JPH0325361A - 高温回転体の中心孔クリープ損傷量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はたとえば蒸気タービンロータなどのクリープ損
傷を生じる高温回転体の中心孔クリープ損傷量測定方法
に関する。

（従来の技術） 発電用蒸気タービン口−タなどの大型回転機器部材には
製造時の不純物偏析や欠陥を取除くためにロータ中心部
に軸方向に穴を穿設されている．機器の運転中には回転
による遠心力のため、中心孔内表面で最大応力となる。

ロータがクリープ温度域の高温で使用される場合には、
長時間にわたって高い応力を高温下で受けるため、クリ
ープ損傷が蓄積し・、限界値を越すと中心孔表面にき裂
が発生して伝播し、機器の信頼性にかかわることになる
。

したがって特に高温で使用される回転体の信頼性・安全
性を確保するためには、中心孔周囲のクリープ損傷程度
を定期的に監視することが要求される． 従来、ロータ中心孔でのクリープ損傷を測定する方法と
しては，例えば特開昭６］．−１７２０５９号公報に示
されるように中心孔の内面を研磨したのち、クリープキ
ャビティ、渦電流測定、硬さ測定を行い、これらの値を
基準値と比較する方法があげられる． （発明が解決しようとする課題） タービンロータの様に大型鍛造品では同一条件で製造さ
れているものであっても、ロータごとあるいは同一口一
タの内部でも多少の材料特性のばらつきが存在する。そ
のため、硬さや渦電流値に対しては、同じクリープ損傷
を受けている材料であっても値が異なり、初期値との変
化率によって判断すべきものである。

そのため、初期データが無い場合には、クリープ損傷の
変化と材料自身のばらつきの両方を含む測定値となり、
クリープ損傷量の推定精度は低い．特にクリープ損傷が
問題となるのは、蒸気タービンロータの場合、運転時間
が１０万時間を越えた段階以降であるため、これらのロ
ータの初期特性データは中心孔コアサンプルなどを保管
している場合に限られる。

また、硬さや渦電流値は応力が低い場合でも高温中にさ
られているだけで、材料特性が変化して経時的変化を生
じるが、クリープ損傷は応力が低い場合にはほとんど進
行しないため、クリープ損傷と硬さ、渦電流値の間の相
関関係にずれが生じる。

一方、クリープキャビティはクリープ損傷を知る上で重
要な要素であるが、ロータ材の粒界および粒内の不純物
の状態によってクリープ損傷の初期からクリープキャビ
ティが存在してその量が増加し、キャビティの連結によ
って粒界破壊を生じる場合と、クリープ損傷が大きくな
ってはじめてキャビティを生じるが、最終破壊は粒内破
壊である場合がある。

一般的に古い製造法で製造されたロータは前者、最近の
製造法では後者の場合が多い。以上の様に硬さ測定、渦
電流測定、クリープキャビティの測定によってクリープ
損傷を推定することは精度の上で問題がある． 本発明の目的は、タービンロータ等の高温で使用される
回転体中心孔のクリープ損傷量を高精度で測定する高温
回転体の中心孔クリープ損傷量測定方法を提供するもの
である． 〔発明の構成〕 （課題を解．決するための手段） 本発明の高温回転体の中心孔クリープ損傷量測定方法は
、蒸気タービンロータ等の中心孔を有する高温で使用さ
れる回転体の中心孔の表面を静止中に残留応力測定を行
い，この残留応力測定の結果とあらかじめ求めておいた
クリープ損傷量と残留応力との関係とからクリープ損傷
量を測定することを特徴とするものである． （作　用） 本発明においては、被測定物の蒸気タービンロータの中
心孔内に残留応力測定装置を挿入して静止中における中
心孔の局面の残留応力を測定する。この残留応力測定結
果と予め高温回転試験あるいは有限要素法解析などの解
析的手段で求めていたクリープ損傷量と残留応力との関
係とから蒸気タービンロータのクリープ損傷量を測定す
る．（実施例） 以下，本発明の高温回転体の中心孔クリープ損傷測定方
法の一実施例について添付図を参照して詳細に説明する
。まず第２図において、蒸気タービンロータ１の中央部
には、中心孔２があけられている．本発明においては、
このロータ１の中心孔２の中に第１図に示すように残留
応力測定装！！３を入れて残留応力測定を行なうもので
ある。

第１図に示す本実施例の場合には、残留応力測定装置３
として電気的，機械的特性を調べるのに広く利用されて
いるＸ線回折による手法を利用した装置を用いる。中心
孔２の内部に入る部分には、Ｘ線チューブ、計数管、お
よびその支持装置である。（図示せず）また、外部装置
として電源装置、制御装置、表示装置が必要である。（
図示せず）これらＸ線回折装置は市販の装置を利用する
ことができる． 次に本発明の高温回転体の中心孔クリープ損傷量測定方
法を残留応力測定装置３を使用した場合について説明す
る。まず、回転体１に作用する遠心力にともなう周方向
応力７は、第５図に示すように中心孔２の付近が最大で
あり、外周にいくほど減少する。クリープによる損傷は
温度が高いほど，また応力が高いほど大きいため、ロー
ター１の断面の温度が同じであれば、中心孔２の付近が
最もクリープ損傷が大きい。

クリープ損傷が増大すればクリープ歪も大きくなり、リ
ラクセーション効果によって中心孔２の周辺の応力７は
、第６図のように低下する。この場合に回転を停止する
と、第７図に示すように中心孔２の周面付近で圧縮の残
留応力７が生じる。

したがって中心孔２の内周面の圧縮残留応力７を測定す
ることによって第４図からクリープ損傷量が定量的に推
定される． したがって、第２図に示す蒸気タービンロータ１におい
て、蒸気は矢印４の位置から入り、羽根５ａ，５ｂに蒸
気力を作用させる。したがって羽根５ａ又は５ｂの位置
では、温度が高く、しかもロータ１の遠心力に加えて羽
根遠心力も重畳するため、第３図に示すように羽根５ａ
又は５ｂの直下付近の位置６が最もクリープ損傷が大き
い。この位置６において，有限要素法解析結果から残留
応力とクリープ損傷の関係を求めること第４図のように
表わされる。

一方、位置６において第１図で示されるＸ線残留応力測
定装置３を用いて残留応力を測定する。

この残留応力から第４図の関係によってクリープ損傷量
が求まる。

本実施例によればロータ中心孔２のクリープ損傷量を市
販のＸ，Ｗｔ残留応力測定装置３によって静止中に残留
応力を測定することにより、簡単にクリープ損傷量を知
ることができ、他の手法、すなわち硬さ，渦流測定、ク
リープキャビティの測定に比べてはるかに高精度の測定
が可能である。

以上の実施例はＸ線回折を利用した残留応力測定装置を
用いているか、残留応力測定手段としては、ロータ中心
孔２に入る寸法のものであれば、他の方式でも実施は可
能である。すなわち、ロータが強磁性体であることを利
用した磁歪法や、超音波の音速を測定する超音波法など
があげられ、Ｘ線法と同様にクリープ損傷量を求めるこ
とができる．なお、ロータ中心孔以外であっても有限要
素解析などによりクリープ損傷と残留応力分布が予測さ
れる切欠部位であれば本発明の手法を利用して残留応力
計、測値からクリープ損傷を求めることが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、高温で使用される回転体
の中心孔表面を静止中に残留応力を測定することにより
クリープ損傷を従来よりも高精度かつ簡単に測定するこ
とができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高温回転体の中心孔クリープ損傷ｉ測
定方法に適用する残留応力測定装置の一実施例を回転体
中心孔内部に挿入した状態を示す概呻構成図，第２図は
蒸気タービンロータの一例を示す断面図、第３図は第２
図中央部の拡大と等クリープ損傷線図を示す略図、第４
図は残留応力とクリープ損傷との関係を示す特性図、第
５図はクリープ損傷を受けていないロータリの断面と回
転中の周方向応力分布を示す特性図、第６図はクリープ
損傷が進行したロータの断面と回転中の周方向応力分布
を示す特性図、第７図は第６図のロー夕の静止中におけ
る周方向応力分布図である。 ｌ・・・ロータ　　　　　　　２・・・中心孔３・・・
残留応力測定装置　　４・・・主蒸気入口位置Ｓ・・・
第１段羽根 ７・・・周方向応力分布 ６・・・クリープ損傷最大部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸気タービンロータ等の中心孔を有する高温で使用され
   る回転体の中心孔の表面を静止中に残留応力測定を行い
   、この残留応力測定の結果とあらかじめ求めておいたク
   リープ損傷量と残留応力との関係とからクリープ損傷量
   を測定することを特徴とする高温回転体の中心孔クリー
   プ損傷量測定方法。