JP2024051767A - Method for assessing remaining life of compressor impeller - Google Patents
Method for assessing remaining life of compressor impeller Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024051767A JP2024051767A JP2022158087A JP2022158087A JP2024051767A JP 2024051767 A JP2024051767 A JP 2024051767A JP 2022158087 A JP2022158087 A JP 2022158087A JP 2022158087 A JP2022158087 A JP 2022158087A JP 2024051767 A JP2024051767 A JP 2024051767A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal temperature
- compressor impeller
- remaining life
- peripheral edge
- stress
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 203
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 86
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 89
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 30
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 19
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
【課題】過給機に関する運転データを活用することで、コンプレッサ羽根車の余寿命を精度良く評価できるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法を提供する。【解決手段】過給機が有するコンプレッサ羽根車の余寿命を評価するコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法であって、過給機の回転数を取得する回転数取得ステップと、回転数取得ステップで取得した過給機の回転数からコンプレッサ羽根車に生ずる応力を算出する応力算出ステップと、コンプレッサ羽根車のメタル温度を測定するメタル温度測定ステップと、予め取得したコンプレッサ羽根車における応力、メタル温度、及び寿命の関係性を利用して、応力算出ステップで算出した応力と、メタル温度測定ステップで測定したメタル温度とから、コンプレッサ羽根車の余寿命を評価する余寿命評価ステップと、を備える。【選択図】図４[Problem] To provide a method for evaluating the remaining life of a compressor impeller, which can accurately evaluate the remaining life of the compressor impeller by utilizing operational data related to a turbocharger. [Solution] A method for evaluating the remaining life of a compressor impeller of a turbocharger, comprising: a rotation speed acquisition step for acquiring the rotation speed of the turbocharger; a stress calculation step for calculating stress generated in the compressor impeller from the rotation speed of the turbocharger acquired in the rotation speed acquisition step; a metal temperature measurement step for measuring the metal temperature of the compressor impeller; and a remaining life evaluation step for evaluating the remaining life of the compressor impeller from the stress calculated in the stress calculation step and the metal temperature measured in the metal temperature measurement step, using a previously acquired relationship between the stress, metal temperature, and life of the compressor impeller. [Selected Figure] Figure 4
Description
本開示は、過給機が有するコンプレッサ羽根車の余寿命を評価するコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法に関する。 This disclosure relates to a method for evaluating the remaining life of a compressor impeller in a turbocharger.
従来、過給機が有するコンプレッサ羽根車は、コンプレッサ羽根車を構成する材料の材料特性に基づいて推定された余寿命に、所定の裕度を加えた期間を交換期間として設定することが行われていた。 Conventionally, the replacement period for the compressor impeller of a turbocharger has been set to a period that is equal to the remaining life estimated based on the material properties of the material that makes up the compressor impeller, plus a certain margin of error.
上記交換期間は、過給機を実際に運転した際のコンプレッサ羽根車の状態の変化が考慮されていないため、実際の余寿命に対して乖離する可能性がある。このため、上記交換期間が到来したときにコンプレッサ羽根車の交換を行うと、実際の寿命よりも早期にコンプレッサ羽根車の交換が行われることがあり、コンプレッサ羽根車の交換頻度が高くなるという課題があった。コンプレッサ羽根車の交換頻度を適切なものとするため、コンプレッサ羽根車の余寿命を、より正確に評価することが望まれている。 The above replacement period may deviate from the actual remaining life because it does not take into account changes in the state of the compressor impeller when the turbocharger is actually operated. For this reason, if the compressor impeller is replaced when the replacement period arrives, it may be replaced earlier than the actual life, resulting in a problem of the compressor impeller being replaced more frequently. In order to ensure that the compressor impeller is replaced at an appropriate frequency, it is desirable to more accurately evaluate the remaining life of the compressor impeller.
なお、コンプレッサ羽根車の余寿命を評価するための方法は、これまでも幾つか案出されているが、実用化に至ってはいない。例えば、特許文献１には、圧縮機ホイールのクリープを監視するクリープ監視アルゴリズムを備える、ターボ過給機の寿命決定装置が開示されている。このクリープ監視アルゴリズムは、検出した圧縮機入口温度と、算出した圧縮機の圧力比との異なる組み合わせの下で動作する時間量を監視することで、クリープを監視している。上記組み合わせには、特定の組み合わせにより生じる圧縮機ホイール上の応力を表すクリープ評点が含まれており、特定の組み合わせ下における時間量とクリープ評点との積が上記特定の組み合わせにおいて生じるクリープ応力損傷となり、クリープ応力損傷の合計が監視されるクリープとなる。
Although several methods for assessing the remaining life of a compressor impeller have been proposed, they have not yet been put to practical use. For example,
上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、過給機に関する運転データを活用することで、コンプレッサ羽根車の余寿命を精度良く評価できるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, the objective of at least one embodiment of the present disclosure is to provide a method for evaluating the remaining life of a compressor impeller that can accurately evaluate the remaining life of a compressor impeller by utilizing operational data related to a turbocharger.
本開示の一実施形態にかかるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法は、
過給機が有するコンプレッサ羽根車の余寿命を評価するコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法であって、
前記過給機の回転数を取得する回転数取得ステップと、
前記回転数取得ステップで取得した前記過給機の回転数から前記コンプレッサ羽根車に生ずる応力を算出する応力算出ステップと、
前記コンプレッサ羽根車のメタル温度を測定するメタル温度測定ステップと、
予め取得した前記コンプレッサ羽根車における応力、メタル温度、及び寿命の関係性を利用して、前記応力算出ステップで算出した前記応力と、前記メタル温度測定ステップで測定した前記メタル温度とから、前記コンプレッサ羽根車の余寿命を評価する余寿命評価ステップと、を備える。
A method for assessing remaining life of a compressor impeller according to an embodiment of the present disclosure includes:
A method for evaluating a remaining life of a compressor impeller of a turbocharger, comprising:
A rotation speed acquisition step of acquiring a rotation speed of the turbocharger;
a stress calculation step of calculating a stress generated in the compressor impeller from the rotation speed of the turbocharger acquired in the rotation speed acquisition step;
a metal temperature measuring step of measuring a metal temperature of the compressor impeller;
and a remaining life evaluation step of evaluating a remaining life of the compressor impeller from the stress calculated in the stress calculation step and the metal temperature measured in the metal temperature measurement step, by utilizing a previously obtained relationship between the stress, metal temperature, and life of the compressor impeller.
本開示の少なくとも一実施形態によれば、過給機に関する運転データを活用することで、コンプレッサ羽根車の余寿命を精度良く評価できるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法が提供される。 According to at least one embodiment of the present disclosure, a method for assessing the remaining life of a compressor impeller is provided that utilizes operational data related to a turbocharger to accurately assess the remaining life of the compressor impeller.
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of components described as the embodiments or shown in the drawings are merely illustrative examples and are not intended to limit the scope of the present disclosure.
For example, expressions expressing relative or absolute configuration, such as "in a certain direction,""along a certain direction,""parallel,""orthogonal,""center,""concentric," or "coaxial," not only express such a configuration strictly, but also express a state in which there is a relative displacement with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function is obtained.
For example, expressions indicating that things are in an equal state, such as "identical,""equal," and "homogeneous," not only indicate a state of strict equality, but also indicate a state in which there is a tolerance or a difference to the extent that the same function is obtained.
For example, expressions describing shapes such as a rectangular shape or a cylindrical shape do not only refer to rectangular shapes, cylindrical shapes, etc. in the strict geometric sense, but also refer to shapes that include uneven portions, chamfered portions, etc., to the extent that the same effect is obtained.
On the other hand, the expressions "comprise", "include", or "have" a certain element are not exclusive expressions excluding the presence of other elements.
In addition, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof may be omitted.
図１は、本開示の一実施形態にかかるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法の評価対象であるコンプレッサ羽根車を搭載したエンジンシステムの構成を概略的に示す概略構成図である。本開示の幾つかの実施形態にかかるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法１は、過給機３が有するコンプレッサ羽根車４の余寿命を評価するためのものである。過給機３は、図１に示されるような、エンジン５を備えるエンジンシステム２に搭載される。
Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of an engine system equipped with a compressor impeller that is the subject of evaluation by a method for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to one embodiment of the present disclosure. The method for evaluating the remaining life of a
（エンジンシステム）
エンジンシステム２は、図１に示されるように、内部で燃料を燃焼させることで動力を発生させるように構成されたエンジン（エンジン本体）５と、エンジン５の内部での燃焼に供される燃焼用気体（例えば、空気）を圧縮して供給するための燃焼用気体供給ライン６と、燃焼用気体供給ライン６に設けられたコンプレッサ羽根車４を有する過給機３と、燃焼用気体供給ライン６のコンプレッサ羽根車４よりも下流側に設けられた中間冷却器７と、を備える。中間冷却器７は、中間冷却器７を通過する燃焼用気体を冷却するように構成された熱交換器からなる。
(Engine System)
1 , the
図示される実施形態では、エンジンシステム２は、図１に示されるように、エンジン５から排出された排ガスを導くための排ガス排出ライン８と、エンジン５の内部に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁９と、制御装置１１と、をさらに備える。制御装置１１は、エンジンシステム２における各装置（エンジン５や燃料噴射弁９など）の運転を制御するためのエンジンコントロールユニットからなる。
In the illustrated embodiment, the
エンジン５は、少なくとも１つのシリンダ５１と、少なくとも１つのシリンダ５１の内部に各々が軸方向に沿って往復動可能に収容された少なくとも１つのピストン５２と、を含む。エンジン５は、シリンダ５１とピストン５２により区画された燃焼室５３を内部に有する。燃焼室５３は、燃焼用気体供給ライン６の中間冷却器７よりも下流側に気体を流通可能に接続されている。燃焼用気体供給ライン６は、コンプレッサ３２からの燃焼用気体を燃焼室５３に導くための流路である。燃焼室５３は、排ガス排出ライン８に気体を流通可能に接続されている。排ガス排出ライン８は、燃焼室５３から排出された排ガスをタービン３３に流通させるための流路である。
The
燃料噴射弁９から燃焼室５３又は燃焼用気体供給ライン６に噴射された燃料は、燃焼用気体供給ライン６を通じて燃焼室５３に送られる燃焼用気体に混合された後に、燃焼室５３内で燃焼する。燃焼室５３で燃焼後の排ガスは、排ガス排出ライン８を通り、エンジンシステム２の外部に排出される。
The fuel injected from the
（過給機）
図２は、本開示の一実施形態における過給機の軸線に沿った概略断面図である。図３は、本開示の一実施形態における過給機のコンプレッサ側の軸線に沿った概略断面図である。図示される実施形態では、過給機３は、エンジン５から排出された排気（排ガス）のエネルギにより駆動するタービン３３と、エンジン５に供給される燃焼用気体（例えば、空気）を圧縮するコンプレッサ３２と、回転シャフト３１とを含む。コンプレッサ３２は、上述した燃焼用気体供給ライン６に設けられたコンプレッサ羽根車４と、コンプレッサ羽根車４を回転可能に収容するコンプレッサハウジング３４と、を含む。コンプレッサ羽根車４は、回転シャフト３１の一方側に機械的に接続されている。タービン３３は、上述した排ガス排出ライン８に設けられたタービン翼３５と、タービン翼３５を回転可能に収容するタービンハウジング３６と、を含む。タービン翼３５は、回転シャフト３１の他方側に機械的に接続されている。
(Turbocharger)
Fig. 2 is a schematic cross-sectional view along the axis of a turbocharger according to an embodiment of the present disclosure. Fig. 3 is a schematic cross-sectional view along the axis of a compressor side of a turbocharger according to an embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the
コンプレッサ３２のコンプレッサ羽根車４を通過した燃焼用気体は、燃焼用気体供給ライン６を通じてエンジン５の燃焼室５３に導かれ、燃焼室５３における燃焼に供される。燃焼室５３における燃焼により生じた排ガスは、排ガス排出ライン８を通じてタービン３３のタービン翼３５に導かれる。過給機３は、エンジン５から排出された排ガスのエネルギにより、タービン翼３５を回転させるように構成されている。コンプレッサ羽根車４は、回転シャフト３１を介してタービン翼３５に機械的に連結されているため、タービン翼３５の回転に連動して回転する。過給機３は、コンプレッサ羽根車４の回転により、コンプレッサ羽根車４を通過する燃焼用気体を圧縮し、上記燃焼用気体の密度を高めてエンジン５に送るように構成されている。
The combustion gas passing through the
過給機３は、図２に示されるように、コンプレッサ羽根車４とタービン翼３５との間において回転シャフト３１を回転可能に支持する軸受３７と、コンプレッサハウジング３４とタービンハウジング３６との間に配置され、軸受３７を支持する軸受台３８と、をさらに含む。コンプレッサハウジング３４は、回転シャフト３１の軸方向に沿って延在し、コンプレッサハウジング３４に燃焼用気体を導くための気体導入流路３４１を形成する気体導入流路形成部３４２と、コンプレッサ羽根車４の外周側に設けられ、回転シャフト３１の周方向に沿って延在する渦巻状のスクロール流路３４３を形成するスクロール流路形成部３４４と、を有する。タービンハウジング３６は、タービン翼３５の外周側に設けられ、回転シャフト３１の周方向に沿って延在する渦巻状のスクロール流路３６１を形成するスクロール流路形成部３６２と、回転シャフト３１の軸方向に沿って延在し、タービン翼３５を通過した排ガスを排出するための排ガス排出流路３６３を形成する排ガス排出流路形成部３６４と、を有する。
2, the
（エンジンシステムに搭載される測定機器）
エンジンシステム２では、一般的に、コンプレッサ羽根車４の入口圧力Ｐｓ、燃焼用気体供給ライン６の中間冷却器７よりも下流側における燃焼用気体（コンプレッサ羽根車４の作動流体）の圧力Ｐｄ、および過給機３の回転数Ｎの測定が行われている。ここで、コンプレッサ羽根車４の入口圧力Ｐｓは、燃焼用気体供給ライン６のコンプレッサ羽根車４よりも上流側における燃焼用気体（コンプレッサ羽根車４の作動流体）の圧力である。
(Measuring equipment installed in engine systems)
In the
エンジンシステム２は、図１に示されるように、コンプレッサ羽根車４の入口圧力Ｐｓを測定するように構成された第１の圧力測定装置（図示例では、圧力センサ）２１と、コンプレッサ羽根車４の作動流体の上記圧力Ｐｄを測定するように構成された第２の圧力測定装置（図示例では、圧力センサ）２２と、過給機３の回転数Ｎを測定するように構成された第１の回転数測定装置（図示例では、回転数センサ）２５と、を備える。過給機３は、図３に示されるように、コンプレッサ羽根車４のメタル温度Ｔｍを測定するように構成された少なくとも１つの温度測定装置（図示例では、温度センサ）４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）を備える。
1, the
上述した制御装置１１には、第１の圧力測定装置２１、第２の圧力測定装置２２、第１の回転数測定装置２５及び少なくとも１つの温度測定装置４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）の夫々から測定結果が送られるようになっている。
The above-mentioned
（コンプレッサ羽根車の余寿命評価方法）
図４は、本開示の一実施形態にかかるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法のフロー図である。
幾つかの実施形態にかかるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法１は、図４に示されるように、回転数取得ステップＳ１と、応力算出ステップＳ２と、メタル温度測定ステップ（Ｓ３）と、余寿命評価ステップＳ５と、を備える。図示される実施形態では、余寿命評価方法１における幾つかのステップ（応力算出ステップＳ２、余寿命評価ステップＳ５など）は、制御装置１１により行われている。換言すると、制御装置１１は、応力算出ステップＳ２や余寿命評価ステップＳ５を実行可能に構成されており、これらのステップを行うようになっている。なお、余寿命評価方法１における幾つかのステップは、制御装置１１以外の装置や機器により行われてもよいし、手動により行うようにしてもよい。
(Method for assessing remaining life of compressor impeller)
FIG. 4 is a flow diagram of a method for assessing the remaining life of a compressor impeller according to one embodiment of the present disclosure.
As shown in Fig. 4, a
或る実施形態では、制御装置１１とは異なる装置である余寿命評価装置が、制御装置１１の代わりに余寿命評価方法１における幾つかのステップ（応力算出ステップＳ２、余寿命評価ステップＳ５など）を実行可能に構成されており、上記ステップを行うようになっている。上記余寿命評価装置には、エンジンシステム２における測定データ（第１の圧力測定装置２１、第２の圧力測定装置２２、第１の回転数測定装置２５及び少なくとも１つの温度測定装置４０の夫々における測定結果）が送られるようになっている。上記余寿命評価装置は、制御装置１１から離れた遠隔地に配置されていてもよい。具体的には、制御装置１１を含むエンジンシステム２が船舶に設けられている場合には、上記余寿命評価装置は、船内における制御装置１１の設置箇所に配置されてもよいし、船内における制御装置１１の設置箇所とは異なる箇所に配置されていてもよい。また、上記余寿命評価装置は、上記船舶から離れた陸上に設けられた施設内に配置されていてもよい。上記余寿命評価装置によれば、制御装置１１を含むエンジンシステム２から離れた遠隔地においても、コンプレッサ羽根車４の余寿命評価を行うことができる。
In one embodiment, a remaining life evaluation device, which is a device different from the
回転数取得ステップＳ１では、過給機３の回転数Ｎを取得することが行われる。図示される実施形態では、回転数取得ステップＳ１において、第１の回転数測定装置２５で測定された過給機３の回転数の測定値が過給機３の回転数Ｎとして取得される。
In the rotation speed acquisition step S1, the rotation speed N of the
応力算出ステップＳ２では、回転数取得ステップＳ１で取得した過給機３の回転数Ｎからコンプレッサ羽根車４に生じる応力（遠心応力）σを算出することが行われる。具体的には、応力算出ステップＳ２よりも前に、コンプレッサ羽根車４に生じる応力σと過給機３の回転数Ｎとの関係性を示す第１の関係性情報Ｒ１を取得することが行われる。応力算出ステップＳ２では、予め取得した第１の関係性情報Ｒ１に基づいて、回転数Ｎから応力σを算出することが行われる。
In the stress calculation step S2, the stress (centrifugal stress) σ occurring in the
第１の関係性情報Ｒ１は、コンプレッサ羽根車４に生じる応力σと、過給機３の回転数Ｎとの間の対応関係を示すものであり、回転数Ｎを入力情報とした際に、入力情報である回転数Ｎに対応する応力σを出力情報として取得できるものであればよい。第１の関係性情報Ｒ１には、上記入力情報と上記出力情報との対応関係を示すリストや表、マップ、関数、機械学習のモデルなどが含まれる。第１の関係性情報Ｒ１は、定常試験データを基に作成してもよいし、定常試験データ以外の過去の実績値や実験値、数値解析結果などを基に作成してもよい。
The first relationship information R1 indicates the correspondence between the stress σ generated in the
コンプレッサ羽根車４に生じる応力σは、過給機３の回転数Ｎの二乗に比例している。このため、回転数Ｎが増加するほど、応力σが増加する。以上により、応力σと回転数Ｎとの間には相関関係があるといえる。第１の関係性情報Ｒ１には、応力σと回転数Ｎとの間の上記相関関係が含まれる。
The stress σ generated in the
メタル温度測定ステップＳ３では、コンプレッサ羽根車４のメタル温度Ｔｍを測定することが行われる。図示される実施形態では、メタル温度測定ステップＳ３において少なくとも１つの温度測定装置４０で測定されたコンプレッサ羽根車４のメタル温度Ｔｍの測定値がコンプレッサ羽根車４のメタル温度Ｔｍとして取得される。少なくとも１つの温度測定装置４０は、コンプレッサ羽根車４に非接触の状態で、メタル温度Ｔｍを取得可能に構成されている。なお、メタル温度測定ステップＳ３においてコンプレッサ羽根車４のメタル温度Ｔｍを測定する温度測定装置４０の設置位置や数は、任意であり、後述する温度測定装置４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）に関する記載に限定されるものではない。また、温度測定装置４０によるコンプレッサ羽根車４のメタル温度Ｔｍの測定位置も、後述する温度測定装置４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）の測定位置に関する記載に限定されるものではない。
In the metal temperature measurement step S3, the metal temperature Tm of the
余寿命評価ステップＳ５では、予め取得したコンプレッサ羽根車４における応力σ、メタル温度Ｔｍ、および寿命の関係性を利用して、応力算出ステップＳ２で算出した応力σと、メタル温度測定ステップＳ３で測定したメタル温度Ｔｍとから、コンプレッサ羽根車４の余寿命を評価することが行われる。
In the remaining life evaluation step S5, the previously acquired relationship between the stress σ, metal temperature Tm, and life of the
コンプレッサ羽根車４における応力σやメタル温度Ｔｍの現時点までの履歴に応じて、コンプレッサ羽根車４に損傷（クリープ損傷など）が発生し、進展している場合がある。コンプレッサ羽根車の余寿命評価方法１によれば、余寿命評価ステップＳ５において、コンプレッサ羽根車４の応力σ、メタル温度Ｔｍ、および寿命の関係性を利用することで、応力算出ステップＳ２で算出した応力σと、メタル温度測定ステップＳ３で測定したメタル温度Ｔｍとから、コンプレッサ羽根車４の現時点までの損傷を考慮した余寿命を求めることができるため、コンプレッサ羽根車４の余寿命を精度良く評価できる。特に、実際に測定したメタル温度Ｔｍの測定値を用いて余寿命の評価を行うことで、他のパラメータから推定したメタル温度Ｔｍの推定値を用いる場合に比べて、コンプレッサ羽根車４の余寿命を精度良く評価できる。
Depending on the history of the stress σ and metal temperature Tm in the
（コンプレッサ羽根車の形状）
幾つかの実施形態では、図３に示されるように、上述したコンプレッサ羽根車４は、ハブ面４２及び背面４３を有するハブ４１と、ハブ面４２に設けられた少なくとも１つの翼４４と、を含む。背面４３は、背面４３よりもコンプレッサ羽根車４の軸方向における後端側に突出する突出部４５に接続される内周端４３２から背面の外周端４３１までに亘り延在している。
(Compressor impeller shape)
3, the
図示される実施形態では、突出部４５は、コンプレッサ羽根車４と一体的に形成されている。突出部４５は、コンプレッサ羽根車４の軸方向に沿って延在する外側面４５１と、外側面４５１の上記軸方向の後端に連なり、コンプレッサ羽根車４の径方向に沿って延在する当接面４５２と、を有する。外側面４５１の上記軸方向の前端が背面４３の内周端４３２に接続されている。当接面４５２は、突出部４５に対してコンプレッサ羽根車４の軸方向における後端側に隣接して配置されたロータ４９に少なくとも一部が当接している。ロータ４９は、コンプレッサ羽根車４の軸方向に沿って延在する外側面４９１を有する。ロータ４９は、回転シャフト３１と一体的に形成されていてもよいし、回転シャフト３１とは別体に形成されていてもよい。なお、他の幾つかの実施形態では、突出部４５は、コンプレッサ羽根車４と別体に形成されていてもよい。例えば、突出部４５は、回転シャフト３１を挿通させるスリーブであってもよい。
In the illustrated embodiment, the protrusion 45 is formed integrally with the
幾つかの実施形態では、上述したメタル温度測定ステップＳ３では、図３に示されるような、背面４３の外周縁部４６、内周縁部４７、背面４３の外周縁部４６と内周縁部４７の間に位置する中央部４８、ハブ面４２の外周縁部４２１、又は、上述した少なくとも１つの翼４４の翼面の外周部４４１、の５箇所のうち、少なくとも１箇所のメタル温度Ｔｍの測定が行われる。
In some embodiments, in the above-mentioned metal temperature measurement step S3, the metal temperature Tm is measured at at least one of the following five locations: the outer
コンプレッサ羽根車４の径方向において、背面４３の内周端４３２の径方向位置を０％と定義し、背面４３の外周端４３１の径方向位置を１００％と定義し、８０％以上１００％以下の径方向範囲における背面４３を背面４３の外周縁部４６とし、０％以上２０％以下の径方向範囲における背面４３を背面４３の内周縁部４７とし、２０％超８０％未満の径方向範囲における背面４３を背面４３の中央部４８とする。また、上述した８０％以上１００％以下の径方向範囲におけるハブ面４２をハブ面４２の外周縁部４２１とする。また、上述した８０％以上１００％以下の径方向範囲における翼４４の翼面を上記翼面の外周部４４１とする。なお、コンプレッサ羽根車４の径方向において、背面４３の内周端４３２の径方向位置の代わりに、突出部４５の外側面４５１の径方向位置、又は、ロータ４９の外側面４９１の径方向位置、の何れかを０％と定義してもよい。
In the radial direction of the
図示される実施形態では、ハブ面４２の外周縁部４２１のメタル温度Ｔｍの測定、又は、上記翼面の外周部４４１のメタル温度Ｔｍの測定、の少なくとも一方は、第１温度測定装置４０Ａにより行われる。コンプレッサハウジング３４は、コンプレッサ羽根車４の少なくとも１つの翼４４に隙間を挟んで対向するシュラウド面３４５を含むシュラウド部３４６をさらに有する。図３に示される実施形態では、気体導入流路形成部３４２とシュラウド部３４６が一体に形成され、これらとスクロール流路形成部３４４の間に回転シャフト３１の周方向に沿って延在する環状又は円弧状の間隙部３４７が形成されている。第１温度測定装置４０Ａは、シュラウド部３４６における外周縁部４２１に隙間を挟んで対向するシュラウド面３４５に設置される。
In the illustrated embodiment, at least one of the measurement of the metal temperature Tm of the outer
背面４３の外周縁部４６のメタル温度Ｔｍの測定は、第２温度測定装置４０Ｂにより行われる。第２温度測定装置４０Ｂは、軸受台３８における外周縁部４６に隙間を挟んで対向する対向面３８１に設置される。背面４３の内周縁部４７のメタル温度Ｔｍの測定は、第３温度測定装置４０Ｃにより行われる。第３温度測定装置４０Ｃは、軸受台３８における内周縁部４７に隙間を挟んで対向する対向面３８１に設置される。背面４３の中央部４８のメタル温度Ｔｍの測定は、第４温度測定装置４０Ｄにより行われる。第４温度測定装置４０Ｄは、軸受台３８における中央部４８に隙間を挟んで対向する対向面３８１に設置される。
The metal temperature Tm of the outer
コンプレッサ羽根車４における疲労による損傷が生じ易い箇所であるクリティカル箇所は、コンプレッサ羽根車４の形状や作動条件等に依存するため、過給機３ごとに異なることがある。一般的に、ハブ４１の比較的温度が高くなる外周部や比較的応力が高くなるボス部が、上記クリティカル箇所となる可能性が高い。上記の方法によれば、上記５箇所のうち、背面４３の外周縁部４６、ハブ面４２の外周縁部４２１、又は、上記翼面の外周部４４１、のメタル温度Ｔｍの測定値を用いて余寿命の評価を行うことで、特にハブ４１の外周部が上記クリティカル箇所となる場合に、コンプレッサ羽根車４の余寿命を精度良く評価できる。そして、上記５箇所のうち、背面４３の内周縁部４７のメタル温度Ｔｍの測定値を用いて余寿命の評価を行うことで、特にハブ４１のボス部が上記クリティカル箇所となる場合に、コンプレッサ羽根車４の余寿命を精度良く評価できる。また、上記５箇所のうち、背面４３の中央部４８のメタル温度Ｔｍの測定値を用いて余寿命の評価を行うことで、上記クリティカル箇所がハブ４１の外周部又はボス部の何れかである場合だけでなく、上記クリティカル箇所が不明である場合であっても、コンプレッサ羽根車４の余寿命を比較的高精度で評価できる。
The critical points in the
幾つかの実施形態では、上述したメタル温度測定ステップＳ３では、上述した背面４３の外周縁部４６、内周縁部４７、中央部４８、ハブ面４２の外周縁部４２１、又は、上述した翼面の外周部４４１、の５箇所のうち、の何れか１箇所のメタル温度Ｔｍの測定が行われる。上述したコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法１は、コンプレッサ羽根車４における疲労による損傷が生じ易い箇所であるクリティカル箇所を推定するクリティカル箇所推定ステップＳ４をさらに備える。上述した余寿命評価ステップＳ５は、予め取得したメタル温度測定ステップＳ３においてメタル温度Ｔｍが測定される測定位置のメタル温度Ｔｍ１とクリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２との関係性を利用して、メタル温度測定ステップＳ３において測定した測定位置のメタル温度Ｔｍ１からクリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２を算出するメタル温度算出ステップＳ５０を含む。
In some embodiments, in the above-mentioned metal temperature measurement step S3, the metal temperature Tm is measured at any one of the five locations of the outer
本実施形態では、クリティカル箇所におけるコンプレッサ羽根車４の余寿命の評価が行われる。本実施形態の応力算出ステップＳ２では、回転数取得ステップＳ１で取得した過給機３の回転数Ｎから、コンプレッサ羽根車４の上記クリティカル箇所に生じる応力σを算出することが行われる。すなわち、本実施形態の第１の関係性情報Ｒ１は、コンプレッサ羽根車４の上記クリティカル箇所に生じる応力σと、過給機３の回転数Ｎとの間の対応関係を示すものである。なお、他の幾つかの実施形態では、上述した応力算出ステップＳ２において、回転数取得ステップＳ１で取得した過給機３の回転数Ｎから、コンプレッサ羽根車４の上記測定位置に生じる応力σを算出することが行われてもよい。この実施形態の第１の関係性情報Ｒ１は、コンプレッサ羽根車４の上記測定位置に生じる応力σと、過給機３の回転数Ｎとの間の対応関係を示すものであってもよい。
In this embodiment, the remaining life of the
クリティカル箇所推定ステップＳ４におけるクリティカル箇所の推定は、定常試験データを基に行ってもよいし、定常試験データ以外の過去の実績値や実験値、数値解析結果などを基に行ってもよい。クリティカル箇所推定ステップＳ４は、上述した制御装置１１や余寿命評価装置が行うようにしてもよい。クリティカル箇所推定ステップＳ４は、メタル温度算出ステップＳ５０よりも前に行われる。
The estimation of the critical points in the critical point estimation step S4 may be performed based on steady-state test data, or based on past performance values, experimental values, numerical analysis results, etc. other than steady-state test data. The critical point estimation step S4 may be performed by the
メタル温度算出ステップＳ５０よりも前に、第２の関係性情報Ｒ２を取得することが行われる。第２の関係性情報Ｒ２は、測定位置のメタル温度Ｔｍ１とクリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２との間の対応関係を示すものであり、測定位置のメタル温度Ｔｍ１を入力情報とした際に、入力情報である測定位置のメタル温度Ｔｍ１に対応するクリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２を出力情報として取得できるものであればよい。第２の関係性情報Ｒ２には、上記入力情報と上記出力情報との対応関係を示すリストや表、マップ、関数、機械学習のモデルなどが含まれる。第２の関係性情報Ｒ２は、定常試験データを基に作成してもよいし、定常試験データ以外の過去の実績値や実験値、数値解析結果などを基に作成してもよい。 Prior to the metal temperature calculation step S50, the second relationship information R2 is acquired. The second relationship information R2 indicates the correspondence between the metal temperature Tm1 at the measurement position and the metal temperature Tm2 at the critical point, and may be any information that can acquire the metal temperature Tm2 at the critical point corresponding to the metal temperature Tm1 at the measurement position, which is the input information, as output information when the metal temperature Tm1 at the measurement position is used as input information. The second relationship information R2 includes a list, table, map, function, machine learning model, etc., that indicates the correspondence between the input information and the output information. The second relationship information R2 may be created based on steady-state test data, or may be created based on past actual values, experimental values, numerical analysis results, etc. other than steady-state test data.
余寿命評価ステップＳ５では、クリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２を用いることを基本とするが、測定位置がクリティカル箇所に該当する場合には、測定位置のメタル温度Ｔｍ１を用いてもよい。余寿命評価ステップＳ５では、予め取得したコンプレッサ羽根車４における応力σ、メタル温度Ｔｍ（Ｔｍ２）、および寿命の関係性を利用して、応力算出ステップＳ２で算出した応力σと、メタル温度算出ステップＳ５０で算出したメタル温度Ｔｍ２とから、コンプレッサ羽根車４の余寿命を評価することが行われてもよい。
In the remaining life evaluation step S5, the metal temperature Tm2 at the critical location is basically used, but if the measurement location corresponds to a critical location, the metal temperature Tm1 at the measurement location may be used. In the remaining life evaluation step S5, the remaining life of the
上記の方法によれば、クリティカル箇所推定ステップＳ４及びメタル温度算出ステップＳ５０を備えることで、メタル温度測定ステップＳ３において測定された測定位置のメタル温度Ｔｍ１からクリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２を算出できる。クリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２を用いて余寿命の評価を行うことで、クリティカル箇所におけるコンプレッサ羽根車４の余寿命を精度良く評価できる。
According to the above method, by including the critical point estimation step S4 and the metal temperature calculation step S50, the metal temperature Tm2 at the critical point can be calculated from the metal temperature Tm1 at the measurement position measured in the metal temperature measurement step S3. By evaluating the remaining life using the metal temperature Tm2 at the critical point, the remaining life of the
なお、他の幾つかの実施形態では、上述した余寿命評価ステップＳ５は、メタル温度算出ステップＳ５０を含んでいなくてもよい。この場合には、余寿命評価ステップＳ５では、予め取得したコンプレッサ羽根車４における応力σ、メタル温度Ｔｍ（Ｔｍ１）、および寿命の関係性を利用して、応力算出ステップＳ２で算出した応力σと、メタル温度測定ステップＳ３で測定したメタル温度Ｔｍ１とから、コンプレッサ羽根車４の余寿命を評価することが行われてもよい。
In some other embodiments, the remaining life assessment step S5 described above may not include the metal temperature calculation step S50. In this case, the remaining life assessment step S5 may use the previously acquired relationship between the stress σ, metal temperature Tm (Tm1), and life in the
幾つかの実施形態では、上述したコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法１は、上述したクリティカル箇所推定ステップＳ４を備える。上述したメタル温度測定ステップＳ３では、上述した背面４３の外周縁部４６、内周縁部４７、中央部４８、ハブ面４２の外周縁部４２１、又は、上述した翼面の外周部４４１、の５箇所のうちの、クリティカル箇所に最も近い１箇所のメタル温度Ｔｍ１の測定が行われる。
In some embodiments, the above-mentioned compressor impeller remaining
上記の方法によれば、クリティカル箇所推定ステップＳ４において推定されたクリティカル箇所に最も近い１箇所のメタル温度Ｔｍ１を用いて余寿命の評価を行うことで、クリティカル箇所におけるコンプレッサ羽根車４の余寿命を比較的高精度で評価できる。なお、クリティカル箇所に最も近い１箇所以外の箇所のメタル温度Ｔｍ１を測定するための、温度測定装置４０は設置しなくてもよい。
According to the above method, the remaining life of the
幾つかの実施形態では、上述したメタル温度測定ステップＳ３では、背面４３の外周縁部４６、ハブ面４２の外周縁部４２１、又は、上述した翼面の外周部４４１、のうちの何れか１箇所と、背面４３の内周縁部４７と、においてメタル温度Ｔｍ１の測定が行われる。
In some embodiments, in the above-mentioned metal temperature measurement step S3, the metal temperature Tm1 is measured at one of the outer
上記の方法によれば、背面４３の外周縁部４６、ハブ面４２の外周縁部４２１、又は、上記翼面の外周部４４１の何れかにおいて測定されたメタル温度Ｔｍ１を用いて余寿命の評価を行うことができ、且つ、背面４３の内周縁部４７において測定されたメタル温度Ｔｍ１を用いて余寿命の評価を行うことができる。この場合には、上記クリティカル箇所がハブ４１の外周部又はボス部の何れかである場合だけでなく、上記クリティカル箇所が不明である場合であっても、コンプレッサ羽根車４の余寿命を比較的高精度で評価できる。
According to the above method, the remaining life can be evaluated using the metal temperature Tm1 measured at either the outer
（コンプレッサ羽根車の許容作動時間）
幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述した余寿命評価ステップＳ５は、予め取得したコンプレッサ羽根車４における応力σとラーソンミラーパラメータＬＭＰとの関係性（第３の関係性情報Ｒ３）を利用して、応力算出ステップＳ２で算出した応力σからラーソンミラーパラメータＬＭＰを算出するラーソンミラーパラメータ算出ステップＳ５１と、ラーソンミラーパラメータ算出ステップＳ５１で算出したラーソンミラーパラメータＬＭＰと、メタル温度測定ステップＳ３で測定したメタル温度Ｔｍとから、コンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒを算出する許容作動時間算出ステップＳ５２と、を含む。コンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒは、一定のメタル温度Ｔｍで一定の応力σを受けるコンプレッサ羽根車４が破断するまでの時間を示している。
(Permissible operating time of compressor impeller)
4, the remaining life assessment step S5 includes a Larson-Miller parameter calculation step S51 for calculating the Larson-Miller parameter LMP from the stress σ calculated in the stress calculation step S2 by using the previously acquired relationship (third relationship information R3) between the stress σ in the
ラーソンミラーパラメータ算出ステップＳ５１よりも前に、第３の関係性情報Ｒ３を取得することが行われる。第３の関係性情報Ｒ３は、コンプレッサ羽根車４における応力σと、ラーソンミラーパラメータＬＭＰとの間の対応関係を示すものであり、応力σを入力情報とした際に、入力情報である応力σに対応するラーソンミラーパラメータＬＭＰを出力情報として取得できるものであればよい。第３の関係性情報Ｒ３には、上記入力情報と上記出力情報との対応関係を示すリストや表、マップ、関数、機械学習のモデルなどが含まれる。第３の関係性情報Ｒ３は、定常試験データを基に作成してもよいし、定常試験データ以外の過去の実績値や実験値、数値解析結果などを基に作成してもよい。
Prior to the Larson-Miller parameter calculation step S51, the third relationship information R3 is acquired. The third relationship information R3 indicates the correspondence between the stress σ in the
図５は、コンプレッサ羽根車における応力とラーソンミラーパラメータとの関係を説明するための説明図である。図５には、コンプレッサ羽根車４における応力σを縦軸とし、ラーソンミラーパラメータＬＭＰを横軸とするグラフが示されている。図５には、応力σとラーソンミラーパラメータＬＭＰとの間の関係性を示す１本のマスターカーブＭ１が示されている。マスターカーブＭ１は、例えば、数段階の応力σおよびメタル温度Ｔｍにおけるクリープ破断試験の結果から求められる。第３の関係性情報Ｒ３には、マスターカーブＭ１が含まれる。或る実施形態では、ラーソンミラーパラメータ算出ステップＳ５１において、マスターカーブＭ１に基づいて、応力算出ステップＳ２で算出した応力σから、該応力σに対応するラーソンミラーパラメータＬＭＰを算出することが行われる。
Figure 5 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the stress in the compressor impeller and the Larson-Miller parameter. In Figure 5, a graph is shown with the stress σ in the
許容作動時間算出ステップＳ５２では、下記式（１）に基づいて、ラーソンミラーパラメータ算出ステップＳ５１で算出したラーソンミラーパラメータＬＭＰと、メタル温度測定ステップＳ３で測定したメタル温度Ｔｍとから、コンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒを算出することが行われる。
ＬＭＰ＝Ｔｍ×（Ｃ＋ｌｏｇ（ｔｒ））・・・・・・（１）
ここで、ＬＭＰはラーソンミラーパラメータ、Ｔｍはコンプレッサ羽根車４のメタル温度、Ｃは材料定数であり、ｔｒはコンプレッサ羽根車４の許容作動時間である。また、本実施形態では、材料定数Ｃ＝２０である。
In the allowable operating time calculation step S52, the allowable operating time tr of the
LMP = Tm × (C + log (tr)) ... (1)
Here, LMP is the Larson-Miller parameter, Tm is the metal temperature of the
上記の方法によれば、ラーソンミラーパラメータＬＭＰを用いることで、応力算出ステップＳ２で算出した応力σと、メタル温度測定ステップＳ３で測定したメタル温度Ｔｍとから、コンプレッサ羽根車４の現時点までのクリープ損傷を考慮したコンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒを求めることができる。余寿命評価ステップＳ５（Ｓ５１およびＳ５２）で算出したコンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒにより、コンプレッサ羽根車４の余寿命を精度良く評価できる。
According to the above method, by using the Larson-Miller parameter LMP, the allowable operating time tr of the
なお、許容作動時間算出ステップＳ５２で許容作動時間ｔｒの算出に用いられるメタル温度Ｔｍは、メタル温度測定ステップＳ３で測定した測定位置のメタル温度Ｔｍ１であってもよいし、メタル温度算出ステップＳ５０で算出したクリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２であってもよい。クリティカル箇所におけるコンプレッサ羽根車４の余寿命を評価するためには、許容作動時間算出ステップＳ５２で許容作動時間ｔｒの算出に用いられるメタル温度Ｔｍは、クリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２であることが好ましい。
The metal temperature Tm used to calculate the allowable operating time tr in the allowable operating time calculation step S52 may be the metal temperature Tm1 at the measurement position measured in the metal temperature measurement step S3, or the metal temperature Tm2 at the critical point calculated in the metal temperature calculation step S50. In order to evaluate the remaining life of the
幾つかの実施形態では、上述した許容作動時間算出ステップＳ５２では、ラーソンミラーパラメータ算出ステップＳ５１で算出したラーソンミラーパラメータＬＭＰと、メタル温度測定ステップＳ３で測定した測定位置のメタル温度Ｔｍ１とから、コンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒを算出することが行われる。
In some embodiments, in the above-mentioned allowable operating time calculation step S52, the allowable operating time tr of the
また、他の幾つかの実施形態では、上述した許容作動時間算出ステップＳ５２では、ラーソンミラーパラメータ算出ステップＳ５１で算出したラーソンミラーパラメータＬＭＰと、メタル温度算出ステップＳ５０で算出したクリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２とから、コンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒを算出することが行われる。この場合には、クリティカル箇所のメタル温度Ｔｍ２を用いて許容作動時間ｔｒを算出することで、クリティカル箇所におけるコンプレッサ羽根車４の余寿命を精度良く評価できる。
In some other embodiments, in the above-mentioned allowable operating time calculation step S52, the allowable operating time tr of the
また、上述した幾つかの実施形態では、ラーソンミラーパラメータＬＭＰを用いて、応力σとメタル温度Ｔｍとからコンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒを求めているが、他の公知の外挿法を用いて、応力σとメタル温度Ｔｍ（Ｔｍ１又はＴｍ２）とからコンプレッサ羽根車４の許容作動時間ｔｒを求めてもよい。
In addition, in some of the above-mentioned embodiments, the Larson-Miller parameter LMP is used to determine the allowable operating time tr of the
（過給機の回転数）
図６は、本開示の一実施形態における回転数取得ステップのフロー図である。
上述したエンジンシステム２が、過給機３の回転数Ｎを測定するように構成された上述した第１の回転数測定装置２５を備えていない場合には、過給機３の回転数Ｎを求める必要がある。幾つかの実施形態では、図６に示されるように、上述した回転数取得ステップＳ１は、圧力比取得ステップＳ１１と、流量取得ステップＳ１２と、回転数算出ステップＳ１３と、を含む。
(Turbocharger speed)
FIG. 6 is a flow diagram of a rotation speed acquisition step according to an embodiment of the present disclosure.
In the case where the above-mentioned
圧力比取得ステップＳ１１では、コンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒを取得することが行われる。図示される実施形態では、圧力比取得ステップＳ１１は、コンプレッサ羽根車４の入口圧力Ｐｓを測定する入口圧力測定ステップＳ１４と、コンプレッサ羽根車４の出口圧力Ｐｅを取得する出口圧力取得ステップＳ１５と、入口圧力測定ステップＳ１４で測定したコンプレッサ羽根車４の入口圧力Ｐｓと、出口圧力取得ステップＳ１５で取得したコンプレッサ羽根車４の出口圧力Ｐｅとから、コンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒを算出する圧力比算出ステップＳ１６と、を含む。
In the pressure ratio acquisition step S11, the pressure ratio Pr of the
流量取得ステップＳ１２では、コンプレッサ羽根車４の流量Ｆｒを取得することが行われる。流量取得ステップＳ１２において、コンプレッサ羽根車４の流量Ｆｒは、エンジンの仕様やエンジンシステム２において一般的に測定されるパラメータを用いて公知の手法により推定される。
In the flow rate acquisition step S12, the flow rate Fr of the
回転数算出ステップＳ１３では、予め取得したコンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒ、流量Ｆｒ、および過給機３の回転数Ｎの関係性（第４の関係性情報Ｒ４）を利用して、圧力比取得ステップＳ１１で取得した圧力比Ｐｒと、流量取得ステップＳ１２で取得した流量Ｆｒとから、過給機３の回転数Ｎを算出することが行われる。
In the rotation speed calculation step S13, the previously acquired relationship between the pressure ratio Pr, the flow rate Fr, and the rotation speed N of the turbocharger 3 (fourth relationship information R4) of the
回転数算出ステップＳ１３よりも前に、第４の関係性情報Ｒ４を取得することが行われる。第４の関係性情報Ｒ４は、コンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒ、流量Ｆｒ、および過給機３の回転数Ｎとの間の対応関係を示すものであり、圧力比Ｐｒおよび流量Ｆｒを入力情報とした際に、入力情報である圧力比Ｐｒおよび流量Ｆｒに対応する回転数Ｎを出力情報として取得できるものであればよい。第４の関係性情報Ｒ４には、上記入力情報と上記出力情報との対応関係を示すリストや表、マップ、関数、機械学習のモデルなどが含まれる。第４の関係性情報Ｒ４は、定常試験データを基に作成してもよいし、定常試験データ以外の過去の実績値や実験値、数値解析結果などを基に作成してもよい。
Prior to the rotation speed calculation step S13, the fourth relationship information R4 is acquired. The fourth relationship information R4 indicates the correspondence between the pressure ratio Pr and flow rate Fr of the
上記の方法によれば、コンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒ、流量Ｆｒおよび過給機３の回転数Ｎの関係性を利用することで、圧力比取得ステップＳ１１で取得した圧力比Ｐｒと、流量取得ステップＳ１２で取得した流量Ｆｒとから、過給機３の回転数Ｎを算出できる。上記の方法によれば、エンジンシステム２に過給機３の回転数Ｎを測定する回転数測定装置が設けられていない場合でも、コンプレッサ羽根車４の余寿命評価方法１を実行可能になる。
According to the above method, by utilizing the relationship between the pressure ratio Pr, the flow rate Fr, and the rotation speed N of the
幾つかの実施形態では、図６に示されるように、上述した圧力比取得ステップＳ１１は、上述した入口圧力測定ステップＳ１４と、上述した出口圧力取得ステップＳ１５と、上述した圧力比算出ステップＳ１６と、を含む。 In some embodiments, as shown in FIG. 6, the pressure ratio acquisition step S11 includes the inlet pressure measurement step S14, the outlet pressure acquisition step S15, and the pressure ratio calculation step S16.
上記の方法によれば、入口圧力測定ステップＳ１４で測定したコンプレッサ羽根車４の入口圧力Ｐｓと、出口圧力取得ステップＳ１５で取得したコンプレッサ羽根車４の出口圧力Ｐｅとから、コンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒを算出できる。上記の方法によれば、エンジンシステム２にコンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒを測定する圧力比測定装置が設けられていない場合でも、コンプレッサ羽根車４の余寿命評価方法１を実行可能になる。
According to the above method, the pressure ratio Pr of the
幾つかの実施形態では、図６に示されるように、上述した回転数取得ステップＳ１は、圧力比取得ステップＳ１１と、流量取得ステップＳ１２と、回転数算出ステップＳ１３と、を含み、上述した圧力比取得ステップＳ１１は、上述した入口圧力測定ステップＳ１４と、上述した出口圧力取得ステップＳ１５と、上述した圧力比算出ステップＳ１６と、を含む。上述した出口圧力取得ステップＳ１５では、中間冷却器７よりも下流側において測定したコンプレッサ羽根車４の作動流体の圧力Ｐｄに、中間冷却器７により生じる圧力損失ΔＰを加えたものが出口圧力Ｐｅとして取得される。
6, in some embodiments, the above-mentioned rotation speed acquisition step S1 includes a pressure ratio acquisition step S11, a flow rate acquisition step S12, and a rotation speed calculation step S13, and the above-mentioned pressure ratio acquisition step S11 includes the above-mentioned inlet pressure measurement step S14, the above-mentioned outlet pressure acquisition step S15, and the above-mentioned pressure ratio calculation step S16. In the above-mentioned outlet pressure acquisition step S15, the pressure Pd of the working fluid of the
出口圧力取得ステップＳ１５では、コンプレッサ羽根車４の出口圧力Ｐｅを取得することが行われる。コンプレッサ羽根車４の出口圧力Ｐｅは、燃焼用気体供給ライン６のコンプレッサ羽根車４よりも下流側、且つ中間冷却器７よりも上流側における燃焼用気体（コンプレッサ羽根車４の作動流体）の圧力である。中間冷却器７における圧力損失ΔＰにより、中間冷却器７よりも下流側における燃焼用気体の圧力Ｐｄは、コンプレッサ羽根車４の出口圧力Ｐｅよりも低くなっている。
In the outlet pressure acquisition step S15, the outlet pressure Pe of the
図示される実施形態では、出口圧力取得ステップＳ１５において、第２の圧力測定装置２２で測定された上記圧力Ｐｄに、中間冷却器７により生じる圧力損失ΔＰを加えたものが出口圧力Ｐｅとして取得される。圧力損失ΔＰは、出口圧力取得ステップＳ１５よりも前に中間冷却器７の仕様に基づいて予め設定されている。
In the illustrated embodiment, in the outlet pressure acquisition step S15, the pressure Pd measured by the second
上記の方法によれば、出口圧力取得ステップＳ１５において、中間冷却器７よりも下流側におけるコンプレッサ羽根車４の作動流体の圧力Ｐｄに、中間冷却器７により生じる圧力損失ΔＰを加えることで、コンプレッサ羽根車４の出口圧力Ｐｅを精度良く推定できる。これにより、圧力比算出ステップＳ１６において、コンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒを精度良く推定できる。また、上記の方法によれば、過給機３を備えるエンジンシステム２において一般的に測定が行われている中間冷却器７よりも下流側におけるコンプレッサ羽根車４の作動流体の圧力Ｐｄ、およびコンプレッサ羽根車４の入口圧力Ｐｓを用いて、コンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒを推定できる。上記の方法によれば、エンジンシステム２にコンプレッサ羽根車４の出口圧力Ｐｅを測定する圧力測定装置やコンプレッサ羽根車４の圧力比Ｐｒを測定する圧力比測定装置が設けられていない場合でも、コンプレッサ羽根車４の余寿命評価方法１を実行可能になる。なお、圧力比取得ステップＳ１１における出口圧力Ｐｅの推定や圧力比算出ステップＳ１６、流量取得ステップＳ１２および回転数算出ステップＳ１３は、上述した制御装置１１や余寿命評価装置が行うようにしてもよい。
According to the above method, in the outlet pressure acquisition step S15, the outlet pressure Pe of the
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, but also includes variations of the above-described embodiments and appropriate combinations of these embodiments.
上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。 The contents described in the above-mentioned embodiments can be understood, for example, as follows:
１）本開示の少なくとも一実施形態にかかるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）は、
過給機（３）が有するコンプレッサ羽根車（４）の余寿命を評価するコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）であって、
前記過給機（３）の回転数（Ｎ）を取得する回転数取得ステップ（Ｓ１）と、
前記回転数取得ステップ（Ｓ１）で取得した前記過給機（３）の回転数（Ｎ）から前記コンプレッサ羽根車（４）に生ずる応力（σ）を算出する応力算出ステップ（Ｓ２）と、
前記コンプレッサ羽根車（４）のメタル温度（Ｔｍ）を測定するメタル温度測定ステップ（Ｓ３）と、
予め取得した前記コンプレッサ羽根車（４）における応力（σ）、メタル温度（Ｔｍ）、及び寿命の関係性を利用して、前記応力算出ステップ（Ｓ２）で算出した前記応力（σ）と、前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）で測定した前記メタル温度（Ｔｍ）とから、前記コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を評価する余寿命評価ステップ（Ｓ５）と、を備える。
1) A method for assessing remaining life of a compressor impeller according to at least one embodiment of the present disclosure (1) includes:
A method (1) for evaluating a remaining life of a compressor impeller (4) of a turbocharger (3), comprising:
A rotation speed acquisition step (S1) of acquiring a rotation speed (N) of the turbocharger (3);
a stress calculation step (S2) of calculating a stress (σ) generated in the compressor impeller (4) from the rotation speed (N) of the turbocharger (3) acquired in the rotation speed acquisition step (S1);
a metal temperature measuring step (S3) of measuring a metal temperature (Tm) of the compressor impeller (4);
and a remaining life evaluation step (S5) of evaluating the remaining life of the compressor impeller (4) from the stress (σ) calculated in the stress calculation step (S2) and the metal temperature (Tm) measured in the metal temperature measurement step (S3) by utilizing a relationship between the stress (σ), metal temperature (Tm), and life of the compressor impeller (4) obtained in advance.
コンプレッサ羽根車（４）における応力（σ）やメタル温度（Ｔｍ）の現時点までの履歴に応じて、コンプレッサ羽根車（４）に損傷（クリープ損傷など）が発生し、進展している場合がある。上記１）の方法によれば、余寿命評価ステップ（Ｓ５）において、コンプレッサ羽根車（４）の応力（σ）、メタル温度（Ｔｍ）、及び寿命の関係性を利用することで、応力算出ステップ（Ｓ２）で算出した応力（σ）と、メタル温度測定ステップ（Ｓ３）で測定したメタル温度（Ｔｍ）とから、コンプレッサ羽根車（４）の現時点までの損傷を考慮した余寿命を求めることができるため、コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を精度良く評価できる。特に、実際に測定したメタル温度（Ｔｍ）の測定値を用いて余寿命の評価を行うことで、他のパラメータから推定したメタル温度（Ｔｍ）の推定値を用いる場合に比べて、コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を精度良く評価できる。 Depending on the history of the stress (σ) and metal temperature (Tm) in the compressor impeller (4) up to the present time, damage (such as creep damage) may occur and progress in the compressor impeller (4). According to the method of 1) above, in the remaining life evaluation step (S5), the relationship between the stress (σ), metal temperature (Tm), and life of the compressor impeller (4) is utilized, and the remaining life considering the damage to the compressor impeller (4) up to the present time can be calculated from the stress (σ) calculated in the stress calculation step (S2) and the metal temperature (Tm) measured in the metal temperature measurement step (S3), so that the remaining life of the compressor impeller (4) can be evaluated with high accuracy. In particular, by evaluating the remaining life using the measured value of the metal temperature (Tm) actually measured, the remaining life of the compressor impeller (4) can be evaluated with high accuracy compared to the case where an estimated value of the metal temperature (Tm) estimated from other parameters is used.
２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）であって、
前記コンプレッサ羽根車（４）は、
ハブ面（４２）及び背面（４３）を有するハブ（４１）と、前記ハブ面（４２）に設けられた少なくとも１つの翼（４４）と、を含み、
前記背面（４３）は、前記背面（４３）よりも前記コンプレッサ羽根車（４）の軸方向における後端側に突出する突出部（４５）に接続される内周端（４３２）から前記背面（４３）の外周端（４３１）までに亘り延在し、
前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）では、
前記背面（４３）の外周縁部（４６）、内周縁部（４７）、前記背面（４３）の前記外周縁部（４６）と前記内周縁部（４７）の間に位置する中央部（４８）、前記ハブ面（４２）の外周縁部（４２１）、又は、前記少なくとも１つの翼（４４）の翼面の外周部（４４１）、の５箇所のうち、少なくとも１箇所のメタル温度（Ｔｍ）の測定が行われる。
2) In some embodiments, the method (1) for evaluating remaining life of a compressor impeller according to 1) above, further comprising:
The compressor impeller (4) is
a hub (41) having a hub face (42) and a back face (43), and at least one wing (44) provided on the hub face (42);
the rear surface (43) extends from an inner circumferential end (432) connected to a protruding portion (45) protruding toward a rear end side in the axial direction of the compressor impeller (4) relative to the rear surface (43) to an outer circumferential end (431) of the rear surface (43);
In the metal temperature measuring step (S3),
The metal temperature (Tm) is measured at at least one of five locations: the outer peripheral edge (46) of the back surface (43), the inner peripheral edge (47), a central portion (48) located between the outer peripheral edge (46) and the inner peripheral edge (47) of the back surface (43), the outer peripheral edge (421) of the hub surface (42), or the outer peripheral portion (441) of the blade surface of the at least one blade (44).
コンプレッサ羽根車（４）における疲労による損傷が生じ易い箇所であるクリティカル箇所は、コンプレッサ羽根車（４）の形状や作動条件等に依存するため、過給機（３）ごとに異なることがある。一般的に、ハブ（４１）の比較的温度が高くなる外周部や比較的応力が高くなるボス部が、上記クリティカル箇所となる可能性が高い。上記２）の方法によれば、上記５箇所のうち、背面（４３）の外周縁部（４６）、ハブ面（４２）の外周縁部（４２１）、又は、翼面の外周部（４４１）、のメタル温度（Ｔｍ）の測定値を用いて余寿命の評価を行うことで、特にハブ（４１）の外周部が上記クリティカル箇所となる場合に、コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を精度良く評価できる。そして、上記５箇所のうち、背面（４３）の内周縁部（４７）のメタル温度（Ｔｍ）の測定値を用いて余寿命の評価を行うことで、特にハブ（４１）のボス部が上記クリティカル箇所となる場合に、コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を精度良く評価できる。また、上記５箇所のうち、背面（４３）の中央部（４８）のメタル温度（Ｔｍ）の測定値を用いて余寿命の評価を行うことで、上記クリティカル箇所がハブ（４１）の外周部又はボス部の何れかである場合だけでなく、上記クリティカル箇所が不明である場合であっても、コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を比較的高精度で評価できる。 The critical points in the compressor impeller (4), which are points where fatigue damage is likely to occur, depend on the shape and operating conditions of the compressor impeller (4), and may differ for each turbocharger (3). In general, the outer periphery of the hub (41), where the temperature is relatively high, and the boss part, where the stress is relatively high, are likely to be the critical points. According to the method of 2), the remaining life of the compressor impeller (4) can be evaluated with high accuracy, particularly when the outer periphery of the hub (41) is the critical point, by evaluating the remaining life using the measured value of the metal temperature (Tm) of the outer periphery (46) of the back surface (43), the outer periphery (421) of the hub surface (42), or the outer periphery (441) of the blade surface, among the five points. And, the remaining life of the compressor impeller (4) can be evaluated with high accuracy, particularly when the boss part of the hub (41) is the critical point, by evaluating the remaining life using the measured value of the metal temperature (Tm) of the inner periphery (47) of the back surface (43), among the five points. Furthermore, by evaluating the remaining life using the measured metal temperature (Tm) of the center (48) of the back surface (43) among the five locations, the remaining life of the compressor impeller (4) can be evaluated with relatively high accuracy not only when the critical location is either the outer periphery or the boss of the hub (41), but also when the critical location is unknown.
３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）であって、
前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）では、
前記背面（４３）の前記外周縁部（４６）、前記内周縁部（４７）、前記中央部（４８）、前記ハブ面（４２）の前記外周縁部（４２１）、又は、前記少なくとも１つの翼（４４）の翼面の外周部（４４１）、の５箇所のうちの何れか１箇所のメタル温度（Ｔｍ）の測定が行われ、
前記コンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）は、
前記コンプレッサ羽根車（４）における疲労による損傷が生じ易い箇所であるクリティカル箇所を推定するクリティカル箇所推定ステップ（Ｓ４）をさらに備え、
前記余寿命評価ステップ（５）は、
予め取得した前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）において前記メタル温度（Ｔｍ）が測定される測定位置の前記メタル温度（Ｔｍ１）と前記クリティカル箇所のメタル温度（Ｔｍ２）との関係性を利用して、前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）において測定した前記測定位置の前記メタル温度（Ｔｍ１）から前記クリティカル箇所の前記メタル温度（Ｔｍ２）を算出するメタル温度算出ステップ（Ｓ５０）を含み、
前記コンプレッサ羽根車（４）における応力（σ）、メタル温度（Ｔｍ）、及び寿命の関係性を利用して、前記応力算出ステップ（Ｓ２）で算出した前記応力（σ）と、前記メタル温度算出ステップ（Ｓ５０）で算出した前記メタル温度（Ｔｍ２）とから、前記コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を評価する。
3) In some embodiments, the method (1) for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to 2) above, further comprising:
In the metal temperature measuring step (S3),
A metal temperature (Tm) is measured at any one of five locations: the outer peripheral edge (46), the inner peripheral edge (47), the central portion (48) of the back surface (43), the outer peripheral edge (421) of the hub surface (42), or the outer peripheral portion (441) of the blade surface of the at least one blade (44);
The method (1) for evaluating remaining life of a compressor impeller comprises:
The method further includes a critical point estimation step (S4) of estimating a critical point which is a point in the compressor impeller (4) where fatigue damage is likely to occur,
The remaining life assessment step (5) includes:
a metal temperature calculation step (S50) of calculating the metal temperature (Tm2) of the critical point from the metal temperature (Tm1) of the measurement position where the metal temperature (Tm) is measured in the metal temperature measurement step (S3) by utilizing a relationship between the metal temperature (Tm1) of the measurement position where the metal temperature (Tm) is measured in the metal temperature measurement step (S3) that has been previously acquired and the metal temperature (Tm2) of the critical point;
By utilizing the relationship between the stress (σ), metal temperature (Tm), and life of the compressor impeller (4), the remaining life of the compressor impeller (4) is evaluated from the stress (σ) calculated in the stress calculation step (S2) and the metal temperature (Tm2) calculated in the metal temperature calculation step (S50).
上記３）の方法によれば、クリティカル箇所推定ステップ（Ｓ４）及びメタル温度算出ステップ（Ｓ５０）を備えることで、メタル温度測定ステップ（Ｓ３）において測定された測定位置のメタル温度（Ｔｍ１）からクリティカル箇所のメタル温度（Ｔｍ２）を算出できる。クリティカル箇所のメタル温度（Ｔｍ２）を用いて余寿命の評価を行うことで、クリティカル箇所におけるコンプレッサ羽根車（４）の余寿命を精度良く評価できる。 According to the method of 3) above, by including a critical point estimation step (S4) and a metal temperature calculation step (S50), the metal temperature (Tm2) of the critical point can be calculated from the metal temperature (Tm1) of the measurement position measured in the metal temperature measurement step (S3). By evaluating the remaining life using the metal temperature (Tm2) of the critical point, the remaining life of the compressor impeller (4) at the critical point can be evaluated with high accuracy.
４）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）であって、
前記コンプレッサ羽根車（４）における疲労による損傷が生じ易い箇所であるクリティカル箇所を推定するクリティカル箇所推定ステップ（Ｓ４）をさらに備え、
前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）では、
前記背面（４３）の前記外周縁部（４６）、前記内周縁部（４７）、前記中央部（４８）、前記ハブ面（４２）の前記外周縁部（４２１）、又は、前記少なくとも１つの翼（４４）の翼面の外周部（４４１）、の５箇所のうちの、前記クリティカル箇所に最も近い１箇所のメタル温度（Ｔｍ１）の測定が行われる。
4) In some embodiments, the method (1) for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to 2) above, further comprising:
The method further includes a critical point estimation step (S4) of estimating a critical point which is a point in the compressor impeller (4) where fatigue damage is likely to occur,
In the metal temperature measuring step (S3),
The metal temperature (Tm1) is measured at one location closest to the critical location out of five locations: the outer peripheral edge (46), the inner peripheral edge (47), the central portion (48) of the back surface (43), the outer peripheral edge (421) of the hub surface (42), or the outer peripheral portion (441) of the blade surface of the at least one blade (44).
上記４）の方法によれば、クリティカル箇所推定ステップ（Ｓ４）において推定されたクリティカル箇所に最も近い１箇所のメタル温度（Ｔｍ１）を用いて余寿命の評価を行うことで、クリティカル箇所におけるコンプレッサ羽根車（４）の余寿命を比較的高精度で評価できる。 According to the method of 4) above, the remaining life of the compressor impeller (4) at the critical point can be evaluated with relatively high accuracy by evaluating the remaining life using the metal temperature (Tm1) of one point closest to the critical point estimated in the critical point estimation step (S4).
５）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）であって、
前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）では、
前記背面（４３）の前記外周縁部（４６）前記ハブ面（４２）の前記外周縁部（４２１）、又は、前記少なくとも１つの翼（４４）の翼面の外周部（４４１）、のうちの何れか１箇所と、前記背面（４３）の前記内周縁部（４７）と、において前記メタル温度（Ｔｍ１）の測定が行われる。
5) In some embodiments, the method (1) for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to 2) above, further comprising:
In the metal temperature measuring step (S3),
The metal temperature (Tm1) is measured at one of the outer peripheral edge (46) of the back surface (43), the outer peripheral edge (421) of the hub surface (42), or the outer peripheral portion (441) of the blade surface of the at least one blade (44), and at the inner peripheral edge (47) of the back surface (43).
上記５）の方法によれば、背面（４３）の外周縁部（４６）、ハブ面（４２）の外周縁部（４２１）、又は、上記翼面の外周部（４４１）、の何れかにおいて測定されたメタル温度（Ｔｍ１）を用いて余寿命の評価を行うことができ、且つ、背面（４３）の内周縁部（４７）において測定されたメタル温度（Ｔｍ１）を用いて余寿命の評価を行うことができる。この場合には、上記クリティカル箇所がハブ（４１）の外周部又はボス部の何れかである場合だけでなく、上記クリティカル箇所が不明である場合であっても、コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を比較的高精度で評価できる。 According to the method 5) above, the remaining life can be evaluated using the metal temperature (Tm1) measured at any one of the outer peripheral edge (46) of the back surface (43), the outer peripheral edge (421) of the hub surface (42), or the outer peripheral portion (441) of the blade surface, and the remaining life can be evaluated using the metal temperature (Tm1) measured at the inner peripheral edge (47) of the back surface (43). In this case, the remaining life of the compressor impeller (4) can be evaluated with relatively high accuracy not only when the critical point is either the outer peripheral portion or the boss portion of the hub (41), but also when the critical point is unknown.
６）幾つかの実施形態では、上記１）から上記５）の何れかに記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）であって、
前記余寿命評価ステップ（Ｓ５）は、
予め取得した前記コンプレッサ羽根車（４）における応力（σ）とラーソンミラーパラメータ（ＬＭＰ）との関係性を利用して、前記応力算出ステップ（Ｓ２）で算出した前記応力（σ）からラーソンミラーパラメータ（ＬＭＰ）を算出するラーソンミラーパラメータ算出ステップ（Ｓ５１）と、
前記ラーソンミラーパラメータ算出ステップ（Ｓ５１）で算出した前記ラーソンミラーパラメータ（ＬＭＰ）と、前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）で測定した前記メタル温度（Ｔｍ）とから、前記コンプレッサ羽根車（４）の許容作動時間（ｔｒ）を算出する許容作動時間算出ステップ（Ｓ５２）と、を含む。
6) In some embodiments, the method for evaluating remaining life of a compressor impeller (1) according to any one of 1) to 5) above, further comprising:
The remaining life evaluation step (S5) includes:
a Larson-Miller parameter calculation step (S51) of calculating a Larson-Miller parameter (LMP) from the stress (σ) calculated in the stress calculation step (S2) by utilizing a relationship between the stress (σ) in the compressor impeller (4) and the Larson-Miller parameter (LMP) obtained in advance;
and an allowable operating time calculation step (S52) of calculating an allowable operating time (tr) of the compressor impeller (4) from the Larson-Miller parameter (LMP) calculated in the Larson-Miller parameter calculation step (S51) and the metal temperature (Tm) measured in the metal temperature measurement step (S3).
上記６）の方法によれば、ラーソンミラーパラメータ（ＬＭＰ）を用いることで、応力算出ステップ（Ｓ２）で算出した応力（σ）と、メタル温度測定ステップ（Ｓ３）で測定したメタル温度（Ｔｍ）とから、コンプレッサ羽根車（４）の現時点までのクリープ損傷を考慮したコンプレッサ羽根車（４）の許容作動時間（ｔｒ）を求めることができる。余寿命評価ステップ（Ｓ５）で算出したコンプレッサ羽根車（４）の許容作動時間（ｔｒ）により、コンプレッサ羽根車（４）の余寿命を精度良く評価できる。 According to the method of 6) above, by using the Larson-Miller parameter (LMP), the allowable operating time (tr) of the compressor impeller (4) taking into account the creep damage to the compressor impeller (4) up to the present time can be calculated from the stress (σ) calculated in the stress calculation step (S2) and the metal temperature (Tm) measured in the metal temperature measurement step (S3). The allowable operating time (tr) of the compressor impeller (4) calculated in the remaining life evaluation step (S5) allows the remaining life of the compressor impeller (4) to be evaluated with high accuracy.
７）幾つかの実施形態では、上記６）に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）であって、
前記コンプレッサ羽根車（４）は、
ハブ面（４２）及び背面（４３）を有するハブ（４１）と、前記ハブ面（４２）に設けられた少なくとも１つの翼（４４）と、を含み、
前記背面（４３）は、前記背面（４３）よりも前記コンプレッサ羽根車（４５）の軸方向における後端側に突出する突出部（４５）に接続される内周端（４３２）から前記背面（４３）の外周端（４３１）までに亘り延在し、
前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）では、
前記背面（４３）の前記外周縁部（４６）、前記内周縁部（４７）、前記中央部（４８）、前記ハブ面（４２）の前記外周縁部（４２１）、又は、前記少なくとも１つの翼（４４）の翼面の外周部（４４１）、の５箇所のうちの何れか１箇所のメタル温度（Ｔｍ）の測定が行われ、
前記コンプレッサ羽根車の余寿命評価方法（１）は、
前記コンプレッサ羽根車（４）における疲労による損傷が生じ易い箇所であるクリティカル箇所を推定するクリティカル箇所推定ステップ（Ｓ４）をさらに備え、
前記余寿命評価ステップ（５）は、
予め取得した前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）において前記メタル温度（Ｔｍ）が測定される測定位置の前記メタル温度（Ｔｍ１）と前記クリティカル箇所のメタル温度（Ｔｍ２）との関係性を利用して、前記メタル温度測定ステップ（Ｓ３）において測定した前記測定位置の前記メタル温度（Ｔｍ１）から前記クリティカル箇所の前記メタル温度（Ｔｍ２）を算出するメタル温度算出ステップ（Ｓ５０）を含み、
前記許容作動時間算出ステップ（Ｓ５２）では、前記ラーソンミラーパラメータ算出ステップ（Ｓ５１）で算出した前記ラーソンミラーパラメータ（ＬＭＰ）と、前記メタル温度算出ステップ（Ｓ５０）で算出した前記クリティカル箇所の前記メタル温度（Ｔｍ２）とから、前記コンプレッサ羽根車（４）の許容作動時間（ｔｒ）を算出することが行われる。
7) In some embodiments, the method (1) for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to 6) above, further comprising:
The compressor impeller (4) is
a hub (41) having a hub face (42) and a back face (43), and at least one wing (44) provided on the hub face (42);
the rear surface (43) extends from an inner circumferential end (432) connected to a protruding portion (45) protruding toward a rear end side in the axial direction of the compressor impeller (45) relative to the rear surface (43) to an outer circumferential end (431) of the rear surface (43),
In the metal temperature measuring step (S3),
A metal temperature (Tm) is measured at any one of five locations: the outer peripheral edge (46), the inner peripheral edge (47), the central portion (48) of the back surface (43), the outer peripheral edge (421) of the hub surface (42), or the outer peripheral portion (441) of the blade surface of the at least one blade (44);
The method (1) for evaluating remaining life of a compressor impeller comprises:
The method further includes a critical point estimation step (S4) of estimating a critical point which is a point in the compressor impeller (4) where fatigue damage is likely to occur,
The remaining life assessment step (5) includes:
a metal temperature calculation step (S50) of calculating the metal temperature (Tm2) of the critical point from the metal temperature (Tm1) of the measurement position where the metal temperature (Tm) is measured in the metal temperature measurement step (S3) by utilizing a relationship between the metal temperature (Tm1) of the measurement position where the metal temperature (Tm) is measured in the metal temperature measurement step (S3) that has been previously acquired and the metal temperature (Tm2) of the critical point;
In the permissible operating time calculation step (S52), a permissible operating time (tr) of the compressor impeller (4) is calculated from the Larson-Miller parameter (LMP) calculated in the Larson-Miller parameter calculation step (S51) and the metal temperature (Tm2) of the critical point calculated in the metal temperature calculation step (S50).
上記７）の方法によれば、クリティカル箇所のメタル温度（Ｔｍ２）を用いて許容作動時間（ｔｒ）を算出することで、クリティカル箇所におけるコンプレッサ羽根車（４）の余寿命を精度良く評価できる。 According to the method 7) above, the metal temperature (Tm2) of the critical point is used to calculate the allowable operating time (tr), thereby enabling the remaining life of the compressor impeller (4) at the critical point to be evaluated with high accuracy.
１ コンプレッサ羽根車の余寿命評価方法
２ エンジンシステム
３ 過給機
４ コンプレッサ羽根車
５ エンジン
６ 燃焼用気体供給ライン
７ 中間冷却器
８ 排ガス排出ライン
９ 燃料噴射弁
１１ 制御装置
２１ 第１の圧力測定装置
２２ 第２の圧力測定装置
２５ 第１の回転数測定装置
３１ 回転シャフト
３２ コンプレッサ
３３ タービン
３４ コンプレッサハウジング
３５ タービン翼
３６ タービンハウジング
４０，４０Ａ～４０Ｄ 温度測定装置
５１ シリンダ
５２ ピストン
５３ 燃焼室
Ｃ 材料定数
Ｆｒ 流量
ＬＭＰ ラーソンミラーパラメータ
Ｍ１ マスターカーブ
Ｎ 回転数
Ｐｄ 圧力
Ｐｅ 出口圧力
Ｐｒ 圧力比
Ｐｓ 入口圧力
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 関係性情報
Ｓ１ 回転数取得ステップ
Ｓ２ 応力算出ステップ
Ｓ３ メタル温度測定ステップ
Ｓ４ クリティカル箇所推定ステップ
Ｓ５ 余寿命評価ステップ
Ｓ１１ 圧力比取得ステップ
Ｓ１２ 流量取得ステップ
Ｓ１３ 回転数算出ステップ
Ｓ１４ 入口圧力測定ステップ
Ｓ１５ 出口圧力取得ステップ
Ｓ１６ 圧力比算出ステップ
Ｓ５０ メタル温度算出ステップ
Ｓ５１ ラーソンミラーパラメータ算出ステップ
Ｓ５２ 許容作動時間算出ステップ
Ｔｍ，Ｔｍ１，Ｔｍ２ メタル温度
ｔｒ 許容作動時間
1 Remaining life evaluation method of
Claims (7)
前記過給機の回転数を取得する回転数取得ステップと、
前記回転数取得ステップで取得した前記過給機の回転数から前記コンプレッサ羽根車に生ずる応力を算出する応力算出ステップと、
前記コンプレッサ羽根車のメタル温度を測定するメタル温度測定ステップと、
予め取得した前記コンプレッサ羽根車における応力、メタル温度、及び寿命の関係性を利用して、前記応力算出ステップで算出した前記応力と、前記メタル温度測定ステップで測定した前記メタル温度とから、前記コンプレッサ羽根車の余寿命を評価する余寿命評価ステップと、
を備えるコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法。 A method for evaluating a remaining life of a compressor impeller of a turbocharger, comprising:
A rotation speed acquisition step of acquiring a rotation speed of the turbocharger;
a stress calculation step of calculating a stress generated in the compressor impeller from the rotation speed of the turbocharger acquired in the rotation speed acquisition step;
a metal temperature measuring step of measuring a metal temperature of the compressor impeller;
a remaining life evaluation step of evaluating a remaining life of the compressor impeller from the stress calculated in the stress calculation step and the metal temperature measured in the metal temperature measurement step, using a previously obtained relationship between the stress, the metal temperature, and the life of the compressor impeller;
A method for evaluating the remaining life of a compressor impeller comprising:
ハブ面及び背面を有するハブと、前記ハブ面に設けられた少なくとも１つの翼と、を含み、
前記背面は、前記背面よりも前記コンプレッサ羽根車の軸方向における後端側に突出する突出部に接続される内周端から前記背面の外周端までに亘り延在し、
前記メタル温度測定ステップでは、
前記背面の外周縁部、内周縁部、前記背面の前記外周縁部と前記内周縁部の間に位置する中央部、前記ハブ面の外周縁部、又は、前記少なくとも１つの翼の翼面の外周部、の５箇所のうち、少なくとも１箇所のメタル温度の測定が行われる、
請求項１に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法。 The compressor impeller comprises:
a hub having a hub face and a back face, and at least one blade disposed on the hub face;
The back surface extends from an inner circumferential end connected to a protruding portion protruding toward a rear end side in an axial direction of the compressor impeller relative to the back surface to an outer circumferential end of the back surface,
In the metal temperature measuring step,
The metal temperature is measured at at least one of five locations: an outer peripheral edge portion of the back surface, an inner peripheral edge portion of the back surface, a central portion located between the outer peripheral edge portion and the inner peripheral edge portion of the back surface, an outer peripheral edge portion of the hub surface, or an outer peripheral portion of the blade surface of the at least one blade.
The method for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to claim 1.
前記背面の前記外周縁部、前記内周縁部、前記中央部、前記ハブ面の前記外周縁部、又は、前記少なくとも１つの翼の前記翼面の前記外周部、の５箇所のうちの何れか１箇所のメタル温度の測定が行われ、
前記コンプレッサ羽根車の余寿命評価方法は、
前記コンプレッサ羽根車における疲労による損傷が生じ易い箇所であるクリティカル箇所を推定するクリティカル箇所推定ステップをさらに備え、
前記余寿命評価ステップは、
予め取得した前記メタル温度測定ステップにおいて前記メタル温度が測定される測定位置の前記メタル温度と前記クリティカル箇所のメタル温度との関係性を利用して、前記メタル温度測定ステップにおいて測定した前記測定位置の前記メタル温度から前記クリティカル箇所の前記メタル温度を算出するメタル温度算出ステップを含み、
前記コンプレッサ羽根車における応力、メタル温度、及び寿命の関係性を利用して、前記応力算出ステップで算出した前記応力と、前記メタル温度算出ステップで算出した前記メタル温度とから、前記コンプレッサ羽根車の余寿命を評価する
請求項２に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法。 In the metal temperature measuring step,
A metal temperature is measured at any one of five locations: the outer peripheral edge, the inner peripheral edge, the center, the outer peripheral edge of the hub surface, or the outer peripheral portion of the blade surface of the at least one blade;
The method for evaluating remaining life of a compressor impeller includes the steps of:
The method further includes a critical point estimation step of estimating a critical point which is a point in the compressor impeller where fatigue damage is likely to occur,
The remaining life assessment step includes:
a metal temperature calculation step of calculating the metal temperature of the critical point from the metal temperature of the measurement position measured in the metal temperature measurement step by utilizing a relationship between the metal temperature of the measurement position where the metal temperature is measured in the metal temperature measurement step and the metal temperature of the critical point,
3. The method for evaluating a remaining life of a compressor impeller according to claim 2, further comprising the steps of: utilizing a relationship between stress, metal temperature, and life of the compressor impeller, evaluating a remaining life of the compressor impeller from the stress calculated in the stress calculation step and the metal temperature calculated in the metal temperature calculation step.
前記メタル温度測定ステップでは、
前記背面の前記外周縁部、前記内周縁部、前記中央部、前記ハブ面の前記外周縁部、又は、前記少なくとも１つの翼の前記翼面の前記外周部、の５箇所のうちの、前記クリティカル箇所に最も近い１箇所のメタル温度の測定が行われる、
請求項２に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法。 The method further includes a critical point estimation step of estimating a critical point which is a point in the compressor impeller where fatigue damage is likely to occur,
In the metal temperature measuring step,
The metal temperature is measured at one of five locations, the outer peripheral edge, the inner peripheral edge, the center, the outer peripheral edge of the hub surface, or the outer peripheral portion of the blade surface of the at least one blade, which is closest to the critical location.
The method for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to claim 2.
前記背面の前記外周縁部、前記ハブ面の前記外周縁部、又は、前記少なくとも１つの翼の前記翼面の前記外周部、のうちの何れか１箇所と、前記背面の前記内周縁部と、において前記メタル温度の測定が行われる、
請求項２に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法。 In the metal temperature measuring step,
the metal temperature is measured at one of the outer peripheral edge of the dorsal surface, the outer peripheral edge of the hub surface, or the outer peripheral portion of the blade surface of the at least one blade, and at the inner peripheral edge of the dorsal surface;
The method for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to claim 2.
予め取得した前記コンプレッサ羽根車における応力とラーソンミラーパラメータとの関係性を利用して、前記応力算出ステップで算出した前記応力からラーソンミラーパラメータを算出するラーソンミラーパラメータ算出ステップと、
前記ラーソンミラーパラメータ算出ステップで算出した前記ラーソンミラーパラメータと、前記メタル温度測定ステップで測定した前記メタル温度とから、前記コンプレッサ羽根車の許容作動時間を算出する許容作動時間算出ステップと、を含む、
請求項１乃至５の何れか１項に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法。 The remaining life assessment step includes:
a Larson-Miller parameter calculation step of calculating a Larson-Miller parameter from the stress calculated in the stress calculation step by utilizing a relationship between the stress in the compressor impeller and a Larson-Miller parameter obtained in advance;
and a permissible operating time calculation step of calculating a permissible operating time of the compressor impeller from the Larson-Miller parameters calculated in the Larson-Miller parameter calculation step and the metal temperature measured in the metal temperature measurement step.
The method for evaluating the remaining life of a compressor impeller according to any one of claims 1 to 5.
ハブ面及び背面を有するハブと、前記ハブ面に設けられた少なくとも１つの翼と、を含み、
前記背面は、前記背面よりも前記コンプレッサ羽根車の軸方向における後端側に突出する突出部に接続される内周端から前記背面の外周端までに亘り延在し、
前記メタル温度測定ステップでは、
前記背面の外周縁部、内周縁部、前記背面の前記外周縁部と前記内周縁部の間に位置する中央部、前記ハブ面の外周縁部、又は、前記少なくとも１つの翼の翼面の外周部、の５箇所のうちの何れか１箇所のメタル温度の測定が行われ、
前記コンプレッサ羽根車の余寿命評価方法は、
前記コンプレッサ羽根車における疲労による損傷が生じ易い箇所であるクリティカル箇所を推定するクリティカル箇所推定ステップをさらに備え、
前記余寿命評価ステップは、
予め取得した前記メタル温度測定ステップにおいて前記メタル温度が測定される測定位置の前記メタル温度と前記クリティカル箇所のメタル温度との関係性を利用して、前記メタル温度測定ステップにおいて測定した前記測定位置の前記メタル温度から前記クリティカル箇所の前記メタル温度を算出するメタル温度算出ステップを含み、
前記許容作動時間算出ステップでは、前記ラーソンミラーパラメータ算出ステップで算出した前記ラーソンミラーパラメータと、前記メタル温度算出ステップで算出した前記クリティカル箇所の前記メタル温度とから、前記コンプレッサ羽根車の許容作動時間を算出することが行われる
請求項６に記載のコンプレッサ羽根車の余寿命評価方法。 The compressor impeller comprises:
a hub having a hub face and a back face, and at least one blade disposed on the hub face;
The back surface extends from an inner circumferential end connected to a protruding portion protruding toward a rear end side in an axial direction of the compressor impeller relative to the back surface to an outer circumferential end of the back surface,
In the metal temperature measuring step,
A metal temperature is measured at any one of five locations: an outer peripheral edge portion of the back surface, an inner peripheral edge portion of the back surface, a central portion located between the outer peripheral edge portion and the inner peripheral edge portion of the back surface, an outer peripheral edge portion of the hub surface, or an outer peripheral portion of the blade surface of the at least one blade;
The method for evaluating remaining life of a compressor impeller includes the steps of:
The method further includes a critical point estimation step of estimating a critical point which is a point in the compressor impeller where fatigue damage is likely to occur,
The remaining life assessment step includes:
a metal temperature calculation step of calculating the metal temperature of the critical point from the metal temperature of the measurement position measured in the metal temperature measurement step by utilizing a relationship between the metal temperature of the measurement position where the metal temperature is measured in the metal temperature measurement step and the metal temperature of the critical point,
7. The method for evaluating a remaining life of a compressor impeller according to claim 6, wherein in the allowable operating time calculation step, an allowable operating time of the compressor impeller is calculated from the Larson-Miller parameters calculated in the Larson-Miller parameter calculation step and the metal temperature of the critical point calculated in the metal temperature calculation step.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022158087A JP2024051767A (en) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | Method for assessing remaining life of compressor impeller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022158087A JP2024051767A (en) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | Method for assessing remaining life of compressor impeller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024051767A true JP2024051767A (en) | 2024-04-11 |
Family
ID=90623220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022158087A Pending JP2024051767A (en) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | Method for assessing remaining life of compressor impeller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024051767A (en) |
-
2022
- 2022-09-30 JP JP2022158087A patent/JP2024051767A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8146358B2 (en) | Bearing health monitor | |
| US9650909B2 (en) | Multi-stage compressor fault detection and protection | |
| US7409319B2 (en) | Method and apparatus for detecting rub in a turbomachine | |
| US8770913B1 (en) | Apparatus and process for rotor creep monitoring | |
| US8230726B2 (en) | Methods, systems and apparatus relating to tip clearance calculations in turbine engines | |
| RU2658869C2 (en) | Estimation of health parameters in industrial gas turbines | |
| CN113167683B (en) | Device and method for monitoring the life of a hydraulic device of an aircraft | |
| KR101742030B1 (en) | Generic turbine test system | |
| WO2022209810A1 (en) | Method for evaluating remaining service life of compressor impeller | |
| JP2024051767A (en) | Method for assessing remaining life of compressor impeller | |
| WO2016055328A1 (en) | Method for and arrangement for measuring shrouded blade interlock wear | |
| Bozzi et al. | Heavy-duty gas turbines axial thrust calculation in different operating conditions | |
| JP7198904B2 (en) | BEARING CONDITION MONITORING DEVICE, TURBOCHARGER, AND BEARING CONDITION MONITORING METHOD | |
| Romagnoli et al. | Comparison Between the Steady Performance of Double-Entry and Twin-Entry Turbocharger Turbines | |
| JP2022155465A (en) | Remaining lifetime evaluation method for compressor impeller | |
| CN113357014A (en) | Method for fuel delivery | |
| Rozman et al. | Characterizing Flow Instabilities During Transient Events in the Turbine Rim Seal Cavity | |
| RU2795805C1 (en) | Method for diagnosing the contact of the impeller blades against the housing within an axial turbomachine | |
| CN116997707A (en) | Method for evaluating remaining life of compressor impeller | |
| RU2118807C1 (en) | Method of diagnostics of gas-turbine engine compressor | |
| JP2023067392A (en) | Surging sign detection method | |
| JP2022149057A (en) | Bearing wear amount estimation device and bearing wear amount estimation method | |
| Blinov et al. | Technical Condition Assessment of the Gas Turbine Units with Free Power Turbine | |
| RU2118808C1 (en) | Method of diagnostics of gas-turbine engine compressor | |
| Vanhaelst et al. | Comparison of two measurement methods for the determination of extended turbine maps at the eATL test bench of the Ostfalia UAS |