(57)【要約】【課題】より精度の高い回転機械の余寿命評価方法を提供する。【解決手段】回転機械の余寿命評価方法は、表面に亀裂が生じた回転体を有する回転機械の余寿命を評価する回転機械の余寿命評価方法であって、亀裂の始点、前記亀裂の延びる方向、及び亀裂の長さを取得するステップＳ１と、亀裂の長さ、及び回転体に生じる応力に基づいて応力拡大係数を算出するステップＳ２と、応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さを算出するステップＳ３と、亀裂の長さと許容長さとの差分を、予め与えられた亀裂の進展速度で除算することで、回転機械の余寿命を算出するステップＳ４と、を含む。【選択図】図５
2019120560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に亀裂が生じた回転体を有する回転機械の余寿命を評価する回転機械の余寿命評価方法であって、
前記亀裂の始点、前記亀裂の延びる方向、及び前記亀裂の長さを取得するステップと、
前記亀裂の長さ、及び前記回転体に生じる応力に基づいて応力拡大係数を算出するステップと、
前記応力拡大係数に基づいて前記亀裂の許容長さを算出するステップと、
前記亀裂の長さと前記許容長さとの差分を、予め与えられた前記亀裂の進展速度で除算することで、前記回転機械の余寿命を算出するステップと、
を含む回転機械の余寿命評価方法。
【請求項２】
前記応力拡大係数を算出するステップでは、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、
前記許容長さを算出するステップでは、前記亀裂の応力拡大係数が予め与えられた破壊靱性に等しい時の前記亀裂の長さを前記許容長さとする請求項１に記載の回転機械の余寿命評価方法。
【請求項３】
前記応力拡大係数を算出するステップでは、前記亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて解析を行う請求項１又は２に記載の回転機械の余寿命評価方法。
【請求項４】
表面に亀裂が生じた回転体を有する回転機械の余寿命を評価する回転機械の余寿命評価システムであって、
前記亀裂の始点、前記亀裂の延びる方向、及び前記亀裂の長さを取得する亀裂測定部と、
前記亀裂の長さ、及び前記回転体に生じる応力に基づいて応力拡大係数を算出する係数算出部と、
前記応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さを算出する許容長さ算出部と、
前記亀裂の長さと前記許容長さとの差分、及び予め与えられた前記亀裂の進展速度で除算することで、前記回転機械の余寿命を算出する余寿命算出部と、
を備える回転機械の余寿命評価システム。
【請求項５】
前記係数算出部は、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、
前記許容長さ算出部は、前記亀裂の応力拡大係数が予め与えられた破壊靱性に等しい時の前記亀裂の長さを前記許容長さとする請求項４に記載の回転機械の余寿命評価システム。
【請求項６】
前記係数算出部は、前記亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて解析を行う請求項４又は５に記載の回転機械の余寿命評価システム。
【請求項７】
表面に亀裂が生じた回転体を有する回転機械の余寿命を評価する回転機械の余寿命評価プログラムであって、
コンピュータに、
前記亀裂の始点、前記亀裂の延びる方向、及び前記亀裂の長さを取得するステップと、
前記亀裂の長さ、及び前記回転体に生じる応力に基づいて応力拡大係数を算出するステップと、
前記応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さを算出するステップと、
前記亀裂の長さと前記許容長さとの差分、及び予め与えられた前記亀裂の進展速度で除算することで、前記回転機械の余寿命を算出するステップと、
を実行させる回転機械の余寿命評価プログラム。
【請求項８】
前記応力拡大係数を算出するステップでは、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、
前記許容長さを算出するステップでは、前記亀裂の応力拡大係数が予め与えられた破壊靱性に等しい時の前記亀裂の長さを前記許容長さとする請求項７に記載の回転機械の余寿命評価プログラム。
【請求項９】
前記応力拡大係数を算出するステップでは、前記亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて解析を行う請求項７又は８に記載の回転機械の余寿命評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械の余寿命評価方法、回転機械の余寿命評価システム、及び回転機械の余寿命評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、軸線回りに回転するロータと、ロータに取り付けられた複数の動翼と、ロータ及び動翼を外側から覆うケーシングと、ケーシングの内面に取り付けられた複数の静翼と、を備えている。軸線方向の一方側から高温高圧の蒸気が流入することで、動翼にエネルギーが付加され、回転軸は回転する。この回転エネルギーによって、蒸気タービンに接続された外部機器が駆動される。
【０００３】
ロータは、軸線方向に配列された複数の円盤状のディスクを有している。動翼は、これらのディスクに形成された翼溝にはめ込まれている。翼溝の形状としては、断面Ｔ字型のＴルート型や、凹凸断面を有するクリスマスツリー型が知られている。ロータが回転する際、動翼の翼根には遠心力が作用する。この遠心力により、翼根を支持する翼溝には応力が生じる。加えて、ロータは蒸気の高温に曝される。これらの要因により、ディスクの翼溝周辺では、応力腐食割れ（Stress Corrosion Crack；ＳＣＣ）が発生する可能性がある。Ｔルート型の動翼の場合、翼溝の角部で特に亀裂が発生しやすい。
【０００４】
亀裂が成長するとロータの脆性破壊につながる虞がある。したがって、亀裂を早期に発見し、破壊に至る前に蒸気タービンを補修する必要がある。蒸気タービンの余寿命を亀裂の進展に基づいて予測するための技術として、下記特許文献１に記載されたシステムが知られている。このシステムは、亀裂の進展速度に基づいて算出された亀裂長さが限界亀裂長さに成長するまでの時間を余寿命として算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、限界亀裂長さが構造材の物性のみに基づいて推定される。このため、余寿命の算出に際して大きな誤差が生じる可能性がある。そこで、実際の亀裂の長さを考慮した、より精度の高い余寿命評価の手法に対する要請が高まっている。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、より精度の高い回転機械の余寿命評価方法、回転機械の余寿命評価システム、及び回転機械の余寿命評価プログラ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】
【０００８】
本発明の第一の態様によれば、回転機械の余寿命評価方法は、表面に亀裂が生じた回転体を有する回転機械の余寿命を評価する回転機械の余寿命評価方法であって、前記亀裂の始点、前記亀裂の延びる方向、及び前記亀裂の長さを取得するステップと、前記亀裂の長さ、及び前記回転体に生じる応力に基づいて応力拡大係数を算出するステップと、前記応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さを算出するステップと、前記亀裂の長さと前記許容長さとの差分を、予め与えられた前記亀裂の進展速度で除算することで、前記回転機械の余寿命を算出するステップと、を含む。
【０００９】
この方法によれば、既に生じている亀裂の長さに基づいて応力拡大係数が算出され、当該応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さが算出される。したがって、例えば回転体を構成する材料の一般的な物性のみに基づいて許容長さを算出した場合に比べて、実態に即した正確な許容長さを得ることができる。
【００１０】
本発明の第二の態様によれば、前記応力拡大係数を算出するステップでは、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、前記許容長さを算出するステップでは、前記亀裂の応力拡大係数が予め与えられた破壊靱性に等しい時の前記亀裂の長さを前記許容長さとしてもよい。
【００１１】
この方法によれば、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、これら複数の応力拡大係数の値のうち、破壊靱性に等しい時の応力拡大係数に対応する亀裂の長さが許容長さとされる。したがって、より多くの亀裂の長さごとに応力拡大係数を算出することで、亀裂の長さと応力拡大係数との関係をより精緻に求めることができる。これにより、より正確な許容長さを算出することができる。
【００１２】
本発明の第三の態様によれば、前記応力拡大係数を算出するステップでは、前記亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて解析を行ってもよい。
【００１３】
この方法によれば、亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて応力拡大係数が算出される。これにより、より正確かつ早期に応力拡大係数を算出することができる。
【００１４】
本発明の第四の態様によれば、回転機器の余寿命評価システムは、表面に亀裂が生じた回転体を有する回転機械の余寿命を評価する回転機械の余寿命評価システムであって、前記亀裂の始点、前記亀裂の延びる方向、及び前記亀裂の長さを取得する亀裂測定部と、前記亀裂の長さ、及び前記回転体に生じる応力に基づいて応力拡大係数を算出する係数算出部と、前記応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さを算出する許容長さ算出部と、前記亀裂の長さと前記許容長さとの差分、及び予め与えられた前記亀裂の進展速度で除算することで、前記回転機械の余寿命を算出する余寿命算出部と、を備える。
【００１５】
この構成によれば、既に生じている亀裂の長さに基づいて応力拡大係数が算出され、当該応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さが算出される。したがって、例えば回転体を構成する材料の一般的な物性のみに基づいて許容長さを算出した場合に比べて、実態に即した正確な許容長さを得ることができる。
【００１６】
本発明の第五の態様によれば、前記係数算出部は、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、前記許容長さ算出部は、前記亀裂の応力拡大係数が予め与えられた破壊靱性に等しい時の前記亀裂の長さを前記許容長さとしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、これら複数の応力拡大係数の値のうち、破壊靱性に等しい時の応力拡大係数に対応する亀裂の長さが許容長さとされる。したがって、より多くの亀裂の長さごとに応力拡大係数を算出することで、より正確な許容長さを算出することができる。
【００１８】
本発明の第六の態様によれば、前記係数算出部は、前記亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて解析を行ってもよい。
【００１９】
この構成によれば、亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて応力拡大係数が算出される。これにより、より正確かつ早期に応力拡大係数を算出することができる。
【００２０】
本発明の第七の態様によれば、回転機械の余寿命評価プログラムは、表面に亀裂が生じた回転体を有する回転機械の余寿命を評価する回転機械の余寿命評価プログラムであって、コンピュータに、前記亀裂の始点、前記亀裂の延びる方向、及び前記亀裂の長さを取得するステップと、前記亀裂の長さ、及び前記回転体に生じる応力に基づいて応力拡大係数を算出するステップと、前記応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さを算出するステップと、前記亀裂の長さと前記許容長さとの差分、及び予め与えられた前記亀裂の進展速度で除算することで、前記回転機械の余寿命を算出するステップと、を実行させる。
【００２１】
この構成によれば、既に生じている亀裂の長さに基づいて応力拡大係数が算出され、当該応力拡大係数に基づいて亀裂の許容長さが算出される。したがって、例えば回転体を構成する材料の一般的な物性のみに基づいて許容長さを算出した場合に比べて、実態に即した正確な許容長さを得ることができる。
【００２２】
本発明の第八の態様によれば、前記応力拡大係数を算出するステップでは、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、前記許容長さを算出するステップでは、前記亀裂の応力拡大係数が予め与えられた破壊靱性に等しい時の前記亀裂の長さを前記許容長さとしてもよい。
【００２３】
この構成によれば、異なる複数の亀裂の長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、これら複数の応力拡大係数の値のうち、破壊靱性に等しい時の応力拡大係数に対応する亀裂の長さが許容長さとされる。したがって、より多くの亀裂の長さごとに応力拡大係数を算出することで、より正確な許容長さを算出することができる。
【００２４】
本発明の第九の態様によれば、前記応力拡大係数を算出するステップでは、前記亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて解析を行ってもよい。
【００２５】
この構成によれば、亀裂を再現したＦＥＭモデルに基づいて応力拡大係数が算出される。これにより、より正確かつ早期に応力拡大係数を算出することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、より精度の高い回転機械の余寿命評価方法、回転機械の余寿命評価システム、及び回転機械の余寿命評価プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る回転機械の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転機械を軸線に直交する方向から見た断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回転機械の余寿命評価システムのハードウェア構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る回転機械の余寿命評価システムの機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る回転機械の余寿命評価システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る回転機械の亀裂周辺におけるＦＥＭ解析時のメッシュの一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回転機械における亀裂の応力拡大係数と亀裂の長さとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る回転機械の運転温度の逆数と亀裂の進展速度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る蒸気タービン１は、一例として化学プラントにおけるコンプレッサを駆動するために用いられる。図１に示すように、蒸気タービン（回転機械）は、蒸気タービン１は、軸線Ｏ方向に沿って延びる蒸気タービンロータ３（回転体）と、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う蒸気タービンケーシング２と、蒸気タービンロータ３の軸端１１を軸線Ｏ回りに回転可能に支持するジャーナル軸受４、及びスラスト軸受５と、を備えている。
【００２９】
蒸気タービンロータ３は複数の動翼３０を有している。蒸気タービンロータ３の周方向に一定の間隔をもって複数の動翼３０が配列される。軸線Ｏ方向においても、一定の間隔を持って複数の動翼３０の列が配列される。動翼３０は、翼本体３１と、動翼シュラウド３４と、を有している。翼本体３１は、蒸気タービンロータ３の外周面から径方向外側に向かって突出している。翼本体３１は、径方向から見て翼型の断面を有する。翼本体３１の先端部（径方向外側の端部）には、動翼シュラウド３４が設けられている。
【００３０】
蒸気タービンケーシング２は、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う略筒状をなしている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向一方側には、蒸気を取り込む蒸気供給管１２が設けられている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向他方側には、蒸気を排出する蒸気排出管１３が設けられている。以降の説明では、蒸気排出管１３から見て蒸気供給管１２が位置する側を上流側と呼び、蒸気供給管１２から見て蒸気排出管１３が位置する側を下流側と呼ぶ。
【００３１】
蒸気タービンケーシング２の内周面に沿って複数の静翼２１が設けられている。静翼２１は、静翼台座２４を介して蒸気タービンケーシング２の内周面に接続される羽根状の部材である。さらに、静翼２１の先端部（径方向内側の端部）には、静翼シュラウド２２が設けられている。動翼３０と同様に、静翼２１は内周面上で周方向及び軸線Ｏ方向に沿って複数配列される。動翼３０は、隣り合う複数の静翼２１の間の領域に入り込むようにして配置される。
【００３２】
蒸気タービンケーシング２の内部において、静翼２１と動翼３０が配列された領域は、作動流体である蒸気Ｓが流通する主流路２０を形成する。蒸気タービンケーシング２の内周面と動翼シュラウド３４との間には、軸線Ｏに対する径方向外側に向かって凹む凹部５０が周方向全域にわたって形成されている。凹部５０は、動翼３０の先端（動翼シュラウド３４）を収容するキャビティをなしている。即ち、凹部５０は、動翼シュラウド３４の体積に比べて十分に大きな容積を有している。
【００３３】
蒸気Ｓは、上流側の蒸気供給管１２を介して、上述のように構成された蒸気タービン１に供給される。その後、蒸気タービンロータ３の回転に伴って静翼２１と動翼３０の列を通過し、やがて下流側の蒸気排出管１３を通じて後続の装置（不図示）に向かって排出される。ここで、静翼２１と動翼３０の列を通過する際、前述の凹部５０にも蒸気Ｓは流入する。
【００３４】
ジャーナル軸受４は、軸線Ｏに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受４は、蒸気タービンロータ３の両端に１つずつ設けられている。スラスト軸受５は、軸線Ｏ方向への荷重を支持する。スラスト軸受５は、蒸気タービンロータ３の上流側の端部にのみ設けられている。
【００３５】
蒸気タービンロータ３は、軸線Ｏを中心とする円盤状のディスク９を複数有している。ディスク９は、軸線Ｏに沿って隙間なく配列されている。図２は、軸線Ｏを含む断面におけるディスク９の断面図である。同図に示すように、ディスク９の外周側の端縁には、動翼３０を支持するための翼溝１７が形成されている。本実施形態では、Ｔルート型の翼溝を例に説明するが、翼溝１７の形状はこれに限定されず、クリスマスツリー型の翼溝を適用することも可能である。
【００３６】
ディスク９は、円盤状のディスク本体９ａと、ディスク本体９ａの外周側に一体に形成された肩部９ｂとを有している。肩部９ｂにおける径方向外側を向く面は、軸線Ｏに交差する方向に延びる傾斜面９ｃとされている。傾斜面９ｃのさらに径方向外側には、径方向外側に向かって突出する突出部９ｄが設けられている。ディスク本体９ａの軸線Ｏ方向を向く面は、ディスク表面９Ａとされている。ディスク表面９Ａは、軸線Ｏに直交する平面に沿って広がっている。
【００３７】
翼溝１７は、上述の肩部９ｂを軸線Ｏに対する径方向に貫通するネック貫通部１７ａと、ネック貫通部１７ａの径方向内側に広がる翼溝本体１７ｂと、を有している。翼溝本体１７ｂは、図２に示すように、断面視で矩形をなしている。翼溝本体１７ｂの径方向内側の面は、翼溝底面１７Ａとされている。翼溝底面１７Ａと径方向に対向する面は、翼溝天面１７Ｂとされている。翼溝天面１７Ｂと翼溝底面１７Ａとを径方向に接続する一対の面は、それぞれ翼溝側面１７Ｃとされている。
【００３８】
動翼３０の翼根３０ａ（軸線Ｏに対する径方向内側の端部）は、翼溝１７に対応する形状を有している。具体的には、翼根３０ａは略Ｔ字型をなしており、ネック部３０ｂと、翼根本体３０ｃと、を有している。ネック部３０ｂは、翼断面形状を有する翼本体３１の径方向内側に一体に接続されている。翼根本体３０ｃは、ネック部３０ｂよりも軸線Ｏ方向に大きな寸法を有しており、ネック部３０ｂのさらに径方向内側に接続されている。
【００３９】
翼根本体３０ｃは、断面視で矩形をなしており、翼根本体３０ｃにおける径方向内側の面は、翼根底面３０Ａとされている。翼根本体３０ｃにおける径方向外側の面は、翼根天面３０Ｂとされている。翼根天面３０Ｂと翼根底面３０Ａとを径方向に接続する一対の面は、それぞれ翼根側面３０Ｃとされている。動翼３０が翼溝１７に装着された状態において、翼根底面３０Ａは翼溝底面１７Ａに当接する。翼根天面３０Ｂは翼溝天面１７Ｂに当接する。翼根側面３０Ｃは翼溝側面１７Ｃに当接する。ネック部３０ｂは、ネック貫通部１７ａの内面に当接する。
【００４０】
蒸気タービン１を長期にわたって運転した場合、蒸気タービンロータ３の回転に伴って、動翼３０に遠心力が加わる。この遠心力によって、翼根天面３０Ｂと翼溝天面１７Ｂとの間で応力が生じる。さらに、動翼３０は、高温の蒸気に継続的に曝される。その結果、図２に示すように、翼溝１７における翼溝天面１７Ｂと翼溝側面１７Ｃとが形成する角部を始点として、ディスク表面９Ａ側に向かって延びる亀裂Ｃ（応力腐食割れ）が生じることがある。亀裂Ｃは、蒸気タービン１の運転継続によって次第に進展（成長）し、最終的にディスク９の脆性破壊を引き起こす虞がある。
【００４１】
本実施形態に係る余寿命評価システム１００（回転機械の余寿命評価システム）は、このような亀裂Ｃを検出し、当該亀裂Ｃの特性に基づいて蒸気タービン１（蒸気タービンロータ３）の余寿命を算出する。なお、本実施形態では、亀裂Ｃはオープンモードの亀裂であるものとして説明する。即ち、亀裂Ｃの始点は翼溝１７の内面上に位置している。
【００４２】
余寿命評価システム１００は、亀裂Ｃを検出・測定する亀裂測定部としての複数（２つ）の探査装置７０（図２参照）と、検出された亀裂Ｃの形態に基づいて余寿命を算出する演算装置９０と、を備えている。２つの探査装置７０のうち、一方は傾斜面９ｃ上に配置され、他方はディスク表面９Ａ上に配置される。各探査装置７０は、傾斜面９ｃ、又はディスク表面９Ａに沿って軸線Ｏに対する周方向に移動しながら翼溝１７周辺で生じた亀裂Ｃを非破壊検査によって検出する。探査装置７０は、超音波振動子を有するフェイズドアレイ探触子である。探査装置７０によって検出された亀裂Ｃの始点Ｓ、長さＬ、及び方向θを定量的に検出し、演算装置９０に電気信号として送出する。一例として、亀裂Ｃの長さとは始点Ｓから亀裂Ｃの先端部までの直線距離を指し、方向θとは基準となる面（一例として上述の翼溝天面１７Ｂ）と亀裂Ｃとがなす角度を指す。
【００４３】
図３に示すように、演算装置９０は、ＣＰＵ９１（Central Processing Unit）、ＲＯＭ９２（Read Only Memory）、ＲＡＭ９３（Random Access Memory）、ＨＤＤ９４（Hard Disk Drive）、信号受信モジュール９５（I/O：Input/Output）を備えるコンピュータである。信号受信モジュール９５は、探査装置７０からの信号を受信する。信号受信モジュール９５は、例えばチャージアンプ等を介して増幅された信号を受信してもよい。
【００４４】
図４に示すように、演算装置９０のＣＰＵ９１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部８１、係数算出部８２、許容長さ算出部８３、余寿命算出部８４、判定部８５を有する。制御部８１は演算装置９０に備わる他の機能部を制御する。係数算出部８２には、探査装置７０によって検出された亀裂Ｃの始点Ｓ、長さＬ、方向θがそれぞれ数値情報として入力される。
【００４５】
係数算出部８２は、亀裂Ｃの始点Ｓ、長さＬ、方向θ、及び蒸気タービンロータ３に生じる応力に基づいて、亀裂Ｃ周辺における応力拡大係数を算出する。係数算出部８２は、具体的にはＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）による解析を行うことで、異なる複数の亀裂長さごとに、複数の応力拡大係数を算出する。この時、一例として図６に示すような亀裂Ｃを再現したＦＥＭモデルＭが用いられる。このＦＥＭモデルＭでは、亀裂Ｃを含むディスク９の内部が、矩形のメッシュＭｔによって区画される。ＦＥＭモデルＭ上で、亀裂Ｃの長さＬを種々に変えて、各亀裂長さにおける応力拡大係数が算出される。
【００４６】
許容長さ算出部８３は、係数算出部８２で算出された応力拡大係数に基づいて、亀裂Ｃの許容長さを算出する。亀裂Ｃの許容長さとは、ディスク９が脆性破壊を生じる直前の亀裂長さを指す。許容長さ算出部８３は、実験や数値解析によって予め与えられたディスク９の破壊靱性Ｋｃと応力拡大係数とに基づいて許容長さを算出する。ここで、図７は、亀裂Ｃの長さと、各長さにおける応力拡大係数との関係を示すグラフであり、上記のＦＥＭモデルＭを用いた解析によって得られる。同グラフに示すように、許容長さ算出部８３は、亀裂Ｃの応力拡大係数が破壊靱性Ｋｃに等しい時の亀裂の長さを、亀裂Ｃの許容長さＬａとして特定する。
【００４７】
余寿命算出部８４は、探査装置７０によって検出された亀裂Ｃの長さＬ、許容長さ算出部８３で算出された許容長さＬａ、及び亀裂Ｃの進展速度ｄＬ／ｄｔに基づいて、蒸気タービン１（ディスク９）の余寿命Ｘを算出する。具体的には、余寿命算出部８４は、以下に示す（１）式によって余寿命Ｘを算出する。即ち、亀裂Ｃの長さＬと許容長さＬａとの差分を、進展速度ｄＬ／ｄｔで除算することで、余寿命Ｘが導かれる。
【数１】
2019120560.tif 000003
【００４８】
なお、亀裂Ｃの進展速度ｄＬ／ｄｔは、一例として以下の（２）式により得ることができる。
【数２】
2019120560.tif 000004
（２）式中のＴは絶対温度でランキン温度であり、σｙは０．２％耐力である。
【００４９】
判定部８５は、余寿命算出部８４によって算出された余寿命Ｘに基づいて、蒸気タービン１の継続運転が可能であるか否かを判定する。具体的には、余寿命Ｘの値に一定の安全率を乗じた上で、判定を行った時点から余寿命Ｘに到達する時点までに十分な時間的余裕があるか否かを判定する。「時間的余裕がある」か否かは、余寿命Ｘが予め定められた閾値に比べて大きいか小さいかに基づいて判定される。具体的には図８に示すように、上記（２）式によって得られた、亀裂Ｃの進展速度と、絶対温度の逆数との関係を示す評価線図によって余寿命Ｘが評価される。
【００５０】
継続運転が可能であると判定された場合は、蒸気タービン１の運転が継続される。一方で、継続運転が不可能であると判定された場合は、蒸気タービン１の運転を停止し、亀裂Ｃの補修、又は亀裂Ｃを生じたディスク９の廃却等の措置が取られる。亀裂Ｃの補修の態様として、当該亀裂Ｃ周辺を切削加工した後、肉盛溶接を行って初期形状を復元する方法が採られることが一般的である。
【００５１】
次に、本実施形態に係る余寿命評価方法（回転機械の余寿命評価方法）について、図５を参照して説明する。余寿命評価方法は、亀裂Ｃの形態を取得する形態取得ステップＳ１と、応力拡大係数を算出する係数算出ステップＳ２と、亀裂Ｃの許容長さを算出する許容長さ算出ステップＳ３と、余寿命を算出する余寿命算出ステップＳ４と、継続運転の可否を判定する判定ステップＳ５と、を含む。
【００５２】
形態取得ステップＳ１では、上記探査装置７０（亀裂測定部）が行う処理の通り、亀裂Ｃの始点Ｓ、長さＬ、及び方向θを定量的に検出する。形態取得ステップＳ１の後に、係数算出ステップＳ２が実行される。係数算出ステップＳ２では、上記係数算出部８２が行う処理の通り、ＦＥＭモデルＭ上で、亀裂Ｃの長さを種々に変えて、各亀裂長さにおける応力拡大係数が算出される。係数算出ステップＳ２の後に、許容長さ算出ステップＳ３が実行される。許容長さ算出ステップＳ３では、上記許容長さ算出部８３が行う処理の通り、係数算出部８２で算出された応力拡大係数に基づいて、亀裂Ｃの許容長さを算出する。許容長さ算出ステップＳ３の後に、余寿命算出ステップＳ４が実行される。余寿命算出ステップＳ４では、上記余寿命算出部８４が行う処理の通り、亀裂Ｃの長さＬと許容長さＬａとの差分を、進展速度ｄＬ／ｄｔで除算することで、余寿命Ｘが導かれる。余寿命算出ステップＳ４の後に、判定ステップＳ５が実行される。判定ステップＳ５では、上記判定部８５が行う処理の通り、余寿命Ｘに基づいて、蒸気タービン１の継続運転が可能であるか否かを判定する。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係る余寿命評価システム１００、余寿命評価方法によれば、既に生じている亀裂Ｃの長さＬに基づいて応力拡大係数が算出され、当該応力拡大係数に基づいて亀裂Ｃの許容長さＬａが算出される。したがって、例えば蒸気タービンロータ３を構成する材料の一般的な物性のみに基づいて許容長さＬａを算出した場合に比べて、実態に即した正確な許容長さＬａを得ることができる。これにより、蒸気タービン１（蒸気タービンロータ３）の余寿命を、より高精度に導くことができる。その結果、過度に保守的な点検・補修等を行うことなく、蒸気タービン１を運用することができ、点検・補修等にかかるコストを削減することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態によれば、異なる複数の亀裂Ｃの長さごとに複数の応力拡大係数を算出し、これら複数の応力拡大係数の値のうち、破壊靱性に等しい時の応力拡大係数に対応する亀裂の長さＬが許容長さＬａとされる。即ち、より多くの亀裂Ｃの長さＬごとに応力拡大係数を算出することで、亀裂Ｃの長さＬと応力拡大係数との関係をより精緻に求めることができる。これにより、より正確な許容長さＬａを算出することができる。
【００５５】
加えて、本実施形態によれば、亀裂Ｃを再現したＦＥＭモデルＭに基づいて応力拡大係数が算出される。これにより、より正確かつ早期に応力拡大係数を算出することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明における余寿命評価システム１００の機能の全てまたは一部を実現するためのプログラム（余寿命評価プログラム）をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより余寿命評価システム１００が行う処理の全てまたは一部を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００５７】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態では蒸気タービン１が化学プラントのコンプレッサを駆動する場合を例に説明をした。しかしながら、本発明の適用対象は化学プラントの蒸気タービンに限定されず、発電プラントに設置された蒸気タービンに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…蒸気タービン
２…蒸気タービンケーシング
３…蒸気タービンロータ
４…ジャーナル軸受
５…スラスト軸受
９…ディスク
９Ａ…ディスク表面
９ａ…ディスク本体
９ｂ…肩部
９ｃ…傾斜面
１１…軸端
１２…蒸気供給管
１３…蒸気排出管
１７…翼溝
１７ａ…ネック貫通部
１７ｂ…翼溝本体
１７Ａ…翼溝底面
１７Ｂ…翼溝天面
１７Ｃ…翼溝側面
２０…主流路
２１…静翼
２２…静翼シュラウド
２４…静翼台座
３０…動翼
３０ａ…翼根
３０ｂ…ネック部
３０ｃ…翼根本体
３０Ａ…翼根底面
３０Ｂ…翼根天面
３０Ｃ…翼根側面
３１…翼本体
７０…探査装置
８１…制御部
８２…係数算出部
８３…許容長さ算出部
８４…余寿命算出部
８５…判定部
９０…演算装置
９１…ＣＰＵ
９２…ＲＯＭ
９３…ＲＡＭ
９４…ＨＤＤ
９５…信号受信モジュール
１００…余寿命評価システム
Ｃ…亀裂
Ｌ…亀裂の長さ
Ｍ…ＦＥＭモデル
Ｍｔ…メッシュ
Ｏ…軸線
Ｓ…亀裂の始点
θ…亀裂の方向
【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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