JPS62232551A

JPS62232551A - 亀裂発生検知方法

Info

Publication number: JPS62232551A
Application number: JP7498886A
Authority: JP
Inventors: Takemi Yamada; 山田　武海; Hideo Sekiguchi; 関口　英男; Hiromi Okamoto; 寛己岡本; Shozo Azuma; 祥三東; Akira Kitamura; 昭北村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1986-04-01
Filing date: 1986-04-01
Publication date: 1987-10-13

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】（産業上の利用分野〕本発明は、原子力機器、蒸気タービン、ディーゼルエン
ジンなどの高温機器に利用して好適な亀裂発生検知方法
に関する。

（従来の技術）従来のこの種の亀裂発生検知方法の１つとしては、破壊
検査による余寿命予測法があげられる。

この方法は、長時間使用した構造材から試販片を採取し
、この試験片に対してクリープ試験および高ｉ疲労試験
を行なって余寿命を予測するか、あるいは高温機器を停
止させて構造材の硬さを測定したり、構造材の抽出レプ
リカを作成し、その微Ｉｌｌ紺織を観察して構造材の劣
化度を評価することにより余寿命を予測し、この予測余
寿命に暴いて保守管理基準を確立して高温機器の安全を
確保するものとなっている。

また、従来方法の他の１つとしては、非破壊検査による
探傷法により亀裂を検知する方法があげられる。この方
法は、定期点検時等に高温機器の主要部品を対してＸ線
深傷法または超音波探閤法等により非破壊検査を行ない
、この部品の安全性を確認することにより亀裂発生の有
無を検知している。

しかるに、上述したいずれの方法は高温機器の停止状態
にて亀裂発生を調べるしのであり、稼動状態では検知す
ることはできなかった。

そこで、稼働時に高）Ω逍器から生ずる音波や振動をモ
ニタし、異常振動、異常騒音、ＡＥノイズ等を検知して
機器の異常（亀裂発生、焼付は等）を予測する方法が検
討されている。確かに、この方法によれば高温機器稼働
時に異常を検知することができるが、その発生位置、大
きざおよび種類等を特定するのは困難であった。このた
め、比較的安定な運転状態が継続される原子力機器等に
は適用可能であるが、作動条件が頻繁に変動するディー
ゼルｉ間、蒸気タービン、ガスタービンなどには通用で
きなかった。

一方、最近では破壊靭性試験に用いられる電位差法を利
用して亀裂発生を直接検知する方法が提案されている。

これは、環状切欠試験片の高温疲労亀裂発生寿命を電位
差法によって予想することにより亀裂発生を検知するも
のであって、第７図はこの方法を実現するためのシステ
ム構成図である。このシステムは、試験片１に環状切欠
部１ａを介して直流電源２により電流を流し、このとぎ
の環状切欠部１ａ間の電圧を電圧測定器３にて測定する
。そして、試験片１を長手方向に引張して切欠部１ａに
亀裂を発生させ、電圧測定器３にて測定される環状切欠
部１ａの電位差変化を記録計４にて記録することにより
、亀裂発生寿命を予測するものである。

しかるに、このシステムで得られるデータは環状切欠部
１ａを形成した試験片１を一定温度下に保持した状態で
行なった結果であるのに。これに対し、実機は切欠部を
ほとんどもたないように設計されており、かつ起動停止
や負荷変動に応じて温度が大幅に変動する。

第８図は実機の温度変化Ｔに対する熱応力の変化Ｆと亀
裂発生検知用電位差の変化■との関係を示す図である。

同図から明らかなように、熱応力は濃度変化に応じて大
幅に変動し、この変動が外乱となって電位差を変化させ
る。このため、亀裂発生時（時点１０）における電位差
変化分と、外乱による時点ｔ１の電位差変位変化分とが
ほぼ同一となってしまうおそれがあり、正確な予測は困
難であった。また、長時間（例えば２５時間）連続運転
されるような実機では、部品に析出や再結晶などの組織
変化により熱応力が変化するが、この変化も電位差変化
の外乱となる。このような外乱も検査結果に悪影響を及
ぼすので、第７図に示すシステムも高温機器の亀裂発生
検知には適用困難であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、このような事情に基いてなされたものであり
、高温ＩＩＩ器における亀裂の発生位置および大きさを
稼動中に高精度に検知でき、高温機器の安全性、経済性
の向上をはかり得る亀裂発生検知方法を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を解決し目的を達成するために、
被測定部に対して並列に、かつ熱応力がかからないよう
な状態でダミー試験片を設け、前記被測定部の電位差と
前記ダミー試験片の電位差とを一定電流を流して計測し
、これら電位差の変化に基いて被測定部の亀裂発生およ
びその大きさを検知するようにしたものである。

〔作用〕

このような手段を講じたことにより、ダミー試験片が受
ける熱履歴は被測定部の熱履歴とほぼ同一となり、かつ
組織的、計時変化によって導入される外乱は除去される
。

〔実施例〕

第１図は本発明方法を実現するための基本システム構成
図である。同図において１０は被検査体であって、所定
長さＡを開けて通電用端子１１゜１１が設けられており
、直ＩＩＩ源１２により一定電流で通電されるものとな
っている。また、上記通電用端子１１．１１間には検出
プローブ１３゜１３が設けられており、検査体１１１ｍ
圧測定器１４により通電時のブＯ−ブ間電位差が検出さ
れるものとなっている。

２０は上記被検査体１０に並列に配置されたダミー試験
片であって、被検査体１ｏと同一材質で形成されている
。このダミー試験片２ｏにも所定長さＢ＠開けて通電用
端子２１．２１が設けられており、直流電源２２により
被検査体側と同様の一定電流で通電されるものとなって
いる。また、上記通電用端子２１．２１間には検出ブロ
ーブ２３．２３が設けられており、ダミーｗＩＮ圧測定
器２４により通電時のプローブ間電位差が検出されるも
のとなっている。

３０は主電圧測定器であって、前記両型圧測定器１４．
２４にて測定された電位差を入力し、演算部３１へ出力
する。演算部３１は、主電圧測定器３０にて測定された
電位差の変化に基いて被検査体１０における亀裂発生を
検知し、その位ｎおよび大きさを演輝決定するものであ
る。

このようなシステムにおいては、被検査体１０が受ける
熱噛歴と、ダミー試験片２０が受ける熱履歴とはほぼ同
一になる。しかも、被測定体１０にて組織的または計時
変化等によって生ずる外乱にダミー試験片２０は影響さ
れない。したがって、検査体１１１′ｉＩｌ圧測定器１
４とダミー側電圧瀾定器２４とによりそれぞれ測定され
る電位差が同様に変化したならば測定部位に亀裂が発生
したものとみなすことができる。また、その変化層等か
ら発生位置および大きさを推測できる。これに対し、検
査体１ｌｌｌ′ＩＩｉ圧測定器１４により測定される電
位差のみが変化したならば、これは亀裂発生による６の
ではなく外乱によるものであると判断できる。

かくして、本システムによれば、実機の起動停止や負荷
変動によ兆外乱、あるいは長時間運転により生じる外乱
を除去した状態で、実機駆動時に被検査体１０の亀裂発
生を検知することができる。

ところで、実−において亀裂が発生する可能性のある場
所は、過去の経験や熱応力の解析結果等によりある程度
は予測できる。しかし、この範囲がダミー試験片２０に
おけるプローブ間隔（通常数１０履）内に収まることは
まれである。この場合、プローブ２１．２１の間隔を広
げて電位差を測定することも可能であるが、プローブ２
１゜２１の間で温度差が生じた場合、計測される電位差
の変化は亀裂によるものか濃度差によるものが判別でき
ない。また、ブＯ−プ２１．２１間で圧縮変形と引張変
形とが混在していた場合は、これら相異なる変形による
外乱が生じるので、亀裂発生を検知するのが困難となる
。したがって、プローブ間隔はできるだけ狭（すること
が望ましい。

第２図は広範囲にわたる被検査部に本発明方法を適用し
た場合のシステムを示す図であって、第１図に示す基本
システムを並列に複数Ｇ並べた構成をなしており、それ
ぞれの被検査部における電位差の変化を検出することに
より亀裂発生を検知することができる。

以下、本発明方法を高温機器として蒸気タービンに適用
した場合について説明する。蒸気タービンにおいて亀裂
が発生し易い部位の１つとして蒸気室がある。

第３図は蒸気タービンにおける蒸気室の断面図である。

この蒸気室近傍は蒸気タービンの起動・停止に伴って大
きな熱応力を生じ易く、特に第３図中Ａ、Ｂ、Ｃで示す
部位は他の部位よりも大きな熱応力が生じ、亀裂が発生
し易い。

そこで、本方法をＡ部に適用した場合を第４図に示す。

Ａ部において亀裂が発生する可能性のある部分は長さ約
９０＃Ｉであり、この区間を３等分して３０＃Ｉ１１間
隔で検出プローブ１３を設けた。なお、検出プローブ１
３は高温で長時間使用しも劣化しないＰｔ−Ｒｈ線を使
用した。また、通電用端子１１は亀裂発生危険部位を中
心にして長さ１５０ａｗとし、直流電源１２により３０
アンペアの電流を流した。

一方、被測定部と並列に配［されたプローブ試験片２０
は蒸気室の形成材料と同質の材料で形成し、計測中に熱
応力が生じないように、直径２　ｔｒｙ　。

長さ５＃ＩＩＩＩの円筒形状とした。こうすることによ
り、各測定部とダミー試験片２ｏとの形状の違いにより
生ずる比抵抗の差は単純な形状の差として補正できる。

このようなシステムにより得られた被計測部の電位差と
時間との関係は、タービンが定常状態となるまでは第５
図中実線で示す如く熱変形等の外乱により不安定な線図
となるが、定常状態では第５図中破線で示す如く安定し
た絵図となる。そして、被測定部において亀裂が発生す
ると電位差は上昇する。したがって、蒸気タービンの駆
動中において演算部３１にて電位差の上昇を検出するこ
とにより、容易に亀裂発生を検知することができる。ま
た、電位差の増方向変化量と亀裂の大きさとの関係を同
一形状、同一方法で予め調べておき、演算部３１にテー
ブルとして保持しておけば、亀裂の大きさも容易に推定
できる。

また、蒸気タービンにおいて、高圧あるいは中圧のロー
タ外表面ヒートグループにも高温疲労による亀裂が発生
し易い。そこで、本発明方法により蒸気タービンロータ
の亀裂発生検知を行なった。

このときのシステム構成を第６図に示す。ただしして行
なった。

この場合においても、蒸気タービン稼働中に電位差の変
化により容易に亀裂発生を検知できる。

このように、蒸気タービンにおいて亀裂が発生し易い部
位に本発明方法を適用すれば、蒸気タービン稼動中に亀
裂の発生を検知でき、その発生位置および大きさも推測
することができる。したがって、蒸気タービンのメンテ
ナンスコストを低減させることができる上、突発的な事
故を未然に防止することができる。かくして、蒸気ター
ビンの安全性、経済性の向上をはかり得る。

なお、本発明方法は航記実施例に限定されるものではな
い。たとえば前記実施例では本発明方法を蒸気タービン
に適用した場合を示したが、原子力機器、ディーゼルエ
ンジンなどの他の高温機器に適用できるのは言うまでも
ない。このほか、本発明方法の要旨を逸脱しない範囲で
種々変形実施可能であるのは勿論である。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明方法によれば、＾！１機器
における亀裂の発生位置および大きさを稼働中に高精度
に検知でき、高温機器の安全性、経済性の向上をはかり
得る亀裂発生検知方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実現するための基本システム構成
を示す因、第２図は広範囲にわたって本発明方法を実施
するためのシステム構成図、第３図ないし第６図は本発
明方法を蒸気タービンに適用した一実施例を示ず図であ
って、第３因は蒸気至の構造断面図、第４図は蒸気至に
適用したシステム構成図、第５図は電位差と時間との関
係を示す線図、第６図はタービンロータに適用したシス
テム構成図、第７図は従来の電位差法を説明するための
図、第８図は電位差法の欠点を示す図である。１０・・・被検査体、１１・・・通電用端子、１２・・
・直流１ｍ、１３・・・検出プローブ、１４・・・電圧
測定器、２０・・・ダミー試験片、２１・・・通電用端
子、２２・・・直流ｇａ、２３・・・検出プローブ、２
４・・・電圧測定器、３０・・・主電圧測定器、３１・
・・演算部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図時間第５図

Claims

【特許請求の範囲】

被測定部に対して並列に、かつ熱応力がかからないよう
な状態でダミー試験片を設け、前記被測定部の電位差と
前記ダミー試験片の電位差とを一定電流を流して計測し
、これら電位差の変化に基いて被測定部の亀裂発生およ
びその大きさを検知するようにしたことを特徴とする亀
裂発生検知方法。