JPS5860248A - 高温機器の寿命予知法 - Google Patents
高温機器の寿命予知法Info
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- JPS5860248A JPS5860248A JP56158735A JP15873581A JPS5860248A JP S5860248 A JPS5860248 A JP S5860248A JP 56158735 A JP56158735 A JP 56158735A JP 15873581 A JP15873581 A JP 15873581A JP S5860248 A JPS5860248 A JP S5860248A
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- electric resistance
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- creep damage
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N2291/269—Various geometry objects
- G01N2291/2693—Rotor or turbine parts
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は蒸気タービンロータ等の高温で長期間稼動によ
って生ずる材料の劣化状態を非破壊的に検出する新規な
高温部材の破壊余寿命予知法に関する。
って生ずる材料の劣化状態を非破壊的に検出する新規な
高温部材の破壊余寿命予知法に関する。
Ｈ気タービンロータシャフトは低合金鋼によって製造さ
れている。一般に、高−温で使用されるこの材−料け３
００〜６００Ｃ程度で長時間さらされると靭性及び延性
が低下する脆化現象が生じる。
れている。一般に、高−温で使用されるこの材−料け３
００〜６００Ｃ程度で長時間さらされると靭性及び延性
が低下する脆化現象が生じる。
この材料はこの様な脆化温度に長時間さらされると、冶
金的に結晶粒界及び粒内への炭化物の析出並びに結晶粒
界へのボイドの生成及び不純物元素量の増加などにより
結晶粒内及び粒界が脆弱となり、脆化する。
金的に結晶粒界及び粒内への炭化物の析出並びに結晶粒
界へのボイドの生成及び不純物元素量の増加などにより
結晶粒内及び粒界が脆弱となり、脆化する。
蒸気タービンロータけこのような脆化温度範囲で使用さ
れており、当然材料の脆化の問題が生ずる。また、長期
間稼動を受けるので、脆化が蓄積され、更に作用応力に
よってき裂が発生する可能性があるとともに、ロータの
破壊事故にまで進展する可能性がある。
れており、当然材料の脆化の問題が生ずる。また、長期
間稼動を受けるので、脆化が蓄積され、更に作用応力に
よってき裂が発生する可能性があるとともに、ロータの
破壊事故にまで進展する可能性がある。
したがって、使用過程におけるロータの脆化状態を知る
ことは実機の破壊事故防止の点から重要である。
ことは実機の破壊事故防止の点から重要である。
高温にさらされる機器の脆化状態を調らべる方法として
、従来は使用した高温部材から直接試験片を切り出しそ
の破壊試験を行なっていた。この従来法では残余寿命を
非破壊的に測定できない。
、従来は使用した高温部材から直接試験片を切り出しそ
の破壊試験を行なっていた。この従来法では残余寿命を
非破壊的に測定できない。
特開昭５３−８８７８１号公報には、高温で使用した被
測定材のミスオリエンテーションをＸ線装置によって測
定し、その測定値を既知のミスオリエンテーションとク
リープ変形量との関係線図にあてはめてそのクリープ変
形量を求めるとともに、被測定材の使用温度及び使用時
間を既知のコイルインピーダンスの変化量との関係にあ
てはめて求め、既知のクリープ変形量と使用温度、使用
時間との関係にあてはめて被測定材の耐用年数を求める
方法が記載されている。この方法では、複雑な操作とな
シ、測定がむずかしい。
測定材のミスオリエンテーションをＸ線装置によって測
定し、その測定値を既知のミスオリエンテーションとク
リープ変形量との関係線図にあてはめてそのクリープ変
形量を求めるとともに、被測定材の使用温度及び使用時
間を既知のコイルインピーダンスの変化量との関係にあ
てはめて求め、既知のクリープ変形量と使用温度、使用
時間との関係にあてはめて被測定材の耐用年数を求める
方法が記載されている。この方法では、複雑な操作とな
シ、測定がむずかしい。
本発明の目的は、蒸気タービンロータなどの高温部材の
破壊寿命を簡単な方法で非破壊的に推定することのでき
る高温部材の破壊寿命予知法を提供するにある。
破壊寿命を簡単な方法で非破壊的に推定することのでき
る高温部材の破壊寿命予知法を提供するにある。
本発明は電気抵抗法を適用し、蒸気タービンロータなど
の高温部材の破壊寿命を推定するものである。
の高温部材の破壊寿命を推定するものである。
本発明者らは、クリープ試験において、加熱温度、負荷
応力及び試験時間を種々に変化させ、クリープ損傷率が
異なる試験片を多数作製し、材料のクリープ損傷率と電
気抵抗率比との関係を求めた。その結果、両者にはよい
相関性があり、クリープ損傷率が増加すると抵抗率比が
規則的に低下することが実験で明らかとなり、本発明に
到った。
応力及び試験時間を種々に変化させ、クリープ損傷率が
異なる試験片を多数作製し、材料のクリープ損傷率と電
気抵抗率比との関係を求めた。その結果、両者にはよい
相関性があり、クリープ損傷率が増加すると抵抗率比が
規則的に低下することが実験で明らかとなり、本発明に
到った。
第１図は本発明における電気抵抗測定方法を示す説明図
である。被試験体１に給電端子２及び電位差測定端子３
を機械的に圧接せしめ、その状態で給電端子２へ定電流
を流し、電位差測定端子３の間で電位を測定し、その結
果から材料の電気抵抗を測定するものである。
である。被試験体１に給電端子２及び電位差測定端子３
を機械的に圧接せしめ、その状態で給電端子２へ定電流
を流し、電位差測定端子３の間で電位を測定し、その結
果から材料の電気抵抗を測定するものである。
具体的には、予めクリープ試験によってクリープ損傷率
と電気抵抗率比との関係の基準データを求めておく。次
いで、蒸気タービンロータなどの高温部材の電気抵抗率
比を上記と同様の電気抵抗測定方法を用いて測定する。
と電気抵抗率比との関係の基準データを求めておく。次
いで、蒸気タービンロータなどの高温部材の電気抵抗率
比を上記と同様の電気抵抗測定方法を用いて測定する。
この測定位置のクリープ損傷率または破壊寿命は、測定
された電気抵抗率比を該当する温度の上記クリープ試験
ｆよるクリープ損傷率と電気抵抗率比との関係にあては
めることによシ求めることができる。
された電気抵抗率比を該当する温度の上記クリープ試験
ｆよるクリープ損傷率と電気抵抗率比との関係にあては
めることによシ求めることができる。
高温部材の電気抵抗値は同じ時間でもその加熱温度によ
って異なり、加熱温度が高い程早く低くなる。蒸気ター
ビンロータの長手方向の温度分布は各所によって異なる
ので、マスター曲線にあてはめる電気抵抗値は実機と同
一加熱温度のデータを使用しなければならない。
って異なり、加熱温度が高い程早く低くなる。蒸気ター
ビンロータの長手方向の温度分布は各所によって異なる
ので、マスター曲線にあてはめる電気抵抗値は実機と同
一加熱温度のデータを使用しなければならない。
第２図は予め作成された本発明の電気抵抗率比とクリー
プ損傷率との関係を示す線図である。例えば実機蒸気タ
ービンロータの電気抵抗率比ＲρがＲρ、であったとす
ると、実機高温部材と同一温度の第２図のデータにもと
すいてφ−ｓ （＝０．２５）が求められる。この場
合の残余寿命ｔ２は次の式から求めることができる。
プ損傷率との関係を示す線図である。例えば実機蒸気タ
ービンロータの電気抵抗率比ＲρがＲρ、であったとす
ると、実機高温部材と同一温度の第２図のデータにもと
すいてφ−ｓ （＝０．２５）が求められる。この場
合の残余寿命ｔ２は次の式から求めることができる。
例えばｔ＋＝３０００ｈ、φ、＝０．２５の場合にはｔ
ｚ＝９０００ｈ となる。つまり部材が破壊するまで
には９０００ｈの寿命があることが推定できる。
ｚ＝９０００ｈ となる。つまり部材が破壊するまで
には９０００ｈの寿命があることが推定できる。
以上のごとく、本発明は実機の残余寿命を簡便に予知で
きることが明らかである。
きることが明らかである。
室端子−２を通してＩＡ流した。電流値の変動は０．１
％以下である。電位差の測定は高精度のデジタルポルト
メータ５（０，１μＶのオーダまで測定可能）で行った
。給電端子間距離Ｓ２は１８ｍｍ、電位差測定端子間距
離Ｓ１は６１ＤＩである。
％以下である。電位差の測定は高精度のデジタルポルト
メータ５（０，１μＶのオーダまで測定可能）で行った
。給電端子間距離Ｓ２は１８ｍｍ、電位差測定端子間距
離Ｓ１は６１ＤＩである。
次に測定値の解析方法について述べる。電気抵抗率比Ｒ
ρは下記の式（２）で計算した。
ρは下記の式（２）で計算した。
なお、電気抵抗測定のとき、測定端子と被試験体の材質
が異なる場合には、熱起電力が発生して測定ばらつきの
原因となるので、給電をＯＦＦにしたときの電位差も測
定し、その値を補正した。
が異なる場合には、熱起電力が発生して測定ばらつきの
原因となるので、給電をＯＦＦにしたときの電位差も測
定し、その値を補正した。
第４図は試験温度５００，５５０，６００ｔｌｌ’にお
ける電気抵抗率比Ｒρとクリープ損傷率との関係を示す
線図である。クリープ損傷率φＣは以下の計算で求めら
れる。
ける電気抵抗率比Ｒρとクリープ損傷率との関係を示す
線図である。クリープ損傷率φＣは以下の計算で求めら
れる。
φ Ｃ＝ −
ｔ！
その結果、電気抵抗率比Ｒρはいずれの加熱温度におい
てもクリープ損傷率とよい相関性を示し、クリープ損傷
率が増加すると低下する。しかも抵抗率比Ｒρは加熱温
度に依存し、温度が高い方が低下度合が大きくなる傾向
を示す。先に述べたごとく、蒸気タービンロータの長手
方向の温度分布は各位置によって異なる。したがって、
実機蒸気タービンの電気抵抗を測定し既知の基礎データ
からクリープ寿命を推定する場合にはロータの加熱温度
と同一の既知の基礎データを適用する必要がある。
てもクリープ損傷率とよい相関性を示し、クリープ損傷
率が増加すると低下する。しかも抵抗率比Ｒρは加熱温
度に依存し、温度が高い方が低下度合が大きくなる傾向
を示す。先に述べたごとく、蒸気タービンロータの長手
方向の温度分布は各位置によって異なる。したがって、
実機蒸気タービンの電気抵抗を測定し既知の基礎データ
からクリープ寿命を推定する場合にはロータの加熱温度
と同一の既知の基礎データを適用する必要がある。
一方、電気抵抗率比Ｒρの低下度合はクリープ損傷率φ
ｃ、＝０．５程度までは大きいが、それ以降は小さい。
ｃ、＝０．５程度までは大きいが、それ以降は小さい。
特に実機の測定にあたってデータのバラツキ等を考えた
場合、寿命後半のクリープ損傷率全電気抵抗法のみによ
って推定することは難しいと考えられる。
場合、寿命後半のクリープ損傷率全電気抵抗法のみによ
って推定することは難しいと考えられる。
それに対して本発明では電気抵抗率比の低下度合が鈍る
クリープ損傷率φＣが０．５程度をめどとして、それ以
降を電気抵抗法と並行させて非破壊検査法、例えばアコ
ースティック噌エミッション法、超音波探傷、Ｘ線、磁
気探傷及び染色探傷検査法の少なくとも１つによって定
期又は常時監視することにより高精度の寿命予測が可能
になる。
クリープ損傷率φＣが０．５程度をめどとして、それ以
降を電気抵抗法と並行させて非破壊検査法、例えばアコ
ースティック噌エミッション法、超音波探傷、Ｘ線、磁
気探傷及び染色探傷検査法の少なくとも１つによって定
期又は常時監視することにより高精度の寿命予測が可能
になる。
本発明法は、特に電気抵抗率の低下度合の少ない実機破
壊寿命後半を複数の手段を用いて監視するため、破壊事
故を未然に防止できる信頼性確保に大きく貢献できる。
壊寿命後半を複数の手段を用いて監視するため、破壊事
故を未然に防止できる信頼性確保に大きく貢献できる。
実機蒸気タービンロータの２５．０００時間使用したも
のの使用温度５５０Ｃにある電気抵抗を測定した結果、
電気抵抗率比ａρ＝ ０．９８であった。
のの使用温度５５０Ｃにある電気抵抗を測定した結果、
電気抵抗率比ａρ＝ ０．９８であった。
この蒸気タービンロータの化学組成は第１表に示すもの
とほぼ同程度である。
とほぼ同程度である。
この電気抵抗率比を第４図の５５００の曲線にあてはめ
ると、クリープ損傷率φＣは０．２となる。
ると、クリープ損傷率φＣは０．２となる。
ここでφｃ ＝ ０．２時点での使用時間ｔ、が２５．
０００ｈであるので、前述（１）式から残余寿命ｔ２は
ｔ ｏ ｏ、ｏ ｏ ｏ時間となった。
０００ｈであるので、前述（１）式から残余寿命ｔ２は
ｔ ｏ ｏ、ｏ ｏ ｏ時間となった。
以上のように本発明によれば簡単に実機蒸気タービンロ
ータの破壊寿命を推定できることがわかる。
ータの破壊寿命を推定できることがわかる。
本発明は実機蒸気タービンロータばかりでなく、高温で
クリープ損傷を受ける高温部材、例えば蒸気タービンケ
ーシング、化学プラント及び原子カブラントなどの破壊
寿命を推定することができることは明らかである。
クリープ損傷を受ける高温部材、例えば蒸気タービンケ
ーシング、化学プラント及び原子カブラントなどの破壊
寿命を推定することができることは明らかである。
以上、本発明によれば高温部材の残余寿命を簡単に予知
できるため、実機の破壊事故を未然に防止できる優れた
効果がある。
できるため、実機の破壊事故を未然に防止できる優れた
効果がある。
第１図は電気抵抗測定法の概略図、第２図は本発明に係
るクリープ損傷率と電気抵抗率比との関係を示す線図、
第３図は本発明の実施例で適用した電気抵抗測定装置の
ブロック図、及び第４図は本発明に係るクリープ損傷率
と電気抵抗率との関係を示す線図である。 １・・・被試験体、２・・・給電端子、３・・・電位差
測定端子１４・・・直流定電流電源、５・・・デジタル
ボルトメータ。 菖１図 第２図 クリープ・才負４奇Ｔ−一〇 ’１３を刀 聞７−１−口 ７リーフ・１暇イ暑キψＣ（５）
るクリープ損傷率と電気抵抗率比との関係を示す線図、
第３図は本発明の実施例で適用した電気抵抗測定装置の
ブロック図、及び第４図は本発明に係るクリープ損傷率
と電気抵抗率との関係を示す線図である。 １・・・被試験体、２・・・給電端子、３・・・電位差
測定端子１４・・・直流定電流電源、５・・・デジタル
ボルトメータ。 菖１図 第２図 クリープ・才負４奇Ｔ−一〇 ’１３を刀 聞７−１−口 ７リーフ・１暇イ暑キψＣ（５）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １９ 金属からなる高温機器とほぼ同一のイヒ学組成
及び組織を有する試験体のクリープ試験を行い、その試
験体の電気抵抗値を求める工程、その電気抵抗値と前記
クリープ試験におけるクリープ損傷率との関係を求める
工程及び前記高温機器の電気抵抗値を求め、その値を前
記高温機器の運転温度に対応する温度の前記関係にあて
はめて前言己高温機器のクリープ損傷率を求め、前記高
温機器の運転時間からその寿命を推定することを特徴と
する高温機器の寿命予知法。 ２、前記クリープ損傷率は前記試験体のり１ノ一プ破断
時間に対するクリープ試験時間の比で゛ある特許請求の
範囲第１項記載の高温機器の寿命予知法。 ３、金属からなる高温機器とほぼ同一の化学組成及び組
織を有する試験体のクリープ試験験を行い、その試験体
の電気抵抗値及び他の非破壊手段によって物理量を求め
る工程、前記電気抵抗イ直又は物理量と前記クリープ試
験におけるクリープ損傷率との関係を各々求める工程、
及び前記高温機器の電気抵抗値及び他の非破壊手段によ
って物理量を測定し、それらの値を前記高温機器の運転
温度に対応する温度の前記関係に各々あてはめて前記高
温機器のクリープ損傷率を求め、前記高温機器の運転時
間からその寿命を推定する工程を包含することを特徴と
する高温機器の寿命予知法。 ４、前記他の非破壊手段はアコースティックエミッショ
ン法、超音波探傷法、Ｘ線法である特許請求の範囲第３
項記載の高温機器の寿命予知法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56158735A JPS5860248A (ja) | 1981-10-07 | 1981-10-07 | 高温機器の寿命予知法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56158735A JPS5860248A (ja) | 1981-10-07 | 1981-10-07 | 高温機器の寿命予知法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5860248A true JPS5860248A (ja) | 1983-04-09 |
| JPH0210900B2 JPH0210900B2 (ja) | 1990-03-12 |
Family
ID=15678180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56158735A Granted JPS5860248A (ja) | 1981-10-07 | 1981-10-07 | 高温機器の寿命予知法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5860248A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0264813A2 (en) * | 1986-10-16 | 1988-04-27 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | Method of predicting remaining lifetime of metal material |
| JPS63117102A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-21 | Hitachi Ltd | 蒸気タ−ビンロ−タの中心孔寿命診断法 |
| JPH0278948A (ja) * | 1988-09-14 | 1990-03-19 | Hitachi Ltd | 金属材料の劣化損傷検出装置及び検出方法 |
| WO2011074654A1 (ja) * | 2009-12-17 | 2011-06-23 | 日本精工株式会社 | 軸受の残存寿命予測方法及び残存寿命診断装置並びに軸受診断システム |
| CN105987821A (zh) * | 2015-08-13 | 2016-10-05 | 北京强度环境研究所 | 低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5388781A (en) * | 1977-01-14 | 1978-08-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of nondestructively measuring useful life of metal material |
| JPS57113360A (en) * | 1981-01-07 | 1982-07-14 | Hitachi Ltd | Non-destructive inspection of high-temperature member |
-
1981
- 1981-10-07 JP JP56158735A patent/JPS5860248A/ja active Granted
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5388781A (en) * | 1977-01-14 | 1978-08-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of nondestructively measuring useful life of metal material |
| JPS57113360A (en) * | 1981-01-07 | 1982-07-14 | Hitachi Ltd | Non-destructive inspection of high-temperature member |
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| US4768383A (en) * | 1986-10-16 | 1988-09-06 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | Method of predicting remaining lifetime of metal material |
| JPS63117102A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-21 | Hitachi Ltd | 蒸気タ−ビンロ−タの中心孔寿命診断法 |
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| WO2011074654A1 (ja) * | 2009-12-17 | 2011-06-23 | 日本精工株式会社 | 軸受の残存寿命予測方法及び残存寿命診断装置並びに軸受診断システム |
| CN102216862A (zh) * | 2009-12-17 | 2011-10-12 | 日本精工株式会社 | 轴承的剩余寿命预测方法、剩余寿命诊断装置和轴承诊断系统 |
| JPWO2011074654A1 (ja) * | 2009-12-17 | 2013-04-25 | 日本精工株式会社 | 軸受の残存寿命予測方法及び残存寿命診断装置並びに軸受診断システム |
| US8593138B2 (en) | 2009-12-17 | 2013-11-26 | Nsk Ltd. | Bearing residual life prediction method, bearing residual life diagnostic apparatus and bearing diagnostic system |
| JP5751166B2 (ja) * | 2009-12-17 | 2015-07-22 | 日本精工株式会社 | 軸受の残存寿命予測方法及び残存寿命診断装置並びに軸受診断システム |
| CN105987821A (zh) * | 2015-08-13 | 2016-10-05 | 北京强度环境研究所 | 低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法 |
| CN105987821B (zh) * | 2015-08-13 | 2019-04-05 | 北京强度环境研究所 | 低气压环境应力下单机产品的加速贮存试验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0210900B2 (ja) | 1990-03-12 |
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