(57)【要約】【課題】検査期間やコストを抑制しつつ、より正確な余寿命評価を行うことができる高温機器の余寿命評価方法および余寿命評価支援システムを提供すること。【解決手段】高温機器における硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を求める試験工程と、高温機器のクリープ解析を行って、硬さ計測が可能な部位におけるクリープひずみ量の分布と、高温機器においてクリープ損傷が最大となる最大損傷発生部とを求める解析工程と、高温機器の硬さ分布を計測した計測結果に基づいて得られる硬さ低下量の分布から熱時効による硬さ低下量を引いて得られる硬さ低下量の分布を用いてクリープひずみ量の分布を求める演算工程と、演算工程で求めたクリープひずみ量の分布と解析工程のクリープ解析で求めたクリープひずみ量の分布とを比較することで、評価対象である高温機器の最大損傷発生部におけるクリープ損傷率を推定する推定工程とを有する。【選択図】  図４
2020118566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温環境下で使用される高温機器の余寿命評価方法であって、
前記高温機器における硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を求める試験工程と、
前記高温機器のクリープ解析を行って、硬さ計測が可能な部位におけるクリープひずみ量の分布と、前記高温機器においてクリープ損傷が最大となる最大損傷発生部とを求める解析工程と、
前記高温機器の硬さ分布を計測した計測結果に基づいて得られる硬さ低下量の分布から熱時効による硬さ低下量を引いて得られる硬さ低下量の分布を用いてクリープひずみ量の分布を求める演算工程と、
前記演算工程で求めたクリープひずみ量の分布と前記解析工程の前記クリープ解析で求めたクリープひずみ量の分布とを比較することで、評価対象である前記高温機器の最大損傷発生部におけるクリープ損傷率を推定する推定工程と
を有することを特徴とする高温機器の余寿命評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の高温機器の余寿命評価方法において、
前記試験工程は、
切欠き試験片、又は、実機形状模擬試験体を用いた実機における応力集中部を模擬した試験片によるクリープ試験行って硬さ低下量を求め、
同形状に対してクリープ解析を行った結果から硬さ計測位置におけるクリープひずみ量を出力することで、
前記硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を求めることを特徴とする高温機器の余寿命評価方法。
【請求項３】
請求項１記載の高温機器の余寿命評価方法において、
前記推定工程は、
前記クリープ損傷率の評価に、Ｈｕｄｄｌｅｓｔｏｎの応力、Ｗｅｉｓｓの式、Ｓｐｉｎｄｌｅｒの式などの多軸応力による延性低下を考慮したクリープ損傷率評価アルゴリズムを用いることを特徴とする高温機器の余寿命評価方法。
【請求項４】
請求項１記載の高温機器の余寿命評価方法において、
前記解析工程は、
前記クリープ解析に、修正θ投影法などの１次から３次クリープまでのクリープ曲線全域を近似できるクリープ則を用いることを特徴とする高温機器の余寿命評価方法。
【請求項５】
請求項１記載の高温機器の余寿命評価方法において、
前記解析工程は、
前記クリープ解析として、有限要素法による非弾性解析を用い、
設計条件を基本として、温度や材料、形状のばらつきなどの複数条件についてパラメトリックに計算することで、実機の運用時間におけるクリープひずみ量の分布、及び、前記クリープ損傷率を網羅的に求めることを特徴とする高温機器の余寿命評価方法。
【請求項６】
請求項１記載の高温機器の余寿命評価方法において、
前記演算工程で用いられる前記高温機器の硬さ分布の計測結果は、ポータブルタイプを含むマイクロビッカース硬さ計にて計測された計測結果であることを特徴とする高温機器の余寿命評価手法。
【請求項７】
高温環境下で使用される高温機器の余寿命評価を支援する余寿命評価支援システムであって、
前記高温機器における硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を算出する計測データ評価部と、
前記高温機器のクリープ解析を行って、硬さ計測が可能な部位におけるクリープひずみ量の分布と、クリープ損傷が最大となる最大損傷発生部とを算出する損傷評価部と、
前記高温機器の硬さ分布を計測した計測結果に基づいて得られる硬さ低下量の分布から熱時効による硬さ低下量を引いて得られる硬さ低下量の分布を用いてクリープひずみ量の分布を推定するクリープひずみ評価部と、
前記クリープひずみ評価部で推定したクリープひずみ量の分布と前記損傷評価部で算出したクリープひずみ量の分布とを比較することで、評価対象である前記高温機器の最大損傷発生部におけるクリープ損傷率を推定する損傷率推定部と
を備えたことを特徴とする余寿命評価支援システム。
【請求項８】
請求項７記載の余寿命評価支援システムにおいて、
前記損傷評価部は、予め定めた複数の条件のそれぞれに応じてクリープひずみ量の分布を複数算出し、
前記損傷率推定部は、前記クリープひずみ評価部で推定したクリープひずみ量の分布に基づいて、前記損傷評価部で算出した複数のクリープひずみ量の分布から１つを選択して用いることを特徴とする余寿命評価支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンにおけるタービンロータなどの高温機器の余寿命評価法および余寿命評価支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に蒸気タービンは、タービンロータの外周部に多数の動翼が植え込まれた構造をしており、動翼で蒸気力を回転力へ変換して発電機を回すことで発電を行う設備である。このような蒸気タービンにおいて、例えば高中圧段タービンロータは高温・高圧の蒸気に長時間さらされる上、タービンロータの回転による遠心力を受けるといった環境下で使用される。また、特に動翼との嵌合部やディスク付け根部などの形状不連続部では比較的高い応力が発生するため、その応力集中部は高温クリープによる損傷を受け易いと考えられえる。
【０００３】
また、蒸気タービンは１０万時間を超えるような長期間の運用がなされるため、クリープや疲労による損傷について定期的に検査を行いながら運用される。このような検査においては通常、検査後に再度タービンロータを使用するため、材料を切り出すような破壊検査ではなく、例えば硬さ法や組織観察法（ボイド個数密度、炭化物サイズ、結晶粒径などに基づく検査方法）、電位差法などの非破壊検査が用いられる。
【０００４】
このようなタービンロータの検査に関する技術として、例えば、特許文献１には、平滑丸棒試験片（単軸）クリープ試験の結果からクリープひずみと硬さの関係を求め、評価対象機器の硬さを計測することでクリープひずみを算出し、クリープ損傷評価を行うものが開示されている。また、特許文献２には、組織観察法として、評価対象部の表面を研磨仕上げ及びエッチングしたあとにレプリカ法を用いてボイド個数や炭化物サイズ等のデータを取得し、クリープボイド面積率およびクリープボイド径を計測してクリープ損傷を評価する方法が開示されている。また、特許文献３には、超音波探傷法による損傷評価法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５８６２１号公報
【特許文献２】特開２００８−６４５７０号公報
【特許文献３】特開平１１−７２４８３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】多軸応力条件下における改良12Cr鋼のクリープ損傷評価、日本機械学会M&M材料力学カンファレンス2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術のような組織観察法や硬さ法などの非破壊検査手法を用いて直接的に応力集中部となる翼溝部などの狭隘部の計測を行う場合には動翼の抜き取り作業が必要となるほか、新翼作成が必要となるため、定期検査期間の延長およびコスト増化に繋がる。また、硬さ法を用いる場合には、直接的に狭隘部に計測機器を挿入できない場合も多く、計測可能部位が限定されるという問題がある。超音波探傷法を用いる場合には、動翼の抜き取り作業は不要であるが、ある程度大きなき裂やボイドの高密度の集中などは検出できるものの、局部的なクリープ損傷を捉えるのは困難である場合が多い。
【０００８】
また、応力集中部などの多軸応力条件下に置かれる部位における高温クリープ損傷は、特に高Ｃｒ鋼などの高延性材料においては通常の単軸クリープ試験の延性的な破壊から低延性型(き裂型)の破壊に変わることが知られている。さらに、形状によっては応力集中部表面ではなく、内部で損傷が発生することも報告されている（特許文献１等参照）。
【０００９】
すなわち、上記従来技術には主に以下のような問題点があった。
・応力集中部の特に内部破壊が生じる可能性のある部位の余寿命評価ができない。
・応力集中部を計測するには動翼の抜き取り作業が必要になるほか、新翼作成が必要となり、定期検査期間の長期化やコスト増に繋がる。
・非破壊検査のみでは、点もしくは任意範囲のみの評価しか行うことができず、最も損傷が大きくなる部位の特定が困難であり、正確な余寿命評価を行うことができない。
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、検査期間やコストを抑制しつつ、より正確な余寿命評価を行うことができる高温機器の余寿命評価方法および余寿命評価支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、高温環境下で使用される高温機器の余寿命評価方法であって、前記高温機器における硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を求める試験工程と、前記高温機器のクリープ解析を行って、硬さ計測が可能な部位におけるクリープひずみ量の分布と、前記高温機器においてクリープ損傷が最大となる最大損傷発生部とを求める解析工程と、前記高温機器の硬さ分布を計測した計測結果に基づいて得られる硬さ低下量の分布から熱時効による硬さ低下量を引いて得られる硬さ低下量の分布を用いてクリープひずみ量の分布を求める演算工程と、前記演算工程で求めたクリープひずみ量の分布と前記解析工程の前記クリープ解析で求めたクリープひずみ量の分布とを比較することで、評価対象である前記高温機器の最大損傷発生部におけるクリープ損傷率を推定する推定工程とを有するものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検査期間やコストを抑制しつつ、より正確な余寿命評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る高温機器の一例であるタービンロータを備える蒸気タービン発電設備の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る余寿命評価支援システムの全体構成を模式的に示す図である。
【図３】蒸気タービンにおける評価対象部の構造の一部を抜き出して示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係る余寿命評価の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】クリープ試験における時間とクリープひずみ量との関係を示す図である。
【図６】クリープひずみ量と硬さ低下量の関係を示す図である。
【図７】蒸気タービンにおける観察可能な面を示す図である。
【図８】グループひずみ量の分布の評価位置の一例を示す図である。
【図９】硬さ測定位置の一例を示す図である。
【図１０】評価位置における硬さ低下量の分布を模式的に示したものである。
【図１１】評価位置について予め求めた硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を示す図である。
【図１２】各測定点におけるクリープひずみ量の推定結果の一例を示す図である。
【図１３】複数の条件について求めたクリープひずみ量の分布と、クリープひずみ量（推定）の分布とを比較した図である。
【図１４】最大損傷発生部におけるクリープ損傷率Ｄｃの時間履歴を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る余寿命評価の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１〜図１４を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る高温機器の一例であるタービンロータを備える蒸気タービン発電設備の全体構成を概略的に示す図である。
【００１７】
図１に示すように、蒸気タービン発電設備１００は、ボイラ１、高圧タービン３、中圧タービン６、低圧タービン９、復水器１１、及び負荷機器１３を備えている。
【００１８】
ボイラ１は蒸気発生源であり、復水器１１から供給された給水を加熱して高温高圧の蒸気を発生させる。ボイラ１で発生した高温高圧の蒸気は、主蒸気管２を介して高圧タービン３に導かれ、高圧タービン３を駆動する。高圧タービン３を駆動して減圧した蒸気は、高圧タービン排気管４を流下してボイラ１に導かれ、再度加熱されて再熱蒸気となる。
【００１９】
ボイラ１で加熱された再熱蒸気は、再熱蒸気管５を介して中圧タービン６に導かれ、中圧タービン６を駆動する。中圧タービン６を駆動して減圧した蒸気は、中圧タービン排気管７を介して低圧タービン９に導かれ、低圧タービン９を駆動する。低圧タービン９を駆動して減圧した蒸気は、ディフューザー１０を流れて復水器１１に導かれる。復水器１１は冷却水配管（図示せず）を備えており、復水器１１に導かれた蒸気と冷却水配管内を流れる冷却水とを熱交換させて蒸気を復水する。復水器１１で生成された復水は、給水として給水ポンプ５６により再びボイラ１に送られる。
【００２０】
高圧タービン３、中圧タービン６、及び低圧タービン９は、タービンロータ２２によって同軸上に連結されている。負荷機器１３（例えば発電機）は、タービンロータ２２に連結されており、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９の回転動力により発電機１３が駆動されることで、高圧タービン３、中圧タービン６、及び低圧タービン９の回転動力が電力に変換される。
【００２１】
なお、本実施の形態では、連結された高圧タービン３、中圧タービン６、低圧タービン９、及び発電機１３がタービンロータ２２によって連結される場合を例示したが、これに限られず、例えば、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９がそれぞれ発電機を駆動し個別に電力に変換する構成としても良いし、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９のうち任意の２つを連結したもので発電機を駆動し電力に変換する構成としても良い。また、高圧タービン３、中圧タービン６、及び低圧タービン９を備える構成を例示したが、例えば、中圧タービン６を省略し、高圧タービン３及び低圧タービン９を備える構成としても良い。さらには、蒸気発生源としてボイラ１を用いる構成を例示したが、例えば、蒸気発生源としてガスタービンの排熱を利用する廃熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）を備える構成、すなわち蒸気タービン設備をコンバインドサイクル発電設備としても良い。また、蒸気発生源として原子炉を備える原子力発電設備としても良い。
【００２２】
図２は、本実施の形態に係る余寿命評価支援システムの全体構成を模式的に示す図である。
【００２３】
余寿命評価支援システム２００は、高温環境下で使用される高温機器である蒸気タービン（例えば、高圧タービン３や中圧タービン６）におけるタービンロータの余寿命評価の支援を行うものであり、制御装置３０、硬さ計４０、記憶装置５０、及び出力装置６０などから概略構成されている。また、制御装置３０は、高温機器の余寿命評価支援システムを実現する機能部として、計測データ評価部３１、損傷評価部３２、クリープひずみ評価部３３、及び余寿命評価部３４を備えている。
【００２４】
本実施の形態においては、蒸気タービンを構成するタービンロータと動翼との嵌合部を評価対象部として余寿命評価を行う場合を例示して説明する。図３は、蒸気タービンにおける評価対象部の構造の一部を抜き出して示す斜視図である。図３に示すように、タービンロータ２２（より詳しくは、タービンディスク２２ａ）と動翼２４は、タービンロータ２２（タービンディスク２２ａ）の外周に設けられた翼溝２３と、タービンロータ２２のシュラウド２１とは反対側の端部に設けられた翼根２５との嵌合による、所謂、アキシャルエントリ（もしくはサイドエントリ）構造によって接続されている。
【００２５】
図４は、本実施の形態に係る余寿命評価の処理手順を示すフローチャートである。
【００２６】
図４に示すように、余寿命評価においては、まず、事前準備を行う事前準備工程（ステップＳ１００）を行い、続いて、実機の余寿命評価工程（ステップＳ２００）を行うことで、評価対象機器である蒸気タービンの余寿命評価を行う。
【００２７】
まず、事前準備工程（ステップＳ１００）について説明する。事前準備工程（ステップＳ１００）では、クリープ試験（ステップＳ１１０）と、評価対象機器のクリープ解析（ステップＳ１２０）とを行う。
【００２８】
クリープ試験（ステップＳ１１０）では、タービンロータ２２を構成するタービンロータ材について破断試験と中断試験を行い、タービンロータ２２の硬さの低下量とクリープひずみ量との関係を取得する。なお、クリープ試験（ステップＳ１１０）における各処理は、記憶装置５０に記憶された計測結果などの情報を用いて計測データ評価部３１において行われ、また、処理結果は記憶装置５０に送られて記憶される。
【００２９】
図５は、クリープ試験における時間とクリープひずみ量との関係を示す図である。また、図６は、クリープひずみ量と硬さ低下量の関係を示す図である。
【００３０】
クリープ試験では、切欠き試験片、又は、実機形状模擬試験体を用いた実機における応力集中部を模擬した試験片を用いて硬さ低下量を求め、同形状に対してクリープ解析を行った結果から硬さ計測位置におけるクリープひずみ量を出力することで、硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を求めている。
【００３１】
図５において、破断時間ｔｒに対して任意の試験時間ｔ１〜ｔ３でクリープ試験を中断し、断面を切り出して硬さ計測をすることで、任意のクリープひずみ量εｃ１〜εｃ３に対する硬さの低下量を評価することができる。
【００３２】
そして、応力や温度の条件を様々に変えてクリープ試験を実施することで、図６に示すように、各条件における時間とクリープひずみ量との関係を取得することができる。
【００３３】
また、本実施の形態におけるクリープ試験（ステップＳ１１０）では、無負荷加熱環境下での材料（時効材）による硬さ低下量も評価する。時効材による評価結果からは、長時間運用中における時効による硬さ低下分を推定することができ、この時効による硬さ低下分を補正することによってより精度の高い余寿命評価を行うことができる。なお、時効材の硬さ計測を行う硬さ計４０については特に限定するものではないが、例えば、ポータブルタイプを含むマイクロビッカース硬さ計を用いて硬さ計測を行う。
【００３４】
評価対象機器のクリープ解析（ステップＳ１２０）では、評価対象機器のクリープ解析を行い、対象においてクリープ損傷が最大となる部位（最大損傷発生部）を特定し、その最大損傷発生部におけるクリープ損傷率を評価しておくと共に、時間履歴も評価しておく。また、実機で硬さの計測が可能である部位でのクリープひずみ量の分布及び時間履歴も評価しておく。なお、評価対象機器のクリープ解析（ステップＳ１２０）における各処理は、記憶装置５０に記憶された情報を用いて損傷評価部３２において行われ、また、処理結果は記憶装置５０に送られて記憶される。
【００３５】
図８は、軸方向挿入タイプの翼溝部のクリープひずみ量の分布の評価位置の例を示したものであり、図７に示す矢視方向から観察可能な面について計測することを想定したものである。なお、図８では、グループひずみ量の分布をライン状に取得している場合を例示しているが、例えば、実機（評価対象機器）における硬さ計測（後述）において硬さの面分布を取得する場合には、その範囲に合わせてグループひずみ量の分布を算出する。
【００３６】
なお、ステップＳ１２０においては、クリープ解析による変形評価を精度よく評価するために、下記の式（１）で例示する修正θ投影法などのように１次〜３次クリープ全域のひずみ履歴を表現できるクリープ則を用いることが推奨される。
【００３７】
【数１】
2020118566.tif 000003
【００３８】
ただし、明らかに発生するひずみが２次クリープ域までで収まる場合には、Ｎｏｒｔｏｎ−Ｂａｉｌｅｙ則やＢｌａｃｋｂｕｒｎの式などの１次〜２次クリープまでを表現可能なクリープ則を用いても良い。
【００３９】
また、クリープ損傷率の評価には、一般的なミーゼス応力ではなく、Ｈｕｄｄｌｅｓｔｏｎの応力やＳｐｉｎｄｌｅｒの式、Ｗｅｉｓｓの式などの多軸応力によるクリープ延性の低下を考慮したクリープ損傷評価クライテリアを使用することが推奨される。
【００４０】
次に、実機（評価対象機器）の余寿命評価工程（ステップＳ２００）について説明する。実機（評価対象機器）の余寿命評価工程（ステップＳ２００）における各処理は、記憶装置５０に記憶された情報を用いてクリープひずみ評価部３３および余寿命評価部３４において行われ、また、処理結果は記憶装置５０に送られて記憶されるとともに、必要に応じてモニタやプリンタなどの出力装置６０に出力される。
【００４１】
実機（評価対象機器）の余寿命評価工程（ステップＳ２００）では、まず、事前にクリープ解析（ステップＳ１２０）で評価した部位について硬さ計測を行い、硬さの分布データを取得する（ステップＳ２１０）。図９は評価対象機器の翼溝部についてライン状に計測する位置を示した模式図であり、図８で示したクリープ解析でのクリープひずみ量の評価位置と対応した部位で硬さ計測を行う。なお、図９ではライン状で計測する場合を例示しているが、図８において先述したように面状になるよう計測しても良い。また、硬さ計測を行う硬さ計４０については特に限定するものではないが、例えば、ポータブルタイプを含むマイクロビッカース硬さ計を用いて硬さ計測を行う。
【００４２】
続いて、計測結果（硬さの分布）から硬さ低下量を算出し、当該部分の温度および運転時間に基づく時効による硬さの低下量（ステップＳ１１０参照）を引いた硬さ低下量を求める。図１０は、評価位置における硬さ低下量の分布を模式的に示したものである。図１０に示すように、硬さ低下量の分布は翼溝形状に起因した分布を持っており、また、硬さ計測自体のばらつきの影響も含まれた結果となる。
【００４３】
図１１は、評価位置についてステップＳ１１０で予め求めた硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を示す図である。図１０に示す評価位置における硬さ低下量の分布から、図１１に示す関係を用いて、図１２に示すような各測定点におけるクリープひずみ量を推定して評価位置におけるクリープひずみ量（推定）の分布を求める（ステップＳ２０２）。
【００４４】
続いて、ステップＳ２０２で求めたクリープひずみ量（推定）の分布と、ステップＳ１２０で評価位置について複数の条件について予めクリープ解析で求めたクリープひずみ量の分布とを比較し、比較結果に基づいて複数の条件のうち最適なものを選択する（ステップＳ２０３）。図１３は、ステップＳ１２０で複数の条件について求めたクリープひずみ量の分布と、ステップＳ２０２で求めたクリープひずみ量（推定）の分布とを比較した図である。図１３においては一例として、条件Ａ、条件Ｂ、及び、条件Ｃについてクリープ解析でクリープひずみ量の分布を求めた場合を示し、クリープひずみ量（推定）の分布と比較している。なお、クリープ解析に用いる条件としては、応力や温度条件の他に、評価対象機器の設計公差や材料特性をパラメータとした多数の条件について評価しておくと、他の部位の硬さ計測結果と合わせてより高精度の余寿命評価が可能である。
【００４５】
例えば、図１２において、クリープ解析で求めたクリープひずみ量の分布と評価対象機器の実測データから求めたクリープひずみ量（推定）の分布が最も傾向が近いのは条件Ｂの場合となる。なお、クリープひずみ量（推定）の分布とクリープ解析の結果との対応を評価する場合には、例えば、マハラノビス距離が最も小さくなるものを選択するような統計処理により、実測結果（クリープひずみ量（推定）の分布）と最もばらつきが小さいクリープ解析の条件を選択する方法が推奨される。また、同処理をシステム化することで評価をより高速化することができる。
【００４６】
続いて、実測からのクリープひずみ量の（推定）の分布と最も良く対応したクリープひずみ量の分布が得られるクリープ解析の条件（例えば、条件Ｂ）における最大損傷発生部でのクリープ損傷率を求め（ステップＳ２０４）、クリープ損傷率から得られる運用時間ｔ１とクリープ損傷発生推定寿命ｔｉから余寿命を求める（ステップＳ２０５）。図１４は、最大損傷発生部におけるクリープ損傷率Ｄｃの時間履歴を示す図である。図１４に示す関係は、ステップＳ１２０において得られる。なお、最大損傷発生部での損傷発生寿命ｔｉは、クリープ損傷率Ｄｃ＝１となる時点としている。ここで、条件Ｂの運用時間ｔ１に対し、最大損傷発生部での損傷発生寿命ｔｉとの差（ｔｉ−ｔ１）が評価対象機器の余寿命として評価される。実際の本評価手法の運用時には、評価結果のばらつき等を考慮してクリープ損傷率Ｄｃもしくは損傷発生寿命ｔｉにマージンを取って評価した余寿命にて次回定検時期の検討等を進めることが推奨される。
【００４７】
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
【００４８】
従来技術には主に以下のような問題点があった。
・応力集中部の特に内部破壊が生じる可能性のある部位の余寿命評価ができない。
・応力集中部を計測するには動翼の抜き取り作業が必要になるほか、新翼作成が必要となり、定期検査期間の長期化やコスト増に繋がる。
・非破壊検査のみでは、点もしくは任意範囲のみの評価しか行うことができず、最も損傷が大きくなる部位の特定が困難であり、正確な余寿命評価を行うことができない。
【００４９】
これに対して、本実施の形態においては、高温機器における硬さ低下量とクリープひずみ量の関係を求める試験工程と、高温機器のクリープ解析を行って、硬さ計測が可能な部位におけるクリープひずみ量の分布と、高温機器においてクリープ損傷が最大となる最大損傷発生部とを求める解析工程と、高温機器の硬さ分布を計測した計測結果に基づいて得られる硬さ低下量の分布から熱時効による硬さ低下量を引いて得られる硬さ低下量の分布を用いてクリープひずみ量の分布を求める演算工程と、演算工程で求めたクリープひずみ量の分布と解析工程のクリープ解析で求めたクリープひずみ量の分布とを比較することで、評価対象である高温機器の最大損傷発生部におけるクリープ損傷率を推定する推定工程とを有するので上記問題点を解決することができ、検査期間やコストを抑制しつつ、より正確な余寿命評価を行うことができる。
【００５０】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図１５を参照しつつ説明する。
【００５１】
本実施の形態は、第１の実施の形態における事前準備工程に、評価対象機器の応力集中部における損傷形態に対する評価を想定したクリープ試験結果に基づき損傷評価およびクリープひずみ量を評価する工程を追加したものである。
【００５２】
図１５は、本実施の形態に係る余寿命評価の処理手順を示すフローチャートである。図中、第１の実施の形態と同様の工程には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
図１５に示すように、余寿命評価においては、まず、事前準備を行う事前準備工程（ステップＳ１００Ａ）を行い、続いて、実機の余寿命評価工程（ステップＳ２００）を行うことで、評価対象機器である蒸気タービンの余寿命評価を行う。
【００５４】
まず、事前準備工程（ステップＳ１００Ａ）について説明する。事前準備工程（ステップＳ１００Ａ）では、クリープ試験（ステップＳ１１１）と、クリープ解析（ステップＳ１１２）と、クライテリア作成（ステップＳ１１３）と、評価対象機器のクリープ解析（ステップＳ１２０）とを行う。
【００５５】
クリープ試験（ステップＳ１１１）においては、切欠材や翼溝ＴＰなどについて、応力集中部での硬さ低下量および損傷（ボイドや微小き裂）の分布を中断試験により取得する。また、無負荷過熱による硬さ低下量の評価を行う。
【００５６】
クリープ解析（ステップＳ１１２）においては、応力集中部でのクリープひずみ量の分布、及び、時間履歴を取得する。
【００５７】
クライテリア作成（ステップＳ１１３）においては、応力集中部での損傷分布と解析結果に合わせて、多軸応力の影響を考慮したクリープ損傷クライテリアを作成する。また、応力集中部における硬さ低下量（実測）とクリープひずみ量（ＦＥ解析）の関係を取得する。
【００５８】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
また、従来技術等に開示されているように、一般的に切欠材などの応力集中部では応力多軸度の影響により損傷が内部に分布すると共に、平滑材ではボイドが発生しない高Ｃｒ鋼でも切欠材では発生するようになる。その為、応力集中部でのクリープ損傷評価には多軸応力の影響を考慮する必要があるため、切欠材や実機を模擬した翼溝ＴＰなどによるクリープ試験を行い、中断材を作成して断面観察するなどによって応力集中部での損傷分布を評価する必要がある。また、応力集中部でのクリープひずみは実測することが困難であるため、クリープ解析により評価する必要がある。
【００６１】
これに対して本実施の形態においては、切欠材などによるクリープ試験を行い、応力集中部での損傷評価を行うと共に、応力集中部での硬さの低下量分布を取得して詳細なクリープ解析により求めたクリープひずみの分布と比較することで、第１の実施の形態で求めた硬さ低下量とクリープひずみ量の関係（図６参照）を作成することにより、上記従来技術における問題を解決することができる。
【００６２】
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…ボイラ、２…主蒸気管、３…高圧タービン、４…高圧タービン排気管、５…再熱蒸気管、６…中圧タービン、７…中圧タービン排気管、９…低圧タービン、１０…ディフューザー、１１…復水器、１３…負荷機器（発電機）、２１…シュラウド、２２…タービンロータ、２２ａ…タービンディスク、２３…翼溝、２４…動翼、２５…翼根、３０…制御装置、３１…計測データ評価部、３２…損傷評価部、３３…評価部、３４…余寿命評価部、４０…硬さ計、５０…記憶装置、５６…給水ポンプ、６０…出力装置、２００…余寿命評価支援システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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