JP2006208309A

JP2006208309A - 被検査体内部流路毎の流量配分比率測定方法及びそれを利用した被検査体間の個体差判別方法並びに装置

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Publication number: JP2006208309A
Application number: JP2005023857A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Watanabe; 和徳渡辺; Toshihiko Takahashi; 俊彦高橋; Terutaka Fujioka; 照高藤岡
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】被検査体の複数の内部流路の流路抵抗に関与するデータが不明あるいは同データが変化する可能性がある条件下において、被検査体を破壊することなく流量配分比率の測定及びそれを利用した被検査体間の個体差の判別を行うことを可能とする。
【解決手段】複数の内部流路を有する被検査体における個体差を非破壊で求める方法において、各流路毎に、流量を段階的に変化させた流体を流し、そのときの流量の変化に伴う流路入口と流路出口の流体の圧力差の変化を計測し、流量と圧力差との関係から内部流路の特性係数を求め、特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求めて同種被検査体間における個体差の判別を行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査体内の複数の流路に分配される流量の配分比率を非破壊で求める方法並びに装置及びそれを利用した被検査体間の個体差判別方法並びに装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、被検査体の複数の内部流路の流路抵抗に関与するデータが不明あるいは同データが変化する可能性がある条件下に適用可能な流量配分比率測定方法並びに装置及びそれを利用した被検査体間の個体差判別方法並びに装置に関する。

従来、内部に複数の流路を有する被検査体の内部流路に関与する不具合を調べる方法としては、例えばガスタービン翼の冷却穴の目詰まりを検知する方法並びに装置がある（特許文献１）。この検知方法並びに装置は、図７に示すように、被検査体たるガスタービン翼（静翼３０）の表面に設けられた冷却穴３７の一部若しくは全部を通気性がありかつ熱伝導率が低い媒体８０で覆う一方、この媒体８０を加熱装置６０により加熱しながら、噴出装置７０から供給される気体（通常温度の気体）をガスタービン翼（静翼３０）に導入して冷却穴３７から噴出させるようにしている。そして、媒体８０で覆われた冷却穴３７から気体（通常温度の気体）が噴出されることを計測装置（赤外線映像装置５０）により該媒体８０の表面の温度分布の変化として計測し、この温度分布の差に基づいて冷却穴３７の目詰まりを検知するようにしている。

特開２００３−３２２００１号

しかしながら、この検査方法では、冷却穴の目詰まりを検知することはできても、複数の内部流路にどのように流体が分配されるのかは測定することはできない。このような流量の配分比率は、予め内部流路の流路抵抗に関与するデータ即ち内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径などが明らかになっている場合には、それに基づいて流路抵抗を計算し、導入流体の分配比を算出することができるが、被検査体の複数の内部流路の流路抵抗に関与するデータが不明あるいは同データが変化する可能性がある条件下では、計算で求めることができず、またそれら内部流路に関するデータを被検査体そのものを破壊せずに得ることができないため、製造後の確認手法としては上述のような目詰まり検知などの手法に依るしか無かった。

また、特許文献１の目詰まりを検知する方法並びに装置によれば、目詰まりが起きて冷却穴が完全に若しくはほぼ完全に塞がっている場合には異常を検知することができる。しかしながら、例えば、製造ミスあるいは使用に伴う劣化などにより、被検査体内部の流路が設計とは異なる形で湾曲しているなどの内部形状の異常や、完全には塞がっていないものの狭小になっている場合、あるいは流路壁の破損による隣接流路との貫通、さらには流路壁面の裂傷や仕上げの異常（滑らかさの欠如）など、流路出口からは流体が流出しながらも被検査体内部で異常が発生している場合には該異常を検知することができない。このため、前記異常事象も対象とする、より精度の高い検査が可能であるとは言い難い。

さらに、上述の目詰まりなどの欠陥がなかったとしても、同種の製品の間において複数の内部流路間における流量の配分比率や流体の流れが被検査体の表面温度に与える影響において個体差が生じることがある。この個体差の存在は、同じ環境下において同種の製品・被検査体が多数使用される場合、例えばガスタービンのように同じ段に１００枚前後のタービン翼が使われる場合において顕著な影響を与え、一部の製品の寿命低下が全体の寿命を引き下げてしまうという問題を生じる。すなわち、同じ冷却条件、同じ稼働条件でタービン翼を使用していても、一部の翼の寿命が短くなることによって寿命が残っている他の翼も同時に廃棄しなければならない場合もあり、無駄が生じてしまう。タービン翼は１枚当たり数百万円もする極めて高価なものであることから、同種タービン翼間での個体差をなくして使用することが望まれる。

本発明はかかる要望に応えるもので、被検査体の複数の内部流路の流路抵抗に関与するデータが不明あるいは同データが変化する可能性がある条件下において、被検査体を破壊することなく該被検査体の内部流路毎の流量配分比率を測定する方法並びに装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、該内部流路毎の流量配分比率を利用することにより、被検査体を破壊することなく該被検査体間の個体差を判別する方法並びに装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の流量配分比率測定方法は、単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における前記内部流路毎の流体の流量配分比率を非破壊で求める方法において、前記各流路毎に、流量を段階的に変化させた流体を流し、そのときの流量の変化に伴う前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差の変化を計測し、該流量と前記圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求め、該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求めるようにしている。

したがって、この流路毎の流量配分比率の測定方法によると、被検査体の内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径等の明らかにされていない設計事項があっても、あるいは設計通り製造されていない構造であっても、これらを含めた流路の特性係数として求め、この流路の特性係数の比として流量配分比率を求めることができる。そして、この流量配分比率を求めることにより、同じ構造（同種）の被検査体間における個体差を判別することができる。

また、請求項２記載の被検査体間の個体差判別方法は、請求項１記載の流量配分比率測定方法によって求められた前記流量配分比率の差異から同種の被検査体の個体差を判別するようにしている。したがって、この個体差判別方法によると、前記内部流路の特性係数により表される流路毎の流量配分比率を用いて個体差の判別を行うため、該特性係数に影響を与える流路の摩擦すなわち流路壁面の仕上げ状況、流路の長さや形状、流路の径のいずれに係る個体差であっても判別することが可能となる。

さらにまた、請求項３記載の発明は、単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における個体差を非破壊で求める方法において、前記各流路毎に、流量を段階的に変化させた流体を流し、そのときの流量の変化に伴う前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差の変化を計測し、該流量と前記圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求め、該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める工程と、全ての前記内部流路に加熱流体又は冷却流体を同時に流し、前記被検査体の表面に表れる温度変化を計測して表面温度の分布を求める工程と、前記表面温度分布と前記流量配分比率との双方を判断基準として同種被検査体間における個体差の判別を行うようにしている。この場合には、前記流量配分比率の差異による個体差の判別に加え、該表面温度分布計測を行うことにより、前記流量配分比率の差違から分かる個体差（若しくは異常）の有無だけでなく、該表面温度分布から異常箇所の絞り込みあるいは特定及び異常事象の絞り込みあるいは特定をすることが可能となる。また、該流量配分比率が同じでも、流体の流れ方や伝熱などに起因する表面温度分布の差異から、より厳密な個体差を判別することも可能である。

請求項４記載の流量配分比率測定装置は、単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における前記内部流路毎の流体の流量配分比率を非破壊で求める装置において、前記複数の内部流路のうちの特定の流路にのみ流体を流すように制御する流路入口カバーと、該流体を前記内部流路へ供給する圧縮機と、前記内部流路へ供給する前記流体の流量を調整する流量調整弁と、該流量の変化に伴う前記流路入口の流体の圧力の変化を計測する圧力計と、該流量と前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求めて該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める処理装置とを有するようにしている。

したがって、この流路毎の流量配分比率の測定装置によると、被検査体の内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径等の明らかにされていない設計事項があっても、あるいは設計通り製造されていない構造であっても、これらを含めた流路の特性係数として求め、この流路の特性係数の比として流量配分比率を求めることができる。そして、この流量配分比率を求めることにより、同じ構造（同種）の被検査体間における個体差を判別することができる。

また、請求項５記載の被検査体間の個体差判別装置は、単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における個体差を非破壊で求める装置において、前記複数の内部流路のうちの特定の流路にのみ流体を流すように制御する流路入口カバーと、該流体を前記内部流路へ供給する圧縮機と、前記内部流路へ供給する前記流体の流量を調整する流量調整弁と、該流量の変化に伴う前記流路入口の流体の圧力の変化を計測する圧力計と、該流量と前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求めて該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める処理装置と、該流量配分比率の差異から同種の被検査体の個体差を判別する処理装置とを有するようにしている。したがって、この個体差判別装置によると、前記内部流路の特性係数により表される流路毎の流量配分比率を用いて個体差の判別を行うため、該特性係数に影響を与える流路の摩擦すなわち流路壁面の仕上げ状況、流路の長さや形状、流路の径のいずれに係る個体差であっても判別することが可能となる。

さらにまた、請求項６記載の発明は、単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における個体差を非破壊で求める装置において、前記複数の内部流路のうちの特定の流路にのみ流体を流すように制御する流路入口カバーと、該流体を前記内部流路へ供給する圧縮機と、前記内部流路へ供給する前記流体の流量を調整する流量調整弁と、該流量の変化に伴う前記流路入口の流体の圧力の変化を計測する圧力計と、該流量と前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求めて該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める処理装置と、該流量配分比率の差異から同種の被検査体の個体差を判別する処理装置と、前記流体を加熱又は冷却する加熱器又は冷却器と、前記被検査体の表面に表れる温度変化を計測して表面温度の分布を計測する温度計測装置と、該表面温度分布と前記流量配分比率との双方を判断基準として同種被検査体間における個体差の判別を行う処理装置とを有するようにしている。この場合には、前記流量配分比率の差異による個体差の判別に加え、該表面温度分布計測を行うことにより、前記流量配分比率の差違から分かる個体差（若しくは異常）の有無だけでなく、該表面温度分布から異常箇所の絞り込みあるいは特定及び異常事象の絞り込みあるいは特定をすることが可能となる。また、該流量配分比率が同じでも、流体の流れ方や伝熱などに起因する表面温度分布の差異から、より厳密な個体差を判別することも可能である。

以上説明したように、請求項１記載の流路毎の流量配分比率の測定方法によれば、被検査体の内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径等の明らかにされていない設計事項があっても、あるいは設計通り製造されていない構造であっても、これらを含めた流路の特性係数として求め、この流路の特性係数の比として流量配分比率を求めることができる。

また、請求項２記載の被検査体間の個体差判別方法によれば、前記内部流路の特性係数により表される流路毎の流量配分比率を用いて個体差の判別を行うので、該特性係数に影響を与える流路の摩擦すなわち流路壁面の仕上げ状況、流路の長さや形状、流路の径のいずれに係る個体差であっても判別することが可能となり、被検査体の内部構造に係る多種多様な異常事象を検知可能なより精度の高い検査が可能となる。

さらにまた、請求項３記載の個体差判別方法によれば、前記流量配分比率の差異による個体差の判別と表面温度分布を用いた個体差の判別を行うので、前記流量配分比率の差違から分かる個体差（若しくは異常）の有無だけでなく、該表面温度分布から異常箇所の絞り込みあるいは特定及び異常事象の絞り込みあるいは特定をすることが可能である。また、該流量配分比率が同じでも、流体の流れ方や伝熱などに起因する表面温度分布の差異から、より厳密な個体差を判別することも可能である。

請求項４記載の流路毎の流量配分比率の測定装置によれば、被検査体の内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径等の明らかにされていない設計事項があっても、あるいは設計通り製造されていない構造であっても、これらを含めた流路の特性係数として求め、この流路の特性係数の比として流量配分比率を求めることができる。

また、請求項５記載の被検査体間の個体差判別装置によれば、前記内部流路の特性係数により表される流路毎の流量配分比率を用いて個体差の判別を行うので、該特性係数に影響を与える流路の摩擦すなわち流路壁面の仕上げ状況、流路の長さや形状、流路の径のいずれに係る個体差であっても判別することが可能となり、被検査体の内部構造に係る多種多様な異常事象を検知可能なより精度の高い検査が可能となる。

さらにまた、請求項６記載の個体差判別装置によれば、被検査体の表面温度分布と前記流量配分比率との双方を判断基準として同種被検査体間における個体差の判別を行うので、前記流量配分比率の差違から分かる個体差（若しくは異常）の有無だけでなく、該表面温度分布から異常箇所の絞り込みあるいは特定及び異常事象の絞り込みあるいは特定をすることが可能である。また、該流量配分比率が同じでも、流体の流れ方や伝熱などに起因する表面温度分布の差異から、より厳密な個体差を判別することも可能である。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明の被検査体内部流路毎の流量配分比率測定方法及びそれを利用した被検査体間の個体差判別方法並びに装置の実施形態の一例を示す。なお、本実施形態では、複数の流路及び流路出口を有する被検査体として、ガスタービン翼８を例に挙げている。

被検査体の内部流路毎の流量配分比率測定装置は、被検査体であるガスタービン翼８内の複数の内部流路のうちの特定の流路にのみ流体を流すように制御する流路入口カバー７と、該流体を前記内部流路へ供給する圧縮機１と、前記内部流路へ供給する前記流体の流量を調整する流量調整弁３と、該流量の変化に伴う前記流路入口の流体の圧力の変化を計測する圧力計５と、該流量と前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求めて該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める処理装置（図示省略）とを備えている。また、被検査体間の個体差判別装置の構成としては、前記流量配分比率測定装置の構成に加え、測定された流量配分比率の差異から同種の被検査体の個体差を判別する処理装置（図示省略）を備えている。

図３に、前記ガスタービン翼８の縦断面図を示す。該ガスタービン翼８は、例えば、下端部に３つの流路入口２１ａ、２２ａ、２３ａと、それぞれの流路入口から続く流路２１、２２、２３と、上端部に３つの流路出口２１ｂ、２２ｂ、２３ｂを有する。また、該ガスタービン翼８の下端部には、該ガスタービン翼８をガスタービンに固定するためのフリンジ２４が設けられている。

前記流路入口カバー７は、計測の際に使用する流体を透過させず、また、供給する流体の温度に対して変形や変質を生じない材質が適当である。例えば、テフロン（登録商標）の使用が好ましい。

また、前記流路入口カバー７は、前記ガスタービン翼８の下端部に当てたときに、前記３つの流路入口２１ａ、２２ａ、２３ａ部分のうちの特定の流路入口（２１ａ、２２ａ、２３ａ）部分は開口され、その他の流路入口（２１ａ、２２ａ、２３ａ）部分は遮蔽されているものが必要である。具体的には、該３つの流路入口２１ａ、２２ａ、２３ａそれぞれについて、１つの流路入口（２１ａ、２２ａ、２３ａ）部分のみが開口され、その他の流路入口（２１ａ、２２ａ、２３ａ）部分は遮蔽されている３種類の入口カバー７が必要である。さらに、本実施形態では、該３つの流路入口２１ａ、２２ａ、２３ａ部分全てが開口している入口カバー７も準備した。

ここで、被検査体の内部流路に供給する流体は気体であっても液体であっても構わない。被検査体の種類その他の計測条件により適宜選択することが可能である。従って、前記圧縮機１は、被検査体の種類その他の計測条件により気体若しくは液体を供給可能なものを選択する。本実施形態では、空気を供給する圧縮機を用いている。

前記流量調整弁３は、前記圧縮機１から前記ガスタービン翼８へ供給される空気の流量を調整する。

また、本実施形態では、前記ガスタービン翼８に供給される流量を一定に保つため、前記圧縮機１と前記流量調整弁３との間にリザーバータンク９を設けている。

前記圧縮機１、前記リザーバータンク９、前記流量調整弁３及びヘッダ４は管路２で接続され、該管路２は、前記ガスタービン翼８の３つの流路それぞれに対して流体を供給するように該ヘッダ４から３本に分岐している。なお、該ヘッダ４から分岐する管路２の本数（３本）は、本実施形態の前記ガスタービン翼８の流路入口２１ａ、２２ａ、２３ａの箇所数に合わせたものである。すなわち、該分岐する管路の本数は被検査体の有する流路入口の箇所数によって変わるものであり、３本に限られるものではない。

被検査体固定部６は、前記流路入口カバー７を所定の位置に固定し、該流路入口カバー７の上に前記ガスタービン翼８を、該ガスタービン翼８のフリンジ２４を留め具で挟むことにより固定している。なお、被検査体を該被検査体固定部６に固定する方法はこれに限られるものではなく、例えば被検査体がフリンジ２４を有さない場合であっても、被検査体の流路入口及び流路出口を塞ぐことがない固定方法であれば良い。

前記圧力計５は、前記ガスタービン翼８に供給される流体の圧力を計測する。なお、図示は省略しているが、該圧力計５は、前記ヘッダ４から分岐した管路２毎それぞれに設置されている。

以下に、図４に示すフローチャートに基づいて流路毎の流量配分比率の測定方法について説明する。

まず、流路２１の特性係数は、該流路２１にのみ流体を流すことにより求める。そのため、ガスタービン翼８の下端部に当てたときに、流路入口２１ａ部分は開口され、流路入口２２ａ及び流路入口２３ａ部分は遮蔽されている流路入口カバー７を被検査体固定部６に設置し、その上にガスタービン翼８を固定する。

その状態で、圧縮機１により空気を供給し、所定の流量がガスタービン翼８内に流入するように流量調整弁３により流量を調整する。なお、流路入口２１ａからガスタービン翼８内に流入した空気は、流路２１を通過して流路出口２１ｂから大気中へ放出される。

流量が安定した状態で、圧力計５により該流路２１に供給される空気の圧力を計測する（Ｓ１−１）。

同様に、該流量調整弁３を調整することにより該流路２１に供給する空気の流量を段階的に変化させ、該空気流量を変化させた状態毎に該流路２１に供給される空気の圧力を計測する（Ｓ１−１）。

次に、流路２２についても、流路入口２２ａ部分のみが開口された流路入口カバー７を用い、該流路２２に供給する空気の流量を段階的に変化させた状態毎に流路２２に供給される空気の圧力を計測する（Ｓ１−２）。

さらに、流路２３についても同様の計測を行う（Ｓ１−３）。

ここで、一般に、流路入口における流体の圧力と流路出口における流体の圧力の差である流路の圧力損失ΔＰ［Pa］は、流路の長さＬ［m］、流路の等価直径Ｄ［m］、流路と流体との摩擦係数ｆ［-］、流体の密度ρ［kg/m³］、流体の流速ｕ［m/s］を用いて次式により表される。
ΔＰ＝ｆ×（Ｌ／Ｄ）×（１／２）×ρ×ｕ² （数式１）

また、単位時間あたりの流量Ｑ［m³/s］は、次式により表される。
Ｑ＝π×（Ｄ／２）²×ｕ（数式２）
数式２より、流速ｕ［m/s］は次式のようになる。
ｕ＝Ｑ／π×（２／Ｄ）² （数式３）

したがって、数式１の流速ｕ［m/s］に数式３を代入することにより次式が得られる。
ΔＰ＝ｆ×（Ｌ／Ｄ）×（１／２）×ρ×Ｑ²／π²×（２／Ｄ）⁴
＝ｆ×８／π²×Ｌ／Ｄ⁵×ρ×Ｑ² （数式４）

ゆえに、流路の特性係数Ｃを、流路と流体との摩擦係数ｆ［-］、流路の長さＬ［m］、流路の等価直径Ｄ［m］、流体の密度ρ［kg/m³］により決定される流路の特性を表す係数として、
Ｃ＝ｆ×８／π²×Ｌ／Ｄ⁵×ρ （数式５）
とすることにより、数式４から、流路の圧力損失ΔＰ［Pa］は次式のように表すことができる。
ΔＰ＝Ｃ×Ｑ² （数式５）

すなわち、数式５より、流路の圧力損失ΔＰ［Pa］は、流路の特性係数Ｃを係数として流量Ｑ［m³/s］の２乗に比例するものとして表すことができる。

以上より、前記により収集された、ガスタービン翼８内の流路それぞれについての、段階的に変化させた空気流量Ｑ［m³/s］のデータと該空気流量Ｑ［m³/s］毎の該流路に供給される空気の圧力のデータ、並びに、数式５により表される流路の圧力損失ΔＰ［Pa］と特性係数Ｃ及び流量Ｑ［m³/s］の関係式を用い、該流路それぞれの特性係数Ｃを求めることができる。

例えば、流路２１の特性係数Ｃ₂₁（下付文字は流路の符号を表す）を求める場合には、まず、該流路２１に供給される空気の圧力（流路入口２１ａにおける空気の圧力）が前記の通り圧力計５により計測され、また、該空気は流路出口２１ｂから大気中へ放出されるので該流路出口２１ｂにおける空気の圧力は大気圧となるので、圧力計５により計測された圧力と大気圧の差をとることによって、該流路２１の圧力損失ΔＰ［Pa］を求めることができる。

すなわち、段階的に変化させた空気流量Ｑ［m³/s］と、該空気流量Ｑ［m³/s］それぞれに対応する流路の圧力損失ΔＰ［Pa］とがペアになっている複数組のデータが整理される（Ｓ２）。

ここで、数式５より、流路の圧力損失ΔＰ［Pa］は、流路の特性係数Ｃを係数として流量Ｑ［m³/s］の２乗に比例するので、流量Ｑ［m³/s］と圧力損失ΔＰ［Pa］の複数組のデータは、流量Ｑ［m³/s］を横軸、圧力損失ΔＰ［Pa］を縦軸とした座標軸上において原点を通る２次放物線となるはずである。すなわち、流量Ｑ［m³/s］と圧力損失ΔＰ［Pa］の複数組のデータを用い、最も誤差が少なくなるように、例えば最小二乗法により原点を通る２次放物線を推定した場合の流量Ｑ［m³/s］の２乗の係数として、流路の特性係数Ｃ₂₁を求めることができる（Ｓ３）。

流路２２及び流路２３についても同様にして、流路の特性係数Ｃ₂₂及びＣ₂₃を求めることができる（Ｓ３）。

次に、本実施形態のガスタービン翼８について、数式５から、流路毎に以下の関係が成り立つ（下付文字は流路の符号を表す）。
ΔＰ₂₁＝Ｃ₂₁×Ｑ₂₁ ² （数式６−１）
ΔＰ₂₂＝Ｃ₂₂×Ｑ₂₂ ² （数式６−２）
ΔＰ₂₃＝Ｃ₂₃×Ｑ₂₃ ² （数式６−３）

すなわち、流路毎の流量の比は、以下の式により表される。
Ｑ₂₁：Ｑ₂₂：Ｑ₂₃＝√(ΔＰ₂₁／Ｃ₂₁)：√(ΔＰ₂₂／Ｃ₂₂)：√(ΔＰ₂₃／Ｃ₂₃) （数式７）

ここで、流路の特性係数を求める際には、特定の流路にのみ流体を流入させるようにするため、該特定の流路以外の流路入口を遮蔽したが、実機状態では、ガスタービン翼のいずれの流路入口も遮蔽されることなく、単一の管路から全ての該流路入口に冷却空気が供給される。また、該冷却空気は該ガスタービン翼内の流路を通過して該流路毎の出口から大気中へ放出される。したがって、実機状態では、いずれの該流路入口における該冷却空気の圧力も、単一の管路から該流路入口に供給される冷却空気の圧力で同一となり、かつ、いずれの流路出口における該冷却空気の圧力も大気圧で同一となる。すなわち、流路入口における流体の圧力と流路出口における流体の圧力の差である流路の圧力損失ΔＰ［Pa］はいずれの流路についても同一であり、ΔＰ₂₁＝ΔＰ₂₂＝ΔＰ₂₃となっている。

したがって、前記数式７は以下の通りとなり、流路毎の流量比は、前記流路の特性係数Ｃの逆数の平方根で表すことができる。
Ｑ₂₁：Ｑ₂₂：Ｑ₂₃＝√(１／Ｃ₂₁)：√(１／Ｃ₂₂)：√(１／Ｃ₂₃) （数式８）

ゆえに、流路毎の流量配分比率ｑ［％］は以下の通りとなり、前記流路の特性係数Ｃを用いて流量配分比率を求めることができる（Ｓ４）。
ｑ₂₁(％)＝√(１／Ｃ₂₁)／{√(１／Ｃ₂₁)＋√(１／Ｃ₂₂)＋√(１／Ｃ₂₃)}×１００（数式９−１）
ｑ₂₂(％)＝√(１／Ｃ₂₂)／{√(１／Ｃ₂₁)＋√(１／Ｃ₂₂)＋√(１／Ｃ₂₃)}×１００（数式９−２）
ｑ₂₃(％)＝√(１／Ｃ₂₃)／{√(１／Ｃ₂₁)＋√(１／Ｃ₂₂)＋√(１／Ｃ₂₃)}×１００（数式９−３）

前記処理装置は、前記数式５から数式９を用い、上述の流路毎の流量配分比率の計算（Ｓ３、Ｓ４）を行う。

ところで、同種のガスタービン翼であれば、数式９により表される流量配分比率ｑは、流路毎にいずれのガスタービン翼であっても一定となっているはずである。したがって、複数の同種のガスタービン翼それぞれについて流量配分比率を求め、該流量配分比率を比較し（Ｓ５）、あるガスタービン翼の流量配分比率が他のガスタービン翼の流量配分比率と比べて差違がある場合には（Ｓ６；Ｙｅｓ）、該ガスタービン翼は個体差もしくは異常があると判断する（Ｓ７−１）ことが可能である。

例えば、同じ段（同種）のガスタービン翼の全てについて流量配分比率を求め、該ガスタービン翼毎の流量配分比率を用い、母平均の区間推定や分散分析などにより母集団である同種のガスタービン翼群に対する特定のガスタービン翼の個体差の有無を判別することにより、該ガスタービン翼内の流路に異常があると判断することができる。

前記処理装置は、例えば母平均の区間推定や分散分析等の統計的手法を用い、上述のガスタービン翼の個体差もしくは異常の有無の判断（Ｓ５〜Ｓ７）を行う。なお、前記母平均の区間推定による個体差もしくは異常の有無の判断は、例えば、前記ガスタービン翼ごとの流量配分比率の母平均の区間推定を行い、該母平均の区間から外れるガスタービン翼は個体差もしくは異常があると判断する等により行う。

したがって、例えば、新たに製造した同種のガスタービン翼群について、ガスタービン翼毎の流量配分比率を比較して個体差（若しくは異常）の有無を判別することにより、ガスタービン翼の製造時の品質チェックを行うことができる。また、同じ段に取り付けるガスタービン翼の流量配分比率を揃えることにより、個体差をなくし、同じ段のガスタービン翼に対して、冷却空気配分に起因する寿命のばらつきを抑えることができる。

さらに、すでに使用中の同種のガスタービン翼群について、ガスタービン翼毎の流量配分比率を比較して個体差（若しくは異常）の有無を判別することにより、ガスタービン翼の使用に伴う劣化のチェックを行うことができる。

さらにまた、使用開始前のガスタービン翼の流量配分比率を計測しておいて、該使用開始前流量配分比率と一定期間使用した後の流量配分比率を比較して変化の有無を検証することにより、ガスタービン翼の使用に伴う異常の発生の有無をチェックすることができる。即ち、使用前後の流量配分比率を比較することにより、ガスタービン翼の定期点検を行うこともできる。

続いて、図２に、加熱流体又は冷却流体を被検査体に供給し、前記被検査体に表れる表面温度の分布を計測し、該表面温度分布と前記流量配分比率を用いて個体差を判別する方法並びに装置の実施形態の一例を示す。

前記図２に示す個体差判別装置は、図１に示した個体差判別装置の構成に加え、圧縮機１とヘッダ４の間に流体を加熱又は冷却する加熱器又は冷却器と、前記被検査体の表面温度分布を計測する温度計測装置を設けている。

前記流体を加熱又は冷却する加熱器又は冷却器は、本実施形態では、空気加熱器１１を用いている。該空気加熱器１１は、例えば電気ヒーターのような加熱器を用いることが可能である。また、前記圧縮機１から供給される空気を摂氏数百度のオーダーまで加熱可能なものが適当である。更に本実施形態では、該空気加熱器１１を前記流量調整弁３と前記ヘッダ４の間に設けている。

なお、前記空気加熱器１１により加熱された空気温度を一定に保つため、前記空気加熱器１１から前記被検査体固定部６の間の管路２は断熱材により覆われている。

また、前記被検査体の表面温度分布を計測する温度計測装置は、例えば前記被検査体の温度分布をサーモグラフ等として画像化可能なものが適当である。本実施形態では、計測結果を表示するモニターを有する赤外線温度計１３を用いている。

以下に、被検査体の表面温度分布と前記流量配分比率を用いて個体差を判別する方法について説明する。

まず、ガスタービン翼８の表面温度分布（の変化）を計測するために、該ガスタービン翼８内に流す空気の流量及び温度を設定する。本実施形態では、常温（摂氏20度程度）状態からの表面温度分布状態の変化の分かり易さ等を考慮して、摂氏110度かつ流量10［Nm³/h］の空気を供給することとした。

次に、前記方法により求めた流路毎の流量配分比率と、ガスタービン翼８に供給する前記空気流量（10［Nm³/h］）とから、流路毎の空気流量を計算する。次に、該流路毎空気流量と供給する空気温度（摂氏110度）に基づいて、該加熱空気を所定時間（例えば10分程度）、常温（摂氏20度程度）状態のガスタービン翼８内に流したときの表面温度分布の（変化の）傾向を予測する。

ここで、ガスタービン翼８の表面温度分布状態を赤外線温度計１３により正確に計測するため、本実施形態では、表面全体を黒色塗料により塗装している。なお、該処理は表面の放射率を一定にするためであり、黒色には限られない。

次に、ガスタービン翼８を被検査体固定部６に固定する。ここで、表面温度分布計測においては全ての流路に同時に流体を流すため、全ての流路入口部分が開口している流路入口カバー７を用いる。なお、流路入口カバー７の代わりに流路入口カバー７の外縁部と同じ形状のガスケットを用いるか、流路入口カバー７を用いずにガスタービン翼８を直接被検査体固定部６に固定しても良い。

前記空気流量（10［Nm³/h］）及び温度（摂氏110度）となるように、流量調整弁３により流量を調整し、温度計１２により空気温度を計測しながら空気加熱器１１により温度を調整し、ガスタービン翼８内に加熱空気を流入させる。

所定時間（例えば10分程度）経過後、赤外線温度計１３によりガスタービン翼８の表面温度分布を計測して、前記表面温度分布傾向の予測と比較し、計測値と予測値との相違を検証することにより、該ガスタービン翼８の個体差の判別を行う。

具体的には例えば、表面温度分布傾向の予測値と計測値との比較により、予測と異なる温度分布の状況から、ガスタービン翼内の流路の製造ミスを発見することが可能である。

また、前記流量配分比率を用いて個体差があると判別されたガスタービン翼８の表面温度分布の計測結果と、個体差はなく平均的であると判別されたガスタービン翼８の表面温度分布の計測結果との比較を行うことにより、流量配分比率から分かる個体差（若しくは異常）の有無だけでなく、該表面温度分布の比較から異常箇所の絞り込みあるいは特定及び異常事象（例えば、流路の詰まり、流路形状の異常など）の絞り込みあるいは特定をすることが可能である。

さらに、表面温度分布からホットスポットやコールドスポットが発見された場合には、亀裂などの損傷が発生する前に対策をとることが可能となる。また、稼働中の部品の点検時に亀裂等の発見にも使うことが可能である。

また、同種のガスタービン翼群について、ガスタービン翼毎の表面温度分布状況を比較して個体差を判別することにより、製造時品質チェックや使用に伴う劣化のチェックを行うことも可能である。

ここで、上述の表面温度分布の検証やチェックは、例えばサーモグラフとして表現された温度分布を検査員が見比べて経験に基づいて行っても良いし、表面温度分布画像（サーモグラフ）の電子データを既存の画像処理技術を用いて比較して行っても良い。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、複数の流路及び流路出口を有する被検査体としてガスタービン翼を採用しているが、これに限られず、複数の流路及び流路出口を有する被検査体に対して適用することが可能である。

また、本実施形態では、被検査体の内部流路に空気を供給しているが、これに限られず、その他の気体若しくは液体であっても構わない。被検査体の種類その他の計測条件により適宜選択することが可能である。

更に、本実施形態では、流量Ｑ［m³/s］と圧力損失ΔＰ［Pa］の複数組のデータから、最小二乗法により原点を通る２次放物線を推定することにより流路の特性係数を求めたが、圧力損失ΔＰ［Pa］を流量Ｑ［m³/s］の２乗で除したものの平均値として求めることも可能である。また、流量Ｑ［m³/s］と圧力損失ΔＰ［Pa］のデータが１組だけであっても、圧力損失ΔＰ［Pa］を流量Ｑ［m³/s］の２乗で除したものとして流路の特性係数を求めることも可能である。

以下に、実際のガスタービン翼を用いた流量配分比率の計算結果について説明する。

図５は、３つの流路を有するガスタービン翼を用い、該流路別に、供給する空気流量を段階的に変化させたときの流路の圧力損失を計測し、横軸を空気流量、縦軸を圧力損失（差圧）とする座標軸上に計測結果をプロットしたものである。本実施例では、該流路に供給する空気流量を、3［Nm³/h］から10［Nm³/h］まで1［Nm³/h］ピッチで変化させ、各空気流量に対する流路の圧力損失を計測した。

前記計測データを用い、偏差を最小とする原点を通る２次放物線を推定することによって、流路の特性係数として、Ｃ₂₁＝0.335、Ｃ₂₂＝0.263、Ｃ₂₃＝0.0984を得た。

上記特性係数の値と、数式９−１から９−３とにより、流量配分比は、ｑ₂₁＝25.2［％］、ｑ₂₂＝28.4［％］、ｑ₂₃＝46.4［％］となった。

また、図６は実施例のガスタービン翼背側の表面温度分布計測結果（赤外線温度計により取得した温度分布画像）を線図化し濃淡を付けたもの（灰色が濃い部分ほど表面温度が高い）である。この結果から、ガスタービン翼一番下の後縁からの噴出し孔部分周辺（図６中の点線丸部分）の温度が低く、かつ温度勾配も大きくなっており、該部分に亀裂が生じていることが分かる。なお、該表面温度分布計測の条件はいずれも、空気流量が10［Nm³/h］、流路入口における空気温度は摂氏110度とした。

本発明の個体差判別方法並びに装置の実施形態の一例を示す構成図である。本発明の個体差判別方法並びに装置の実施形態の一例であって、被検査体の表面温度分布の計測を合わせて行う場合を示す構成図である。実施形態のガスタービン翼の縦断面図である。流路毎の流量配分比率の測定方法のフローチャートである。実施例の流量と圧力損失（差圧）の計測結果のグラフである。実施例のガスタービン翼背側の表面温度分布計測結果の線図であって、内部に亀裂がある場合である。従来のガスタービン翼の冷却穴の目詰まり検知装置の概略構成例を示す図である。

符号の説明

１圧縮機
２管路
３流量調整弁
４ヘッダ
５圧力計
６被検査体固定部
７流路入口カバー
８ガスタービン翼
９リザーバータンク
１１空気加熱器
１２温度計
１３赤外線温度計
２１、２２、２３流路
２４フリンジ
３０静翼
３１外側シュラウド
３２内側シュラウド
３７冷却穴
５０赤外線映像装置
６０加熱装置
７０噴出装置
８０媒体

Claims

単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における前記内部流路毎の流体の流量配分比率を非破壊で求める方法において、前記各流路毎に、流量を段階的に変化させた流体を流し、そのときの流量の変化に伴う前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差の変化を計測し、該流量と前記圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求め、該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求めることを特徴とする流量配分比率測定方法。
請求項１記載の流量配分比率測定方法によって求められた前記流量配分比率の差異から同種の被検査体の個体差を判別するものである被検査体間の個体差判別方法。
単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における個体差を非破壊で求める方法において、前記各流路毎に、流量を段階的に変化させた流体を流し、そのときの流量の変化に伴う前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差の変化を計測し、該流量と前記圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求め、該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める工程と、全ての前記内部流路に加熱流体又は冷却流体を同時に流し、前記被検査体の表面に表れる温度変化を計測して表面温度の分布を求める工程と、前記表面温度分布と前記流量配分比率との双方を判断基準として同種被検査体間における個体差の判別を行うことを特徴とする被検査体間の個体差判別方法。
単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における前記内部流路毎の流体の流量配分比率を非破壊で求める装置において、前記複数の内部流路のうちの特定の流路にのみ流体を流すように制御する流路入口カバーと、該流体を前記内部流路へ供給する圧縮機と、前記内部流路へ供給する前記流体の流量を調整する流量調整弁と、該流量の変化に伴う前記流路入口の流体の圧力の変化を計測する圧力計と、該流量と前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求めて該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める処理装置とを有する流量配分比率測定装置。
単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における個体差を非破壊で求める装置において、前記複数の内部流路のうちの特定の流路にのみ流体を流すように制御する流路入口カバーと、該流体を前記内部流路へ供給する圧縮機と、前記内部流路へ供給する前記流体の流量を調整する流量調整弁と、該流量の変化に伴う前記流路入口の流体の圧力の変化を計測する圧力計と、該流量と前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求めて該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める処理装置と、該流量配分比率の差異から同種の被検査体の個体差を判別する処理装置とを有する被検査体間の個体差判別装置。
単一の流路入口から供給された流体を分流させて流し各々流路出口から流出させる複数の内部流路を有する被検査体における個体差を非破壊で求める装置において、前記複数の内部流路のうちの特定の流路にのみ流体を流すように制御する流路入口カバーと、該流体を前記内部流路へ供給する圧縮機と、前記内部流路へ供給する前記流体の流量を調整する流量調整弁と、該流量の変化に伴う前記流路入口の流体の圧力の変化を計測する圧力計と、該流量と前記流路入口と前記流路出口の流体の圧力差との関係から前記各内部流路の摩擦係数、流路長さ、流路の等価直径により決定される前記内部流路の特性係数を求めて該特性係数の比により流路毎の流量配分比率を求める処理装置と、該流量配分比率の差異から同種の被検査体の個体差を判別する処理装置と、前記流体を加熱又は冷却する加熱器又は冷却器と、前記被検査体の表面に表れる温度変化を計測して表面温度の分布を計測する温度計測装置と、該表面温度分布と前記流量配分比率との双方を判断基準として同種被検査体間における個体差の判別を行う処理装置とを有する被検査体間の個体差判別装置。