(57)【要約】【課題】発電機器の摩耗寿命を実際の使用状況に基づき正確に評価する。【解決手段】この摩耗寿命評価装置は、基材の摩耗量の経時的変化を表す複数の第１の摩耗データを記憶する第１の記憶部と、実測された評価対象の所定基材の摩耗量を表す第２の摩耗データと、運転時間と、基材の摩耗速度と静的強度パラメータの対応関係を表す対応データと、を記憶する第２の記憶部とを備え、前記第２の摩耗データと、前記第１の摩耗データ又は前記対応データと、に基づいて所定基材の摩耗寿命評価を行う。【選択図】図１
2011112485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン機器の基材、相手材、接触形態および接触面圧の組み合わせに応じた摩耗量の経時的変化を表す複数の第１の摩耗データを記憶する第１の記憶部と、
相手材と接触し、実測された前記ガスタービン発電機器の評価対象の所定基材の摩耗量を表す第２の摩耗データと、運転時間と、前記基材の摩耗速度と静的強度パラメータの対応関係を表す対応データと、を記憶する第２の記憶部と、
選定された前記ガスタービン機器の前記所定基材、相手材、接触形態および接触面圧を入力する入力部と、
前記記憶された複数の摩耗データから、前記組み合わせに応じた前記第１の摩耗データを検索する検索部と、
前記組み合わせに応じた前記第１の摩耗データが検索された場合、前記記憶された所定基材の摩耗量を表す第２の摩耗データを抽出し、また前記組み合わせに応じた第１の摩耗データが検索されない場合、前記記憶された所定基材の摩耗量を表す第２の摩耗データと前記対応データとを抽出する抽出部と、
前記抽出された第２の摩耗データと、前記検索された第１の摩耗データまたは前記抽出された対応データとに基づいて前記入力された所定基材の摩耗寿命を評価する評価部と、
を備えることを特徴とする発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項２】
前記静的強度パラメータは、前記所定基材の引張強度、耐力の平均値、破断伸びの積である変形仕事量を表し、
前記第２の記憶部が前記基材と前記静的強度パラメータとの対応関係を記憶し、
前記抽出部が前記第２の記憶部から前記入力された所定基材に対応する静的強度パラメータを抽出し、前記抽出した静的強度パラメータと前記対応データとから、対応する前記所定基材の摩耗速度を抽出し、
装置が、前記抽出された摩耗速度と前記記憶された運転時間とに基づいて、前記第１の摩耗データを作成する作成部をさらに備え、
前記評価部は、前記抽出された第２の摩耗データと、前記作成された第１のデータと、に基づいて前記入力された所定基材の摩耗寿命を評価する
ことを特徴とする請求項１記載の発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項３】
前記第１の摩耗データは、前記基材の摺動距離と前記摩耗量の対応関係を表し、初期摩耗状態と定期摩耗状態を含み、
前記検索部は、前記初期摩耗状態と前記定期摩耗状態からなる前記第１の摩耗データを検索する
ことを特徴とする請求項１または２記載の発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項４】
前記入力される接触形態は、所定基材と相手材の接触面における振幅の大きさを表し、
前記入力部は、前記接触面における周波数をさらに入力し、
前記作成部は、前記入力する周波数、前記振幅および前記記憶された運転時間に基づいて前記基材の摺動距離を算出し、前記算出した摺動距離と前記所定基材の摩耗量との対応関係を表し、初期摩耗状態と定常摩耗状態からなる前記第１の摩耗データを作成する
ことを特徴とする請求項２または３記載の発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項５】
前記第２の摩耗データの摩耗量と、前記第１の摩耗データの摩耗量とが一致するか否か判断する判断部を
さらに備え、前記評価部は、前記第２の摩耗データの摩耗量と、前記第１の摩耗データの摩耗量とが一致した場合、前記入力された所定基材の摩耗寿命を評価し、前記第２の摩耗データの摩耗量と、前記第１の摩耗データの摩耗量とが一致しない場合、前記検索部の検索を再度行わせる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項６】
前記評価部によって評価された前記所定基材の摩耗寿命に基づいて、前記基材の交換時期を決定する決定部を
さらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項７】
前記第２の摩耗データは、前記実測された前記所定基材と前記相手材との摩耗損傷によって生じた摩耗粉の重量と、前記所定基材の摩耗領域の面積と、に基づいて求められた摩耗損傷の深さからなり、
前記検索部は、前記求められた第２の摩耗データを抽出する
ことを特徴とする請求項１記載の発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項８】
前記第２の記憶部は、逐次実測された複数の前記第２の摩耗データを記憶し、
抽出部は、前記記憶された複数の第２の摩耗データを抽出し、
前記作成部は、前記抽出された複数の第２の摩耗データに基づいて、前記第１の摩耗データを作成する
ことを特徴とする請求項２記載の発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項９】
前記評価部は、前記所定基材に生じる摩擦力の変化を示す係数と前記摺動距離との対応関係から摩耗状態の変化を推定して、前記所定基材の摩耗寿命を評価する
ことを特徴とする請求項１記載の発電機器の摩耗寿命評価装置。
【請求項１０】
入力部が、選定されたガスタービン機器の評価対象の所定基材、この所定基材と接触する相手材、この所定基材と相手材の接触形態および接触面圧を入力するステップと、
検索部が、記憶部に記憶された基材と相手材、接触形態および接触面圧の組み合わせに応じた摩耗量の経時的変化を表す複数の第１の摩耗データから、前記入力された所定基材、相手材、接触形態および接触面圧の組み合わせに応じた第１の摩耗データを検索するステップと、
抽出部が、前記組み合わせに応じた前記第１の摩耗データが検索された場合、実測され、かつ前記記憶部に記憶された前記ガスタービン発電機器の所定基材での摩耗量を表す第２の摩耗データを抽出し、また前記組み合わせに応じた第１の摩耗データが検索されない場合、前記記憶部に記憶された第２の摩耗データおよび前記所定基材の摩耗速度に対する静的強度パラメータを表す対応データを抽出するステップと、
評価部が、前記検索された第１の摩耗データと、前記抽出された第２の摩耗データまたは対応データと、に基づいて前記入力された所定基材の摩耗寿命を評価するステップと、
を含むことを特徴とする発電機器の摩耗寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば火力発電用ガスタービンの発電機器の摩耗寿命を評価する発電機器の摩耗寿命評価装置および摩耗寿命評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電用ガスタービンは、運転時にロータの回転、高速で流れる高温ガスや冷却空気の通過などに伴って、様々な箇所（ガスタービンの発電機器）で振動が発生する。この振動が原因で発電機器と相手材とが接触して摩耗損傷が発生する。
そこで、シール材をアルミナコーティングし、相手材にステライトＮｏ．６等の炭素を１．０重量％程度含んだコバルト−クロム合金を用いたガスタービン燃焼器が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９３８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した先行技術には、摩耗を低減するガスタービンの発電機器が示されており、実際の使用によって生じる摩耗に対して発電機器が使用限界になるまでの寿命予想や評価については記載されていない。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、発電機器の摩耗寿命を実際の使用状況に基づき正確に評価することのできる発電機器の摩耗寿命評価装置および摩耗寿命評価方法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】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明の発電機器の摩耗寿命評価装置は、ガスタービン機器の基材、相手材、接触形態および接触面圧の組み合わせに応じた摩耗量の経時的変化を表す複数の第１の摩耗データを記憶する第１の記憶部と、相手材と接触し、実測された前記ガスタービン発電機器の評価対象の所定基材の摩耗量を表す第２の摩耗データと、運転時間と、前記基材の摩耗速度と静的強度パラメータの対応関係を表す対応データと、を記憶する第２の記憶部と、選定された前記ガスタービン機器の前記所定基材、相手材、接触形態および接触面圧を入力する入力部と、前記記憶された複数の摩耗データから、前記組み合わせに応じた前記第１の摩耗データを検索する検索部と、前記組み合わせに応じた前記第１の摩耗データが検索された場合、前記記憶された所定基材の摩耗量を表す第２の摩耗データを抽出し、また前記組み合わせに応じた第１の摩耗データが検索されない場合、前記記憶された所定基材の摩耗量を表す第２の摩耗データと前記対応データとを抽出する抽出部と、前記抽出された第２の摩耗データと、前記検索された第１の摩耗データまたは前記抽出された対応データとに基づいて前記入力された所定基材の摩耗寿命を評価する評価部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の発電機器の摩耗寿命評価方法は、入力部が、選定されたガスタービン機器の評価対象の所定基材、この所定基材と接触する相手材、この所定基材と相手材の接触形態および接触面圧を入力するステップと、検索部が、記憶部に記憶された基材と相手材、接触形態および接触面圧の組み合わせに応じた摩耗量の経時的変化を表す複数の第１の摩耗データから、前記入力された所定基材、相手材、接触形態および接触面圧の組み合わせに応じた第１の摩耗データを検索するステップと、抽出部が、前記組み合わせに応じた前記第１の摩耗データが検索された場合、実測され、かつ前記記憶部に記憶された前記ガスタービン発電機器の所定基材での摩耗量を表す第２の摩耗データを抽出し、また前記組み合わせに応じた第１の摩耗データが検索されない場合、前記記憶部に記憶された第２の摩耗データおよび前記所定基材の摩耗速度に対する静的強度パラメータを表す対応データを抽出するステップと、評価部が、前記検索された第１の摩耗データと、前記抽出された第２の摩耗データまたは対応データと、に基づいて前記入力された所定基材の摩耗寿命を評価するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発電機器の摩耗寿命を実際の使用状況に基づき正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の摩耗寿命評価装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実測される基材の摩耗領域を示す側面図である。
【図３】相手材が接触される際の基材の接触面圧と摩耗速度の対応関係を示す図である。
【図４】静的強度パラメータの一例を示す図である。
【図５】初期摩耗速度と静的強度パラメータの対応関係の一例を示す図である。
【図６】定常摩耗速度と静的強度パラメータの対応関係の一例を示す図である。
【図７】接触形態の一例として、基材と相手材の接触面における振幅の大きさを示す図で、（ａ）は基材と相手材が同一面積で接触する場合、（ｂ）は異なる面積で接触する場合である。
【図８】材料ＤＢに記憶される摩擦データの一例で、摩耗量と摺動距離との対応関係を示す図である。
【図９】初期摩耗状態と定常摩耗状態の境界点を変化させることにより初回予測摩耗量を補正する一例を示す図である。
【図１０】接触面圧を変更した場合の補正の一例を示す図である。
【図１１】接触面での周波数を変更した場合の補正の一例を示す図である。
【図１２】摩耗寿命評価装置の摩耗寿命の評価動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】実施形態２に係る摩耗重量と摩耗粉総量との対応関係の一例を示す図である。
【図１４】実施形態３に係る摩耗データの一例で、摩耗量と摺動距離との対応関係を示す図である。
【図１５】実施形態４に係る摩耗係数と摺動距離との対応関係の一例を示す図である。
【図１６】実際の摩耗損傷を、特定の摩耗損傷形態に分類するための変形例１のフローチャートである。
【図１７】変形例２に係る摩耗速度と静的強度パラメータとの対応関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態の摩耗寿命評価装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【００１１】
図１に示すように、この摩耗寿命評価装置１０は、履歴情報データベース（以下、「履歴情報DＢ」という）１１、材料データベース（以下、「材料ＤＢ」という）１２、データ入力部１３、摩耗データ検索部１４、履歴情報抽出部１５、摩耗データ作成部１６、摩耗量予測部１７、条件判断部１８、交換時期決定部１９を備える。この実施形態の摩耗寿命評価装置１０は、履歴情報ＤＢ１１、材料ＤＢ１２に記憶されたデータに基づいて評価対象となるガスタービン機器に用いられる基材の摩耗損傷寿命を評価する。
【００１２】
なお、評価対象基材としては、たとえば燃焼器のトランジションピース、蒸気弁の弁棒、長翼の羽根植込部などの蒸気の流入などによって振動が発生する部位があるが、この実施形態では、代表して燃焼器のトランジションピースの場合を説明する。
【００１３】
履歴情報ＤＢ１１は、評価対象となるガスタービン機器（トランジションピース）に用いられる基材およびこの基材に接触する相手材の材料、使用温度、摺動速度などの機器データを記憶する。また、この履歴情報ＤＢ１１は、このガスタービン機器の開始から現時点までの運転時間などの運転履歴データを記憶する。さらに、この履歴情報ＤＢ１１は、実測されたこのガスタービン発電機器の基材の摩耗量を表す現時点での摩耗損傷データ（第２の摩耗データ）を記憶する。すなわち、摩耗損傷データは、実測されたときの時間（実測時の運転時間に相当）データと実測値（摩耗量）データを含むものである。
【００１４】
また、この履歴情報ＤＢ１１は、評価対象の基材の摩耗速度に対する静的強度パラメータを表す静的強度の対応データを記憶する。なお、履歴情報ＤＢには、たとえば材料ＤＢに記憶されていない材料（基材）の静的強度パラメータを記憶することも可能である。
さらに、この履歴情報ＤＢ１１は、基材と静的強度パラメータとの対応関係も記憶している。これにより、現時点ではガスタービン機器に使用されていない材料の組み合わせについても、使用時の寿命評価が可能となる。また、この履歴情報ＤＢ１１は、材料の限界摩耗量および材料の組み合わせに対応させて、後述する材料の摩耗データの初期摩耗状態と定常摩耗状態の境界点（摺動距離）の情報も記憶している。
【００１５】
なお、機器データとしては、たとえば部位の形状や接触圧力（接触面圧）などの摩耗条件のデータも含まれる。また、弁棒などの部位によっては、運転履歴データとしては、たとえばガスタービン機器の起動停止回数等の使用条件のデータを含ませることも可能である。
【００１６】
基材および相手材の材料としては、たとえばハステロイ（ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標））ＸやＩＮ７５０、ステライト（登録商標）などの合金からなる。使用温度は、ガスタービンの使用環境での各部位での温度である。摺動速度は、基材と相手材とが往復振動する場合その往復する速度であり、回転運動する場合はその回転数である。
【００１７】
図２は、実測される基材Ａ（評価対象の基材）の摩耗領域を示す側面図である。
図２に示すように、この摩耗損傷データは、たとえば基材Ａの摩耗領域の減肉量（摩耗量）である。この摩耗量は、一般的には、タービン機器の分解が困難であるため、摩耗領域を表面粗さ計などにより表面の形状を計測し、平均的な摩耗深さから算出する。
なお、摩耗損傷データとしては、上記減肉量の代わりに、たとえば摩耗粉量、摩耗した基材表面の性状データ、摩耗した基材表面の化学成分分析データなどを用いることも可能である。
【００１８】
次に、基材Ａの静的強度の対応データについて説明する。この静的強度の対応データは、基材Ａの摩耗速度と静的強度パラメータとの対応関係を表すデータである。
図３は、相手材が接触される際の基材の接触面圧と摩耗速度の対応関係の一例を示す図である。この図３では、基材と相手材が１対１の関係にある場合を示し、図中の黒丸と白丸が、材質は同じでその材料成分が異なる複数の基材を示す。
図３に示すように、摩耗速度は、初期摩耗状態での速度（初期摩耗速度）とその後の定常摩耗状態での速度（定常摩耗速度）では、必ずしも接触面圧に対する依存性は一致しないが、接触面圧の増加とともに摩耗速度は増加する傾向にあることが分かる。
【００１９】
図４は、静的強度パラメータの一例を示す図である。
図４に示すように、静的強度パラメータとしては、たとえば材料（基材）の変形仕事量を用いることができる。この静的強度パラメータ（変形仕事量）は、材料の耐力、引張強さの平均値、基材の破断時伸び（最大歪）との積で表される量であり、図４中の斜線で示される面積に相当し、引張破断する場合に材料が吸収するエネルギーに当たる。材料が摩耗損傷していく場合には、局所的に接触した部分が相手材との引張によって変形し、破断した場合に摩耗粉となって摩耗減量が生じると考えられるので、この変形仕事量は摩耗の生じ易さを判断するパラメータとなる。なお、静的強度パラメータとしては、たとえば基材の引張強さや硬さなどの一般的な材料強度特性値を用いることも可能である。
【００２０】
図５は、初期摩耗速度と静的強度パラメータの対応関係の一例を示す図である。図６は、定常摩耗速度と静的強度パラメータの対応関係の一例を示す図である。なお、図５および図６では、材質は同じでその材料成分が異なる複数の基材に対し、材質の異なる２種類の相手材、たとえばハステロイ（ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標））ＸやＩＮ７５０の相手材の特性を示している。このＩＮ７５０は、ハステロイＸよりも摩耗強度が低いため、基材の摩耗速度は、ハステロイＸでの摩耗速度より小さな摩耗速度となることが示されている。また、図中の黒丸と白丸は基材の材質が２種類であることを示す。
【００２１】
ここで、評価対象の基材が、図５、図６に示された白丸の基材と材質が同じで、かつ異なる静的強度パラメータのものの摩耗速度を検出する場合は、この摩耗速度と静的強度パラメータとの対応関係から点線のごとく得ることができる。
【００２２】
図１に示す材料ＤＢ１２は、基材、相手材、接触形態、接触面圧および接触面での周波数の組み合わせに応じた摩耗量の経時的変化を表す複数の摩耗データ（第１の摩耗データ）を記憶する。
図７は、この接触形態の一例として、基材Ａと相手材Ｂの接触面における振幅の大きさを示す図で、（ａ）は基材と相手材が同一面積で接触する場合、（ｂ）は異なる面積で接触する場合である。
図７に示すように、（ａ）は、接触する基材Ａと相手材Ｂがほぼ同一の面積で接触し、一定の面圧で微小振幅振動することにより、摩耗損傷が進む場合である。なお、この場合は、双方の摩耗条件は全く同じである。
【００２３】
また（ｂ）は、一方の部材、たとえば基材Ａが相手材Ｂよりも大きく、大きな振幅で振動することにより摩耗する場合である。この場合は、接触面積は変化せず、面積が小さい方の相手材Ｂの接触面は常に一定であるが、面積が大きい方の基材Ａの接触領域は絶えず変化している。この場合には、相手材Ｂの方が一定の部分に摩耗損傷を受け、摩擦による温度上昇も大きくなるため、より摩擦損傷が大きくなる。このような接触状態にある摩耗を（ａ）と同様に同じ摩耗条件のデータを適用して評価すると、誤った評価となる。
このため、材料ＤＢ１２の摩耗データを適用する場合には、相手材Ｂとの接触状態を加味する必要がある。本実施形態では、材料ＤＢ１２に、基材Ａ、相手材Ｂ、この基材Ａと相手材Ｂの接触面における振幅の大きさおよび振動サイクルの組み合わせに応じた摩耗量の経時的変化を表す複数の摩耗データ（第１の摩耗データ）を記憶する。
【００２４】
図８は、材料ＤＢ１２に記憶される摩擦データの一例で、摩耗量と摺動距離との対応関係を示す図である。
図８に示すように、摩擦データ（第１の摩擦データ）は、基材、相手材、接触形態、接触面圧および周波数の組み合わせに応じた、基材の摩耗量の経時的変化を表すデータであり、摩耗の初期段階を表す初期摩耗状態とその後に続く摩耗の定常段階を示す定常摩耗状態からなる。また、図８中、点線は、履歴情報ＤＢ１１に記憶されている基材の境界点（振動距離）を示す。この境界点は、摩耗が初期摩耗状態から定常摩耗状態へ変化する境界を示す。なお、この境界点は、基材と相手材の組み合わせで決まり、接触面圧の影響は受けないものである。また、一点鎖線は、摩耗の限界を示す限界摩耗量である。
【００２５】
この初期の基材Ａと相手材Ｂの接触面では、摩耗損傷を受けると、急激に表面粗さを増し、これに伴い摩擦量が急激に増える。次に定常期の上記接触面では、表面粗さがほぼ一定状態を維持して、相手材との摩耗が進み、生じた摩耗粉も熱によって基材に融着するか、または排出される量も一定の割合となる。
【００２６】
このため、摩耗領域での摩耗速度はほぼ一定であり、初期摩耗状態よりも定常摩耗状態の方が、摩耗速度が小さくなるが一般的である。すなわち、初期摩耗状態では、摺動距離が長くなると、摩耗量が急激に増えるが、所定の境界点後の定常摩耗状態では、摺動距離が長くなっても、摩耗量の変化が小さく、ほぼ一定の割合で増加する。そして、摩耗量が限界摩耗量に達すると、基材の破断などが生じる使用限界となる。
【００２７】
なお、本実施形態での摩擦データは、基材と相手材の接触面圧、たとえば２［ＭＰａ］、４［ＭＰａ］、６［ＭＰａ］ごとに摩擦量の経時的変化を表すものとなっている。すなわち、接触面圧が低下すれば、初期摩耗量も定常摩耗量も低下し、接触面圧が高くなれば、初期摩耗量も定常摩耗量も上昇する。
【００２８】
また、摩耗量は、摺動速度によって変化するが、この実施形態で示す摩耗量と摺動距離の関係は、摩耗量と摩耗時間の関係よりも、より一般的なものである。すなわち、この摩耗量と摺動距離の関係は、振動する周波数と振幅、試験時間を一元化して示しており、実際のガスタービン機器の摩耗状態と振幅や時間が異なっていても摺動距離に換算することにより試験データをそのまま適用可能となる。
ところで、この摺動距離は、
（摺動距離）＝（周波数）×（振幅）×（運転時間）  …（１）
で表される。ここで、（周波数）＝（接触面での摺動サイクル）／（時間）で、（振幅）＝（距離）／（接触面での摺動サイクル）である。
【００２９】
図１に示すように、データ入力部１３は、たとえばキーボードやマウスなどからなり、ユーザによって選定された機器（トランジションピース）の評価対象の基材、相手材、接触形態、接触面圧および周波数を入力する入力部として機能する。
【００３０】
摩耗データ検索部１４は、材料ＤＢ１２に記憶された複数の摩耗データから、データ入力部１３によって入力された基材、相手材、接触形態、接触面圧および周波数の組み合わせに応じた基材の摩耗データを検索する検索部として機能する。
【００３１】
履歴情報抽出部１５は、履歴情報ＤＢ１１に記憶された情報から、データ入力部１３によって入力された基材、相手材、接触形態、接触面圧および周波数の組み合わせに応じたトランジションピースの機器データ、運転履歴データ、基材の摩耗損傷データを抽出する。
【００３２】
また、履歴情報抽出部１５は、この摩耗データ検索部１４で上記組み合わせに応じた摩耗データが検索されない場合、履歴情報ＤＢ１１から、入力された基材に対応する静的強度パラメータを抽出し、この抽出した静的強度パラメータと、履歴情報ＤＢ１１に記憶されている図５、図６の対応データとから、対応する基材の摩耗速度を抽出する抽出部として機能する。また、履歴情報抽出部１５は、基材の限界摩耗量、材料の組み合わせに対応した境界点の情報も抽出する。
【００３３】
摩耗データ作成部１６は、前記抽出された摩耗速度と前記記憶された運転時間とに基づいて、前記第１の摩耗データを作成する作成部として機能する。
すなわち、摩耗データ作成部１６は、摩耗データ検索部１４で上記組み合わせに応じた摩耗データが検索されない場合に、基材の摩耗データ（図８参照）を作成する。ここで、履歴情報抽出部１５が抽出した基材の摩耗速度は、初期摩耗状態と定常摩耗状態での運転時間と摩擦量の対応関係における傾きとなる。また、摺動距離は、上述した式（１）に示すように、（摺動距離）＝（周波数）×（振幅）×（運転時間）である。この場合、周波数、振幅は、データ入力部１３（図１参照）から入力される既知の値である。また、接触面圧もこのデータ入力部から入力される既知の値である。
【００３４】
したがって、運転時間を摺動距離に換算することが可能となり、摩耗データ作成部１６は、抽出された基材の初期摩耗状態と定常摩耗状態の摩耗速度、摺動距離、境界点、限界摩耗量から、入力された接触面圧での摩耗データ（図８参照）を作成することができる。
【００３５】
図１に示すように、摩耗量予測部１７は、摩耗データ検索部１４で検索された摩耗データがある場合には、図８に示したこの摩耗データと、履歴情報抽出部１５で抽出された摩耗損傷データによる基材の寿命評価を行い、また摩耗データ検索部１４で検索された摩耗データがない場合には、摩耗データ作成部１６で作成された、図８と同様の摩耗データによる基材の寿命評価を行う。
【００３６】
すなわち、摩耗量予測部１７は、履歴情報抽出部１５で抽出された摩耗損傷データと、摩耗データ検索部１４で検索された摩耗データまたは履歴情報抽出部１５で抽出された静的強度の対応データとに基づいて、データ入力部１３から入力された基材の摩耗寿命を評価する評価部として機能する。
【００３７】
ところで、本実施形態では、上述した基材の摩耗寿命評価を行う前に、摩耗データ検索部１４で検索された摩耗データ（図８参照）および摩耗データ作成部１６で作成されたデータと、履歴情報抽出部１５で抽出された摩耗損傷データとの比較を行う。本実施形態では、図１に示した条件判断部１８が、たとえば同一摺動距離または同一運転時間での摩耗データの摩耗量と実測された摩耗損傷データの摩耗量の比較を行う。この条件判断部１８は、摩耗損傷データの摩耗量と、摩耗データの摩耗量とが一致するか否か判断する判断部として機能する。
【００３８】
条件判断部１８は、この摩耗データの摩耗量と摩耗損傷データの摩耗量と一致しない場合には、たとえば振幅の大きさ、接触面圧、境界点などの摩耗条件や周波数などの使用条件の中から１つずつ条件を見直し、摩耗量予測部１７にこの見直された条件での摩耗量予測を行わせる。そして、条件判断部１８は、摩耗データの摩耗量と摩耗損傷データの摩耗量との一致が得られるまで、上記条件の見直しを繰り返す。
【００３９】
次に、抽出または作成された摩耗データによる摩耗量予測、すなわち上述した条件の見直しについて説明する。
図９は、初期摩耗状態と定常摩耗状態の境界点を変化させることにより初回に予測した摩耗量（以下、「初回予測摩耗量」という）を補正する一例を示す図である。なお、この例では、実測された摩耗量（以下、「実測摩耗量」という）が定常摩耗状態に存在し、定常摩耗状態での摩耗量予測を行うものである。
【００４０】
境界点は、上述したごとく、材料の組み合わせで一意に設定されるものではあるが、機器の使用環境などの影響で変化する場合が考えられる。
そこで、この設定された境界点を、変更することで予測した摩耗量を補正する。
【００４１】
図９に示すように、実測摩耗量が初回予測摩耗量（２回目の補正からは前回予測摩耗量）よりも小さい場合、この境界点を短い摺動距離側に変更することにより、早い段階で定常摩耗状態に切り換わっても、実測摩耗量に一致する予測摩耗量を得ることができる。また、実測摩耗量が初回予測摩耗量よりも大きい場合、境界点を長い摺動距離側に変更することにより、遅い段階で定常摩耗状態に切り換わってこの定常摩耗状態が長くなっても、実測摩耗量に一致する予測摩耗量を得ることができる。
【００４２】
図１０は、接触面圧を変更した場合の補正の一例を示す図である。なお、この例では、実測摩耗量が初期摩耗状態と定常摩耗状態も両方に存在し、初期摩耗状態および定常摩耗状態での摩耗量予測を行うものである。
【００４３】
図１０に示すように、実測摩耗量が初期摩耗状態で初回予測摩耗量よりも大きな場合、接触面圧を変更することにより補正を可能とする。この例では、初回に接触面圧を２［ＭＰａ］で摩耗量を予測したが、実測摩耗量が初期摩耗状態の予測摩耗量よりも大きい場合、接触面圧が設定値よりも高くなっていると考えられる。
【００４４】
そこで、たとえば接触面圧を初期値よりも高い４［ＭＰａ］に変更した摩耗量の予測を行うことで、初期摩耗状態および定常摩耗状態に存在する実測摩耗量と一致した予測摩耗量を得ることができる。また、これらの実測摩耗量が初期摩耗状態の予測摩耗量よりも小さい場合は、たとえば接触面圧を初期値よりも小さい１［ＭＰａ］に変更した摩耗量の予測を行うことで、これら実測摩耗量と一致した予測摩耗量を得ることができる。
【００４５】
図１１は、接触面での周波数を変更した場合の補正の一例を示す図である。なお、この例では、実測摩耗量が初期摩耗状態と定常摩耗状態も両方に存在し、初期摩耗状態および定常摩耗状態での摩耗量予測を行うものである。この場合も、設定された振動周波数が機器の使用環境などの影響で変化する場合を想定している。
図１１に示すように、接触面圧が設計値と同一であることが確認されている場合でも、ガスタービン機器の周波数が、この機器の設置状態により変化する場合がある。
【００４６】
このため、たとえば当初、周波数２［Ｈｚ］で振動していたとして摩耗量を予測したが、初回予測摩耗量が実測摩耗量に一致しない場合がある。
そこで、実際の機器の周波数を４［Ｈｚ］にした場合には、同一の運転時間で摺動距離が２倍になるので、初期摩耗状態および定常摩耗状態を含めて、摩耗速度が２倍になる。この結果、周波数を高く変更することにより、初期摩耗状態および定常摩耗状態に存在する実測摩耗量と一致する予測摩耗量を得ることができる。また、実測摩耗量が初回予想摩耗量より小さい場合には、実際の機器の周波数を１［Ｈｚ］にした場合には、同一の運転時間で摺動距離が１／２になるので、摩耗速度が１／２になる。この結果、周波数を低く変更することにより、初期摩耗状態および定常摩耗状態に存在する実測摩耗量と一致する予測摩耗量を得ることができる。
【００４７】
以上のように、摩耗量の予測値を補正する方法は一様でなく、ガスタービン機器の運用状態と設計値のどのパラメータに相違があるかを考慮して補正する必要がある。
本実施形態では、予測摩耗量が実測摩耗量と一致する場合には、抽出または作成した摩耗データに基づいて、基材の摩耗寿命を評価するので、発電機器の摩耗寿命を実際の使用状況に基づき正確に評価することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、予測摩耗量が実測摩耗量と一致する場合には、その場合の摩耗寿命評価の条件を、今後の摩耗量予測に適用して予定運転時間での摩耗量の予測を行うとともに、得られた評価結果を材料ＤＢ１２（図１参照）に登録し、また得られた評価結果によって摩耗データを更新して材料ＤＢ１２の拡充を行う。
【００４９】
図１に示すように、交換時期決定部１９は、この摩耗量の予測結果および設定された限界摩耗量（図８参照）を基に、部品交換時期を決定する。この交換時期決定部１９は、摩耗量予測部１７によって評価された基材の摩耗寿命に基づいて、基材の交換時期を決定する決定部として機能する。
【００５０】
次に、この摩耗寿命評価装置１０による摩耗寿命の評価動作について説明する。
図１２は、摩耗寿命評価装置１０の摩耗寿命の評価動作を説明するためのフローチャートである。
【００５１】
図１２に示すように、まずデータ入力部１３がユーザによって選定された機器の基材、相手材、接触形態、接触面圧および周波数を入力する（ステップＳ１０１）。摩耗データ検索部１４は、履歴情報ＤＢ１１から、この入力された基材、相手材、接触形態、接触面圧および周波数の組み合わせに応じた機器の機器データ、運転履歴データを抽出する（ステップＳ１０２）。さらに、摩耗データ検索部１４は、選定された基材の実測データである摩耗損傷データを抽出する（ステップＳ１０３）。
【００５２】
次に、摩耗データ検索部１４は、材料ＤＢ１２から、この入力された基材、相手材、接触形態、接触面圧および周波数の組み合わせに応じた基材の摩耗データを検索し（ステップＳ１０４）、上記組み合わせに応じた摩耗データが検索されたか否か判断する（ステップＳ１０５）。
【００５３】
ここで、上記組み合わせに応じた摩耗データが検索された場合、摩耗量予測部１７は、この摩耗データ（予測摩耗量）と、履歴情報抽出部１５で抽出された摩耗損傷データ（実測摩耗量）とによる摩耗量予測を行う（ステップＳ１０６）。この際、摩耗量予測は、たとえば２つの摩耗状態に分けて行う。まず、摩耗の初期摩耗状態での摩耗量予測を行い、次に定常摩耗状態での摩耗量予測を行う。
【００５４】
そして、条件判断部１８が、実測データである実測摩耗量とこの摩耗量予測された予測摩耗量とを比較し（ステップＳ１０７）、実測摩耗量と予測摩耗量とが一致するかどうか判断する（ステップＳ１０８）。
ここで、実測摩耗量と予測摩耗量とが一致する場合、交換時期決定部１９が摩耗データに基づいて、予定運転時間での摩耗量予測を行って基材の寿命を評価する（ステップＳ１０９）。次に、交換時期決定部１９が、この評価された基材の寿命に基づいて、機器の基材の交換時期を決定して（ステップＳ１１０）、摩耗寿命の評価動作を終了する。
【００５５】
また、ステップＳ１０８において、実測摩耗量と予測摩耗量とが一致しない場合、ステップＳ１０１に戻って、条件判断部１８が見直し対象の上記条件の１つを判断し、この判断した条件を入力し、実測摩耗量と予測摩耗量とが一致するまで、上記条件を１つずつ判断して見直す。
【００５６】
また、ステップＳ１０５において、上記組み合わせに応じた摩耗データが検索されない場合、履歴情報抽出部１５は、履歴情報ＤＢ１１から、入力された基材に対応する静的強度パラメータを抽出し、この抽出した静的強度パラメータと、履歴情報ＤＢ１１に記憶されている図５、図６の対応データとから、対応する基材の摩耗速度を抽出し、摩耗データ作成部１６は、この抽出された摩耗速度と記憶された運転時間とに基づいて、摩耗データを作成する（ステップＳ１１１）。
【００５７】
次に、摩耗量予測部１７は、この作成された摩耗データによる摩耗量予測を行う（ステップＳ１１２）。ここでの摩耗量予測は、ステップＳ１０６と同様、予測摩耗量と実測摩耗量とによる摩耗量予測である。そして、条件判断部１８が、ステップＳ１０７で実測摩耗量と予測摩耗量とを比較し、一致する場合には、交換時期決定部１９が、基材の寿命評価、交換時期の決定を行う（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。また、一致しない場合には、一致するまで、条件判断部１８が、見直し対象の上記条件の１つに基づく入力が行われ、実測摩耗量と予測摩耗量とが一致するまで、上記条件を１つずつ見直す。
【００５８】
このように、本実施形態の摩耗寿命評価装置は、入力されたパラメータの組み合わせに応じた摩耗データが検索された場合には、摩耗量予測部が、この摩耗データに基づいて、この基材の摩耗寿命を評価し、またこの摩耗データが検索されない場合には、この基材の静的強度パラメータに基づいて、摩耗データを作成し、この作成した摩耗データに基づいて、この基材の摩耗寿命を評価する。この結果、発電機器の摩耗寿命を実際の使用状況に基づき正確に評価することができる。
【００５９】
また、本実施形態の摩耗寿命評価装置は、実際のガスタービン機器の摩耗の実測値に基づき、摩耗の初期摩耗状態から定常摩耗状態に至る全寿命について評価しているので、現在の摩耗状態だけでなく、今後の摩耗量の変化を的確に予測することができる。
【００６０】
また、本実施形態の摩耗寿命評価装置は、材料ＤＢに記憶されていない材料の組み合わせについても、その材料の静的強度パラメータを用いれば、ガスタービン機器として使用されていない材料の組み合わせについても、使用時の寿命評価が可能となる。このため、本実施形態の摩耗寿命評価装置は、汎用性および機器の安全運用を高めることができる。
【００６１】
（実施形態２）
本実施形態では、摩耗損傷データとして基材の減肉量を計測する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、摩耗粉重量を計測しこの摩耗粉重量を摩耗損傷データとすることも可能である。
【００６２】
図１３は、実施形態２に係る摩耗重量と摩耗粉総量との関係の一例を示す図である。
本実施形態では、図１３の摩耗重量を用いて予測摩耗量を評価する。この摩耗粉は、摩耗損傷によって接触領域以外に排出される材料である。この摩耗粉を完全に回収可能な場合には、摩耗粉の重量（摩耗粉総量）を計測することによって、基材の摩耗重量（摩耗量）を推定することができる。
【００６３】
ところで、この摩耗粉が少ない場合には、摩耗量の推定誤差が大きくなるが、比較的大きな摩耗損傷では、摩耗粉総量と摩耗損傷によって失った摩耗重量は、比較的よく対応する。したがって、図１３に示すように、摩耗粉総量を定期的に計測することによって、摩耗損傷の推移を推定することができる。
【００６４】
摩耗損傷によって生じた摩耗粉は、接触面に残留して相手材に融着する場合があるが、定常摩耗状態ではこの融着と脱落が一定の割合で生じるので、摩耗粉となった重量はほぼ摩耗によって接触面から損耗した材料の重量に等しくなる。すなわち、
（摩耗重量）＝（摩耗粉総量）
となる。この摩耗粉総量と摩耗損傷した部分の面積から摩耗により減肉した深さである摩耗量を得ることができる。
【００６５】
また、摩耗粉は、相手材の摩耗によっても生じるため、得られた摩耗量は、相手材の摩耗重量も含まれるが、一方の材料にのみ摩耗がある場合には、その摩耗重量が基材の摩耗量の推定値となる。
このように、本実施形態では、摩耗粉を完全に回収できる場合には、容易に摩耗量の推移を測定して、摩耗量予測部による以後の摩耗損傷を推定することができる。
【００６６】
（実施形態３）
本実施形態では、逐次実測された複数の摩耗損傷データを、図１に示した履歴情報ＤＢ１１に記憶させる。そして、基材の摩耗寿命の評価時に、履歴情報抽出部１５が、該当する摩耗データがない場合に、この記憶された複数の摩耗損傷データを抽出し、摩耗データ作成部１６が、この抽出された摩耗損傷データに基づいて、摩耗データを作成する。摩耗量予測部１７は、この作成された摩耗データに基づいて前記入力された評価対象の基材の摩耗寿命を評価するものである。
【００６７】
図１４は、実施形態３に係る摩耗データの一例で、摩耗量と摺動距離との対応関係を示す図である。
本実施形態では、逐次実測された基材の摩耗量（以下、「逐次実測摩耗量」という）からこの基材の摩耗量の推移を推定する。実施形態１のように、直接表面形状を実測する場合には、実測摩耗量が積算量であるが、実施形態２のように、摩耗量を摩耗粉総重量により間接的に求める場合には、摩耗量は、前回の実測結果からの変化量となる。このため、全体の摩耗量の推定は、逐次実測される摩耗粉総量を積算することで、全体の摩耗量を得ることができる。
【００６８】
なお、定期的または逐次、ガスタービン機器の運転時間または基材の摺動距離に対して摩耗量を実測することは、基材の摩耗寿命を把握するために必要なことである。
このように、本実施形態では、複数の逐次実測摩耗量を記憶し、基材の摩耗寿命の評価時にこの逐次実測摩耗量を積算することで、基材の全体の摩耗量を推定することができ、摩耗データ作成部は、この全体の摩耗量から図１４に示す累積摩耗量を求めて摩耗データを作成できる。この摩耗量の推定は、様々な機器での適用が可能である。
【００６９】
（実施形態４）
図１５は、実施形態４に係る摩耗係数と摺動距離との対応関係の一例を示す図である。
本実施形態では、たとえば燃焼ガスの流入などによる基材の駆動力の変化、すなわち摩耗領域の摩擦力の変化を示す摩擦係数を計測することによって、摩耗量予測部１７（図１参照）が、基材の摩耗寿命を把握するものである。
【００７０】
図１５に示すように、初期摩耗状態では、平滑であった平面が、摩耗により凹凸の大きな形態になるため、摩擦係数も急激に増加し、それに伴って駆動力も増大する。また、定常状態では、表面の凹凸の一定の形態となるため、摩擦係数の低下し、ほぼ一定値となり、駆動力も同様に低下し、ほぼ一定となる。このため、本実施形態では、摩擦係数すなわち機器の駆動力を計測することにより、基材に生じている摩耗形態の変化を推定し、摩耗予測部によって基材の摩耗寿命を把握することができる。
【００７１】
このように、本実施形態では、ガスタービン機器の基材の駆動力を測定することにより、摩擦係数の変化から摩耗形態の変化を推定し、摩耗予測部が摩耗寿命を評価するので、容易に適正な摩耗寿命を実施できる。
【００７２】
（変形例１）
実施形態１では、摩耗損傷データとして基材の減肉量の場合を説明したが、実際の摩耗損傷形態は、相手材損耗による摩耗、相互損耗による摩耗、相手材融着による摩耗などがある。
図１６は、実際の摩耗損傷を、特定の摩耗損傷形態に分類するためのフローチャートである。本変形例では、たとえば画像解析装置が、摩耗表面を撮影して、その画像データを解析する。
【００７３】
図１６に示すように、まず本変形例では、表面形状を明らかにして摩耗損傷の生じ方を明確にするために、摩耗表面を洗浄した後（ステップＳ２０１）、その表面の顕微鏡観察を実施して、拡大された摩耗表面の画像データを取り込む（ステップＳ２０２）。
【００７４】
次に、画像解析装置では、取得した画像データから摩耗量計測を行った後（ステップＳ２０３）、材料融着の有無を解析する（ステップＳ２０４）。ここでは、たとえば画像の明暗などで材料融着の有無を判断する。
ここで、解析の結果、材料融着がない場合には、計測された摩耗量が正の値か否か判断する（ステップＳ２０５）。ここでは、たとえば陰影などで摩耗量が正か否か判断する。
【００７５】
この結果、摩耗量が正の値でない場合には、自らの基材の摩耗がなく、融着も生じていないため、相手材のみの損耗による摩耗と判断する（ステップＳ２０６）。また、摩耗量が正の値である場合には、相互損耗による摩耗と判断する（ステップＳ２０７）。
【００７６】
また、ステップＳ２０４において、材料融着がある場合には、摩耗表面の元素分析を行う（ステップＳ２０８）。この元素分析の結果（ステップＳ２０９）、相手材の元素が検出され、かつ摩耗量が負の値、すなわち材料の増加が検出された場合は、相手材が融着する摩耗形態であると判断する（ステップＳ２１０）。この摩耗形態では、結果的に相手材の摩耗が進むため、評価対象の基材の摩耗はほとんど生じない。
【００７７】
また、元素分析の結果、相手材の元素が検出されない場合、摩耗量が正の値の場合、融着している材料は、自らの基材も含まれると判断できるため、相互損耗による摩耗となる（ステップＳ２０７）。
【００７８】
このように、本変形例では、基材の摩耗損傷データを実測できるとともに、その摩耗損傷形状を分類することができるので、摩耗損傷形状を明確になり、材料ＤＢとの照合が容易となる。この結果、摩耗寿命評価装置での的確な摩耗寿命評価に寄与することができる。また、本変形例に係る摩耗損傷形態の分類を相手材にも実施すれば、摩耗損傷形態がより明確になる。
【００７９】
（変形例２）
図１７は、変形例２に係る摩耗速度と静的強度パラメータとの対応関係の一例を示す図である。
図１７に示すように、本変形例では、本発明に係る摩耗寿命評価を、設計段階で適用するものである。これにより、摩耗損傷を設計限界値以内とする最適な材料の組み合わせを得ることができる。
【００８０】
すなわち、与えられた設計限界摩耗速度に対して、相手材が決められている場合、この相手材に対応する評価対象の評価材の静的パラメータ（変形仕事量）を求めることにより、必要とされる材料の強度特性を得て、その範囲内の材料を選択することができる。
【００８１】
また、逆に評価材が決められている場合、設計限界摩耗速度以内となる相手材を選ぶことにより、設計条件を満足する材料の選定が可能となる。
このように、本変形例では、摩耗速度と静的強度パラメータとの対応関係を示す特性を機器の設計段階で適用することにより、最適な材料の組み合わせを選定でき、機器の設計段階でも摩耗寿命を正確に評価することができる。
【００８２】
なお、本願発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０…摩耗寿命評価装置、１１…履歴情報ＤＢ、１２…材料ＤＢ、１３…データ入力部、１４…摩耗データ検索部、１５…履歴情報抽出部、１６…摩耗データ作成部、１７…摩耗量予測部、１８…条件判断部、１９…交換時期決定部、Ａ…基材、Ｂ…相手材。
【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】
2011112485.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2011112485.tif 000015
【図１４】
2011112485.tif 000016
【図１５】
2011112485.tif 000017
【図１６】
2011112485.tif 000018
【図１７】
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