JP2001329856A - Gas turbine, its fatigue diagnostic device, and its fatigue diagnostic method - Google Patents

Gas turbine, its fatigue diagnostic device, and its fatigue diagnostic method

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JP2001329856A JP2000149827A JP2000149827A JP2001329856A JP 2001329856 A JP2001329856 A JP 2001329856A JP 2000149827 A JP2000149827 A JP 2000149827A JP 2000149827 A JP2000149827 A JP 2000149827A JP 2001329856 A JP2001329856 A JP 2001329856A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine and its fatigue diagnostic device capable of evaluating the operating vibration stress of compressor blades with high precision and accurately determining the fatigue life and replacement timing of the compressor blades. SOLUTION: This gas turbine coaxially incorporating a turbine and a compressor in a casing is provided with a pressure sensor 44 measuring the pressure at the turbine stage section of the compressor casing 3, a data collecting device collecting the measured values of the pressure sensor, and a calculating device having a strength master curve under the corrosive environment and a structural analysis model of pressure fluctuations at the turbine stage and the compressor blades. The calculating device performs the stress analysis of the compressor blades from the strength master curve and the structural analysis model, analyzes fatigue damage, and determines the replacement timing of the blades.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンおよび
その疲労診断装置並びにその疲労診断方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine, a device for diagnosing fatigue thereof, and a method of diagnosing fatigue thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来一般に採用されているこの種のガス
タービンは、空気を圧縮して燃焼器へ送るための圧縮機
が設けられており、この圧縮機の内部には、ガスタービ
ンの中心軸回りに回転し、かつ圧縮機動翼がディスクに
埋め込まれた圧縮機ロータが設けられている。勿論、圧
縮機ロータを納める圧縮機ケーシング側にも前記ロータ
動翼に空気を整流するための圧縮機静翼が埋め込まれて
いる。
2. Description of the Related Art A conventional gas turbine of this type is provided with a compressor for compressing air and sending the compressed air to a combustor. Inside the compressor, a central shaft of the gas turbine is provided. A compressor rotor is provided that rotates about and has compressor blades embedded in a disk. Needless to say, compressor vanes for rectifying air are embedded in the rotor rotor blades also on the side of the compressor casing that houses the compressor rotor.

【0003】この種の圧縮機は大気を吸い込み圧縮する
ことから、前述した圧縮機の翼には粉塵が付着し易く、
もし腐食作用のある粉塵(物質)が翼に付着すると、圧
縮機効率が低下することは勿論のこと、腐食ピットが発
生し疲労寿命が短くなる恐れがある。
[0003] Since this type of compressor sucks and compresses the atmosphere, dust tends to adhere to the above-mentioned compressor blades.
If dust (substance) having a corrosive action adheres to the blades, not only the efficiency of the compressor is reduced, but also corrosion pits may be generated and the fatigue life may be shortened.

【0004】一般には、圧縮機翼に付着した腐食作用の
ある物質を定期的に取り除き寿命を延ばすようにした
り、また、この圧縮機翼の疲労寿命を経験的に予測し、
所定の時期毎に圧縮機翼を交換するようにしている。こ
の圧縮機翼の延命策や疲労寿命および交換時期の予測や
判定には種々の考え方がなされ、機器の配置されている
周囲環境や運転条件によりそれぞれ最適と思われる延命
方法あるいは判定方法が採用されている。
In general, a corrosive substance adhering to a compressor blade is periodically removed to extend the life of the compressor blade, and the fatigue life of the compressor blade is empirically predicted.
The compressor blades are replaced at predetermined intervals. Various ideas are used to predict and determine the life extension measures, fatigue life, and replacement time of the compressor blades, and a life extension method or a judgment method that seems to be optimal depending on the surrounding environment and operating conditions where the equipment is installed is adopted. ing.

【0005】圧縮機翼の延命を図る方法として、例えば
圧縮機が空気を圧縮する際にうける流体励振荷重に対す
る疲労寿命を圧縮残留応力を付加することで寿命を延ば
すようにしたり、また特開平8−296453号公報に
開示されているように、ガスタービンの圧縮機吸い込み
口から洗浄水を噴射し、洗浄後の排水を排水ドレインか
ら排出し圧縮機の汚れを取り除き、圧縮機翼の延命を図
るようにしているものもある。
[0005] As a method of extending the life of a compressor blade, for example, the fatigue life with respect to a fluid excitation load applied when the compressor compresses air can be extended by adding a compressive residual stress to the compressor. As disclosed in JP-296453-A, cleaning water is injected from a compressor suction port of a gas turbine, drainage after cleaning is discharged from a drainage drain to remove dirt from the compressor, and extend the life of the compressor blades. Some do so.

【0006】すなわち、一般にガスタービンは大気開放
サイクルであり、運転中に大気を吸い込む際に、吸気部
に設けられている塵埃除去用のフィルタでは大気中の微
細な粉塵を除去できず、圧縮機空気取り入れ口に設け
た、水洗浄装置より洗浄水を圧縮機翼に噴射し、翼の汚
れを除去することで圧縮機効率を回復させるようにして
いる。
That is, in general, a gas turbine has an open-to-atmosphere cycle. When sucking air during operation, a dust removal filter provided at an intake portion cannot remove fine dust in the atmosphere, and a compressor is not used. Wash water is injected into the compressor blades from a water cleaning device provided in the air intake, and the compressor efficiency is restored by removing dirt from the blades.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述のように圧縮機吸
い込み口からフィルタでは除去できない粉塵が圧縮機翼
に付着する。この付着物のなかで、海水に含まれるナト
リウムやカリウム、あるいは大気中の煤煙に含まれる亜
硫酸ガスや窒素酸化物などの腐食作用のある物質が翼に
付着すると、翼は腐食環境下におかれ、腐食ピットが発
生し、疲労寿命が短くなってしまう。また、塩水環境
中、酸溶液環境中では、一般に圧縮機翼材に用いられる
12Cr鋼などは疲労強度が低下することが知られてい
る。このような例については、例えば、アリアンツ損害
予防ハンドブック(日本機械保険連盟発行1991年3
月1日)の379頁から380頁に記されている。
As described above, dust that cannot be removed by a filter from the compressor suction port adheres to the compressor blades. If the corrosive substances such as sodium and potassium contained in seawater or sulfur dioxide gas and nitrogen oxide contained in atmospheric soot adhere to the wings, the wings are put in a corrosive environment. As a result, corrosion pits are generated and the fatigue life is shortened. Further, it is known that, in a salt water environment or an acid solution environment, the fatigue strength of 12Cr steel or the like generally used for a compressor blade material is reduced. For such an example, see, for example, the Allianz Damage Prevention Handbook (published by Japan Machinery Insurance Federation, March 1991).
1) on pages 379 to 380.

【0008】また、圧縮機翼はガスタービン運転中に空
気を圧縮するためのガス反力、圧力変動による振動荷重
が加わる。圧縮機翼はこれらの荷重に対してその発生応
力が材料の疲労限度に対しある安全率を考慮した設計許
容応力以下となるように設計されている。しかしなが
ら、前述のように、腐食環境下にあっては材料の疲労限
度が低下するため、設計荷重に対する安全率が低下し、
場合によっては翼の信頼性が保証できなくなる場合が想
定される。また、設計時点では考慮できない大気環境の
悪化による腐食環境の進行に対しても翼の信頼性を保証
することができないことが想定される。
The compressor blades are subjected to a gas reaction force for compressing air during operation of the gas turbine, and a vibration load due to pressure fluctuation. Compressor blades are designed so that the stress generated under these loads is less than the design allowable stress considering a certain safety factor against the fatigue limit of the material. However, as described above, in a corrosive environment, the fatigue limit of the material decreases, so the safety factor against the design load decreases,
In some cases, it is assumed that the reliability of the wing cannot be guaranteed. In addition, it is assumed that the reliability of the blade cannot be guaranteed even with the progress of the corrosive environment due to the deterioration of the atmospheric environment that cannot be considered at the time of design.

【0009】このとき、翼の信頼性保証するためには、
翼に発生する実働振動応力と翼が曝されている腐食環境
を正確に見積もり、強度評価、余寿命評価する必要があ
るが、前述した従来のものでは翼の実動振動応力と実際
の腐食環境を精度良く評価することは難しく、また特開
平8−296453号公報などに示されている水洗浄を
頻繁に行えば腐食環境は改善されるが、水洗浄は一般に
ガスタービン停止時に行う必要があり、これを頻繁に行
うことは運用上も経済性の観点からも難しい。
At this time, in order to guarantee the reliability of the wing,
It is necessary to accurately estimate the actual vibration stress generated on the blade and the corrosive environment to which the blade is exposed, and to evaluate the strength and the remaining life, but in the above-mentioned conventional type, the actual vibration stress of the blade and the actual corrosive environment It is difficult to evaluate the water content accurately, and the corrosive environment can be improved by frequently performing water washing as disclosed in JP-A-8-296453. However, water washing generally needs to be performed when the gas turbine is stopped. Frequently, this is difficult from an operational and economic point of view.

【0010】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、圧縮機翼の実動振動応力を精度良
く評価し、圧縮機翼の疲労寿命および交換時期の判定を
正確に行うことができるこの種のガスタービンおよびそ
の疲労診断装置また疲労診断方法を提供することにあ
る。また、もう一つの目的は、圧縮機翼の延命を図るこ
とが可能なガスタービンを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the foregoing, and an object of the present invention is to accurately evaluate the actual vibration stress of a compressor blade and accurately determine the fatigue life and replacement time of the compressor blade. It is an object of the present invention to provide a gas turbine of this kind and a fatigue diagnosis device and a fatigue diagnosis method thereof. Another object is to provide a gas turbine that can extend the life of a compressor blade.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ガス
タービン圧縮機に設けられている翼の疲労を診断するガ
スタービンの疲労診断方法において、前記ガスタービン
圧縮機の翼段落の圧力変動を計測し、この計測された圧
力変動データと所定の圧縮機翼の構造解析モデルを用い
て応力解析をして圧縮機翼の実動環境下における応力変
動の推定を行い、この推定した圧縮機翼の応力変動を予
め定められた圧縮機翼材料の腐食環境下での強度マスタ
ーカーブと比較し、圧縮機翼の疲労損傷を評価し、評価
した疲労損傷をもとに圧縮機翼の交換時期を決定するよ
うにし所期の目的を達成するようにしたものである。
That is, the present invention relates to a method for diagnosing fatigue of a blade provided in a gas turbine compressor, the method for diagnosing fatigue of a blade of a gas turbine. Then, a stress analysis is performed using the measured pressure fluctuation data and a predetermined structural analysis model of the compressor blade to estimate the stress fluctuation in the actual operating environment of the compressor blade. Comparing the stress fluctuation with the strength master curve of a predetermined compressor blade material in a corrosive environment, evaluate the fatigue damage of the compressor blade, and determine the replacement time of the compressor blade based on the evaluated fatigue damage In order to achieve the intended purpose.

【0012】また本発明は、ガスタービン圧縮機に設け
られている翼の疲労を診断するガスタービンの疲労診断
装置において、前記ガスタービン圧縮機の段落部におけ
る圧力を計測する圧力計測手段と、この圧力計測装置の
計測値を収集するデータ収集装置と、このデータ収集装
置の圧力変動データと所定の圧縮機翼の構造解析モデル
を用いて応力解析を実施し、かつ圧縮機翼の実働環境下
における応力変動の推定を行い、この推定した圧縮機翼
の応力変動を予め定められた圧縮機翼材料の腐食環境下
での強度マスターカーブと比較し、圧縮機翼の疲労損傷
を評価する評価手段と、評価した疲労損傷をもとに圧縮
機翼の交換時期を決定する手段とを設けるようにしたも
のである。
Further, the present invention provides a gas turbine fatigue diagnosis device provided in a gas turbine compressor for diagnosing blade fatigue, comprising: a pressure measuring means for measuring a pressure in a paragraph section of the gas turbine compressor; A data collection device that collects the measured values of the pressure measurement device, and performs a stress analysis using the pressure fluctuation data of the data collection device and a predetermined structural analysis model of the compressor blade, and in a working environment of the compressor blade. Estimate the stress fluctuation, compare the estimated stress fluctuation of the compressor blade with the strength master curve under the corrosive environment of the predetermined compressor blade material, and evaluation means to evaluate the fatigue damage of the compressor blade. And means for determining the replacement time of the compressor blade based on the evaluated fatigue damage.

【0013】また、ケーシング内にタービンと圧縮機が
同軸状に内包されているガスタービンにおいて、前記ガ
スタービンに、前記圧縮機ケーシングの段落部における
圧力を計測する圧力センサと、この圧力センサの計測値
を収集するデータ収集装置と、腐食環境下での強度マス
ターカーブ,段落の圧力変動と圧縮機翼との構造解析モ
デルを有する計算装置とを備え、前記計算装置にて、前
記強度マスターカーブおよび構造解析モデルにより圧縮
機翼の応力解析を行い、疲労損傷を解析し、翼の交換時
期を決定するようにしたものである。
Further, in a gas turbine in which a turbine and a compressor are coaxially contained in a casing, a pressure sensor for measuring a pressure in a stage portion of the compressor casing, A data collection device for collecting values, a strength master curve in a corrosive environment, and a calculation device having a structural analysis model of pressure fluctuations in the paragraphs and the compressor blades. Stress analysis of compressor blades is performed using a structural analysis model, fatigue damage is analyzed, and the time for blade replacement is determined.

【0014】また、ケーシング内にタービンと圧縮機が
同軸状に内包され、かつ前記圧縮機の空気吸い込み口か
ら洗浄水を噴射し、洗浄後排出して前記圧縮機の汚れを
取り除くガスタービン圧縮機水洗浄装置を備えているガ
スタービンにおいて、前記ガスタービンに、前記排出洗
浄水のpHを検出する検出手段と、前記圧縮機ケーシン
グの段落部における圧力を計測する圧力センサと、この
圧力センサの計測値を収集するデータ収集装置と、腐食
環境下での強度マスターカーブ,段落の圧力変動と圧縮
機翼との構造解析モデルを有する計算装置とを備え、前
記計算装置にて、前記強度マスターカーブ,構造解析モ
デルおよび前記洗浄水のpHデータにより圧縮機翼の応
力解析を行い、疲労損傷を解析し、翼の交換時期を決定
するようにしたものである。
Further, a gas turbine compressor in which a turbine and a compressor are coaxially contained in a casing, washing water is injected from an air suction port of the compressor, and is discharged after washing to remove dirt from the compressor. In a gas turbine provided with a water washing device, a detection unit for detecting the pH of the discharged washing water, a pressure sensor for measuring a pressure in a paragraph portion of the compressor casing, and a measurement of the pressure sensor. A data collection device for collecting values, and a calculation device having a structural analysis model of a pressure master in a corrosive environment, a pressure fluctuation in a paragraph, and a compressor blade. A compressor blade is subjected to stress analysis based on a structural analysis model and the pH data of the washing water to analyze fatigue damage and determine a blade replacement time. It is.

【0015】また、ケーシング内にタービンと圧縮機が
同軸状に内包され、かつ前記圧縮機の空気吸い込み口か
ら洗浄水を噴射し、洗浄後排出して前記圧縮機の汚れを
取り除くガスタービン圧縮機水洗浄装置を備えているガ
スタービンにおいて、前記ガスタービンに、前記排出洗
浄水の排水サンプル採取機構と、前記圧縮機ケーシング
の段落部における圧力を計測する圧力センサと、この圧
力センサの計測値を収集するデータ収集装置と、腐食環
境下での強度マスターカーブ,段落の圧力変動と圧縮機
翼との構造解析モデルを有する計算装置とを備え、前記
計算装置にて、前記強度マスターカーブ,構造解析モデ
ルおよび前記排水サンプルデータにより圧縮機翼の応力
解析を行い、疲労損傷を解析し、翼の交換時期を決定す
るようにしたものである。
Further, a gas turbine compressor in which a turbine and a compressor are coaxially contained in a casing, and washing water is injected from an air suction port of the compressor, and is discharged after washing to remove dirt from the compressor. In a gas turbine provided with a water washing device, the gas turbine is provided with a drainage sampling mechanism for the discharged washing water, a pressure sensor for measuring a pressure in a paragraph portion of the compressor casing, and a measurement value of the pressure sensor. A data collection device to be collected, and a calculation device having a strength master curve in a corrosive environment, a structural analysis model of pressure fluctuation of a paragraph and a compressor blade, and the calculation device includes the strength master curve and the structural analysis. Compressor blade stress analysis based on the model and the drainage sample data, fatigue damage analysis, and determination of blade replacement time A.

【0016】また本発明は、ケーシング内にタービンと
圧縮機が同軸状に内包されているガスタービンにおい
て、前記ガスタービンに、前記圧縮機ケーシング内の温
度を計測する温度センサと、圧縮機内に流入する空気の
湿度を計測する湿度センサと、前記温度センサと湿度セ
ンサの計測データによりケーシング内に乾燥空気を流通
させる機構と、圧縮機ケーシングの段落部における圧力
を計測する圧力センサと、この圧力センサの計測値を収
集するデータ収集装置と、腐食環境下での強度マスター
カーブ,段落の圧力変動と圧縮機翼との構造解析モデル
を有する計算装置とを備え、前記温度計測センサと湿度
センサの計測データによりケーシング内に乾燥空気を流
通させるようにするとともに、前記計算装置にて、前記
強度マスターカーブおよび構造解析モデルにより圧縮機
翼の応力解析を行い、疲労損傷を解析し、翼の交換時期
を決定するようにしたものである。
According to another aspect of the present invention, in a gas turbine in which a turbine and a compressor are coaxially contained in a casing, a temperature sensor for measuring a temperature in the compressor casing is provided to the gas turbine; Sensor for measuring the humidity of the air to be heated, a mechanism for flowing dry air through the casing based on the measurement data of the temperature sensor and the humidity sensor, a pressure sensor for measuring the pressure in the paragraph section of the compressor casing, and the pressure sensor A data collection device for collecting the measured values of the temperature, and a calculation device having a structural analysis model of the strength master curve in the corrosive environment, the pressure fluctuation of the paragraph and the compressor blade, and the measurement of the temperature measurement sensor and the humidity sensor The dry air is allowed to flow through the casing according to the data, and the intensity master curve is calculated by the calculation device. Preliminary structural analysis model performs a stress analysis of the compressor blades, to analyze the fatigue damage, is obtained so as to determine the time to replace the wing.

【0017】すなわちこのように形成されたガスタービ
ンであると、ガスタービンに、圧縮機ケーシングの段落
部における圧力を計測する圧力センサと、この圧力セン
サの計測値を収集するデータ収集装置と、腐食環境下で
の強度マスターカーブ,段落の圧力変動と圧縮機翼との
構造解析モデルを有する計算装置とが設けられ、前記計
算装置にて、強度マスターカーブおよび構造解析モデル
を基に圧縮機翼の応力解析および疲労損傷の解析が行な
われて翼の交換時期が決定されるので、圧縮機翼の実動
振動応力が精度良く評価でき、圧縮機翼の疲労寿命およ
び交換時期の決定を正確に行うことができるのである。
That is, according to the gas turbine formed as described above, the gas turbine includes a pressure sensor for measuring a pressure in a paragraph portion of the compressor casing, a data collection device for collecting a measured value of the pressure sensor, and a gas turbine. A calculation device having a structural analysis model of the strength master curve under the environment, the pressure fluctuation of the paragraph, and the compressor blade is provided, and the calculation device uses the strength master curve and the structural analysis model to calculate the compressor blade. Since stress analysis and fatigue damage analysis are performed to determine the blade replacement time, the actual operating vibration stress of the compressor blade can be accurately evaluated, and the compressor blade fatigue life and replacement time are accurately determined. You can do it.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図1にはそのガスタービン設備
が示されている。1がガスタービン本体であり、2aが
圧縮機、14aがタービン、15が燃焼器、18が圧縮
機空気吸い込み口である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows the gas turbine equipment. 1 is a gas turbine main body, 2a is a compressor, 14a is a turbine, 15 is a combustor, and 18 is a compressor air suction port.

【0019】圧縮機のロータ2は、ロータ軸に圧縮機動
翼7がダブテイルを介して植え込まれ形成されている。
なお、このロータ軸は、コンプレッサスタッブシャフト
4、コンプレッサディスク5がコンプレッサスタッキン
グボルト6にて連結され形成されている。圧縮機のケー
シング3は、その内部に圧縮機静翼8を備え、この圧縮
機静翼8は、圧縮機ケーシング内壁に設けられた溝には
め込まれて形成され、圧縮機空気吸い込み口18から吸
い込んだ空気を整流し、圧縮機動翼7に送る役目を担っ
ている。
The rotor 2 of the compressor is formed by implanting a compressor rotor blade 7 into the rotor shaft via a dovetail.
The rotor shaft is formed by connecting a compressor stub shaft 4 and a compressor disk 5 with compressor stacking bolts 6. The compressor casing 3 includes a compressor vane 8 therein, and the compressor vane 8 is formed by being fitted into a groove provided in an inner wall of the compressor casing, and is sucked through a compressor air suction port 18. It is responsible for rectifying the air and sending it to the compressor rotor blades 7.

【0020】タービンロータ9は、タービンスタッブシ
ャフト10、タービンディスク11、ディスタンスピー
ス12がスタッキングボルト13により連結され、ター
ビン翼14がロータに植えられ構成されている。ガスタ
ービン運転時はこのロータが回転し、空気が矢印Aより
吸い込まれ、圧縮機ロータ2で圧縮され、燃焼器15に
送り込まれる。
The turbine rotor 9 has a turbine stub shaft 10, a turbine disk 11, and a distance piece 12 connected by stacking bolts 13, and turbine blades 14 are planted on the rotor. During operation of the gas turbine, this rotor rotates, air is sucked in from the arrow A, compressed by the compressor rotor 2 and sent to the combustor 15.

【0021】燃焼器15では燃料が燃焼され、生成され
た燃焼ガスはタービンノズル16で整流され、タービン
ロータ9を回転させ、発電等に用いられる回転エネルギ
がロータより取り出される。なお、ガスタービン1はタ
ービンベース17上に固定されている。
In the combustor 15, fuel is burned, and the generated combustion gas is rectified by the turbine nozzle 16, rotates the turbine rotor 9, and rotational energy used for power generation and the like is extracted from the rotor. The gas turbine 1 is fixed on a turbine base 17.

【0022】本実施例においては、圧縮機ケーシング3
に圧力センサ(圧力計測手段)44が取り付けられる。
そして、この圧力センサ44にて計測された圧縮空気の
圧力変動データは、センサアンプ45と信号線38を介
して、記録装置29に送られるように形成されている。
In this embodiment, the compressor casing 3
, A pressure sensor (pressure measuring means) 44 is attached.
The pressure fluctuation data of the compressed air measured by the pressure sensor 44 is sent to the recording device 29 via the sensor amplifier 45 and the signal line 38.

【0023】図2には、この圧力センサ44の取り付け
方が拡大して示されている。なお、この例では、圧縮機
ケーシング3に圧力センサ取り付け穴を穿孔し、この穴
に圧力センサ44を取り付けるようにしている。なお、
この圧力センサとしては、一般に採用されているもので
よく、例えば歪みゲージ式の圧力センサなどでよい。こ
の図に示されているように、圧力センサ44を圧縮機ケ
ーシング3の各段落に取り付けることで、この圧力セン
サ44に挟まれた静翼8の位置における圧縮空気の圧力
変動,すなわち段落の圧力変動が測定される。
FIG. 2 shows an enlarged manner of mounting the pressure sensor 44. In this example, a pressure sensor mounting hole is formed in the compressor casing 3, and the pressure sensor 44 is mounted in this hole. In addition,
The pressure sensor may be a commonly used one, for example, a strain gauge type pressure sensor. As shown in this figure, by attaching the pressure sensor 44 to each paragraph of the compressor casing 3, the pressure fluctuation of the compressed air at the position of the stationary blade 8 sandwiched between the pressure sensors 44, that is, the pressure of the paragraph Variation is measured.

【0024】図1に戻り、圧力センサ44で測定され、
記録装置29に記録された圧力変動データは、計算機3
0を用いてデータ記録装置31に保持される。データ記
録装置31は、圧縮機翼の応力解析モデルを保持してい
る。そして計算機30は、前述の圧力変動データと圧縮
機翼の応力解析モデルを読み出し、圧力変動データと圧
縮機翼の応力解析モデルを用いて圧縮機翼の圧力変動に
よる応答応力を算出する。
Returning to FIG. 1, the pressure is measured by the pressure sensor 44,
The pressure fluctuation data recorded in the recording device 29 is
The data is stored in the data recording device 31 using “0”. The data recording device 31 holds a stress analysis model of a compressor blade. Then, the computer 30 reads the above-mentioned pressure fluctuation data and the stress analysis model of the compressor blade, and calculates response stress due to the pressure fluctuation of the compressor blade using the pressure fluctuation data and the stress analysis model of the compressor blade.

【0025】そして、この算出された圧縮機翼の応力波
形と環境下での材料強度データを比較することにより、
翼の疲労損傷を算出する。評価した疲労損傷はデータ記
録装置に収集され、記録される。これにより、正確にか
つ迅速に翼の累積疲労損傷が評価され、累積疲労損傷を
もとに圧縮機翼の交換時期決定することができ、ガスタ
ービンの信頼性を高めることが可能となる。
Then, by comparing the calculated stress waveform of the compressor blade with the material strength data under the environment,
Calculate wing fatigue damage. The evaluated fatigue damage is collected and recorded in a data recording device. As a result, the accumulated fatigue damage of the blade can be accurately and promptly evaluated, the replacement time of the compressor blade can be determined based on the accumulated fatigue damage, and the reliability of the gas turbine can be improved.

【0026】図3は、本発明の一実施例における圧縮機
翼の余寿命評価のシステム構成図を示している。この圧
縮機翼の余寿命評価のシステムは、データ入出力制御サ
ブシステム47、振動解析サブシステム48、疲労損傷
解析サブシステム49、波形解析サブシステム50、余
寿命評価サブシステム51、データーベース52から構
成されている。なお、図中の矢印は各装置間のデータの
流れを示している。
FIG. 3 shows a system configuration diagram of the remaining life evaluation of the compressor blade in one embodiment of the present invention. The system for evaluating the remaining life of the compressor blade includes a data input / output control subsystem 47, a vibration analysis subsystem 48, a fatigue damage analysis subsystem 49, a waveform analysis subsystem 50, a remaining life evaluation subsystem 51, and a database 52. It is configured. The arrows in the figure indicate the flow of data between the devices.

【0027】この図3を用いて余寿命評価ステップを説
明すると、データ入出力制御装サブシステム47は、本
発明で利用するデータの入出力制御を行う。振動解析サ
ブシステムは48は、データベース52に収められてい
る圧縮機翼の有限要素法解析モデル、圧縮機翼の減衰比
データ、圧力変動データを用いて翼の振動解析を行い、
圧縮機翼の実動環境における応力変動を予測する。この
場合、振動解析は、構造物の応答の時刻歴波形を解析す
る時刻歴応答解析を用いても良いし、定常応答を求める
周波数応答解析を用いても良い。時刻歴応答解析で変動
応力の時刻歴波形を求めたときは、この応力波形解析結
果をデータベース52に記録する。
The remaining life evaluation step will be described with reference to FIG. 3. The data input / output control subsystem 47 controls input / output of data used in the present invention. The vibration analysis subsystem 48 performs a blade vibration analysis using the finite element method analysis model of the compressor blade stored in the database 52, the damping ratio data of the compressor blade, and the pressure fluctuation data.
Predict stress fluctuations in the operating environment of compressor blades. In this case, the vibration analysis may use a time history response analysis for analyzing a time history waveform of a response of the structure, or may use a frequency response analysis for obtaining a steady-state response. When the time history waveform of the fluctuating stress is obtained by the time history response analysis, the result of the stress waveform analysis is recorded in the database 52.

【0028】図4(b)は、振動解析に用いた圧力変動
の例を示すもので、圧縮機翼がその運用中で最も大きな
振動応力を発生するガスタービン昇速、降速時の旋回失
速時の波形を示している。旋回失速は圧縮機特有の圧力
変動現象であり、圧縮機動翼と静翼は励振を受け、これ
らの翼では、定常運転時に比べて高い振動応力が発生す
る。
FIG. 4 (b) shows an example of the pressure fluctuation used in the vibration analysis, in which the compressor blade generates the largest vibration stress during its operation. The waveform at the time is shown. Swirling stall is a pressure fluctuation phenomenon peculiar to a compressor. The compressor rotor blades and the stationary blades are excited, and a higher vibration stress is generated in these blades as compared with a normal operation.

【0029】図5に圧縮機静翼に歪みゲージを取り付け
応力を測定したときの結果が示されている。この測定結
果から明らかなように、回転数が定格回転数の70%前
後において旋回失速が発生し、翼の応力が高くなること
が分かる。翼の旋回失速時の応力が、疲労損傷の主要因
であり、この応力を高精度に求めることで、翼の疲労損
傷を精度良く求めることができる。
FIG. 5 shows the result of measuring the stress by attaching a strain gauge to the compressor stationary blade. As is apparent from the measurement results, turning stall occurs when the rotation speed is around 70% of the rated rotation speed, and the blade stress increases. The stress at the time of the rotating stall of the blade is a main factor of the fatigue damage, and by determining this stress with high accuracy, the fatigue damage of the blade can be obtained with high accuracy.

【0030】また、図6には、旋回失速のメカニズムが
示されている。旋回失速とは、圧縮機が定格運転以外で
運転されている状態で、翼に剥離域が発生し、流れがせ
き止められた失速セルが回転する現象である。失速セル
の通過により翼は励振される。翼の励振周波数は、以下
の式で表わされ、係数aは約0.5であることが知られ
ている。
FIG. 6 shows a turning stall mechanism. Swirling stall is a phenomenon in which a separation area occurs on a blade and a stall cell whose flow is blocked is rotated while the compressor is operating at a speed other than the rated operation. The wing is excited by passing through the stall cell. The excitation frequency of the wing is represented by the following equation, and the coefficient a is known to be about 0.5.

【0031】[0031]

【数1】 fs=n・a・frps・j …(1) ここで、fsは翼の励振周波数、nは失速セルの個数、
aは係数、frpsはロータの回転周波数である。なお、
jは整数である。
Fs = n · a · frps · j (1) where fs is the blade excitation frequency, n is the number of stall cells,
a is a coefficient, and frps is a rotation frequency of the rotor. In addition,
j is an integer.

【0032】なお、図4(b)に示した圧力変動波形
は、旋回失速セルが1(n=1)のものである。図4
(a)には、ロータの回転パルスが示され、ピークの間
隔が1回転に要する時間が示されている。この図から、
ロータの2回転の間に圧力変動の波形が1つ存在するこ
とが分かる。
In the pressure fluctuation waveform shown in FIG. 4B, the number of the rotating stall cells is 1 (n = 1). FIG.
(A) shows a rotation pulse of the rotor, and shows a time required for one rotation of a peak interval. From this figure,
It can be seen that there is one pressure fluctuation waveform between two rotations of the rotor.

【0033】図7に圧力変動波形を周波数分析したスペ
クトルを示す。圧力変動波形の周波数分析は波形解析サ
ブシステム50にて行う。このように、旋回失速時の圧
力波形は、回転数の式1で表わされたn=1の基本波の
倍数波j=1,2,3,4…で表わされることが分か
る。図7では、変動応力波形のスペクトルの回転数毎の
変化と圧縮機翼の固有振動数を示す。この図によれば、
回転数が定格回転70%近傍で旋回失速波形が大きくな
り、また、その基本波の5倍波が翼の固有振動数に接近
することが分かる。このため、図5に示したように、回
転数が定格回転数の70%近傍にて、翼の応力が高くな
る。
FIG. 7 shows a spectrum obtained by frequency analysis of the pressure fluctuation waveform. The frequency analysis of the pressure fluctuation waveform is performed by the waveform analysis subsystem 50. Thus, it can be seen that the pressure waveform at the time of the rotating stall is represented by a multiple wave j = 1, 2, 3, 4... Of the fundamental wave of n = 1 represented by the expression 1 of the rotational speed. FIG. 7 shows the change of the spectrum of the fluctuating stress waveform for each rotation speed and the natural frequency of the compressor blade. According to this figure,
It can be seen that the rotating stall waveform increases when the rotation speed is around 70% of the rated rotation speed, and that the fifth harmonic of the fundamental wave approaches the natural frequency of the blade. For this reason, as shown in FIG. 5, when the rotation speed is around 70% of the rated rotation speed, the blade stress increases.

【0034】図8に旋回失速時の圧力波形が式で示され
る周波数が卓越するスペクトルを有するメカニズムを示
す。図4(b)の台形に近い変動圧力波形を図8に示す
波形に簡略化してモデル化した。図8の波形をフーリエ
展開すると圧力変動の基本波である式1のn=1の周波
数の整数倍波j=1,2,3,4…に展開されることが
分かる。
FIG. 8 shows a mechanism in which the pressure waveform at the time of the rotating stall has a spectrum in which the frequency is expressed by the equation. The fluctuating pressure waveform close to the trapezoid in FIG. 4B was modeled by simplifying it to the waveform shown in FIG. When the waveform of FIG. 8 is Fourier-expanded, it can be seen that the waveform is expanded into integer multiples j = 1, 2, 3, 4...

【0035】図4(b)に示した圧力変動波形を圧縮機
翼の有限要素法解析モデルに加え、時刻歴応答解析を実
施することで、圧縮機翼の振動応力波形を求めることが
できる。図9に応力解析モデルを示す。圧力変動波形は
翼面に均一に加えてもよいし、翼面の圧力分布がCFD
や実機測定で明らかになっている場合は分布をもたせて
加えてもよい。また、振動解析を行うときには、データ
ベース52に、圧縮機固有振動数データや翼の実動応力
測定結果が格納されているときは、解析モデルを修正す
る。解析モデルの修正においては、モデルの拘束条件と
減衰を変更する。
The vibration stress waveform of the compressor blade can be obtained by adding the pressure fluctuation waveform shown in FIG. 4B to the finite element method analysis model of the compressor blade and performing a time history response analysis. FIG. 9 shows a stress analysis model. The pressure fluctuation waveform may be uniformly applied to the blade surface, or the pressure distribution on the blade surface may be CFD.
If it is evident from measurements or actual measurements, it may be added with a distribution. When performing vibration analysis, if the database 52 stores the data of the natural frequency of the compressor and the result of measuring the actual dynamic stress of the blade, the analysis model is corrected. In the modification of the analysis model, the constraints and attenuation of the model are changed.

【0036】周波数応答解析により応力を算出する場合
においては、図7や図8に示した様に旋回失速の圧力変
動は基本波の倍波の重畳である特徴を利用する。つま
り、図7と図8に示した基本波の倍波の周波数を有する
ピークの振幅を周波数応答解析のモデルに加える。
In the case of calculating stress by frequency response analysis, as shown in FIGS. 7 and 8, the pressure fluctuation of the rotating stall utilizes the characteristic that the harmonic wave is a superposition of the fundamental wave. That is, the amplitude of the peak having the frequency of the harmonic of the fundamental wave shown in FIGS. 7 and 8 is added to the frequency response analysis model.

【0037】複数の卓越するピークの圧力変動を考慮す
ることで、翼の応力振幅を正確にもとめることができ
る。図10に複数ピークを考慮したときと翼の固有振動
数近傍の単一ピークのみを考慮したときの応力解析結果
を試験結果と比較する。これによれば、複数のピークを
考慮することで、旋回失速時における応力が正確に、安
全側で求められていることが分かる。
By taking into account a plurality of predominant peak pressure fluctuations, the blade stress amplitude can be accurately determined. FIG. 10 compares stress analysis results with test results when considering multiple peaks and when considering only a single peak near the natural frequency of the blade. According to this, it is understood that the stress at the time of turning stall is accurately obtained on the safe side by considering a plurality of peaks.

【0038】図10に示した複数の圧力変動のピークを
考慮した周波数応答解析で応力の時刻歴波形を求める際
においては、周波数応答解析で得られた圧力の各ピーク
を有する正弦波の時刻歴波形を発生させ、これらを足し
合わせて応力の時刻歴波形を求めるものとする。旋回失
速の圧力波形は図8に示したように基本波の倍波を位相
差無しでの足し和せであるため、本手法が適用が容易に
できる。なお、図11(a)に示されているように1自
由度系の応答曲線を用いて、圧力変動の周波数と翼の固
有値との関係から、位相差を設けてもよい。なお、応力
解析モデルは、該有限要素法解析モデルの他にはり計算
などによる圧力変動から応力変動を求める応力解析モデ
ルを用いてもよい。
When obtaining a time history waveform of stress by frequency response analysis in consideration of a plurality of pressure fluctuation peaks shown in FIG. 10, a time history of a sine wave having each pressure peak obtained by the frequency response analysis is used. Waveforms are generated, and these are added to obtain a time history waveform of stress. As shown in FIG. 8, the pressure waveform of the rotating stall is a sum of harmonics of the fundamental wave without a phase difference, so that this method can be easily applied. As shown in FIG. 11A, a phase difference may be provided from the relationship between the frequency of pressure fluctuation and the eigenvalue of the blade using a response curve of a one-degree-of-freedom system. Note that, as the stress analysis model, a stress analysis model that obtains a stress variation from a pressure variation by beam calculation or the like may be used in addition to the finite element method analysis model.

【0039】疲労損傷解析プログラム49は、データベ
ース52に格納した前述の応力波形解析結果、翼の実動
腐食環境データ、翼材の腐食環境下における時間強度デ
ータを読み込み、応力頻度解析と累積疲労損傷解析をお
こなう。応力頻度解析手法としては、レインフロー法、
レンジペア法、レンジペアミーン法、ピーク法などが一
般的に用いられ、変動応力の振幅とその頻度を解析す
る。
The fatigue damage analysis program 49 reads the above-described stress waveform analysis results stored in the database 52, the actual corrosion environment data of the blade, and the time strength data under the corrosion environment of the blade material, and performs the stress frequency analysis and the cumulative fatigue damage. Perform analysis. As the stress frequency analysis method, rain flow method,
The range pair method, the range pair mean method, the peak method, and the like are generally used to analyze the amplitude and frequency of the fluctuating stress.

【0040】累積疲労損傷解析では、前述の応力頻度解
析で得られた応力振幅、応力の頻度、翼の実動腐食環境
データ、翼材の腐食環境下における時間強度データを用
いて、マイナー則や修正マイナー則などによる累積疲労
損傷解析を行い、翼の累積損傷を算出する。解析で得ら
れた累積損傷解析結果は、データベース52に保持され
る。そして、運転毎に算出される累積疲労損傷を加算
し、データベース52に保持する。累積損傷に用いる時
間強度線図は、圧縮機翼の実動腐食環境データを参照
し、翼の腐食環境に相当する時間強度線図を用いる。翼
の実動腐食環境は、翼を洗浄した際の洗浄液を分析する
ことで求めることができる。なお、累積損傷解析のかわ
りに破壊力学を用いたき裂進展解析を用いてもよい。
In the cumulative fatigue damage analysis, using the stress amplitude, the stress frequency, the actual corrosion environment data of the blade, and the time strength data under the corrosion environment of the blade material obtained by the stress frequency analysis described above, Perform cumulative fatigue damage analysis based on the modified minor rule and calculate the cumulative damage of the wing. The cumulative damage analysis result obtained by the analysis is held in the database 52. Then, the accumulated fatigue damage calculated for each operation is added and stored in the database 52. The time intensity diagram used for the cumulative damage refers to the data of the actual corrosion environment of the compressor blade, and uses the time intensity diagram corresponding to the corrosion environment of the blade. The actual corrosion environment of the blade can be determined by analyzing the cleaning liquid used when cleaning the blade. Note that a crack growth analysis using fracture mechanics may be used instead of the cumulative damage analysis.

【0041】余寿命評価サブシステム51においては、
データベース52に格納された累積損傷解析結果データ
と累積損傷率の制限値を用いて、許容される起動停止回
数を算出する事ができる。以上に述べたプログラム構成
により、正確にかつ迅速に翼の累積疲労損傷を評価し、
累積疲労損傷をもとに圧縮機翼の交換時期決定すること
ができ、ガスタービンの信頼性を高めることができる。
In the remaining life evaluation subsystem 51,
Using the cumulative damage analysis result data stored in the database 52 and the limit value of the cumulative damage rate, the allowable number of times of starting and stopping can be calculated. With the program configuration described above, the accumulated fatigue damage of the wing can be accurately and quickly evaluated,
The replacement time of the compressor blade can be determined based on the accumulated fatigue damage, and the reliability of the gas turbine can be improved.

【0042】図12にはもう一つの実施例が示されてい
る。図1に示した発明とほぼ同様の構成であるが、本実
施例においては、圧縮機ケーシング3に熱電対46が取
り付けられる。この熱電対46は、図2に示したよう
に、圧縮機ケーシング3に熱電対取り付け穴を穿孔し、
穴に熱電対46を取り付けている。熱電対46にてケー
シング3の内表面の温度を計測することができる。ガス
タービンの停止状態においては、熱電対46にて計測さ
れたケーシング内表面の温度とケーシングに埋め込まれ
た圧縮機翼の温度はほぼ等しいと見なすことができ、こ
の熱電対46にて圧縮機静翼のメタル温度を予測するこ
とができる。計測された温度変動データはセンサアンプ
45と信号線38を介して、記録装置29に送られる。
FIG. 12 shows another embodiment. Although the configuration is substantially the same as that of the invention shown in FIG. 1, a thermocouple 46 is attached to the compressor casing 3 in this embodiment. As shown in FIG. 2, the thermocouple 46 has a thermocouple mounting hole formed in the compressor casing 3,
A thermocouple 46 is attached to the hole. The temperature of the inner surface of the casing 3 can be measured by the thermocouple 46. When the gas turbine is stopped, the temperature of the inner surface of the casing measured by the thermocouple 46 and the temperature of the compressor blade embedded in the casing can be considered to be substantially equal. The metal temperature of the wing can be predicted. The measured temperature fluctuation data is sent to the recording device 29 via the sensor amplifier 45 and the signal line 38.

【0043】本発明では、乾燥空気発生装置52、乾燥
空気配管53およびバルブ54より構成される乾燥空気
をケーシング3内に流通させる機構を有する。乾燥空気
発生装置52とバルブ54は計算機30と制御装置29
から信号線38を介して送られる制御信号にて制御され
る。乾燥空気配管38はケーシング3の抽気ポート位置
や空気取り入れ口などに接続され、乾燥空気をケーシン
グ3内に導くように設ける。乾燥空気発生装置は、回転
するチャンネル型吸収体を用いて湿度交換を行う装置な
どが一般的である。
In the present invention, there is provided a mechanism for flowing dry air including the dry air generator 52, the dry air pipe 53 and the valve 54 into the casing 3. The dry air generator 52 and the valve 54 are connected to the computer 30 and the controller 29.
Is controlled by a control signal transmitted through the signal line 38 from The dry air pipe 38 is connected to the position of the bleeding port of the casing 3, an air intake port, and the like, and is provided to guide dry air into the casing 3. As the dry air generating device, a device for exchanging humidity using a rotating channel type absorber is generally used.

【0044】本発明では、湿度センサ55と温度センサ
57とセンサアンプ56より構成されるケーシング3の
外気の相対湿度と外気温を測定する装置を有している。
測定された空気の相対湿度データと外気温データは信号
線38を介して制御・記録装置29に送られる。湿度セ
ンサ55と温度センサ57は同一箇所に設置し、ガスタ
ービンの吸い込み空気の湿度と温度を測定するために圧
縮空気吸い込み口18やガスタービンが入っているエン
クロージャー内など、ガスタービンが停止しているとき
に流入する可能性のある空気の湿度と温度を測定する様
に設置すればよい。ガスタービンが停止している際にお
いても、ケーシングの開口部から外気が流入するため、
流入する可能性のある空気の湿度と温度を計測するもの
である。
According to the present invention, there is provided a device for measuring the relative humidity of the outside air and the outside air temperature of the casing 3 comprising the humidity sensor 55, the temperature sensor 57 and the sensor amplifier 56.
The measured relative humidity data of the air and the outside air temperature data are sent to the control / recording device 29 via the signal line 38. The humidity sensor 55 and the temperature sensor 57 are installed in the same place, and when the gas turbine is stopped, such as in the compressed air suction port 18 or the enclosure containing the gas turbine for measuring the humidity and temperature of the suction air of the gas turbine. It may be installed so as to measure the humidity and temperature of the air that may flow in when it is present. Even when the gas turbine is stopped, outside air flows in from the opening of the casing,
It measures the humidity and temperature of the air that may enter.

【0045】図12を用いて、この発明の制御ステップ
を示す。ガスタービンの停止時において、外気の湿度セ
ンサ55と外気温度センサ57のデータから計算機30
により、外気の飽和蒸気温度toを求める。ケーシング
3に取り付けられた熱電対46にてケーシング内表面の
温度tiを測定する。そして、to/ti>bとなった
ときに計算機30は制御装置29を介して乾燥空気発生
装置52を起動する。bは制限値であり、b=1のとき
に圧縮機内の空気に含まれる水蒸気が圧縮機の翼面に凝
縮すると考えられる。bは安全係数を考えて1以下に設
定する。なお、本発明は、to>tiの外気がケーシン
グ内に流通することがないように乾燥空気を流すもので
ある。そのため、ti−to<C(Cは0以上の整数)
となったときに、乾燥空気を流通させても良い。
The control steps of the present invention will be described with reference to FIG. When the gas turbine is stopped, the data of the outside air humidity sensor 55 and outside air temperature sensor 57
To obtain the saturated steam temperature to of the outside air. The temperature ti on the inner surface of the casing is measured by a thermocouple 46 attached to the casing 3. Then, when to / ti> b, the computer 30 activates the dry air generator 52 via the controller 29. b is a limit value, and it is considered that when b = 1, water vapor contained in air in the compressor condenses on the blade surface of the compressor. b is set to 1 or less in consideration of a safety coefficient. In the present invention, dry air is supplied so that outside air of to> ti does not flow through the casing. Therefore, ti-to <C (C is an integer of 0 or more)
Then, dry air may be circulated.

【0046】次に、計算機30は制御装置29を介して
バルブ54を開け、乾燥空気を乾燥空気配管53を介し
て、ケーシング3内に導く。本発明により、ガスタービ
ンケーシング内の空気の露点を圧縮機翼のメタル温度以
下とすることができる。これにより、圧縮機翼表面の水
分の凝縮を防止することができ、腐食環境を改善するこ
とができるので、圧縮機翼の信頼性を高めることができ
る。なお、同様にケーシング3内の空気の相対湿度を予
測し、その相対湿度がある制限値以下となったときに乾
燥空気をケーシング内に流通させてもよい。相対湿度の
制限値は50%以下である。
Next, the computer 30 opens the valve 54 via the control device 29 and guides the dry air into the casing 3 via the dry air pipe 53. According to the present invention, the dew point of the air in the gas turbine casing can be made equal to or lower than the metal temperature of the compressor blade. As a result, condensation of water on the compressor blade surface can be prevented, and a corrosive environment can be improved, so that the reliability of the compressor blade can be improved. Similarly, the relative humidity of the air in the casing 3 may be predicted, and when the relative humidity falls below a certain limit value, the dry air may be circulated through the casing. The limit value of the relative humidity is 50% or less.

【0047】図13に示した発明はもう一つの実施例で
ある。図1に示した発明とほぼ同様の構成である。本発
明では、圧縮機吸い込み口18には洗浄水を噴射し、前
記圧縮機の汚れを取り除くガスタービン圧縮機水洗浄ノ
ズル19が設けられている。水洗浄ノズル19は一般的
には、圧縮機空気吸い込み口18に周方向に等間隔で複
数本取り付けられる。水洗浄ノズル19は弁20、流量
計21、昇圧された純水タンク25、昇圧された界面活
性材のような洗浄液タンク26、昇圧された石油系洗浄
液タンク27がそれぞれ弁22、23、24を介して、
管路でつながっている。
The invention shown in FIG. 13 is another embodiment. The configuration is almost the same as that of the invention shown in FIG. In the present invention, the compressor suction port 18 is provided with a gas turbine compressor water cleaning nozzle 19 for injecting cleaning water to remove dirt from the compressor. Generally, a plurality of water washing nozzles 19 are attached to the compressor air suction port 18 at equal intervals in the circumferential direction. The water cleaning nozzle 19 includes a valve 20, a flow meter 21, a pressurized pure water tank 25, a pressurized cleaning liquid tank 26 such as a surfactant, and a pressurized petroleum-based cleaning liquid tank 27 through valves 22, 23, and 24, respectively. Through,
They are connected by pipes.

【0048】本実施例においては、弁20、22、2
3、24は信号線28を介して、制御装置29によりそ
の開閉を制御されている。例えば、弁22を開き、弁2
3、24を閉じ、さらに弁20を開くことで、水洗浄ノ
ズル19からは純水が放出され、純水により圧縮機翼の
洗浄を行うことができる。同様に、洗浄液タンク26、
洗浄液タンク27の洗浄液による洗浄も可能である。ま
た、放出された洗浄液の量は流量計21と制御装置29
で制御され、投入された洗浄液の量は、計算機30に記
録される。これらの装置により、圧縮機翼7、8を洗浄
し、翼の汚れを洗浄することで、圧縮機の性能が回復す
る。
In this embodiment, the valves 20, 22, 2
The opening and closing of the switches 3 and 24 are controlled by a controller 29 via a signal line 28. For example, opening valve 22 and opening valve 2
By closing the valves 3 and 24 and opening the valve 20, pure water is discharged from the water washing nozzle 19, and the compressor blade can be washed with the pure water. Similarly, the cleaning liquid tank 26,
Cleaning of the cleaning liquid tank 27 with the cleaning liquid is also possible. Further, the amount of the discharged cleaning liquid is measured by the flow meter 21 and the control device 29.
, And the amount of the supplied washing liquid is recorded in the computer 30. With these devices, the compressor blades 7 and 8 are cleaned, and the dirt on the blades is cleaned, thereby restoring the performance of the compressor.

【0049】圧縮機ケーシング3の下部には、洗浄後の
洗浄水を排出するためのドレイン32とドレイン開閉の
ための弁33が設けられている。排水は弁37により、
サンプル採集機構35にためられる。サンプル採集機構
35に溜められた排水は、水素イオン濃度を計測し、排
水の酸性度を計測するpH計測装置36により、その酸
性度を計測される。pH計測装置36にて洗浄水のpH
を測定することで、圧縮機翼が実際に曝されている腐食
環境を測定することができる。なお、投入された純水量
と排出された水の水量とpHと実機翼の実働環境のpH
の関係のマスタカーブを作成することで、本発明におけ
る翼の腐食環境の予測精度を高めることができる。ま
た、前述の実施例と同様に、圧力変動データと圧縮機翼
の構造解析モデルを用いて応力解析を実施することで、
圧縮機翼の実動環境下における応力変動を推定すること
ができる。この結果として、収集したpHデータと腐食
環境下での強度マスターカーブと圧縮機翼の実動環境下
における応力変動を比較することで翼の疲労寿命の精度
の高い予測が可能である。これにより、正確にかつ迅速
に翼の疲労寿命を予測することができ、ガスタービンの
信頼性を高めることができる。
At the lower part of the compressor casing 3, a drain 32 for discharging the washing water after washing and a valve 33 for opening and closing the drain are provided. Drainage by valve 37
It is stored in the sample collecting mechanism 35. The acidity of the wastewater stored in the sample collection mechanism 35 is measured by a pH measuring device 36 that measures the hydrogen ion concentration and measures the acidity of the wastewater. The pH of the washing water is measured by the pH measuring device
By measuring, the corrosive environment to which the compressor blades are actually exposed can be measured. It should be noted that the input pure water amount, the discharged water amount and pH, and the pH of the working environment of the actual wing
By creating the master curve of the relationship, the prediction accuracy of the blade corrosive environment in the present invention can be improved. Also, similarly to the above-described embodiment, by performing a stress analysis using the pressure fluctuation data and the structural analysis model of the compressor blade,
It is possible to estimate the stress fluctuation in the operating environment of the compressor blade. As a result, highly accurate prediction of blade fatigue life can be made by comparing the collected pH data, the strength master curve in a corrosive environment, and the stress fluctuation in a compressor blade in an actual operating environment. Thus, the fatigue life of the blade can be accurately and quickly predicted, and the reliability of the gas turbine can be improved.

【0050】なお、弁34の開閉制御、流量計36デー
タの取得、pH測定機構36の制御、データの取得は信
号線38を介した制御装置29によりなされる。本実施
例では、測定データの記録、表示、弁開閉、サンプル収
集を含めたpH測定機構の制御、水洗浄機構の制御、噴
射洗浄液量の記録を制御装置29に信号線で結ばれた計
算機30で行う。また、測定データの記録、腐食環境の
寿命データを蓄積する記録装置31も本実施例は備えて
いる。
The control of the opening and closing of the valve 34, the acquisition of data of the flow meter 36, the control of the pH measuring mechanism 36, and the acquisition of data are performed by the control device 29 via a signal line 38. In the present embodiment, the control of the pH measurement mechanism including the recording, display, opening and closing of valves, control of the pH measurement mechanism including sample collection, control of the water washing mechanism, and recording of the amount of the jet washing liquid are performed by the computer Do with. The present embodiment also includes a recording device 31 for recording measurement data and storing life data of a corrosive environment.

【0051】図14の実施例においては、前述した図1
3の実施例とは異なり、洗浄排水をサンプル収集装置3
5により採取し、採取したサンプルをオフラインで分析
する。この実施例によれば、オフラインで洗浄排水の分
析が可能であるため、研究室レベルの詳細な分析が可能
である。分析内容としては、pH分析、電気伝導度分
析、クロマトグラフィ、EDX、各種元素分析、化学分
析などが挙げられる。これらの分析によれば、圧縮機翼
の実働環境下での腐食環境を評価することができる。
In the embodiment of FIG. 14, the aforementioned FIG.
Unlike the embodiment of FIG. 3, the washing waste water is supplied to the sample collecting device 3.
5 and analyze the collected sample off-line. According to this embodiment, it is possible to analyze the washing wastewater off-line, so that it is possible to perform a detailed analysis at a laboratory level. Examples of the analysis contents include pH analysis, electric conductivity analysis, chromatography, EDX, various elemental analyses, and chemical analysis. According to these analyses, it is possible to evaluate the corrosive environment under the working environment of the compressor blade.

【0052】図15は、図13に示した発明とほぼ同様
の構成である。図13との違いは、インターネント回線
を介して、遠隔地の計算機30、記録装置31に接続し
ているものである。これにより、発電設備の計算機より
も高性能な遠隔地に存在する計算機31や記録装置31
を用いて解析することが可能となる。この結果、さらに
高精度な翼の余寿命評価が可能となり、ガスタービンの
信頼性を高めることができるのである。
FIG. 15 has substantially the same configuration as the invention shown in FIG. 13 is different from FIG. 13 in that the remote computer 30 and the recording device 31 are connected via an Internet line. As a result, the computer 31 and the recording device 31 that exist in a remote place with higher performance than the computer of the power generation facility
Can be analyzed using As a result, the blade remaining life can be more accurately evaluated, and the reliability of the gas turbine can be improved.

【0053】以上説明してきたようにこのように形成さ
れたガスタービンであると、例えば、圧縮機静翼の旋回
失速時の振動応力と腐食環境状態を正確に評価すること
ができ、この応力と環境をもとに余寿命評価が行なわれ
るので、高精度な余寿命評価が行え、ガスタービンの信
頼性を高めることができる。さらに、ガスタービンの停
止時において、ケーシング内の温度センサによりケーシ
ング内面の温度を計測し、外気の温度センサと湿度セン
サによりケーシング内の相対湿度を算出して、ケーシン
グ内の相対湿度がある制限値以下となったときには乾燥
空気を流通させる機構によりケーシング内に乾燥空気を
流通させ、これにより、ケーシング内の空気の露点を下
げることが可能となり、翼表面での水分の凝縮なども防
止でき、翼の腐食環境も改善することができるのであ
る。
As described above, with the gas turbine formed as described above, for example, the vibration stress and the corrosive environment state during the rotating stall of the compressor stationary blade can be accurately evaluated. Since the remaining life evaluation is performed based on the environment, highly accurate remaining life evaluation can be performed, and the reliability of the gas turbine can be improved. Furthermore, when the gas turbine is stopped, the temperature inside the casing is measured by the temperature sensor inside the casing, and the relative humidity inside the casing is calculated by the temperature sensor and the humidity sensor of the outside air. When the following conditions are satisfied, the dry air is circulated in the casing by a mechanism for circulating the dry air, whereby the dew point of the air in the casing can be lowered, and the condensation of moisture on the wing surface can be prevented. The corrosive environment can be improved.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、圧縮機翼の実動振動応力が精度良く評価され、圧縮
機翼の疲労寿命および交換時期の決定を正確に行うこと
ができるこの種のガスタービンおよびその診断装置を得
ることができる。
As described above, according to the present invention, the actual vibration stress of the compressor blade is accurately evaluated, and the fatigue life and replacement time of the compressor blade can be accurately determined. A kind of gas turbine and its diagnostic device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のガスタービンの一実施例を示す縦断側
面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing one embodiment of a gas turbine of the present invention.

【図2】本発明のガスタービンの要部を示すガスタービ
ン断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a gas turbine showing a main part of the gas turbine of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例のプログラム構成図であ
る。
FIG. 3 is a program configuration diagram of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例における変動圧力データ
である。
FIG. 4 shows fluctuating pressure data in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例を説明する圧縮機翼の発
生応力データである。
FIG. 5 is generated stress data of a compressor blade for explaining a first embodiment of the present invention.

【図6】旋回失速の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of turning stall.

【図7】本発明の第1の実施例を説明する旋回失速によ
る翼応力発生の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of blade stress generation due to turning stall explaining the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施例を説明する旋回失速によ
る圧力変動の周波数特性の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a frequency characteristic of a pressure fluctuation due to a turning stall, explaining the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1の実施例を示す応力予測モデルで
ある。
FIG. 9 is a stress prediction model showing the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1の実施例を示す応力予測結果で
ある。
FIG. 10 is a stress prediction result showing the first example of the present invention.

【図11】本発明の第1の実施例を示す応力予測の説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of stress prediction showing the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の他の実施例を示すガスタービン断面
図である。
FIG. 12 is a sectional view of a gas turbine showing another embodiment of the present invention.

【図13】本発明の他の実施例を示すガスタービン断面
図である。
FIG. 13 is a sectional view of a gas turbine showing another embodiment of the present invention.

【図14】本発明の他の実施例を示すガスタービン断面
図である。
FIG. 14 is a gas turbine sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図15】本発明の他の実施例を示すガスタービン断面
図である。
FIG. 15 is a gas turbine sectional view showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガスタービン、2…圧縮機ロータ、3…圧縮機ケー
シング、4…コンプレッサスタッブシャフト、5…圧縮
機ディスク、6…スタッキングボルト、7…圧縮機動
翼、8…圧縮機静翼、9…タービンロータ、10…ター
ビンスタッブシャフト、11…タービンディスク、12
…ディスタンスピース、13…スタッキングボルト、1
4…タービン動翼、15…燃焼器、16…タービン静
翼、17…タービンベース、18…圧縮機空気吸い込み
口、19…水洗浄ノズル、20…弁、21…流量計、2
2…弁、23…弁、24…弁、25…純水タンク、26
…洗浄液(界面活性剤)タンク、27…洗浄液(石油
系)タンク、28…信号線、29…制御・記録装置、3
0…計算機、31…データ記録装置、32…排水ドレイ
ン、33…弁、34…流量計、35…サンプル収集装
置、36…pH測定装置、37…弁、38…信号線、3
9…インターネット回線、44…圧力センサ、45…セ
ンサアンプ、46…熱電対、47…データ入出力制御サ
ブシステム、48…振動解析サブシステム、49…疲労
損傷解析サブシステム、50…波形解析サブシステム、
51…データーベース、52…乾燥空気発生装置、53
…乾燥空気配管、54…バルブ、55…湿度センサ、5
6…センサアンプ、57…温度センサ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas turbine, 2 ... Compressor rotor, 3 ... Compressor casing, 4 ... Compressor stub shaft, 5 ... Compressor disk, 6 ... Stacking bolt, 7 ... Compressor rotor blade, 8 ... Compressor stationary blade, 9 ... Turbine Rotor, 10: turbine stub shaft, 11: turbine disk, 12
... distance pieces, 13 ... stacking bolts, 1
4 Turbine blade, 15 Combustor, 16 Turbine stationary blade, 17 Turbine base, 18 Compressor air suction port, 19 Water washing nozzle, 20 Valve, 21 Flow meter, 2
2 ... valve, 23 ... valve, 24 ... valve, 25 ... pure water tank, 26
... Cleaning liquid (surfactant) tank, 27 ... Cleaning liquid (petroleum) tank, 28 ... Signal line, 29 ... Control / recording device, 3
0: Computer, 31: Data recording device, 32: Drainage drain, 33: Valve, 34: Flow meter, 35: Sample collecting device, 36: pH measuring device, 37: Valve, 38: Signal line, 3
9 Internet line, 44 Pressure sensor, 45 Sensor amplifier, 46 Thermocouple, 47 Data input / output control subsystem, 48 Vibration analysis subsystem, 49 Fatigue damage analysis subsystem, 50 Waveform analysis subsystem ,
51: database, 52: dry air generator, 53
... dry air piping, 54 ... valve, 55 ... humidity sensor, 5
6: sensor amplifier, 57: temperature sensor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 健 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所火力・水力事業部内 Fターム(参考) 3H022 AA03 BA04 CA50 DA00 DA09 DA16  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Ken Kudo 3-1-1 Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki F-term within the Thermal and Hydropower Division, Hitachi, Ltd. F-term (reference) 3H022 AA03 BA04 CA50 DA00 DA09 DA16

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガスタービン圧縮機に設けられている翼
の疲労を診断するガスタービンの疲労診断方法におい
て、 前記ガスタービン圧縮機の翼段落の圧力変動を計測し、
この計測された圧力変動データと所定の圧縮機翼の構造
解析モデルを用いて応力解析をして圧縮機翼の実動環境
下における応力変動の推定を行い、この推定した圧縮機
翼の応力変動を予め定められた圧縮機翼材料の腐食環境
下での強度マスターカーブと比較し、圧縮機翼の疲労損
傷を評価し、評価した疲労損傷をもとに圧縮機翼の交換
時期を決定するようにしたことを特徴とするガスタービ
ンの疲労診断方法。
1. A gas turbine fatigue diagnosis method for diagnosing blade fatigue provided in a gas turbine compressor, comprising: measuring a pressure variation of a blade stage of the gas turbine compressor;
A stress analysis is performed using the measured pressure fluctuation data and a predetermined structural analysis model of the compressor blade to estimate a stress fluctuation in the actual operating environment of the compressor blade. Compared with the strength master curve of a predetermined compressor blade material in a corrosive environment, evaluate the compressor blade fatigue damage, and determine when to replace the compressor blade based on the evaluated fatigue damage. A method for diagnosing fatigue of a gas turbine, characterized in that:
【請求項2】 ガスタービン圧縮機に設けられている翼
の疲労を診断するガスタービンの疲労診断装置におい
て、 前記ガスタービン圧縮機の段落部における圧力を計測す
る圧力計測手段と、該圧力計測装置の計測値を収集する
データ収集装置と、該データ収集装置の圧力変動データ
と所定の圧縮機翼の構造解析モデルを用いて応力解析を
実施し、かつ圧縮機翼の実動環境下における応力変動の
推定を行い、この推定した圧縮機翼の応力変動を予め定
められた圧縮機翼材料の腐食環境下での強度マスターカ
ーブと比較し、圧縮機翼の疲労損傷を評価する評価手段
と、評価した疲労損傷をもとに圧縮機翼の交換時期を決
定する手段とを有することを特徴とするガスタービンの
疲労診断装置。
2. A gas turbine fatigue diagnostic device provided in a gas turbine compressor for diagnosing blade fatigue, comprising: a pressure measuring means for measuring a pressure in a stage portion of the gas turbine compressor; and the pressure measuring device. A data collection device that collects the measured values of the above, a stress analysis is performed using the pressure fluctuation data of the data collection device and a structural analysis model of a predetermined compressor blade, and the stress fluctuation in the actual operating environment of the compressor blade. And an evaluation means for evaluating the compressor blade fatigue damage by comparing the estimated compressor blade stress fluctuation with a predetermined strength master curve in a corrosive environment of the compressor blade material. Means for determining a replacement time of the compressor blade based on the fatigue damage obtained.
【請求項3】 ケーシング内にタービンと圧縮機が同軸
状に内包されているガスタービンにおいて、 前記ガスタービンに、前記圧縮機ケーシングの段落部に
おける圧力を計測する圧力センサと、該圧力センサの計
測値を収集するデータ収集装置と、腐食環境下での強度
マスターカーブ,段落の圧力変動と圧縮機翼との構造解
析モデルを有する計算装置とを備え、前記計算装置に
て、前記強度マスターカーブおよび構造解析モデルによ
り圧縮機翼の応力解析を行い、疲労損傷を解析し、翼の
交換時期を決定するようにしたことを特徴とするガスタ
ービン。
3. A gas turbine in which a turbine and a compressor are coaxially contained in a casing, wherein the gas turbine has a pressure sensor for measuring a pressure in a stage portion of the compressor casing, and a measurement by the pressure sensor. A data collection device for collecting values, a strength master curve in a corrosive environment, and a calculation device having a structural analysis model of pressure fluctuations in the paragraphs and the compressor blades. A gas turbine characterized by performing stress analysis of a compressor blade using a structural analysis model, analyzing fatigue damage, and determining when to replace the blade.
【請求項4】 ケーシング内にタービンと圧縮機が同軸
状に内包され、かつ前記圧縮機の空気吸い込み口から洗
浄水を噴射し、洗浄後排出して前記圧縮機の汚れを取り
除くガスタービン圧縮機水洗浄装置を備えているガスタ
ービンにおいて、 前記ガスタービンに、前記排出洗浄水のpHを検出する
検出手段と、前記圧縮機ケーシングの段落部における圧
力を計測する圧力センサと、該圧力センサの計測値を収
集するデータ収集装置と、腐食環境下での強度マスター
カーブ,段落の圧力変動と圧縮機翼との構造解析モデル
を有する計算装置とを備え、前記計算装置にて、前記強
度マスターカーブ,構造解析モデルおよび前記洗浄水の
pHデータにより圧縮機翼の応力解析を行い、疲労損傷
を解析し、翼の交換時期を決定するようにしたことを特
徴とするガスタービン。
4. A gas turbine compressor in which a turbine and a compressor are coaxially contained in a casing, and washing water is injected from an air suction port of the compressor, and is discharged after washing to remove dirt from the compressor. In a gas turbine provided with a water washing device, detecting means for detecting the pH of the discharged washing water, a pressure sensor for measuring a pressure in a paragraph portion of the compressor casing, and measurement of the pressure sensor in the gas turbine A data collection device for collecting values, and a calculation device having a structural analysis model of a pressure master in a corrosive environment, a pressure fluctuation in a paragraph, and a compressor blade. Stress analysis of the compressor blades was performed based on the structural analysis model and the pH data of the washing water, fatigue damage was analyzed, and the time for blade replacement was determined. Gas turbine with.
【請求項5】 ケーシング内にタービンと圧縮機が同軸
状に内包され、かつ前記圧縮機の空気吸い込み口から洗
浄水を噴射し、洗浄後排出して前記圧縮機の汚れを取り
除くガスタービン圧縮機水洗浄装置を備えているガスタ
ービンにおいて、 前記ガスタービンに、前記排出洗浄水の排水サンプル採
取機構と、前記圧縮機ケーシングの段落部における圧力
を計測する圧力センサと、該圧力センサの計測値を収集
するデータ収集装置と、腐食環境下での強度マスターカ
ーブ,段落の圧力変動と圧縮機翼との構造解析モデルを
有する計算装置とを備え、前記計算装置にて、前記強度
マスターカーブ,構造解析モデルおよび前記排水サンプ
ルデータにより圧縮機翼の応力解析を行い、疲労損傷を
解析し、翼の交換時期を決定するようにしたことを特徴
とするガスタービン。
5. A gas turbine compressor in which a turbine and a compressor are coaxially contained in a casing, and washing water is injected from an air suction port of the compressor, and is discharged after washing to remove dirt from the compressor. In a gas turbine provided with a water washing device, the gas turbine is provided with a drainage sampling mechanism for the discharged washing water, a pressure sensor that measures a pressure in a paragraph section of the compressor casing, and a measurement value of the pressure sensor. A data collection device to be collected, and a calculation device having a strength master curve in a corrosive environment, a structural analysis model of pressure fluctuation of a paragraph and a compressor blade, and the calculation device includes the strength master curve and the structural analysis. Stress analysis of the compressor blades is performed based on the model and the drainage sample data, fatigue damage is analyzed, and the blade replacement time is determined. Gas turbine.
【請求項6】 ケーシング内にタービンと圧縮機が同軸
状に内包されているガスタービンにおいて、 前記ガスタービンに、前記圧縮機ケーシング内の温度を
計測する温度センサと、圧縮機の吸入空気の湿度を計測
する湿度センサと、前記温度センサと湿度センサの計測
データによりケーシング内に乾燥空気を流通させる機構
と、圧縮機ケーシングの段落部における圧力を計測する
圧力センサと、該圧力センサの計測値を収集するデータ
収集装置と、腐食環境下での強度マスターカーブ,段落
の圧力変動と圧縮機翼との構造解析モデルを有する計算
装置とを備え、前記温度センサと湿度センサの計測デー
タによりケーシング内に乾燥空気を流通させるようにす
るとともに、前記計算装置にて、前記強度マスターカー
ブおよび構造解析モデルにより圧縮機翼の応力解析を行
い、疲労損傷を解析し、翼の交換時期を決定するように
したことを特徴とするガスタービン。
6. A gas turbine in which a turbine and a compressor are coaxially contained in a casing, a temperature sensor for measuring a temperature in the compressor casing, and a humidity of intake air of the compressor. Humidity sensor, a mechanism for circulating dry air in the casing by the measurement data of the temperature sensor and the humidity sensor, a pressure sensor for measuring the pressure in the paragraph section of the compressor casing, and a measurement value of the pressure sensor. A data collection device to collect, and a calculation device having a structural analysis model of the strength master curve in a corrosive environment, pressure fluctuation of a paragraph, and a compressor blade, are provided in a casing by measurement data of the temperature sensor and the humidity sensor. While allowing dry air to flow, the calculation device uses the strength master curve and the structural analysis model. Perform stress analysis of the compressor blades, analyzing the fatigue damage, gas turbine, characterized in that so as to determine the replacement timing of the wing.
【請求項7】 タービンと、圧縮機と、該圧縮機からの
吐出空気と燃料とを混合させ、その燃料ガスを前記ター
ビンに供給する燃焼器、タービンと圧縮機を内包するケ
ーシングから構成されるガスタービンにおいて、 前記ケーシング内に取り付けた温度計測センサ、圧縮機
の吸入空気の温度センサと湿度センサ、データ収集装
置、計算機、記録装置、前記ケーシング内に乾燥空気を
流通させる機構を有することを特徴とするガスタービ
ン。
7. A turbine, a compressor, a combustor for mixing fuel and air discharged from the compressor and supplying the fuel gas to the turbine, and a casing containing the turbine and the compressor. In the gas turbine, a temperature measurement sensor mounted in the casing, a temperature sensor and a humidity sensor of the intake air of the compressor, a data collection device, a computer, a recording device, and a mechanism for flowing dry air through the casing are provided. And gas turbine.
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