JP2009145185A - クリープ寿命評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クリープ寿命及び余寿命評価方法は、クリープ寿命に係るマスターカーブの基本形を決定する基本形決定ステップS100と、マスターカーブの基本形に基づいて、評価対象とするボイラ伝熱管のマスターカーブを決定するマスターカーブ決定ステップS200と、決定したマスターカーブを用いてクリープ寿命及び余寿命を判定する寿命判定ステップS300とからなる。
【選択図】図1
Description
クリープボイドの発生度合いを示すボイドパラメータの時間変化を表す関数であるマスターカーブの種類を決定する第1ステップと、
前記金属製部材について前記ボイドパラメータの時系列データを測定し、当該時系列データと、前記第1ステップで決定したマスターカーブの種類とに基づいて、前記金属製部材についての前記マスターカーブを求める第2ステップと、
前記第2ステップで求められたマスターカーブに基づいて、前記金属製部材のクリープ寿命を求める第3ステップと、を備えることを特徴とする(第1の発明)。
本実施形態に係るクリープ寿命及び余寿命評価方法は、高温下で荷重が作用する金属製部材について、クリープが生じてから破断するまでの時間であるクリープ寿命と、評価時点からクリープ寿命までの時間(以下、余寿命という)との評価に適用するものである。なお、本実施形態では、特に火力発電所で使用されるボイラ伝熱管のクリープ寿命及び余寿命を評価する場合について説明する。
図2に示すように、基本形決定ステップS100では、具体的に、金属試料の選定(S102)、粗粒化処理(S104)、熱電対の設置(S106)、データ取得(S108)、金属試料の寿命導出(S110)を行うことによりマスターカーブの基本形を決定する(S112)。
ここで、fは各関数の近似式、nは時系列データの個数を示す。
図8に示すように、マスターカーブ決定ステップS200では、評価対象とするボイラ伝熱管のボイドパラメータの時系列データの測定(S202)を行うことにより、ボイドパラメータ等に基づくマスターカーブの導出(S204)を行う。
f(x)=ax2+bx+c ・・・(3)
3つの時点(t0、t1、t2)と各時点に対応するMパラメータ(0、MB1、MB2)を次式(4)〜(6)のように代入し、
0=at0 2+bt0+c ・・・(4)
MB1=at1 2+bt1+c ・・・(5)
MB2=at2 2+bt2+c ・・・(6)
a、b、cを未知数として連立方程式を解く。
この時のa、b、cは、次式(7)により求めることができる。
そして、寿命判定ステップS300(図1参照)では、マスターカーブ決定ステップS200で決定したマスターカーブを用いてクリープ寿命及び余寿命を判定する。
tr=f−1(0.9) ・・・(9)
ただしtr>0、f−1はS200で決定したマスターカーブfの逆関数を示す。
trl=tr―ti ・・・(10)
図11に示すように、Mパラメータはクリープ寿命の前半から後半までその値が徐々に増加する傾向を示すのに対し、外径は寿命の末期で急激に増加する傾向を示す。すなわち、Mパラメータは、ステップS100でマスターカーブの基本形を、増加が緩やかである次数の低い多項式関数に決定することができることから、ステップS200でマスターカーブを少ない測定データ数で求めることができるので、クリープ寿命及び余寿命を求めるのに有利である。一方、外径は、寿命の末期で急激に増加する傾向を示すので、寿命末期を判定するのに有利である。
図12に示すように、交換補修時期の判定は、クリープ寿命及び余寿命に基づく判定S10と、外径に基づく判定S20とから構成される。
一方、外径又は拡径速度が、所定の基準値以上に達していない場合には、「交換補修時期でない」と判定する(S40)。
12 熱電対
S100 基本形決定ステップ
S102 金属試料の選定
S104 粗粒化処理
S106 熱電対の設置
S108 データ取得
S110 金属試料の寿命導出
S112 マスターカーブの基本形の決定
S200 マスターカーブ決定ステップ
S202 ボイドパラメータの時系列データの測定
S204 マスターカーブの導出
S300 寿命判定ステップ
Claims (9)
- 金属製部材のクリープ寿命を評価する方法であって、
クリープボイドの発生度合いを示すボイドパラメータの時間変化を表す関数であるマスターカーブの種類を決定する第1ステップと、
前記金属製部材について前記ボイドパラメータの時系列データを測定し、当該時系列データと、前記第1ステップで決定したマスターカーブの種類とに基づいて、前記金属製部材についての前記マスターカーブを求める第2ステップと、
前記第2ステップで求められたマスターカーブに基づいて、前記金属製部材のクリープ寿命を求める第3ステップと、を備えることを特徴とするクリープ寿命評価方法。 - 前記第1ステップでは、複数の種類の前記マスターカーブを予め設定し、
前記金属製部材と同種の金属について測定された前記ボイドパラメータの時系列データに基づき、前記マスターカーブの近似式を前記複数の種類について夫々求め、
前記求められた各種類のマスターカーブの近似式のうち、前記時系列データと最も適合する近似式の種類を、前記マスターカーブの種類として決定することを特徴とする請求項1に記載のクリープ寿命評価方法。 - 前記金属製部材と同種の金属について前記マスターカーブの種類が既知である場合には、前記第1ステップでは、当該既知であるマスターカーブの種類を、当該金属製部材についてのマスターカーブの種類として決定することを特徴とする請求項1に記載のクリープ寿命評価方法。
- 前記マスターカーブの種類として、クリープが生じる時間領域において単調増加する関数を用いることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のクリープ寿命評価方法。
- 前記関数として、多項式関数を用いることを特徴とする請求項4に記載のクリープ寿命評価方法。
- 前記金属製部材が粗粒化されてない場合に、前記第2ステップに先立って前記金属製部材を粗粒化するように加熱処理を行うことを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のクリープ寿命評価方法。
- 前記加熱処理では、前記金属製部材をA3変態点以上となるように加熱し、その後除冷することを特徴とする請求項6に記載のクリープ寿命評価方法。
- 前記ボイドパラメータとして、金属の各結晶粒界上に発生したクリープボイドの粒界占有率のうち最大の値である最大ボイド粒界占有率を用いることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載のクリープ寿命評価方法。
- 前記クリープ寿命の評価対象の金属製部材として、ボイラ伝熱管を適用することを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載のクリープ寿命評価方法。
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