(57)【要約】【課題】ガスタービン等の高温部品の遮熱コーティングが運転中に受ける損傷の種類と進行を予測する実機損傷シミュレーションシステムを提供する。【解決手段】機器の運転条件等の情報のデータ入力部１００と、遮熱コーティングの縦き裂、横き裂およびエロージョン減肉の各々の損傷の進行度を、トップ層の焼結とトップ層およびボンド層の酸化と疲労とを変数とする関数で表し、この関数より各損傷の進行度を予測する損傷進行度予測部２００と、前記各構成要素の損傷進行に対する前記損傷因子および残留応力の相互作用を予め関数で表しておき、この関数より前記損傷進行度予測部２００で算出した各損傷進行度を補正する損傷進行度補正部３００と、前記損傷進行度補正部３００で算出した各構成要素の損傷進行度を用いて部材の破損に最も影響を及ぼす損傷を予測する損傷主構成要素判定部４００と、結果出力部５００とを有する。【選択図】　図１
2004132768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材表面にトップ層とボンド層からなる遮熱コーティングを施した部材において、
（Ａ）機器の運転条件および部材の物性値等の情報が入力されるデータ入力部と、
（Ｂ）遮熱コーティングの損傷構成要素である縦き裂、横き裂およびエロージョン減肉の各々の損傷の進行度を、損傷因子であるトップ層の焼結とトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労を変数とする各損傷構成要素の損傷進行度予測関数で表し、この損傷進行度予測関数を用いて、各損傷の進行度を予測する縦き裂進行度予測部と横き裂進行度予測部とエロージョン進行度予測部とからなる損傷進行度予測部と、
（Ｃ）前記各損傷構成要素の損傷進行に対する前記損傷因子および残留応力の相互作用を予め関数で表しておき、この関数を用いて、前記損傷進行度予測部で算出した各損傷進行度を補正する縦き裂進行度補正部と横き裂進行度補正部とエロージョン進行度補正部からなる損傷進行度補正部と、
（Ｄ）前記損傷進行度補正部で算出した各構成要素の損傷進行度を用いて部材の破損に最も影響を及ぼす損傷を予測する損傷主構成要素判定部と、
（Ｅ）損傷主構成要素判定部の予測結果を出力する結果出力部と、
を有することを特徴とする遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項２】
前記損傷進行度予測部のき裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層のき裂損傷の進行度予測に用いるき裂進行度予測関数のうちトップ層の焼結に係るものは、真空中で加熱された試験片から得られたデータより、温度と時間の関数として表されるものとして構成された請求項１記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項３】
前記損傷進行度予測部のエロージョン進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層のエロージョンの進行度予測に用いるエロージョン進行度予測関数のうちトップ層の焼結に係るものは、不活性雰囲気中で加熱されるとともに、トップ層表面に微細粒子を含む不活性ガスを吹付けられた試験片から得られたデータより、温度と時間の関数として表されるものとして構成された請求項１記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項４】
前記損傷進行度予測部のき裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層のき裂損傷の進行度予測に用いるき裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものは、加熱容器内の酸素分圧を上昇させてボンド層の酸化物成長速度を加速させ加熱された試験片から得られたデータより、温度と時間と酸素分圧の関数として表されるものとして構成された請求項１記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項５】
前記損傷進行度予測部のエロージョン進行度予測部で遮熱コーティング皮膜トップ層のエロージョンの進行度予測に用いるエロージョン進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものは、高酸素分圧中で加熱されるとともに、トップ層表面に微細粒子を含む不活性ガスを吹付けられた試験片から得られたデータより、温度と時間と酸素分圧の関数として表されるものとして構成された請求項１記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項６】
前記損傷進行度予測部のき裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層のき裂損傷の進行度予測に用いるき裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、真空中で高温低サイクル疲労試験を受けた試験片から得られたデータより、温度と時間と酸素分圧の関数として表されるものとして構成された請求項１記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項７】
前記損傷進行度補正部のき裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層のき裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層の残留応力に係るものは、高温低サイクル疲労試験を受けた成膜時の残留応力が異なる試験片から得られたデータより、残留応力の関数として表されるものとして構成された請求項１記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項８】
前記損傷進行度補正部のき裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層のき裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、高酸素分圧中で熱機械疲労試験を受けた試験片から得られたデータより求められるものとして構成された請求項１記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項９】
前記損傷進行度補正部のき裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層のき裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層の焼結とトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、真空中で加熱された後熱機械疲労試験を受けた試験片から得られたデータより求められるものとして構成された請求項１記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項１０】
前記損傷進行度補正部において遮熱コーティング皮膜の損傷進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数は、周辺大気より高い冷却能力を持つ冷媒によって内面が冷却され、外表面は加熱装置によって加熱されることで肉厚方向の温度勾配を大きくしたものであって疲労試験を受けた試験片から得られたデータより、温度勾配の影響が加味されるものとして構成された請求項７ないし９記載の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム。
【請求項１１】
部材表面にトップ層とボンド層からなる遮熱コーティングを施した部材において、
（Ａ）機器の運転条件および部材の物性値等の情報を入力するステップと、
（Ｂ）遮熱コーティングの損傷構成要素である縦き裂、横き裂およびエロージョン減肉の各々の損傷の進行度を、損傷因子であるトップ層の焼結とトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労を変数とする各損傷構成要素の損傷進行度予測関数で表し、この損傷進行度予測関数を用いて、各損傷の進行度を予測するステップと、
（Ｃ）前記各損傷構成要素の損傷進行に対する前記損傷因子および残留応力の相互作用を予め関数で表しておき、この関数を用いて、前記損傷進行度予測部で算出した各損傷進行度を補正するステップと、
（Ｄ）前記損傷進行度補正部で算出した各構成要素の損傷進行度を用いて部材の破損に最も影響を及ぼす損傷を予測するステップと、
（Ｅ）損傷主構成要素判定部の予測結果を出力するステップと、
を有することを特徴とする遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン等の高温部品の遮熱コーティング技術に係り、特に遮熱コーティングが運転中に受ける高温部品の損傷の種類、程度と進行とを予測する遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの熱効率を向上させる最大の要因は燃焼ガス温度の上昇にあるため、その燃焼ガス温度は年々上昇させる傾向にある。
【０００３】
そのため、高温の燃焼ガスに曝されるガスタービン動翼には、（１）基材の表面にＭＣｒＡｌＹ（Ｍ：Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等）を含有する耐食、耐酸化コーティング皮膜を減圧プラズマ溶射によって形成し、さらに耐酸化性を高めるためにＡｌの拡散処理を行うこともあるボンド層と、（２）基材のメタル温度を低下させるためにＭＣｒＡｌＹを下地として、その上に遮熱のためのジルコニアなどを主成分とするセラミックスを被覆するトップ層とからなる遮熱コーティングが適用されるようになってきた。
【０００４】
遮熱コーティングを被覆した部品は、起動停止の繰り返しによる熱機械疲労から生じるトップ層のき裂、運転時間の経過に伴ってトップ層と基材の界面の酸化層成長が重畳して生ずるトップ層のはく離、さらに燃焼ガスによるエロージョンによるトップ層の減肉といった損傷を受ける。
【０００５】
このような遮熱コーティングを被覆した部品を実機プラントで使用した場合に受ける損傷についてはまだ解明されていない点が多く、保守管理方法についても種々提案されている。例えば、遮熱コーティングの表面に発生するき裂間隔を計測し、ガスタービン翼の補修または交換時期を非破壊的に的確に判定するシステム（特開２００１−２１５１７６号公報（特許文献１参照））や、運転中の動・静翼の遮熱コーティングの状態等を連続的に監視することのできるガスタービン内部機器の監視装置（特開２００１−３０３９６９号公報（特許文献２参照））が知られている。
【０００６】
損傷の中でも特にトップ層のはく離現象を評価することは重要である。その理由は、トップ層のはく離が進行し脱落した場合、脱落部分の基材は高温の燃焼ガスを受けることになり、メタル温度の上昇による損傷が加速することが予測されるからである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２１５１７６号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−３０３９６９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の提案等も表面に生じるき裂に対しては有効であるが、表面から視認できないはく離に対しては有効な手段は提供されていなかった。
【００１０】
今まではこの問題を回避するため、このようなガスタービン高温部品の交換、補修の判定は運転実績のあるプラントの運転データに基づいて経験的に補修時期および交換時期を設定しておき、定期点検毎にこれら設定値を見直していくという方法を採用してきた。
【００１１】
この場合、設定時間の近傍で交換または補修をすることになるが、遮熱コーティングを被覆した場合、部品表面で変化の少ないはく離の前兆を捕らえることは現状困難であり、損傷の進行を予測しないまま運転に供した場合、表面下で損傷の進行が進み、損傷の進行が発見されないまま運転を続けると突然翼の破壊にいたることになる。一方、はく離の進行していない部品を補修して運用するということもある。
【００１２】
特にトップ層のはく離はその前兆を捕らえる技術が発達していない状態であり、はく落へ至るメカニズムを把握し、はく離現象をシミュレートすることは、適切な保守管理スケジュールを与えるには重要なことである。
【００１３】
ところが、これらの損傷の進行の予測解明が不完全であるケースが多く、表面上その前兆が見られないトップ層のはく離が一旦起こると、高温の燃焼ガスに基材が直接曝されることになり、基材の損傷の加速による部品の破壊につながることになる。
【００１４】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ガスタービン等の高温部品に被覆された遮熱コーティングの厚さ方向のき裂（以下「縦き裂」という。）と遮熱コーティングが基材からはく離する方向のき裂（以下「横き裂」という。）とトップ層のエロージョンによる減肉といった損傷を構成する要素について、原因となる各因子を用いて関数で表し、因子間の相互作用についても関数で表すことで運転条件の違いや突変に対するシミュレーションを可能にする遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムを提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムは、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、部材表面にトップ層とボンド層からなる遮熱コーティングを被覆した部材において、（Ａ）機器の運転条件および部材の物性値等の情報が入力されるデータ入力部と、（Ｂ）遮熱コーティングの損傷構成要素である縦き裂、横き裂およびエロージョン減肉の各々の損傷の進行度を、損傷因子であるトップ層の焼結とトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労を変数とする各損傷構成要素の損傷進行度予測関数で表し、この損傷進行度予測関数を用いて、各損傷の進行度を予測する縦き裂進行度予測部と横き裂進行度予測部とエロージョン進行度予測部とからなる損傷進行度予測部と、（Ｃ）前記各損傷構成要素の損傷進行に対する前記損傷因子および残留応力の相互作用を予め関数で表しておき、この関数を用いて、前記損傷進行度予測部で算出した各損傷進行度を補正する縦き裂進行度補正部と横き裂進行度補正部とエロージョン進行度補正部からなる損傷進行度補正部と、（Ｄ）前記損傷進行度補正部で算出した各構成要素の損傷進行度を用いて部材の破損に最も影響を及ぼす損傷を予測する損傷主構成要素判定部と、（Ｅ）損傷主構成要素判定部の予測結果を出力する結果出力部とを有することを特徴とする。
【００１６】
次に、請求項２の縦き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度予測部の縦き裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測に用いる縦き裂進行度予測関数のうちトップ層の焼結に係るものは、真空中で加熱された試験片から得られたデータより、温度と時間の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００１７】
そして、請求項２の横き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度予測部の横き裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測に用いる横き裂進行度予測関数のうちトップ層の焼結に係るものは、真空中で加熱された試験片をから得られたデータより、温度と時間の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００１８】
また、請求項３に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度予測部のエロージョン進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層のエロージョンの進行度予測に用いるエロージョン進行度予測関数のうちトップ層の焼結に係るものは、不活性雰囲気中で加熱されるとともに、トップ層表面に微細粒子を含む不活性ガスを吹付けられた試験片から得られたデータより、温度と時間の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００１９】
さらに、請求項４の縦き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度予測部の縦き裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測に用いる縦き裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものは、加熱容器内の酸素分圧を上昇させてボンド層の酸化物成長速度を加速させ加熱された試験片から得られたデータより、温度と時間と酸素分圧の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００２０】
さらにまた、請求項４の横き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度予測部の横き裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測に用いる横き裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものは、加熱容器内の酸素分圧を上昇させてボンド層の酸化物成長速度を加速させ加熱された試験片から得られたデータより、温度と時間と酸素分圧の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００２１】
さらに、請求項５に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度予測部のエロージョン進行度予測部で遮熱コーティング皮膜トップ層のエロージョンの進行度予測に用いるエロージョン進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものは、高酸素分圧中で加熱されるとともに、トップ層表面に微細粒子を含む不活性ガスを吹付けられた試験片から得られたデータから、温度と時間と酸素分圧の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００２２】
また、請求項６の縦き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度予測部の縦き裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測に用いる縦き裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、真空中で高温低サイクル疲労試験を受けた試験片から得られたデータより、温度と時間と酸素分圧の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００２３】
さらに、請求項６の横き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度予測部の横き裂進行度予測部において遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測に用いる横き裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、真空中で高温低サイクル疲労試験を受けた試験片から得られたデータより、温度と時間と酸素分圧の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００２４】
またさらに、請求項７の縦き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度補正部の縦き裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層の残留応力に係るものは、高温低サイクル疲労試験を受けた成膜時の残留応力が異なる試験片から得られたデータより、残留応力の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００２５】
さらに、請求項７の横き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度補正部の横き裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層の残留応力に係るものは、高温低サイクル疲労試験を受けた成膜時の残留応力が異なる試験片から得られたデータより、残留応力の関数として表されるものとして構成されたものである。
【００２６】
さらに、請求項８の縦き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度補正部の縦き裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、高酸素分圧中で熱機械疲労試験を受けた試験片から得られたデータより求められるものとして構成されたものである。
【００２７】
また、請求項８の横き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度補正部の横き裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、高酸素分圧中で熱機械疲労試験を受けた試験片から得られたデータより求められるものとして構成されたものである。
【００２８】
またさらに、請求項９の縦き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度補正部の縦き裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層の焼結とトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、真空中で加熱された後熱機械疲労試験を受けた試験片から得られたデータより求められるものとして構成されたものである。
【００２９】
さらに、請求項９の横き裂に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度補正部の横き裂進行度補正部において遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数のうちトップ層の焼結とトップ層およびボンド層の疲労に係るものは、真空中で加熱された後熱機械疲労試験を受けた試験片から得られたデータより求められるものとして構成されたものである。
【００３０】
さらに、請求項１０に係る実機損傷シミュレーションシステムは、前記損傷進行度補正部において遮熱コーティング皮膜損傷進行度予測の補正に用いる相互作用予測関数は、周辺大気より高い冷却能力を持つ冷媒によって内面が冷却され、外表面は加熱装置によって加熱されることで肉厚方向の温度勾配を大きくしたものであって疲労試験を受けた試験片から得られたデータより、温度勾配の影響が加味されるものとして構成されたものである。
【００３１】
またさらに、請求項１１に係る実機損傷シミュレーション方法は、部材表面にトップ層とボンド層からなる遮熱コーティングを施した部材において、（Ａ）機器の運転条件および部材の物性値等の情報を入力するステップと、（Ｂ）遮熱コーティングの損傷構成要素である縦き裂、横き裂およびエロージョン減肉の各々の損傷の進行度を、損傷因子であるトップ層の焼結とトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労を変数とする各損傷構成要素の損傷進行度予測関数で表し、この損傷進行度予測関数を用いて、各損傷の進行度を予測するステップと、（Ｃ）前記各損傷構成要素の損傷進行に対する前記損傷因子および残留応力の相互作用を予め関数で表しておき、この関数を用いて、前記損傷進行度予測部で算出した各損傷進行度を補正するステップと、（Ｄ）前記損傷進行度補正部で算出した各構成要素の損傷進行度を用いて部材の破損に最も影響を及ぼす損傷を予測するステップと、（Ｅ）損傷主構成要素判定部の予測結果を出力するステップとを有することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第１の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム１の第１の実施形態を概念的に示すブロック図である。
【００３４】
この図１に示すように、本実施形態のシステムは大別して、データ入力部１００と、損傷進行度予測部２００と、損傷進行度補正部３００と、損傷主構成要素判定部４００と、結果出力部５００とを有する。
【００３５】
データ入力部１００では、機器の運転条件および部品に使用される材料の物性値等実機の損傷シミュレーションに必要な情報がユーザにより入力される。具体的には、実機の部材表面が受ける燃焼ガス温度分布、燃焼ガス温度中の酸素分圧、部材の各位置での温度・応力状態等の数値である。
【００３６】
損傷進行度予測部２００は、縦き裂進行度予測部２０１と横き裂進行度予測部２０２とエロージョン進行度予測部２０３とから構成されている。
【００３７】
遮熱コーティングに損傷を与える原因としては、トップ層の焼結とトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労が挙げられる。これらのうち焼結については、焼結により粒子間の空隙が縮小するため収縮応力が生じ、それがき裂をもたらす原因となるものである。
【００３８】
したがって、遮熱コーティングの損傷は、縦き裂をφｖ、横き裂をφｈ、エロージョン減肉をφｅとすると、一般的には以下の式で表すことができる。
【００３９】
【数１】
2004132768.tif 000003
ここで、ｓはトップ層の焼結、ｏはトップ層およびボンド層の酸化、ｆはトップ層およびボンド層の疲労を表し、φｖ＝０は縦き裂の発生していない状態、φｖ＝１はトップ層に発生した縦き裂が基材に進展し始めた状態を示す。また、φｈ＝０は横き裂の発生していない状態、φｈ＝１はトップ層またはボンド層に発生したき裂が所定の長さに進展しはく離寸前に至った状態、φｅ＝０はエロージョン減肉の発生していない状態、φｅ＝１はトップ層が完全に減肉した状態を示す。
【００４０】
式１ないし式３は主に実験によって設定されることになる。しかし、これらの損傷因子は相互に関連するため、一気に解明することは困難である。そこでまず、損傷進行度予測部２００において、これらの因子の中から一の因子についてのみ着目して演算することにより大まかな損傷の進行を予測する。
【００４１】
縦き裂進行度予測部２０１では、遮熱コーティングトップ層の縦き裂進行度を予測する縦き裂進行度予測関数を予め式４ないし式６のいずれかのように損傷因子を変数とする関数φｖで定義しておく。
【００４２】
【数２】
2004132768.tif 000004
【００４３】
式４は、式１中のｓ、すなわちトップ層の焼結のみを変数としたものであり、他の因子、すなわちトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労は固定されたものとして定数として取り扱われる。
【００４４】
縦き裂進行度予測部２０１では、上記データ入力部１００に入力されたデータをもとに、縦き裂進行度予測関数を用いて演算処理を行う。これにより、個々の実機の運転条件や部材の物性値等に応じた縦き裂進行度を予測することが可能になる。
【００４５】
同様に、横き裂進行度予測部２０２では、横き裂進行度を予測する横き裂進行度予測関数を予め式７ないし式９のように損傷因子を変数とする関数φｈで定義しておき、エロージョン進行度予測部２０３でも、エロージョンによる減肉進行度を予測するエロージョン進行度予測関数を予め式１０ないし１２のように損傷因子を変数とする関数φｅで定義しておく。
【００４６】
【数３】
2004132768.tif 000005
【００４７】
損傷進行度補正部３００は、縦き裂進行度補正部３０１と横き裂進行度補正部３０２とエロージョン進行度補正部３０３とから構成される。
【００４８】
損傷進行度補正部３００においては、他の因子が及ぼす影響を計算することにより損傷進行度予測部２００で得られた予測値を補正する。
【００４９】
損傷進行度補正部３００では、式１ないし式３におけるｓ、ｏ、ｆの相互作用および成膜時に導入されたトップ層内の残留応力による影響について評価し、損傷進行度予測部２００において算出予測した損傷進行度の補正を行う。ジルコニアなどを主成分とするセラミックスは高温下で被覆され、温度の低下とともに収縮することにより引張応力等の残留応力が生じ、この残留応力がトップ層の損傷の進行度に及ぼす影響についても予測する必要があるからである。
【００５０】
損傷主構成要素判定部４００は、損傷の進行度を用いて部材の破損に最も影響を及ぼす構成要素を予測する部分である。損傷主構成要素判定部４００では、上記損傷進行度補正部３００において補正した損傷進行度を用いて、損傷を構成する各要素の進行の優先度を評価する。
【００５１】
結果出力部５００は、損傷主構成要素判定部４００で得られた予測結果をユーザが見やすいように液晶表示装置、ＣＲＴ等の画像表示装置、プリンタ等に出力する。予測結果は、例えばφｖ、φｈ、φｅの関係を示すグラフとして表示される。
【００５２】
図２は、第１の実施形態の遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム１を使い、動翼の代表部位２箇所において具体的なデータに基づいた遮熱コーティングの実機損傷シミュレーションを行った結果を示す図である。
【００５３】
図２（Ａ）は、動翼の代表部位１における運転時間ｔとφｖ、φｈ、φｅとの関係を示し、図２（Ｂ）は、動翼の代表部位２における運転時間ｔとφｖ、φｈ、φｅとの関係を示す。
【００５４】
部位１においてはｖ１、部位２においてはｈ２が最初に臨界値１．０を超えている。すなわち、部位１では縦き裂が最初に基材へ進展し、部位２では横き裂によるトップ層のはく離が最初に所定の長さに進展したことを表す。したがって、部位１においては縦き裂に対して、部位２ついてはトップ層のはく離に対してメンテナンス対策を行う必要があることを示唆している。
【００５５】
次に、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第２の実施形態について、図３ないし図５を参照して説明する。
【００５６】
図３は、本発明の第２の実施形態による遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム１Ａを概念的に示すブロック図である。
【００５７】
本実施形態の実機損傷シミュレーションシステム１Ａは、図３に示すように縦き裂進行度予測部２０１ａおよび／または横き裂進行度予測部２０２ａの内部構成が、第１の実施形態におけるものと基本的に相違し、他の構成は第１の実施形態と実質的に同じであり、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
縦き裂進行度予測部２０１ａでは、遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測に用いる縦き裂進行度予測関数のうちトップ層の焼結に係るものを、予め関数φｖｓで定義しておく。
【００５９】
この関数φｖｓは、真空中で試験片を加熱する加熱試験を行い、その結果得られた試験片についてのデータから、温度と時間の関数として表されたものである。すなわち、
【数４】
2004132768.tif 000006
ここで、ｔは運転時間、Ｔはトップ層表面温度である。
【００６０】
同様に、横き裂進行度予測部２０２ａは、遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測に用いる横き裂進行度予測関数のうちトップ層の焼結に係るものを、予め関数φｈｓで定義したものである。すなわち、
【数５】
2004132768.tif 000007
【００６１】
図４に、関数φｖｓの定義におけるトップ層の焼結の影響を関数化するために用いられるデータを提供する真空加熱装置２０の概要について示す。
【００６２】
真空加熱装置２０は、本体ケーシング２１内に真空チャンバ２２が形成され、この真空チャンバ２２内に加熱ヒーター２３を設けた加熱炉２４として構成され、この真空チャンバ２２には真空ポンプ２５が配管２６を介して接続され、チャンバ２２内の気圧が低減される。
【００６３】
燃焼に供される試験片２６は、ガスタービン動翼と同材のＮｉ基合金等からなる基材２７ａとボンド層２７ｂとトップ層２７ｃとで作製される。
【００６４】
まず、真空ポンプ２５を作動させて真空チャンバ２２を真空化し、ボンド層２７ｂが酸化することによる他の損傷因子の影響を取り除く。その後一定温度で加熱し、トップ層２７ｃに生じる引張応力σｓを試験前と試験中の一定の期間ごとに計測する。焼結によりコーティング材の粒子間の空隙が縮小するため全体として体積が収縮し、その結果部材相互間に引張応力σｓが生じる。そしてこの引張応力が焼結を原因とするき裂をもたらすからである。
【００６５】
試験片２７の加熱条件はガスタービン実機と同等レベルの９００℃〜１５００℃にかけて最低３温度条件、加熱時間を１０００時間以上で最低３条件実施するのが望ましい。
【００６６】
以上から図５に示すように、関数φｖにおける焼結の影響φｖｓを加熱時間ｔとトップ層表面温度Ｔとで表すことが可能になる。
【００６７】
縦軸φｖｓはσｓ／σｓ０の比で表される。ここにσｓ０はトップ層２７ｃに発生したき裂が基材に進展し始めたときの引張応力である。したがって、このφｖｓが１．０となったときに基材にき裂が発生する。
【００６８】
一定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で加熱を続けると、それに従い焼結はそれぞれのカーブを描いて進捗する。これから、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の中間の温度におけるφｖｓの進捗状況を推定することが可能となる。すなわち、そのような中間の温度を運転条件として設定し、データ入力部１００に条件として入力すると、その温度に対応した損傷進行度予測値を得ることができる。
【００６９】
さらにＴ３’に示すように、コーティング時の焼結によりトップ層２７ｃに既に残留応力が発生している試験片の、温度Ｔ３における評価曲線を得ることもできる。
【００７０】
このように、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムによれば、遮熱コーティング部材の寿命の推定を、実機の運転を行わなくても、試験片を燃焼することにより得られたデータから推定することが可能となる。
【００７１】
次に、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第３の実施の形態について、図６および図７を参照して説明する。
【００７２】
図６は、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム１Ｂの第３の実施形態を概念的に示すブロック図である。
【００７３】
本実施の形態の実機損傷シミュレーションシステム１Ｂは、図６に示すようにエロージョン進行度予測部２０３ｂの内部構成が、第１の実施形態におけるものと基本的に相違し、他の構成は第１の実施形態と実質的に同じであり、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７４】
エロージョン進行度予測部２０３ｂでは、遮熱コーティング皮膜トップ層のエロージョンによる減肉の進行度予測に用いるエロージョン進行度予測関数のうちトップ層の焼結に係るものを、予め関数φｅｓで定義しておく。
【００７５】
この関数φｅｓは、不活性雰囲気中で試験片を加熱した状態でトップ層表面に微細粒子を含む不活性ガスを衝突させるエロージョン試験を行い、その結果得られたデータから、温度と時間の関数として表されたものである。すなわち、
【数６】
2004132768.tif 000008
ここで、ｔは運転時間、Ｔはトップ層表面温度である。
【００７６】
図７に、関数φｅｓの定義におけるトップ層の焼結の影響を関数化するために用いられるデータを提供するエロージョン試験装置３０の概要について示す。
【００７７】
エロージョン試験装置３０は、微粉末供給装置３１と、不活性なガスの供給源としての不活性ガスボンベ３２と、微粉末とＨｅガスやＮ２ガス等の不活性なガスを混合させる混合器３３と、加熱ヒーター３４と、不活性ガスボンベ３２から不活性ガスを、微粉末供給装置３１から微粉末を混合器３３へそれぞれ送る配管３５とから構成される。試験に供される試験片２７は、前記第２の実施の形態で用いたものと同じである。
【００７８】
試験片２７は予め真空中で加熱しておくことでトップ層２７ｃが焼結した状態にしておく。焼結による影響を排除するためである。次に、アルミナなどの微細粒子（微粉末）と不活性ガスを混合器３３に送り、ここで混合してトップ層２７ｃ表面に吹付けた状態で試験片２７を加熱する。実験条件は３つ以上の異なる温度と３つ以上の異なる不活性ガス曝露時間とする。
【００７９】
以上から、関数φｅにおける焼結の影響φｅｓを加熱時間ｔとトップ層表面温度Ｔとで表すことが可能になり、トップ層２７ｃの損傷の進行におけるエロージョン特性の温度依存性の把握が可能となる。
【００８０】
次に、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第４の実施形態について、図８および図９を参照して説明する。
【００８１】
図８は、本発明の第４の実施形態による遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム１Ｃを概念的に示すブロック図である。
【００８２】
この実機損傷シミュレーションシステム１Ｃは、図８に示すように縦き裂進行度予測部２０１ｃおよび／または横き裂進行度予測部２０２ｃの内部構成が、第１の実施形態におけるものと基本的に相違し、他の構成は第１の実施形態と実質的に同じであり、同じ符号を付して説明を省略する。
【００８３】
縦き裂進行度予測部２０１ｃでは、遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測に用いる縦き裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものを、予め関数φｖｏで定義しておく。
【００８４】
この関数φｖｏは、加熱容器内の酸素分圧を上昇させて試験片のトップ層とボンド層との界面に発生する酸化物成長速度を加速させる加熱試験を行い、その結果得られたデータから、温度と時間と酸素分圧の関数として表されたものである。すなわち、
【数７】
2004132768.tif 000009
ここで、ｔは運転時間、Ｔはトップ層表面温度、ｐは酸素分圧である。
【００８５】
同様に、横き裂進行度予測部２０２ｃは、遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測に用いる横き裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものを、予め関数φｈｏで定義したものである。すなわち、
【数８】
2004132768.tif 000010
【００８６】
図９に、関数φｖｏの定義におけるトップ層およびボンド層の酸化の影響を関数化するために用いられるデータを提供する酸素分圧可変型熱サイクル試験装置４０の概要について示す。
【００８７】
酸素分圧可変型熱サイクル試験装置４０は、本体ケーシング４１内に真空チャンバ４２を形成し、この真空チャンバ４２内に加熱ヒーター４３を設けた加熱炉４４を備える。加熱炉４４内の真空チャンバ４２は真空ポンプ４５と配管４７を介して接続される一方、真空チャンバ４２は酸素ガス供給源としての酸素ガスボンベ４６に配管４８を介して接続され、この配管４８を通って酸素ガスが真空チャンバ４２内に供給されるようになっている。試験に供される試験片２７は、前記第１の実施の形態で用いた試験片と同じである。
【００８８】
真空チャンバ４２内の酸素分圧および試験片２７の温度についてそれぞれ３種類以上の条件で試験片２７を加熱する。
【００８９】
基材が高酸素分圧下で長時間高温に曝されると、基材表面に熱成長酸化物が発生しはじめる。このように基材組織が変性するとボンド層との付着応力が弱まりはく離の原因となる。また、この熱成長酸化物の体積は元の基材より膨張するため、コーティング層を押上げるような形となって、縦き裂の原因となる引張応力が発生する。
【００９０】
したがって、このような条件で加熱することにより、ボンド層２７ｂと基材２７ａ界面に発生する熱成長酸化物の成長速度を加速させ、それに伴って発生する応力によるき裂発生時期を加熱時間ｔとトップ層表面温度Ｔと酸素分圧ｐとで表すことが可能になる。
【００９１】
次に、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第５の実施の形態について、図１０ないし図１２を参照して説明する。
【００９２】
図１０は、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム１Ｄの第５の実施形態を概念的に示すブロック図である。
【００９３】
本実施形態の実機損傷シミュレーションシステム１Ｄは、図１０に示すように縦き裂進行度予測部２０１ｄおよび／または横き裂進行度予測部２０２ｄの内部構成が、第１の実施形態におけるものと基本的に相違し、他の構成は第１の実施形態と実質的に同じであり、同じ符号を付して説明を省略する。
【００９４】
縦き裂進行度予測部２０１ｄでは、遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測に用いる縦き裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の疲労に係るものを、予め関数φｖｆで定義しておく。
【００９５】
この関数φｖｆは、真空中で試験片を加熱して低サイクル疲労試験を行い、その結果得られたデータから、温度と時間と酸素分圧の関数として表されたものである。すなわち、
【数９】
2004132768.tif 000011
ここで、ｔは運転時間、Ｔはトップ層表面温度、ｐは酸素分圧である。
【００９６】
同様に、横き裂進行度予測部２０２ｄは、遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度予測に用いる横き裂進行度予測関数のうちトップ層およびボンド層の疲労に係るものを、予め関数φｈｆで定義したものである。すなわち、
【数１０】
2004132768.tif 000012
【００９７】
図１１に、関数φｖｆの定義におけるトップ層およびボンド層の疲労の影響を関数化するために用いられるデータを提供する真空チャンバ付高温低サイクル疲労試験装置５０の概要について示す。
【００９８】
真空チャンバ付高温低サイクル疲労試験装置５０は、フレーム構造の装置本体５１に立設状態の複数の試験機コラム５４を有する。これら試験機コラム５４，５４間に架設された試験機クロスヘッド５５と試験機ベッド５６および試験機ベッド５６に取付けられたアクチュエータ５７を高温低サイクル疲労試験装置５０の主要な構造とし、試験機クロスヘッド５５と試験機ベッド５６は、加圧ロッド５８を介して本体ケーシング５９を挟持している。この本体ケーシング５９内に真空チャンバ６０が形成され、この真空チャンバ６０は内部に加熱ヒーター６１を有する。真空チャンバ６０は真空ポンプ６３とは配管６４により接続されている。
【００９９】
試験片６５は、図１２に示すように、ガスタービン動翼と同一の基材で製作した長方形断面を持つ試験片基体６５ａを作成し、その相対する側面にガスタービン動翼と同一のボンド層６５ｂおよびトップ層６５ｃからなるコーティング皮膜を形成する。
【０１００】
高温低サイクル疲労試験装置５０は初めに真空ポンプ６３を作動させ、この真空ポンプ６３により真空チャンバ６０内を真空化し、次に試験片６５を加熱ヒーター６１で加熱する。試験片６５の加熱を真空中で行うのは、トップ層６５ｃとボンド層６５ｂ界面に発生する熱成長酸化物の影響を取り除くためである。その後アクチュエータ５７の作動を繰り返し、引張圧縮力を負荷する。
【０１０１】
この試験の結果得られたトップ層表面温度とひずみ範囲のデータから関数φｖｆおよび／またはφｈｆを、加熱時間ｔとトップ層表面温度Ｔと酸素分圧ｐとで表すことが可能になる。
【０１０２】
次に、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第６の実施形態について、図１３および図１４を参照して説明する。
【０１０３】
図１３は、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム１Ｅの第６の実施形態を概念的に示すブロック図である。
【０１０４】
本実施の形態の実機損傷シミュレーションシステム１Ｅは、図１３に示すように縦き裂進行度予測部３０１ｅおよび／または横き裂進行度予測部３０２ｅの内部構成が、第１の実施形態におけるものと基本的に相違し、他の構成は第１の実施形態と実質的に同じであり、同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
縦き裂進行度補正部３０１ｅでは、遮熱コーティング皮膜トップ層の縦き裂損傷の進行度予測の補正に用いる縦き裂進行度補正関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものとトップ層およびボンド層の疲労に係るものとを、予め関数φｖｏｆで定義しておく。
【０１０６】
この関数φｖｏｆは、試験片を高酸素分圧中で加熱して熱機械疲労試験を行い、その結果得られたデータから求められたものである。すなわち、
【数１１】
φｖ（ｏ，ｆ）＝φｖｏｆ　　　……（２８）
【０１０７】
同様に、横き裂進行度補正部３０２ｅは、遮熱コーティング皮膜トップ層の横き裂損傷の進行度補正に用いる横き裂進行度補正関数のうちトップ層およびボンド層の酸化に係るものとトップ層およびボンド層の疲労に係るものとを、予め関数φｈｏｆで定義したものである。すなわち、
【数１２】
φｈ（ｏ，ｆ）＝φｈｏｆ　　　……（２９）
【０１０８】
関数φｖｏｆの定義におけるトップ層およびボンド層の酸化とトップ層およびボンド層の疲労の影響を関数化するために用いられるデータを提供する真空チャンバおよび酸素ボンベ付熱機械疲労試験装置７０の概要は、図１４に示すように、第５の実施形態で使用される真空チャンバ付高温低サイクル疲労試験装置５０に、その真空チャンバ５１に酸素を供給する酸素ボンベ７１が付加されたものである。また、試験に供される試験片６５は、前記第５の実施の形態で用いた試験片と異ならず、同じである。
【０１０９】
まず、真空ポンプ６０を作動させて真空チャンバ２２を負圧にし、次に酸素ボンベ７１から酸素を送り込んで、真空チャンバ２２内の酸素分圧を所要の値にする。その後一定温度内で繰り返し加熱すると同時に、アクチュエータ５７の作動を繰り返し、引張圧縮力を負荷する。この間、過去の実験等から想定された試験片破壊時期に対する１０％ごとに試験を中断し、試験片６５のボンド層６５ｂと基材６５ａ界面に形成される熱成長酸化物の厚さを測定する。こうして得られた熱成長酸化物の厚さにより、熱成長酸化物の生成に伴って発生する応力によるき裂との関係を関数で表すことが可能になる。
【０１１０】
この関数を、例えば第４の実施形態で得られたトップ層およびボンド層の酸化のみを考慮して得られた予測関数φｖｏと比較してその差から、トップ層およびボンド層の酸化に対するトップ層およびボンド層の疲労の影響を表す関数φｖｆｏを求めることができる。
【０１１１】
同様に、この関数を、例えば第５の実施形態で得られたトップ層およびボンド層の疲労のみを考慮して得られた予測関数φｖｆと比較してその差から、トップ層およびボンド層の疲労に対するトップ層およびボンド層の酸化の影響を表す関数φｖｏｆを求めることができる。
【０１１２】
これにより、損傷進行度予測部２００で算出した予測値をより制度の高い値に補正することが可能になる。
【０１１３】
この場合、熱疲労試験のように熱サイクルを与えず、高温状態を維持したまま低サイクル疲労試験を行って必要なデータを得てもよい。
【０１１４】
また、試験片表面のトップ層６５ｃに残留応力を作用させた試験片６５を用いることで、残留応力によるφｖおよびφｈの初期値の変化についても把握が可能である。
【０１１５】
最後に、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第７の実施形態について、図１５ないし図１７を参照して説明する。
【０１１６】
第５の実施形態に係る高温低サイクル疲労試験および第６の実施形態に係る熱機械疲労試験で用いられる試験片６５はコーティング部分を除き単一部材であるため厚さ方向の温度勾配を持たないが、実機ガスタービン動翼は、その外表面は燃焼ガスに曝される一方、内表面は冷却空気が常に通っているため、内外表面には温度勾配が存在する。
【０１１７】
そこで、この温度勾配の影響を評価するため、図１５に示すような試験片を用いる。すなわち、ここで用いられる試験片８２は、図１５に示すように、試験片６１の内部に穴８４を複数設けたインサート８３を挿入したものである。
【０１１８】
この温度勾配の影響を評価するためのデータを得るための試験装置８０の概要は、図１６に示すように、第６の実施形態で用いられた真空チャンバおよび酸素ボンベ付熱機械疲労試験装置７０を基礎として、加熱ヒーター５２がバーナー８５に変更され、また、冷却装置（図示せず）が配管８１を介して取付けられたものである。
【０１１９】
過熱源をバーナー８５に変更したのは、試験片８１はその寸法上の制約から熱容量が小さく、温度勾配を付けるには強力な加熱源が必要となるためである。
【０１２０】
この冷却装置、真空チャンバおよび酸素ボンベ付熱機械疲労試験装置８０を使用した試験では、図１７に概略を示すように、インサート８３中を冷媒８６を高速で通過させることにより試験片を冷却する。また、設けた穴８４を通して試験片内部に冷媒を直接当てるインピンジ冷却を行うことにより冷却効率を一層向上させている。ここでは、冷媒８６に水蒸気を採用している。これら加熱バーナー８５および冷媒８６としての水蒸気を用いることにより、所要の温度勾配を得ることができる。
【０１２１】
この試験片８２を用いた試験の結果、最高温のトップ層表面温度と最低温の試験片８２中心部温度との温度差により生じる熱応力も考慮することができるようになり、温度勾配によるφｖおよびφｈの変化についても把握が可能となる。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムによれば、様々な運転条件における遮熱コーティングの横き裂の進展、はく離および減肉による損傷の進行を把握でき、寿命を把握した状態で運転に供することが可能となり、適切な遮熱コーティングの補修や部品交換といったような保守管理支援ができる。
【０１２３】
また、本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムによれば、目標の寿命に適した膜厚を設定する等遮熱コーティング部材の最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第１の実施の形態の基本的な構成を示すブロック図。
【図２】（Ａ）は部位１における損傷主構成要素判定部による運転時間の経過と損傷進行度の関係を示す図、（Ｂ）は部位２における損傷主構成要素判定部による運転時間の経過と損傷進行度の関係を示す図。
【図３】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第２の実施の形態の基本的な構成を示すブロック図。
【図４】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第２の実施の形態で使用される真空加熱装置の概要を示す図。
【図５】損傷度予測関数φｖｓと時間および温度の関係を示す図。
【図６】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第３の実施の形態の基本的な構成を示すブロック図。
【図７】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第３の実施の形態で使用されるエロージョン試験装置の概要を示す図。
【図８】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第４の実施の形態の基本的な構成を示すブロック図。
【図９】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第４の実施の形態で使用される酸素分圧可変型熱サイクル試験装置の概要を示す図。
【図１０】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第５の実施の形態の基本的な構成を示すブロック図。
【図１１】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第５の実施の形態で使用される真空チャンバ付高温低サイクル疲労試験装置の概要を示す図。
【図１２】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第５の実施の形態で使用される試験片を示す図。
【図１３】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第６の実施の形態の基本的な構成を示すブロック図。
【図１４】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第６の実施の形態で使用される真空チャンバおよび酸素ボンベ付熱機械疲労試験装置の概要を示す図。
【図１５】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第７の実施の形態で使用される温度勾配を考慮した試験片を示す図。
【図１６】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第７の実施の形態で使用される冷却装置、真空チャンバおよび酸素ボンベ付熱機械疲労試験装置の概要を示す図。
【図１７】本発明に係る遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステムの第７の実施の形態で使用される試験方法の概要を示す図。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…遮熱コーティング部材の実機損傷シミュレーションシステム、２０…真空加熱装置、２１…本体ケーシング、２２…真空チャンバ、２３…加熱ヒーター、２４…加熱炉、２５…真空ポンプ、２６…配管、２７…試験片、２７ａ…基材、２７ｂ…ボンド層、２７ｃ…トップ層、３０…エロージョン試験装置、３１…微粉末供給装置、３２…不活性ガスボンベ、３３…混合器、３４…加熱ヒーター、３５…配管、４０…酸素分圧可変型熱サイクル試験装置、４１…本体ケーシング、４２…真空チャンバ、４３…加熱ヒーター、４４…加熱炉、４５…真空ポンプ、４６…酸素ガスボンベ、４７，４８…配管、５０…真空チャンバ付高温低サイクル疲労試験装置、５１…装置本体、５４…試験機コラム、５５…試験機クロスヘッド、５６…試験機ベッド、５７…アクチュエータ、５８…加圧ロッド、５９…本体ケーシング、６０…真空チャンバ、６１…加熱ヒーター、６３…真空ポンプ、６４…配管、６５…試験片、６５ａ…基材、６５ｂ…ボンド層、６５ｃ…トップ層、７０…真空チャンバおよび酸素ボンベ付熱機械疲労試験装置、７１…酸素ボンベ、８０…冷却装置、真空チャンバおよび酸素ボンベ付熱機械疲労試験装置、８１…配管、８２…試験片、８２ａ…基材、８２ｂ…ボンド層、８２ｃ…トップ層、８３…インサート、８４…穴、８５…バーナー、８６…冷媒、１００…データ入力部、２００…損傷進行度予測部、２０１，２０１ａ，２０１ｃ，２０１ｄ…縦き裂進行度予測部、２０２，２０２ａ，２０２ｃ，２０２ｄ…横き裂進行度予測部、２０３，２０３ｂ…エロージョン進行度予測部、３００…損傷進行度補正部、３０１，３０１ｅ…縦き裂進行度補正部、３０２，３０２ｅ…横き裂進行度補正部、３０３…エロージョン進行度補正部、４００…損傷主構成要素判定部、５００…結果出力部、ａ…微細粒子入り不活性ガス、ｂ…火炎、ｖ１，ｖ２…縦き裂予測曲線、ｈ１，ｈ２…横き裂予測曲線、ｅ１，ｅ２…エロージョン予測曲線、Ｔ１…温度Ｔ１における評価曲線、Ｔ２…温度Ｔ２における評価曲線、Ｔ３…温度Ｔ３における評価曲線、Ｔ３’…コーティング時の焼結により残留応力が発生している場合の温度Ｔ３における評価曲線。
【図１】
2004132768.tif 000013
【図２】
2004132768.tif 000014
【図３】
2004132768.tif 000015
【図４】
2004132768.tif 000016
【図５】
2004132768.tif 000017
【図６】
2004132768.tif 000018
【図７】
2004132768.tif 000019
【図８】
2004132768.tif 000020
【図９】
2004132768.tif 000021
【図１０】
2004132768.tif 000022
【図１１】
2004132768.tif 000023
【図１２】
2004132768.tif 000024
【図１３】
2004132768.tif 000025
【図１４】
2004132768.tif 000026
【図１５】
2004132768.tif 000027
【図１６】
2004132768.tif 000028
【図１７】
2004132768.tif 000029