JPH07217407A - タービンの寿命消費監視装置及びロータの寿命消費監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】蒸気タービンの低サイクル疲労に対する寿命消
費を監視する際の温度差、これに基づく熱歪，熱応力の
制限値をそれぞれ合理的に定めて、自由度の高い蒸気タ
ービンの運用をすることのできるタービンの寿命消費監
視装置を提供する。 【構成】ケーシングの表面温度を検出する表面温度検出
器１，板厚の中位部の温度を検出する中位温度検出器２
と、これらの温度の温度差、これに基づく熱歪，熱応力
を算出する計算部４と、低サイクル疲労強度により各起
動モード，負荷モードにての温度差，熱歪，熱応力の制
限値を算出する疲労制限値演算部１５と、これらの各制
限値と計算部４での算出結果と比較する比較部１６と、
比較部１６で制限値を超えたとき運用制限を指示する判
定部７とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タービン、特に蒸気タ
ービンのケーシングやロータを構成する材料の低サイク
ル疲労，低温脆性破壊，亀裂進展疲労による寿命消費を
監視するタービンの寿命消費監視装置、及びロータの寿
命消費監視方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービン、例えば蒸気タービンのケーシ
ングやロータを構成する材料は、タービンの起動・停
止，負荷変化に伴う温度差に基づく熱応力の繰り返しに
より低サイクル疲労を受け、疲労限度になれば材料は破
損し、タービンの運転が不可能になる。したがって従
来、低サイクル疲労強度に基づいて寿命消費が管理する
寿命を超えないように疲労に対する制限値を定めて、図
１２，図１３に示す寿命消費監視装置によりタービンの
寿命消費を監視している。

【０００３】図１２において、蒸気タービンのケーシン
グの寿命消費監視の対象部位の内壁面の温度を検出する
表面温度検出器１と、この温度検出点からケーシングの
厚さ方向の板厚中位部の温度を検出する中位温度検出器
２とが設けられている。このような温度検出器の設置に
よりタービンの起動・停止時、表面温度検出器１でケー
シングの内壁の表面温度を、中位温度検出器２で中位温
度を検出する。そして、計算部４にて表面温度と中位温
度との温度差を算出し、さらにこの温度差に基づき熱歪
及び熱応力を算出する。そして、疲労制限値演算部５に
て起動・停止を繰り返しても寿命消費は計画した起動・
停止の回数を許容できる寿命消費計画の一回当りの低サ
イクル疲労強度による疲労のメタル温度の関数の温度
差，熱歪、又は熱応力の制限値を演算する。

【０００４】比較部６において、蒸気タービンの運転
時、ケーシングの寿命消費監視の対象部位の温度差，熱
歪又は熱応力が許容できる範囲は、疲労制限値演算部５
で算出した温度差の起動時の制限値Ａと停止時の制限値
Ｂとの間である。したがって、計算部４で算出した温度
差Ｃと中位温度に対応する温度差の制限値とを比較す
る。

【０００５】なお、上記においては温度差の制限値をと
ったが、熱歪又は熱応力の制限値をとって計算部４にて
算出した熱歪又は熱応力を比較してもよい。判定部７に
て寿命消費監視の対象部位の温度差が制限値の範囲内に
あるか否かを判定し、制限値を超えたときには許容され
る運用制限を指示する。一方、ロータの寿命消費監視の
対象部位の寿命消費監視装置は図１３に示す構成を有し
ている。図１３において表面温度検出器１１は、ロータ
の表面温度を直接測定できないので、寿命消費監視の対
象部位に面するケーシングの表面温度を検出し、この温
度を表面温度とする。そしてこの表面温度に基づき、ロ
ータを円柱モデルで演算したロータの平均温度を温度演
算部１２にて算出する。

【０００６】上記のロータの表面温度と平均温度とによ
り、計算部４にて温度差，熱歪，熱応力の算出、疲労制
限値演算部５にての温度差の制限値の算出、比較部６に
ての計算部４で算出された温度差が起動時の制限値Ｄ
と、停止時の制限値Ｅとの間の許容できる制限範囲にあ
るか否かの比較、判定部７にての判定は前述のケーシン
グの場合と同じである。

【０００７】なお、上記において、温度演算部１２，計
算部４，制限値演算部５における演算、比較部６にての
比較、判定部７にての判定はコンピュータで行なわれ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
制限値は各起動モード、すなわち停止時間の長短による
コールドスタート，ウォームスタート，ホットスタート
及び負荷変化モードに拘らず一定の温度差、又はこれに
基づく熱歪，熱応力で制限していたので、使用温度の高
い所と低い所では、一回当りの寿命消費率が異なり、使
用温度範囲の広い寿命消費監視の対象部位では寿命消費
率の厳しい温度に対する温度差，熱歪又は熱応力で制限
する必要があり、このため起動・停止，負荷変化におけ
る運転の自由度が少なくなるという問題がある。

【０００９】また、制限値の温度差，熱歪又は熱応力は
その最大値の発生頻度が少なくても、最大値の温度差，
熱歪又は熱応力で制限していたので、余裕があるに拘ら
ず寿命消費計画の疲労の回数が制限されるという問題が
ある。なお、本出願人は従来行なわれなかった低温脆性
破壊と、亀裂進展疲労に対する寿命消費の監視を行なう
ことについて検討を行なった。

【００１０】さらに、ロータの低サイクル疲労，低温脆
性破壊、及び亀裂進展疲労の寿命消費を同時に監視する
方法についても検討を加えた。本発明の目的は、タービ
ンの対象部位の寿命消費を監視するのに合理的な温度
差，熱歪又は熱応力の制限値を定め、かつ低温脆性破壊
と亀裂進展疲労に対する寿命消費を監視する制限値を定
めて、寿命消費を監視できるタービンの寿命消費監視装
置、及びロータの寿命消費を監視するロータの寿命消費
監視方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、各請求項の発明による手段は下記の通りである。請
求項１の発明によれば、タービンとロータの対象部位の
低サイクル疲労強度による寿命消費を監視するタービン
の寿命消費監視装置において、ケーシングとロータの表
面温度を検出する表面温度検出器と、ケーシングの厚さ
の中位部の温度を検出する中位温度検出器と、表面温度
検出器で検出したロータの表面温度からロータの平均温
度を算出する温度演算部と、ケーシングにおいては表面
温度検出器での検出表面温度と中位温度検出器での検出
中位温度との温度差、一方ロータにおいては表面温度検
出器での検出表面温度と前記平均温度との温度差を算出
し、これらの温度差に基づいてそれぞれ熱歪，熱応力を
算出する計算部と、起動・停止，負荷変化を繰り返して
も寿命消費は計画した起動・停止，負荷変化の回数を許
容できる寿命消費配分に基づく、各起動モード，負荷変
化モード一回当りの疲労に対するケーシングとロータと
におけるメタル温度の関数の温度差，熱歪又は熱応力の
制限値を算出する疲労制限値演算部と、この演算部で算
出した各制限値と計算部で算出したケーシングとロータ
とにおける温度差，熱歪又は熱応力とを比較する比較部
と、この比較部にて制限値を超えたとき運用制限を指示
する判定部とを備えるものとする。

【００１２】請求項２の発明によれば、タービンのケー
シングとロータの対象部位の低サイクル疲労強度による
寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置におい
て、ケーシングとロータの表面温度を検出する表面温度
検出器と、ケーシングの厚さの中位部の温度を検出する
中位温度検出器と、表面温度検出器で検出したロータの
表面温度からロータの平均温度を算出する温度演算部
と、ケーシングにおいては表面温度検出器での検出表面
温度と中位温度検出器での検出中位温度との温度差、一
方ロータにおいては表面温度検出器での検出表面温度と
前記平均温度との温度差を算出し、これらの温度差に基
づいてそれぞれ熱歪，熱応力を算出する計算部と、寿命
消費計画の起動・停止一回当りの疲労に対するメタル温
度の関数の温度差，熱歪又は熱応力の平均値を定め、こ
の平均値に対して計画する個々の起動・停止の温度差，
熱歪又は熱応力の統計による分布から起動・停止を繰り
返しても寿命消費は計画した起動・停止の回数を許容で
きるケーシングとロータとにおける温度差，熱歪又は熱
応力の制限範囲を拡大した制限値を算出する統計的制限
値演算部と、この演算部で算出した各制限値と計算部で
算出したケーシングとロータとにおける温度差，熱歪又
は熱応力とを比較する比較部と、この比較部にて制限値
を超えたとき運用制限を指示する判定部とを備えるもの
とする。

【００１３】請求項３の発明によれば、タービンのケー
シングとロータの対象部位の低サイクル疲労強度による
寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置におい
て、ケーシングとロータの表面温度を検出する表面温度
検出器と、ケーシングの厚さの中位部の温度を検出する
中位温度検出器と、表面温度検出器で検出したロータの
表面温度からロータの平均温度を算出する温度演算部
と、ケーシングにおいては表面温度検出器での検出表面
温度と中位温度検出器での検出中位温度との温度差、一
方ロータにおいては表面温度検出器での検出表面温度と
前記平均温度との温度差を算出し、これらの温度差に基
づいてそれぞれ熱歪，熱応力を算出する計算部と、寿命
消費配分に基づく各起動モード，負荷変化モードの一回
当りの疲労に対するメタル温度の関数の温度差，熱歪又
は熱応力の平均値を定め、この平均値に対して計画する
個々の起動・停止，負荷変化の温度差，熱歪又は熱応力
の統計による分布から起動・停止，負荷変化を繰り返し
ても寿命消費は計画した起動・停止，負荷変化の回数を
許容できるケーシングとロータとにおける温度差，熱歪
又は熱応力の制限範囲を拡大した制限値を演算する統計
的制限値演算部と、この演算部で算出した各制限値と計
算部で算出した温度差，熱歪又は熱応力とを比較する比
較部と、この比較部にて制限値を超えたとき運用制限を
指示する判定部とを備えるものとする。

【００１４】請求項４の発明によれば、タービンのケー
シングとロータの低温脆性破壊の寿命消費を監視するタ
ービンの寿命消費監視装置において、ケーシングとロー
タの表面温度を検出する表面温度検出器と、ケーシング
の厚さの中位部の温度を検出する中位温度検出器と、表
面温度検出器で検出したロータの表面温度からロータの
軸心温度と平均温度とを算出する温度演算部と、ケーシ
ングにおいては表面温度検出器での検出表面温度と中位
温度検出器での検出中位温度との温度差、一方ロータに
おいては前記軸心温度と平均温度との温度差を算出し、
これらの温度差に基づいてそれぞれ熱歪，熱応力を算出
する計算部と、起動・停止を繰り返しても寿命消費は計
画した起動・停止の回数を許容できる寿命消費計画の起
動・停止一回における低温脆性破壊のケーシングとロー
タとにおけるメタル温度の関数の温度差，熱歪又は熱応
力の制限値を算出する脆性制限値演算部と、この演算部
で算出した各制限値と計算部で算出したケーシングとロ
ータとにおける温度差，熱歪又は熱応力とを比較する比
較部と、この比較部にて制限値を超えたとき運用制限を
指示する判定部とを備えるものとする。

【００１５】請求項５の発明によれば、タービンのケー
シングとロータの対象部位の亀裂進展疲労の寿命消費を
監視するタービンの寿命消費監視装置において、ケーシ
ングとロータの表面温度を検出する表面温度検出器と、
ケーシングの厚さの中位部の温度を検出する中位温度検
出器と、表面温度検出器で検出したロータの表面温度か
らロータの軸心温度と平均温度とを算出する温度演算部
と、ケーシングにおいては表面温度検出器での検出表面
温度と中位温度検出器での検出中位温度との温度差、一
方ロータにおいては前記軸心温度と平均温度との温度差
を算出し、これらの温度差に基づいてそれぞれ熱歪，熱
応力を算出する計算部と、起動・停止を繰り返しても寿
命消費は計画した起動・停止の回数を許容できる寿命消
費計画の起動・停止一回当りの亀裂進展疲労のケーシン
グとロータとにおける温度差，熱歪又は熱応力の制限値
を算出する亀裂制限値演算部と、この演算部で算出した
各制限値と計算部で算出したケーシングとロータとにお
ける温度差，熱歪又は熱応力とを比較する比較部と、こ
の比較部にて制限値を超えたとき運用制限を指示する判
定部とを備えるものとする。

【００１６】請求項６の発明によれば、タービンのケー
シングとロータの低温脆性破壊の寿命消費を監視するタ
ービンの寿命消費監視装置において、ケーシングとロー
タの表面温度を検出する表面温度検出器と、ケーシング
の厚さの中位部の温度を検出する中位温度検出器と、表
面温度検出器で検出したロータの表面温度からロータの
軸心温度と平均温度とを算出する温度演算部と、ケーシ
ングにおいては表面温度検出器での検出表面温度と中位
温度検出器での検出中位温度との温度差、一方ロータに
おいては前記軸心温度と平均温度との温度差を算出し、
これらの温度差に基づいてそれぞれ熱歪，熱応力を算出
する計算部と、寿命消費計画の起動・停止一回における
低温脆性破壊に対するメタル温度の関数の温度差，熱歪
又は熱応力の平均値を定め、この平均値に対して計画す
る個々の起動・停止の温度差，熱歪又は熱応力の統計に
よる分布から起動・停止を繰り返しても寿命消費は計画
した起動・停止の回数を許容できるケーシングとロータ
とにおける温度差，熱歪又は熱応力の制限範囲を拡大し
た制限値を算出する統計的制限値演算部と、この演算部
で算出した各制限値と計算部で算出したケーシングとロ
ータとにおける温度差，熱歪又は熱応力とを比較する比
較部と、この比較部にて制限値を超えたとき運用制限を
指示する判定部とを備えるものとする。

【００１７】請求項７の発明によれば、タービンのケー
シングとロータの対象部位の亀裂進展疲労の寿命消費を
監視するタービンの寿命消費監視装置において、ケーシ
ングとロータの表面温度を検出する表面温度検出器と、
ケーシングの厚さの中位部の温度を検出する中位温度検
出器と、表面温度検出器で検出したロータの表面温度か
らロータの軸心温度と平均温度とを算出する温度演算部
と、ケーシングにおいては表面温度検出器での検出表面
温度と中位温度検出器での検出中位温度との温度差、一
方ロータにおいては前記軸心温度と平均温度との温度差
を算出し、これらの温度差に基づいてそれぞれ熱歪，熱
応力を算出する計算部と、寿命消費計画の起動・停止一
回当りの亀裂進展疲労に対するメタル温度の関数の温度
差，熱歪又は熱応力の平均値を定め、この平均値に対し
て計画する個々の起動・停止の温度差，熱歪又は熱応力
の統計による分布から起動・停止を繰り返しても寿命消
費は計画した起動・停止の回数を許容できるケーシング
とロータとにおける温度差，熱歪又は熱応力の制限範囲
を拡大した制限値を算出する統計的制限値演算部と、こ
の演算部で算出した各制限値と計算部で算出した温度
差，熱歪又は熱応力とを比較する比較部と、この比較部
にて制限値を超えたとき運用制限を指示する判定部とを
備えるものとする。

【００１８】請求項８の発明によれば、タービンのロー
タの対象部位の低サイクル疲労，低温脆性破壊及び亀裂
進展疲労による寿命消費を監視するロータの寿命消費監
視方法において、表面温度検出器で検出したロータの表
面温度と、この表面温度から算出したロータの平均温度
との温度差、及びこの温度差に基づいて熱歪，熱応力を
算出し、寿命消費計画の起動・停止一回当りの低サイク
ル疲労に対するメタル温度の関数の温度差，熱歪又は熱
応力の疲労制限値を算出し、さらに前記ロータの検出し
た表面温度からロータの軸心温度と平均温度とを算出
し、この軸心温度と平均温度との温度差、及びこの温度
差に基づいて熱歪，熱応力を算出し、寿命消費計画の起
動・停止一回当りの低温脆性破壊と亀裂進展疲労とのそ
れぞれに対するメタル温度の関数の温度差，熱歪又は熱
応力の脆性制限値と亀裂制限値とを算出し、前記疲労制
限値，脆性制限値，亀裂制限値のうち低い方をメタル温
度に対応する制限値とし、この制限値に対して対象部位
の寿命消費を監視し、制限値を超えたとき運用制限を行
なうものとする。

【００１９】

【作用】上記各請求項の発明による手段の作用を請求項
ごとに下記に記述する。 請求項１ タービンのケーシングやロータの起動・停止，負荷変化
の繰り返しにより生じる低サイクル疲労による寿命消費
の監視は、前述のように寿命消費監視の対象部位におい
て、ケーシングにおいては表面温度検出器で検出した表
面温度と中位温度検出器で検出した厚さの中位部の中位
温度との温度差、一方ロータにおいては表面温度検出器
で検出した表面温度と温度演算部で前記表面温度から算
出した平均温度との温度差、これらの温度差に基づく熱
歪，熱応力を計算部で算出し、この温度差，熱歪又は熱
応力を後述するこれらの制限値と比較して行なわれる。

【００２０】ここで、タービンの運用期間において寿命
消費配分は、タービンの停止時間の長さに応じて長い時
間の方からコールドスタート，ウォームスタート，ホッ
トスタートの各起動モード、及び負荷変化モードに従っ
て計画される。この場合、疲労制限値演算部にて起動・
停止，負荷変化を繰り返しても寿命消費は計画した起動
・停止，負荷変化の回数を許容できる寿命消費配分に基
づく各種起動モード，負荷変化モード一回当りの疲労の
ケーシングとロータとにおけるメタル温度の関数の温度
差，熱歪，熱応力の各制限値が算出される。

【００２１】したがって、各起動モード，負荷変化モー
ドにより、計算部で算出した温度差，熱歪又は熱応力を
それぞれ疲労制限値演算部で算出したメタル温度の関数
の温度差，熱歪又は熱応力の制限値と比較部にて比較す
る。そして、判定部で判定し、制限値を超えたときには
運用制限を指示する。 請求項２ 前記従来技術におけるタービンのケーシングとロータの
対象部位の低サイクル疲労に対する寿命消費を監視する
際のケーシングとロータにおける温度差，熱歪又は熱応
力の制限値を定める場合、統計的制限値演算部にて寿命
消費計画の起動・停止一回当りの低サイクル疲労に対す
るメタル温度の関数の温度差，熱歪又は熱応力の平均値
を定め、この各平均値に対して計画する個々の起動・停
止の温度差，熱歪又は熱応力のそれぞれの統計による分
布から温度差，熱応歪又は熱応力の制限範囲を拡大した
制限値を定める。この拡大した制限値と計算部で算出し
たケーシング，ロータの温度差，熱歪又は熱応力を比較
部にて前記各制限値と比較し、判定部で判定し、制限値
を超えたとき運用制限を指示する。この結果、タービン
の運転の自由度は増加する。

【００２２】請求項３ 前述の各起動モード，負荷変化モードに分けられて起動
・停止，負荷変化が繰り返されるとき、メタル温度の関
数の温度差，熱歪又は熱応力の制限値を定める場合、統
計的制限値演算部にて各起動モード，負荷変化モード一
回当りの疲労に対するメタル温度の関数の温度差，熱歪
又は熱応力の平均値を定め、この平均値に対して計画す
る個々の起動・停止，負荷変化の温度差，熱歪又は熱応
力の統計的な分布から制限範囲を拡大した制限値を定め
る。そして前述のように、比較部にて前記拡大した制限
値と計算部にて算出した温度差，熱歪又は熱応力とを比
較し、判定部で判定し、制限値を超えたとき運用制限を
指示する。この結果、タービンの運転の自由度がさらに
増加する。

【００２３】請求項４ タービンのケーシングとロータにおいて低温脆性破壊
は、低温部になるケーシングの外表面とロータの軸心部
に生じる。この場合、これらの低温脆性破壊による寿命
消費は下記のように監視される。ケーシングとロータの
監視対象部位の表面温度を表面温度検出器で検出すると
ともに、ケーシングにおいてはケーシングの厚さの中位
部の温度を中位温度検出器で検出し、一方ロータにおい
ては温度演算部でロータの検出した表面温度から円柱モ
デルにより、軸心温度及び平均温度を算出する。

【００２４】そして、計算部にてケーシングにおいては
表面温度と中位温度との温度差、この温度差に基づく熱
歪，熱応力を算出し、一方ロータにおいては軸心温度と
平均温度との温度差、この温度差に基づく熱歪，熱応力
を算出する。この際、脆性制限値演算部にて起動・停止
を繰り返しても寿命消費は計画した起動・停止の回数を
許容できる寿命消費計画の起動・停止一回における低温
脆性破壊のケーシングとロータとにおけるメタル温度の
関数の温度差，熱歪，熱応力の各制限値を算出する。

【００２５】そして、比較部にて計算部で算出したケー
シングとロータとにおける温度差，熱歪又は熱応力と前
記各制限値とを比較し、判定部で判定し、制限値を超え
たとき運用制限を指示する。 請求項５ タービンのケーシングとロータとにおいて亀裂進展疲労
は、ケーシングにおいては高応力部、ロータにおいては
軸心部にある初期内在欠陥により生じる。この場合、こ
の亀裂進展疲労による寿命消費は下記のようにして監視
される。

【００２６】請求項４で記述したと同じ要領でケーシン
グの表面温度と中位温度、ロータの軸心温度と平均温度
を測定又は演算により求め、計算部でケーシングにおい
ては表面温度と平均温度との温度差、この温度差に基づ
く熱歪，熱応力を算出し、一方ロータにおいては軸心温
度と平均温度との温度差、これに基づく熱歪，熱応力を
算出する。この際、亀裂制限値演算部にて起動・停止を
繰り返しても寿命消費は計画した起動・停止の回数を許
容できる寿命消費計画の起動・停止一回当りの亀裂進展
疲労のケーシングとロータとにおけるメタル温度の関数
の温度差，熱歪，熱応力の制限値を算出する。そして、
比較部にて計算部で算出したケーシングとロータとにお
ける温度差，熱歪又は熱応力と前記各制限値とを比較
し、判定部で判定し、制限値を超えたとき運用制限を指
示する。

【００２７】請求項６ タービンのケーシングとロータとの低温脆性破壊の寿命
消費を監視するとき、寿命消費計画の起動・停止一回に
おけるケーシングとロータとにおけるメタル温度の関数
の温度差，熱歪，熱応力の制限値を定める場合、統計的
制限値演算部にて寿命消費計画の起動・停止一回におけ
るメタル温度の関数の低温脆性破壊に対するケーシング
とロータとにおける温度差，熱歪，熱応力の平均値を定
め、この平均値に対して計画する個々の起動・停止に対
する温度差，熱歪，熱応力の統計による分布から起動・
停止を繰り返しても寿命消費は計画した起動・停止の回
数を許容できる制限範囲を拡大した制限値を算出する。
そして、比較部にてこれらの拡大した各制限値と計算部
で算出したケーシングとロータとにおける温度差，熱歪
又は熱応力とを比較し、判定部で判定し、制限値を超え
たとき運用制限を指示する。

【００２８】請求項７ タービンのケーシングとロータとの亀裂進展疲労の寿命
消費を監視するとき、統計的制限値演算部にて寿命消費
計画の起動・停止一回当りの亀裂進展疲労に対するケー
シングとロータとにおけるメタル温度の関数の温度差、
この温度差に基づく熱歪，熱応力の制限値を定める際、
前述のようにしてケーシングとロータとにおける温度
差，熱歪又は熱応力の平均値を定め、この平均値に対し
て計画する個々の起動・停止の温度差，熱歪又は熱応力
の統計的な分布からこれらの温度差，熱歪又は熱応力の
制限範囲を拡大した制限値を算出する。そして、比較部
にてこれらの拡大した各制限値と計算部で算出したケー
シングとロータとにおける温度差，熱歪又は熱応力のそ
れぞれと比較し、判定部で判定し、制限値を超えたとき
運用制限を指示する。

【００２９】請求項８ 寿命消費を監視する対象部位が、ロータの表面における
低サイクル疲労とロータの軸心部の低温脆性破壊と亀裂
進展疲労を同時に監視するときには、温度検出器でロー
タの表面温度を検出し、温度演算部でロータの軸心温
度，平均温度とを算出する。そして、計算部にて表面温
度と平均温度との温度差、この温度差に基づく熱歪，熱
応力を算出する。この際、疲労制限値演算部にて寿命消
費計画の起動・停止一回当りの疲労，亀裂進展疲労、及
び起動・停止一回における低温脆性破壊に対するメタル
温度の関数のケーシングとロータとにおける温度差，熱
歪又は熱応力の低サイクル疲労に対する疲労制限値、低
温脆性破壊に対する脆性制限値及び亀裂進展疲労に対す
る亀裂制限値を算出する。そして、疲労制限値，脆性制
限値，亀裂制限値のうち小さい方を制限値とすることに
より、計算部で算出したロータの温度差，熱歪又は熱応
力と前記制限値とを比較し、制限値を超えたとき運用制
限を行なう。

【００３０】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例につてい
説明する。図１は、本発明の請求項１の実施例による蒸
気タービンのケーシングの寿命消費監視装置のブロック
図である。なお、図１及び後述する図２ないし図１１に
おいて、図１２，図１３の従来例と同一部品には同じ符
号を付し、その説明を省略する。図１において図１２の
従来例と異なるのは、下記の通りである。

【００３１】タービンの起動には前述のように停止時間
の長さにより、その時間が長い方からコールドスター
ト，ウォームスタート，ホットスタートの各起動モード
がある。ここで、このような起動モードに分けられる起
動・停止，負荷変化を繰り返しても、計画した起動・停
止，負荷変化の回数を許容できる寿命消費配分に基づく
各起動モード，負荷変化モード一回当りのメタル温度の
関数の温度差，熱歪，熱応力の制限値を算出する疲労制
限値演算部１５を、図１２の疲労制限値演算部５の代り
に設けている。なお、疲労制限値演算部１５ではタービ
ンの停止時の制限値も算出する。

【００３２】疲労制限値演算部１５にて算出した各起動
モード，負荷変化モード，停止の制限値に基づき計算部
４にて算出した温度差を、ケーシングの中位温度に対応
する温度差の前記制限値と比較する比較部１６を図１２
の比較部６の代わりに設けている。なお、比較部１６に
おいてＦはコールドスタート，Ｇはウォームスタート，
Ｈはホットスタート，Ｉは負荷変化，Ｊは停止時のケー
シングの中位温度に対応する制限値である。

【００３３】このような構成により、表面温度検出器１
で検出したケーシングの表面温度と中位温度検出器２で
検出した中位温度との温度差、この温度差に基づく熱
歪，熱応力は計算部４にて算出される。そして、疲労制
限値演算部１５にて寿命消費配分に基づくタービンのコ
ールドスタート，ウォームスタート，ホットスタートの
各起動モードと負荷変化モードに対し、低サイクル疲労
強度により、中位温度に対応する各起動モードのコール
ドスタート，ウォームスタート，ホットスタート，負荷
変化，停止時の温度差，熱歪又は熱応力の制限値を算出
する。そして、計算部４にて表面温度検出器１で検出し
た表面温度と中位温度検出器２で検出した中位温度との
温度差を算出し、比較部１６にてこの温度差と各起動モ
ード，負荷変化モードに対する中位温度に対応する温度
差の制限値とを比較する。すなわち、比較部１６にてそ
れぞれコールドスタートＦ，ウォームスタートＧ，ホッ
トスタートＨ，負荷変化Ｉ，停止Ｊの制限値と比較す
る。

【００３４】そして、判定部７にて判定し、計算部４に
て算出した温度差が各起動モード，負荷変化モードに対
する温度差の制限値を超えたときには、運用制限が指示
される。なお、比較部１６において温度差の制限値は熱
歪又は熱応力の制限値であってもよく、また中位温度の
代りに他のメタル温度に対応する制限値であってもよ
い。

【００３５】ここで、計算部４と疲労制限値演算部１５
ととでの演算、比較部１６にての比較、判定部７での判
定は後述する同様な演算，比較，判定とともに、コンピ
ュータで行なわれる。図２は、本発明の請求項１の異な
る実施例による蒸気タービンのロータにおける各起動モ
ード，負荷変化モードにおける低サイクル疲労強度によ
る寿命消費監視装置のブロック図である。図２におい
て、図１における中位温度検出器２の代りに図１３の従
来例の表面温度検出器１１で検出したロータの表面温度
から平均温度を算出する温度演算部１２と、寿命消費配
分に基づく各起動モード，負荷変化モードに対するロー
タのメタル温度の関数の温度差，熱歪，熱応力の制限値
を演算する疲労制限値演算部２５と、疲労制限値演算部
２５で算出したロータの平均温度に対応する各起動モー
ド，負荷変化モードに対する温度差の制限値と、計算部
４で算出した温度差とを比較する比較部２６とを、それ
ぞれ図１３の疲労制限値演算部５と比較部６との代りに
設けた他は図１と同じである。なお、比較部２６におい
てＦａはコールドスタート，Ｇａはウォームスタート，
Ｈａはホットスタート，Ｉａは負荷変化，Ｊａは停止時
のロータの平均温度に対応する温度差の制限値である。

【００３６】このような構成により、前述のように表面
温度検出器１１で検出したケーシング内壁面の温度をロ
ータの表面温度とし、この表面温度からロータの平均温
度を温度演算部１２にて算出する。そして、計算部４に
てロータの表面温度と平均温度との温度差、この温度差
に基づく熱歪，熱応力を算出する。つぎに、疲労制限値
演算部２５にて寿命消費配分に基づく各起動モードのコ
ールドスタート，ウォームスタート，ホットスタート及
び負荷変化モード，停止のロータの平均温度に対応する
温度差，熱歪又は熱応力の制限値を演算する。

【００３７】つぎに、比較部２６にて計算部４で算出し
た温度差と、平均温度に対応する各起動モードのコール
ドスタートの制限値Ｆａ，ウォームスタートの制限値Ｇ
ａ，ホットスタートの制限値Ｈａ，負荷変化の制限値Ｉ
ａ，停止の制限値Ｊａと比較し、判定部７にて判定し、
温度差が制限値を超えたときは運用制限が指示される。
なお、比較部２６において温度差の制限値は熱歪，熱応
力の制限値であってもよく、また平均温度の代りに他の
メタル温度に対応する制限値であってもよい。

【００３８】図３は、本発明の請求項２の実施例による
蒸気タービンのケーシングの寿命消費監視装置のブロッ
ク図である。図３において図１２の従来例と異なるの
は、寿命消費計画の起動・停止一回当りの疲労に対する
ケーシングのメタル温度の関数の温度差，熱歪，熱応力
の平均値を定め、この平均値に対して計画する個々の起
動・停止の温度差，熱歪，熱応力の統計による分布か
ら、低サイクル疲労強度により温度差，熱歪，熱応力の
拡大した平均値より大きい制限値を演算する統計的制限
値演算部３５と、前記温度差の制限値と計算部４にて算
出した温度差と比較する比較部３６とを、図１２の統計
的制限値演算部５と比較部６の代りに設けたことであ
る。なお、比較部３６において４０は温度差の統計によ
る分布、例えば正規分布であり、Ｍは平均値である。ま
た、Ｎは平均値Ｍより２倍の標準偏差の分大きい温度差
であり、この温度差Ｎを前記制限値より拡大した拡大制
限値とする。ここで、Ｎｆはケーシングの中位温度に対
応する温度差の拡大制限値を、Ｌは従来の温度差の制限
値を示す。なお、Ｐは停止時の温度差の拡大制限値を示
す。

【００３９】このような構成により、ケーシングの表面
温度を表面温度検出器１で、また中位温度を中位温度検
出器２で検出する。そして、計算部４にて検出した表面
温度と中位温度との温度差、この温度差に基づく熱歪，
熱応力を算出する。そして、統計的制限値演算部３５に
て前述のように、起動・停止一回当りの疲労に対する統
計的分布による中位温度に対応する温度差の拡大制限値
Ｎｆを算出する。

【００４０】つぎに、比較部３６にて計算部４にて算出
された温度差を前記中位温度に対応する拡大制限値Ｎｆ
と比較し、判定部７にて判定し、温度差が拡大制限値Ｎ
ｆを超えたとき運用制限を指示する。なお、比較部３６
において温度差の拡大制限値は熱歪又は熱応力の拡大制
限値であってもよく、また中位温度の代りに他のメタル
温度に対応する拡大制限値であってもよい。

【００４１】ここで、タービンのロータにおいても前記
ケーシングによるものと同様に、起動・停止一回当りの
低サイクル疲労に対する図１４の従来例に示すロータの
メタル温度の関数の温度差，熱歪又は熱応力の平均値を
定め、この平均値に対して計画する個々の起動・停止の
温度差，熱歪又は熱応力の統計的な分布を求め、この分
布から平均値より大きくした拡大制限値、例えば正規分
布であれば平均値より２倍の標準偏差の分大きくした拡
大制限値を採用することにより、前述のケーシングと同
じ効果が得られる。

【００４２】図４は、本発明の請求項３の実施例による
蒸気タービンのケーシングの寿命消費監視装置のブロッ
ク図である。図４において、寿命消費配分に基づくコー
ルドスタート，ウォームスタート，ホットスタート等の
各起動モードと、負荷変化モード一回当りの低サイクル
疲労に対するケーシングのメタル温度の関数の温度差、
この温度差に基づく熱歪，熱応力の各平均値を定め、こ
の平均値に対して計画する個々の起動・停止，負荷変化
の温度差，熱歪，熱応力の統計による分布から、平均値
より大きい拡大制限値、例えばこの分布が比較部４６に
示す正規分布４１ならば、平均値より２倍の標準偏差の
分大きい拡大制限値を演算する統計的制限値演算部４５
と、この各起動モード，負荷変化モードに対する拡大制
限値と計算部４で算出した温度差とを比較する比較部４
６とを、それぞれ図１の疲労制限値演算部１５と比較部
１６の代りに設けた他は図１と同じである。

【００４３】なお、比較部４６にてＮａはコールドスタ
ート時の拡大制限値，Ｎｂはウォームスタート時の拡大
制限値，Ｎｃはホットスタート時の拡大制限値，Ｎｄは
負荷変化時の拡大制限値，Ｎｅは停止時の拡大制限値で
ある。このような構成により、タービンのケーシングの
内壁の表面温度を表面温度検出器１で、またケーシング
の板厚の中位部の中位温度を中位温度検出器２で検出
し、統計的制限値演算部４５で温度差の統計的分布、例
えば正規分布４１から求めた各起動モード，負荷変化モ
ードの中位温度に対応するそれぞれの拡大制限値Ｎａ，
Ｎｂ，Ｎｃ，Ｎｄと計算部４で算出した温度差とを比較
部４６にて比較して判定するのは前述と同じである。

【００４４】なお、タービンのロータの低サイクル疲労
の寿命消費監視においては、図２に示す表面温度検出器
１１でロータの表面温度を検出し、この表面温度から温
度演算部１２でロータの平均温度を算出し、この表面温
度と平均温度とを用いて計算部４での温度差，熱歪、熱
応力の算出、図４に示す統計的制限値演算部４５での各
起動モード，負荷変化モードのそれぞれにおける統計的
分布から、メタル温度の関数の温度差，熱歪，熱応力の
拡大制限値の算出、比較部４６での平均温度に対応する
各拡大制限値と計算部４で算出した温度差，熱歪又は熱
応力との比較、判定部７での判定は図４に示すケーシン
グの場合と同じである。

【００４５】図５は、本発明の請求項４の実施例による
蒸気タービンのケーシングの低温脆性破壊の寿命消費監
視装置のブロック図である。図５において、前述と同じ
く表面温度検出器１はケーシングの内壁の表面温度を検
出し、中位温度検出器２はケーシングの板厚の中位部の
温度を検出する。計算部４は前述のように温度差，熱
歪，熱応力を算出する。

【００４６】脆性制限値演算部５５は、寿命消費計画の
起動・停止一回における低温脆性破壊に対するメタル温
度の関数の温度差，熱歪，熱応力の制限値を算出する。
比較部５６は計算部４で算出した温度差を脆性制限値演
算部５５で算出した中位温度に対応する温度差の制限値
Ｒと比較する。判定部７は前述と同じ作用を行なう。

【００４７】このような構成により、起動・停止におけ
るケーシングの内壁の表面温度を表面温度検出器１で検
出し、さらに中位温度検出器２でケーシングの板厚の中
位部の中位温度を検出する。そして、計算部４にて表面
温度と中位温度との温度差、この温度差に基づく熱歪，
熱応力を算出する。脆性制限値演算部５５で寿命消費計
画の起動・停止一回における低温脆性破壊に対する中位
温度に対応する温度差、又は熱歪，熱応力の制限値を算
出する。

【００４８】つぎに、比較部５６にて計算部４にて算出
した温度差を脆性制限値演算部５５で算出した中位温度
に対応する温度差の制限値Ｒと比較し、判定部７にて判
定し、制限値を超えたときには運用制限を指示する。な
お、比較部５６において温度差の制限値は熱歪又は熱応
力の制限値であってもよく、また中位温度の代りに他の
メタル温度に対応する制限値であってもよい。

【００４９】図６は、本発明の請求項４の実施例による
蒸気タービンのロータの低温脆性破壊の寿命消費監視装
置のブロック図である。図６において図５と異なるの
は、下記の通りである。表面温度検出器１の代りに前述
の表面温度検出器１１と、この表面温度検出器１１で検
出して前述のように求めたロータの表面温度から、ロー
タの軸心温度２２ａと平均温度２２ｂとを算出する温度
演算部２２と、脆性制限値演算部５５の代りに寿命消費
計画の起動・停止一回におけるロータの低温脆性破壊の
メタル温度の関数の温度差，熱歪，熱応力の制限値を算
出する脆性制限値演算部６５とを設けている。

【００５０】このような構成により、表面温度検出器１
１でロータの表面温度を検出し、この表面温度に基づい
て温度演算部２２にて円柱モデルにより軸心温度２２
ａ，平均温度２２ｂを算出する。そして、計算部４にて
前記軸心温度と平均温度との温度差、この温度差に基づ
く熱歪，熱応力を算出する。そして、脆性制限値演算部
６５にて寿命消費計画の起動・停止一回における低温脆
性破壊の平均温度に対応する温度差、又は熱歪，熱応力
の制限値を算出する。

【００５１】つぎに、比較部６６にて平均温度に対応す
る温度差の制限値Ｓと計算部４にて算出した温度差とを
比較し、判定部７にて判定し、制限値を超えていれば運
用制限を指示する。なお、比較部６６において温度差の
制限値は熱歪，熱応力の制限値であってもよく、また平
均温度の代りに他のメタル温度に対応する制限値であっ
もよい。図７は、本発明の請求項５の実施例による蒸気
タービンのケーシングの亀裂進展疲労の寿命消費監視装
置のブロック図である。図７において、ケーシングの表
面温度を検出する表面温度検出器１はケーシングの表面
温度を検出し、中位温度検出器２はケーシングの板厚の
中位部の温度を検出する。

【００５２】計算部４は前述のようにケーシングの表面
温度と中位温度との温度差、この温度差に基づく熱歪，
熱応力を算出する。亀裂制限値演算部７５は、ケーシン
グの高応力部の初期内在欠陥が限界欠陥の長さに至るま
での熱応力の繰り返し回数を許容できる起動・停止一回
当りのメタル温度の関数の温度差，熱歪，熱応力の制限
値を算出する。

【００５３】比較部７６は計算部４で算出した温度差
を、亀裂制限値演算部７５で算出した亀裂進展疲労のケ
ーシングの中位温度に対応する温度差の制限値Ｔと比較
する。判定部７は前述と同様に制限値を超えたとき運用
制限を指示する。このような構成により、表面温度検出
器１でケーシングの表面温度を検出し、中位温度検出器
２でケーシングの板厚の中位部の中位温度を検出する。
つぎに、計算部４にて前記表面温度と中位温度との温度
差、この温度差に基づく熱歪，熱応力を算出する。

【００５４】一方、亀裂制限値演算部７５にて算出した
寿命消費計画の起動・停止一回当りの中位温度に対応す
る亀裂進展疲労の温度差、又は熱歪，熱応力の制限値を
算出する。そして、比較部７６にてケーシングの中位温
度に対応する温度差の制限値Ｔと計算部４で算出した温
度差とを比較し、判定部７にて判定し、制限値を超えた
ときには運用制限を指示する。

【００５５】なお、比較部７６において温度差の制限値
は熱歪，熱応力の制限値であってもよく、また中位温度
の代りに他のメタル温度に対応する制限値であってもよ
い。図８は、本発明の請求項５の実施例による蒸気ター
ビンのロータの亀裂進展疲労の寿命監視装置のブロック
図である。図８において、表面温度検出器１１は前述の
ようにロータの表面温度を検出し、温度演算部４２は前
述のように表面温度から軸心温度４２ａ及び平均温度４
２ｂを算出する。

【００５６】計算部４は前記軸心温度と平均温度との温
度差、この温度差に基づく熱歪，熱応力を算出する。亀
裂制限値演算部８５は前記亀裂制限値演算部７５と同様
に演算し、メタル温度の関数の温度差，熱歪，熱応力の
制限値を演算する。比較部８６は計算部４で算出した温
度差を、亀裂制限値演算部８５にて算出したロータの平
均温度に対応する温度差の制限値Ｖと比較する。判定部
７は前述と同じ作用をする。

【００５７】このような構成により、表面温度検出器１
１で検出したロータの表面温度から温度演算器４２にて
軸心温度４２ａと平均温度４２ｂとを算出する。そし
て、計算部４にて軸心温度と平均温度との温度差、これ
に基づく熱歪，熱応力を算出する。亀裂制限値演算部８
５にて前記亀裂制限値演算部７５と同様に演算し、平均
温度に対応する温度差、又は熱歪，熱応力の制限値を算
出する。つぎに、比較部８６にて平均温度に対応する温
度差の制限値Ｖと計算部４で算出した温度差とを比較
し、判定部にて前述のように判定する。

【００５８】なお、比較部８６において温度差の制限値
の代りに熱歪又は熱応力の制限値であってもよく、また
平均温度の代りに他のメタル温度に対応する制限値であ
ってもよい。図９は、本発明の請求項６の実施例による
蒸気タービンのケーシングの低温脆性破壊の寿命消費監
視装置のブロック図である。図９において、寿命消費計
画の起動・停止一回における低温脆性破壊に対するメタ
ル温度の関数の温度差，熱歪，熱応力の平均値を定め、
この平均値に対して計画する個々の起動・停止の温度
差、又は熱歪，熱応力の制限範囲を拡大した平均値より
大きい拡大制限値を演算する統計的制限値演算部９５
と、この演算部９５で演算した中位温度に対応する温度
差、又は熱歪，熱応力の拡大制限値と計算部４にて算出
した温度差、又は熱歪，熱応力とをそれぞれ比較する比
較部９６とを、図６の脆性制限値演算部６５と比較部６
６の代りに設けた他は図６と同じである。

【００５９】ここで、比較部９６において４２は温度差
の統計による分布、例えば正規分布であり、Ｍは平均値
である。また、Ｎは平均値Ｍより２倍の標準偏差の分大
きい温度差であり、この温度差を拡大制限値とする。こ
こで、Ｎｇは中位温度に対応する温度差の拡大制限値を
示す。このような構成により、ケーシングの表面温度を
表面温度検出器１で検出し、ケーシングの板厚の中位部
の温度を中位温度検出器２で検出する。そして、計算部
４にて検出した表面温度と中位温度との温度差、この温
度差に基づく熱歪，熱応力を算出する。そして、統計的
制限値演算部９５にて前述のように起動・停止一回にお
ける低温脆性破壊に対する統計的分布による中位温度に
対応する温度差、又は熱歪，熱応力の拡大制限値を算出
する。

【００６０】つぎに、比較部９６にて計算部４にて算出
した温度差を中位温度に対応する温度差の拡大制限値Ｎ
ｇと比較し、判定部７にて判定し、温度差が拡大制限値
を超えたとき運用制限を指示する。なお、比較部９６に
おいて温度差の制限値は熱歪又は熱応力の制限値であっ
てもよく、また中位温度の代りに他のメタル温度に対応
する制限値であってもよい。

【００６１】蒸気タービンのロータにおける低温脆性破
壊の寿命消費を監視する場合においても、前述と同様に
温度差，熱歪，熱応力の制限値を図６に示す前記ロータ
によるものと同様に、表面温度検出器１１で検出したロ
ータの表面温度から温度演算部２２で軸心温度２２ａ，
平均温度２２ｂを算出し、計算部４にて軸心温度と平均
温度との温度差、この温度差に基づく熱歪，熱応力を算
出する。そして、統計的制限値演算部９５にて前述と同
じ要領で、統計的分布から寿命消費計画の起動・停止一
回における低温脆性破壊に対するメタル温度の関数の温
度差の拡大制限値を算出する。そして、比較部９６にて
平均温度に対応する温度差の拡大制限値と計算部で算出
した温度差とを比較し、判定部７にて判定し、拡大制限
値を超えたとき運用制限を指示する。

【００６２】図１０は、本発明の請求項７の実施例によ
る蒸気タービンのケーシングの亀裂進展疲労の寿命消費
監視装置のブロック図である。図１０において、寿命消
費計画の起動・停止一回当りの亀裂進展疲労に対するメ
タル温度の関数の温度差、この温度差に基づく熱歪，熱
応力の平均値を定め、この平均値に対して計画する個々
の起動・停止の温度差，熱歪又は熱応力の制限範囲を拡
大した拡大制限値を演算する統計的制限値演算部１０５
と、この演算部１０５にて演算した中位温度に対応する
温度差の拡大制限値と計算部４にて算出した温度差とを
比較する比較部１０６とを、それぞれ図７における亀裂
制限値演算部７５と比較部７６との代りに設けた他は図
７と同じである。

【００６３】ここで、比較部１０６にて４３は温度差の
統計による分布、例えば正規分布であり、Ｍは平均値で
ある。また、Ｎは平均値Ｍより２倍の標準偏差の分大き
い温度差であり、この温度差を拡大制限値とする。な
お、Ｎｉは中位温度に対応する亀裂進展疲労に対する温
度差の拡大制限値を示す。このような構成により、ケー
シングの表面温度を表面温度検出器１１で検出し、さら
にケーシングの板厚の中位部の中位温度を中位温度検出
器２で検出する。そして、計算部４にて検出した表面温
度と中位温度との温度差、この温度差に基づく熱歪，熱
応力を算出する。そして、統計的制限値演算部１０５に
て前述のように起動・停止一回当りの亀裂進展疲労に対
する統計的分布による中位温度に対応する温度差、又は
熱歪，熱応力の拡大制限値を算出する。

【００６４】つぎに、比較部１０６にて計算部４で算出
した温度差を中位温度に対応する温度差の拡大制限値Ｎ
ｉと比較し、判定部７で判定し、拡大制限値Ｎｉを超え
たとき運用制限を指示する。なお、比較部１０６におい
て温度差の制限値は熱歪又は熱応力の制限値であっても
よく、また中位温度の代りに他のメタル温度に対応する
制限値であってもよい。

【００６５】蒸気タービンのロータにおける亀裂進展疲
労の寿命消費を監視する場合においても、図１０に示す
ケーシングによるものと同様に、図８に示す表面温度検
出器１１で検出したロータの表面温度から温度演算部４
２にて軸心温度４２ａ，平均温度４２ｂを算出し、計算
部４にて軸心温度と平均温度との温度差、この温度差に
基づく熱歪，熱応力を算出する。そして、統計的制限値
演算部１０５にて前述と同じ要領で、統計的分布から寿
命消費計画の起動・停止一回当りの亀裂進展疲労に対す
るメタル温度の関数の温度差の拡大制限値を算出する。
そして、比較部１０６にて平均温度に対応する温度差の
拡大制限値と計算部で算出した温度差とを比較し、判定
部７にて拡大制限値を超えたとき運用制限を指示する。

【００６６】図１１は、本発明の請求項８の実施例によ
るタービンのロータの表面における低サイクル疲労と、
軸心部における低温脆性破壊と、亀裂進展疲労との寿命
消費を同時に監視する際のブロック図である。図１１に
おいて、ステージ１１０にて前述のようにロータの表面
温度を測定し、ステージ１１１にてこの表面温度により
ロータの軸心温度，平均温度を算出する。そして、ステ
ージ１１２にて表面温度と平均温度との温度差及び軸心
温度と平均温度との温度差、これらの温度差に基づく熱
歪，熱応力を算出する。

【００６７】つぎに、ステージ１１３にて寿命消費計画
の起動・停止一回当りのロータの表面における低サイク
ル疲労のロータのメタル温度の関数の表面温度と平均温
度との温度差の制限値、又はこの温度差に基づく熱歪，
熱応力の制限値を算出し、一方ロータの軸心部における
低温脆性破壊のメタル温度の関数の軸心温度と平均温度
との温度差の制限値、この温度差に基づく熱歪，熱応力
の制限値と、軸心部における亀裂進展疲労のメタル温度
の関数の軸心温度と平均温度との温度差の制限値、この
温度差に基づく熱歪，熱応力の制限値を算出する。

【００６８】ここで、前記低サイクル疲労，低温脆性破
壊及び亀裂進展疲労の温度差の制限値は、ステージ１１
４に示す図に示すように縦軸に温度差、横軸に平均温度
をとってｌで示す低温疲労破壊における温度差の制限
値、ｍで示す低温脆性破壊における温度差の制限値、ｎ
で示す亀裂進展疲労における温度差の制限値として示さ
れる。そして、低サイクル疲労，低温脆性破壊，亀裂進
展疲労の寿命消費を同時に監視するときには前記三者の
下限値、すなわち実線で示す制限値を採用する。なお、
ｐは停止時の温度差の制限値である。

【００６９】したがって、前記算出された軸心温度と平
均温度との温度差は、平均温度に対応する実線で示す温
度差の制限値と比較される。そして、ステージ１１５に
て制限値を超えたときには運用制限を行なう。なお、ス
テージ１１４で示した温度差の制限値は熱歪，熱応力の
制限値であってもよく、また平均温度の代りに他のメタ
ル温度に対応する制限値であってもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば前述の構成により請求項１では、タービンの寿
命消費を監視する対象部位において、各起動モード，負
荷変化モードごとに低サイクル疲労に対する温度差，熱
歪又は熱応力の制限値を定めて寿命消費を監視するの
で、自由度の高いタービンの運用ができる。

【００７１】請求項２では、従来のタービンの寿命消費
を監視する対象部位における起動・停止、請求項３で
は、各起動モード，負荷変化モードの統計的分布から、
低サイクル疲労に対する温度差，熱歪又は熱応力の制限
範囲を拡大した拡大制限値を定めて寿命消費を監視する
ので、より自由度の高いタービンの運用ができる。請求
項４では、タービンの寿命消費を監視する対象部位の低
温脆性破壊に対する温度差，熱歪又は熱応力の制限値、
請求項５では、亀裂進展疲労に対する温度差，熱歪又は
熱応力の制限値を定めて寿命消費を監視するので、今ま
で管理してない低温脆性破壊と亀裂進展疲労を管理で
き、特にこれらが問題となる大型のタービンに有効であ
る。

【００７２】請求項６では、タービンの寿命消費を監視
する対象部位の低温脆性破壊に対する温度差，熱歪又は
熱応力の制限値を、請求項７では、亀裂進展疲労に対す
る温度差，熱歪又は熱応力の制限値をそれぞれ統計的分
布から制限範囲を拡大した拡大制限値を定めたので、請
求項４，５におけるより自由度の高いタービンの運用が
できる。

【００７３】請求項８では、ロータの低サイクル疲労，
低温脆性破壊及び亀裂進展疲労に対する温度差，熱歪，
熱応力の制限値のうち低い方を制限値としたので、ロー
タの表面における低サイクル疲労、軸心部における低温
脆性破壊及び亀裂進展疲労に対する寿命消費を同時に監
視できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１の実施例による蒸気タービン
のケーシングの対象部位の低サイクル疲労に対する制限
値により寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装
置のブロック図

【図２】本発明の請求項１の実施例による蒸気タービン
のロータの対象部位の低サイクル疲労に対する制限値に
より寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置の
ブロック図

【図３】本発明の請求項２の実施例による蒸気タービン
のケーシングの対象部位の低サイクル疲労に対する制限
値を統計的分布から拡大した拡大制限値により寿命消費
を監視するタービンの寿命消費監視装置のブロック図

【図４】本発明の請求項３の実施例による蒸気タービン
のケーシングの対象部位の低サイクル疲労に対する各種
起動モード，負荷変化モードごとの制限値を統計的分布
から拡大した拡大制限値により寿命消費を監視するター
ビンの寿命消費監視装置のブロック図

【図５】本発明の請求項４の実施例による蒸気タービン
のケーシングの対象部位の低温脆性破壊に対する制限値
により寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置
のブロック図

【図６】本発明の請求項４の実施例による蒸気タービン
のロータの対象部位の低温脆性破壊に対する制限値によ
り寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置のブ
ロック図

【図７】本発明の請求項５の実施例による蒸気タービン
のケーシングの対象部位の亀裂進展疲労に対する制限値
により寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置
のブロック図

【図８】本発明の請求項５の実施例による蒸気タービン
のロータの対象部位の亀裂進展疲労に対する制限値によ
り寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置のブ
ロック図

【図９】本発明の請求項６の実施例による蒸気タービン
のケーシングの対象部位の低温脆性破壊に対する制限値
を統計的分布から拡大した拡大制限値により寿命消費を
監視するタービンの寿命消費監視装置のブロック図

【図１０】本発明の請求項７の実施例による蒸気タービ
ンのケーシングの対象部位の亀裂進展疲労に対する制限
値を統計的分布から拡大した拡大制限値により寿命消費
を監視するタービンの寿命消費監視装置のブロック図

【図１１】本発明の請求項８の実施例による蒸気タービ
ンのロータの低サイクル疲労，低温脆性破壊及び亀裂進
展疲労の寿命消費を同時に監視するときのタービンの寿
命消費監視方法のブロック図

【図１２】従来の蒸気タービンのケーシングの低サイク
ル疲労に対する制限値により寿命消費を監視するタービ
ンの寿命消費監視装置のブロック図

【図１３】従来の蒸気タービンのロータの低サイクル疲
労に対する制限値により寿命消費を監視するタービンの
寿命消費監視装置のブロック図

【符号の説明】

１ 表面温度検出器 ２ 中位温度検出器 ４ 計算部 ７ 判定部 １１ 表面温度検出器 １２ 温度演算部 １５ 疲労制限値演算部 １６ 比較部 ２２ 温度演算部 ２５ 疲労制限値演算部 ２６ 比較部 ３５ 統計的制限値演算部 ３６ 比較部 ４２ 温度演算部 ４５ 統計的制限値演算部 ４６ 比較部 ５５ 脆性制限値演算部 ５６ 比較部 ６５ 脆性制限値演算部 ６６ 比較部 ７５ 亀裂制限値演算部 ７６ 比較部 ８５ 亀裂制限値演算部 ８６ 比較部 ９５ 統計的制限値演算部 ９６ 比較部 １０５ 統計的制限値演算部 １０６ 比較部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービンのケーシングとロータの対象部位
   の低サイクル疲労強度による寿命消費を監視するタービ
   ンの寿命消費監視装置において、ケーシングとロータの
   表面温度を検出する表面温度検出器と、ケーシングの厚
   さの中位部の温度を検出する中位温度検出器と、表面温
   度検出器で検出したロータの表面温度からロータの平均
   温度を算出する温度演算部と、ケーシングにおいては表
   面温度検出器での検出表面温度と中位温度検出器での検
   出中位温度との温度差、一方ロータにおいては表面温度
   検出器での検出表面温度と前記平均温度との温度差を算
   出し、これらの温度差に基づいてそれぞれ熱歪，熱応力
   を算出する計算部と、起動・停止，負荷変化を繰り返し
   ても寿命消費は計画した起動・停止，負荷変化の回数を
   許容できる寿命消費配分に基づく各起動モード，負荷変
   化モード一回当りの疲労に対するケーシングとロータと
   におけるメタル温度の関数の温度差，熱歪又は熱応力の
   制限値を算出する疲労制限値演算部と、この演算部で算
   出した各制限値と計算部で算出したケーシングとロータ
   とにおける温度差，熱歪又は熱応力とを比較する比較部
   と、この比較部にて制限値を超えたとき運用制限を指示
   する判定部とを備えたことを特徴とするタービンの寿命
   消費監視装置。
2. 【請求項２】タービンのケーシングとロータの対象部位
   の低サイクル疲労強度による寿命消費を監視するタービ
   ンの寿命消費監視装置において、ケーシングとロータの
   表面温度を検出する表面温度検出器と、ケーシングの厚
   さの中位部の温度を検出する中位温度検出器と、表面温
   度検出器で検出したロータの表面温度からロータの平均
   温度を算出する温度演算部と、ケーシングにおいては表
   面温度検出器での検出表面温度と中位温度検出器での検
   出中位温度との温度差、一方ロータにおいては表面温度
   検出器での検出表面温度と前記平均温度との温度差を算
   出し、これらの温度差に基づいてそれぞれ熱歪，熱応力
   を算出する計算部と、寿命消費計画の起動・停止一回当
   りの疲労に対するメタル温度の関数の温度差，熱歪又は
   熱応力の平均値を定め、この平均値に対して計画する個
   々の起動・停止の温度差，熱歪又は熱応力の統計による
   分布から起動・停止を繰り返しても寿命消費は計画した
   起動・停止の回数を許容できるケーシングとロータとに
   おける温度差，熱歪又は熱応力の制限範囲を拡大した制
   限値を算出する統計的制限値演算部と、この演算部で算
   出した各制限値と計算部で算出したケーシングとロータ
   とにおける温度差，熱歪又は熱応力とを比較する比較部
   と、この比較部にて制限値を超えたとき運用制限を指示
   する判定部とを備えたことを特徴とするタービンの寿命
   消費監視装置。
3. 【請求項３】タービンのケーシングとロータの対象部位
   の低サイクル疲労強度による寿命消費を監視するタービ
   ンの寿命消費監視装置において、ケーシングとロータの
   表面温度を検出する表面温度検出器と、ケーシングの厚
   さの中位部の温度を検出する中位温度検出器と、表面温
   度検出器で検出したロータの表面温度からロータの平均
   温度を算出する温度演算部と、ケーシングにおいては表
   面温度検出器での検出表面温度と中位温度検出器での検
   出中位温度との温度差、一方ロータにおいては表面温度
   検出器での検出表面温度と前記平均温度との温度差を算
   出し、これらの温度差に基づいてそれぞれ熱歪，熱応力
   を算出する計算部と、寿命消費配分に基づく各起動モー
   ド，負荷変化モード一回当りの疲労に対するメタル温度
   の関数の温度差，熱歪又は熱応力の各平均値を定め、そ
   の平均値に対して計画する個々の起動・停止，負荷変化
   の温度差，熱歪又は熱応力の統計による分布から起動・
   停止，負荷変化を繰り返しても寿命消費は計画した起動
   ・停止，負荷変化の回数を許容できるケーシングとロー
   タとにおける温度差，熱歪、又は熱応力の制限範囲を拡
   大した制限値を演算する統計的制限値演算部と、この演
   算部で算出した各制限値と計算部で算出したケーシング
   とロータとにおける温度差，熱歪又は熱応力とを比較す
   る比較部と、この比較部にて制限値を超えたとき運用制
   限を指示する判定部とを備えたことを特徴とするタービ
   ンの寿命消費監視装置。
4. 【請求項４】タービンのケーシングとロータの低温脆性
   破壊の寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置
   において、ケーシングとロータの表面温度を検出する表
   面温度検出器と、ケーシングの厚さの中位部の温度を検
   出する中位温度検出器と、表面温度検出器で検出したロ
   ータの表面温度からロータの軸心温度と平均温度とを算
   出する温度演算部と、ケーシングにおいては表面温度検
   出器での検出表面温度と中位温度検出器での検出中位温
   度との温度差、一方ロータにおいては前記軸心温度と平
   均温度との温度差を算出し、これらの温度差に基づいて
   それぞれ熱歪，熱応力を算出する計算部と、起動・停止
   を繰り返しても寿命消費は計画した起動・停止の回数を
   許容できる寿命消費計画の起動・停止一回における低温
   脆性破壊のケーシングとロータとにおけるメタル温度の
   関数の温度差，熱歪又は熱応力の制限値を演算する脆性
   制限値演算部と、この演算部で算出した各制限値と計算
   部で算出したケーシングとロータとにおける温度差，熱
   歪又は熱応力とを比較する比較部と、この比較部にて制
   限値を超えたとき運用制限を指示する判定部とを備えた
   ことを特徴とするタービンの寿命消費監視装置。
5. 【請求項５】タービンのケーシングとロータの亀裂進展
   疲労の寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置
   において、ケーシングとロータの表面温度を検出する表
   面温度検出器と、ケーシングの厚さの中位部の温度を検
   出する中位温度検出器と、表面温度検出器で検出したロ
   ータの表面温度からロータの軸心温度と平均温度とを算
   出する温度演算部と、ケーシングにおいては表面温度検
   出器での検出表面温度と中位温度検出器での検出中位温
   度との温度差、一方ロータにおいては前記軸心温度と平
   均温度との温度差を算出し、これらの温度差に基づいて
   それぞれ熱歪，熱応力を算出する計算部と、起動・停止
   を繰り返しても寿命消費は計画した起動・停止の回数を
   許容できる寿命消費計画の起動・停止一回当りの亀裂進
   展疲労のケーシングとロータとにおけるメタル温度の関
   数の温度差，熱歪又は熱応力の制限値を算出する亀裂制
   限値演算部と、この演算部で算出した各制限値と計算部
   で算出したケーシングとロータとにおける温度差，熱歪
   又は熱応力とを比較する比較部と、この比較部にて制限
   値を超えたとき運用制限を指示する判定部とを備えたこ
   とを特徴とするタービンの寿命消費監視装置。
6. 【請求項６】タービンのケーシングとロータの低温脆性
   破壊の寿命消費を監視するタービンの寿命消費監視装置
   において、ケーシングとロータの表面温度を検出する表
   面温度検出器と、ケーシングの厚さの中位部の温度を検
   出する中位温度検出器と、表面温度検出器で検出したロ
   ータの表面温度からロータの軸心温度と平均温度とを算
   出する温度演算部と、ケーシングにおいては表面温度検
   出器での検出表面温度と中位温度検出器での検出中位温
   度との温度差、一方ロータにおいては前記軸心温度と平
   均温度との温度差を算出し、これらの温度差に基づいて
   それぞれ熱歪，熱応力を算出する計算部と、寿命消費計
   画の起動・停止一回における低温脆性破壊に対するメタ
   ル温度の関数の温度差，熱歪又は熱応力の平均値を定
   め、この平均値に対して計画する個々の起動・停止の温
   度差，熱歪又は熱応力の統計による分布から起動・停止
   を繰り返しても寿命消費は計画した起動・停止の回数を
   許容できるケーシングとロータとにおける温度差，熱歪
   又は熱応力の制限範囲を拡大した制限値を演算する統計
   的脆性制限値演算部と、この演算部で算出した各制限値
   と計算部で算出したケーシングとロータとにおける温度
   差，熱歪又は熱応力とを比較する比較部と、この比較部
   にて制限値を超えたとき運用制限を指示する判定部とを
   備えたことを特徴とするタービンの寿命消費監視装置。
7. 【請求項７】タービンのケーシングとロータの対象部位
   の亀裂進展疲労の寿命消費を監視するタービンの寿命消
   費監視装置において、ケーシングとロータの表面温度を
   検出する表面温度検出器と、ケーシングの厚さの中位部
   の温度を検出する中位温度検出器と、表面温度検出器で
   検出したロータの表面温度からロータの軸心温度と平均
   温度とを算出する温度演算部と、ケーシングにおいては
   表面温度検出器での検出表面温度と中位温度検出器での
   検出中位温度との温度差、一方ロータにおいては前記軸
   心温度と平均温度との温度差を算出し、これらの温度差
   に基づいてそれぞれ熱歪，熱応力を算出する計算部と、
   寿命消費計画の起動・停止一回当りの亀裂進展疲労に対
   するメタル温度の関数の温度差，熱歪又は熱応力の平均
   値を定め、この平均値に対して計画する個々の起動・停
   止の温度差，熱歪又は熱応力の統計による分布から起動
   ・停止を繰り返しても寿命消費は計画した起動・停止の
   回数を許容できるケーシングとロータとにおける温度
   差，熱歪又は熱応力の制限範囲を拡大した制限値を演算
   する統計的亀裂制限値演算部と、この演算部での各制限
   値と計算部で算出した温度差，熱歪又は熱応力とを比較
   する比較部と、この比較部にて制限値を超えたとき運用
   制限を指示する判定部とを備えたことを特徴とするター
   ビンの寿命消費監視装置。
8. 【請求項８】タービンのロータの低サイクル疲労，低温
   脆性破壊及び亀裂進展疲労による寿命消費を監視するロ
   ータの寿命消費監視方法において、表面温度検出器で検
   出したロータの表面温度と、この表面温度から演算した
   ロータの平均温度との温度差、及びこの温度差に基づい
   て熱歪，熱応力を算出し、寿命消費計画の起動・停止一
   回当りの低サイクル疲労に対するメタル温度の関数の温
   度差，熱歪又は熱応力の制限値を算出し、さらに前記ロ
   ータの検出した表面温度からロータの軸心温度と平均温
   度とを演算し、この軸心温度と平均温度との温度差、及
   びこの温度差に基づいて熱歪，熱応力を算出し、寿命消
   費計画の起動・停止一回当りの低温脆性破壊と亀裂進展
   疲労とのそれぞれに対するメタル温度の関数の温度差，
   熱歪又は熱応力の低温脆性破壊に対する脆性制限値と、
   亀裂進展疲労に対する亀裂制限値とを算出し、前記疲労
   制限値，脆性制限値，亀裂制限値のうち低い方をメタル
   温度に対応する制限値とし、この制限値に対して寿命消
   費を監視し、制限値を超えたとき運用制限を行なうこと
   を特徴とするロータの寿命消費監視方法。