JPH1172483A - 蒸気タービンロータ翼溝の損傷検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータから動翼を抜き取る必要がなく、短工
期、低コストで確実な翼溝の肩部の損傷の検出を可能と
し、信頼性の高いロータの診断を可能とする。 【解決手段】 ロータ１の外周面の所定の位置Ａから超
音波を入射させ、翼溝側面５でスキップさせた後、損傷
を生じる翼溝４ａ，４ｂ，……，４ｈの肩部６に導き、
また、上記所定の位置Ａとの間に一定間隔を有するロー
タ１の外周面の位置Ｂから超音波を入射させて翼溝側面
５の角部７へ導き、前者の反射波の振幅値を後者の反射
波の振幅値で除し、その除算値より翼溝の肩部６の損傷
を検出するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電プラント等に
おける高・中圧蒸気タービンのロータの劣化状態の診断
に適用される蒸気タービンロータ翼溝の損傷検出方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントにおける高・中圧蒸気ター
ビンのロータは、高い温度条件下で運転されるために、
長期間使用されると、応力を受ける部位にはクリープ損
傷を発生することがある。

【０００３】この応力を受ける部位としては、動翼が植
えられている翼溝の肩部が多く、当該部はタービンロー
タの余寿命を評価する上で重要な部位である。しかしな
がら、この翼溝には動翼が植え込まれており、動翼の翼
根が嵌合されているために表面に露出していない。

【０００４】このため、従来の蒸気タービンロータ翼溝
の診断は、代表的な部位の動翼を抜き取って翼溝を露出
させ、レプリカ法により肩部の金属組織を採取し、これ
を観察することにより行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸気タービンロ
ータの診断においては、次のような課題があった。

【０００６】（１）診断のためには動翼を抜き取る必要
があり、診断の工期が長くなり、多大の費用を要する。

【０００７】（２）数１０箇所ある翼溝は、均一に損傷
するとは限らないが、従来の診断方法は抜き取り（サン
プリング）による診断方法であるため、ロータ全体の余
寿命診断法としての信頼性が十分とはいえない。

【０００８】（３）サンプル数を増加することにより、
診断の信頼性は向上するが、工期が更に長くなり、診断
費用が膨大になる。

【０００９】従来の診断方法の場合、上記のように工
期，費用の面での課題があったため、動翼を抜き取らな
いで行うことができる診断方法が求められていた。本発
明は上記の課題を解決しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の蒸気タービンロ
ータ翼溝の損傷検出方法は、ロータの外周面の所定の位
置から超音波を入射させ、翼溝側面でスキップさせた
後、超音波を翼溝の肩部に導き、肩部からの超音波の反
射波を受信し、また、上記所定の位置との間に一定間隔
を有するロータの外周面の位置から超音波を入射させて
翼溝側面の角部へ導き、角部からの超音波の反射波を受
信した後、上記の肩部からの反射波の振幅値を翼溝側面
の角部からの反射波の振幅値で除し、その除算値より翼
溝の肩部の損傷を検出することを特徴としている。

【００１１】上記において、翼溝の肩部に生じる損傷に
入射させる超音波は、ロータの外周面から入射させ、翼
溝側面でスキップさせた後、翼溝の肩部へと導いている
ため、損傷にこれと直交する方向から超音波を入射させ
ることができ、この超音波により発生した反射波を受信
することにより、確実に損傷を検出することが可能とな
る。

【００１２】また、翼溝の肩部からの反射の振幅値を角
部からの反射波の振幅値により除算しているため、ロー
タを形成する材料の性状のばらつきによる影響を除去す
ることができ、材料の性状のばらつきの影響が排除され
た損傷についての検出結果を得ることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る蒸気
タービンロータ翼溝の損傷検出方法について、図１によ
り説明する。

【００１４】なお、本実施形態に係る蒸気タービンは、
図１（ｂ）に示すように、蒸気タービンロータ１に複数
の翼溝４ａ，４ｂ，……，４ｈが設けられており、この
翼溝４ａ，４ｂ，……，４ｈには、図１（ａ）に示すよ
うに、それぞれ動翼２が植え込まれた状態となってい
る。

【００１５】図１に示す本実施形態に係る蒸気タービン
ロータ翼溝の損傷検出方法は、図１（ａ）に示すよう
に、超音波を送・受信する超音波センサ３を用いて翼溝
４ａ，４ｂ，……，４ｈの肩部に生じる損傷の検出を行
うものであり、その要領は以下のとおりである。

【００１６】まず、超音波センサ３をロータ１の外周面
のＡ点に置いて超音波を発信する。この超音波センサ３
から発信した超音波は翼溝側面５でスキップした後、損
傷が生じる肩部６に導かれ、当該部６に損傷があればそ
れに対応した反射波を生じ、その反射波は発信波の逆の
経路を経て上記超音波センサ３へ到達し、同センサ３に
より受信される。

【００１７】また、上記超音波センサ３をＡ点より一定
間隔離れたロータ１の外周面のＢ点に置いて超音波を発
信する。この超音波センサ３から発信した超音波は翼溝
側面５の角部７で導かれて反射波を生じ、その反射波は
発信波の逆の経路を経て上記超音波センサ３に到達し、
同センサ３により受信される。

【００１８】上記超音波センサ３により受信された肩部
６からの反射波と角部７からの反射波については、前者
の振幅値を後者の振幅値で除す除算が行われ、その除算
値より損傷の検出が行われる。

【００１９】上記において、翼溝４ａ，４ｂ，……，４
ｈに生じる損傷へ入射させる超音波は、ロータ１の外周
面から入射させ、翼溝側面５でスキップさせた後、翼溝
肩部６へと導いている。これは、クリップキャビティが
発生し、発生したキャビティが連結してクラックとなる
ことにより生じる肩部６における損傷の面に対して直交
する方向から超音波ビームを入射させるためである。

【００２０】そのため、本実施形態においては、損傷の
検出に有効な超音波の反射波を発生させ、超音波センサ
３がこれを受信することができ、確実に損傷を検出する
ことが可能となった。

【００２１】また、肩部６からの反射波の振幅値は角部
７からの反射波の振幅値により除算され、その除算値よ
り損傷の検出が行われているが、これは次の理由による
ものである。

【００２２】タービンロータ等の大形の鍛鋼品では、性
状にむらが生じ易く、性状にむらがあると、超音波の透
過性にも部分的な差が生じる。このため、上記の肩部６
からの超音波の反射波の振幅値のみから損傷を検出しよ
うとすると、誤検出する場合がある。

【００２３】すなわち、損傷が進展すると、肩部６から
の反射波の振幅値は増加するが、たまたまこの部分の結
晶粒度が大きいと、これにより反射波が減衰するため、
損傷を見落とす場合がある。そのため、肩部６に近い翼
溝側面５の角部７の反射波を受信し、その振幅値により
肩部６からの反射波の振幅値を除すことにより、大形鍛
鋼品における性状のむらによる影響を除去している。

【００２４】そのため、本実施形態においては、ロータ
の材料の性状のむらによる影響が排除された検出結果を
得ることが可能となった。

【００２５】

【発明の効果】本発明の蒸気タービンロータ翼溝の損傷
検出方法においては、ロータの外周面の所定の位置から
超音波を入射させ、翼溝側面でスキップさせた後、損傷
を生じる翼溝の肩部に導き、また、上記所定の位置との
間に一定間隔を有するロータの外周面の位置から超音波
を入射させて翼溝側面の角部へ導き、前者の反射波の振
幅値を後者の反射波の振幅値で除し、その除算値より翼
溝の肩部の損傷を検出するものとしたことによって、損
傷を確実に検出することが可能となり、また、この検出
結果はロータ材料の性状のばらつきの影響を受けないも
のとすることができ、動翼を抜き取ることなく蒸気ター
ビンロータを診断することができるため、診断の工期の
短縮が可能となり、診断のコストの低減が可能になると
ともに、低コストで翼溝の全数の診断が可能になり、診
断の信頼性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る蒸気タービンロー
タ翼溝の損傷検出方法の説明図で、（ａ）は超音波によ
る損傷検出方法の説明図、（ｂ）は損傷検出対象の蒸気
タービンロータの断面図である。

【符号の説明】

１ ロータ ２ 動翼 ３ 超音波センサ ４ 翼溝 ５ 翼溝側面 ６ 肩部 ７ 角部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータの外周面の所定の位置から超音波
   を入射させ、翼溝側面でスキップさせた後、超音波を翼
   溝の肩部に導き、肩部からの超音波の反射波を受信し、
   また、上記所定の位置との間に一定間隔を有するロータ
   の外周面の位置から超音波を入射させて翼溝側面の角部
   へ導き、角部からの超音波の反射波を受信した後、上記
   の肩部からの反射波の振幅値を翼溝側面の角部からの反
   射波の振幅値で除し、その除算値より翼溝の肩部の損傷
   を検出することを特徴とする蒸気タービンロータ翼溝の
   損傷検出方法。