JP2001303909A - 蒸気タービン部材のライフサイクル保守管理方法および装置 - Google Patents

蒸気タービン部材のライフサイクル保守管理方法および装置

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JP2001303909A
JP2001303909A JP2000121492A JP2000121492A JP2001303909A JP 2001303909 A JP2001303909 A JP 2001303909A JP 2000121492 A JP2000121492 A JP 2000121492A JP 2000121492 A JP2000121492 A JP 2000121492A JP 2001303909 A JP2001303909 A JP 2001303909A
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steam turbine
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turbine unit
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Bunji Ishii
文治 石井
Masahiko Sanada
政彦 真田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】蒸気タービンユニットの高温部材の寿命を簡便
的に把握して、ユニット全体としての運用を考慮した高
温部材の計画的な保守を行う。 【解決手段】蒸気タービンユニットの運転開始後現在ま
での経過年数と運転時間との関係、および今後の運用計
画から決められるタービンユニットの現在からの年数と
運転時間との関係についての曲線を作成する。蒸気ター
ビンユニットを構成する複数の高温部材の各々について
クリープき裂発生寿命に至る確率が一定値となる寿命範
囲を求める。これら各高温部材の寿命範囲を曲線上にプ
ロットすることによりその各高温部材の寿命範囲の時間
的分布を図表化し、ユニット全体としてのマクロ的な寿
命に対する各高温部材の保守管理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンユニ
ットを構成する高温部材のライフサイクルを保守管理す
る方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】蒸気タービンは高圧ロータ、中圧ロー
タ、高圧ケーシング、中圧ケーシング、主要弁等の高温
部材を備えたユニットとして構成されており、発電プラ
ントにおいてはこのような蒸気タービンユニットが複数
設置される。
【0003】このような蒸気タービンユニットを構成す
る高温部材は運転開始後、熱的応力を受けて組織変化等
を生じ、各種損傷の発生等により寿命に至る。
【0004】従来では、個々のタービン高温部材の寿命
について、累積線形損傷則によりクリープ損傷、疲労損
傷を求め、今後の運用を考慮した余寿命評価を実施する
方法を採用してきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、各高温部材において個々に寿命診断を実施し
なければならず、非常に解析時間がかかり、経済的でな
いという課題があった。また、ユニット全体としての寿
命および運転履歴および今後の運用を考慮した上でユニ
ット構成部材である高温部材の寿命を簡便な把握により
計画的、経済的な保全を行うことは、困難であった。
【0006】また、ユニット全体としての寿命を考慮し
た時、ユニットとして構成される寿命近傍の高温部材の
リプレースを行ったのでは、効率的経済的保守管理とは
ならない。
【0007】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、蒸気タービンユニットの高温部材の寿命を簡便
的に把握して、ユニット全体としての寿命および運転履
歴および今後の運用を考慮した上でユニット構成部材で
ある高温部材の計画的、経済的な保守を行うことができ
る蒸気タービン部材のライフサイクル保守管理方法およ
び装置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】タービン高温部材の寿命
は、主にクリープ損傷と疲労損傷とに支配される。疲労
損傷については、スキンカット等の疲労層の削整により
解決されるが、クリープ損傷については、損傷が深い層
まで及んでおり、クリープ損傷を受けた層の削整によっ
ては解決されない。
【0009】そこで、本発明においては主にクリープ損
傷に注目し、クリープ損傷による寿命についてのライフ
サイクルとして保守管理を行う。
【0010】即ち、前記の目的を達成するため、請求項
1記載の発明では、蒸気タービンユニットの運転開始後
現在までの経過年数と運転時間との関係、および今後の
運用計画から決められる前記タービンユニットの現在か
らの年数と運転時間との関係についての曲線を作成する
一方、前記蒸気タービンユニットを構成する複数の高温
部材の各々についてクリープき裂発生寿命に至る確率が
一定値となる寿命範囲を求め、これら各高温部材の寿命
範囲を前記曲線上にプロットすることによりその各高温
部材の寿命範囲の時間的分布を図表化し、ユニット全体
としてのマクロ的な寿命に対する前記各高温部材の保守
管理を行うことを特徴とする蒸気タービン部材のライフ
サイクル保守管理方法を提供する。
【0011】請求項2記載の発明では、高温部材の寿命
範囲を求める工程では、多数のユニットについての各高
温部材の作用応力、温度および硬さに基づいてクリープ
き裂発生寿命を計算し、その各高温部材ごとに正規分布
を求めることにより、寿命となる確率が一定値となる寿
命範囲を求めることを特徴とする請求項1記載の蒸気タ
ービン部材のライフサイクル保守管理方法を提供する。
【0012】請求項3記載の発明では、蒸気タービンユ
ニット運転履歴および今後の運用計画を入力し、記録す
る運転データ入力手段および記録手段と、前記蒸気ター
ビンユニットを構成する高温部材の作用応力、温度およ
び硬さに関するデータを入力し、記録する寿命計算用デ
ータ入力手段および記録手段と、この寿命計算用データ
記録手段に記録されたデータに基づいて前記高温部材の
クリープき裂寿命を計算する高温部材の寿命計算手段
と、各高温部材の寿命の正規分布を求め、クリープき裂
発生寿命となる確率が一定値となる寿命範囲を計算し、
記録する寿命範囲計算手段および記録手段と、前記運転
データ記録手段に記録されたデータに基づいて前記蒸気
タービンユニットの運転開始からの運転時間と年数から
成る曲線を作成する曲線作成手段と、当該曲線上に前記
各高温部材の寿命範囲をプロットするプロット作成手段
と、当該プロットを表示する表示手段とを備えたことを
特徴とする蒸気タービン構成高温部材のライフサイクル
保守管理装置を提供する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。
【0014】図1は、本発明を実施するためのハードウ
エアの構成を示す説明図である。
【0015】この図1に示すように、本実施形態では、
各種情報を入力するための入力器1、入力した情報を処
理するためのコンピュータ2、このコンピュータ2によ
って処理された情報を表示する表示器3を備える。
【0016】コンピュータ2には運転データ処理部4、
寿命計算処理部5および画像プロット処理部6等が備え
られ、変換器7を介して入力器1および表示器3との信
号変換が行われる。
【0017】そして、入力器1および運転データ処理部
4により、蒸気タービンユニットの運転履歴および今後
の運用計画を入力し、記録する運転データ入力手段およ
び記録手段とが構成され、この運転データ記録手段に記
録されたデータに基づいて蒸気タービンユニットの運転
開始から運転時間と年数との関係曲線を作成する曲線作
成手段とが構成される。
【0018】また、入力器1および寿命計算処理部5に
より、蒸気タービンユニットを構成する高温部材の作用
応力、温度および硬さに関するデータを入力し、記録す
る寿命計算用データ入力手段および記録手段が構成さ
れ、この寿命計算用データ記録手段に記録されたデータ
に基づいて高温部材のクリープき裂寿命を計算する高温
部材の寿命計算手段と、この寿命計算手段によって算出
された各高温部材の寿命の正規分布を求め、クリープき
裂発生寿命となる確率が一定値となる寿命範囲を計算し
記録する寿命範囲の計算手段および記録手段とが構成さ
れる。さらに、画像プロット処理部6および表示器3に
より、当該曲線上に各高温部材の寿命範囲をプロットす
るプロット作成手段と、当該プロットを表示する表示手
段とが構成される。
【0019】次に図2〜図4によって保守管理方法を説
明する。図2は一連の手順を示すフロー説明図であり、
図3はユニットを構成する高温部材のクリープき裂発生
寿命の正規分布を示す説明図であり、図4は運転開始か
らの年数と運転時間との関係および高温部材の寿命範囲
のプロット状態を示す説明図である。
【0020】本実施形態では、まず、第一にユニットに
ついて今までの運転履歴および今後の運転計画を考慮し
た、運転開始から運転時間と年数との関係曲線を求め
る。
【0021】即ち、図2に示すように、本実施形態では
運転データとして、例えば蒸気タービンユニットの名
称、運転開始後現在までの経過年数および運転時間(運
転履歴)、ならびに今後の運用計画等が、入力器1を介
して入力され、運転データ処理部4のメモリに記録され
る(S101)。そして、この運転データに基づき、運
転開始からの年数と運転時間との関係曲線(図1,4の
a)が作成される(S102)。
【0022】一方、高温部材寿命計算用データとして、
例えば部材の名称、硬さ、作用応力および運転温度度が
入力器1を介して入力され、寿命計算処理部5のメモリ
に記録される(S103)。そして、まず高温部材別ク
リープき亀発生寿命計算が行われ(S104)、次いで
高温部材ごとの正規分布作成およびクリープき亀裂発生
寿命の発生確率が所定%(f%(例えば80%))とな
る寿命範囲の計算(S105)、および高温部材ごとの
寿命、正規分布、寿命範囲の記録がなされる(S10
6)。
【0023】次にユニットを構成する高温部材のクリー
プ損傷による寿命の評価を次式(1)(2)(3)に基
づいて行う。
【0024】
【数1】
【0025】
【数2】
【0026】
【数3】∫t/trdt=1 ……(3)
【0027】各ユニットを構成する高温部材、個々の材
料特性を考慮した硬さHvの関数である式(2)により
当該部材の作用応力、運転温度条件でのクリープ破断時
間すなわち、クリープき裂発生寿命を求める。
【0028】たとえば、高温部材である高圧ロータにつ
いて各ユニットの高圧ロータの硬さおよび作用応力、運
転温度条件を式(2)に代入して各高圧ロータのクリー
プき裂発生寿命多数を求めると、図3に示すような分布
を示す。
【0029】バラツキはあるがクリープき裂発生寿命を
総寿命とすると、総寿命は正規分布を示す。
【0030】正規分布は次式によって示される。
【0031】
【数4】
【0032】式(4)において、ある確率f%で発生す
るクリープき裂発生寿命の範囲を(5)式で示す。
【0033】
【数5】
【0034】ここでu=1.286とするとクリープき
裂発生寿命となる確率fが80%ととなる範囲を次式
(6)で示す。
【0035】
【数6】 式(6)で個々の高温部材についてクリープき裂発生寿
命となる確率fが80%となる寿命の範囲を求める。
【0036】以上のようなユニットを構成する高温部材
のクリープき裂発生寿命の正規分布を図3に示す。
【0037】ここで、高温部材としては、高圧ロータの
他、中圧ロータ、高圧ケーシング、中圧ケーシング、主
要弁等も適用できるのは勿論である。
【0038】このようにして求められたクリープ発生寿
命範囲を、図4に示すように、運転時間と運転開始から
の年数で表わす曲線a上に、例えば太線b1,b2,b
3,b4の如くプロットし(S107)、ユニット全体
の寿命とユニットを構成する個々の高温部材〜の寿
命範囲を表示器3にグラフとして表示する(S10
8)。
【0039】したがって、本実施形態によると、高温部
材の寿命範囲をグラフとして表示することにより、ユニ
ットの効率的、経済的な保守管理を図ることが可能とな
る。
【0040】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蒸気タ
ービンユニット構成部材である高温部材の寿命を簡便的
に把握して、ユニット全体としての寿命および運転履歴
および今後の運用を考慮した上でユニット構成部材であ
る個々の高温部材の計画的、経済的な保守を行うことが
可能となる。したがって、適切な時期に個々の高温部材
を例えばリプレースする等により、その後の点検修理に
かかる費用の軽減が図れ、全体としてユニットの保守管
理を経済的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するハードウエアの構成を例示す
る図。
【図2】本発明の実施形態により蒸気タービンの高温部
材のライフサイクル保守管理方法の手順を示すフロー説
明図。
【図3】前記実施形態における高温部材のクリープき裂
発生寿命を統計処理した正規分布の一例を示す図。
【図4】前記実施形態において、運転開始からの年数と
運転時間の関係の曲線、および本発明の表示結果の一例
を示す図。
【符号の説明】
1 入力器 2 コンピュータ 3 表示器 4 運転データ処理部 5 寿命計算処理部 6 画像プロット処理部 7 変換器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蒸気タービンユニットの運転開始後現在
    までの経過年数と運転時間との関係、および今後の運用
    計画から決められる前記タービンユニットの現在からの
    年数と運転時間との関係についての曲線を作成する一
    方、前記蒸気タービンユニットを構成する複数の高温部
    材の各々についてクリープき裂発生寿命に至る確率が一
    定値となる寿命範囲を求め、これら各高温部材の寿命範
    囲を前記曲線上にプロットすることによりその各高温部
    材の寿命範囲の時間的分布を図表化し、ユニット全体と
    してのマクロ的な寿命に対する前記各高温部材の保守管
    理を行うことを特徴とする蒸気タービン部材のライフサ
    イクル保守管理方法。
  2. 【請求項2】 高温部材の寿命範囲を求める工程では、
    多数のユニットについての各高温部材の作用応力、温度
    および硬さに基づいてクリープき裂発生寿命を計算し、
    その各高温部材ごとに正規分布を求めることにより、寿
    命となる確率が一定値となる寿命範囲を求めることを特
    徴とする請求項1記載の蒸気タービン部材のライフサイ
    クル保守管理方法。
  3. 【請求項3】 蒸気タービンユニット運転履歴および今
    後の運用計画を入力し、記録する運転データ入力手段お
    よび記録手段と、前記蒸気タービンユニットを構成する
    高温部材の作用応力、温度および硬さに関するデータを
    入力し、記録する寿命計算用データ入力手段および記録
    手段と、この寿命計算用データ記録手段に記録されたデ
    ータに基づいて前記高温部材のクリープき裂寿命を計算
    する高温部材の寿命計算手段と、各高温部材の寿命の正
    規分布を求め、クリープき裂発生寿命となる確率が一定
    値となる寿命範囲を計算し、記録する寿命範囲計算手段
    および記録手段と、前記運転データ記録手段に記録され
    たデータに基づいて前記蒸気タービンユニットの運転開
    始からの運転時間と年数から成る曲線を作成する曲線作
    成手段と、当該曲線上に前記各高温部材の寿命範囲をプ
    ロットするプロット作成手段と、当該プロットを表示す
    る表示手段とを備えたことを特徴とする蒸気タービン構
    成高温部材のライフサイクル保守管理装置。
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