JP2003058234A - 発電プラント構成部品の寿命管理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電プラント間の構成部品の移設時に、構成
部品余寿命を正確に算出し、移設処理を簡素化し、利益
が得られる発電プラント構成部品の寿命管理システムを
提供する。 【解決手段】 発電プラント１₁ 〜１₃ 、２₁ 〜２₃ 、
発電会社１〜２、構成部品メーカー３〜６、通信手段７
を備え、１社以上の構成部品メーカー３〜６は、通信手
段７により発電プラント１₁ 〜１₃ 、２₁ 〜２₃ 中の自
社製造の構成部品から稼働データを取得し、稼働データ
を用いて当該構成部品の保全情報を作成し、保全情報を
通信手段７により当該構成部品を保有する発電会社に提
供し、発電会社は、保全情報から当該構成部品の交換情
報を作成し、交換情報を通信手段７により当該構成部品
メーカーに提示し、当該構成部品メーカーが交換情報か
ら当該構成部品の再配置情報を作成し、再配置情報に従
い当該構成部品を再配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電プラント構成
部品の寿命管理システムに係り、特に、発電プラントを
構成する各構成部品を交換する際に、その発電プラント
に有利な交換条件の提示を行うことが可能な発電プラン
ト構成部品の寿命管理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子力発電プラントや火力発電
プラントにおいては、発電プラントの規模が大きくなる
ことから、多くの発電プラント構成部品が用いられてい
る。これらの発電プラント構成部品は、多くの構成部品
が一体動作したときに所要の発電機能を充分に発揮させ
ることができるものであるため、構成部品の中の１つで
も、その特性が劣化したり、損傷が生じたような場合、
発電プラントの発電効率が低下し、発電コストが上昇す
ることになる。このため、各発電プラントにおいては、
通常、発電プラント構成部品が劣化したり、損傷が生じ
る前に、発電プラントの発電動作を停止させ、対象とす
る構成部品の交換を行っている。

【０００３】この場合、発電プラントを構成する多くの
構成部品は、当該構成部品の使用箇所、当該構成部品の
使用条件、または、当該構成部品が発電プラントを動作
させる上で重要なものであるか否か等によりその耐用年
数がそれぞれ異なっている。このため、発電プラントを
構成する多くの構成部品は、使用開始されてから一定の
期間が経過したとき、まとめて交換されるものではな
く、各構成部品毎にそれぞれ交換時期を設定し、設定さ
れた交換時期が近づいた構成部品に対してその構成部品
を交換するようにしているもので、このような構成部品
毎の交換時期の設定や、構成部品毎の設定された交換時
期の管理は、発電プラント構成部品保全方式によって行
われている。

【０００４】この他にも、発電プラントにおいては、そ
の発電規模や設置条件等によって、発電効率や発電コス
トの基準が厳しいものであったり、比較的緩やかなもの
であったりする。そして、発電効率や発電コストの基準
が厳しい発電プラントは、構成部品の劣化が認められた
り、または、構成部品に損傷が生じるようになるかなり
前に、その構成部品を新しい構成部品に交換して、発電
効率の低下や発電コストの上昇を回避するようにしてお
り、一方、発電効率や発電コストの基準が緩やかな発電
プラントは、構成部品の劣化が認められる、または、構
成部品に損傷が生じる直前になるまでその構成部品を交
換せず、交換する際にも高価な新しい構成部品を取得す
る代わりに、他の発電プラントから交換のために取り外
した余寿命が残存している安価な中古の構成部品を取得
し、その中古の構成部品を再利用することにより交換コ
ストを安価にする場合がある。特に、ガスタービンを有
する発電プラントにおいては、その発電プラントと同型
式のガスタービンを備えた発電プラントが他にも複数台
稼働している場合、これらの発電プラントの間でガスタ
ービンの移設ローテーションを実行し、ガスタービンを
交換する際の交換コストを安価にすることが行なわれて
いる。このような中古の構成部品の再利用計画、例えば
ガスタービンの使用ローテーション計画も、発電プラン
ト構成部品保全方式によって立案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】既知の発電プラント構
成部品保全方式は、中古の構成部品の再利用計画を立案
しているが、発電プラントを構成する各構成部品に対
し、その構成部品メーカー側が経年使用によるその構成
部品の特性の変化状況やその構成部品の劣化状況等を完
全に把握していないため、再利用した中古の構成部品の
余寿命を正確に算出することができないだけでなく、構
成部品メーカー側がその構成部品を使用している発電プ
ラントの運転条件を完全に把握していないため、１つの
発電プラントにおける余寿命が残存している構成部品を
他の発電プラントに移設した場合、その構成部品の移設
後の余寿命を正確に算出することができないものであ
る。

【０００６】さらに、既知の発電プラント構成部品保全
方式は、中古の構成部品の再利用計画の立案を行ってい
るものの、その立案に従ってある発電プラントから他の
発電プラントに中古の構成部品の移設を行う場合に、あ
る発電プラントから取り外した構成部品を他の発電プラ
ントに取り付ける時期や、当該構成部品の再販価格や再
販可能な時期について明確に立案しているものではない
ので、当該構成部品の移設に伴う全スケジュールが明ら
かでなく、当該構成部品の移設に伴う処理手続が複雑に
なり、利益の有無の判断をすることができないものであ
った。

【０００７】本発明は、このような技術的背景に鑑みて
なされたもので、その目的は、発電プラント間で構成部
品の移設を行う際に、移設後の構成部品の余寿命を正確
に算出できるともに、移設時の処理手続を簡素化するこ
とができ、互いに利益を期待できる発電プラント構成部
品の寿命管理システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による発電プラント構成部品の寿命管理シス
テムは、複数基の発電プラントと、発電プラントを保有
する複数の発電会社と、複数の発電プラント構成部品メ
ーカーと、それらの間を選択接続する通信手段とを備
え、複数の発電プラント構成部品メーカーの中の少なく
とも１つは、通信手段を通して複数の発電プラントの中
の自社で製造した各構成部品からそれぞれ稼働データを
取得し、取得した稼働データを用いて当該構成部品の機
能状態を表す保全情報を作成し、作成した保全情報を通
信手段を通して当該構成部品を保有する発電会社に提供
し、発電会社は、提供された保全情報に基づいて当該構
成部品の交換情報を作成し、作成した交換情報を通信手
段を通して当該発電プラント構成部品メーカーに提示
し、当該発電プラント構成部品メーカーがその交換情報
に基づいて当該構成部品の再配置情報を作成し、作成し
た再配置情報に従って当該構成部品を再配置する第１の
手段を備える。

【０００９】前記第１の手段によれば、発電プラント構
成部品メーカーが移設可能な自社で製造した発電プラン
ト構成部品から取得した稼働データを用い、当該構成部
品の機能状態を表す保全情報を発電会社に提供し、保全
情報の提供を受けた発電会社が当該構成部品の交換情報
を当該発電プラント構成部品メーカーに提示し、交換情
報の提示を受けた当該発電プラント構成部品メーカーが
当該構成部品の再配置情報を作成し、その再配置情報に
従った当該構成部品の再配置を行うようにしたもので、
当該構成部品の稼働データの取得、当該構成部品の保全
情報の提供、当該構成部品の交換情報の提示、当該構成
部品の再配置情報を作成、再配置情報に基づく当該構成
部品の再配置を連続して実施するようにしたので、構成
部品メーカー及び発電会社の双方が当該構成部品の機能
状態を把握することができ、当該構成部品を移設する双
方の発電会社に有利な条件で当該構成部品の移設を行う
ことが可能になり、移設する双方の発電会社及び構成部
品メーカーがそれぞれ利益を享受できる。

【００１０】また、前記目的を達成するために、本発明
による発電プラント構成部品の寿命管理システムは、複
数基の発電プラントと、発電プラントを保有する複数の
発電会社と、複数の発電プラント構成部品メーカーと、
それらの間を選択接続する通信手段とを備え、複数の発
電プラント構成部品メーカーの中の少なくとも１つは、
通信手段を介して複数の発電プラントの中の自社で製造
した各構成部品からそれぞれ稼働データを取得し、取得
した稼働データを用いて当該構成部品の余寿命を表す余
寿命情報及び当該構成部品を備える発電プラントの運転
予測情報を作成し、作成した余寿命情報及び運転予測情
報を用いて当該構成部品の再配置情報を作成し、作成し
た再配置情報を通信手段を通して当該構成部品を保有す
る発電会社に提供する第２の手段を備える。

【００１１】前記第２の手段によれば、発電プラント構
成部品メーカーが自社で製造した移設可能な発電プラン
ト構成部品から取得した稼働データを用い、当該構成部
品の余寿命を表す余寿命情報及び当該構成部品を備える
発電プラントの運転予測情報を作成した後、それらの余
寿命情報及び運転予測情報を用いて当該構成部品の再配
置情報を作成し、作成した再配置情報を発電会社に提供
するようにしているもので、構成部品メーカーにおける
当該構成部品の稼働データの取得、当該構成部品の余寿
命情報及び発電プラントの運転予測情報の作成、当該構
成部品の再配置情報の発電会社への提供を連続して実施
するようにしているので、再配置情報の提供を受けた発
電会社が当該構成部品の移設に対する各種の情報や条件
を直ちに把握することができ、しかも、当該構成部品を
移設する双方の発電会社に有利な条件で当該構成部品を
移設することが可能になって、構成部品メーカー及び移
設する双方の発電会社が利益を享受できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明による発電プラント構成部
品の寿命管理システムの第１の実施の形態を示すもの
で、その要部構成を示す概要図である。

【００１４】図１において、１、２は発電会社、１₁ 、
１₂ 、１₃ は発電会社１が保有する発電プラント、
２₁ 、２₂ 、２₃ は発電会社２が保有する発電プラン
ト、３、４、５、６は発電プラント構成部品メーカー、
７はインターネット（通信回線）である。

【００１５】そして、各発電会社１、２と各発電プラン
ト１₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ と各発電プラン
ト構成部品メーカー３、４、５、６は、それぞれインタ
ーネット７を介して選択的に接続されるように構成され
ている。なお、図１に示される各発電プラント１₁ 、１
₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ は、説明を簡単にするため
に、後述するように１台以上のガスタービン発電機が用
いられたものであるとする。

【００１６】図２は、図１に図示された各発電プラント
に用いられるガスタービン発電機の要部構成の一例を示
す構成図である。

【００１７】図２において、８はガスタービン発電機、
９は圧縮機、１０は燃焼器、１１はガスタービンであ
り、圧縮機９と燃焼器１０とガスタービン１１が図２に
図示されるように結合され、ガスタービン発電機８が構
成されている。そして、ガスタービン発電機８を構成し
ている主要機器、すなわち圧縮機９、燃焼器１０、ガス
タービン１１には、それぞれ、運転状態を監視したり、
運転状態の制御を行うための各種センサ（図２に図示な
し）がそれぞれの測定部分に配置されている。

【００１８】ここで、第１の実施の形態による発電プラ
ント構成部品の寿命管理システムの動作の概要について
説明する。

【００１９】図１に示されるように、各発電プラント構
成部品メーカー３、４、５、６は、複数台の発電プラン
ト１₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ の保全を円滑に
実行するために、インターネット７等のネットワークを
介して、発電プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、
２₃ を構成する主要機器の中の自社の製造した構成部品
の各部に取り付けた各種センサーの検知出力を当該主要
機器の稼働データとして取得する。

【００２０】一般に、各発電プラント１₁ 、１₂ 、
１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ を構成する主要機器は、その構
成部品の中に、動作時に高温に曝されるため、短い交換
周期を有し、余寿命管理を行うことが必要となるものが
ある。このような構成部品は、疲労損傷とクリープ損傷
の発生の度合いが高く、これらの疲労損傷とクリープ損
傷の発生を管理することが重要である。この場合、疲労
損傷とクリープ損傷とが重畳して発生する構成部品は、
等価運転時間ｔ_eqを用いて寿命を管理すると効果的であ
ることが知られている。この等価運転時間ｔ_eqは、運転
時間をｔ_op、起動回数をＮ、換算係数をＡｍとしたと
き、以下の式（１）によって表される。

【００２１】 ｔ_eq＝ｔ_op−Ａｍ×Ｎ… … … …（１） ここで、運転時間ｔ_opの上限値が寿命Ｌｍであり、構成
部品の運転時間ｔ_opが寿命Ｌｍを超えると、構成部品が
損傷する危険があるため、運転時間ｔ_opが寿命Ｌｍに到
達する以前に、当該構成部品を交換する必要がある。こ
の中で、換算係数Ａｍ及び寿命Ｌｍは、発電プラント毎
にまたは構成部品毎にそれぞれ異なった定数になる。

【００２２】ところで、換算係数Ａｍは、発電プラント
の起動、停止に伴う熱応力によって発生する熱疲労損傷
を、寿命Ｌｍは、発電プラントの運転中の温度及び応力
の連続付加によって発生するクリープ損傷を、それぞれ
ＦＥＭ解析による熱応力、温度、遠心応力を計算するこ
とにより、それらの概算値を算出することができる。し
かしながら、それらの概算値は、実機から得られた稼働
データを用いて補正することによって正確な値に近似さ
せることができ、正確な換算係数Ａｍ及び寿命Ｌｍを用
いれば、構成部品の寿命管理を高精度で行うことが可能
になる。

【００２３】前述のように、等価運転時間ｔ_eqを用いた
構成部品の寿命管理は、一般に実施されていることであ
るが、特に、この実施の形態に示すように、各発電プラ
ント構成部品メーカー３、４、５、６が、インターネッ
ト７を通して、各発電プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、
２₁ 、２₂ 、２₃ における自社の製造した構成部品から
検出した当該構成部品の稼働データを取得し、取得した
稼働データを用いて補正した等価運転時間ｔ_eqを得るこ
とにより、既知の構成部品の寿命管理よりも正確な構成
部品の寿命管理を行うことが可能になる。

【００２４】この場合、各発電プラント１₁ 、１₂ 、１
₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ の主要機器を構成する各種構成部
品の各部に取り付けた各種センサーが当該構成部品の稼
働状態を検知し、その検知結果を稼働データとしてイン
ターネット７を通して対応する発電プラント構成部品メ
ーカー３、４、５、６に供給するもので、発電プラント
構成部品メーカー３、４、５、６は、供給された稼働デ
ータを構成部品毎に逐次メモリに記録する。また、発電
プラント構成部品メーカー３、４、５、６は、自社で製
造した使用済の構成部品について破壊調査を行い、その
破壊調査によって得られたクリープ損傷評価結果と当該
構成部品に関連する稼働データとの関係を解析すること
により、稼働データから当該構成部品のクリープ寿命Ｌ
ｍの予測を行い、同じように、その破壊調査により得ら
れる疲労損傷率と当該構成部品に関連する稼働データと
の関係を解析することにより、稼働データから当該構成
部品のクリープ寿命Ａｍの予測を行う。なお、クリープ
損傷率の評価方法には、クリープ試験法、硬さ変化を基
準とした方法、組織変化をを基準とした方法等を用いる
ことが好ましく、疲労損傷の評価方法には、レプリカ法
等の亀裂長さを基準とした方法を用いることが好まし
い。

【００２５】図２に示されるように、各発電プラント１
₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃がそれぞれガスター
ビン発電機８を備え、しかも、各発電プラント１₁ 、１
₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ に同系統のガスタービン発
電機８が配置されている場合、これらの発電プラント１
₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ の中に、燃焼温度、
燃料、一部の燃焼器構成部品及び高温構成部品のコーテ
ィングが異なっているものがあっても、動翼、静翼及び
一部の燃焼器構成部品については、互いに流用すること
が可能である。これらの発電プラント１₁ 、１₂ 、
１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ は、燃焼系統別に２つのグルー
プＡ、Ｂに大別することができるもので、グループＡ
は、高効率、高出力型の発電プラント群を表すもので、
ＬＮＧや軽油等の高品質な燃料を用い、燃焼温度が１２
５０乃至１３１０℃程度と比較的高温度のものであり、
グループＢは、効率や出力を上昇させるよりも燃料費を
低下させることにより利益向上を図った発電プラント群
を表すもので、重油等の低品質な燃料を用い、アルカリ
類やバナジウム等による腐食を低減するために、燃焼温
度が１１８０乃至１２２０℃程度と比較的低温度に抑え
たものである。

【００２６】図３は、複数基の発電プラントにおいてそ
れらの燃焼温度、形式、発電出力、グループ種別等の諸
特性を表にした特性表の一例である。

【００２７】図３において、１番目の欄（最左欄）は発
電プラント名、２番目の欄は発電プラント形式、３番目
の欄は発電出力、４番目の欄は燃焼温度、５番目の欄は
燃料の種類、６番目の欄（最右欄）は属するグループで
ある。

【００２８】図３に示されるように、発電プラント名が
ＨＵＳＡＡの発電プラントは、発電プラント形式がＨＸ
Ｘ１２５で、発電出力が２５ＭＷで、燃焼温度が１２５
０℃で、燃料が軽油であり、グループＡに属しているこ
とを表している。他の発電プラントＨＣＮＡＢ、ＨＫＲ
ＡＫ、… …についても同様である。

【００２９】次に、図４は、複数基の発電プラントから
対応する発電プラント構成部品メーカー３、４、５、６
に供給される稼働データに基づいて、発電プラント構成
部品メーカー３、４、５、６、例えば発電プラント構成
部品メーカー３の表示画面に表示される発電プラントＨ
ＭＮＡＧの動作状態を示す表示例である。

【００３０】図４に示されるように、発電プラント構成
部品メーカー３の表示画面には、発電プラントＨＭＮＡ
Ｇについて、圧縮器９の入口温度が２２℃、圧縮器９の
出口温度が４８０℃、ガスタービン１１の入口温度が１
２５５℃、ディスク間温度が４６０℃、排気温度が６０
６℃であることが表示される。

【００３１】次いで、図５は、発電プラントを構成する
構成部品から供給される稼働データに基づいて発電プラ
ント構成部品メーカーが作成し、当該発電プラントを保
有する発電会社に提供する当該構成部品の保全情報の一
表示例である。

【００３２】図５に示されるように、この保全情報の表
示例は、発電プラントがＧＴＧＴＡで、構成部品がガス
タービンの初段動翼であり、その運転時間が２８０００
時間、起動回数が５００回、予想寿命が３２０００時
間、残余寿命が８０００時間であることと、推奨保全情
報、下取り価格、その価格の有効期限、及び、再生品情
報が示されるものである。

【００３３】ここで、図５に示されたガスタービンの初
段動翼を例にして、その寿命Ｌｍ及び換算係数Ａｍを決
定する方法について述べる。

【００３４】寿命Ｌｍは、クリープ寿命ｔ_r を基にして
決定されるため、始めにクリープ寿命ｔ_r を評価、推定
することが必要である。クリープ寿命ｔ_r は、遠心応
力、金属温度及び運転時間の関数であり、ラルソンミラ
ーパラメータＰを用いて、以下の式（２）、（３）によ
って評価されるのが一般的である。

【００３５】 ＬｏｇＳ＝Ｆ（Ｐ）… … … … … … … …（２） Ｐ＝Ｋ×（ｌｏｇｔ_r ＋Ｃ）／１０００… … … （３） ここで、Ｋは温度（Ｋ）、Ｓは応力（ｋｇｆ／ｍ
ｍ² ）、Ｃは定数である。

【００３６】図６は、初段動翼材のクリープ破断時間を
式（２）、（３）の関係を用いてプロットした特性図で
ある。

【００３７】図６において、横軸はラルソンミラーパラ
メータＰであり、縦軸はｋｇｆ／ｍｍ² で表した応力Ｓ
である。

【００３８】応力Ｓは、ＦＥＭ解析により高精度に算出
することができるが、ガスタービン１１においては複雑
な冷却手段が用いられているため、ＦＥＭ解析によって
得られる金属温度は誤差が大きくなる。従って、初段動
翼材のクリープ寿命ｔ_r を高精度に推定するためには、
実機環境下における金属温度を高精度に評価し、その評
価結果を用いて補正する必要がある。通常、ガスタービ
ン１１の構成部品は、高温時に強度に優れた析出強化型
ニッケル（Ｎｉ）基合金やコバルト（Ｃｏ）基合金を用
いている。初段動翼材の場合、析出物の初期平均粒径ｄ
ｏは０．４乃至０．７μｍ程度であるが、初段動翼材が
８００℃以上の高温に曝されると、析出物の平均粒径ｄ
が粗大化し、長時間にわたって高温に曝されたとき、平
均粒径ｄは１乃至２μｍ以上に成長する。なお、析出物
の平均粒径ｄは下記の式（４）及び式（５）で表される
ことが知られている。

【００３９】 ｄ³ −ｄｏ³ ＝ｋｔ… … … … … … … （４） ｋ＝（Ｃ₁ ／Ｔ）ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）… … …（５） 前式（４）、（５）において、ｔは時間、ｋは粗大化速
度定数、ｄは析出物の平均粒径、Ｃ₁ は定数、ｄｏは初
期平均粒径、Ｔは絶対温度、Ｑは活性化エネルギ、Ｒは
定数（気体定数）である。

【００４０】析出物の平均粒径ｄは、前式（４）、
（５）に示すように、温度と時間の関数であるため、実
機の初段動翼の抜き取り調査やレプリカ調査によって析
出物の平均粒径ｄを測定すれば、その部位の金属温度が
推定できる。また、ＦＥＭ解析による応力Ｓ、及び、図
６に図示の特性図からラルソンミラーパラメータＰが算
出され、平均粒径ｄから推定された金属温度、前記ラル
ソンミラーパラメータＰ及び式（３）からクリープ寿命
ｔ_r が算出される。このような手法を用いることによ
り、各発電プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２
₃ 毎、構成部品毎にクリープ寿命ｔ_r が推定できる。寿
命Ｌｍは、クリープ寿命ｔ_r に安全率を乗算して算出す
る。しかしながら、各発電プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、
２₁ 、２₂ 、２ ₃ 毎に構成部品の抜き取り調査や構成部
品のレプリカ調査を行うことは、コスト増につながり、
また、新しい発電プラントにおける寿命Ｌｍを事前に決
めることが困難である。

【００４１】このため、この実施の形態においては、各
発電プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、２ ₁ 、２₂ 、２₃ から
インターネット７を介して各発電プラント構成部品メー
カー３、４、５、６に供給される稼働データ及び運転デ
ータをデータベース化し、抜き取り調査等によって得ら
れた平均粒径ｄの測定結果から評価される寿命と、その
データベースに含まれるデータとを用いて統計解析を行
い、図７に示すような関係を得ている。

【００４２】図７は、統計解析によって得られた初段動
翼材のクリープ破断時間推定曲線を示す特性図である。

【００４３】図７において、横軸は℃で表したガスター
ビン１１の平均燃焼温度であり、縦軸は時間（ｈ）で表
した推定した初段動翼寿命である。

【００４４】一般に、ガスタービン１１の平均燃焼温度
と初段動翼材のクリープ寿命ｔ_r との間に相関が見られ
るが、ガスタービン１１の型式や使用環境が異なってい
る場合、クリープ寿命ｔ_r は、平均燃焼温度だけでな
く、圧縮器出口温度等の稼働データとの間に相関を有す
ることがある。しかしながら、図７の特性曲線を用いる
ことにより、各発電プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、
２₂ 、２₃ からインターネット７を介して発電プラント
構成部品メーカー３、４、５、６に供給される稼働デー
タに基づいて、各発電プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、
２₁ 、２₂ 、２₃ 毎の寿命Ｌｍを決定することが可能に
なる。

【００４５】続く、図８は、初段動翼材における換算係
数Ａｍを決定するための手法を示す特性図である。

【００４６】図８において、横軸は時間（ｈ）で表した
運転時間であり、縦軸は起動回数であり、図８中の各点
は初段動翼材にクラックが発生したときを示すものであ
る。図８に示される直線Ｐは、当該発電プラントの寿命
Ｌｍと各点を結んだ直線である。ガスタービン１１は、
動翼におけるクラックの発生を許容していないので、ク
ラックが発生する以前に交換する必要がある。直線Ｐの
縦軸上の切片をＮ_Qとすると、以下の不等式が成り立つ
範囲内は安全と見なすことができる。

【００４７】 Ｎ＞ｔ×（Ｎ_Q ／Ｌｍ）＋Ｎ_Q … … … … … （６） すなわち、ｔ＋Ｎ×（Ｌｍ／Ｎ_Q ）＜Ｌｍ… … …（７） ここで、式（１）と式（７）とを比較すると、 Ａｍ＝Ｌｍ／Ｎ_Q … … … … … （８） になり、換算係数Ａｍを算出することができる。

【００４８】図９は、ガスタービン１１における燃焼温
度Ｔｆと圧縮器出口温度Ｔｃｏから換算係数Ａｍを算出
する手法を示す特性図である。

【００４９】図９において、横軸は温度Ｔｆ−０．８×
Ｔｃｏであり、縦軸は換算係数Ａｍである。

【００５０】図９に示されるように、温度Ｔｆ−０．８
×Ｔｃｏが９４０℃程度までは換算係数Ａｍが３０を少
し超えた程度であるが、温度Ｔｆ−０．８×Ｔｃｏが９
４０℃から９８０℃に上昇すると、その温度上昇に対応
して換算係数Ａｍが５０程度にまで上昇する。

【００５１】次に、発電プラント構成部品メーカー３、
４、５、６において、自社が製造した構成部品を移設す
る際の中古品の買取価格の設定及びその提示方法につい
て述べる。

【００５２】移設する構成部品における当該構成部品の
損傷率φｍは、下記の式（９）によって定義される。

【００５３】 φｍ＝ｔ_op／Ｌｍ… … … … … …（９） いま、構成部品を移設する前の発電プラントＡの寿命、
等価運転時間をそれぞれＬ_A 、ｔ_opA とし、構成部品を
移設した後の発電プラントＢの寿命、見掛け上の等価運
転時間をそれぞれＬ_B 、ｔ_opB とすると、下記の等式
（１０）が成り立つ。

【００５４】 ｔ_opA ／Ｌ_A ＝ｔ_opB ／Ｌ_B … … … …（１０） また、発電プラントＡの構成部品を発電プラントＢに移
設して使用した場合の残余寿命は、下記式（１１）で表
される。

【００５５】 Ｌ_B −ｔ_opB ＝Ｌ_B （１−ｔ_opA ／Ｌ_A ）… … …（１１） 図１０は、発電プラント間において構成部品（初段動
翼）を移設する場合に、各発電プラントにおける諸特性
を示す一覧表である。

【００５６】図１０において、第１欄（最左欄）は発電
プラント名、第２欄はガスタービン１１の平均燃焼温
度、第３欄は寿命Ｌｍ、第４欄は等価運転時間ｔ_op、第
５欄は初段動翼の損傷率、第６欄は発電プラントの残余
寿命、第７欄は構成部品（初段動翼）寿命、第８欄（最
右欄）は定期点検周期である。この場合、発電プラント
の残余寿命は、稼働データのデータベース及び図７に示
される特性曲線から各発電プラント毎の寿命Ｌｍを求
め、式（１１）を用いて算出したものである。

【００５７】ところで、図１０に図示の例においては、
初段動翼を移設する場合の条件として、現在稼働中の初
段動翼の残余寿命が５０００時間（約半年）以下であ
り、この初段動翼を移設した場合に、移設した初段動翼
の構成部品寿命が次回の定期検査日と次々回の定期検査
日との間隔よりも長くなるような初段動翼を移設対象と
して選んでいる。

【００５８】まず、初段動翼の残余寿命が５０００時間
以下であるのは、発電プラント（ＨＪＰＡＮ）の初段動
翼だけであって、残余寿命は４１６５時間であり、損傷
率は０．８２８である。次に、発電プラント（ＨＪＰＡ
Ｎ）の初段動翼を使用した場合に、その初段動翼の残余
寿命が次回の定期検査日と次々回の定期検査日との間隔
よりも長くなる発電プラントを検索すると、２つの発電
プラント（ＨＢＲＡＥ）及び（ＨＫＡＡＪ）を抽出する
ことができた。そこで、抽出した２つの発電プラント
（ＨＢＲＡＥ）、（ＨＫＡＡＪ）を保有する発電会社に
対し、図５に図示の保全情報の再生品情報欄に発電プラ
ント（ＨＪＰＡＮ）の動翼をそれぞれの発電プラント
（ＨＢＲＡＥ）及び（ＨＫＡＡＪ）にローテーションし
た場合の寿命及び納期を記入して提示したところ、発電
プラント（ＨＢＲＡＥ）を保有する発電会社から初段動
翼を移設したい旨の情報（交換情報）を受けたので、こ
の交換情報に基づいて発電プラント（ＨＪＰＡＮ）を保
有する発電会社に初段動翼の買取価格を提示したとこ
ろ、発電プラント（ＨＪＰＡＮ）を保有する発電会社
は、動翼の売却を決定した。

【００５９】このように、それぞれの発電プラント構成
部品メーカー３、４、５、６が、インターネット７を利
用して各発電プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、
２₃の中の自社が製造した構成部品から稼働データ及び
運転データを取得し、取得した稼働データ及び運転デー
タを用いて対応する各構成部品の損傷状態及び運転状態
を把握することによって、その構成部品の移設時に利益
を得ることができるとともに、安価かつ信頼性の高い中
古の当該構成部品の購入が可能になる。また、発電プラ
ント構成部品メーカー３、４、５、６は、中古の当該構
成部品の売買による利益や、発電会社との契約を結ぶこ
とによる契約料が得られるだけでなく、ランニングコス
トを低減することが可能になり、この点をセールスポイ
ントとした新規な受注を有利に展開することができる。

【００６０】次に、本発明による発電プラント構成部品
の寿命管理システムの第２の実施の形態について説明す
る。

【００６１】第２の実施の形態による基本的なシステム
構成は、図１に図示された第１の実施の形態によるシス
テム構成と同じである。この第２の実施の形態は、各発
電プラント構成部品メーカー３、４、５、６が、各発電
プラント１₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ の中の自
社で製造した構成部品から、インターネット７を介し
て、稼働データ及び運転データを取得している点で第１
の実施の形態と同じであるが、各発電プラント構成部品
メーカー３、４、５、６は、取得した稼働データ及び運
転データを用いて当該構成部品の余寿命を表す余寿命情
報と、当該構成部品を備える発電プラントの運転予測情
報とを作成し、作成した余寿命情報及び運転予測情報を
用いて当該構成部品の再配置情報を作成し、作成した再
配置情報をインターネット７を介して、当該構成部品を
保有する発電会社に提供するようにしている。

【００６２】図１１は、１つの発電プラント（ＨＪＰＡ
Ｍ）のガスタービン１１からインターネット７を介して
ガスタービン１１を製造した発電プラント構成部品メー
カーに供給されたホイルスペース温度及び圧縮器出口温
度を示す稼働データの一例である。

【００６３】ガスタービン１１において、ガスタービン
ディスクは、圧縮器出口とホイルスペースとの中間に位
置し、ガスタービンディスクの中で最もクリープ損傷の
激しい位置の温度は、ホイルスペース温度と圧縮器出口
温度の平均値であることが、事前の温度解析から判って
いる。ガスタービン１１を定常運転したときの作用遠心
応力は、ガスタービン１１の回転数が一定であるため、
使用条件によらず一定である。

【００６４】図１２は、ガスタービンディスクに用いら
れている１２クローム（Ｃｒ）鋼のクリープ破断時間推
定曲線を示す特性図である。

【００６５】図１２において、横軸はＴ（ｌｏｇｔｒ＋
Ｃ）／１０００で表されたＬＭＰであり、縦軸はｋｇｆ
／ｍｍ² で表された応力である。

【００６６】図１２に示されるように、応力から式
（３）におけるラルソンミラーパラメータＰを算出でき
る。また、稼働データによって検出される温度Ｔを用い
れば、その温度Ｔにおける破断時間ｔｒを算出できる。

【００６７】この場合、微小時間Δｔ（ｈ）の間に構成
部品に発生するクリープ損傷率φは、次式（１２）、
（１３）で表される。

【００６８】 ΣΔφ… … … … … … …（１２） Δφ＝Δｔ／ｔ_r … … … … （１３） ここで、ｔ_r ＝ｆ（ｔ_disk）、ｔ_diskはディスク温度 図１３は、発電プラント（ＨＪＰＡＮ）で使用されたガ
スタービンディスクのクリープ損傷率と運転時間との関
係を示す特性図であり、この特性曲線は、前式（１２）
及び図１２における稼働データから算出される。この特
性曲線によれば、約９５０００時間運転したとき、クリ
ープ損傷率が約０．３５に達することが判る。ガスター
ビンディスクについては、安全率を見込み、クリープ損
傷率が０．５までの使用を許容している。

【００６９】このガスタービンディスクはまだ残余寿命
があるが、発電プラント（ＨＪＰＡＮ）の性能向上を図
るため、新型のローター（ディスクを含む）を組み込む
ことになり、このガスタービンディスクを取り外すこと
になった。一方、他の発電プラント（ＨＤＶＡＮ）にお
いては、約２０００００時間運転したガスタービンディ
スクの寿命が到来したので、新たなガスタービンディス
クが必要になった。

【００７０】図１４は、この発電プラント（ＨＤＶＡ
Ｎ）における過去２０００００時間の稼働データを示す
特性図である。

【００７１】図１４において、横軸は時間（ｈ）で表し
たガスタービンディスクの運転時間、縦軸は℃で表した
温度であり、曲線ａはホイルスペース温度であり、曲線
ｂは圧縮器出口温度である。

【００７２】また、図１５は、発電プラント（ＨＪＰＡ
Ｎ）から取り外されたガスタービンディスクを組み込ん
だ場合の予想クリープ損傷率と運転時間との関係を示す
特性図である。

【００７３】図１５において、横軸は時間（ｈ）で表し
たガスタービンディスクの運転時間、縦軸は予想クリー
プ損傷率である。

【００７４】ガスタービンディスクの取り外しには、費
用と時間が必要となるため、１０万時間を単位とする取
り外し時期が必要になるが、１０万時間運転したとして
もクリープ損傷率がその上限値である０．５に達しない
ため、発電プラント（ＨＪＰＡＮ）から取り外されたガ
スタービンディスクを発電プラント（ＨＤＶＡＮ）に組
み込むことが有効であると判断した。この場合、発電プ
ラント（ＨＪＰＡＮ）から取り外されたガスタービンデ
ィスクのクリープ損傷率は、ガスタービン１１の運転時
の稼働データに基づいて正確に計算されているため、発
電プラント（ＨＪＰＡＮ）から取り外された時点のガス
タービンディスクのクリープ損傷率を、発電プラント
（ＨＤＶＡＮ）における初期の同クリープ損傷率に一致
させた。

【００７５】この場合、初期のガスタービンディスクの
クリープ損傷率に過去２０００００時間に及ぶ稼働デー
タから推定される平均ディスク温度を基にして計算され
るガスタービンディスクのクリープ損傷率を加算し、運
転時間の増加に伴うガスタービンディスクのクリープ損
傷率の増加を推定している。運転条件が途中で変更され
ることを考えると、この推定は安全であると言い難い
が、運転条件の傾向が変更されたとしても、危険な状態
の発生は回避することができる。

【００７６】この実施の形態によれば、発電プラントを
構成する構成部品からインターネット７を介してその構
成部品を製造した発電プラント構成部品メーカーに稼働
データが供給され、発電プラント構成部品メーカーは、
供給された稼働データに基づいて構成部品の取り外し時
の損傷の程度を正確に把握することができ、また、この
構成部品を他の発電プラントに移設させても、移設した
後でその構成部品を運転した際に、その損傷の程度を逐
次監視することができるので、従来、困難であった廃棄
構成部品や取外した構成部品を他の発電プラントに移設
することによる再利用が容易になるものである。

【００７７】前記実施の形態においては、各発電プラン
ト構成部品メーカー３、４、５、６がそれぞれ自社が製
造した構成部品から検出した稼働データを取得している
例を挙げて説明したが、本発明においては各発電プラン
ト構成部品メーカー３、４、５、６の全てがこのような
稼働データの取得を行う必要はなく、１社またはそれ以
上の発電プラント構成部品メーカーがこのような稼働デ
ータの取得を行うものであってもよい。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
よれば、発電プラント構成部品メーカーが移設可能な自
社で製造した発電プラント構成部品から取得した稼働デ
ータを用い、当該構成部品の機能状態を表す保全情報を
発電会社に提供し、保全情報の提供を受けた発電会社が
当該構成部品の交換情報を当該発電プラント構成部品メ
ーカーに提示し、交換情報の提示を受けた当該発電プラ
ント構成部品メーカーが当該構成部品の再配置情報を作
成し、その再配置情報に従った当該構成部品の再配置を
行うようにしたもので、当該構成部品の稼働データの取
得、当該構成部品の保全情報の提供、当該構成部品の交
換情報の提示、当該構成部品の再配置情報を作成、再配
置情報に基づく当該構成部品の再配置を連続して実施す
るようにしたので、構成部品メーカー及び発電会社の双
方が当該構成部品の機能状態を把握することができ、当
該構成部品を移設する双方の発電会社に有利な条件で当
該構成部品の移設を行うことが可能になり、移設する双
方の発電会社及び構成部品メーカーがそれぞれ利益を享
受できるという効果がある。

【００７９】また、請求項２に記載の発明によれば、発
電プラント構成部品メーカーが自社で製造した移設可能
な発電プラント構成部品から取得した稼働データを用
い、当該構成部品の余寿命を表す余寿命情報及び当該構
成部品を備える発電プラントの運転予測情報を作成した
後、それらの余寿命情報及び運転予測情報を用いて当該
構成部品の再配置情報を作成し、作成した再配置情報を
発電会社に提供するようにしているもので、構成部品メ
ーカーにおける当該構成部品の稼働データの取得、当該
構成部品の余寿命情報及び発電プラントの運転予測情報
の作成、当該構成部品の再配置情報の発電会社への提供
を連続して実施するようにしているので、再配置情報の
提供を受けた発電会社が当該構成部品の移設に対する各
種の情報や条件を直ちに把握することができ、しかも、
当該構成部品を移設する双方の発電会社に有利な条件で
当該構成部品を移設することが可能になって、構成部品
メーカー及び移設する双方の発電会社が利益を享受でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による発電プラント構成部品の寿命管理
システムの第１の実施の形態を示すもので、その要部構
成を示す概要図である。

【図２】図１に図示された各発電プラントに用いられる
ガスタービン発電機の要部構成の一例を示す構成図であ
る。

【図３】複数基の発電プラントにおいてそれらの燃焼温
度、形式、発電出力、グループ種別等の諸特性を表にし
た特性表の一例である。

【図４】複数基の発電プラントから対応する発電プラン
ト構成部品メーカーに供給される稼働データに基づいて
発電プラント構成部品メーカーの表示画面に表示される
発電プラントの動作状態を示す表示例である。

【図５】発電プラントを構成する構成部品から供給され
る稼働データに基づいて発電プラント構成部品メーカー
が作成し、当該発電プラントを保有する発電会社に提供
する当該構成部品の保全情報の一表示例である。

【図６】初段動翼材のクリープ破断時間を式（２）、
（３）の関係を用いてプロットした特性図である。

【図７】統計解析によって得られた初段動翼材のクリー
プ破断時間推定曲線を示す特性図である。

【図８】初段動翼材における換算係数Ａｍを決定するた
めの手法を示す特性図である。

【図９】ガスタービンにおける燃焼温度と圧縮器出口温
度から換算係数を算出する手法を示す特性図である。

【図１０】発電プラント間において構成部品を移設する
場合に、各発電プラントにおける諸特性を示す一覧表で
ある。

【図１１】１つの発電プラントのガスタービンからこの
ガスタービンを製造した発電プラント構成部品メーカー
に供給されたホイルスペース温度及び圧縮器出口温度を
示す稼働データの一例である。

【図１２】ガスタービンディスクに用いられている１２
クローム鋼のクリープ破断時間推定曲線を示す特性図で
ある。

【図１３】発電プラントで使用されたガスタービンディ
スクのクリープ損傷率と運転時間との関係を示す特性図
である。

【図１４】１つの発電プラントにおける過去２００００
０時間の稼働データを示す特性図である。

【図１５】発電プラントから取り外されたガスタービン
ディスクを組み込んだ場合の予想クリープ損傷率と運転
時間との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１、２ 発電会社 １₁ 、１₂ 、１₃ 、２₁ 、２₂ 、２₃ 発電プラント ３、４、５、６ 発電プラント構成部品メーカー ７ インターネット（通信回線） ８ ガスタービン発電機 ９ 圧縮器 １０ 燃焼器 １１ ガスタービン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 仁一郎 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 永渕 尚之 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Ｆターム(参考） 5H223 AA02 AA19 DD07 DD09 EE05 EE06 EE29 FF08 FF09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数基の発電プラントと、前記発電プラ
   ントを保有する複数の発電会社と、複数の発電プラント
   構成部品メーカーと、それらの間を選択接続する通信手
   段とを備え、前記複数の発電プラント構成部品メーカー
   の中の少なくとも１つは、前記通信手段を通して前記複
   数の発電プラントの中の自社で製造した各構成部品から
   それぞれ稼働データを取得し、取得した稼働データを用
   いて当該構成部品の機能状態を表す保全情報を作成し、
   作成した保全情報を前記通信手段を通して当該構成部品
   を保有する発電会社に提供し、前記発電会社は、提供さ
   れた保全情報に基づいて当該構成部品の交換情報を作成
   し、作成した交換情報を前記通信手段を通して当該発電
   プラント構成部品メーカーに提示し、当該発電プラント
   構成部品メーカーがその交換情報に基づいて当該構成部
   品の再配置情報を作成し、作成した再配置情報に従って
   当該構成部品を再配置することを特徴とする発電プラン
   ト構成部品の寿命管理システム。
2. 【請求項２】 前記再配置情報は、当該構成部品を新品
   と交換する場合、他の発電プラントから譲り受ける場
   合、当該構成部品を他の発電プラントに譲り渡す場合の
   それぞれについて、当該構成部品の残余寿命及び交換費
   用に関する情報を含んでいることをことを特徴とする請
   求項１に記載の発電プラント構成部品の寿命管理システ
   ム。
3. 【請求項３】 複数基の発電プラントと、前記発電プラ
   ントを保有する複数の発電会社と、複数の発電プラント
   構成部品メーカーと、それらの間を選択接続する通信手
   段とを備え、前記複数の発電プラント構成部品メーカー
   の中の少なくとも１つは、前記通信手段を介して前記複
   数の発電プラントの中の自社で製造した各構成部品から
   それぞれ稼働データを取得し、取得した稼働データを用
   いて当該構成部品の余寿命を表す余寿命情報及び当該構
   成部品を備える発電プラントの運転予測情報を作成し、
   作成した余寿命情報及び運転予測情報を用いて当該構成
   部品の再配置情報を作成し、作成した再配置情報を前記
   通信手段を通して当該構成部品を保持する発電会社に提
   供することを特徴とする発電プラント構成部品の寿命管
   理システム。
4. 【請求項４】 前記余寿命情報は、発電プラントで使用
   していた中古構成部品の破壊調査結果を含むものである
   ことを特徴とする請求項３に記載の発電プラント構成部
   品の寿命管理システム。