JP2023542819A - 蒸気タービンロータの材料試験を行うためのフルスケールサンプリングのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンロータの材料試験を行うための実物大サンプリングを提供する。【解決手段】ブレード間領域ロータ表面と、ブレード間領域ロータ表面に隣接する入口領域ロータ表面とを有するレガシーの蒸気タービンロータのサンプル領域内にロータ材料の環状リングを形成し、環状リングの一部から材料試験サンプルを収集する。蒸気タービンロータは、その中に形成された溝を有し、溝は、蒸気タービンロータから材料を除去して、材料特性試験を実施することができる。レガシーの蒸気タービンロータと比較して拡大した熱応力で改良されたレガシーの蒸気タービンロータを操作することの少なくとも一方を可能にするように構成されたサンプルを形成できるように機械加工されている。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、蒸気タービン用ロータに関し、より具体的には、そのようなロータの熱エージングおよび熱疲労を評価するための材料試験を実施するための実物大サンプリングを可能にするレガシーのロータ構成の修正に関する。

蒸気タービンは、動的な蒸気の流路の領域外（outside the region of the live steam flow path）にある熱応力を緩和するための逃げ溝（relief groove）を有するスラストバランスピストン（thrust balance piston）を有するロータを含み得る。この逃げ溝は、ブレード流路を通る作動蒸気流の方向と反対側に軸方向に変位させる。

再生可能エネルギーの利用拡大に伴い、発電所と蒸気タービンのサイクルを増加させて電気ネットワークを運用する必要性が高まっている。頻繁な熱過渡現象にさらされる機会が増えると、冷間、温間、高温の始動時や、負荷遷移時、シャットダウン時に熱疲労亀裂が発生するリスクが高まるため、運用上の柔軟性要件（operational flexibility requirements）は蒸気タービンの寿命によって制限されることがある。さらに、複数の段（ステージ）またはタービン（例えば、高圧タービンと中圧タービン）を有する蒸気タービンでは、蒸気タービン／セクションのそれぞれにおける異なる熱条件によって、蒸気タービン／セクションのそれぞれのロータ部分の低サイクル疲労寿命が異なる。その結果、メンテナンススケジュールの要求が非同期となり、メンテナンス停止が増加する可能性がある。靭性（toughness：堅牢性、硬度）と延性（ductility）を向上させるロータ材料の選択によって、ロータ部分の低サイクル疲労寿命のバランスをとることは可能かもしれないが、ロータ材料の選択だけで目的を達成することには実用上の限界がある。これらの対策は、熱過渡現象がローターの低サイクル疲労寿命に与える潜在的な悪影響を克服するものではない。

その結果、蒸気タービンの寿命状態を監視する必要がある。一般に、理論的な評価は、最小限の材料特性に基づいて、実際の、しかし一般化された運転データで行われる。そのためには、高温部におけるローターの実際の機械的挙動を調査することが有益である。場合によっては、小規模な試験サンプリング法を用いて破壊外観遷移温度（ＦＡＴＴ：Fracture Appearance Transition Temperature）評価を実施することもある。しかし、このような方法では、サンプルサイズが小さいため、大きな誤差が生じることが多い。また、反応ドラム型ロータ（reaction drum type rotors）については、経年劣化した蒸気タービンロータのＦＡＴＴデータのデータベースは一般に公開されていない．これは、試験片を容易に除去できる材料がないためである。逆に、インパルスロータ型蒸気タービン（impulse rotor steam turbines）の場合、蒸気タービンのロータには、それぞれの段に圧力損失がないディスクが含まれているため、ディスクに穴を開け（バランスが取れていれば）、必要に応じてさらなる調査のためにサンプル材料を採取することが可能である。

したがって、クリープ破断特性（creep rupture properties）に対する熱エージング（thermal aging）の影響を評価するために、ロータのサンプリングを改善する必要がある。さらに、蒸気タービンロータ部分の低サイクル疲労寿命を改善し、蒸気タービンロータの異なる部分の低サイクル疲労寿命を調整し、ロータ部分の複数のメンテナンスサイクルを同期させる必要がある。

特許第４５９４９４８号公報

ブレード間領域ロータ表面と、ブレード間領域ロータ表面に隣接する入口領域ロータ表面とを有するレガシーの蒸気タービンロータ（legacy steam turbine rotor：受け継がれたスチームタービンロータ）の１つまたは複数の材料試験を実施するための材料試験サンプルを生成する方法である。この方法は、ブレード間領域ロータ表面（inter-blade region rotor surface）および入口領域ロータ表面（inlet region rotor surface）から選択されるサンプル領域においてロータ材料の環状リングを除去することを含み、環状リングを除去することにより、改良されたレガシーの蒸気タービンロータを作成し、環状リングの一部から材料テストサンプルを形成する。

レガシーの蒸気タービンロータから取り出した１つ以上の材料試験を行うための材料試験サンプルを取り出すためのシステムが提供される。レガシーの蒸気タービンロータは、ブレード間領域ロータ表面と、ブレード間領域ロータ表面に隣接する入口領域ロータ表面とを有する。システムは、レガシーの蒸気タービンロータからのロータ材料の環状リングのセグメント部分を含み、環状リングは、レガシーの蒸気タービンロータに形成された溝から機械加工され、溝は、環状リングの除去を可能にし、材料試験サンプルの形成を可能にするように機械加工されている。

改良された蒸気タービンロータは、ブレード間領域ロータ表面と、ブレード間領域ロータ表面に隣接する入口領域ロータ表面とを有するレガシーの蒸気タービンロータと、レガシーの蒸気タービンロータの入口領域ロータ表面又はブレード間領域ロータ表面のいずれかに形成された溝と、を含む。溝は、レガシーの蒸気タービンロータから材料を除去できるように加工され、材料特性試験を実施することと、材料特性試験の少なくとも一部に基づきレガシーの蒸気タービンロータと比較して拡大した熱応力で改良された蒸気タービンロータを運転することの少なくとも一方を可能にする。

追加の特徴および利点は、本開示の技術によって実現される。本開示の他の実施形態および態様は、本明細書で詳細に説明される。その利点およびその特徴を有する本開示をよりよく理解するために、本明細書および図面を参照する。

記載された実施形態は、添付の図面を参照しながら、非限定的な実施形態の以下の説明を読むことから、よりよく理解されるであろう。
本開示の一実施形態に係る高圧蒸気タービン内側ケーシングを含む高圧蒸気タービンロータを示す断面図である。 本開示の一実施形態による高圧蒸気タービンロータ及び中圧蒸気タービンロータの部分断面図である。 本開示の一実施形態によるデュアルフロー蒸気タービンロータの部分断面図である。 実施形態による、ブレード溝ＢＧ１の前方にブレード溝ＢＧ０を形成し、ブレード溝ＢＧ０を介してサンプルを取得する様子を示す蒸気タービンロータの一部の拡大断面図である。 実施形態による、蒸気タービンロータからのサンプルの取得に使用されるブレード溝ＢＧ０の位置を描いた蒸気タービンロータの一部の断面図である。 実施形態による、サンプル取得のためのブレード溝ＢＧ０の形成における初期ステップを示す蒸気タービンロータの一部の断面図である。 実施形態による、サンプル取得のためのブレード溝ＢＧ０の形成における追加のステップを示す、蒸気タービンロータの一部の断面図である。 実施形態による、サンプルの準備のためにブレード溝ＢＧ０から材料の環状リングを除去する様子を描いた蒸気タービンロータの一部の断面図である。 実施形態による、図４Ｄの環状リングの弧状セグメントの一部と、蒸気タービンロータから取り外した環状リングから取得した試験サンプルの断面図である。 実施形態による、タービン運転を容易にするフィラーを有するブレード溝ＢＧ０を示す蒸気タービンロータの一部の断面図である。 実施形態に係るサンプルの取得を説明する処理フローチャートである。

次に、本開示の例示的な実施形態が、図面を参照して説明され、ここで、同様の参照数字は、全体を通して同様の要素を参照するために使用される。以下の説明では、説明のために、本開示の徹底的な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、本開示は、これらの具体的な詳細なしに実施されてもよく、本明細書に開示される例示的な実施形態に限定されるものではない。

本明細書に記載されるような様々な実施形態は、蒸気タービンを採用する蒸気発生システムと共に、またその適用に適しているが、反応ドラム蒸気タービン（reaction drum steam turbine）は、図示の明確化のためにのみ選択され記載されている。つまたは複数のセクションを有する蒸気タービン、ドラム型タービン、およびインパルスタービンなどの他のタイプの蒸気タービン構造も、同様に適用可能である。

図１は、高圧蒸気タービンロータ１０の一例を示しており、この高圧蒸気タービンロータは、通常、内側ケーシング１１に収容される。高圧蒸気タービンロータ１０は、ブレード間領域ロータ表面１２と、入口領域ロータ表面１４と、ピストン領域ロータ表面１６（an inter-blade region rotor surface 12, an inlet region rotor surface 14, and a piston region rotor surface 16）とを含む。ブレード間領域ロータ表面１２は、軸方向に間隔を置いた回転ブレードの列（そのうちの１つが図４Ａに示されている）が高圧蒸気タービンロータ１０の周囲を周方向に延びる領域である。これらのブレードは、ブレード溝１３によって高圧蒸気タービンロータ１０に取り付けられている。第１列のブレード溝は、一般的にＢＧ１と表示され、１３ａと示され、第２列のブレード溝はＢＧ２と表示され、１３ｂと示され、蒸気タービンの所定のセクションが採用するブレード段数に応じてブレード間領域ロータ表面１２を貫通して続く。したがって、ブレード間領域ロータ表面１２は、ブレード溝１３が配置されている高圧蒸気タービンロータ１０の表面領域として定義することができる。

入口領域ロータ表面１４は、ブレード間領域ロータ表面１２の上流で、すぐ隣にある。運転中、ロータのこの部分は、蒸気が蒸気タービンに供給される際に蒸気にさらされる。典型的には、入口領域ロータ表面１４は、他の形状も可能であるが、第１の上流ブレード溝１３ａまで延びる半径方向－軸方向移行面を有することによって、半径方向に供給される蒸気を軸方向へ向ける形状である。実施形態では、入口領域ロータ表面１４および／またはブレード間領域１２内の他の領域は、本明細書に記載されるような材料試験のための材料を提供するために必要に応じて材料を除去するためのサンプル領域１５を提供するために採用される。例えば、本開示のいくつかの実施形態は、入口領域ロータ表面１４がサンプルを取得するために使用されるものとして説明しているが、他の実施形態は、ブレード間領域ロータ表面１２がブレード溝１３のない領域を含み、そのブレード間のブレード領域ロータ表面１２は、サンプルを取得するために利用することができる。

ピストン領域ロータ表面１６は、入口領域ロータ表面１４がピストン領域ロータ表面１６とブレード間領域ロータ表面１２との間に軸方向に位置するように、入口領域ロータ表面１４にすぐ隣接して配置されている。ピストン領域の目的は、反応型蒸気タービンに典型的なブレードのエンドスラストを打ち消し（counteract end thrust of blading typical of reaction type steam turbines）、全ての運転条件下でタービンの高圧端に向かうロータのスラストを生じさせることである。ピストンは、固体ロータと一体であるか、または収縮して所定の位置にキー止めされるかのいずれかとすることができる。ピストン領域ロータ表面１６は、入口領域ロータ表面１４の上流で、入口領域ロータ表面１４に近接する応力緩和溝ロータ表面（tress relief groove rotor surface）１８を含むことができる。

１つ以上の実施形態において、ブレード間領域ロータ表面１２、入口領域ロータ表面１４、ピストン領域ロータ表面１６および／または応力緩和溝ロータ表面１８の各々は、接着された遮熱コーティング（bonded thermal barrier coating）１９を有する。遮熱コーティング１９は、表面１２、１４、および１６（表面１８を含む）を部分的にまたは完全に覆ってもよく、遮熱コーティング１９の半径方向の厚さは、均一であってもよいし、変化してもよい。

高圧蒸気タービンロータ１０及び中圧蒸気タービンロータ２０を組み合わせた例示的な実施形態が、図２Ａに示されている。図２Ａはまた、ブレード間領域ロータ表面２２及び入口領域ロータ表面２４を描写している。ブレード間領域ロータ表面２２は、ロータ表面を通って延びるブレード溝２３によって中圧蒸気タービンロータ２０上に周方向に分布する回転ブレード（図示せず）間に軸方向にある。

入口領域ロータ表面２４は、ブレード間領域ロータ表面２２の上流にあり、かつブレード間領域ロータ表面２２のすぐ隣にある。ロータ２０のこの領域は、蒸気が蒸気タービンに供給される際に蒸気にさらされる。典型的には、この領域は、第１の上流ブレード溝２３ａまで延びる半径方向－軸方向移行面を有することによって、半径方向に供給される蒸気を軸方向に導くように形成されている。いくつかの実施形態では、中圧蒸気タービンロータ２０への蒸気供給は、再加熱されず、高圧セクションから導かれてもよい。実施形態において、入口領域ロータ表面２４及び／又はブレード間領域２２の他の領域は、本明細書に記載されるように、材料試験のための材料を提供するために必要に応じて材料を除去するためのサンプル領域２５を提供するために採用される。

ピストン領域ロータ表面（図示せず）は、入口領域ロータ表面２４が（高圧セクションについて先に説明したように）、ピストン領域ロータ表面とブレード間領域ロータ表面２２との間に位置するように、入口領域ロータ表面２４にすぐ隣接して配置されてよい。例示的な実施形態では、ブレード間領域ロータ表面２２、入口領域ロータ表面２４、およびピストン領域ロータ表面の各々は、それぞれの表面に接着された遮熱コーティングを有する。

デュアルフロー蒸気タービンロータ３０の例示的な実施形態が、図２Ｂに示されている。ロータ３０は、デュアルブレード間領域ロータ表面３２及び入口領域ロータ表面３４を含む。ブレード間領域ロータ表面３２は、ロータ３０の表面に延びるブレード溝３３によってデュアルフロー蒸気タービンロータ３０上に周方向に分布する回転ブレード（図示せず）間に軸方向に配置される。

入口領域ロータ表面３４は、ブレード間領域ロータ表面３２の上流にあり、かつブレード間領域ロータ表面３２のすぐ隣にある。ロータ３０のこの領域は、蒸気が蒸気タービンに供給される際に蒸気にさらされる。典型的には、この領域は、第１の上流ブレード溝３３ａまで延びる半径方向－軸方向移行面を有することによって、半径方向に供給される蒸気を軸方向に導くように形成されている。いくつかの実施形態では、ブレード間領域ロータ表面３２は、本明細書に記載されるような試験用の材料を提供するために必要に応じて材料を除去するためのサンプル領域３５を提供するために採用される。この図で独特なことに、ブレード間領域ロータ表面３２は、材料試験を提供するために材料を除去するためにも使用され得る、ＢＧ２とＢＧ３として示されるものとの間に、第２の（または代替の）サンプリング位置３５を含む。

ステンレス鋼、チタン合金、ニッケル基合金などの金属材料は、石油化学、熱電、化石燃料・原子力電力、自動車、航空産業（petrochemical, thermoelectric, fossil and nuclear power, automobile, and aviation industries）などの蒸気タービンロータに広く利用されている。例えば、低合金ＣｒＭｏＶ鋼（low alloy CrMoV steels、すなわち、クロム、モリブデン、バナジウムを含む鋼）は、５６５℃までの温度でよく使用される。超臨界用途（super-critical applications）では、９％のＣｒを有する鋼合金が使用される。さらに高い温度（例えば７００℃付近）で動作する発電所用途では、ローターにニッケルベースの合金を使用することがある。これらの材料は、高温、高圧、振動、および動的な力の過酷な条件下で長期間にわたって動作するように製造される。そのため、これらのコンポーネント（部品、構成要素）は必然的に高温、クリープ、疲労による損傷を受け、材料特性の劣化を引き起こし、最終的には材料の破損に至る可能性がある。そのため、特に重要なコンポーネントや高価な部品に対しては、劣化を評価するための定期的な試験や評価が行われる。しかし、健全性の監視と評価は、特に大型の蒸気タービンの場合、困難で手間がかかり、コストのかかるプラントの停止や遅延につながる可能性がある。したがって、正確な試験を迅速に行う方法は非常に有用である。

従来のシャルピー試験（Charpy tests）は、標準化された高ひずみ速度試験（high strain-rate tests）であり、破壊時に材料が吸収するエネルギー量を測定するものである。吸収されるエネルギーは、材料のノッチ靭性（notch toughness）の指標となる。準備や実施が簡単で、結果が早く比較的安価に得られることから、材料の健全性を示す指標として産業界で広く利用されている。シャルピー試験の欠点は、一部の結果が比較にしかならないこと、従来の破壊試験では、装置上にかなりの大きさのサンプル（試料）が必要であること、サンプル採取後、一般的にサンプル採取箇所に溶接による補修が必要であることである。さらに、体心立方合金やフェライト合金（body-centered-cubic or ferritic alloys）は、ある温度範囲で衝撃試験を行うと、挙動に大きな違いが現れる。転移温度以上の温度では、衝撃試験片は延性メカニズム（通常はマイクロヴォイド合体：microvoid coalescence）によって破壊する傾向があり、それによって比較的大きなエネルギーを吸収する。これより低い温度では、同じ衝撃試験片は脆性的（通常は劈開：cleavage）な方法で破壊する傾向があり、吸収するエネルギーはかなり少なくなる。移行温度範囲では、試験片は一般に延性破壊と脆性破壊（ductile fracture and brittle fracture）が混在する領域を示す。

ある種の挙動（one type of behavior）から他の挙動への遷移の温度範囲は、試験される材料によって異なる。この遷移挙動は、例えば、指定された試験温度における吸収エネルギー、破壊外観、横方向への膨張、またはそれらの組み合わせに関する最小の試験結果など、仕様上の目的で様々な方法で定義することができる。ある状況では、遷移温度は、ある温度範囲にわたって試験を行ったときに、吸収エネルギーまたは破壊外観のいずれかが規定のレベルに到達する温度である。あるいは、試験片の破壊外観遷移温度（ＦＡＴＴ：fracture appearance transition temperature）を決定することが望ましい場合もあり、ＦＡＴＴは、必要な最小せん断破壊率（ｎ）が得られる温度である。ＦＡＴＴは、熱エージング、材料疲労、耐クラック性の定量的な目標、すなわち構造物の完全性の評価である。コンポーネントの寿命に関わる材料構造の重要な評価を行うことができる。ＦＡＴＴは、ローターの評価を可能にし、疲労のレベル、あるいは別の言い方をすれば、コンポーネントの期待寿命を確立する。したがって、コンポーネントの実際のサンプリングは、特に蒸気タービンロータ１０の所定の運転プロファイルに対する予想結果に関して、疲労および寿命の評価を容易にする。

次に図３を参照すると、蒸気タービンロータ１０、２０、３０の一部１００は、ブレード間領域ロータ表面１２（又は２２、３２）及び入口領域ロータ表面１４の一部を描写している。蒸気タービンロータ１０が描かれているが、描かれている部分は、上述したように、中圧ロータ２０又はデュアルフローロータ３０にも同様に適用可能である。以降、簡略化のため、高圧ロータ１０、中圧ロータ２０、及びデュアルフローロータ３０のそれぞれのコンポーネントを、以後の説明を各タイプのロータに適用して総称して呼ぶことにする。実施形態では、ブレード溝１３の一部が、入口領域ロータ表面１４の近位にあるブレード間領域ロータ表面１２の一部を通って延在している様子が描かれている。本明細書で説明するように、入口領域ロータ表面１４は、第１の上流ブレード溝１３ａまで延びる半径方向－軸方向移行面を有することによって、半径方向に供給される蒸気を軸方向に導くように形成されている。

しかしながら、この実施形態では、入口領域ロータ表面１４および／またはブレード間領域１２内の他の領域は、試験およびＦＡＴＴ決定のために材料を除去するためのサンプル領域１５を提供するために利用される。例えば、材料試験は、シャルピー試験、引張試験、硬度試験、クリープ試験、低サイクル疲労試験、微細構造試験（Charpy tests, tensile tests, hardness tests, creep tests, low cycle fatigue tests, microstructure testing）などのうちの１つまたは複数を含むことができる。

実施形態では、追加の初期ブレード溝（additional initial blade groove）１３ｉ（ＢＧ０とも表記される）が導入される。初期ブレード溝ＢＧ０、１３ｉは、他のブレード溝１３（例えば、１３ａ、１３ｂ等）と実質的に同様のサイズ及び形状であるが、必ずしもそうである必要はない。例えば、初期ブレード溝１３ｉは、選択された幅Ｗ１でロータ表面における第１の深さＤ１に切断され、その後、入口領域ロータ表面１４から遠位の拡大部分１７を形成するために、より大きな選択された幅Ｗ２で示されるさらなる深さに切断されることができる。拡張部分１７のための特定のプロファイルは、有利には、ロータ１０、２０、および／または３０において熱的および動的な応力緩和を提供するように選択される。例えば、初期ブレード溝ＢＧ０、１３ｉの拡大部分１７を、その幅Ｗ２で丸みを帯びた角及びエッジを有するように切断することが望ましい場合がある。

いくつかの実施形態では、拡張部分１７は、互いに異なる幾何学的形状および／または曲率を示す丸みを帯びた角部を有することができ、このような幾何学的形状には、円、楕円、放物線、または多項式関数などがあるが、これらに限定されない。一実施形態において、初期ブレード溝、ＢＧ０、１３ｉは、軸方向および半径方向の少なくとも一方において対称である断面を有する拡大部分１７を示す。別の実施形態では、初期ブレード溝ＢＧ０、１３ｉは、軸方向または半径方向の少なくとも一方において非対称である拡大部分１７を示す。一実施形態において、初期ブレード溝ＢＧ０、１３ｉは、実質的に丸みを帯びた、楕円形、または楕円形の拡大部分１７の断面を示す。別の実施形態では、初期ブレード溝、ＢＧ０、１３ｉは、他のブレード溝１３、特に、第１ブレード溝１３ａ（ＢＧ１とも表記される）と実質的に同じ断面形状を示す。さらに別の実施形態では、初期ブレード溝ＢＧ０は、第１ブレード溝ＢＧ１、１３ａよりも大きく、深い場合がある。他の実施形態では、初期ブレード溝ＢＧ０は、第１ブレード溝ＢＧ１、１３ａよりも小さく、浅くてもよい。

現在、蒸気タービンロータには、初期（ＢＧ０）ブレード溝が実装されている．今日のアプリケーションでは、未使用のブレード溝（すなわち、ブレードが取り付けられていないブレード溝）は、一般に、新しく実装されたロータの高温セクションにおける疲労および熱応力を低減するために使用される。しかし、レガシーのロータ（legacy rotors）１０、２０、３０では、初期ブレード溝例えばＢＧ０、１３ｉは実装されていない。レガシーのロータ１０、２０、３０もまた、その使用時間の結果として疲労及び損傷を受ける可能性がある。レガシーのロータは、特に、サービス継続のための適性を測定するための疲労評価および査定が必要である。記載された実施形態は、サンプリングを提供すると同時に、ロータの熱応力緩和の潜在的な強化を実施するために、最初にこの特徴を利用する。その結果、ここで説明する試験を実施するためにサンプルを採取する利点に基づいて、ロータ１０、２０、３０のための改善された新しいブレード溝形状において、応力／応力除去の低減が実施される。改善された応力緩和は、変更されたレガシーのロータ１０、２０、３０における熱応力を緩和することによって、より速い始動とサイクルの増加を可能にし得る。

有利なことに、溝ＢＧ０、１３ｉを形成するための材料の除去は、ＦＡＴＴの評価のための試験を実施するのに十分な大きさの試験サンプル５０の回収を容易にする方法で機械加工される。採用される特定の機械加工及び／又は切断スキームは、試験の実施と一致する方法で材料が除去されるのであれば、重要ではない。実施形態では、一般に長方形で、１０ミリメートル（ｍｍ）の幅、１０ｍｍの高さ、および１０ｍｍまたは２０ｍｍまたは５０ｍｍの長さを有する、標準シャルピー試験に採用されるオーダーのサンプルは、本明細書に記載し図４Ａ～４Ｆに描写するように、例えば、旋盤（lathe）でロータを機械加工して容易に達成することができる。

図４Ａ～４Ｆは、ロータ１０の例示的な断面図と、ロータ１０における初期ブレードスロットＢＧ０、１３ｉを機械加工して形成するための例示的なプロセスと、疲労試験およびシャルピー試験を実施するためのサンプル５０を取得し、作製することを示す図である。図５は、実施形態によるレガシーの蒸気タービンロータ１０から試験サンプルを取得するための例示的なプロセス２００を描写するフローチャートである。実施形態では、図４Ａで描写されるように、ロータ１０の入口領域表面１４から機械加工されるサンプル５０のために指定されたセクションを有する所望の初期ブレードスロットＢＧ０、１３ｉのプロファイルが描写される。

次に図４Ｂを参照すると、ステップ２０５の第１のステップにおいて、旋盤６０およびカッターブレード６２が、任意に第１のスロット７０を除去し、入口領域ロータ表面１４の曲面の上部を平らにして、初期ブレード溝ＢＧ０、１３ｉの形成を開始させるために使用される。プロセスステップ２１０では、旋盤６０およびステップ２０５で採用されたカッターブレード６２とは異なるプロファイル（輪郭）であってもよいカッターブレード６２を使用して、アクセススロット７２（左から右に下向きにクロスハッチされている）を除去し、これは、本明細書に記載のように、アンダーカットスロット７４（水平にクロスハッチされている）を形成するために材料の除去のためのクリアランスを可能にするために十分な幅Ｗ２および深さＤ２に切断される。幅Ｗ２は、サンプル５０の領域から任意の材料を除去するために上流（描かれているように左）に行くほど広くなく、また、初期ブレードスロット１３ｉのための描かれた輪郭を越えて材料を除去するために下流（描かれているように右）に行くほど広くなく、必要なクリアランスを与えるように構成されることが理解されるべきである。図４Ｂを引き続き参照すると、プロセスステップ２１５において、旋盤６０および直角のカッターブレード６２が、サンプル５０領域の下で切断するために用いられ、それによって、描かれているようにアンダーカットスロット７４を形成する。

ここで図４Ｃを参照すると、方法２００は任意のプロセスステップ２２０で継続され、そこでは、複数のファスナ（締結具）８０が、その後の除去ステップに備えるためにサンプル５０の領域でロータ１０の材料を安定させ保持するために必要に応じてアンダーカットスロット７４内に設置される。プロセス２００の次のステップ２２５では、旋盤６０及びカッターブレード６２を使用して、アクセススロット７２から軸方向に間隔を置いた最終スロット７６（final slot：縦にクロスハッチ）を除去することができる。最終スロット７６は、アンダーカットスロット７４に向かって半径方向内側に延び、最終スロット７６の切断により、ロータ１０の円周の周りに配置された矩形断面を有する環状リング５２（サンプル５０を含む）が形成される。オプションの（任意選択の）ファスナ８０は、必要に応じてプロセスステップ２３０で除去され、描かれているように、１つまたは複数のサンプル５０の形成のために除去された材料の環状リング５２を解放する（フリーにする）。

次に図４Ｄを参照すると、任意のステップであるステップ２３５で描かれているように、ロータ１０及び初期ブレード溝ＢＧ０、１３ｉから取り外すために環状リング５２を固定するためにウェッジ８２が採用される場合がある。方法２００を続けると、ステップ２４０において、環状リング５２は、少なくとも２箇所でその断面を横切って切断され、矩形断面を有する複数の弧状セクション又は弧状セグメント（a plurality of arcuate sections or segments）５４が得られ、そこから複数のサンプル５０が取得され得る。

ここで図４Ｅを参照すると、環状リング５２の例示的な弧状セグメント５４が描かれている。プロセスステップ２４５において、環状リング５２はセグメント化（分割）され、弧状セグメント５４は、衝撃試験用の標準化されたサンプル５０を形成するために、必要に応じて、サイズに合わせて容易に切断および機械加工され得る。機械加工されたサンプル５０の結果として得られる形状は、長方形または円形（すなわち、円形）であってよい。また、材料の微細構造の調査、硬度の評価、引張強度の決定などのために、サンプル（微小切片など）を採用した他の調査を実施してもよいことを理解されたい。一実施形態では、複数のサンプル５０が形成され、それぞれが本明細書で先に説明した寸法を有する．が、他の寸法も可能である。次いで、サンプル５０は、レガシーのロータ１０のＦＡＴＴの評価を容易にするために、プロセスステップ２５０で描写されるような衝撃試験及びシャルピー試験を実施するために採用され得る。

最後に図４Ｆに戻り、図５のプロセスステップ２５５で描かれているように、初期ブレードスロットＢＧ０、１３ｉのプロファイルの機械加工は、本明細書に記載されているものと同様の機械加工技術を利用して完了することができる。ブレードスロットＢＧ０、１３ｉに相補的な形状を有する充填材５１は、蒸気タービンの動作を容易にするためにブレードスロットＢＧ０、１３ｉに設置されることができる。充填材５１の半径方向外側表面は、入口領域に流入する蒸気がブレードスロットＢＧ０によって妨害されないように、入口領域ロータ表面１４と同一平面であってよい。

実施形態では、初期ブレードスロットＢＧ０、１３ｉは、ロータ１０に熱的及び動的ストレス緩和を提供するために形成されている。初期ブレードスロットＢＧ０、１３ｉを介してこのような熱応力緩和を提供することにより、従来許容されていたよりも大きな温度勾配を有するレガシーのロータ１０を採用することができる。その結果、蒸気タービンのウォームアップ時間、始動時間、および始動頻度も改善される。プロセスステップ２６０で描写されるように、初期ブレードスロットＢＧ０、１３ｉを有しないレガシーのロータと比較すると、蒸気タービンは、より高い熱応力（より大きな温度勾配など）で運転されることができる。例えば、所定の熱勾配限界を有する所定のロータ１０及び蒸気タービンについて、新たな初期ブレードスロットＢＧ０、１３ｉを採用することにより、所定の熱勾配限界を約１．６倍増加させることができる。熱勾配に対する性能向上は、負荷体制及び蒸気タービンロータ１０の将来の寿命に依存する。典型的な始動ごとの熱機械的損傷は、高圧タービンロータ１０では最大３００％、デュアル流量ＩＰタービンロータ（dual-flow IP turbine rotor）では約２００％のファクターで減少することになる。

方法２００の様々なステップが特定の順序で描かれているが、厳密にその順序で実施する必要はなく、単に実施形態の例を説明する目的でそのような順序で記載されていることを理解されたい。いくつかのステップは、異なる順序で容易に実施することができる。また、方法２００のプロセスステップの１つ以上が自動化され、制御されてもよいことを理解されたい。例えば、ロータの材料を除去するための機械加工と、コントローラまたは制御ユニットによって自動化される処理である。

運転における節約に加えて、記載された実施形態のサンプリングシステム及び方法は、蒸気タービンの寿命を評価し、より長期の運用を可能にすることによって、試験及び運用能力の改善を提供する。特に、本明細書に開示された本システム及び方法では、疲労試験を実施するための装置の設計／計画、及び疲労試験の結果に少なくとも部分的に基づくＦＡＴＴの評価の自動化が可能である。さらに、記載された実施形態の蒸気タービンロータは、既存のレトロフィットされたプラントまたはボイラの設計および構造における資本コストおよび経常コストの節約を提供する。特に、本明細書に開示されたシステム及び方法論により、より速く、より頻繁なタービン再始動を達成しながら、より少ない再始動制約のために既存の装置を修正することが可能である。最後に、スロットを切断し、環状リングを形成するための特定の方法が、いくつかの実施形態に従って説明されるが、他の技術が可能であり得ることを理解されたい。例えば、本明細書に記載されるようなスロットの切断を超える様々な切断技術を採用して、環状リングを形成することが可能であり得る。

改良された蒸気タービンロータは、ブレード間領域ロータ表面と、ブレード間領域ロータ表面に隣接する入口領域ロータ表面とを有するレガシーの蒸気タービンロータと、レガシーの蒸気タービンロータの入口領域ロータ表面又はブレード間領域ロータ表面のいずれかに形成される溝と、を備える。溝は、レガシーの蒸気タービンロータから材料を除去することを可能にするために加工され、材料特性試験の実施と、レガシーの蒸気タービンロータと比較して拡大した熱応力で改良された蒸気タービンロータを運転することの少なくとも一方を可能にする。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、改良された蒸気タービンロータのさらなる実施形態は、溝が、入口領域ロータ表面において第１の選択された幅および第１の選択された深さに機械加工されることを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、又は代替として、改良された蒸気タービンロータの更なる実施形態は、溝が機械加工された入口領域ロータ表面又はブレード間領域ロータ表面から遠位の溝の端部に拡大部分を溝が備えることを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、又は代替として、改良された蒸気タービンロータの更なる実施形態は、溝の拡大部分が、丸みを帯びた角又は丸みを帯びた縁の少なくとも一方を含むことを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、又は代替として、改良された蒸気タービンロータの更なる実施形態は、丸みを帯びたコーナー及び丸みを帯びたエッジが異なる幾何学的形状を呈することを含むことができる。

上述の１つ以上の特徴に加えて、又は代替として、改良された蒸気タービンロータの更なる実施形態は、拡張部分が実質的に円、楕円、及び楕円の少なくとも１つであることを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、改良された蒸気タービンロータのさらなる実施形態は、拡張部分が、軸方向および半径方向の少なくとも一方において、対称および非対称の少なくとも一方であることを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、又は代替として、改良された蒸気タービンロータの更なる実施形態は、入口領域ロータ表面が蒸気入口領域を画定し、溝が入口領域ロータ表面を通って延び、改良された蒸気タービンロータに追加の応力緩和を提供することを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、又は代替として、改良された蒸気タービンロータの更なる実施形態は、レガシーのロータが、中圧蒸気タービンロータ、高圧蒸気タービンロータ、及びデュアルフローロータのうちの少なくとも１つとして構成されることを含み得る。

本開示の別の態様によれば、レガシーの蒸気タービンロータから材料試験を実施するための材料試験サンプルを取り出すためのシステムが提供される。レガシーの蒸気タービンロータは、ブレード間領域ロータ表面と、ブレード間領域ロータ表面に隣接する入口領域ロータ表面とを有する。材料試験サンプルは、レガシーの蒸気タービンロータから除去されたロータ材料の環状リングの弧状セグメントの一部である。環状リングは、レガシーの蒸気タービンロータの入口領域ロータ表面に形成された溝から機械加工される。溝は、環状リングの除去を可能にし、材料試験サンプルの形成を可能にするために加工される。

上述の１つ以上の特徴に加えて、又は代替として、システムのさらなる実施形態は、材料試験サンプルが複数の材料試験サンプルのうちの１つであり、複数の材料試験サンプルが弧状セグメントの機械加工から生じる標準化されたサイズを有することを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、システムのさらなる実施形態は、材料試験サンプルが複数の材料試験サンプルのうちの１つであり、複数の材料試験サンプルが、シャルピー衝撃試験、微細構造試験、硬度試験、クリープ試験、低サイクル疲労試験、および引張試験の少なくとも１つを実施するに適した標準化サイズを有することを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、システムのさらなる実施形態は、材料試験サンプルが実質的に長方形であることを含み得るが、別の実施形態では、材料試験サンプルは実質的に円形である。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、システムのさらなる実施形態は、材料試験サンプルが、１０ｍｍの幅、１０ｍｍの高さ、および１０ｍｍ、２０ｍｍ、および５０ｍｍからなる群から選択される長さを有することを含み得る。

ブレード間領域ロータ表面と、ブレード間領域ロータ表面に隣接する入口領域ロータ表面とを有するレガシーの蒸気タービンロータの材料試験を実施するための材料サンプルを生成するための方法が提供される。この方法は、レガシーの蒸気タービンロータにロータ材料の環状リングを形成することと、レガシーの蒸気タービンロータから環状リングを取り外すことと、環状リングの弧状セグメントから材料試験サンプルを形成することを含む。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、本方法のさらなる実施形態は、半径方向において、入口領域ロータ表面の一部においてレガシーの蒸気タービンロータから材料を除去するために、第１の選択された幅および第１の選択された深さの第１のスロットを形成することを含み得る。軸方向において、環状リングをアンダーカットするために、第１のスロットに隣接し、第１のスロットに対して垂直な第２のスロットを形成すること、及び半径方向において、第１のスロットから軸方向に間隔を置いた入口領域ロータ表面の一部に、第２の幅及び第２の深さの第３のスロットを形成し、第３のスロットが第２のスロットと交差してロータ材料の環状リングを解放する。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、方法のさらなる実施形態は、材料試験サンプルに対して材料試験を行うことを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、方法のさらなる実施形態は、レガシーの蒸気タービンロータの破壊外観遷移温度（ＦＡＴＴ）を評価するために、材料試験の結果を評価することを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、又は代替として、方法の更なる実施形態は、評価されたＦＡＴＴに少なくとも部分的に基づいて、改善されたレガシーの蒸気タービンロータの延長寿命プロファイルを予測することを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、方法のさらなる実施形態は、第１のスロットを形成する前に、選択された幅および選択された深さの半径方向に第１のカットを形成して、入口領域ロータ表面でレガシーの蒸気タービンロータから材料を除去してその曲面を平坦化することを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、方法のさらなる実施形態は、選択された幅および選択された深さの半径方向に初期スロットを形成して、入口領域ロータ表面でレガシーの蒸気タービンロータから材料を除去してその曲面を平坦化することを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、方法のさらなる実施形態は、第３のスロットを形成する前に、第２のスロットにおいてファスナで環状リングを固定することを含み得る。

上述の１つ以上の特徴に加えて、または代替として、方法のさらなる実施形態は、環状リングを弧状セグメントの２つ以上にセグメント化する前に、環状リングを固定することを含み得る。

最後に、システムおよび任意の制御ユニット（例えば、旋盤６０およびカッターブレード６２の操作のための）は、本明細書に記載の機能を実行するためおよび／または本明細書に記載の結果を達成するために必要な電子機器、ソフトウェア、メモリ、ストレージ、データベース、ファームウェア、論理／ステートマシン（logic/state machine）、マイクロプロセッサ、通信リンク、ディスプレイまたは他の視覚もしくは音声ユーザインターフェース、印刷装置、および他の任意の入力／出力インターフェースも含むことができると理解することでもある。例えば、前述のように、システムは、少なくとも１つのプロセッサと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）およびリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を含み得るシステムメモリ／データ記憶構造とを含み得る。システムの少なくとも１つのプロセッサは、１つまたは複数の従来のマイクロプロセッサと、数学コプロセッサ（math co-processors）などの１つまたは複数の補助コプロセッサとを含むことができる。本明細書で議論されるデータ記憶構造は、磁気、光学および／または半導体メモリの適切な組み合わせを含んでもよく、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュドライブ、光ディスク（コンパクトディスクなど）、および／またはハードディスクもしくはドライブを含んでもよい。

さらに、本明細書に開示された方法を実行するようにコントローラを適合させるソフトウェアアプリケーションは、コンピュータ読み取り可能な媒体から少なくとも１つのプロセッサのメインメモリに読み込むことができる。したがって、本システムの実施形態は、本明細書に開示される方法をリアルタイムで実行することができる。本明細書で使用される「コンピュータ可読媒体」という用語は、実行のためにシステムの少なくとも１つのプロセッサ（または本明細書に記載のデバイスの任意の他のプロセッサ）に命令を提供する、または提供に参加する任意の媒体を指す。そのような媒体は、不揮発性媒体および揮発性媒体を含むがこれに限定されない、多くの形態をとることができる。不揮発性媒体には、例えば、メモリなどの光ディスク、磁気ディスク、または光磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体には、典型的には主記憶を構成するダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）などがある。コンピュータ読み取り可能な媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピーディスク（商標）、フレキシブルディスク、ハードディスク、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、磁気テープ、その他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、その他の光媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ（電子的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ）、フラッシュ－ＥＰＲＯＭ、その他のメモリチップまたはカートリッジ、またはコンピュータが読み取り可能な他の媒体が挙げられる。

実施形態では、ソフトウェアアプリケーションにおける命令のシーケンスの実行は、少なくとも１つのプロセッサに本明細書に記載の方法／プロセスを実行させるが、ハードワイヤード回路は、記載の方法／プロセスの実装のためにソフトウェア命令の代わりに、またはソフトウェア命令と組み合わせて使用することができる。したがって、本明細書に記載されるような実施形態は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。

本明細書で使用される場合、単数形で言及され、単語「ａ」または「ａｎ」で進められる要素またはステップは、そのような除外が明示されない限り、当該要素またはステップの複数を排除しないものとして理解されるべきである。さらに、記載された実施形態の「一実施形態」への言及は、言及された特徴をも組み込んだ追加の実施形態の存在を排除すると解釈することを意図していない。さらに、反対のことが明示されない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「含む」、「含む」、または「有する」実施形態は、その特性を有しない追加のそのような要素を含むことができる。

さらに、本明細書に記載された寸法および材料の種類は、記載された実施形態に関連するパラメータを定義することを意図しているが、それらは例示的な実施形態として理解されるべきであり、そのため、決して限定的なものではない。多くの他の実施形態は、上記の説明を検討する際に当業者に明らかになる可能性がある。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。かかる説明は、当業者に思い浮かぶ他の例を含むことができ、かかる他の例は、請求項の文言と異ならない構造要素を有する場合、または請求項の文言と実質的でない差異を有する同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲内にあることを意図している。

添付の請求項において、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」は、それぞれの用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」及び「ｗｈｅｒｅｉｎ」の平文相当として使用されている。さらに、以下の請求項において、「第１」、「第２」、「第３」、「上」、「下」、「下」、「上」などの用語は、単にラベルとして用いられ、その対象に数値的または位置的要件を課すことを意図するものではない。さらに、手段プラス機能形式で書かれていない以下の請求項の限定は、そのような請求項の限定が、さらなる構造を無効にした機能の記述に続いて、「手段のための」というフレーズを明示的に使用しない限り、そのように解釈されることを意図していない。

１０：高圧蒸気タービンロータ １１：内側ケーシング １２：ブレード間領域ロータ表面 １３：ブレード溝 １３ａ：第１の上流ブレード溝 １４：入口領域ロータ表面 １５：サンプル領域 １６：ピストン領域ロータ表面 １７：拡張部分 １８：応力緩和溝ロータ表面 １９：遮熱コーティング ２０：中圧蒸気タービンロータ ２２：ブレード間領域ロータ表面 ２３：ブレード溝 ２３ａ：第１の上流ブレード溝 ２４：入口領域ロータ表面 ２５：サンプル領域 ３０：デュアルフロー蒸気タービンロータ ３２：デュアルブレード間領域ロータ表面 ３３：ブレード溝 ３３ａ：第１の上流ブレード溝 ３４：入口領域ロータ表面 ３５：サンプル領域 ５０：材料試験サンプル ５１：充填材 ５２：環状リング ５４：弧状セグメント ６０：旋盤 ６２：カッターブレード ７０：第１のスロット ７２：アクセススロット ７４：アンダーカットスロット ７６：最終スロット ８０：ファスナ ８２：ウェッジ

Claims (15)

1. ブレード間領域ロータ表面（１２）、ブレード間領域ロータ表面（１２）に隣接する入口領域ロータ表面（１４）とを有するレガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）の１以上の材料試験を行うための材料試験サンプル（５０）を生成する方法（２００）であって、
   ブレード間領域ロータ表面（１２）及び入口領域ロータ表面（１２）から選択されたサンプル領域（１５）においてロータ材料の環状リング（５２）を除去するステップであって、環状リング（５２）の除去により、改良されたレガシーの蒸気タービンロータを作成する、ステップと、
   環状リング（５２）の一部から材料試験サンプル（５０）を形成するするステップと、
   を含む方法（２００）。
2. 材料試験サンプル（５０）を含む複数の材料試験サンプル（５０）を形成するステップと、
   複数の材料試験サンプル（５０）のうちの１つまたは複数の材料試験サンプルに対して１つまたは複数の材料試験を行うステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法（２００）。
3. １つ以上の材料試験の結果を評価して、レガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）の破壊外観遷移温度（ＦＡＴＴ）を評価するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
4. ＦＡＴＴに少なくとも部分的に基づいて、改良されたレガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）の延長寿命プロファイルを予測するステップをさらに含む、請求項３記載の方法。
5. 環状リング（５２）の除去が、
   レガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）から材料を除去するために、半径方向に、第１の選択された幅及び第１の選択された深さの第１のスロット（７０）であって、入口領域ロータ表面（１４）の第１の部分に形成されている第１のスロット（７０）を形成するステップと、
   レガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）から材料を除去するため、及び、サンプル領域（１５）において材料試験サンプル（５０）をアンダーカットするために、軸方向において、第１のスロット（７０）に隣接しかつ第１のスロット（７０）に垂直な第２のスロット（７２）を形成するするステップと、
   レガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）から材料を除去するために、サンプル領域（１５）に隣接する入口領域ロータ表面（１４）の第２の部分に、第２の選択された幅及び第２の選択された深さの第３のスロット（７６）を半径方向に、形成するステップと、
   を含み、
   第２の部分は、第１のスロット（７０）から軸方向に間隔をあけて配置され、
   第３のスロット（７６）が第２のスロット（７２）と交差してサンプル領域（１５）においてロータ材料の環状リング（５２）を解放する、請求項１に記載の方法。
6. 第３のスロット（７６）を形成する前に、第２のスロット（７２）内に配置されたファスナ（８０）でサンプル領域（１５）を固定するステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
7. ローター材料の環状リング（５２）を分割するステップと、
   ロータから分割された環状リング（５２）を取り除くステップと、
   を含み、
   環状リング（５２）の一部から材料試験サンプル（５０）を形成するステップは、分割された環状リング（５２）の一部を機械加工して複数の材料試験サンプル（５０）を作成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 環状リング（５２）を分割するステップの前に、環状リング（５２）を固定するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. ロータ材料の環状リング（５２）を除去ステップの前に、入口領域ロータ表面（１４）でレガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）から材料を除去してその曲面を平坦化するために、選択した幅および選択した深さを有する初期スロット（１３ｉ）を半径方向に形成するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
10. １つ以上の材料試験を行うためにレガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）から材料試験サンプル（５０）を取り出すためのシステムであって、
    レガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）は、ブレード間領域ロータ表面（１２）及びブレード間領域ロータ表面（１２）に隣接する入口領域ロータ表面（１４）を備え、
    システムは、レガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）から材料試験サンプル（５０）を取り出すための旋盤（６０）及びカッターブレード（６２）を備え、
    旋盤（６０）及びカッターブレード（６２）は、
    レガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）のブレード間領域ロータ表面（１２）または入口領域ロータ表面（１４）のいずれかに初期ブレード溝（１３ｉ）を導入するステップと、
    初期ブレード溝（１３ｉ）内に、材料試験サンプル（５０）を含むローター材料の環状リング（５２）を形成するステップと、
    レガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）及び初期ブレード溝（１３ｉ）から材料試験サンプル（５０）を含む環状リング（５２）を除去するステップと、
    を含む操作を行うことによってレガシーの蒸気タービンロータ（１０、２０、３０）から材料試験サンプル（５０）を取り出すように協働して動作する、システム。
11. 環状リング（５２）が、入口領域ロータ表面（１４）に初期ブレード溝（１３ｉ）を形成することによって機械加工される、請求項１０に記載のシステム。
12. 環状リング（５２）を除去するステップは、環状リング（５２）を切断して複数の分割されたセクション（５４）を得るステップを含み、各セクションは、１つ以上の材料試験を行うための標準化されたサイズの材料試験サンプル（５０）に対応する、請求項１０に記載のシステム。
13. １つ以上の材料試験は、シャルピー衝撃試験、微細構造試験、硬度試験、クリープ試験、低サイクル疲労試験、および引張試験のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 材料試験サンプル（５０）が、実質的に長方形および実質的に円形の少なくとも１つである、請求項１０に記載のシステム。
15. 材料試験サンプル（５０）が、１０ｍｍの幅、１０ｍｍの高さ、および１０ｍｍ、２０ｍｍ、および５０ｍｍからなる群から選択される長さを有する、請求項１０に記載のシステム。