JP2006125299A - Device for evaluating remaining life of steam turbine rotor, method of evaluating remaining life of steam turbine rotor, rotor blade and steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、組成成分などが不明な蒸気タービンロータについて、非破壊的に蒸気タービンロータの強度や余寿命時間などを特定する蒸気タービンロータの余寿命評価装置、蒸気タービンロータの余寿命評価方法に関する。さらに、本発明は、蒸気タービンロータの余寿命評価の結果に基づいて、その蒸気タービンロータに対応して設計された動翼およびその動翼を備えた蒸気タービンに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steam turbine rotor remaining life evaluation apparatus and a steam turbine rotor remaining life evaluation method that non-destructively specifies the strength and remaining life time of a steam turbine rotor for a steam turbine rotor whose composition component is unknown. . Furthermore, the present invention relates to a moving blade designed for the steam turbine rotor based on the result of the remaining life evaluation of the steam turbine rotor, and a steam turbine including the moving blade.
経年プラントにおける従来のタービン翼の強度や余寿命時間の評価方法では、経年プラントからタービン翼を抜き取り、その抜き取ったタービン翼から強度評価用試験片を採取して実際に強度試験を行い、この強度試験データと、未使用翼を用いて作成した材料の強度データとの比較評価を行う、破壊評価法が用いられている。
また、抜き取ったタービン翼から試験片の採取が不可能な場合には、例えば、タービン翼の応力集中部や最も高温で劣化が進んでいる部位について、局部的な組成分布や硬さ分布、組織変化を測定し、これらの測定データと、未使用翼を用いて作成した材料の強度データとを比較評価して、現状のタービン翼の強度や余寿命時間を推定する方法が用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
In the conventional method for evaluating the strength and remaining life of turbine blades in an aged plant, the turbine blades are extracted from the aged plant, test pieces for strength evaluation are taken from the extracted turbine blades, and an actual strength test is performed. A fracture evaluation method is used in which comparative evaluation between test data and strength data of a material created using an unused blade is used.
In addition, in the case where it is impossible to collect a test piece from the extracted turbine blade, for example, the local composition distribution, hardness distribution, and structure of the stress concentration portion of the turbine blade or the portion where deterioration is most advanced at the highest temperature. Changes are measured, and these measurement data are compared with the strength data of materials created using unused blades to estimate the current turbine blade strength and remaining life time ( For example, see Patent Document 1.)
一方、タービンロータの場合は、タービンロータから、強度、組成分析用の試験片を採取することが困難なため、上記したタービン翼において用いられている破壊試験や局部的な組成分布測定を行うことができない。さらに、タービンロータの場合には、評価すべき応力集中部がタービンロータ表面ではない場合が多いので、評価すべき部分の硬さ分布や組織変化を測定することができず、強度や余寿命時間を推定することが不可能である。ここで、タービンロータの非破壊的強度、余寿命予測方法として、磁気AE(Acoustic Emission)を用いた方法が開示されているが、この方法においても、タービンロータ内部の局部的な応力集中部の強度および余寿命時間を予測することは困難である(例えば、特許文献2参照。)。
上記した従来の経年プラントのタービン翼の強度および余寿命評価方法を用いて、例えば、タービンロータ内部に位置する翼植込み部における応力集中部の強度および余寿命時間を評価する場合、タービンロータを破壊することなく、その後のタービンロータの運用に支障がない状態で評価することができないという問題があった。 For example, when evaluating the strength and remaining life time of the stress concentration part in the blade implantation part located inside the turbine rotor using the conventional blade blade strength and remaining life evaluation method of the conventional aging plant, the turbine rotor is destroyed. Without doing so, there was a problem that the evaluation could not be performed without any trouble in the subsequent operation of the turbine rotor.
さらに、上記した従来の強度および余寿命評価方法では、既設タービンロータ材と同じ材質の未使用材のデータを比較対照としているため、既設タービンロータ材の組成が不明な場合には、参照するデータベースを特定することができず、既設タービンロータの強度および余寿命時間を評価することができないという問題もあった。 Furthermore, in the conventional strength and remaining life evaluation method described above, since the data of the unused material of the same material as the existing turbine rotor material is used as a comparison reference, when the composition of the existing turbine rotor material is unknown, a database to be referred to There is also a problem that the strength and the remaining life time of the existing turbine rotor cannot be evaluated.
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、組成成分が分からない蒸気タービンロータにおいて、応力集中部となる蒸気タービンロータの翼植込み部などの強度および余寿命時間を、その後の運用に支障をきたすことなく、非破壊的に評価する蒸気タービンロータの余寿命評価装置および蒸気タービンロータの余寿命評価方法を提案することを目的とする。さらに、蒸気タービンロータの余寿命評価の結果に基づいて、その蒸気タービンロータに対応して設計された動翼およびその動翼を備えた蒸気タービンを提案することを目的とする。 Therefore, the present invention was made to solve the above-mentioned problems, and in the steam turbine rotor whose composition component is unknown, the strength and remaining life time of the blade turbine rotor blade implantation portion that becomes the stress concentration portion, It is an object of the present invention to propose a steam turbine rotor remaining life evaluation apparatus and a steam turbine rotor remaining life evaluation method that perform nondestructive evaluation without hindering subsequent operations. It is another object of the present invention to propose a moving blade designed for the steam turbine rotor and a steam turbine including the moving blade based on the result of the remaining life evaluation of the steam turbine rotor.
上記目的を達成するために、本発明の蒸気タービンロータの余寿命評価装置は、少なくとも組成成分が不明な蒸気タービンロータについて、非破壊的に寿命を評価する余寿命評価装置であって、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて、前記蒸気タービンロータの強度を定めるための強度特定データを格納した記憶手段と、前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析装置と、前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を入力する入力手段と、前記分析された組成成分に基づいて特定された前記蒸気タービンロータを構成する金属材料、前記入力された所定の作動条件、および前記強度特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の強度および余寿命時間を評価する評価手段とを具備したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a steam turbine rotor remaining life evaluation apparatus according to the present invention is a remaining life evaluation apparatus that non-destructively evaluates the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown. Storage means storing strength specifying data for determining the strength of the steam turbine rotor based on the operating conditions of the steam turbine rotor according to various metal materials constituting the turbine rotor, and the composition of the steam turbine rotor A composition analyzer for analyzing components nondestructively; input means for inputting predetermined operating conditions of the steam turbine rotor; and a metal material constituting the steam turbine rotor identified based on the analyzed composition components , Based on the input predetermined operating conditions and the strength specifying data, the current strength of the steam turbine rotor Characterized by comprising an evaluation means for evaluating the beauty remaining lifetime time.
本発明の蒸気タービンロータの余寿命評価方法は、少なくとも組成成分が不明な蒸気タービンロータについて、非破壊的に寿命を評価する余寿命評価方法であって、入力された前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を記憶手段に格納する格納ステップと、前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析ステップと、前記分析された組成成分に基づいて前記蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定する金属材料特定ステップと、前記特定された金属材料、前記格納された所定の作動条件、および前記記憶手段に格納された、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて強度を定めるための強度特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の強度および余寿命時間を評価する評価ステップとを具備したことを特徴とする。 The remaining life evaluation method for a steam turbine rotor according to the present invention is a remaining life evaluation method for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown. A storage step for storing operating conditions in a storage means; a composition analysis step for non-destructively analyzing composition components of the steam turbine rotor; and a metal material constituting the steam turbine rotor based on the analyzed composition components The steam is determined according to the specified metal material specifying step, the specified metal material, the stored predetermined operating condition, and various metal materials constituting the steam turbine rotor stored in the storage means. Based on the strength specifying data for determining the strength based on the operating conditions of the turbine rotor, the current status of the steam turbine rotor Characterized by comprising an evaluation step of evaluating the strength and remaining life time.
ここで、強度特定データを特定するための蒸気タービンロータの作動条件として、例えば使用温度、応力、作動時間が挙げられる。また、入力される蒸気タービンロータの所定の作動条件として、少なくとも蒸気タービンロータの使用温度、応力、作動時間が挙げられる。なお、これらの作動条件は、上記例示した事項に限られるものではなく、強度特定データを特定するため、または蒸気タービンロータの現状の強度および余寿命時間を評価するために必要な事項を含むものとする。 Here, examples of operating conditions of the steam turbine rotor for specifying the strength specifying data include operating temperature, stress, and operating time. Further, the predetermined operating conditions of the input steam turbine rotor include at least the use temperature, stress, and operating time of the steam turbine rotor. Note that these operating conditions are not limited to the above-exemplified items, but include items necessary for specifying the strength specifying data or for evaluating the current strength and remaining life time of the steam turbine rotor. .
これらの蒸気タービンロータの余寿命評価装置および余寿命評価方法によれば、組成成分が不明な蒸気タービンロータにおいて、非破壊的に組成成分を特定して蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定し、この特定された金属材料、および蒸気タービンロータの所定の作動条件に基づいて、記憶手段に格納されている強度特定データと比較対照して、所定の強度特定データを特定することができる。そして、この所定の強度特定データから蒸気タービンロータの現状の強度を特定し、余寿命時間を推定することができる。 According to these steam turbine rotor remaining life evaluation devices and remaining life evaluation methods, in a steam turbine rotor whose composition component is unknown, the composition material is specified nondestructively and the metal material constituting the steam turbine rotor is specified. Based on the specified metal material and the predetermined operating condition of the steam turbine rotor, the predetermined strength specifying data can be specified in comparison with the strength specifying data stored in the storage means. Then, the current strength of the steam turbine rotor can be specified from the predetermined strength specifying data, and the remaining life time can be estimated.
また、本発明の蒸気タービンロータの余寿命評価装置は、少なくとも組成成分が不明な蒸気タービンロータについて、非破壊的に寿命を評価する余寿命評価装置であって、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて、前記蒸気タービンロータの硬さを定めるための硬さ特定データを格納した記憶手段と、前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析装置と、前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を入力する入力手段と、前記蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出する硬さ検出装置と、前記分析された組成成分に基づいて特定された前記蒸気タービンロータを構成する金属材料、前記入力された所定の作動条件、前記検出された硬さ、および前記硬さ特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価する評価手段とを具備したことを特徴とする。 The remaining life evaluation device for a steam turbine rotor according to the present invention is a remaining life evaluation device for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown, and various types of components constituting the steam turbine rotor. Storage means for storing hardness specifying data for determining the hardness of the steam turbine rotor on the basis of the operating conditions of the steam turbine rotor according to the metal material, and non-destructive composition components of the steam turbine rotor A composition analysis device for analyzing automatically, an input means for inputting a predetermined operating condition of the steam turbine rotor, a hardness detection device for nondestructively detecting the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor, The metal material constituting the steam turbine rotor specified based on the analyzed composition component, the input predetermined operating condition, the detected Hardness, and on the basis of the hardness specific data, and characterized in that and a evaluation means for evaluating said steam turbine rotor hardness and remaining life time of the current.
また、本発明の蒸気タービンロータの余寿命評価方法は、少なくとも組成成分が不明な蒸気タービンロータについて、非破壊的に寿命を評価する余寿命評価方法であって、少なくとも入力された前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を記憶手段に格納する格納ステップと、前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析ステップと、前記分析された組成成分に基づいて前記蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定する金属材料特定ステップと、前記蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出する硬さ検出ステップと、前記特定された金属材料、前記格納された所定の作動条件、前記検出された硬さ、および前記記憶手段に格納された、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて硬さを定めるための硬さ特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価する評価ステップとを具備したことを特徴とする。 Further, the remaining life evaluation method for a steam turbine rotor according to the present invention is a remaining life evaluation method for non-destructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown, and at least the input steam turbine rotor A storage step for storing predetermined operating conditions in a storage means, a composition analysis step for nondestructively analyzing composition components of the steam turbine rotor, and configuring the steam turbine rotor based on the analyzed composition components A metal material specifying step for specifying a metal material; a hardness detection step for nondestructively detecting the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor; the specified metal material; and the stored predetermined operation Depending on the conditions, the detected hardness, and various metal materials constituting the steam turbine rotor stored in the storage means. And an evaluation step for evaluating the current hardness and remaining life time of the steam turbine rotor based on hardness specifying data for determining the hardness based on the operating conditions of the steam turbine rotor. Features.
ここで、硬さ特定データを特定するための蒸気タービンロータの作動条件として、例えば使用温度、応力、作動時間が挙げられる。また、入力される蒸気タービンロータの所定の作動条件として、少なくとも蒸気タービンロータの使用温度、応力が挙げられる。なお、これらの作動条件は、上記例示した事項に限られるものではなく、硬さ特定データを特定するため、または蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価するために必要な事項を含むものとする。 Here, examples of operating conditions of the steam turbine rotor for specifying the hardness specifying data include operating temperature, stress, and operating time. In addition, the input operating conditions of the steam turbine rotor include at least the operating temperature and stress of the steam turbine rotor. Note that these operating conditions are not limited to the above-exemplified items, but are items necessary for specifying hardness specifying data or for evaluating the current hardness and remaining life time of the steam turbine rotor. Shall be included.
これらの蒸気タービンロータの余寿命評価装置および余寿命評価方法によれば、組成成分が不明な蒸気タービンロータにおいて、非破壊的に組成成分を特定して蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定し、蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出して、特定された金属材料、および蒸気タービンロータの所定の作動条件に基づいて、記憶手段に格納されている硬さ特定データと比較対照して、所定の硬さ特定データを特定することができる。さらに、特定された硬さ特定データと、検出された硬さを用いて、蒸気タービンロータの現状の硬さを特定し、余寿命時間を推定することができる。 According to these steam turbine rotor remaining life evaluation devices and remaining life evaluation methods, in a steam turbine rotor whose composition component is unknown, the composition material is specified nondestructively and the metal material constituting the steam turbine rotor is specified. , Nondestructively detecting the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor, and specifying the hardness stored in the storage means based on the specified metal material and the predetermined operating condition of the steam turbine rotor In comparison with the data, predetermined hardness specifying data can be specified. Furthermore, the current hardness of the steam turbine rotor can be specified using the specified hardness specifying data and the detected hardness, and the remaining life time can be estimated.
また、本発明の蒸気タービンロータの余寿命評価装置は、少なくとも組成成分が不明な蒸気タービンロータについて、非破壊的に寿命を評価する余寿命評価装置であって、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて、前記蒸気タービンロータの硬さを定めるための硬さ特定データを格納した記憶手段と、前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析装置と、前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を入力する入力手段と、前記蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出する硬さ検出装置と、前記蒸気タービンロータの所定部位の形状を3次元的に計測する形状計測装置と、前記分析された組成成分に基づいて特定された前記蒸気タービンロータを構成する金属材料、前記検出された硬さ、前記計測された蒸気タービンロータの形状、および前記入力された所定の作動条件に基づいて、前記蒸気タービンロータの所定部位の温度および応力を解析する解析装置と、前記特定された金属材料、前記解析された温度と応力、前記検出された硬さ、および前記硬さ特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価する評価手段とを具備したことを特徴とする。 The remaining life evaluation device for a steam turbine rotor according to the present invention is a remaining life evaluation device for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown, and various types of components constituting the steam turbine rotor. Storage means for storing hardness specifying data for determining the hardness of the steam turbine rotor on the basis of the operating conditions of the steam turbine rotor according to the metal material, and non-destructive composition components of the steam turbine rotor A composition analysis device for analyzing automatically, an input means for inputting a predetermined operating condition of the steam turbine rotor, a hardness detection device for nondestructively detecting the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor, A shape measuring device that three-dimensionally measures the shape of a predetermined part of the steam turbine rotor, and the steam turbine specified based on the analyzed composition component Based on the metal material constituting the bin rotor, the detected hardness, the shape of the measured steam turbine rotor, and the input predetermined operating condition, the temperature and stress of the predetermined part of the steam turbine rotor are analyzed. Based on the analyzed metal material, the identified metal material, the analyzed temperature and stress, the detected hardness, and the hardness identification data, the current hardness and remaining life time of the steam turbine rotor And an evaluation means for evaluating.
また、本発明の蒸気タービンロータの余寿命評価方法は、少なくとも組成成分が不明な蒸気タービンロータについて、非破壊的に寿命を評価する余寿命評価方法であって、入力された前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を記憶手段に格納する格納ステップと、前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析ステップと、前記分析された組成成分に基づいて前記蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定する金属材料特定ステップと、前記蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出する硬さ検出ステップと、前記蒸気タービンロータの所定部位の形状を3次元的に計測する形状計測ステップと、前記特定された金属材料、前記検出された硬さ、前記格納された所定の作動条件、および前記計測された蒸気タービンロータの形状に基づいて、前記蒸気タービンロータの所定部位の温度および応力を解析する解析ステップと、前記特定された金属材料、前記解析された温度と応力、前記検出された硬さ、および前記記憶手段に格納された、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて硬さを定めるための硬さ特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価する評価ステップとを具備したことを特徴とする。 The remaining life evaluation method for a steam turbine rotor according to the present invention is a remaining life evaluation method for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown. A storage step for storing predetermined operating conditions in a storage means; a composition analysis step for non-destructively analyzing composition components of the steam turbine rotor; and a metal constituting the steam turbine rotor based on the analyzed composition components A metal material specifying step for specifying a material, a hardness detecting step for nondestructively detecting the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor, and a shape of the predetermined portion of the steam turbine rotor are three-dimensionally measured. A shape measuring step, the identified metal material, the detected hardness, the stored predetermined operating condition, and the measurement An analysis step of analyzing a temperature and stress of a predetermined portion of the steam turbine rotor based on the shape of the steam turbine rotor, the identified metal material, the analyzed temperature and stress, and the detected hardness And based on hardness specifying data for determining hardness based on operating conditions of the steam turbine rotor in accordance with various metal materials constituting the steam turbine rotor stored in the storage means, And an evaluation step for evaluating the current hardness and remaining life time of the steam turbine rotor.
ここで、硬さ特定データを特定するための蒸気タービンロータの作動条件として、例えば使用温度、応力、作動時間が挙げられる。また、入力される蒸気タービンロータの所定の作動条件として、少なくとも蒸気タービンロータの使用温度、応力、作動時間が挙げられる。また、この所定の作動条件は、例えば、所定の作動時間間隔毎の蒸気タービンロータの使用温度、応力の負荷履歴データでもよく、熱応力の解析における初期条件や境界条件などの設定、解析に必要な諸条件を満たすようなデータ形式としてもよい。なお、これらの作動条件は、上記例示した事項に限られるものではなく、硬さ特定データを特定するため、タービンロータの所定部位の温度および応力を解析するため、または蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価するために必要な事項を含むものとする。 Here, examples of operating conditions of the steam turbine rotor for specifying the hardness specifying data include operating temperature, stress, and operating time. Further, the predetermined operating conditions of the input steam turbine rotor include at least the use temperature, stress, and operating time of the steam turbine rotor. The predetermined operating conditions may be, for example, the operating temperature of the steam turbine rotor and stress load history data at predetermined operating time intervals, and are necessary for setting and analyzing initial conditions and boundary conditions in the analysis of thermal stress. The data format may satisfy various conditions. Note that these operating conditions are not limited to the above-exemplified matters, but for specifying the hardness specifying data, for analyzing the temperature and stress of a predetermined part of the turbine rotor, or for the current hardness of the steam turbine rotor. It includes matters necessary for evaluating the life and remaining life time.
これらの蒸気タービンロータの余寿命評価装置および余寿命評価方法によれば、組成成分が不明な蒸気タービンロータにおいて、非破壊的に組成成分を特定して蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定することができ、また、蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出することができる。さらに、蒸気タービンロータの所定部位の形状および寸法を3次元的に計測し、この3次元的に計測された情報に基づいて、解析モデルを構成し、特定された蒸気タービンロータを構成する金属材料、蒸気タービンロータの所定部位の表面における硬さ、蒸気タービンロータの所定の作動条件などの情報に基づいて、熱解析および熱応力解析を行うことができる。これによって、所定部位、特に、温度や応力の実測が困難な蒸気タービンロータ内部に存在する応力集中部などにおける所定条件下での温度や応力の情報を得ることができる。さらに、この解析によって得られた温度や応力、特定された金属材料の情報に基づいて、記憶手段に記憶されている硬さ特定データと比較対照して、所定の硬さ特定データを特定し、検出された硬さを用いて、蒸気タービンロータの現状の硬さを特定し、余寿命時間を推定することができる。 According to these steam turbine rotor remaining life evaluation devices and remaining life evaluation methods, in a steam turbine rotor whose composition components are unknown, the metal components constituting the steam turbine rotor are specified by specifying the composition components nondestructively. In addition, the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor can be detected nondestructively. Furthermore, the metal material which measures the shape and dimension of the predetermined | prescribed site | part of a steam turbine rotor three-dimensionally, comprises an analysis model based on this three-dimensionally measured information, and comprises the identified steam turbine rotor The thermal analysis and the thermal stress analysis can be performed based on information such as the hardness of the surface of the predetermined portion of the steam turbine rotor and the predetermined operating condition of the steam turbine rotor. As a result, it is possible to obtain information on temperature and stress under a predetermined condition in a predetermined portion, in particular, a stress concentration portion existing inside the steam turbine rotor where it is difficult to actually measure temperature and stress. Furthermore, based on the temperature and stress obtained by this analysis, information on the specified metal material, in comparison with the hardness specification data stored in the storage means, specified predetermined hardness specification data, Using the detected hardness, the current hardness of the steam turbine rotor can be specified, and the remaining lifetime can be estimated.
本発明の蒸気タービンロータの余寿命評価装置、蒸気タービンロータの余寿命評価方法によれば、組成成分が分からない蒸気タービンロータにおいて、応力集中部となる蒸気タービンロータの翼植込み部などの強度および余寿命時間を、その後の運用に支障をきたすことなく、非破壊的に評価することができる。 According to the steam turbine rotor remaining life evaluation device and the steam turbine rotor remaining life evaluation method of the present invention, in the steam turbine rotor whose composition component is not known, the strength of the blade turbine rotor blade implantation portion or the like that becomes the stress concentration portion, and The remaining lifetime can be evaluated non-destructively without hindering subsequent operations.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態において、構成が同一部分には同一符号を付して、重複する説明を簡略または省略する。なお、ここでは余寿命評価部位として、翼植込み部を例にとり、多数ある形状のうちの1つを例にとって説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is simplified or omitted. Here, the remaining life evaluation part will be described by taking a blade implantation part as an example and taking one of many shapes as an example.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態の蒸気タービンロータの余寿命評価装置100について図1〜4を参照して説明する。
(First embodiment)
A steam turbine rotor remaining
図1は、断面形状が略十字型の翼植込み部11が形成された蒸気タービンロータ10の断面図である。図2は、蒸気タービンロータの余寿命評価装置100の構成を示す概要図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
図1に示すように、蒸気タービンロータ10の円周方向には、断面形状が略十字型の翼植込み部11が設けられている。この翼植込み部11に、順次タ−ビン翼を植設し、植設されたタ−ビン翼は、機械的に締結、連結されて配列される。このような形状の翼植込み部11を備える蒸気タービンロータ10では、例えば、翼植込み部11の蒸気タービンロータ10に沿って形成された十字型の横溝の端部付近に応力集中部12が存在する。
As shown in FIG. 1, in the circumferential direction of the
図2に示された蒸気タービンロータの余寿命評価装置100は、組成分析装置101、制御部102、記憶部103、入力部104で主に構成されている。また、制御部102は、組成分析装置101、記憶部103および入力部104と情報の出入力可能に接続されている。
The steam turbine rotor remaining
組成分析装置101は、蒸気タービンロータ10の組成成分を、非破壊的に非接触で分析する装置である。この組成分析装置101には、例えば、X線を分析対象物に照射することで、分析対象物から放出される蛍光X線の波長および強度に基づいて、組成成分およびその含有量を分析可能な蛍光X線分析、または分析対象物に適当なエネルギを加えることで、原子を蒸発気化および発光させ、その発光を分光することで得られた波長および強度に基づいて、組成成分およびその含有量を分析可能な発光分光分析を利用した装置が使用される。
The
制御部102は、演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)などから主に構成され、CPUでは、ROMやRAMに格納されたプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理を実行する。また、制御部102は、上記したように、蒸気タービンロータの余寿命評価装置100を構成する各構成部と情報の通信が可能であり、各構成部の動作などを制御している。さらに、制御部102は、評価手段としても機能する。
The
記憶部103は、記憶手段として機能し、例えば、所定の容量を備えたメモリーやハードディスクなどで構成される。この記憶部103には、例えば、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料として想定される各種金属材料の情報や、その各種金属材料に応じて、蒸気タービンロータ10の使用温度、応力、作動時間に基づいて特定される強度と作動時間の関係などを示す強度特定データなどが記憶されている。ここで、強度として、例えば、クリープ強度、高サイクル疲労強度、低サイクル疲労強度などが挙げられ、これらの各強度毎に強度特定データが記憶されている。なお、記憶部103に記憶される情報は、これらに限られるものではなく適宜に設定可能である。また、記憶部103に、例えば、余寿命評価された蒸気タービンロータ10の現状の強度や余寿命時間などの情報を記憶させてもよい。さらに、記憶部103に、モニタなどの表示部を接続し、例えば、余寿命評価の結果や余寿命評価するために用いられた測定結果などの各種パラメータを表示部に表示させてもよい。
The
入力部104は、蒸気タービンロータ10の少なくとも使用温度、応力、作動時間などを入力するもので、例えばキーボードなどで構成される。この入力部104によって入力された情報は、蒸気タービンロータの余寿命評価装置100の入力手段によって入力され、記憶部103に記憶される。
The
次に、蒸気タービンロータの余寿命評価装置100の動作について、図3を参照して説明する。
Next, the operation of the remaining
図3は、蒸気タービンロータの余寿命評価装置100の動作を説明するためのフローチャートである。なお、ここでは、入力部104によって入力された蒸気タービンロータ10の使用温度、応力、作動時間の情報は、すでに蒸気タービンロータの余寿命評価装置100の記憶部103に入力された状態にあるものとして説明する。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the remaining
まず、制御部102は、余寿命評価開始の入力信号に基づいて、組成分析装置101を稼動させる。組成分析装置101は、蒸気タービンロータ10の所定部位における組成成分を分析し、その結果を制御部102に出力する(ステップS110)。
First, the
続いて、制御部102は、組成分析装置101から出力された分析結果と、記憶部103に記憶された蒸気タービンロータ10を構成する金属材料として想定される各種金属材料の情報とを比較対照し、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料を特定する(ステップS111)。
Subsequently, the
続いて、制御部102は、入力された蒸気タービンロータ10の使用温度、応力、作動時間を記憶部103から読み出す。さらに、その読み出した使用温度、応力、作動時間と、ステップS111で特定された金属材料の情報に基づいて、記憶部103に記憶されている、各種金属材料に応じて、蒸気タービンロータ10の使用温度、応力、作動時間に基づいて特定される強度と作動時間の関係を示す強度特定データと比較対照して、所定の強度特定データを特定する。そして、その所定の強度特定データから蒸気タービンロータ10の現状の強度を特定し、余寿命時間を推定する(ステップS112)。なお、蒸気タービンロータ10の余寿命評価は、図1に示したような応力集中部12について評価することが望ましく、例えば、使用温度や応力の値は、その応力集中部12における値として推定された値を使用することが望ましい。
Subsequently, the
ここで、現状の強度および余寿命時間の評価方法について、図4を参照して説明する。 Here, the evaluation method of the current strength and remaining lifetime will be described with reference to FIG.
図4には、例えば、鋼種A、鋼種Bまたは鋼種Cから構成される蒸気タービンロータ10の所定の使用温度、応力、作動時間に応じた、作動時間と強度との関係が示されている。
FIG. 4 shows the relationship between the operating time and the strength according to a predetermined operating temperature, stress, and operating time of the
図4に示すように、所定の使用温度、応力下において、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料に応じて、作動時間と強度との関係を示す特性ラインを得ることができる。例えば、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料が、図4の鋼種Cと特定されたとすると、鋼種Cの特性ラインに沿って作動時間とともに強度が低減していくことになる。ここで、現状の強度は、蒸気タービンロータの現状の作動時間における強度と特定される。さらに、予め設定された鋼種Cにおける限界強度に、鋼種Cの特性ラインが達したときの時間が寿命時間と推定され、この寿命時間から現状の作動時間を減算した時間が余寿命時間に相当する。
As shown in FIG. 4, a characteristic line showing the relationship between operating time and strength can be obtained in accordance with the metal material constituting the
ここで、図4の縦軸に示される強度として、例えば、クリープ強度、高サイクル疲労強度、低サイクル疲労強度などが挙げられ、これらの各強度において現状の強度を特定することができる。また、これらの各強度において、上記した方法で推定された余寿命時間のうち、安全性の観点から、一番短い時間を蒸気タービンロータ10の余寿命時間とすることが好ましい。
Here, examples of the strength shown on the vertical axis of FIG. 4 include creep strength, high cycle fatigue strength, low cycle fatigue strength, and the like, and the current strength can be specified in each of these strengths. Further, in each of these strengths, it is preferable that the shortest time among the remaining lifetime estimated by the above-described method is the remaining lifetime of the
また、ステップS110における組成成分の分析によって、蒸気タービンロータ10の表面に微小な損傷(ア−ク放電痕など)、いわゆる測定痕が形成されることがある。このような測定痕は、以後の蒸気タ−ビンの運転に支障を与える可能性は極めて低いが、応力集中部などでは亀裂発生の起点となることがあるため、例えば、研磨装置などにより測定痕を研磨し、除去、補修することが好ましい。
In addition, by analyzing the composition components in step S110, minute damage (such as arc discharge marks), so-called measurement marks, may be formed on the surface of the
第1の実施の形態における蒸気タービンロータの余寿命評価装置100および余寿命評価方法によれば、組成成分が不明な蒸気タービンロータ10において、非破壊的に組成成分を特定して蒸気タービンロータ10を構成する金属材料を特定することができる。さらに、特定された金属材料の情報、および蒸気タービンロータ10の使用温度、応力、作動時間に基づいて、記憶部103に記憶されている強度特定データと比較対照して、所定の強度特定データを特定することができる。そして、その所定の強度特定データから蒸気タービンロータ10の現状の強度を特定し、余寿命時間を推定することができる。また、この余寿命評価方法によれば、蒸気タービンロータ10の以後の運転に支障を与えることなく、非破壊的に余寿命を評価することができる。
According to the steam turbine rotor remaining
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態の蒸気タービンロータの余寿命評価装置200について図5〜7を参照して説明する。
(Second Embodiment)
A steam turbine rotor remaining
図5は、蒸気タービンロータの余寿命評価装置200の構成を示す概要図である。また、図6は、蒸気タービンロータの余寿命評価装置200の動作を説明するためのフローチャートである。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the remaining
図5に示された蒸気タービンロータの余寿命評価装置200は、組成分析装置101、制御部102、記憶部103、入力部104、硬さ検出装置201で主に構成されている。また、制御部102は、組成分析装置101、記憶部103、入力部104および硬さ検出装置201と情報の出入力可能に接続されている。
The steam turbine rotor remaining
硬さ検出装置201は、蒸気タービンロータ10の表面の硬さを検出するものであり、その硬さ検出は、蒸気タービンロータ10の以後の運用に支障がないように非破壊的に行われる。この硬さ検出装置201における硬さ検出方式は、静荷重による硬さ試験方式または動荷重による硬さ試験方式が採用される。静荷重による硬さ試験方式、つまり圧入物による引張り・圧縮の複合変形強度試験方式を採用した硬さ試験機として、例えば、ブリネル硬さ計、ビッカ−ス硬さ計、ロックウェル硬さ計などが挙げられ、硬さ検出装置201をこれらのいずれかの硬さ計で構成することができる。また、動荷重による硬さ試験方式、つまり落下物による弾性変形強度試験方式を採用した硬さ試験機として、例えば、ショア硬さ計、エコ−チップ硬さ計、ハ−ドネステスタ、超音波硬さ計などが挙げられ、硬さ検出装置201をこれらのいずれかの硬さ計で構成することもできる。
The
記憶部103には、例えば、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料として想定される各種金属材料の情報などが記憶されている。また、記憶部103には、蒸気タービンロータ10の使用温度、応力、作動時間に基づく各種金属材料に応じた硬さと作動時間の関係などを示す硬さ特定データなどが記憶されている。なお、記憶部103に記憶される情報は、これらに限られるものではなく適宜に設定可能であり、例えば、余寿命評価された蒸気タービンロータの現状の強度や余寿命時間などの情報を記憶させてもよい。
The
入力部104は、蒸気タービンロータ10の少なくとも使用温度、応力などを入力するもので、例えばキーボードなどで構成される。
The
次に、蒸気タービンロータの余寿命評価装置200の動作について、図6を参照して説明する。なお、ここでは、入力部104によって入力された蒸気タービンロータ10の使用温度、応力の情報は、すでに蒸気タービンロータの余寿命評価装置200の記憶部103に入力された状態にあるものとして説明する。
Next, the operation of the remaining
まず、制御部102は、余寿命評価開始の入力信号に基づいて、組成分析装置101を稼動させる。組成分析装置101は、蒸気タービンロータ10の所定部位における組成成分を分析し、その結果を制御部102に出力する(ステップS210)。
First, the
続いて、制御部102は、組成分析装置101から出力された分析結果と、記憶部103に記憶された蒸気タービンロータ10を構成する金属材料として想定される各種金属材料の情報とを比較対照し、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料を特定する(ステップS211)。
Subsequently, the
続いて、制御部102は、硬さ検出装置201を稼動させる。硬さ検出装置201は、蒸気タービンロータ10の所定部位の表面における硬さを検出し、その結果を制御部102に出力する(ステップS212)。
Subsequently, the
なお、ステップS210およびステップS212の処理は、この順に処理されることに限られず、順序を逆に行ってもよい。さらに、測定に支障をきたさなければ、ステップS210およびステップS212の処理を同時に行ってもよい。 In addition, the process of step S210 and step S212 is not restricted to being processed in this order, You may perform a reverse order. Furthermore, the processing of step S210 and step S212 may be performed at the same time if the measurement is not hindered.
続いて、制御部102は、入力された蒸気タービンロータ10の使用温度、応力を記憶部103から読み出す。さらに、その読み出した使用温度、応力と、ステップS211で特定された金属材料の情報に基づいて、記憶部103に記憶されている、各種金属材料に応じた硬さと作動時間の関係を示す硬さ特定データと比較対照する。そして、図7に示すような、特定された金属材料に対応する硬さと作動時間との関係を示す特性ラインを得る。また、硬さ検出結果は、この特性ライン上に位置(図7中の点P)し、その硬さにおける作動時間(図7中の点Pに対応する作動時間)を現状の作動時間とする。そして、予め設定された限界硬さに、特性ラインが達したときの時間が寿命時間と推定され、この寿命時間から上記した現状の作動時間を減算した時間が余寿命時間に相当する(ステップS213)。
Subsequently, the
ここで、蒸気タービンロータ10の表面の硬さと強度との間には相関関係があり、図7に示した硬さと作動時間との関係に基づいて、強度と作動時間との関係を示すこともできる。また、強度として、例えば、クリープ強度、高サイクル疲労強度、低サイクル疲労強度などが挙げられ、これらの各強度において余寿命時間を推定する場合には、安全性の観点から、一番短い時間を蒸気タービンロータ10の余寿命時間とすることが好ましい。
Here, there is a correlation between the hardness and the strength of the surface of the
また、ステップS210における組成成分の分析や、ステップS212の表面の硬さ検出によって、蒸気タービンロータ10の表面に微小な損傷(圧痕、ア−ク放電痕など)、いわゆる測定痕が形成されることがある。このような測定痕は、以後の蒸気タ−ビンの運転に支障を与える可能性は極めて低いが、応力集中部などでは亀裂発生の起点となることがあるため、例えば、研磨装置などにより測定痕を研磨し、除去、補修することが好ましい。
Further, by analyzing the composition components in step S210 and detecting the surface hardness in step S212, minute damage (such as indentations and arc discharge marks), so-called measurement marks, is formed on the surface of the
第2の実施の形態における蒸気タービンロータの余寿命評価装置200および余寿命評価方法によれば、組成成分が不明な蒸気タービンロータ10において、非破壊的に組成成分を特定して蒸気タービンロータ10を構成する金属材料を特定することができ、さらに、蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出することができる。さらに、特定された金属材料の情報、および蒸気タービンロータ10の使用温度、応力に基づいて、記憶部103に記憶されている硬さ特定データと比較対照して、所定の硬さ特定データを特定し、検出された硬さを用いて、蒸気タービンロータ10の現状の硬さを特定し、余寿命時間を推定することができる。また、第2の実施の形態における余寿命評価装置200および余寿命評価方法では、硬さ検出装置201を用いて、実際の蒸気タービンロータ10の表面における硬さを検出し、その検出結果を用いて余寿命時間の評価を行っているので、より信頼性の高い評価をすることができる。また、この余寿命評価方法によれば、蒸気タービンロータ10の以後の運転に支障を与えることなく、非破壊的に余寿命を評価することができる。
According to the remaining
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態の蒸気タービンロータの余寿命評価装置300について図8および9を参照して説明する。
(Third embodiment)
A steam turbine rotor remaining
図8は、蒸気タービンロータの余寿命評価装置300の構成を示す概要図である。また、図9は、蒸気タービンロータの余寿命評価装置300の動作を説明するためのフローチャートである。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the remaining
図8に示された蒸気タービンロータの余寿命評価装置300は、組成分析装置101、制御部102、記憶部103、入力部104、硬さ検出装置201、形状計測装置301、解析装置302で主に構成されている。また、制御部102は、組成分析装置101、記憶部103、入力部104、硬さ検出装置201、形状計測装置301および解析装置302と情報の出入力可能に接続されている。
The steam turbine rotor remaining
形状計測装置301は、蒸気タービンロータ10の少なくとも所定部位について、3次元的に形状および寸法を計測する装置で、計測法として、接触方式または非接触方式が採用される。接触方式を用いた形状計測装置301には、例えば、多間接型寸法測定機などが具備され、非接触方式を用いた形状計測装置301には、例えば、レーザースキャナまたはデジタルカメラなどが具備される。
The
解析装置302は、形状計測装置301で計測された蒸気タービンロータ10の所定部位の形状および寸法、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料、蒸気タービンロータ10の所定部位の表面における硬さ、蒸気タービンロータ10における使用温度、応力、作動時間などの負荷履歴データなどの情報に基づいて、熱解析を行い、所定部位における所定条件下での温度分布解析、この温度分布結果を用いて起動停止による熱応力解析、運転中の遠心力を考慮した応力解析をする装置である。
The
記憶部103には、例えば、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料として想定される各種金属材料の情報などが記憶されている。また、記憶部103には、蒸気タービンロータ10の使用温度、応力、作動時間に基づく各種金属材料に応じた硬さと作動時間の関係などを示す硬さ特定データなどが記憶されている。なお、記憶部103に記憶される情報は、これらに限られるものではなく適宜に設定可能である。また、記憶部103に、例えば、余寿命評価された蒸気タービンロータの現状の強度や余寿命時間などの情報を記憶させてもよい。
The
入力部104は、蒸気タービンロータ10における少なくとも使用温度、応力、作動時間などの負荷履歴データなどを入力するもので、例えばキーボードなどで構成することができる。また、入力部104は、蒸気タービンを管理する制御装置と制御部102とを情報の出入力可能に接続するインターフェースとして機能するものでもよい。なお、負荷履歴データには、少なくとも所定の作動時間間隔毎の使用温度や応力の値などが含まれる。
The
次に、蒸気タービンロータの余寿命評価装置300の動作について、図9を参照して説明する。なお、ここでは、入力部104によって入力された蒸気タービンロータ10の使用温度、応力、作動時間などの負荷履歴データは、すでに蒸気タービンロータの余寿命評価装置300の記憶部103に入力された状態にあるものとして説明する。
Next, the operation of the remaining
まず、制御部102は、余寿命評価開始の入力信号に基づいて、組成分析装置101を稼動させる。組成分析装置101は、蒸気タービンロータ10の所定部位における組成成分を分析し、その結果を制御部102に出力する(ステップS310)。
First, the
続いて、制御部102は、組成分析装置101から出力された分析結果と、記憶部103に記憶された蒸気タービンロータ10を構成する金属材料として想定される各種金属材料の情報とを比較対照し、蒸気タービンロータ10を構成する金属材料を特定する(ステップS311)。
Subsequently, the
続いて、制御部102は、硬さ検出装置201を稼動させる。硬さ検出装置201は、蒸気タービンロータ10の所定部位の表面における硬さを検出し、その結果を制御部102に出力する(ステップS312)。
Subsequently, the
続いて、制御部102は、形状計測装置301を稼動する。形状計測装置301は、蒸気タービンロータ10の所定部位の形状および寸法を計測し、その情報を解析装置302に出力する(ステップS313)。さらに、形状計測装置301は、計測した情報を制御部102に出力し、蒸気タービンロータ10における所定部位の形状情報として記憶部103に記憶し管理してもよい。
Subsequently, the
なお、ステップS310、ステップS312およびステップS313の処理は、この順に処理されることに限られず、いずれを先に行ってもよい。さらに、測定に支障をきたさなければ、ステップS310、ステップS312およびステップS313の処理を同時に行ってもよい。 Note that the processes of step S310, step S312 and step S313 are not limited to being performed in this order, and any of them may be performed first. Furthermore, the processing of step S310, step S312 and step S313 may be performed at the same time if the measurement is not hindered.
続いて、制御部102は、特定された蒸気タービンロータ10を構成する金属材料、蒸気タービンロータ10の所定部位の表面における硬さ、蒸気タービンロータ10における負荷履歴データなどの情報を解析装置302に出力する。そして、解析装置302は、これらの制御部102から出力された情報、および形状計測装置301で計測された蒸気タービンロータ10の所定部位の形状および寸法などの情報に基づいて、熱解析および熱応力解析を行い、所定部位における所定条件下での温度や応力を解析し、その解析結果を制御部102に出力する(ステップS314)。
Subsequently, the
続いて、制御部102は、特定された蒸気タービンロータ10を構成する金属材料、解析された温度や応力の情報に基づいて、記憶部103に記憶されている、各種金属材料に応じた硬さと作動時間の関係を示す硬さ特定データと比較対照する。そして、第2の実施の形態の場合と同様に、図7に示すような、特定された金属材料に対応する硬さと作動時間との関係を示す特性ラインを得る。また、硬さ検出結果は、この特性ライン上にほぼ位置(図7中の点P)し、その硬さにおける作動時間(図7中の点Pに対応する作動時間)を現状の作動時間とする。そして、予め設定された限界硬さに、特性ラインが達したときの時間が寿命時間と推定され、この寿命時間から上記した現状の作動時間を減算した時間が余寿命時間に相当する(ステップS315)。
Subsequently, the
ここで、蒸気タービンロータ10の表面の硬さと強度との間には相関関係があり、図7に示した硬さと作動時間との関係に基づいて、強度と作動時間との関係を示すこともできる。また、強度として、例えば、クリープ強度、高サイクル疲労強度、低サイクル疲労強度などが挙げられ、これらの各強度において余寿命時間を推定する場合には、安全性の観点から、一番短い時間を蒸気タービンロータ10の余寿命時間とすることが好ましい。
Here, there is a correlation between the hardness and the strength of the surface of the
また、ステップS310における組成成分の分析や、ステップS312の表面の硬さ検出によって、蒸気タービンロータ10の表面に微小な損傷(圧痕、ア−ク放電痕など)、いわゆる測定痕が形成されることがある。このような測定痕は、以後の蒸気タ−ビンの運転に支障を与える可能性は極めて低いが、応力集中部などでは亀裂発生の起点となることがあるため、例えば、研磨装置などにより測定痕を研磨し、除去、補修することが好ましい。
Further, by analyzing the composition components in step S310 and detecting the hardness of the surface in step S312, minute damage (indentation, arc discharge mark, etc.), so-called measurement marks, is formed on the surface of the
第3の実施の形態における蒸気タービンロータの余寿命評価装置300および余寿命評価方法によれば、組成成分が不明な蒸気タービンロータ10において、非破壊的に組成成分を特定して蒸気タービンロータ10を構成する金属材料を特定することができ、また、蒸気タービンロータ10の表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出することができる。さらに、蒸気タービンロータ10の所定部位の形状および寸法を3次元的に計測し、この3次元的に計測された情報に基づいて、解析モデルを構成し、特定された蒸気タービンロータ10を構成する金属材料、蒸気タービンロータ10の所定部位の表面における硬さ、蒸気タービンロータ10における使用温度、応力、作動時間などの負荷履歴データなどの情報に基づいて、熱解析および熱応力解析を行うことができる。これによって、所定部位、特に、温度や応力の実測が困難な蒸気タービンロータ10内部に存在する応力集中部など(例えば、図1の応力集中部12など)における所定条件下での温度や応力の情報を得ることができる。
According to the steam turbine rotor remaining
さらに、この解析によって得られた温度や応力、特定された金属材料の情報に基づいて、記憶部103に記憶されている硬さ特定データと比較対照して、所定の硬さ特定データを特定し、検出された硬さを用いて、蒸気タービンロータ10の現状の硬さを特定し、余寿命時間を推定することができる。これにより、さらに信頼性の高い評価をすることができる。また、この余寿命評価方法によれば、蒸気タービンロータ10の以後の運転に支障を与えることなく、非破壊的に余寿命を評価することができる。
Further, based on the temperature and stress obtained by this analysis and information on the specified metal material, the specified hardness specifying data is specified by comparing with the hardness specifying data stored in the
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態では、上記した第1〜3の実施の形態の蒸気タービンロータの余寿命評価方法によって、評価された蒸気タービンロータ10の余寿命時間や強度などの情報に基づいて、動翼などを設計、交換する一例について、図10を参照して説明する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment of the present invention, based on information such as the remaining life time and strength of the
図10には、上記した第1〜3の実施の形態において、蒸気タービンロータ10における強度、硬さ、余寿命時間などを評価し、その後その評価に基づいて、動翼などを設計するための工程図が示されている。
In FIG. 10, in the first to third embodiments described above, the strength, hardness, remaining life time, and the like in the
図10に示すように、評価された蒸気タービンロータ10の強度、余寿命時間などの情報に基づいて、例えば、動翼を交換する際に、蒸気タービンロータ10の翼植込み部の強度や余寿命時間を評価する(ステップS400)。そして、その結果、蒸気タービンロータ10の余寿命時間に余裕があれば、動翼のみの交換で蒸気タービンを修繕して、延命化を達成することが可能となる(ステップS401)。これによって、プラントの維持、補修コストを大幅に低減することができる。さらに、蒸気タービンロータ10の翼植込み部の強度を把握することができるので、現状の蒸気タービンロータ10の強度に見合った動翼の設計(例えば、重量の軽減化など)および使用が可能となる(ステップS401)。これによって、蒸気タービンロータ10を交換せずに、効率の向上や余寿命時間の延長を図ることができる。
As shown in FIG. 10, for example, when replacing the moving blades based on the evaluated information such as the strength and remaining life time of the
また、現在使用している蒸気タービンロータ10の余寿命時間や強度などを評価することで、今後の蒸気タービンロータ10の補修計画の検討に役立つとともに、蒸気タービンの運転の信頼性を向上させることができる。
In addition, by evaluating the remaining life time and strength of the
なお、上記した第1〜4の実施の形態では、本発明の蒸気タービンロータの余寿命評価装置および余寿命評価方法を用いて、蒸気タービンロータ10の余寿命時間などを評価する実施の形態について説明したが、本発明の余寿命評価装置および方法の利用は、蒸気タービンロータ10に限られるものではない。例えば、本発明の余寿命評価装置および方法を用いて、動翼、静翼、ケーシングなどの蒸気タービンの各構成部の余寿命評価などを行うことも可能である。
In the first to fourth embodiments described above, the remaining life time of the
10…蒸気タービンロータ、100…蒸気タービンロータの余寿命評価装置、101…組成分析装置、102…制御部、103…記憶部、104…入力部。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて、前記蒸気タービンロータの強度を定めるための強度特定データを格納した記憶手段と、
前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析装置と、
前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を入力する入力手段と、
前記分析された組成成分に基づいて特定された前記蒸気タービンロータを構成する金属材料、前記入力された所定の作動条件、および前記強度特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の強度および余寿命時間を評価する評価手段と
を具備したことを特徴とする蒸気タービンロータの余寿命評価装置。 A remaining life evaluation apparatus for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown,
Storage means for storing strength specifying data for determining the strength of the steam turbine rotor based on the operating conditions of the steam turbine rotor according to various metal materials constituting the steam turbine rotor;
A composition analyzer for nondestructively analyzing composition components of the steam turbine rotor;
Input means for inputting predetermined operating conditions of the steam turbine rotor;
Based on the metal material constituting the steam turbine rotor specified based on the analyzed composition component, the input predetermined operating condition, and the strength specifying data, the current strength and surplus of the steam turbine rotor are determined. An apparatus for evaluating the remaining life of a steam turbine rotor, comprising: an evaluation means for evaluating a life time.
前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて、前記蒸気タービンロータの硬さを定めるための硬さ特定データを格納した記憶手段と、
前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析装置と、
前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を入力する入力手段と、
前記蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出する硬さ検出装置と、
前記分析された組成成分に基づいて特定された前記蒸気タービンロータを構成する金属材料、前記入力された所定の作動条件、前記検出された硬さ、および前記硬さ特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価する評価手段と
を具備したことを特徴とする蒸気タービンロータの余寿命評価装置。 A remaining life evaluation apparatus for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown,
Storage means storing hardness specifying data for determining the hardness of the steam turbine rotor based on the operating conditions of the steam turbine rotor according to various metal materials constituting the steam turbine rotor;
A composition analyzer for nondestructively analyzing composition components of the steam turbine rotor;
Input means for inputting predetermined operating conditions of the steam turbine rotor;
A hardness detector that nondestructively detects the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor;
Based on the metal material constituting the steam turbine rotor specified based on the analyzed composition component, the input predetermined operating condition, the detected hardness, and the hardness specifying data, the steam An evaluation device for evaluating the remaining life of a turbine rotor and an evaluation means for evaluating the remaining life time of the turbine rotor.
前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて、前記蒸気タービンロータの硬さを定めるための硬さ特定データを格納した記憶手段と、
前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析装置と、
前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を入力する入力手段と、
前記蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出する硬さ検出装置と、
前記蒸気タービンロータの所定部位の形状を3次元的に計測する形状計測装置と、
前記分析された組成成分に基づいて特定された前記蒸気タービンロータを構成する金属材料、前記検出された硬さ、前記計測された蒸気タービンロータの形状、および前記入力された所定の作動条件に基づいて、前記蒸気タービンロータの所定部位の温度および応力を解析する解析装置と、
前記特定された金属材料、前記解析された温度と応力、前記検出された硬さ、および前記硬さ特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価する評価手段と
を具備したことを特徴とする蒸気タービンロータの余寿命評価装置。 A remaining life evaluation apparatus for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown,
Storage means storing hardness specifying data for determining the hardness of the steam turbine rotor based on the operating conditions of the steam turbine rotor according to various metal materials constituting the steam turbine rotor;
A composition analyzer for nondestructively analyzing composition components of the steam turbine rotor;
Input means for inputting predetermined operating conditions of the steam turbine rotor;
A hardness detector that nondestructively detects the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor;
A shape measuring device that three-dimensionally measures the shape of the predetermined portion of the steam turbine rotor;
Based on the metal material constituting the steam turbine rotor identified based on the analyzed composition component, the detected hardness, the shape of the measured steam turbine rotor, and the input predetermined operating condition An analysis device for analyzing the temperature and stress of a predetermined portion of the steam turbine rotor;
Evaluation means for evaluating the current hardness and remaining life time of the steam turbine rotor based on the identified metal material, the analyzed temperature and stress, the detected hardness, and the hardness identification data An apparatus for evaluating the remaining life of a steam turbine rotor, comprising:
入力された前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を記憶手段に格納する格納ステップと、
前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析ステップと、
前記分析された組成成分に基づいて前記蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定する金属材料特定ステップと、
前記特定された金属材料、前記格納された所定の作動条件、および前記記憶手段に格納された、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて強度を定めるための強度特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の強度および余寿命時間を評価する評価ステップと
を具備したことを特徴とする蒸気タービンロータの余寿命評価方法。 A remaining life evaluation method for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown,
A storage step of storing in the storage means the input predetermined operating conditions of the steam turbine rotor;
A composition analysis step for non-destructively analyzing a composition component of the steam turbine rotor;
A metal material specifying step of specifying a metal material constituting the steam turbine rotor based on the analyzed composition component;
Based on the specified metal material, the stored predetermined operating condition, and the various metal materials constituting the steam turbine rotor stored in the storage unit, based on the operating condition of the steam turbine rotor. A remaining life evaluation method for a steam turbine rotor, comprising: an evaluation step for evaluating the current strength and remaining life time of the steam turbine rotor based on strength specifying data for determining strength.
少なくとも入力された前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を記憶手段に格納する格納ステップと、
前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析ステップと、
前記分析された組成成分に基づいて前記蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定する金属材料特定ステップと、
前記蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出する硬さ検出ステップと、
前記特定された金属材料、前記格納された所定の作動条件、前記検出された硬さ、および前記記憶手段に格納された、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて硬さを定めるための硬さ特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価する評価ステップと
を具備したことを特徴とする蒸気タービンロータの余寿命評価方法。 A remaining life evaluation method for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown,
A storage step of storing in the storage means at least a predetermined operating condition of the steam turbine rotor input;
A composition analysis step for non-destructively analyzing a composition component of the steam turbine rotor;
A metal material specifying step of specifying a metal material constituting the steam turbine rotor based on the analyzed composition component;
A hardness detection step for nondestructively detecting the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor;
The steam turbine according to the specified metal material, the stored predetermined operating condition, the detected hardness, and various metal materials constituting the steam turbine rotor stored in the storage means. A steam turbine comprising: an evaluation step for evaluating the current hardness and remaining life time of the steam turbine rotor based on hardness specifying data for determining the hardness based on an operating condition of the rotor. Evaluation method for remaining life of rotor.
入力された前記蒸気タービンロータの所定の作動条件を記憶手段に格納する格納ステップと、
前記蒸気タービンロータの組成成分を非破壊的に分析する組成分析ステップと、
前記分析された組成成分に基づいて前記蒸気タービンロータを構成する金属材料を特定する金属材料特定ステップと、
前記蒸気タービンロータの表面の所定部位の硬さを非破壊的に検出する硬さ検出ステップと、
前記蒸気タービンロータの所定部位の形状を3次元的に計測する形状計測ステップと、
前記特定された金属材料、前記検出された硬さ、前記格納された所定の作動条件、および前記計測された蒸気タービンロータの形状に基づいて、前記蒸気タービンロータの所定部位の温度および応力を解析する解析ステップと、
前記特定された金属材料、前記解析された温度と応力、前記検出された硬さ、および前記記憶手段に格納された、前記蒸気タービンロータを構成する各種の金属材料に応じて、前記蒸気タービンロータの作動条件に基づいて硬さを定めるための硬さ特定データに基づいて、前記蒸気タービンロータの現状の硬さおよび余寿命時間を評価する評価ステップと
を具備したことを特徴とする蒸気タービンロータの余寿命評価方法。 A remaining life evaluation method for nondestructively evaluating the life of at least a steam turbine rotor whose composition component is unknown,
A storage step of storing in the storage means the input predetermined operating conditions of the steam turbine rotor;
A composition analysis step for non-destructively analyzing a composition component of the steam turbine rotor;
A metal material specifying step of specifying a metal material constituting the steam turbine rotor based on the analyzed composition component;
A hardness detection step for nondestructively detecting the hardness of a predetermined portion of the surface of the steam turbine rotor;
A shape measuring step for three-dimensionally measuring the shape of the predetermined portion of the steam turbine rotor;
Based on the identified metal material, the detected hardness, the stored predetermined operating condition, and the measured shape of the steam turbine rotor, the temperature and stress of the predetermined part of the steam turbine rotor are analyzed. An analysis step to perform,
The steam turbine rotor according to the identified metal material, the analyzed temperature and stress, the detected hardness, and various metal materials constituting the steam turbine rotor stored in the storage means. An evaluation step for evaluating the current hardness and remaining life time of the steam turbine rotor on the basis of hardness specifying data for determining the hardness based on the operating conditions of the steam turbine rotor Remaining life evaluation method.
前記動翼が装着された前記蒸気タービンロータと
を具備することを特徴とする蒸気タービン。 A moving blade designed based on the current strength and remaining life time of the steam turbine rotor evaluated by the remaining life evaluation method of the steam turbine rotor according to any one of claims 8 to 11,
A steam turbine comprising: the steam turbine rotor on which the moving blade is mounted.
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