WO2021181773A1 - 蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法 - Google Patents

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stress corrosion
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裕一 関根
邦夫 浅井
雄太 中土
祐一 岩本
真吾 田村
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三菱パワー株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a method for evaluating stress corrosion cracking of a steam turbine.
  • SCC stress corrosion cracking
  • Patent Document 1 a sample (test piece) is prepared from the same material as the material of the part where stress corrosion cracking is a concern, and the crack growth rate of the sample in the same environment as the evaluation target part is used to determine the evaluation target part. It has been proposed to quantitatively evaluate stress corrosion cracking.
  • Patent Document 1 the sample is housed in a certain environment assumed from the operating environment of the evaluation target part, and the stress corrosion cracking of the evaluation target part is evaluated based on the corrosion state.
  • the stress corrosion cracking of the evaluation target part is evaluated based on the corrosion state.
  • test piece is prepared from the same material as the evaluation target site. Therefore, in order to evaluate stress corrosion cracking using such a test piece, a test period similar to the period required for stress corrosion cracking to actually occur at the evaluation target site, which is an actual machine, is required. ..
  • At least one aspect of the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides a method for evaluating stress corrosion cracking of a steam turbine capable of performing reliable quantitative evaluation of stress corrosion cracking quickly and accurately. With the goal.
  • the stress corrosion cracking evaluation method for a steam turbine is to solve the above problems.
  • a sample breakage time acquisition step for acquiring a sample breakage time of a sample housed in a sample box of a steam turbine and having a higher sensitivity to stress corrosion cracking than the material to be evaluated of the steam turbine.
  • a break time estimation step for estimating the break time of the steam turbine based on the sample break time, and To be equipped.
  • step S106 of FIG. It is a sub-flow chart of step S106 of FIG. It is a figure which shows the master curve and the correction master curve by comparison. It is a figure which compares and shows the master curve and the correction master curve when there are a plurality of measurement points. It is a figure which shows the characteristic function which defines the correlation of the damage degree standardized value with respect to the degree of wetness.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the steam turbine 1.
  • the steam turbine 1 includes a rotor 2 that rotates about an axis O, and a casing 4 that accommodates the rotor 2 so as to cover it from the outer peripheral side.
  • the rotor 2 includes a rotor body 6 and a turbine blade 8.
  • the turbine blade 8 is a blade row including a plurality of blade main bodies 10 and a tip shroud 12, and the plurality of rows are arranged at regular intervals in the axis O direction.
  • the plurality of blade bodies 10 are attached so as to extend in the radial direction from the rotor body 6 that rotates around the axis O in the casing 4, and are provided at intervals in the circumferential direction of the rotor body 6.
  • Each of the plurality of blade bodies 10 is a member having a blade-shaped cross section when viewed from the radial direction.
  • the tip shroud 12 is an annular tip shroud that connects the tip portions (radial outer ends) of each of the plurality of blade bodies 10.
  • the casing 4 is a substantially tubular member provided so as to cover the rotor 2 from the outer peripheral side.
  • a plurality of stationary blades 16 are provided on the inner peripheral surface 14 of the casing 4.
  • a plurality of stationary blades 16 are arranged along the circumferential direction of the inner peripheral surface 14 and the axis O direction. Further, the turbine blades 8 are arranged so as to enter the region between the plurality of adjacent stationary blades 16.
  • the casing 4 has a steam supply pipe 18 that supplies steam S as a working fluid from a steam supply source (not shown) to the steam turbine 1, and a steam discharge pipe that is connected to the downstream side of the steam turbine 1 and discharges steam. 20 is connected.
  • a main flow path 22 through which the steam S supplied from the steam supply pipe 18 flows is formed inside the casing 4, in the region where the stationary blades 16 and the turbine blades 8 are arranged.
  • the steam S flowing through the main flow path 22 is received by the turbine blades 8 to rotationally drive the rotor 2 (see arrow R).
  • the rotation of the rotor 2 is output to the outside via the rotation shaft 24 connected to the rotor main body 6.
  • the rotating shaft 24 is rotatably supported by the bearing portion 26 with respect to the casing 4.
  • the casing 4 is provided with a sample box 28.
  • the sample box 28 includes a space 30 for accommodating the sample 50 used in the evaluation method described later, and an opening / closing portion 32 (for example, a manhole or a hand hole) for putting the sample 50 in and out of the space 30.
  • the sample box 28 can be arranged at an arbitrary position of the casing 4, but for example, when the steam turbine 1 is in operation, the sample box 28 may be provided at a position in the same or close environment to the evaluation target portion of the steam turbine 1. good.
  • the space 30 in which the sample 50 is housed is arranged at a position where the temperature and the degree of wetness are the same or close to each other by communicating with the evaluation target site. In the example of FIG.
  • the sample box 28 is arranged at a position adjacent to the main flow path 22 through which the high-temperature steam S flows, so that the sample 50 housed in the sample box 28 becomes the steam S flowing through the main flow path 22. It is configured to be placed in the same or close environment as the exposed parts (turbine blades 8 and stationary blades 16).
  • the sample box 28 may be provided at a position of the casing 4 that can be easily accessed from the outside so that the sample 50 can be easily taken in and out, which will be described later.
  • the opening / closing portion 32 is configured so as to be adjacent to the opening / closing portion 32 (for example, a manhole or a hand hole installed on the flow path of the steam discharge pipe 20) in the passage through which the worker can enter and exit the steam turbine 1.
  • the sample 50 can be easily taken in and out of the space 30 through the space 30.
  • sample 50 housed in the sample box 28 will be described (hereinafter, the samples 50A to 50E will be described as examples of the sample 50, but these will be collectively referred to as the sample 50).
  • the sample 50 By using the sample 50 having such a configuration, it is possible to effectively simulate the constituent members of the steam turbine 1 in which stress corrosion cracking can occur.
  • FIG. 2A is a schematic view showing an example of sample 50A housed in the sample box 28 of FIG.
  • Sample 50A includes two sample materials 52A, 52B that are in contact with each other and stressed.
  • the sample 50A is configured so that the two sample materials 52A and 52B, which are plate-shaped members, are fixed by bolts 54 in a curved state so that a stress of about the yield strength can be applied to the two sample materials 52A and 52B. , A so-called double U bend test piece.
  • the two sample materials 52A and 52B are in close contact with each other so that there is no gap between them.
  • the two sample materials 52A and 52B constituting the sample 50A include materials constituting the evaluation target material (for example, the rotor 2 and the turbine blade 8) included in the steam turbine 1.
  • the two sample materials 52A and 52B may be made of the same material.
  • the two sample materials 52A and 52B are formed of the same material as the rotor 2.
  • the two sample materials 52A and 52B may be composed of materials different from each other.
  • the rotor body 6 and the turbine blades 8 constituting the rotor 2 are made of different materials and come into contact with each other when the rotor body 6 and the turbine blades 8 are combined, different materials are used. By contacting, contact corrosion of dissimilar materials (galvanic corrosion), which has a higher degree of corrosion progress, may occur.
  • the two sample materials 52A and 52B are formed from the materials constituting the rotor body 6 and the turbine rotor blade 8, respectively, so that different materials come into contact with each other in the rotor 2.
  • a sample 50 that simulates a state can be configured.
  • FIG. 2B is a schematic view showing another example of the sample 50 housed in the sample box 28 of FIG.
  • the sample 50B is configured as a double U-bend test piece like the sample 50A shown in FIG. 2A, except that a gap 56 is partially provided between the two sample materials 52A and 52B.
  • FIG. 2C to 2E are schematic views showing another example of the sample 50 housed in the sample box 28 of FIG.
  • the sample 50C shown in FIG. 2C is a tapered DCB (Double-Cantilever Beam) test piece, and the crack growth can be evaluated while changing the acting stress depending on the thickness of the wedge.
  • the tapered DCB test piece has a feature that the stress intensity factor hardly changes even if the crack length changes.
  • the sample 50D shown in FIG. 2D is a branch notch CT test piece, and a predetermined acting stress can be applied by changing the thickness of the wedge to evaluate the occurrence of cracks.
  • the sample 50E shown in FIG. 2E is a pre-crack CT test piece, and the crack growth can be evaluated while changing the acting stress depending on the thickness of the wedge. In this test piece, the stress intensity factor decreases as the crack length increases.
  • the sample 50 housed in the sample box 28 may contain a plurality of samples having different sensitivities.
  • the sensitivity of the sample 50 depends on the yield strength, and can be adjusted by, for example, high-strength processing or heat treatment when the sample 50 is manufactured.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the evaluation device 100 of the steam turbine 1 of FIG.
  • the evaluation device 100 is, for example, an analysis unit for performing evaluation of the steam turbine 1.
  • the evaluation device 100 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a computer-readable storage medium, and the like. Then, as an example, a series of processes for realizing various functions are stored in a storage medium or the like in the form of a program, and the CPU reads this program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions are realized.
  • a CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • the program is installed in a ROM or other storage medium in advance, is provided in a state of being stored in a computer-readable storage medium, or is distributed via a wired or wireless communication means. Etc. may be applied.
  • Computer-readable storage media include magnetic disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, semiconductor memories, and the like.
  • the evaluation device 100 includes a sample break time acquisition unit 102 for acquiring the sample break time, a storage unit 104 for storing the master curve 60, a correction master curve creation unit 106 for correcting the master curve 60, and a steam turbine 1.
  • a break time estimation unit 108 for estimating the break time of the steam turbine 1 and an evaluation unit 110 for evaluating the steam turbine 1 based on the break time are provided.
  • the blocks constituting the evaluation device 100 shown in FIG. 3 are described corresponding to the functions exhibited when the evaluation method described later is carried out, and may be integrated with each other as necessary. However, it may be further subdivided. Further, at least a part of the configuration of the evaluation device 100 may be arranged at a position away from the steam turbine 1 to be evaluated by being configured to be communicable via a network. For example, the evaluation device 100 may be located at a base station in a remote location capable of communicating with the steam turbine 1 in a network, or may be configured as a cloud server.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the stress corrosion cracking evaluation method carried out by the evaluation device 100 of FIG. 3 for each process.
  • the stress corrosion cracking evaluation method described below will be described when it is carried out using the above-mentioned evaluation device 100, but it may be carried out by an operator without using the evaluation device 100.
  • a master curve 60 that defines the correlation between the susceptibility to stress corrosion cracking and the standard failure time is created (step S100: master curve creation step).
  • the master curve 60 is created by a breaking test using a plurality of test pieces.
  • the plurality of test pieces used in the fracture test include materials of the same type as the rotor material, which is an example of the material to be evaluated of the steam turbine 1, and have different sensitivities to each other.
  • a plurality of test pieces having the same shape as the sample 50 described above are easily prepared with reference to FIGS. 2A to 2E, and the sensitivities of the test pieces are prepared to be different from each other.
  • the method of differentiating the sensitivities of a plurality of test pieces is generally performed by performing strong processing or heat treatment because there is a correlation between susceptibility and proof stress.
  • the fracture time of each test piece (hereinafter, the fracture time obtained in the fracture test for creating the master curve 60 is used as a reference fracture is used as a reference. (Called time) is calculated.
  • the master curve 60 is created by associating the sensitivity obtained in this way with the reference failure time.
  • FIG. 5 is an example of the master curve 60.
  • the master curve 60 is represented as a function f (t, y) in which the sensitivity y and the failure time t are variables, and the standard failure time t tends to decrease as the sensitivity y increases.
  • the master curve 60 created in this way is readable and stored in the storage unit 104.
  • the load stress of a test conducted by applying a stress corresponding to the proof stress using a test piece 50 having a changed proof stress is used. Further, after sensitizing the material, it may be used as an index on the vertical axis of FIG.
  • the sample 50 is stored in the sample box 28 (step S101).
  • the sample 50 housed in the sample box 28 is configured to be more sensitive to stress corrosion cracking than the steam turbine 1 to be evaluated.
  • a sample 50 whose sensitivity is adjusted by performing strong processing or heat treatment on the sample 50 having the above-mentioned shape with reference to FIGS. 2A to 2E is prepared.
  • the sample 50 housed in the sample box 28 can generate stress corrosion cracking before the steam turbine 1.
  • the sample box 28 may accommodate a plurality of samples 50.
  • the plurality of samples 50 may have different sensitivities to each other by adjusting the proof stress of each sample 50 by performing, for example, high-strength processing or heat treatment.
  • the plurality of samples 50 may also include the different aspects described above with reference to FIGS. 2A-2E.
  • step S102 the operation of the steam turbine 1 is started with the sample 50 housed in the sample box 28 (step S102).
  • the steam S passing through the main flow path 22 causes corrosion of the steam turbine 1.
  • step S103 the presence or absence of damage in the sample 50 is monitored.
  • the operator checks the state of the sample 50 in the sample box 28 at the time of maintenance. It may be done by doing.
  • the damage state detection sensor may be attached to the sample 50 housed in the sample box 28, and the presence or absence of damage may be monitored by acquiring the detection signal of the damage state sensor.
  • the damage state sensor by configuring the damage state sensor so as to be able to communicate with the evaluation device 100 by wire or wirelessly, the damage state of the sample 50 can be monitored without actually taking out the sample 50 from the sample box 28. This enables real-time monitoring not only during maintenance of the steam turbine 1 but also during operation.
  • the sample damage time acquisition unit 102 acquires the sample damage time (step S105: sample damage time acquisition step).
  • the sample breakage time is the elapsed time from the start of operation of the steam turbine 1 in step S102 to the discovery of damage in the sample 50. For example, if a worker checks the state of the sample 50 in the sample box 28 during maintenance and finds damage to the sample 50, the elapsed time from the start of operation of the steam turbine 1 to the check is set as a sample. It may be regarded as the breakage time. Since the sample 50 is configured to be more sensitive than the steam turbine 1 as described above, stress corrosion cracking progresses at a timing sufficiently before the steam turbine 1, and the sample breakage time required for evaluation can be obtained. can.
  • the sample damage time acquisition unit 102 sets the sample damage time for each of the damaged samples 50. You may get it.
  • the break time estimation unit 108 estimates the break time of the steam turbine 1 based on the sample break time acquired by the sample break time acquisition unit 102 (step S106: break time estimation step).
  • step S106 break time estimation step.
  • the specific method by the break time estimation unit 108 will be described later, but since the sample break time is obtained from the sample 50 housed in the sample box 28 of the steam turbine 1 which is the actual machine to be evaluated, the actual steam turbine It reflects the impact on operational conditions, including temperature and dampness. Therefore, by estimating the breakage time of the steam turbine 1 based on such a sample breakage time, it is possible to evaluate the steam turbine with high accuracy.
  • the evaluation unit 110 evaluates the remaining life or maintenance time of the steam turbine 1 based on the damage time estimated in step S106 (step S107: evaluation step). Specifically, the evaluation unit 110 obtains the remaining life of the steam turbine 1 as a difference between the operating time of the steam turbine 1 up to now and the damage time estimated in step S106. Further, the evaluation unit 110 obtains the remaining life of each component of the steam turbine 1, and determines the time for performing maintenance work such as repair / replacement of each component based on the remaining life. Such evaluation results are effective in formulating a maintenance plan for preventing stress corrosion cracking in the steam turbine 1.
  • FIG. 6 is a sub-flow chart of step S106 of FIG.
  • the damage time estimation unit 108 acquires the master curve 60 stored in the storage unit 104 (step S200).
  • the master curve 60 is stored in advance in the storage unit 104 as a function that defines the correlation between the sensitivity and the standard failure time, as described above with reference to FIG.
  • the break time estimation unit 108 corrects the master curve 60 acquired in step S200 based on the sample break time acquired by the sample break time acquisition unit 102 and the sensitivity of the sample 50 corresponding to the sample break time.
  • the correction master curve 70 is created (step S201).
  • FIG. 7 is a diagram showing a comparison between the master curve 60 and the correction master curve 70.
  • the horizontal axis represents the failure time t
  • the vertical axis represents the sensitivity y (proof stress)
  • the master curve 60 before correction acquired from the storage unit 104 is shown as a function f (t, y). ..
  • FIG. 7 is a diagram showing a comparison between the master curve 60 and the correction master curve 70.
  • the horizontal axis represents the failure time t
  • the vertical axis represents the sensitivity y (proof stress)
  • the master curve 60 before correction acquired from the storage unit 104 is shown as a function f (t, y). ..
  • FIG. 8 compares the master curve 60 and the correction master curve 70 when a plurality of measurement points A1 (t1-1, y1-1), A2 (t1-2, y1-2), ... Are present. It is a figure which shows.
  • the sample 50 having the fastest progress of stress corrosion cracking is, for example, at a plurality of measurement points A1 (t1-1, y1-1), A2 (t1-2, y1-2), ...
  • the failure time estimation unit 108 acquires the sensitivity of the steam turbine 1 to be evaluated (step S202). Since the sensitivity generally corresponds to the intensity, the sensitivity may be calculated by acquiring the intensity of the steam turbine 1 in step S202.
  • the breakage time estimation unit 108 uses the correction master curve 70 created in step S201 to obtain the breakage time corresponding to the sensitivity of the steam turbine 1 acquired in step S202 (step S203).
  • the break time t0 of the steam turbine 1 can be obtained based on the correction master curve 70.
  • the break time estimation unit 108 makes the first correction for the break time t0 obtained in step S203 based on the reference temperature corresponding to the master curve 60 and the operating temperature of the steam turbine 1 (step S204: first correction). 1 correction process).
  • the first correction is first performed by calculating the time evaluation base value ⁇ t based on the break time t0 obtained in step S203. As shown in FIG. 7, the time evaluation base value ⁇ t is the break time t0 obtained in step S203 and the sample break time which is the current time (since this step is the time when the sample break time is acquired, the sample break time). It is calculated as the difference from the current time).
  • the time evaluation base value ⁇ t is corrected based on the reference temperature corresponding to the master curve 60 and the operating temperature of the steam turbine 1.
  • the parameters X1 and X2 corresponding to the test environment temperature T1 when creating the master curve 60 and the actual temperature T2 of the steam turbine 1 are obtained by using the following Clark's equations (coefficients A, B, C), respectively.
  • A is the crack length
  • ⁇ 0.2 is the 0.2% proof stress (or yield strength)
  • the coefficients A, B, and C are constants defined based on the conditions such as the material).
  • the first correction value ⁇ t'of the time evaluation base value ⁇ t is obtained by dividing the time evaluation base value ⁇ t by the ratio of X (X2 / X1).
  • the first correction value ⁇ t'calculated in this way can consider the influence of the difference between the reference temperature of the master curve 60 and the operating temperature of the steam turbine 1 which is the actual machine, and can evaluate the steam turbine with higher accuracy. Is possible.
  • Step S204 Second correction step).
  • a characteristic function f (s, D) that defines the correlation of the damage degree standardized value D with respect to the wetness degree s is created in advance.
  • FIG. 9 is a diagram showing a characteristic function f (s, D) that defines the correlation of the damage degree standardized value D with respect to the wetness degree s.
  • the ratio of the two is evaluated using the test environment damage degree D1 when the master curve 60 is created and the assumed damage degree D2 of the actual steam turbine 1.
  • D2> D1 the second correction value T ′′ is obtained by dividing the first correction value ⁇ t ′ of the time evaluation base value by the ratio of D (D2 / D1).
  • step S204 the case where the first correction is performed in step S204 and then the second correction is performed in step S205 is illustrated, but the first correction may be performed after the second correction, or the first correction may be performed. Alternatively, only one of the second corrections may be performed. Further, in step S106, the first correction and the second correction may not be performed, and the damage time t0 itself calculated in step S3 may be output as an estimation result.
  • the sample 50 housed in the sample box 28 precedes the steam turbine 1. Stress corrosion cracking occurs. Therefore, using the sample 50 housed in the sample box 28 provided in the steam turbine 1, the sample breakage time is acquired at a timing sufficiently before the stress corrosion cracking actually occurs in the steam turbine 1, and the sample breakage time is set to the sample breakage time. The break time of the steam turbine 1 can be estimated based on this. Further, the sample breakage time is obtained from the sample 50 housed in the sample box 28 of the steam turbine 1 which is the actual machine to be evaluated. Since such a sample breakage time reflects the influence on the operating state including the actual temperature and wetness of the steam turbine 1, it is possible to evaluate the steam turbine 1 with high accuracy.
  • the stress corrosion cracking evaluation method for a steam turbine is A sample contained in a sample box (for example, the sample box 28 of the above embodiment) of a steam turbine (for example, the steam turbine 1 of the above embodiment) and configured to be more sensitive to stress corrosion cracking than the material to be evaluated of the steam turbine.
  • the sample break time acquisition step for acquiring the sample break time of the sample 50 of the above embodiment (for example, step S105 of the above embodiment) and A break time estimation step (for example, step S106 of the above embodiment) for estimating the break time of the steam turbine based on the sample break time.
  • the sample housed in the sample box can be used.
  • Stress corrosion cracking occurs before the steam turbine. Therefore, using the sample housed in the sample box provided in the steam turbine, the sample breakage time is obtained at a timing sufficiently before stress corrosion cracking actually occurs in the steam turbine, and the steam turbine is based on the sample breakage time. Damage time can be estimated.
  • the sample breakage time is obtained from the sample housed in the sample box of the steam turbine, which is the actual machine to be evaluated. Since such sample breakage time reflects the influence on the operating condition including the actual temperature and wetness of the steam turbine, it is possible to evaluate the steam turbine with high accuracy.
  • the sample has higher strength than the material to be evaluated.
  • the sensitivity of the sample can be made higher than that of the evaluation target material.
  • the failure time estimation step is By correcting the master curve (eg, the master curve 60 of the above embodiment) that defines the correlation between the susceptibility and the standard failure time by using the sensitivity of the sample used in the first step and the sample breakage time.
  • a correction master curve creation step for example, step S201 of the above embodiment
  • a break time specifying step for example, step S203 of the above embodiment
  • a master curve that defines the correlation between the sensitivity under the reference environment and the standard break time is prepared in advance for the materials constituting the steam turbine. Since there is a considerable difference between the reference environment of the master curve and the operating environment of the actual steam turbine, the master curve is corrected by the sensitivity of the sample contained in the sample box of the steam turbine and the sample breakage time. .. By obtaining the break time of the steam turbine based on the master curve corrected in this way, it is possible to evaluate the steam turbine with high accuracy.
  • the sample breakage time acquisition step the sample breakage time is obtained for a plurality of the samples having different sensitivities.
  • the correction master curve creating step the correction master curve is created by correcting the master curve based on the sensitivity corresponding to the sample having the fastest progress of stress corrosion cracking and the sample breakage time.
  • the sample break time is acquired for each of the plurality of samples housed in the sample box. Then, among these samples, the sample having the fastest progress of stress corrosion cracking determined by the sensitivity and the sample breakage time is selected, and the master curve is corrected by using the sensitivity and the sample breakage time corresponding to the sample. conduct. As a result, the break time of the steam turbine can be estimated with a large margin, so that a more reliable evaluation of the steam turbine becomes possible.
  • a master curve creating step for example, step S100 of the above embodiment for creating the master curve by performing a rupture test using a plurality of test pieces containing the same material of the steam turbine and having different sensitivities to each other. Further prepare.
  • a master curve that defines the correlation between the sensitivity and the standard failure time can be produced by using a plurality of test pieces having different sensitivities for the same type of material as the steam turbine to be evaluated.
  • a first correction step for example, step S204 of the above embodiment for correcting the break time based on the reference temperature corresponding to the master curve and the operating temperature of the steam turbine is further provided.
  • the steam turbine breakage time estimated based on the sample breakage time is corrected based on the reference temperature of the master curve and the operating temperature of the steam turbine which is the actual machine.
  • the influence of the difference between the reference temperature of the master curve and the operating temperature of the actual steam turbine can be taken into consideration, and a more accurate evaluation of the steam turbine becomes possible.
  • a second correction step for example, step S205 of the above embodiment for correcting the breakage time based on the reference wetness corresponding to the master curve and the wetness during operation of the steam turbine is further provided.
  • the steam turbine breakage time estimated based on the sample breakage time is corrected based on the reference wetness of the master curve and the wetness during operation of the actual steam turbine. do.
  • the influence of the difference between the reference wetness of the master curve and the wetness during operation of the actual steam turbine can be taken into consideration, and a more accurate evaluation of the steam turbine becomes possible.
  • the sample includes two sample materials (eg, sample materials 52A, 52B of the above embodiment) that are at least partially in contact with each other and stressed.
  • a gap (for example, the gap 56 of the above embodiment) is provided between the two sample materials.
  • the sample includes a double U-bend test piece (for example, samples 50A and 50B of the above embodiment), a tapered DCB test piece (for example, sample 50C of the above embodiment), and a blunt notch CT test piece (for example, sample 50D of the above embodiment).
  • a pre-crack CT test piece eg, sample 50E of the above embodiment.
  • the steam turbine can be suitably evaluated by the method of each of the above aspects.
  • the sample breakage time acquisition step In another aspect, in any one of the above (1) to (11), the sample breakage time is acquired based on the detection signal of the breakage state detection sensor provided on the sample.
  • the sample breakage time can be obtained without taking out the sample from the sample box.
  • An evaluation step for example, step S107 of the above embodiment for evaluating the remaining life or maintenance time of the steam turbine based on the breakage time is further provided.
  • stress corrosion cracking is effective in the steam turbine by evaluating the remaining life or maintenance time of the steam turbine based on the break time of the steam turbine estimated by the methods of each of the above aspects. Can be prevented.

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Abstract

蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法では、蒸気タービンのサンプルボックスに感受性が高いサンプルを収容し、サンプル破損時間を取得する。そしてサンプル破損時間に基づいて、前記蒸気タービンの破損時間を推定する。

Description

蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法
　本開示は、蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法に関する。
　蒸気タービンのような機器では、長期間にわたって構成部材が高温環境下で湿り蒸気に曝されることから、応力腐食割れ（ＳＣＣ：Ｓｔｒｅｓｓ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｃｒａｃｋｉｎｇ）が生じることが知られている。このような応力腐食割れは進行すると機器に不具合を招くことから、腐食の進行度を定量的に評価することで、機器の余寿命や適切なメンテナンス実施時期を予測することが求められている。
　例えば特許文献１では、応力腐食割れが懸念される部分の材質と同一の材質によりサンプル（試験片）を作製し、評価対象部位と同環境下におけるサンプルのき裂進展速度から、評価対象部位の応力腐食割れを定量評価することが提案されている。
特開２００１－３０５０４３号公報
　上記特許文献１では、評価対象部位の運用環境から想定される一定の環境下にサンプルを収容し、その腐食状態に基づいて評価対象部位の応力腐食割れを評価している。しかしながら、サンプルの試験環境と、実機である評価対象部位の運用環境との間には、温度や湿り度に少なからず差異がある。そのため、このような手法では、実機である評価対象部位における応力腐食割れを精度よく評価できない可能性がある。
　また上記特許文献１では、評価対象部位と同一の材料から試験片を作製している。そのため、このような試験片を用いて応力腐食割れを評価するためには、実機である評価対象部位において実際に応力腐食割れが生じるまでに要する期間と同程度の試験期間が必要になってしまう。
　本開示の少なくとも一態様は上述の事情に鑑みなされたものであり、信頼性のある応力腐食割れの定量的評価を、迅速且つ精度よく実施可能な蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法は、上記課題を解決するために、
　蒸気タービンのサンプルボックスに収容され、前記蒸気タービンの評価対象材に比べて応力腐食割れに対する感受性が高く構成されたサンプルのサンプル破損時間を取得するサンプル破損時間取得工程と、
　前記サンプル破損時間に基づいて、前記蒸気タービンの破損時間を推定する破損時間推定工程と、
を備える。
　本開示の少なくとも一態様によれば、信頼性のある応力腐食割れの定量的評価を、迅速且つ精度よく実施可能な蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法を提供できる。
蒸気タービンの概略断面図である。 図１のサンプルボックスに収容されるサンプルの一例を示す模式図である。 図１のサンプルボックスに収容されるサンプルの他の例を示す模式図である。 図１のサンプルボックスに収容されるサンプルの他の例を示す模式図である。 図１のサンプルボックスに収容されるサンプルの他の例を示す模式図である。 図１のサンプルボックスに収容されるサンプルの他の例を示す模式図である。 図１の蒸気タービンの評価装置１００を示すブロック図である。 図３の評価装置によって実施される応力腐食割れ評価方法を工程毎に示すフローチャートである。 マスターカーブの一例である。 図４のステップＳ１０６のサブフローチャートである。 マスターカーブと補正マスターカーブとを比較して示す図である。 複数の測定点が存在する場合におけるマスターカーブと補正マスターカーブとを比較して示す図である。 湿り度に対する損傷度規格化値の相関を規定する特性関数を示す図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　図１は蒸気タービン１の概略断面図である。蒸気タービン１は、軸線Ｏを中心に回転するロータ２と、ロータ２を外周側から覆うように収容するケーシング４とを備える。
　ロータ２は、ロータ本体６と、タービン動翼８とを備える。タービン動翼８は、複数の複数の翼本体１０とチップシュラウド１２とを備える動翼列であり、軸線Ｏ方向において、一定の間隔を持って複数列が配置される。複数の翼本体１０は、それぞれケーシング４内で軸線Ｏ周りに回転するロータ本体６から径方向に延びるように取り付けられ、ロータ本体６の周方向において間隔をあけて設けられている。複数の翼本体１０は、それぞれ径方向から見て翼型の断面を有する部材である。チップシュラウド１２は、複数の翼本体１０の各々の先端部（径方向外側の端部）を接続する環状のチップシュラウドである。
　ケーシング４は、ロータ２を外周側から覆うように設けられた概略筒状の部材である。ケーシング４の内周面１４には、複数の静翼１６が設けられている。静翼１６は、内周面１４の周方向及び軸線Ｏ方向に沿って複数配列される。更に、タービン動翼８は、隣り合う複数の静翼１６の間の領域に入り込むようにして配置される。
　またケーシング４には、作動流体としての蒸気Ｓを蒸気供給源（不図示）から蒸気タービン１に供給する蒸気供給管１８と、蒸気タービン１の下流側に接続されて蒸気を排出する蒸気排出管２０とが接続されている。ケーシング４の内部において、静翼１６とタービン動翼８が配列された領域は、蒸気供給管１８から供給された蒸気Ｓが流通する主流路２２が形成される。主流路２２を流通する蒸気Ｓはタービン動翼８によって受けられることでロータ２が回転駆動される（矢印Ｒを参照）。ロータ２の回転は、ロータ本体６に接続された回転軸２４を介して外部に出力される。回転軸２４は軸受部２６によってケーシング４に対して回転可能に支持される。
　またケーシング４には、サンプルボックス２８が設けられる。サンプルボックス２８は、後述する評価方法で用いられるサンプル５０を収容するための空間３０と、該空間３０にサンプル５０を出し入れするための開閉部３２（例えばマンホールやハンドホール）とを備える。サンプルボックス２８は、ケーシング４の任意の位置に配置可能であるが、例えば、蒸気タービン１の運用時において、蒸気タービン１の評価対象部位に対して同じ又は近い環境にある位置に設けられてもよい。例えば、サンプル５０が収容される空間３０は、評価対象部位に対して連通することにより温度及び湿り度が同じ又は近い位置に配置される。図１の例では、サンプルボックス２８は、高温な蒸気Ｓが流れる主流路２２に隣接する位置に配置されることで、サンプルボックス２８に収容されたサンプル５０が、主流路２２を流れる蒸気Ｓに曝される部品（タービン動翼８や静翼１６）と同じ又は近い環境に置かれるように構成されている。
　またサンプルボックス２８は、後述するサンプル５０の出し入れ作業が容易になるように、ケーシング４のうち外部からアクセスが容易な位置に設けられてもよい。この場合、蒸気タービン１のうち作業員が出入り可能な通路に開閉部３２（例えば蒸気排出管２０の流路上に設置したマンホールやハンドホール）を隣接するように構成することで、開閉部３２を介して空間３０にサンプル５０の出し入れ作業を容易に行うことができる。
　ここでサンプルボックス２８に収容されるサンプル５０について説明する（以下、サンプル５０の例としてサンプル５０Ａ～５０Ｅについて述べるが、これらを総称する際にはサンプル５０と述べることとする）。このような構成を有するサンプル５０を用いることで、応力腐食割れが生じ得る蒸気タービン１の構成部材を効果的に模擬できる。
　図２Ａは図１のサンプルボックス２８に収容されるサンプル５０Ａの一例を示す模式図である。サンプル５０Ａは、互いに接触し、且つ、応力が負荷された２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂを含む。サンプル５０Ａは、板状部材である２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂが湾曲された状態でボルト５４により固定されることで、２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂに耐力程度の応力が負荷可能に構成された、いわゆるダブルＵベンド試験片である。サンプル５０Ａでは、２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂは、互いの間に隙間がないように密に接触している。
　サンプル５０Ａを構成する２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂは、蒸気タービン１に含まれる評価対象材（例えばロータ２やタービン動翼８など）を構成する材料を含む。２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂは、互いに同じ材料から構成されてもよい。例えば、蒸気タービン１のうちロータ２を評価対象とする場合には、２つのサンプル材５２Ａ，５２Ｂはロータ２と同じ材料から形成される。
　また２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂは、互いに異なる材料から構成されてもよい。例えば、ロータ２を構成するロータ本体６とタービン動翼８とが互いに異なる材料から形成されており、ロータ本体６とタービン動翼８が組み合わされる際に互いに接触する場合には、異種材同士が接触することによって、より腐食進行度が速い異種材接触腐食（ガルバニック腐食）が生じ得る。このような部位を評価対象とする場合には、２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂをそれぞれ、ロータ本体６とタービン動翼８を構成する材料から形成することにより、ロータ２において異種材同士が接触する状態を模擬するサンプル５０を構成できる。
　図２Ｂは図１のサンプルボックス２８に収容されるサンプル５０の他の例を示す模式図である。サンプル５０Ｂは、図２Ａに示すサンプル５０Ａと同様にダブルＵベンド試験片として構成されるが、２つのサンプル材５２Ａ、５２Ｂの間に部分的に隙間５６が設けられる点において異なる。このようなサンプル５０Ｂを用いることで、蒸気タービン１に生じ得る隙間腐食を考慮した評価が可能となる。
　図２Ｃ～図２Ｅは図１のサンプルボックス２８に収容されるサンプル５０の他の例を示す模式図である。図２Ｃに示すサンプル５０ＣはテーパードＤＣＢ（Ｄｏｕｂｌｅ－Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　Ｂｅａｍ）試験片であり、くさびの厚みによって作用応力を変化させながらき裂進展を評価することができる。特にテーパードＤＣＢ試験片はき裂長さが変化しても応力拡大係数がほとんど変化しないという特徴を有する。図２Ｄに示すサンプル５０ＤはブランチノッチＣＴ試験片であり、くさびの厚みを変化させることで所定の作用応力を負荷して、き裂発生を評価することができる。図２Ｅに示すサンプル５０ＥはプレクラックＣＴ試験片であり、くさびの厚みによって作用応力を変化させながらき裂進展を評価することができる。この試験片においては，き裂長さの増大に応じて応力拡大係数が減少する。
　またサンプルボックス２８に収容されるサンプル５０は、感受性が異なる複数のサンプルが含まれていてもよい。一般的にサンプル５０の感受性は耐力に依存し、例えば、サンプル５０を製造する際の高強度加工や熱処理等によって調整可能である。
　図３は図１の蒸気タービン１の評価装置１００を示すブロック図である。評価装置１００は、例えば、蒸気タービン１の評価を実施するための解析ユニットである。評価装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
　評価装置１００は、サンプル破損時間を取得するサンプル破損時間取得部１０２と、マスターカーブ６０を記憶する記憶部１０４と、マスターカーブ６０の補正を行うための補正マスターカーブ作成部１０６と、蒸気タービン１の破損時間を推定する破損時間推定部１０８と、破損時間に基づいて蒸気タービン１の評価を行う評価部１１０と、を備える。
　尚、図３に示す評価装置１００を構成する各ブロックは、後述する評価方法を実施する際に発揮される機能に対応して記載したものであり、必要に応じて互いに統合されていてもよいし、更に細分化されていてもよい。また評価装置１００の少なくとも一部の構成は、ネットワークを介して通信可能に構成されることで、評価対象である蒸気タービン１から離れた位置に配置されてもよい。例えば、評価装置１００は、蒸気タービン１に対してネットワークを通信可能な遠隔地にある基地局に配置されていてもよいし、クラウドサーバとして構成されてもよい。
　図４は図３の評価装置１００によって実施される応力腐食割れ評価方法を工程毎に示すフローチャートである。尚、以下に説明する応力腐食割れ評価方法は前述の評価装置１００を用いて実施する場合について説明するが、評価装置１００を用いずに作業員によって実施されてもよい。
　まず応力腐食割れに対する感受性と標準破損時間との相関を規定するマスターカーブ６０を作成する（ステップＳ１００：マスターカーブ作成工程）。マスターカーブ６０の作成は、複数の試験片を用いた破断試験によって行われる。破断試験に用いられる複数の試験片は、蒸気タービン１の評価対象材の一例であるロータ材と同種材を含み、且つ、互いに異なる感受性を有するものを用いる。本実施形態では、図２Ａ～図２Ｅを参照して前述したサンプル５０と同形状の試験片を複数容易し、各々の感受性が異なるように用意される。複数の試験片の感受性を異ならしめる手法は、一般的に感受性と耐力には相関があるため、例えば、強加工又は熱処理を実施することにより行われる。
　そして、互いに異なる感受性を有する複数の試験片に対して破断試験を実施することにより、各試験片の破損時間（以下、マスターカーブ６０を作成するために破断試験で求められた破損時間を基準破損時間と称する）を求める。このようにして求められた感受性と基準破損時間とを紐づけることによりマスターカーブ６０が作成される。
　図５はマスターカーブ６０の一例である。このマスターカーブ６０は、感受性ｙと破損時間ｔとを変数とする関数ｆ（ｔ、ｙ）として表され、感受性ｙが大きくなるに従って標準破損時間ｔが小さくなる傾向が示されている。このように作成されたマスターカーブ６０は記憶部１０４に読み出し可能に記憶される。例えば、図５の縦軸の感受性とは、耐力を変化させた試験片５０を用いて耐力相当の応力を付与して実施した試験の負荷応力などを用いる。また材料を鋭敏化させた上で図５の縦軸の指標としてもよい。
　続いてサンプルボックス２８にサンプル５０を収容する（ステップＳ１０１）。サンプルボックス２８に収容されるサンプル５０は、評価対象である蒸気タービン１に比べて応力腐食割れに対する感受性が高く構成される。具体的には、図２Ａ～図２Ｅを参照して前述した形状のサンプル５０に対して強加工又は熱処理を実施することにより感受性が調整したサンプル５０が用意される。このように蒸気タービン１に比べて応力腐食割れに対する感受性が高いサンプル５０を用いることで、サンプルボックス２８に収容されたサンプル５０では、蒸気タービン１より先に応力腐食割れを生じさせることができる。
　尚、サンプルボックス２８には複数のサンプル５０が収容されてもよい。この場合、複数のサンプル５０は、例えば高強度加工や熱処理等を実施することで各サンプル５０の耐力を調整することで、これらのサンプル５０が互いに異なる感受性を有するようにしてもよい。また複数のサンプル５０は、図２Ａ～図２Ｅを参照して前述した異なる態様を含んでもよい。このような複数のサンプル５０を用いることで、感受性の違いやサンプル形状の違いによるサンプル破損時間への影響を考慮できるため、より詳細な評価が可能となる。
　続いてサンプルボックス２８にサンプル５０が収容した状態で蒸気タービン１の運用を開始する（ステップＳ１０２）。蒸気タービン１の運用時には、主流路２２を通る蒸気Ｓによって蒸気タービン１の腐食が進行する。そして、蒸気タービン１の運用開始後は、サンプル５０における破損の有無が監視される（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３における監視は、例えば、想定されるサンプル破損時間より十分に短い間隔で蒸気タービン１のメンテナンスが実施可能である場合には、メンテナンス時にサンプルボックス２８内のサンプル５０の様子を作業員がチェックすることにより行われてもよい。またサンプルボックス２８に収容されたサンプル５０に破損状態検知センサを取り付けておき、当該破損状態センサの検知信号を取得することにより破損の有無を監視してもよい。この場合、破損状態センサを有線又は無線で評価装置１００と通信可能に構成することで、サンプルボックス２８からサンプル５０を実際に取り出すことなく、サンプル５０の破損状態を監視できる。これにより、蒸気タービン１のメンテナンス時に限らず運用中におけるリアルタイム監視も可能となる。
　サンプル５０に破損が有ると判定された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、サンプル破損時間取得部１０２はサンプル破損時間を取得する（ステップＳ１０５：サンプル破損時間取得工程）。サンプル破損時間は、ステップＳ１０２の蒸気タービン１の運用開始時からサンプル５０に破損が発見されるまでの経過時間である。例えば、メンテナンス時にサンプルボックス２８内のサンプル５０の様子を作業員がチェックした際にサンプル５０に破損が発見された場合には、蒸気タービン１の運用開始時からチェック時までの経過時間を、サンプル破損時間とみなしてもよい。サンプル５０は前述したように蒸気タービン１に比べて感受性が高く構成されているため、蒸気タービン１より充分前のタイミングで応力腐食割れが進展し、評価に必要なサンプル破損時間を取得することができる。
　尚、サンプルボックス２８内に複数のサンプル５０が収容され、且つ、複数のサンプル５０で破損が生じた場合には、サンプル破損時間取得部１０２は、破損が生じた各サンプル５０についてサンプル破損時間を取得してもよい。
　続いて破損時間推定部１０８は、サンプル破損時間取得部１０２によって取得されたサンプル破損時間に基づいて、蒸気タービン１の破損時間を推定する（ステップＳ１０６：破損時間推定工程）。破損時間推定部１０８による具体的手法は後述するが、サンプル破損時間は、評価対象となる実機である蒸気タービン１のサンプルボックス２８に収容されたサンプル５０から取得されるため、実際の蒸気タービンの温度や湿り度を含む運用状態に関する影響が反映されている。そのため、このようなサンプル破損時間に基づいて蒸気タービン１の破損時間を推定することで、精度のよい蒸気タービンの評価が可能となる。
　続いて評価部１１０は、ステップＳ１０６で推定された破損時間に基づいて、蒸気タービン１の余寿命又はメンテナンス時期を評価する（ステップＳ１０７：評価工程）。具体的には、評価部１１０は、現在までの蒸気タービン１の運用時間と、ステップＳ１０６で推定された破損時間との差異として、蒸気タービン１の余寿命を求める。また評価部１１０は、蒸気タービン１の各構成部品ごとに余寿命を求め、余寿命に基づいて各構成部品の修理・交換などのメンテナンス作業の実施時期を求める。このような評価結果は、蒸気タービン１において応力腐食割れを未然防止するためのメンテンアンス計画の立案に有効である。
　続いてステップＳ１０６の破損時間推定工程における蒸気タービン１の破損時間の推定方法について詳しく説明する。図６は図４のステップＳ１０６のサブフローチャートである。
　まず破損時間推定部１０８は、記憶部１０４に記憶されたマスターカーブ６０を取得する（ステップＳ２００）。マスターカーブ６０は、図５を参照して前述したように、感受性と標準破損時間との相関を規定する関数として予め記憶部１０４に記憶されている。
　続いて破損時間推定部１０８は、サンプル破損時間取得部１０２で取得されたサンプル破損時間、及び、当該サンプル破損時間に対応するサンプル５０の感受性に基づいて、ステップＳ２００で取得したマスターカーブ６０を補正することにより、補正マスターカーブ７０を作成する（ステップＳ２０１）。ここで図７はマスターカーブ６０と補正マスターカーブ７０とを比較して示す図である。図７では、横軸が破損時間ｔ、縦軸が感受性ｙ（耐力）を示しており、記憶部１０４から取得された補正前のマスターカーブ６０が関数ｆ（ｔ、ｙ）として示されている。また図７では、サンプル破損時間取得部１０２で取得されたサンプル破損時間、及び、当該サンプル破損時間に対応するサンプル５０の感受性によって特定される測定点Ａ（ｔ１、ｙ１）が示されている。マスターカーブ６０上の感受性ｙ１に対応する破損時間をｔ２とすると、補正マスターカーブ７０は次式により得られる。
ｆ’（ｔ、ｙ）＝ｆ（ｔ×ｔ２／ｔ１、ｙ）
　すなわち、ステップＳ２０１における補正は、マスターカーブ６０が測定点Ａ（ｔ１、ｙ１）を通過するように、マスターカーブ６０の横軸方向の倍率を調整するように行われる。マスターカーブ６０が作成される環境（基準環境）と、実際の蒸気タービン１の運用環境との間には少なからず差異があるが、このように実際の測定点（ｔ１、ｙ１）に基づいてマスターカーブ６０を補正することで、両者の差異の影響を考慮した補正マスターカーブ７０を作成することができる。
　尚、サンプルボックス２８に互いに感受性が異なる複数のサンプル５０が収容されており、各サンプル５０に対応する複数の測定点が存在する場合には、応力腐食割れの進行が最も速いサンプル５０に対応する感受性及びサンプル破損時間に基づいて、マスターカーブ６０を補正してもよい。図８は複数の測定点Ａ１（ｔ１－１、ｙ１－１）、Ａ２（ｔ１－２、ｙ１－２）、・・・が存在する場合におけるマスターカーブ６０と補正マスターカーブ７０とを比較して示す図である。図８の例では、最も応力腐食割れの進行が速いサンプル５０は、例えば、複数の測定点Ａ１（ｔ１－１、ｙ１－１）、Ａ２（ｔ１－２、ｙ１－２）、・・・のうち最も左下側に位置する測定点Ａ２（ｔ１－２、ｙ１－２）として特定される。このように特定された測定点Ａ２（ｔ１－２、ｙ１－２）を基準として、図７の場合と同様に、補正マスターカーブ７０を作成することで、大きな裕度で蒸気タービン１の破損時間を推定できるため、より信頼性の高い蒸気タービン１の評価が可能となる。
　続いて破損時間推定部１０８は、評価対象である蒸気タービン１の感受性を取得する（ステップＳ２０２）。感受性は、一般的に強度に対応するため、ステップＳ２０２では蒸気タービン１の強度を取得することにより、感受性を算出により求めてもよい。
　続いて破損時間推定部１０８は、ステップＳ２０１で作成した補正マスターカーブ７０を用いて、ステップＳ２０２で取得した蒸気タービン１の感受性に対応する破損時間を求める（ステップＳ２０３）。図７を参照して説明すると、蒸気タービン１の感受性をｙ０とすると、補正マスターカーブ７０に基づいて、蒸気タービン１の破損時間ｔ０が求められる。
　続いて破損時間推定部１０８は、ステップＳ２０３で求めた破損時間ｔ０について、マスターカーブ６０に対応する基準温度、及び、蒸気タービン１の運転時の温度に基づく第１補正を行う（ステップＳ２０４：第１補正工程）。第１補正は、まずステップＳ２０３で求めた破損時間ｔ０に基づいて時間評価ベース値Δｔを算出することにより行われる。時間評価ベース値Δｔは、図７に示すように、ステップＳ２０３求められた破損時間ｔ０と、現時刻であるサンプル破損時間（本ステップはサンプル破損時間を取得した時点であるため、サンプル破損時間が現時刻となる）との差として算出される。
　第１補正では、マスターカーブ６０に対応する基準温度、及び、蒸気タービン１の運転時の温度に基づいて時間評価ベース値Δｔが補正される。例えば、マスターカーブ６０を作成する際の試験環境温度Ｔ１、実際の蒸気タービン１の温度Ｔ２に対応するパラメータＸ１、Ｘ２を、以下のクラークの式（係数Ａ、Ｂ、Ｃ）を用いてそれぞれ求める（ａはき裂長さ、σ０．２は０．２％耐力（又は降伏強さ）、係数Ａ，Ｂ，Ｃは材料などの条件に基づいて規定される定数である）。
Ｘ１＝ｌｎ（ｄａ／ｄｔ）＝－Ａ－Ｂ／Ｔ１＋Ｃσ０．２
Ｘ２＝ｌｎ（ｄａ／ｄｔ）＝－Ａ－Ｂ／Ｔ２＋Ｃσ０．２
　Ｔ２＞Ｔ１である場合、時間評価ベース値ΔｔをＸの比率（Ｘ２／Ｘ１）で除算することにより、時間評価ベース値Δｔの第１補正値Δｔ’が求められる。このように算出された第１補正値Δｔ’は、マスターカーブ６０の基準温度と、実機である蒸気タービン１の運転時の温度との差異の影響を考慮でき、より精度の高い蒸気タービンの評価が可能となる。
　ステップＳ２０４で求めた時間評価ベース値の第１補正値Δｔ’は、更に、マスターカーブ６０に対応する基準湿り度、及び、蒸気タービン１の運転時の湿り度に基づく第２補正が行われる（ステップＳ２０５：第２補正工程）。第２補正では、湿り度ｓに対する損傷度規格化値Ｄの相関を規定する特性関数ｆ（ｓ、Ｄ）を予め作成しておく。図９は湿り度ｓに対する損傷度規格化値Ｄの相関を規定する特性関数ｆ（ｓ、Ｄ）を示す図である。ここでマスターカーブ６０を作成する際の試験環境損傷度Ｄ１、実機である蒸気タービン１の想定損傷度Ｄ２を用いて、両者の比率を評価する。Ｄ２＞Ｄ１である場合、時間評価ベース値の第１補正値Δｔ’をＤの比率（Ｄ２／Ｄ１）で除算することにより、第２補正値Ｔ’’を求める。このように第２補正値Ｔ’’を求めることにより、マスターカーブ６０の基準湿り度と、実機である蒸気タービン１の運転時の湿り度との差異の影響を考慮でき、より精度の高い蒸気タービンの評価が可能となる。
　尚、実施形態ではステップＳ２０４で第１補正を行った後に、ステップＳ２０５で第２補正を行う場合を例示しているが、第２補正の後に第１補正を行ってもよいし、第１補正又は第２補正のいずれか一方のみを行ってもよい。またステップＳ１０６では、第１補正及び第２補正を行わず、ステップＳ３で算出した破損時間ｔ０そのものを推定結果として出力するようにしてもよい。
　以上説明したように上述の実施形態によれば、蒸気タービン１に比べて応力腐食割れに対する感受性が高いサンプル５０を用いることで、サンプルボックス２８に収容されたサンプル５０では、蒸気タービン１より先に応力腐食割れが生じる。そのため、蒸気タービン１に設けられたサンプルボックス２８に収容されたサンプル５０を用いて、実際に蒸気タービン１で応力腐食割れが生じる十分前のタイミングでサンプル破損時間を取得し、当該サンプル破損時間に基づいて蒸気タービン１の破損時間を推定できる。またサンプル破損時間は、評価対象となる実機である蒸気タービン１のサンプルボックス２８に収容されたサンプル５０から取得される。このようなサンプル破損時間には、実際の蒸気タービン１の温度や湿り度を含む運用状態に関する影響が反映されているため、精度のよい蒸気タービン１の評価が可能である。
 　その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）一態様に係る蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法は、
　蒸気タービン（例えば上記実施形態の蒸気タービン１）のサンプルボックス（例えば上記実施形態のサンプルボックス２８）に収容され、前記蒸気タービンの評価対象材に比べて応力腐食割れに対する感受性が高く構成されたサンプル（例えば上記実施形態のサンプル５０）のサンプル破損時間を取得するサンプル破損時間取得工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０５）と、
　前記サンプル破損時間に基づいて、前記蒸気タービンの破損時間を推定する破損時間推定工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０６）と、
を備える。
　上記（１）の態様によれば、蒸気タービンの評価対象材（例えばロータ材や動翼材など）に比べて応力腐食割れに対する感受性が高いサンプルを用いることで、サンプルボックスに収容されたサンプルでは、蒸気タービンより先に応力腐食割れが生じる。そのため、蒸気タービンに設けられたサンプルボックスに収容されたサンプルを用いて、実際に蒸気タービンで応力腐食割れが生じる十分前のタイミングでサンプル破損時間を取得し、当該サンプル破損時間に基づいて蒸気タービンの破損時間を推定できる。またサンプル破損時間は、評価対象となる実機である蒸気タービンのサンプルボックスに収容されたサンプルから取得される。このようなサンプル破損時間には、実際の蒸気タービンの温度や湿り度を含む運用状態に関する影響が反映されているため、精度のよい蒸気タービンの評価が可能である。
（２）他の態様では、上記（１）の態様において、
　前記サンプルは前記評価対象材に比べて強度が高い。
　上記（２）の態様によれば、評価対象材の強度を高くすることで、サンプルの感度を評価対象材に比べて高くできる。
（３）他の態様では、上記（１）又は（２）の態様において、
　前記破損時間推定工程は、
　前記感受性と標準破損時間との相関を規定するマスターカーブ（例えば上記実施形態のマスターカーブ６０）を、前記第１工程で用いた前記サンプルの前記感受性及び前記サンプル破損時間を用いて補正することにより、補正マスターカーブ（例えば上記実施形態の補正マスターカーブ７０）を作成する補正マスターカーブ作成工程（例えば上記実施形態のステップＳ２０１）と、
　前記補正マスターカーブに基づいて、前記蒸気タービンの設計耐力に対応する前記破損時間を特定する破損時間特定工程（例えば上記実施形態のステップＳ２０３）と、
を含む。
　上記（３）の態様によれば、蒸気タービンを構成する材料に関して、基準環境下における感受性と標準破損時間との相関を規定するマスターカーブが予め用意される。マスターカーブの基準環境と、実際の蒸気タービンの運用環境との間には少なからず差異があるため、マスターカーブは、蒸気タービンのサンプルボックスに収容されたサンプルの感受性及びサンプル破損時間によって補正される。このように補正されたマスターカーブに基づいて、蒸気タービンの破損時間を求めることで、精度のよい蒸気タービンの評価が可能となる。
（４）他の態様では、上記（３）の態様において、
　前記サンプル破損時間取得工程では、前記感受性が異なる複数の前記サンプルについて前記サンプル破損時間を取得し、
　前記補正マスターカーブ作成工程では、前記応力腐食割れの進行が最も速い前記サンプルに対応する前記感受性及び前記サンプル破損時間に基づいて、前記マスターカーブを補正することにより、前記補正マスターカーブを作成する。
　上記（４）の態様によれば、サンプルボックスに収容された複数のサンプルの各々について、サンプル破損時間がそれぞれ取得される。そして、これらのサンプルのうち、感受性及びサンプル破損時間によって求められる応力腐食割れの進行速さが最も速いサンプルを選定し、当該サンプルに対応する感受性及びサンプル破損時間を用いて、マスターカーブの補正を行う。これにより、大きな裕度で蒸気タービンの破損時間を推定できるため、より信頼性の高い蒸気タービンの評価が可能となる。
（５）他の態様では、上記（３）又は（４）の態様において、
　前記蒸気タービンの同種材を含み、且つ、互いに異なる感受性を有する複数の試験片を用いて破断試験を行うことにより、前記マスターカーブを作成するマスターカーブ作成工程（例えば上記実施形態のステップＳ１００）を更に備える。
　上記（５）の態様によれば、評価対象である蒸気タービンと同種材について感受性が異なる複数の試験片を用いることにより、感受性と標準破損時間との相関を規定するマスターカーブを作製できる。
（６）他の態様では、上記（１）から（５）のいずれか一態様において、
　前記マスターカーブに対応する基準温度、及び、前記蒸気タービンの運転時の温度に基づいて、前記破損時間を補正する第１補正工程（例えば上記実施形態のステップＳ２０４）を更に備える。
　上記（６）の態様によれば、サンプル破損時間に基づいて推定された蒸気タービンの破損時間を、マスターカーブの基準温度と、実機である蒸気タービンの運転時の温度とに基づいて補正する。これにより、マスターカーブの基準温度と、実機である蒸気タービンの運転時の温度との差異の影響を考慮でき、より精度の高い蒸気タービンの評価が可能となる。
（７）他の態様では、上記（１）から（６）のいずれか一態様において、
　前記マスターカーブに対応する基準湿り度、及び、前記蒸気タービンの運転時の湿り度に基づいて、前記破損時間を補正する第２補正工程（例えば上記実施形態のステップＳ２０５）を更に備える。
　上記（７）の態様によれば、サンプル破損時間に基づいて推定された蒸気タービンの破損時間を、マスターカーブの基準湿り度と、実機である蒸気タービンの運転時の湿り度とに基づいて補正する。これにより、マスターカーブの基準湿り度と、実機である蒸気タービンの運転時の湿り度との差異の影響を考慮でき、より精度の高い蒸気タービンの評価が可能となる。
（８）他の態様では、上記（１）から（７）のいずれか一態様において、
　前記サンプルは、少なくとも部分的に互いに接触し、且つ、応力が負荷された２つのサンプル材（例えば上記実施形態のサンプル材５２Ａ、５２Ｂ）を含む。
　上記（８）の態様によれば、このような構成を有するサンプルを用いることで、応力腐食割れが生じる蒸気タービンの構成部材を効果的に模擬できる。
（９）他の態様では、上記（８）の態様において、
　前記２つのサンプル材は、前記蒸気タービンに含まれる異なる材料をそれぞれ含む。
　上記（９）の態様によれば、サンプルを構成する２つのサンプル材を、蒸気タービンに含まれる異なる材料をそれぞれ含むように構成することで、蒸気タービンに生じ得る異種材接触腐食（ガルバニック腐食）を考慮した評価が可能となる。
（１０）他の態様では、上記（８）又は（９）の態様において、
　前記２つのサンプル材の間に隙間（例えば上記実施形態の隙間５６）が設けられる。
　上記（１０）の態様によれば、サンプルを構成する２つのサンプル材の間に隙間を設けることで、蒸気タービンに生じ得る隙間腐食を考慮した評価が可能となる。
（１１）他の態様では、上記（１）から（１０）のいずれか一態様において、
　前記サンプルは、ダブルＵベンド試験片（例えば上記実施形態のサンプル５０Ａ、５０Ｂ）、テーパードＤＣＢ試験片（例えば上記実施形態のサンプル５０Ｃ）、ブラントノッチＣＴ試験片（例えば上記実施形態のサンプル５０Ｄ）、プレクラックＣＴ試験片（例えば上記実施形態のサンプル５０Ｅ）である。
　上記（１１）の態様によれば、これらの試験片をサンプルとして用いることで、上記各態様の方法によって蒸気タービンを好適に評価できる。
（１２）他の態様では、上記（１）から（１１）のいずれか一態様において、
　前記サンプル破損時間取得工程では、前記サンプルに設けられた破損状態検知センサの検知信号に基づいて、前記サンプル破損時間を取得する。
　上記（１２）の態様によれば、破損状態検知センサの検知信号に基づいてサンプルにおける応力腐食割れの有無を確認できるため、サンプルボックスからサンプルを取り出すことなく、サンプル破損時間を取得できる。
（１３）他の態様では、上記（１）から（１２）のいずれか一態様において、
　前記破損時間に基づいて前記蒸気タービンの余寿命又はメンテナンス時期を評価する評価工程（例えば上記実施形態のステップＳ１０７）を更に備える。
　上記（１３）の態様によれば、上記各態様の方法によって推定された蒸気タービンの破損時間に基づいて、蒸気タービンの余寿命又はメンテナンス時期を評価することで、蒸気タービンにおいて応力腐食割れを効果的に未然防止できる。
１　蒸気タービン
２　ロータ
４　ケーシング
６　ロータ本体
８　タービン動翼
１０　翼本体
１２　チップシュラウド
１４　内周面
１６　静翼
１８　蒸気供給管
２０　蒸気排出管
２２　主流路
２４　回転軸
２６　軸受部
２８　サンプルボックス
３０　空間
３２　開閉部
５０　サンプル
５２Ａ，５２Ｂ　サンプル材
５４　ボルト
５６　隙間
６０　マスターカーブ
７０　補正マスターカーブ
１００　評価装置
１０２　サンプル破損時間取得部
１０４　記憶部
１０６　補正マスターカーブ作成部
１０８　破損時間推定部
１１０　評価部
Ｓ　蒸気

Claims (13)

  1. 　蒸気タービンのサンプルボックスに収容され、前記蒸気タービンの評価対象材に比べて応力腐食割れに対する感受性が高く構成されたサンプルのサンプル破損時間を取得するサンプル破損時間取得工程と、
    　前記サンプル破損時間に基づいて、前記蒸気タービンの破損時間を推定する破損時間推定工程と、
    を備える、蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  2. 　前記サンプルは前記評価対象材に比べて強度が高い、請求項１に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  3. 　前記破損時間推定工程は、
    　前記感受性と標準破損時間との相関を規定するマスターカーブを、前記第１工程で用いた前記サンプルの前記感受性及び前記サンプル破損時間を用いて補正することにより、補正マスターカーブを作成する補正マスターカーブ作成工程と、
    　前記補正マスターカーブに基づいて、前記蒸気タービンの設計耐力に対応する前記破損時間を特定する破損時間特定工程と、
    を含む、請求項１又は２に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  4. 　前記サンプル破損時間取得工程では、前記感受性が異なる複数の前記サンプルについて前記サンプル破損時間を取得し、
    　前記補正マスターカーブ作成工程では、前記応力腐食割れの進行が最も速い前記サンプルに対応する前記感受性及び前記サンプル破損時間に基づいて、前記マスターカーブを補正することにより、前記補正マスターカーブを作成する、請求項３に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  5. 　前記蒸気タービンの同種材を含み、且つ、互いに異なる感受性を有する複数の試験片を用いて破断試験を行うことにより、前記マスターカーブを作成するマスターカーブ作成工程を更に備える、請求項３又は４に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  6. 　前記マスターカーブに対応する基準温度、及び、前記蒸気タービンの運転時の温度に基づいて、前記破損時間を補正する第１補正工程を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  7. 　前記マスターカーブに対応する基準湿り度、及び、前記蒸気タービンの運転時の湿り度に基づいて、前記破損時間を補正する第２補正工程を更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  8. 　前記サンプルは、少なくとも部分的に互いに接触し、且つ、応力が負荷された２つのサンプル材を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  9. 　前記２つのサンプル材は、前記蒸気タービンに含まれる異なる材料をそれぞれ含む、請求項８に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  10. 　前記２つのサンプル材の間に隙間が設けられる、請求項８又は９に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  11. 　前記サンプルは、ダブルＵベンド試験片、テーパードＤＣＢ試験片、ブラントノッチＣＴ試験片、プレクラックＣＴ試験片である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  12. 　前記サンプル破損時間取得工程では、前記サンプルに設けられた破損状態検知センサの検知信号に基づいて、前記サンプル破損時間を取得する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
  13. 　前記破損時間に基づいて前記蒸気タービンの余寿命又はメンテナンス時期を評価する評価工程を更に備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の蒸気タービンの応力腐食割れ評価方法。
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