疲労試験で決めておくことができる）。そし
て、各縦軸の値として、推定または計算されている応
力、摩耗量、酸化量、ひずみ範囲の各値を適用し、横軸
の値を読み取る。

【００８３】これらにより、同図（ｅ）に示すように、
読み取られたクリープ、酸化、摩耗、熱疲労を運転時間
と起動停止回数とからなる平面に限界線として示すこと
ができる。許容起動停止回数と許容運転時間は、寿命支
配因子が異常原因推定手段５（図１に図示）で得られて
いる場合にはこの寿命支配因子に応じた限界線とあらか
じめ試験により得られているクリープ疲労重畳による限
界線とから、組合せ下限を設定することにより決定され
る。

【００８４】次に、図９を参照して、運転制限判定・表
示手段８について説明する。同図は、運転制限判定・表
示の手順を示す流れ図である。

【００８５】同図に示すように、ステップＳ９１におい
て計算された時間依存／回数依存寿命計算値は、ステッ
プＳ９２、ステップＳ９４において要求値と比較され、
要求値より小さい場合はそれぞれ運転時間制限または起
動停止回数制限を判定し、表示する（ステップＳ９３、
ステップＳ９５）。

【００８６】また、併せて次回検査時期までの許容起動
停止回数／運転時間表示を行う（ステップＳ９６）。

【００８７】次に、図１０を参照して、保守管理方法判
定・表示手段９について説明する。同図は、保守管理方
法判定・表示の手順を示す流れ図である。

【００８８】同図に示すように、時間依存／回数依存寿
命計算（ステップＳ１０１）に続き、異常原因推定手段
５（図１に図示）により選択された寿命支配因子が、熱
疲労であるか（ステップＳ１０２）、コーティングであ
るか（ステップＳ１０４）、酸化減肉／摩耗であるか
（ステップＳ１０６）、クリープであるか（ステップＳ
１０８）が判断される。おのおの判断が該当した場合
は、それぞれ補修方法と交換判定を行い（ステップＳ１
０３、ステップＳ１０５、ステップＳ１０７、ステップ
Ｓ１０９）、表示する（ステップＳ１１０）。

【００８９】以上のように本実施形態においては、オン
ライン／オフラインデータにより異常兆候を監視すると
ともに、寿命計算を行って不具合が生じる前に運転につ
いてのおよび検査・補修の判断・措置が可能となるた
め、予定外停止の防止と合理的なメンテナンスを容易に
行うことができる。

【００９０】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施形態について図１１を用いて説明する。

【００９１】同図は、本発明による第２の実施形態であ
る原動機の異常診断・寿命診断システムを示すブロック
構成図である。

【００９２】同図において、すでに説明した構成要素と
同一の構成要素には同一番号を付し、その構成・動作説
明を省略する。

【００９３】この実施形態の第１の実施形態との違いの
一つは、図１に示した温度・応力パターンマッチング手
段６に加える機能として、パイロメータなどのオンライ
ン温度計測データまたはオフライン検査データから推定
された温度データを用いて、温度分布の補正を行うこと
である（温度・応力補正手段１８）。

【００９４】補正として、代表温度プロファイルと温度
計測値とを同一部位で比較して換算係数を求めておくこ
とにより、これをオンライン温度（推定温度）に対する
補正に用いるという方法を採用することができる。

【００９５】また、応力計測データがある場合には応力
についても換算係数を求め同様に補正することが可能で
あり、応力計測がない場合には、温度分布補正結果から
応力分布を再推定することができる。

【００９６】さらに、この実施形態の第１の実施形態と
の違いのもう一つとして、寿命にかかわる変形、酸化、
き裂、摩耗データがある場合には、寿命評価結果と比較
して換算係数を求め以後の補正に用いることができる
（寿命評価補正手段１９）。

【００９７】以上のように、本実施形態においては、オ
ンライン／オフラインデータにより異常兆候を監視する
とともに、これらのデータを用いて温度・応力計算の精
度向上と寿命評価の精度向上とがなされるので、より一
層正確な寿命評価に基づく保守管理を的確に行うことが
できる。

【００９８】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施形態について図１２を用いて説明する。

【００９９】同図は、本発明による第３の実施形態であ
る原動機の異常診断・寿命診断システムに適用される温
度・応力パターンマッチングと寿命評価の構成を示すブ
ロック構成図である。この実施形態において、以下に説
明する温度・応力パターンマッチングと寿命評価など以
外の部分については、上記の第１の実施形態と同様な構
成を用いることができる。

【０１００】図１２において、すでに説明した構成要素
と同一の構成要素には同一番号を付し、その構成・動作
の説明を省略する。

【０１０１】本実施形態は、コーティングを施したガス
タービン動翼等の寿命消費因子を考慮したものであり、
これに好適に適用され得る形態である。

【０１０２】同図に示すように、本実施形態における温
度・応力パターンマッチングと寿命評価は、オンライン
流体状態計測データ入力手段２０、代表温度・応力プロ
ファイル計算手段２１、ＦＥＭ温度・応力パターンマッ
チング２２、クリープ変形寿命計算手段２３、コーティ
ング寿命計算手段２４、熱疲労寿命計算手段２５とを有
して構成される。

【０１０３】すなわち、時間依存寿命としてクリープ変
形寿命を用い（クリープ変形寿命計算手段２３→時間依
存寿命計算６７）、回数依存寿命として熱疲労寿命を用
い（熱疲労寿命計算手段２５→回転依存寿命計算６
８）、時間依存型寿命に回数依存効果を加味してコーテ
ィング寿命を考慮する（コーティング寿命計算手段２４
→時間依存寿命計算６７および回転依存寿命計算６
８）。

【０１０４】クリープ変形寿命計算手段２３は、断面平
均クリープひずみ計算２３１と、その後になされる変形
寿命計算２３２の機能とを有する。

【０１０５】コーティング寿命計算手段２４は、酸化減
肉計算２４１と、コーティング寿命計算２４２の機能を
有する（コーティング寿命計算２４２には、ひずみヒス
テリシスループ計算２５１の結果も反映する）。

【０１０６】熱疲労寿命計算手段２５は、ひずみヒステ
リシスループ計算２５１と、その後になされる基材熱疲
労き裂発生回数計算２５２と、その後になされる基材熱
疲労き裂進展回数計算２５３の機能を有する。

【０１０７】また、オンライン流体状態計測データ入力
手段２０、代表温度・応力プロファイル計算手段２１、
ＦＥＭ温度・応力分布パターンマッチング手段２２は、
それぞれ、図６で説明したオンライン入力データ６０、
代表温度・応力プロファイル計算６１、ＦＥＭ温度・応
力分布パターンマッチング６２に相当する。

【０１０８】ここで、クリープ変形寿命計算手段２３の
動作を、図１３を参照して詳しく説明する。同図は、ク
リープ変形寿命計算手段２３の動作手順を示す説明図
（同図（ａ））、およびガスタービン動翼の形状例とそ
の断面領域区分例を示す説明図（同図（ｂ））である。

【０１０９】同図（ａ）に示すように、クリープ変形寿
命計算手段２３の動作は、まず、断面を領域に区分し
（ステップＳ１３１）、各断面での平均温度および平均
応力を計算し（ステップＳ１３２、ステップＳ１３
３）、この温度・応力に対応する材料のクリープ速度
（これはクリープ変形特性式を適用して求めることがで
きる。）と運転時間とから断面平均クリープのび計算を
行う（ステップＳ１３４）。

【０１１０】クリープ変形特性式としては、次のような
クリープひずみ速度εドット（単位時間当たりクリープ
ひずみ変化量）と温度Ｔ、応力σの関係を実験によりあ
らかじめ定めて用いる。

【０１１１】

【数１】 クリープのび計算は（ｉ）式を積分し、図１３（ｂ）に
示される領域の高さｌを掛けて求める。すなわち、断面
平均クリープのびδは、

【数２】 ここで、ε0は、１次クリープひずみを補正する定数で
温度・応力の関数として実験によりあらかじめ定める。
すなわち、

【数３】 なお、クリープ変形特性式は一般に次の関数形で表わさ
れるので材料や試験条件により（ｉ）式以外の形式にな
る場合もある。

【０１１２】

【数４】 以上が、図１２における断面平均クリープひずみ計算２
３１に相当する。

【０１１３】また、次いで、温度・応力パターンマッチ
ング手段２２（図１２に図示）で得られた温度・応力分
布により最もクリープの顕著なクリティカル部位を選ん
で局所クリープのびを計算し（ステップＳ１３５）、局
所クリープのびが許容値よりも小さいか判断し（ステッ
プＳ１３６）、小さい場合は断面平均クリープのびを翼
全体に渡って足し合わせ翼のびを計算し（ステップＳ１
３７）、許容値との比較により寿命を評価する（ステッ
プＳ１３８）。

【０１１４】なお、上記の局所クリープのびが許容値以
上であれば、これにより寿命を評価する（ステップＳ１
３６→ステップＳ１３８）。

【０１１５】以上が、図１２における変形寿命計算２３
２および時間依存寿命計算６７に相当する。

【０１１６】また、ここで、コーティング寿命計算手段
２４の動作を、図１４を参照して詳しく説明する。同図
は、コーティング寿命計算手段２４の動作手順を示す説
明図である。

【０１１７】同図に示すように、コーティング寿命計算
手段２４の動作は、動作のひとつとして、定格運転時の
温度から酸化層厚さを計算し（ステップＳ１４１）、こ
の酸化層厚さに対して停止時温度低下に伴う熱膨張差に
起因する圧縮応力を計算し（ステップＳ１４２）、この
圧縮応力が所定の限界値以上であれば酸化層が剥離する
として、一起動停止当たり酸化層剥離を計算し（ステッ
プＳ１４３）、酸化寿命を計算する（ステップＳ１４
４）。

【０１１８】以上の手順は、図１２における酸化減肉計
算２４１に相当する。

【０１１９】また、温度低下時に引張応力が働く部位に
ついては、ひずみヒステリシスループ計算２５１（図１
２に図示）の結果を用いつつ、引張応力を計算し（ステ
ップＳ１４６）、この引張応力に対応するコーティング
き裂発生計算と応力の繰返しによるその進展計算とを行
い（ステップＳ１４７、ステップＳ１４８）、基材への
き裂進展寿命を評価する（ステップＳ１４９）。

【０１２０】そして、コーティング層の時間および回数
の寿命を計算する（ステップＳ１４５）。

【０１２１】以上の手順が、図１２におけるコーティン
グ寿命計算２４２、時間依存寿命計算６７、および回転
依存寿命計算６８に相当する。

【０１２２】以上の寿命は、上記の説明からわかるよう
に、時間依存型寿命に起動停止の効果が重畳している。

【０１２３】また、ここで、図１２に戻り、熱疲労寿命
計算手段２５について説明する。同図に示すように、熱
疲労については、温度・応力分布の変化から求めたひず
み範囲をひずみヒステリシスループ計算２５１で計算
し、これに対応する基材のき裂発生とき裂進展回数と
を、それぞれ、基材熱疲労き裂発生回数計算２５２、基
材熱疲労き裂進展回数計算２５３で計算する。これは回
数依存寿命として評価する。

【０１２４】以上説明のように、本実施形態において
は、オンライン／オフラインデータにより異常兆候を監
視するとともに、動翼等の寿命消費因子に応じた寿命計
算を行ない、これにより、不具合が生じる前に運転につ
いてのおよび検査・補修の判断・措置をより一層的確に
行うことができる。

【０１２５】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施形態について図１５を用いて説明する。

【０１２６】同図は、本発明による第４の実施形態であ
る原動機の異常診断・寿命診断システムに適用される温
度・応力パターンマッチングと寿命評価の構成を示すブ
ロック構成図である。この実施形態において、以下に説
明する温度・応力パターンマッチングと寿命評価など以
外の部分については、上記の第１の実施形態と同様な構
成を用いることができる。

【０１２７】同図において、すでに説明した構成要素と
同一の構成要素には同一番号を付し、その構成・動作説
明を省略する。

【０１２８】この実施形態の第３の実施形態との違いの
一つは、パイロメータなどのオンライン温度計測データ
またはオフライン検査データから推定された温度データ
を用いて（定検時メタル温度推定データ入力１５１）、
温度分布の補正を行うことである。

【０１２９】補正として、代表温度プロファイルと温度
計測値とを同一部位で比較して換算係数を求めておくこ
とにより、これをオンライン温度に対する補正に用いる
という方法を採用することができる。

【０１３０】また、応力計測データがある場合には応力
についても換算係数を求め同様に補正することが可能で
あり、応力計測がない場合には、温度分布補正結果から
応力分布を再推定することができる。

【０１３１】さらに、寿命にかかわる変形、酸化、き
裂、摩耗データがある場合には、寿命評価結果と比較し
て換算係数を求め以後の補正に用いることができる（翼
のび計測データによる補正１５２、コーティング酸化・
き裂計測データによる補正１５３、基材熱疲労き裂デー
タ計測による補正１５４）。

【０１３２】以上のように本実施形態においては、オン
ライン／オフラインデータにより異常兆候を監視すると
ともに、これらのデータを用いて、動翼等の寿命消費因
子に応じて、温度・応力計算の精度向上と寿命評価の精
度向上とがなされるので、より一層正確な寿命評価に基
づく保守管理を的確に行うことができる。

【０１３３】（第５の実施例の形態）次に、本発明の第
５の実施形態について図１６を用いて説明する。

【０１３４】同図は、本発明による第５の実施形態であ
る原動機の異常診断・寿命診断システムに適用される温
度・応力パターンマッチングと寿命評価の構成を示すブ
ロック構成図（同図（ａ））、およびガスタービン静翼
の形状例を示す図（同図（ｂ））である。この実施形態
において、以下に説明する温度・応力パターンマッチン
グと寿命評価など以外の部分については、上記の第１の
実施形態と同様な構成を用いることができる。

【０１３５】図１６において、すでに説明した構成要素
と同一の構成要素には同一番号を付し、その構成・動作
の説明を省略する。

【０１３６】本実施形態は、ガスタービン静翼等の寿命
消費因子を考慮したもので、これに好適に適用され得る
形態である。

【０１３７】同図に示すように、本実施形態における温
度・応力パターンマッチングと寿命評価は、オンライン
流体状態計測データ入力手段２０、代表温度・応力プロ
ファイル計算手段２１、ＦＥＭ温度・応力パターンマッ
チング２２、クリープ変形寿命計算手段２３、酸化寿命
計算手段２６、熱疲労寿命計算手段２５とを有して構成
される（なお、これらは、酸化寿命計算手段２６を除き
図１２に示したものと同一である）。

【０１３８】すなわち、時間・回数依存型寿命の一つと
して酸化寿命が用いられる（酸化寿命計算手段２６→時
間依存寿命計算６７・回数依存寿命計算６８）。

【０１３９】酸化寿命計算手段２６は、酸化減肉計算２
６１の機能を有する。これは、定格運転時の温度から酸
化層厚さを計算し、この酸化層厚さに対して停止時温度
低下に伴う熱膨張差に起因する圧縮応力を計算し、この
圧縮応力が所定の限界値以上であれば酸化層が剥離する
として、酸化減肉量を計算するものである。

【０１４０】以上のように、本実施形態においては、オ
ンライン／オフラインデータにより異常兆候を監視する
とともに、静翼等の寿命消費因子に応じた寿命計算を行
ない、これにより、不具合が生じる前に運転についての
および検査・補修の判断・措置をより一層的確に行うこ
とができる。

【０１４１】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施形態について図１７を用いて説明する。

【０１４２】同図は、本発明による第６の実施形態であ
る原動機の異常診断・寿命診断システムに適用される温
度・応力パターンマッチングと寿命評価の構成を示すブ
ロック構成図である。この実施形態において、以下に説
明する温度・応力パターンマッチングと寿命評価など以
外の部分については、上記の第１の実施形態と同様な構
成を用いることができる。

【０１４３】同図において、すでに説明した構成要素と
同一の構成要素には同一番号を付し、その構成・動作説
明を省略する（例えば、図１５、図１６を参照でき
る）。

【０１４４】この実施形態の第５の実施形態との違いの
一つは、パイロメータなどのオンライン温度計測データ
またはオフライン検査データから推定された温度データ
を用いて（定検時メタル温度推定データ入力１５１）、
温度分布の補正を行うことである。

【０１４５】補正として、代表温度プロファイルと温度
計測値とを同一部位で比較して換算係数を求めておくこ
とにより、これをオンライン温度に対する補正に用いる
という方法を採用することができる。

【０１４６】また、応力計測データがある場合には応力
についても換算係数を求め同様に補正することが可能で
あり、応力計測がない場合には、温度分布補正結果から
応力分布を再推定することができる。

【０１４７】さらに、この実施形態の第５の実施形態と
の違いのもう一つとして、寿命にかかわる変形、酸化、
き裂、摩耗データがある場合には、寿命評価結果と比較
して換算係数を求め以後の補正に用いることができる
（それぞれ、翼のび計測データによる補正１５２、酸化
減肉計測データによる補正１７２、基材熱疲労き裂デー
タ計測による補正１５４）。

【０１４８】以上の説明は、第１の実施形態に対する第
２の実施形態、あるいは、第３の実施形態に対する第４
の実施形態と類似するものである。

【０１４９】以上のように本実施形態においては、オン
ライン／オフラインデータにより異常兆候を監視すると
ともに、これらのデータを用いて、静翼等の寿命消費因
子に応じて、温度・応力計算の精度向上と寿命評価の精
度向上とがなされるので、より一層正確な寿命評価に基
づく保守管理を的確に行うことができる。

【０１５０】（第７の実施の形態）次に、本発明の第７
の実施形態について図１８を用いて説明する。

【０１５１】同図は、本発明による第７の実施形態であ
る原動機の異常診断・寿命診断システムに適用される温
度・応力パターンマッチングと寿命評価の構成を示すブ
ロック構成図である。この実施形態において、以下に説
明する温度・応力パターンマッチングと寿命評価など以
外の部分については、上記の第１の実施形態と同様な構
成を用いることができる。

【０１５２】図１８において、すでに説明した構成要素
と同一の構成要素には同一番号を付し、その構成・動作
の説明を省略する。

【０１５３】本実施形態は、ガスタービン燃焼器等の寿
命消費因子を考慮したもので、これについて好適に適用
され得る形態である。

【０１５４】同図に示すように、本実施形態における温
度・応力パターンマッチングと寿命評価は、オンライン
流体状態計測データ入力手段２０、代表温度・応力プロ
ファイル計算手段２１、ＦＥＭ温度・応力パターンマッ
チング２２、クリープ変形寿命計算手段２３、摩耗寿命
計算手段２７、熱疲労寿命計算手段２５とを有して構成
される（なお、これらは、摩耗寿命計算手段２７を除
き、図１２あるいは図１６に示したものと同一であ
る）。

【０１５５】すなわち、時間依存寿命の一つとして摩耗
寿命が用いられる（摩耗寿命計算手段２７→時間依存寿
命計算６７）。

【０１５６】摩耗寿命計算手段２７は、摩耗量計算２７
１の機能を有する。これは、オンライン計測データに基
づく接触面圧、振動条件、温度等から定まる材料の組合
せに応じた摩耗定量を計算するものである。

【０１５７】以上のように、本実施形態においては、オ
ンライン／オフラインデータにより異常兆候を監視する
とともに、ガスタービン燃焼器等の寿命消費因子に応じ
た寿命計算を行ない、これにより、不具合が生じる前に
運転についてのおよび検査・補修の判断・措置をより一
層的確に行うことができる。

【０１５８】（第８の実施の形態）次に、本発明の第８
の実施形態について図１９を用いて説明する。

【０１５９】同図は、本発明による第８の実施形態であ
る原動機の異常診断・寿命診断システムに適用される温
度・応力パターンマッチングと寿命評価の構成を示すブ
ロック構成図である。この実施形態において、以下に説
明する温度・応力パターンマッチングと寿命評価など以
外の部分については、上記の第１の実施形態と同様な構
成を用いることができる。

【０１６０】同図において、すでに説明した構成要素と
同一の構成要素には同一番号を付し、その構成・動作説
明を省略する（例えば、図１８、図１５を参照でき
る）。

【０１６１】この実施形態の第７の実施形態との違いの
一つは、パイロメータなどのオンライン温度計測データ
またはオフライン検査データから推定された温度データ
を用いて（定検時メタル温度推定データ入力１５１）、
温度分布の補正を行うことである。

【０１６２】補正として、代表温度プロファイルと温度
計測値とを同一部位で比較して換算係数を求めておくこ
とにより、これをオンライン温度に対する補正に用いる
という方法を採用することができる。

【０１６３】また、応力計測データがある場合には応力
についても換算係数を求め同様に補正することが可能で
あり、応力計測がない場合には、温度分布補正結果から
応力分布を再推定することができる。

【０１６４】さらに、この実施形態の第７の実施形態と
の違いのもう一つとして、寿命にかかわる変形、酸化、
き裂、摩耗データがある場合には、寿命評価結果と比較
して換算係数を求め以後の補正に用いることができる
（翼のび計測データによる補正１５２、摩耗量計測デー
タによる補正１９１、基材熱疲労き裂データ計測による
補正１５４）。

【０１６５】以上の説明は、第１の実施形態に対する第
２の実施形態、あるいは、第３の実施形態に対する第４
の実施形態、あるいは、第５の実施形態に対する第６の
実施形態と類似するものである。

【０１６６】以上のように本実施形態においては、オン
ライン／オフラインデータにより異常兆候を監視すると
ともに、これらのデータを用いて、ガスタービン燃焼器
等の寿命消費因子に応じて、温度・応力計算の精度向上
と寿命評価の精度向上とがなされるので、より一層正確
な寿命評価に基づく保守管理を的確に行うことができ
る。

【０１６７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、オンラ
イン計測データおよびオフライン計測データの時系列傾
向を解析し、その結果が異常兆候を示す場合にはその原
因を推定して寿命支配因子を選択し、また、オンライン
計測データから温度・応力分布パターンマッチングを用
いて温度・応力・ひずみを推定し、これと原動機を構成
する材料の特性とから寿命を評価し、これに基づき前記
原動機の運転制限について判定・表示し、前記寿命支配
因子に基づき前記原動機の保守管理方法を判定・表示す
るので、これにより、オンライン／オフラインデータに
より異常兆候を監視するとともに、寿命計算を行って不
具合が生じる前に運転についてのおよび検査・補修の判
断・措置が可能となるため、予定外停止の防止と合理的
なメンテナンスを容易に行うことができる。

【０１６８】また、前記オンライン計測データは、振
動、温度、変形、性能劣化についてのデータ、前記オフ
ライン計測データは、損傷、材質劣化、変形、摩耗につ
いてのデータとすることで、ほとんどすべての主たる異
常要因を捉えて上記の作用効果を得ることができる。

【０１６９】また、傾向解析手段においては、オンライ
ン計測データのノイズを除去しかつ運転環境補正し、こ
れを運転時間または起動停止回数との関係において関数
近似するので、より信頼性の高いオンライン計測データ
を得ることができ、上記（請求項１）の作用効果を向上
することが可能となる。

【０１７０】また、傾向解析手段においては、部材の変
形量またはその統計量をクリープ変形特性式に適用して
運転時間との関係において関数近似するので、より現実
的に変形特性を記述するクリープ変形特性式の特徴をと
り込んで上記（請求項１）の作用効果を向上することが
できる。

【０１７１】また、オンライン計測データまたは前記オ
フライン計測データを、原動機の部材の酸化深さまたは
酸化減肉量とし、傾向解析手段は、この酸化深さまたは
酸化減肉量またはそれらの統計量を運転時間または起動
停止回数との関係において関数近似することで、オンラ
イン計測データまたはオフライン計測データが酸化深さ
または酸化減肉量を含む場合のより具体的な解決手段が
与えられる。

【０１７２】また、前記オンライン計測データまたは前
記オフライン計測データを、原動機の部材の摩耗量と
し、傾向解析手段は、この摩耗量またはその統計量を運
転時間または起動停止回数との関係において関数近似す
ることで、オンライン計測データまたはオフライン計測
データが酸化深さ摩耗量を含む場合のより具体的な解決
手段が与えられる。

【０１７３】また、温度・応力分布パターンマッチング
は、入力されたオンライン計測データから温度・応力プ
ロファイルを計算し、この温度・応力プロファイルをあ
らかじめ関数化された温度・応力プロファイルと有限要
素法解析による温度・応力分布との対応関係に照らし合
わせなされるので、これにより、刻々の状態変化に対し
て有限要素法解析を実施しなくても換算により迅速に温
度・応力分布を求めることができる上に上記（請求項
１）の作用効果を得ることができる。

【０１７４】また、寿命評価においては、温度・応力・
ひずみからクリープ損傷、摩耗量、酸化減肉量、熱疲労
損傷量のうちの少なくとも一つを計算するので、これに
より、寿命に関係するクリープ損傷、摩耗量、酸化減肉
量、熱疲労損傷量に対応した上で上記（請求項１）の作
用効果を得ることができる。

【０１７５】また、運転制限判定・表示においては、計
算された許容運転時間および許容起動停止時間と原動機
のこれらの要求値とを比較するので、これにより、原動
機についての要求値との比較においてその運転制限の表
示を得ることができる。

【０１７６】また、寿命支配因子としては、熱疲労、ク
リープ、酸化、コーティング劣化、摩耗を取り扱うこと
ができ、保守管理方法判定・表示においては、これら寿
命支配因子ごとに補修、交換、再生処理、リコーティン
グするので、これにより、具体的な寿命支配因子ごとに
具体的な保守管理方法の判定・表示が可能となる。

【０１７７】また、入力されたオンライン計測データま
たはオフライン計測データのうちの寿命にかかわるデー
タを寿命評価手段により評価された寿命と比較して換算
係数を求め、これを評価された寿命の補正に用いるの
で、これにより、請求項１に増して高精度に、オンライ
ン／オフラインデータにより異常兆候を監視するととも
に、寿命計算を行って不具合が生じる前に運転について
のおよび検査・補修の判断・措置が可能となるため、予
定外停止の防止と合理的なメンテナンスを容易に行うこ
とができる。

【０１７８】また、寿命評価においては、クリープ損
傷、酸化減肉量、熱疲労損傷量を取り扱い、これらの時
間依存型寿命、回数依存型寿命、および両者依存の寿命
とを評価するので、これにより、コーティングを施した
ガスタービン動翼等、ガスタービン静翼等の寿命消費因
子を考慮して、上記（請求項１）の作用効果を得ること
ができる。

【０１７９】また、寿命評価においては、クリープ損
傷、摩耗量、熱疲労損傷量を取り扱い、これらの時間依
存型寿命、回数依存型寿命、および両者依存の寿命とを
評価するので、これにより、ガスタービン燃焼器等の寿
命消費因子を考慮して、上記（請求項１）の作用効果を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施形態である原動機の異
常診断・寿命診断システムのブロック構成図。

【図２】本発明に用いられる傾向解析手段３のブロック
構成を含む構成図。

【図３】本発明におけるオンライン傾向解析からの異常
判定手順を示す説明図。

【図４】本発明におけるオフライン傾向解析からの異常
判定手順を示す説明図。

【図５】１起動停止当りのき裂進展量ａを、１起動停止
当りの運転時間との関係において示す図。

【図６】本発明に用いられる温度・応力分布パターンマ
ッチングおよび寿命評価を含む手順を示す説明図。

【図７】本発明に用いられる代表温度・応力プロファイ
ル計算６１、ＦＥＭ温度・応力分布パターンマッチング
６２の部分の詳細ブロック図。

【図８】材料の各特性を示す特性図、および、これらの
特性から読み取られる寿命を運転時間および起動停止回
数からなる平面に示した図。

【図９】本発明における運転制限判定・表示の手順を示
す流れ図。

【図１０】本発明における保守管理方法判定・表示の手
順を示す流れ図。

【図１１】本発明による第２の実施形態である原動機の
異常診断・寿命診断システムを示すブロック構成図。

【図１２】本発明による第３の実施形態である原動機の
異常診断・寿命診断システムに適用される温度・応力パ
ターンマッチングと寿命評価の構成を示すブロック構成
図。

【図１３】本発明に用いられるクリープ変形寿命計算手
段２３の動作手順を示す説明図、およびガスタービン動
翼の形状例とその断面領域区分例を示す説明図。

【図１４】本発明に用いられるコーティング寿命計算手
段２４の動作手順を示す説明図。

【図１５】本発明による第４の実施形態である原動機の
異常診断・寿命診断システムに適用される温度・応力パ
ターンマッチングと寿命評価の構成を示すブロック構成
図。

【図１６】本発明による第５の実施形態である原動機の
異常診断・寿命診断システムに適用される温度・応力パ
ターンマッチングと寿命評価の構成を示すブロック構成
図、およびガスタービン静翼の形状例を示す斜視図。

【図１７】本発明による第６の実施形態である原動機の
異常診断・寿命診断システムに適用される温度・応力パ
ターンマッチングと寿命評価の構成を示すブロック構成
図。

【図１８】本発明による第７の実施形態である原動機の
異常診断・寿命診断システムに適用される温度・応力パ
ターンマッチングと寿命評価の構成を示すブロック構成
図。

【図１９】本発明による第８の実施形態である原動機の
異常診断・寿命診断システムに適用される温度・応力パ
ターンマッチングと寿命評価の構成を示すブロック構成
図。

【符号の説明】

１ オンラインデータ入力手段 ２ オフラインデータ入力手段 ３ 傾向解析手段 ４ 異常判定手段 ５ 異常原因推定手段 ６ 温度・応力パターンマッチング手段 ７ 寿命評価手段 ８ 運転制限判定・表示手段 ９ 保守管理方法判定・表示手段 １０ 振動傾向解析手段 １１ 温度傾向解析手段 １２ 変形傾向解析手段 １３ 性能劣化傾向解析手段 １４ 損傷傾向解析手段 １５ 材質劣化傾向解析手段 １６ 変形傾向解析手段 １７ 摩耗傾向解析手段 １８ 温度・応力補正手段 １９ 寿命評価補正手段 ２０ オンライン流体状態計測データ入力手段 ２１ 代表温度・応力プロファイル計算手段 ２２ ＦＥＭ温度・応力パターンマッチング手段 ２３ クリープ変形寿命計算手段 ２４ コーティング寿命計算手段 ２５ 熱疲労寿命計算手段 ２６ 酸化寿命計算手段 ２７ 摩耗寿命計算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 圭介 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 齊藤 和宏 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 犬飼 隆夫 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 石井 潤治 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 近藤 卓久 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 渋谷 幸生 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 杉森 洋一 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 吉岡 洋明 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 2F076 BA12 BA18 BA19 BD07 BD12 BE04 BE06 2G055 AA01 BA07 BA09 BA11 BA14 BA15 BA16 BA18 EA08 FA01 FA05 FA09 5H223 AA02 AA15 BB02 EE05 EE06 FF03 FF08 FF09 9A001 BB04 GG05 GZ12 HH21 JJ61 KK37 LL05

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機についてのオンライン計測データ
   を入力する手段と、 前記原動機についてのオフライン計測データを入力する
   手段と、 前記入力されたオンライン計測データおよびオフライン
   計測データの時系列傾向を解析する傾向解析手段と、 前記解析された時系列傾向を所定の値と比較する手段
   と、 前記比較された結果が異常兆候を示す場合にその原因を
   推定し寿命支配因子を選択する手段と、 前記比較された結果が許容値を超える場合にその旨を表
   示する手段と、 前記入力されたオンライン計測データから温度・応力分
   布パターンマッチングを用いて温度・応力・ひずみを推
   定する温度・応力・ひずみ推定手段と、 前記推定された温度・応力・ひずみと前記原動機を構成
   する材料の特性とから寿命を評価する寿命評価手段と、 前記評価された寿命に基づき前記原動機の運転制限につ
   いて判定・表示する運転制限判定・表示手段と、 前記選択された寿命支配因子に基づき前記原動機の保守
   管理方法を判定・表示する保守管理方法判定・表示手段
   とを有することを特徴とする原動機の異常診断・寿命診
   断システム。
2. 【請求項２】 前記オンライン計測データは、振動、温
   度、変形、性能劣化についてのデータのうち少なくとも
   一つを含むものであり、前記オフライン計測データは、
   損傷、材質劣化、変形、摩耗についてのデータのうち少
   なくとも一つを含むものであることを特徴とする請求項
   １記載の原動機の異常診断・寿命診断システム。
3. 【請求項３】 前記傾向解析手段は、 前記入力されたオンライン計測データのノイズを除去す
   る手段と、 前記ノイズを除去されたオンライン計測データを運転環
   境補正する手段と、 前記運転環境補正されたオンライン計測データを運転時
   間または起動停止回数との関係において関数近似する手
   段とを含み、かつ、 前記入力されたオンライン計測データに代わり前記関数
   近似されたオンライン入力データについて時系列傾向を
   解析するものであることを特徴とする請求項１記載の原
   動機の異常診断・寿命診断システム。
4. 【請求項４】 前記オンライン計測データまたは前記オ
   フライン計測データは、前記原動機の部材の変形量を含
   むものであり、 前記傾向解析手段は、 前記部材の変形量またはその統計量をクリープ変形特性
   式に適用して運転時間との関係において関数近似する手
   段を含み、かつ、 前記関数近似された部材の変形量またはその統計量につ
   いて時系列傾向を解析するものであることを特徴とする
   請求項１記載の原動機の異常診断・寿命診断システム。
5. 【請求項５】 前記オンライン計測データまたは前記オ
   フライン計測データは、前記原動機の部材の酸化深さま
   たは酸化減肉量を含むものであり、 前記傾向解析手段は、 前記部材の酸化深さまたは酸化減肉量またはそれらの統
   計量を運転時間または起動停止回数との関係において関
   数近似する手段を含み、かつ、 前記関数近似された部材の酸化深さまたは酸化減肉量ま
   たはそれらの統計量について時系列傾向を解析するもの
   であることを特徴とする請求項１記載の原動機の異常診
   断・寿命診断システム。
6. 【請求項６】 前記オンライン計測データまたは前記オ
   フライン計測データは、前記原動機の部材の摩耗量を含
   むものであり、 前記傾向解析手段は、 前記部材の摩耗量またはその統計量を運転時間または起
   動停止回数との関係において関数近似する手段を含み、
   かつ、 前記関数近似された部材の摩耗量またはその統計量につ
   いて時系列傾向を解析するものであることを特徴とする
   請求項１記載の原動機の異常診断・寿命診断システム。
7. 【請求項７】 前記温度・応力分布パターンマッチング
   は、 前記入力されたオンライン計測データから温度・応力プ
   ロファイルを計算し、 前記計算された温度・応力プロファイルをあらかじめ関
   数化された温度・応力プロファイルと有限要素法解析に
   よる温度・応力分布との対応関係に照らし合わせるもの
   であることを特徴とする請求項１記載の原動機の異常診
   断・寿命診断システム。
8. 【請求項８】 前記温度・応力・ひずみ推定手段は、 時々刻々の温度・応力・ひずみを推定するものであり、 前記寿命評価手段は、 前記推定された時々刻々の温度・応力・ひずみからクリ
   ープ損傷、摩耗量、酸化減肉量、熱疲労損傷量のうちの
   少なくとも一つを計算する手段と、 前記計算されたクリープ損傷、摩耗量、酸化減肉量、熱
   疲労損傷量のうち少なくとも一つの時間依存型寿命と回
   数依存型寿命とを評価する手段と、 前記評価された時間依存型寿命と回数依存型寿命とから
   許容運転時間および許容起動停止時間を計算する手段と
   を含むものであることを特徴とする請求項１記載の原動
   機の異常診断・寿命診断システム。
9. 【請求項９】 前記寿命評価手段は、 寿命評価として許容運転時間および許容起動停止時間を
   計算する手段を含むものであり、 前記運転制限判定・表示手段は、 前記計算された許容運転時間および許容起動停止時間と
   前記原動機のこれらの要求値とを比較する手段と、 前記比較された結果に基づき前記原動機の運転制限につ
   いて判定・表示する手段とを含むものであることを特徴
   とする請求項１記載の原動機の異常診断・寿命診断シス
   テム。
10. 【請求項１０】 前記寿命支配因子は、 熱疲労、クリープ、酸化、コーティング劣化、摩耗の少
    なくとも一つを含むものであり、 前記保守管理方法判定・表示手段は、 前記寿命支配因子ごとに補修、交換、再生処理、リコー
    ティングを判定する手段と、 前記判定された結果を表示する手段とを含むものである
    ことを特徴とする請求項１記載の原動機の異常診断・寿
    命診断システム。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の原動機の異常診断・寿
    命診断システムにおいて、さらに、 前記入力されたオンライン計測データまたはオフライン
    計測データのうちの寿命にかかわるデータを前記寿命評
    価手段により評価された寿命と比較して換算係数を求め
    る手段と、 新たに前記寿命評価手段により評価された寿命を前記換
    算係数により補正する手段とを有し、 前記運転制限判定・表示手段は、 前記評価された寿命に代えて前記補正された寿命に基づ
    き前記原動機の運転制限について判定・表示するもので
    あることを特徴とする請求項１記載の原動機の異常診断
    ・寿命診断システム。
12. 【請求項１２】 前記寿命評価手段は、 前記推定された温度・応力・ひずみからクリープ損傷、
    酸化減肉量、熱疲労損傷量を計算する手段と、 前記計算されたクリープ損傷、酸化減肉量、熱疲労損傷
    量の時間依存型寿命、回数依存型寿命、および両者依存
    の寿命とを評価する手段と、 前記評価された時間依存型寿命、回数依存型寿命、およ
    び両者依存の寿命とから許容運転時間および許容起動停
    止時間を計算する手段とを含むものであることを特徴と
    する請求項１記載の原動機の異常診断・寿命診断システ
    ム。
13. 【請求項１３】 前記寿命評価手段は、 前記推定された温度・応力・ひずみからクリープ損傷、
    摩耗量、熱疲労損傷量を計算する手段と、 前記計算されたクリープ損傷、摩耗量、熱疲労損傷量の
    時間依存型寿命、回数依存型寿命、および両者依存の寿
    命とを評価する手段と、 前記評価された時間依存型寿命、回数依存型寿命、およ
    び両者依存の寿命とから許容運転時間および許容起動停
    止時間を計算する手段とを含むものであることを特徴と
    する請求項１記載の原動機の異常診断・寿命診断システ
    ム。