JPH11193702A

JPH11193702A - タービンロータの亀裂進展予測方法

Info

Publication number: JPH11193702A
Application number: JP9360997A
Authority: JP
Inventors: Hiroshige Itou; 洋茂伊藤; Toshihiro Matsuura; 俊博松浦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】タービンロータの硬さを応力から推定し、推定
した硬さ、加振力および振動応力等から将来の運転に対
し、亀裂進展量を予測し、的確な亀裂進展予測の下、タ
ービンロータの交換または補修を迅速に対処できるよう
にするタービンロータの亀裂進展予測方法を提供する。【解決手段】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予
測方法は、タービンロータの硬さを応力から推定し、推
定した硬さから疲労強度および引張強さを算出するとと
もに、タービン運用モードからタービンロータに加えら
れる加振力を算出し、算出した加振力からタービンロー
タの振動応力を算出し、疲労強度および引張強度と振動
応力とを比較して亀裂発生の有無を予測し、亀裂進展量
が亀裂進展下限界値を超えると、タービン運用モードを
変更する等を行う方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンロータの
亀裂進展予測方法に係り、特にタービン動翼を植設する
植込み溝のフック部の硬さを応力から推定し、推定した
硬さを基に将来の亀裂進展量を的確に予測するタービン
ロータの亀裂進展予測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、蒸気タービンは、図１５に示す
ように、外部ケーシング１と内部ケーシング２とで構成
したタービンケーシング３内に、軸受４で軸支したター
ビンロータ５を収容し、内部ケーシング２に固設したタ
ービンノズル６とタービンロータ５に植設したタービン
動翼７とを組み合せてタービン段落８にし、タービン段
落８を軸方向に沿って多段に配置する構成になってい
る。

【０００３】また、タービン動翼７は、図１６に示すよ
うに、馬蹄状に形成した植込み部９を、タービンロータ
５の植込み溝１０のフック部１１に係合させ、周方向に
沿って環状列に植設している。

【０００４】また、タービンノズル７は、図１６および
図１８に示すように、タービン動翼７に対応させてター
ビンロータ５の周方向に沿って環状列に配置しており、
その入口側にノズルボックス１２を形成し、ノズルボッ
クス１２に連通する蒸気入口１３に、通常、４弁の蒸気
加減弁（図示せず）を設置している。

【０００５】蒸気加減弁は、図１９に示すように、蒸気
タービン出力の増加に沿って第１弁および第２弁をほぼ
同時に開弁させ、さらに第３弁および第４弁を順次、シ
ーケンシャルに開弁させる、いわゆる３アドミッション
方式、あるいは図示していないが第１弁〜第３弁を同時
に開弁させ、残りの第４弁を次に開弁させる、いわゆる
２アドミッション方式、または第１弁〜第４弁の全てを
同時に開弁させる、いわゆる１アドミッション方式のい
ずれかの運転モードを採用している。

【０００６】例えば、起動運転時、蒸気加減弁が３アド
ミッション方式の運転モードを採る場合、タービン動翼
７は、タービンロータ５が１回転（３６０°）する間
に、図１８に示すように、タービンノズル６から案内さ
れた蒸気を２回受けている。このため、タービン動翼７
には、蒸気を受ける場合とそうでない場合とに基づく蒸
気の圧力変動力がある。さらに加えて、タービン動翼７
は、腹側と背側との間に圧力差が生じており、この圧力
差に基づく蒸気の流れに変動が出、結局、上述の圧力変
動力に、蒸気流れに変動が加わって、図１７に示すよう
に、タービンロータ５の回転方向と同じ方向に強い加振
力Ｆを受けている。

【０００７】このような加振力Ｆを繰り返し受けると、
タービンロータ５は、図２０に示すように、タービン動
翼７の植込み部９に係合させる植込み溝１０のフック部
１１に亀裂Ｃが発生することがあった。タービンロータ
５の亀裂発生が必然的に蒸気タービンの安定運転を損ね
るので、最近では、亀裂の進展を予測する発明が数多く
提案されている。

【０００８】しかし、亀裂の進展の予測は、蒸気条件、
例えば蒸気、温度、蒸気量等や起動回数等の運転条件
等、数多くの因子を含んでいるために、その解決手法を
困難にしており、現在、模索の段階である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来、タービン動翼７
は、高温強度に優れた１２Ｃｒ系の合金鋼を使用してい
るのに対し、タービンロータ５は、タービン動翼材料に
較べて相対的に高温強度の低いＣｒ−Ｍｏ−Ｖ系の合金
鋼を使用している。タービンロータ５がタービン動翼材
料に較べて高温強度の低いＣｒ−Ｍｏ−Ｖ系の合金鋼を
使用したのは、軸受４の焼付けを少なくさせる点を考慮
したものではあるが、高温強度が低いがゆえにタービン
ロータ５の植込み溝１０のフック部１１には、上記の加
振力の影響を受けて長年の使用の結果、図２０に示すよ
うに、亀裂Ｃが発生することがある。この亀裂Ｃは、タ
ービンロータ材料の長年の使用の結果、金属組織が当初
に較べて変化していると、たいして大きくもない加振力
でもさらに進展する。このような疲労破壊を、フレッテ
ィング疲労と称している。

【００１０】このフレッティング疲労は、図２１に示す
要因により発生するものと考えられている。例えば、基
台部Ｘに部材Ｙ，Ｚが距離δを置いて接触している場
合、基台部Ｘに外部から加振力Ｆが繰り返し加えられる
と、基台部Ｘには、振動応力（応力振幅）σa が与えら
れる。この振動応力（応力振幅）σa は、部材Ｙ，Ｚの
端部から基台部Ｘに与えている面圧力に対し、交差する
方向に与えられるために、その強度が低くなり、亀裂Ｃ
が発生するものと考えられる。特に、基台部Ｘに対し、
部材Ｙ，Ｚがある一定の距離δの範囲内において設置さ
れていると、この傾向は強い。ちなみに、基台部Ｘに、
部材Ｙ，Ｚを隣接して設置していると、振動応力（応力
振幅）σa は、図２２に示すように、部材Ｙ，Ｚを設置
していない場合（フレッティングなし）に較べて著しく
低くなることが実験で確認されている。

【００１１】タービンロータ５の植込み溝１０のフック
部材１１にフレッティング疲労による亀裂Ｃが発生する
のは、タービン動翼７を環状列に隣接して植設している
ことに要因があるものと考えられている。なお、タービ
ン動翼７の植込み部９はその材質の強度が高いこともあ
って、フレッティング疲労が認められていない。

【００１２】タービンロータ５の植込み溝１０のフック
部１１に発生する亀裂Ｃは、何分にも外部から観察する
ことができず、定期検査時のみである。蒸気タービンの
運転中、亀裂Ｃが進展すると、安定運転が損われるの
で、的確な亀裂進展の予測技術の実現が必要とされてい
る。

【００１３】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、タービンロータの硬さを応力から推定し、
推定した硬さ、加振力および振動応力等から将来の運転
に対し、亀裂の進展量を予測し、的確な亀裂進展予測の
下、タービンロータの交換または補修を迅速に対処でき
るようにするタービンロータの亀裂進展予測方法を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るタービンロ
ータの亀裂進展予測方法は、上記目的を達成するため
に、請求項１に記載したように、タービンロータの硬さ
を応力から推定し、推定した硬さから疲労強度および引
張強さを算出するとともに、タービン運用モードからタ
ービンロータに加えられる加振力を算出し、算出した加
振力からタービンロータの振動応力を算出し、上記疲労
強度および引張強度と上記振動応力とを比較して亀裂発
生の有無を予測し、タービンロータに亀裂が発生したと
判定したとき、亀裂進展量を予測し、この亀裂進展量が
亀裂進展下限界値を超えると、タービン運用モードを変
更するかまたはタービンロータに応急手当を行うもので
ある。

【００１５】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予
測方法は、上記目的を達成するために、請求項２に記載
したように、タービンロータの硬さは、該当部分の温
度、運転時間と応力とから予測するものである。

【００１６】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予
測方法は、上記目的を達成するために、請求項３に記載
したように、タービンロータに加えられる加振力は、蒸
気が蒸気加減弁を流れる運用モードから算出するもので
ある。

【００１７】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予
測方法は、上記目的を達成するために、請求項４に記載
したように、タービンロータの亀裂進展量は、タービン
ロータの亀裂深さ方向における加振力負荷時および加振
力除荷時の応力分布を求め、求めた応力分布から応力拡
大係数および応力比を算出し、算出した応力拡大係数お
よび応力比を基にして算出するものである。

【００１８】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予
測方法は、上記目的を達成するために、請求項５に記載
したように、タービンロータの亀裂進展量は、タービン
ロータの亀裂深さにおけるエネルギ変化量に基づいて算
出するものである。

【００１９】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予
測方法は、上記目的を達成するために、請求項６に記載
したように、タービンロータに加えられる加振力は、タ
ービンノズルの浸食を考慮して蒸気が蒸気加減弁を流れ
る運用モードから算出したものである。

【００２０】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予
測方法は、上記目的を達成するために、請求項７に記載
したように、タービンロータの硬さを応力から推定する
場合、タービンロータ材がＣｒＭｏＶ材から１２Ｃｒ材
に変更しても１２Ｃｒ材の応力から硬さを推定できるよ
うにするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るタービンロー
タの亀裂進展予測方法の実施形態を添付図面を参照して
説明する。

【００２２】図１は、本発明に係るタービンロータの亀
裂進展予測方法の実施形態における手順を示すブロック
図である。

【００２３】本実施形態に係るタービンロータの亀裂進
展予測方法は、タービン動翼の植込み部がタービンロー
タのフック部に接触する、そのタービンロータの硬さを
求める第１ステップ（ＳＴ１）、求めたタービンロータ
の硬さから疲労強度および引張強さを算出する第２ステ
ップ（ＳＴ２）、タービン運用モードからタービン動翼
に加えられる加振力を求める第３ステップ（ＳＴ３）、
求めた加振力からタービンロータのフック部の振動応力
（応力振幅）を算出する第４ステップ（ＳＴ４）、第２
ステップ（ＳＴ２）と第４ステップ（ＳＴ４）とを比較
して亀裂発生の有無を予測する第５ステップ（ＳＴ
５）、タービンロータに亀裂が発生すると予測した場
合、その亀裂進展量を予測する第６ステップ（ＳＴ
６）、予測した亀裂進展量を、亀裂進展下限界値と突き
合せる第７ステップ（ＳＴ７）、予測した亀裂進展量が
亀裂進展下限界値を超えた場合、運転モードを変更する
第８ステップ（ＳＴ８）を経る手順になっている。

【００２４】タービンロータの硬さを求める場合、その
表面層（軟化域）までで足りるか、あるいはその深層部
までも必要であるかを検討する必要がある。

【００２５】一般に、被検体の硬さは、図３に示すよう
に、表面層で著しく低下し、深層部に進むに連れて初期
値に較べて低下するものの、比較的高い硬さの状態で維
持されている。したがって、タービンロータの硬さを求
める場合、その表面層で足りる。

【００２６】タービンロータの硬さは、図２に示すよう
に、予め作成した応力−硬さ線図から求めることができ
る。この応力−硬さ線図は、縦軸にタービンロータの表
面層の硬さを、横軸に該当部分の温度および運転時間を
示すもので、温度および運転時毎にタービンロータの応
力値（応力２は応力１より大なる応力を加えた場合を示
す）に応じた表面層の硬さがプロットされている。な
お、タービンロータの硬さを求める場合、温度および運
転時間をパラメータとして、高さを計算上算出できるの
で、その手法を用いてもよい。

【００２７】図４は、第２ステップ（ＳＴ２）におい
て、タービンロータの引張強度および疲労強度を求める
硬さ−引張強度および硬さ−疲労強度を示す線図であ
る。上述の第１ステップ（ＳＴ１）から求めたタービン
ロータの硬さを基に、図４に示す線図を用いれば、ター
ビンロータの引張強度および疲労強度を容易に求めるこ
とができる。

【００２８】図５は、第３ステップ（ＳＴ３）におい
て、蒸気タービンの負荷出力と運用モード１，２との関
係からタービン動翼を介してタービンロータのフック部
に加えられる加振力を算出する蒸気タービン負荷出力−
加振力線図である。

【００２９】加振力は、蒸気タービンの負荷出力が一定
でも運用モードが異なれば著しく変動する。特に、運転
モード１、具体的には３アドミッション方式は、運用モ
ード２、具体的には２アドミッション方式に較べて加振
力が高い。また、３アドミッション方式は、蒸気タービ
ンの負荷出力が所定領域の負荷出力になると、高加振力
になり、タービンロータに亀裂を発生させる危険域に入
る。

【００３０】第４ステップ（ＳＴ４）では、上述、第３
ステップ（ＳＴ３）の蒸気タービン負荷出力−加振力線
図から求めた加振力に基づいてタービンロータの振動応
力（応力振幅）またはその平均応力を求める。タービン
ロータの振動応力（応力振幅）またはその平均応力を求
める場合、図６で示した動翼カバー１４、テノン１５、
タービン動翼７、植込み部９、タービンロータ５、フッ
ク部１１で組み立てた蒸気タービンを、モデル化して有
限要素法を用いる。

【００３１】図７は、第５ステップ（ＳＴ５）におい
て、タービンロータに亀裂発生の有無を予測する引張強
度−振動応力線図である。上述第２ステップ（ＳＴ２）
で求めた引張強度および疲労強度の疲労限界線に、上述
第４ステップ（ＳＴ４）で求めた振動応力またはその平
均応力をプロットする。例えば、振動応力値Ｐ₁が疲労
限界線（無限寿命限界線）より低い範囲になっている
と、タービンロータ５のフック部１１に亀裂が発生して
いないと認定され、蒸気タービンは運転が継続される。
また、振動応力値Ｑ₁が、疲労限界線を超えて、例えば
有限寿命限界線にプロットされると、タービンロータ５
のフック部１１に亀裂が発生しているか、または少なく
とも亀裂の発生のおそれがあると判定される。なお、図
７は、加振力の繰返し数を限定した有限寿命限界を定め
て、亀裂の有無を予測することができるようになってい
る。

【００３２】図８は、第６ステップ（ＳＴ６）におい
て、タービンロータ５のフック部１１に亀裂が発生した
と判定した場合、現在の蒸気タービンの運用モードで次
回の定期点検までに、亀裂が下限界値を超えて進展する
かを解析的に予測する手順を示すブロック図である。タ
ービンロータ５のフック部１１に亀裂が発生したと判定
された場合、まず、その亀裂発生予想部分の亀裂が進展
する深さ方向に対して、加振力を負荷した場合と、加振
力を除荷して遠心荷重のみが作用した場合の応力分布
を、上述、第３ステップ（ＳＴ３）における有限要素法
で求める。有限要素法で求めた応力分布から、亀裂が所
定の深さまで達した場合の加振力負荷時および加振力除
荷時における応力拡大係数Ｋｓ（最大値）、Ｋｃ（最小
値）および亀裂の深さａにおける応力比Ｒ（Ｒ＝Ｋｃ／
Ｋｓ）を影響関数法で算出する。

【００３３】次に、算出した応力拡大係数Ｋｓ，Ｋｃお
よび応力比Ｒから応力拡大係数範囲ΔＫと亀裂進展下限
界値ΔＫthを求める。応力拡大係数範囲ΔＫは、単なる
算術計算であるが、亀裂進展下限界値ΔＫthは、亀裂の
深さａおよび応力比Ｒの設定如何によっては変動し、的
確な亀裂進展量（ｄa ／ｄN ）を予測することができな
い。このため、亀裂進展下限界値ΔＫthは、予めテスト
ピース等で測定しておいた図９で示す亀裂進展下限界値
を求める線図のうち、図９（ａ）の応力比依存性の下限
界値線図から求めた亀裂進展下限界値Ｋth1 、図９
（ｂ）の亀裂長さ依存性の下限界値線図から求めた亀裂
進展下限界値Ｋth2 、および図９（ｃ）の硬さ依存性の
下限界値線図から求めた亀裂進展下限界値Ｋth3 を算出
し、算出した各値を乗算し、ΔＫth＝ΔＫth1 ×ΔＫth
2 ×ΔＫth3 として算出する。

【００３４】このようにして算出した応力拡大係数範囲
ΔＫと亀裂進展下限値ΔＫthを互いに比較し、ΔＫ＜Δ
Ｋthのとき、亀裂進展量（ｄa ／ｄN ）は停止すると判
定する一方、ΔＫ＞ΔＫthのとき、亀裂進展量（ｄa ／
ｄN ）は増加すると判定する。

【００３５】亀裂進展量（ｄa ／ｄN ）が増加すると判
定した場合、タービンロータの１回転あたりの亀裂進展
量（ｄa ／ｄN ）は、上述で求めた応力拡大係数範囲Δ
Ｋを基に、予め作成しておいた亀裂進展量−応力拡大係
数範囲線図（図示せず）から算出する。さらに、算出し
た亀裂進展量（ｄa ／ｄN ）に、予め予測した亀裂進展
量（ｄa ）を加えて計算の繰返しを行い、予め定めた蒸
気タービンの運転時間内における亀裂の深さａを的確に
算出すると同時に亀裂進展量（ｄa ／ｄN ）を的確に算
出する。

【００３６】図１０は、第７ステップ（ＳＴ７）におい
て、亀裂進展量（ｄa ／ｄN ）が亀裂進展下限界値ΔＫ
thを超えたかの有無を認定する亀裂深さ−応力拡大係数
範囲線図である。上述の第６ステップ（ＳＴ６）で算出
した亀裂深さａは、亀裂深さ領域１と亀裂深さ領域２と
に区分けすることができる。今、亀裂深さ領域１におい
て、蒸気タービンが、例えばモード１、具体的には３ア
ドミッション方式で運転していると、応力拡大係数範囲
ΔＫは、上述の第６ステップ（ＳＴ６）で求めた亀裂進
展下限界値ΔＫthを超えているので危険域に入ってい
る。このため、第８ステップ（ＳＴ８）では、蒸気ター
ビンの運用モードの変更が行われる。具体的には、蒸気
タービンの運用モードを、３アドミッション方式から２
アドミッション方式に変更させるか、あるいは、例えば
図５で示した高加振力域を避けるために、蒸気量を急激
に増して高加振力域に相当する蒸気タービン出力負荷を
迅速に通過させる。

【００３７】また、亀裂深さ領域１において、蒸気ター
ビンが、例えばモード２、具体的には２アドミッション
方式で運転していると、応力拡大係数範囲ΔＫは、亀裂
進展下限界値ΔＫthを超えていないので、蒸気タービン
の運転はそのまま継続される。しかし、亀裂深さ領域２
において、蒸気タービンが運転されていると、危険域に
入る。このため、蒸気タービンは、次回の定期検査ま
で、図１１に示すように、タービンロータの軟化した表
層部分および亀裂部分を取り除き、タービン動翼を再び
植設する場合、亀裂発生部がタービン動翼の再度の接触
部分とならないようにタービン動翼の植設設置をずら
す。なお、タービンロータの材料劣化が進行している場
合、蒸気タービンに応急手当をしても亀裂の新たな発生
または亀裂の進展がさらに増加するので、タービンロー
タの新たな交換が行われる。

【００３８】このように、本実施形態に係るタービンロ
ータの亀裂進展予測方法では、第１段階として亀裂発生
の判定にあたり、該当部分の応力および温度・運転時間
から硬さを求め、求めた硬さから引張強度および疲労強
度を予め作成した線図から算出するとともに、蒸気ター
ビンの運用モードに対応した加振力を予め作成した線図
から算出し、算出した加振力を基に有限要素法により振
動応力およびその平均応力を計算し、計算した数値を予
め作用した線図にプロットして亀裂発生の有無を確認
し、第２段階として亀裂深さ方向における加振力負荷時
および加振力除荷時の応力を、上述有限要素法により計
算して応力拡大係数および応力比を算出し、算出した応
力拡大係数および応力比を基に応力拡大係数範囲および
亀裂進展下限界値を求めて亀裂進展量を推定し、第３段
階として推定した亀裂進展量を基に、タービンロータの
応急手当てまたは交換作業の判定を行うことができるよ
うにしたので、蒸気タービンをして確実な安定運転を維
持させることができる。

【００３９】図１２は、亀裂進展量を算出するにあた
り、本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方法に
用いる他の実施形態を示す手順ブロック図である。

【００４０】図１２で示した手順ブロック図は、亀裂進
展量を算出するにあたり、加振力の有無によるエネルギ
を用いたものである。この方法では、解析モデルに所定
の亀裂を入れて作成し、この状態から亀裂が微小量進展
した場合のエネルギ変化量から、仮想亀裂進展法により
亀裂先端での応力拡大係数Ｋｃ，Ｋｓを算出する。この
算出した応力拡大係数Ｋｃ，Ｋｓから、加振力がある場
合と、加振力がない場合とに区分けし、その差から応力
拡大係数範囲ΔＫおよび応力比Ｒを求める。その後の手
順は、図８で示した手順と同一である。

【００４１】本実施形態によれば、亀裂深さ方向に要素
を細かくメッシュに切って算出する必要がなく、また任
意の形状の亀裂進展量を比較的簡易に算出することがで
きる。

【００４２】図１３は、タービン動翼への加振力を算出
するにあたり、本発明に係るタービンロータの亀裂進展
予測方法に用いる他の実施形態を飯す負荷出力−加振力
線図である。

【００４３】従来、タービン駆動蒸気には酸化スケール
等の異物微粒子が含まれているために、タービン動翼の
入口側に設置したタービンノズルを浸食させることがあ
る。また、蒸気タービンは、タービン駆動蒸気が膨張仕
事をする際、熱を失って水滴（ドレン）を発生させるこ
とがあり、この水滴にタービンノズルを浸食させること
がある。このめた、タービン動翼に与えられる加振力
は、タービンノズルの浸食度合によって大きく変動す
る。

【００４４】本実施形態では、タービンノズルの浸食情
況に対応させて加振力を修正させたものである。したが
って、本実施形態によれば、タービンノズルの浸食情況
に対応させて加振力を修正させてあるので、タービンロ
ータの亀裂進展予測にあたり、より一層精度の高い亀裂
発生の有無および亀裂進展量を算出することができる。

【００４５】図１４は、タービンロータ材を変更した場
合、タービンロータ材の応力を算出するにあたり、本発
明に係るタービンロータの亀裂予測方法に用いる他の実
施形態を示す温度・時間パラメータ−応力線図である。

【００４６】最近の蒸気タービンでは、タービン駆動蒸
気を超高圧・超高温化する研究が行われており、従来か
らタービンロータ材として使用しているＣｒＭｏＶ材
を、１２Ｃｒ材に変更する検討が行われている。

【００４７】本実施形態は、タービンロータ材が１２Ｃ
ｒ材に変更されても、その１２Ｃｒ材の温度および時間
に対する応力を容易に算出することができるようにした
ものである。

【００４８】したがって、本実施形態によれば、タービ
ンロータ材が１２Ｃｒ材に変更になっても応力を算出す
ることができるようにしたので、タービンロータの亀裂
進展予測にあたり容易に行うことができる。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係るタービ
ンロータの亀裂進展予測方法によれば、タービンロータ
の亀裂発生の有無および亀裂進展量を予測するにあた
り、引張強度、疲労強度、加振力、振動応力を基に応力
拡大係数範囲および亀裂進展下限界値を算出し、算出し
た応力拡大係数範囲および亀裂進展下限界値から亀裂発
生の有無および亀裂進展量を予測させたので、蒸気ター
ビンに安定した運転を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方
法の実施形態の手順を示すブロック図。

【図２】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方
法に用いる応力−硬さを示す線図。

【図３】材料の表面層から深さ方向に向った硬さの変化
を説明する線図。

【図４】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方
法に用いる硬さ−引張強度および硬さ−疲労強度を示す
線図。

【図５】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方
法に用いる蒸気タービン負荷出力−加振力を示す線図。

【図６】蒸気タービンをモデル化する前の組立状態を示
す斜視図。

【図７】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方
法に用いる引張強度−振動応力を示す線図。

【図８】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方
法において、亀裂進展量を解析的に予測する手順を示す
ブロック図。

【図９】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方
法に用いる亀裂進展下限界値を求める線図で（ａ）は応
力比依存性の下限界値線図（ｂ）は亀裂長さ依存性の下
限界値線図、（ｃ）は硬さ依存性の下限界値線図をそれ
ぞれ示す図。

【図１０】本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測
方法に用いる亀裂深さ−応力拡大係数範囲を示す線図。

【図１１】タービンロータに亀裂が発生した場合、その
亀裂を除去して応急的に手当をすることを説明する図。

【図１２】亀裂進展量を算出するにあたり、本発明に係
るタービンロータの亀裂進展予測方法に用いる他の実施
形態の手順を示すブロック図。

【図１３】タービン動翼への加振力を算出するにあた
り、本発明に係るタービンロータの亀裂進展予測方法に
用いる他の実施形態における負荷出力−加振力を示す線
図。

【図１４】タービンロータ剤を変更した場合、タービン
ロータ材の応力を算出するにあたり、本発明に係るター
ビンロータの亀裂進展予測方法に用いる他の実施形態に
おける温度・時間パラメータ−応力を示す線図。

【図１５】従来の蒸気タービンを示す一部切欠断面図。

【図１６】タービン動翼とタービンノズルとの位置関係
を示す概略図。

【図１７】タービンノズルからタービン動翼に流れる蒸
気によりタービン動翼に加振力が加えられることを説明
する図。

【図１８】図１６のＡ−Ａ矢視方向から切断した断面
図。

【図１９】蒸気加減弁の弁開度順序を説明する図。

【図２０】タービンロータのフック部に亀裂が発生した
ことを説明する図。

【図２１】基台部に隣接して部材を設置した場合、加振
力により亀裂が発生することを説明する図。

【図２２】材料に加振力が繰返し与えられた場合、通常
の疲労強度とフレッティング疲労強度とを比較する図。

【符号の説明】

１外部ケーシング２内部ケーシング３タービンケーシング４軸受５タービンロータ６タービンノズル７タービン動翼８タービン段落９植込み部１０植込み溝１１フック部１２ノズルボックス１３蒸気入口１４動翼カバー１５テノン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービンロータの硬さを応力から推定
し、推定した硬さから疲労強度および引張強さを算出す
るとともに、タービン運用モードからタービンロータに
加えられる加振力を算出し、算出した加振力からタービ
ンロータの振動応力を算出し、上記疲労強度および引張
強度と上記振動応力とを比較して亀裂発生の有無を予測
し、タービンロータに亀裂が発生したと判定したとき、
亀裂進展量を予測し、この亀裂進展量が亀裂進展下限界
値を超えると、タービン運用モードを変更するかまたは
タービンロータに応急手当を行うことを特徴とするター
ビンロータの亀裂進展予測方法。
【請求項２】タービンロータの硬さは、該当部分の温
度、運転時間と応力とから予測することを特徴とする請
求項１記載のタービンロータの亀裂進展予測方法。
【請求項３】タービンロータに加えられる加振力は、
蒸気が蒸気加減弁を流れる運用モードから算出すること
を特徴とする請求項１記載のタービンロータの亀裂進展
予測方法。
【請求項４】タービンロータの亀裂進展量は、タービ
ンロータの亀裂深さ方向における加振力負荷時および加
振力除荷時の応力分布を求め、求めた応力分布から応力
拡大係数および応力比を算出し、算出した応力拡大係数
および応力比を基にして算出することを特徴とする請求
項１記載のタービンロータの亀裂進展予測方法。
【請求項５】タービンロータの亀裂進展量は、タービ
ンロータの亀裂深さにおけるエネルギ変化量に基づいて
算出することを特徴とする請求項１記載のタービンロー
タの亀裂進展予測方法。
【請求項６】タービンロータに加えられる加振力は、
タービンノズルの浸食を考慮して蒸気が蒸気加減弁を流
れる運用モードから算出したことを特徴とする請求項１
記載のタービンロータの亀裂進展予測方法。
【請求項７】タービンロータの硬さを応力から推定す
る場合、タービンロータ材がＣｒＭｏＶ材から１２Ｃｒ
材に変更しても１２Ｃｒ材の応力から硬さを推定できる
ようにすることを特徴とする請求項１記載のタービンロ
ータの亀裂進展予測方法。