JPS61228181A

JPS61228181A - 弁の寿命監視方法および装置

Info

Publication number: JPS61228181A
Application number: JP6767785A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Fujiyama; 一成藤山; Hatsuo Saito; 斉藤　初雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-31
Filing date: 1985-03-31
Publication date: 1986-10-11

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】（発明の技術分野）本発明は弁棒のき裂を非破壊的に検出して許容使用期間
を推定する弁の寿命監視方法に係り、特に高エネルギ流
体の流量制御弁の監視に好適な弁の寿命監視方法および
装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

第７図に高エネルギ流体、例えば蒸気タービン主蒸気の
流！１ｍ節弁を示している。

この弁１は、長尺な弁棒２をケーシング３内に摺動可能
に挿通し、その弁棒２の一端２ａに弁座４と接離する弁
体５を設けるとともに、その弁棒２の他端２ｂをクロス
ヘッド６を介してスプリング７で押圧している。また、
ケーシング３から突出したブラケット８にビン９を介し
て回動レバー１０を枢着し、この回動レバー１０を油圧
シリンダ１１のピストンロッド１２にビン１３を介して
連結するとともに、この回動レバー１０にピストン１４
を介してクロスヘッド６を連結している。

そして、油圧シリンダ１１により回動レバー１０を駆動
し、これによりクロスヘッド６を介して弁棒２を軸方向
に所定量変位させて弁Ｒ閉制御を行なわせるようにして
いる。

ところで、弁棒２は特にクロスヘッド６との連結端部２
ｂ付近において、長期間使用しているうちに曲げ応力な
どによってき裂を生じ、場合によっては折損することが
ある。

〔背景技術の問題点〕

従来ではタービンの定期点検時に弁棒のき裂の有無およ
び大きさなどを検査している。この場合、き裂は曲げ応
力のほか、蒸気流による弁体や弁棒の振動あるいは弁棒
とケーシングとの間の摩擦抵抗などによっても拡大する
ので、き裂が発見された場合には耐用寿命を予測し、折
損事故に至る前に交換するなどして、安全性を確保する
ことが重要である。しかし、従来ではき裂の進展度合を
明確に判断することが知られておらず、したがって信頼
性の高い寿命予測も得られないのが実情である。

また、き裂の発生、進展状況は上記のように各種要因で
時々刻々と変化するものであり、定期点検時等の検査の
みでは判断の機会も少なく、き裂が急速に伝播した場合
など、対策が遅れることも多い。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、弁棒
のき裂発生、伝播状況などを適確に把握して、弁棒の残
余寿命を高緒度で予測することができる弁の寿命監視方
法および装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明に係る弁の寿命監視方法は、弁体を駆動する弁棒
に発生するき裂の長さと、その弁棒の変位波形とを検出
し、これらの検出値に基づいてき裂伝播速度を算出する
とともに、前記変位波形の平均的な繰返しパターンから
なる変位変動特性を求め、その変位変動特性の各変位量
に対応するき裂長さをもとに、一定日数の単位パターン
からなるき裂伝播変動特性を仮定し、かつ変位検出毎に
修正し、このき裂伝播変動特性に基づいて現在のき裂が
許容限界き裂長さに至るまでの予想変位回数を求め、こ
れにより弁棒の残余寿命を推測することを特徴としてい
る。

また、本発明に係る弁の寿命監視装置は、弁棒に定電流
を供給する定電流装置と、その弁棒での電圧変化に基づ
いてき裂長さおよびき裂伝播速度を検出するき裂伝播検
出器と、前記弁棒の変位を検出する変位検出器と、変位
検出値に基づいて変位波形の平均的な繰返しパターンか
らなる変位変動特性を求める統計処理演算器と、前記き
裂長さ、き裂伝播速度および変位変動特性の各データ信
号を入力し、変位検出毎に応力演算を実施して前記変位
変動特性に対応する応力変動特性を求める応力演算器と
、この応力演算器で得られた応力変動特性データ信号を
入力し、そのデータに基づいて現在のき裂が許容限界き
裂長さに至るまでの予想変位回数を求める寿命予測演算
器と、求めた寿命予測値を表示する表示器とを具備して
なることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図を参照して説
明する。

本実施例では第７図に示した蒸気加減弁１の弁棒２の他
端、即ちクロスヘッド６へのねじ結合端部２ｂに発生す
るき裂の検出を電気的に測定するようにしている。

まず第１図によって弁の寿命監視装置の構成を説明する
。弁棒２のねじ結合端部２ｂに定ｉｌ！流装置２１をリ
ード線２２ａ、２２ｂを介して接続し、弁棒２に定電流
を供給するようにしている。この弁棒２の同部分にき裂
発生検出器２３およびき裂伝播検出器２４をリード線２
５ａ、２５ｂを介して切換え可能に接続し、後述するよ
うに電圧変化に基づいてき裂長さおよびき裂伝播速度を
検出する。

また、弁棒２に変位検出器２５の検出端子２６を取付け
、弁棒２の微小変位を検出し得るようにしている。この
変位検出器２５の出力信号は統計処理演算器２６に入力
されるとともに、き裂伝播検出器２４からの出力信号と
ともに応力演算器２７に入力される。

なお、クロスヘッド６内部の弁棒２近傍位置には温度検
出器２８のセンサ２９を付設し、この温度検出器２８の
出力信号は前記応力演算器２７および温度変動演算器３
０に入力される。

そして、統計処理演算器２６では弁棒２の変位特性が演
算され、また応力演算器２７では応力特性が演算され、
さらに温度変動演算器３０では温度変動特性が演算され
、これらの出力信号が応力変動演算器３１に入力される
。

応力変動演算器３１では応力変動特性が演算され、その
出力信号は寿命予測演算器３２に入力され、ここで得ら
れた予測値が表示器３３に出力される。

なお、この表示器３３にはき裂発生検出器２３も接続し
ている。

次に弁の寿命監視方法を第２図〜第６図によって説明す
る。

弁棒２に定電流装Ｗ１２１がリード線２２８．２２ｂを
介して一定ｉｉ流が常時供給され、その部位における電
圧変化がリード線２５ａ、２５ｂを介してき裂発生検出
器２３で検出される。即ち、き裂発生が予想される部分
を含む弁棒２の所定長さ部位に一定電流が供給されるこ
とにより電圧が生じ、その電圧変化に基づいてき裂の発
生が検出される（ステップ１０１）。これは、第３図に
示すように、弁棒２に一定電流を通電した場合に生じる
電圧変化と、き裂長さとの間に、一定の対応関係がある
ので、最初に生じた電圧の変化によって、き裂の発生を
知ろうとするものである。この場合、検出したき裂長さ
ａが、設定した初期き裂長さ８０以上であるか否か判断
される（ステップ１０２）。ＹＥＳであれば表示器３３
による警告表示が行なわれ（ステップ１０３）、Ｎｏで
あればそのままき裂検出が行なわれる。なお、初期き裂
長さａｏの設定は、弁棒２の寸法、形状等に応じて適宜
なされる。また、警告表示項目は、例えばき裂が発生し
た旨および初期き裂長さａ。の値等とする。

き裂発生が検出されると、リード線２５ａ、２５ｂは、
き裂発生検出器２３から遮断され、き裂伝播検出器２４
に接続され、き裂伝播検出が開始する（ステップ１０４
）。

なお、先のき裂発生検出（ステップ１０１）と同時に変
位検出器２５による弁棒２の変位検出（ステップ１０５
）が開始しており、変位発生回数Ｎの検出（ステップ１
０６）および変位δの検出（ステップ１０７）が進行し
ている。また、同時に温度検出器２８による弁棒２周囲
の温度検出（ステップ１０８）も既に開始している。蒸
気弁の場合、一般に弁棒２の変位δが大きいときは弁開
度が大きく、したがって蒸気流量が多く、弁棒温度は高
くなる。逆に弁棒２の変位δが小さいときは弁開度が小
さく、蒸気流量が少なく、弁棒温度は低くなる。

き裂伝播検出（ステップ１０４）では、時々刻々と検出
されるき裂検出長さａが、変位検出器２５からの変位信
号２０１と同期され、これにより、１回の変位当りのき
裂伝播回、即ちき裂伝播速度ｄａ／ｄＮが算出、記憶さ
れ、これにより出力されるき裂伝播速度信＠２０２に基
づいて応力演算器２７による応力演算（ステップ１０９
）が行なわれる。

応力演算に際しては、第４図に示す材料のき裂伝播特性
、即ち、き裂伝播速度ｄａ／ｄＮと応力拡大係数範囲Δ
にとの関係を用いて、１回の変位当りの応力拡大係数Δ
Ｋが算出され、記憶される。

この場合、き裂伝播特性は温度によって変化するので、
応力拡大係数Δにの算出に当っては、温度検出器２８か
ら出力される温度信号２０３に基づいて、弁棒温度に応
じたき裂伝播特性が選択される。

応力拡大係数ΔＫが求められると、一般式６式％（１）（Δσ：応力範囲、ａ：き裂長さ、Ｆ：形状関数）に基
づき、時々刻々と検出されるａの値に対する応力範囲Δ
σが求められる。なお、Ｆは弁棒２の断面形状によって
定まる。この応力範囲Δσの出力信号２０４は、変位δ
の出力信号２０５と対応してメモリに入力され、弁棒変
位δと応力範囲Δσとが互いに対応関係をもって記憶さ
れる（ステップ１１０）。

一方、変位検出器２５で得られた変位発生回数Ｎおよび
変位δの出力信号２０６．２０７は統計処理演算器２６
に入力され、弁棒２の変位波形の平均的な繰返しパター
ンからなる変位変動特性に変換される（ステップ１１１
）。この変位変動特性は、第５図に示すように基本とな
るブロックＡの繰返しとして得られるもので、この１ブ
ロツクＡが一定期間、例えば１ケ月または１年を表わす
。

この変位変動特性が将来のき裂予測のベースとなるもの
である。

ここで得られた変位変動特性信号２０６と、ステップ１
１０でメモリに記憶された応力範囲Δσ・変位δの関係
データ信号２０７とが、応力変動演算器３１に入力され
、変位変動特性１ブロックＡ当りの応力範囲Δσの変動
特性、即ち応力変動特性が算出される（ステップ１１２
）。

また、温度検出器２８から出力される温度信号２０３は
、変位検出器２５から出力される変位δの出力信号２０
５と対応してメモリに入力され、弁棒変位δと弁棒温度
とが互いに対応関係をもって記憶される（ステップ１１
３）。そして、この温度・変位δの関係データ信号２０
８と、ステップ１１１で得られた変位変動特性信号２０
６とが、温度変動演算器３０に入力され、変位変動特性
１ブロックＡ当りの温度の変動特性、即ち温度変動特性
が算出される（ステップ１１４）。

以上で求められた応力変動特性と温度変動特性との各デ
ータ信号２０９．２１０とは、寿命予測演算器３２に入
力される。

まず、ステップ１１５では応力変動特性データの各Δσ
に基づき、前記（１）式により、Δにの変動特性が算出
され、これと温度変動特性データの各温度とに基づき、
第４図に示したき裂伝播特性により、ｄａ／ｄＮの変動
特性が求められる。

次のステップ１１６では、求められたｄａ／ｄＮが順次
積算され、これにより刻々のき裂長さａが求められる。

他方、き裂の破壊条件は破壊じん性値ＫＩＣによって定
まるが、この破壊靭性ＫＸＣは第６図に示すように、温
度依存性を示すので、ステップ１１７において温度変動
特性を用いることにより、ＫＩＣの変動特性が求めろら
れる。そして、弁棒２の１回の変位当りのピーク応力σ
■ａＸに基づいて、次式によりＫＩＣに対応する許容限
界き裂長さａ。が計算され、ステップ１１８にてａＣ変
動特性が求められる。

Ｋ、ｃ−ｃｒｍａｘＥＴ了。Ｆ　　　−＝・・＜２＞さ
らに、ステップ１１９において、上記き裂長さａとａ　
変動特性とを比較し、ａ≧ａＣならば、破壊の危険があ
ることを警告表示しくステップ１２０）、ａｈａ　　な
らばａ≧ａＣとなるまでき裂伝播計算を繰返して、残余
のブロック数ｎ＠算出し、１ブロックＡ当りの所要期間
を０倍して、残余寿命（ＴＲ）を求め（ステップ１２１
）、かつ　　　　　□その値を逐次表示器３３に表示す
る（ステップ１２２）。以上の手順で寿命予測計算が弁
棒変位δが生じる毎に実行される。

以上の実施例によれば、き裂の発生および伝播を弁棒２
に生じる電圧の変化として検出し、その後のき裂の伝播
を、変位の変動特性に基づいて算出するので、き裂の状
態を粘度よく推定することができる。

また、き裂の伝播や破壊の材料特性を、弁棒近傍の温度
に応じて修正するので、破壊に至るまでの寿命を精度よ
く推定することができる。

さらに、常時き裂を監視し、繰返し寿命予測計算するの
で、稼動中の折々の破損を未然に防止できる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、弁棒の変位変動特性を
求め、それに対応するき裂の伝播変動特性を求め、かつ
変位検出毎に修正し、このき裂伝播変動特性に基づいて
現在のき裂が許容限界き裂長さに至るまでの予想変位回
数を求めるので、弁棒のき裂発生、伝播状況などを適確
に把握して、弁棒の残余寿命を高精度で予測することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る弁の寿命監視装置の一実施例を示
す構成図、第２図〜第６図は本発明に係る弁の寿命監視
方法の一実施例を示し、第２図は監視手順を示すフロー
チャート、第３図は電圧変化とき裂長さとの関係を示す
グラフ、第４図はき裂伝播速度と応力拡大係数範囲との
関係を示すグラフ、第５図は弁棒の変位変動特性の一例
を示す模式図、第６図は破壊じん性値と温度との関係を
示すグラフ、第７図は弁の構成例を示す断面図である。２・・・弁棒、２１・・・定電流装置、２３・・・き裂
発生検出器、２４・・・き裂伝播検出器、２５・・・変
位検出器、２６・・・統計処理演算器、２７・・・応力
演算器、２８・・・温度検出器、３０・・・温度変動Ｐ
ＩＪ算器、３１・・・応力変動演算器、３２・・・寿命
予測演算器、３３・・・表示器。出願人代理人　　　波　多　野　　　久第４ｒＩＡ第ｅｌ１３第６図 □、二屓

Claims

【特許請求の範囲】１、弁体を駆動する弁棒に発生するき裂の長さと、その
弁棒の変位波形とを検出し、これらの検出値に基づいて
き裂伝播速度を算出するとともに、前記変位波形の平均
的な繰返しパターンからなる変位変動時特性を求め、そ
の変位変動特性の各変位量に対応するき裂長さをもとに
、一定回数の単位パターンからなるき裂伝播変動特性を
変位検出毎に算出し、このき裂伝播変動特性に基づいて
現在のき裂が許容限界き裂長さに至るまでの予想変位回
数を求め、これにより弁棒の残余寿命を推測することを
特徴とする弁の寿命監視方法。２、き裂長さの検出は、弁棒に定電流を供給し、その電
圧変化に基づいて行なう特許請求の範囲第１項記載の弁
の寿命監視方法。３、き裂伝播速度および許容限界き裂長さは、弁棒の温
度に対応する材料特性に基づいて修正する特許請求の範
囲第１項記載の弁の寿命監視方法。４、弁棒に定電流を供給する定電流装置と、その弁棒で
の電圧変化に基づいてき裂長さおよびき裂伝播速度を検
出するき裂伝播検出器と、前記弁棒の変位を検出する変
位検出器と、変位検出値に基づいて変位波形の平均的な
繰返しパターンからなる変位変動特性を求める統計処理
演算器と、前記き裂長さ、き裂伝播速度および変位変動
特性の各データ信号を入力し、変位検出毎に応力演算を
実施して前記変位変動特性に対応する応力変動特性を求
める応力演算器と、この応力演算器で得られた応力変動
特性データ信号を入力し、そのデータに基づいて現在の
き裂が許容限界き裂長さに至るまでの予想変位回数を求
める寿命予測演算器と、求めた寿命予測値を表示する表
示器とを具備してなることを特徴とする弁の寿命監視装
置。