JP6799500B2 - ガスタービン部品の寿命評価方法および評価した部品 - Google Patents
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Description
ガスタービン部品の寿命を評価する方法であって、
運転に用いられたガスタービン部品を、非破壊検査によって、相対的に高温の熱履歴を受けた領域(H)と、相対的に低温の熱履歴を受けた領域(L)とを識別する工程(A)、
前記工程(A)で識別された相対的に高温の熱履歴を受けた領域(H)から試験片(SH)を取得する工程(B1)、
前記工程(A)で識別された相対的に低温の熱履歴を受けた領域(L)から試験片(SL)を取得する工程(B2)、
前記の試験片(SH)および試験片(SL)をそれぞれ機械試験に付す工程(C)、および
前記の機械試験の結果からガスタービン部品の寿命を評価する工程(D)を、
具備してなること、を特徴とするものである。
この工程(A)で識別された相対的に高温の熱履歴を受けた領域(H)から試験片(SH)を取得する工程(B1)、および
前記工程(A)で識別された相対的に低温の熱履歴を受けた領域(L)から試験片(SL)を取得する工程(B2)を実施し、次いで、
前記の試験片(SH)および試験片(SL)をそれぞれ機械試験に付す工程(C)、および
前記の機械試験の結果からガスタービン部品の寿命を評価する工程(D)を、
具備してなるものである。
本発明の実施形態では、「相対的に高温の熱履歴を受けた領域」と「相対的に低温の熱履歴を受けた領域」とを、非破壊検査、好ましくは目視検査(具体的には、ガスタービン部品の表面色の相違を肉眼で目視することからなる検査)によって的確に識別する。例えば、一般的にNi基超合金にMCrAlYコーティングが施されたガスタービン第1段動翼においては、外部からの飛来した酸化物が付着する表面ではメタル温度が低いことから黒褐色となり、一方、メタル温度が高い領域では酸化物が付着しないため白色となることを利用して、目視検査によって識別することができる。また、例えば、一般的にCo基超合金で形成されたガスタービン第1段静翼においては、外部からの飛来した酸化物が付着する表面ではメタル温度が低いことから黒褐色となり、一方、メタル温度が高い領域では酸化物が付着しないため茶褐色となることを利用して、目視検査によって識別することができる。また、例えば、一般的にNi基超合金の圧延材で形成されたガスタービン燃焼器のライナーでは、外部からの飛来した酸化物が付着する表面ではメタル温度が低いことから茶褐色となり、一方、メタル温度が高い領域では基材の酸化が顕著であることから黒褐色または緑褐色となることを利用して、目視検査によって識別することができる。また、このような目視検査によれば、「運転中の最高到達温度が最も低い熱履歴を受けた領域」と「運転中の最高到達温度が最も低い熱履歴を受けた領域」とを識別することできる。
本発明の実施形態では、
上記の工程(A)で識別された相対的に高温の熱履歴を受けた領域(H)から試験片(SH)を取得する工程(B1)、および
前記工程(A)で識別された相対的に低温の熱履歴を受けた領域(L)から試験片(SL)を取得する工程(B2)が実施される。
本発明の実施形態によるガスタービン部品の寿命評価方法における工程(C)は、前記の試験片(SH)および試験片(SL)をそれぞれ機械試験に付す工程である。好ましい機械試験としては、低サイクル疲労試験、クリープ試験、引張試験、衝撃試験を挙げることができる。
本発明の実施形態による寿命評価方法における工程(D)は、前記の機械試験の結果からガスタービン部品の寿命を評価する工程(D)である。
本発明の実施形態による寿命評価方法においては、必要に応じて、図1中の(E)または(F)で示されるように、非破壊検査で検出した損傷結果を加味してガスタービン部品の寿命評価をすることができる。
このような非破壊検査で検出した損傷結果を加味し総合的評価することによって、ガスタービン部品の寿命評価をより精度よく実施することができる。
本実施例は、ここではNi基超合金のガスタービン第1段動翼に用いられている材料を用いて低サイクル疲労寿命に及ぼす材料劣化の影響を事前に把握した実施例である。
以上のことから、材料劣化はむしろ低サイクル疲労強度を向上させることが判明した。
本実施例2は、Ni基超合金のガスタービン第1段動翼に用いられている多結晶材を対象とした実施例である。この実施例2では、図1に示す手順で寿命評価を行った。
なお、本実施例では機械試験として低サイクル疲労試験を行ったが、引張試験、衝撃試験、クリープ試験等も併せて実施することも可能であり、これにより材料特性を総合的に評価することで、寿命評価の精度が向上する。
本実施例3は、Co基超合金のガスタービン第1段静翼を対象とした実施例である。この実施例3も、図1に示す手順で寿命評価を行った。
非破壊検査は、約30000時間の実機運転後に表面を目視検査で表面の酸化状況や損傷を確認することによって行った。
なお、本実施例では機械試験として低サイクル疲労試験を行ったが、引張試験、衝撃試験、クリープ試験等も併せて実施することも可能であり、これにより材料特性を総合的に評価することで、寿命評価の精度が向上する。
本実施例4は、Ni基超合金の圧延材を用いたガスタービン燃焼器を対象とした実施例である。この実施例4も、実施例2と同様に図1の示す手順で寿命評価を行った。
非破壊検査は、実機運転後に表面を目視検査で表面の酸化状況や損傷を確認した。燃焼器ライナは外面を400〜500℃程度の空気で冷却しており、その冷却構造による部位の違いによりメタル温度に差が生じる。その結果として、表面の酸化の程度が変わってくるため、表面の色彩が異なる。外部からの飛来した酸化物が付着する表面ではメタル温度が低く、茶褐色となる。メタル温度が高い領域では基材の酸化が顕著であり、黒褐色または緑褐色となる。
Claims (9)
- ガスタービン部品の寿命を評価する方法であって、
運転に用いられたガスタービン部品を、目視検査によって、相対的に高温の熱履歴を受けた領域(H)と、相対的に低温の熱履歴を受けた領域(L)とを識別する工程(A)、
前記工程(A)で識別された相対的に高温の熱履歴を受けた領域(H)から試験片(SH)を取得する工程(B1)、
前記工程(A)で識別された相対的に低温の熱履歴を受けた領域(L)から試験片(SL)を取得する工程(B2)、
前記の試験片(SH)および試験片(SL)をそれぞれ機械試験に付す工程(C)、および
前記の機械試験の結果からガスタービン部品の寿命を評価する工程(D)を、
具備してなることを特徴とする、ガスタービン部品の寿命評価方法。 - ガスタービン部品の表面色の相違によって、前記の相対的に高温の熱履歴を受けた領域(H)と、相対的に低温の熱履歴を受けた領域(L)とを識別する、請求項1に記載のガスタービン部品の寿命評価方法。
- 前記の機械試験は、低サイクル疲労試験である、請求項1または2に記載のガスタービン部品の寿命評価方法。
- 前記の機械試験の結果、前記の試験片(SH)および試験片(SL)のうちで最も材料特性が低い試験片を利用してガスタービン部品の寿命を評価する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスタービン部品の寿命評価方法。
- 前記の試験片(SH)および試験片(SL)のうちで最も材料特性が低い試験片について実施された機械試験の結果と、未使用のガスタービン部品から取得した試験片(SN)について実施された機械試験の結果とを利用して作成された検量線を外挿することによって、前記の運転に用いられたガスタービン部品の寿命評価を行なう、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスタービン部品の寿命評価方法。
- 非破壊検査で検出した損傷結果を加味してガスタービン部品の寿命を評価する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスタービン部品の寿命評価方法。
- 前記のガスタービン部品は、鋳造Ni基超合金、鋳造Co基超合金あるいは圧延Ni基超合金を含むものである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスタービン部品の寿命評価方法。
- 前記のガスタービン部品は、発電用のガスタービンの動翼、静翼、燃焼器ライナまたはトランジションピースである、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガスタービン部品の寿命評価方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のガスタービン部品の寿命評価方法によって寿命が評価されたことを特徴とする、ガスタービン部品。
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