(57)【要約】　　　（修正有）【課題】伝熱管の寿命を残留応力分布に基づく予測の未解決問題の解決。【解決手段】伝管モデル３の拡管施工条件との材料物性とに基づいてその拡径部分４について計算された応力分布の計算結果を保持し、その応力分布に基づいて亀裂深さを変数とする時間の関数Ｎを持つデータ保持器６と、伝熱管寿命判定器７とから構成されている。伝熱管寿命判定器７には、実機の拡管施工条件と伝熱管モデルの材料物性と亀裂深さとが入力される。伝熱管寿命判定器７は、時間の関数Ｎと亀裂深さとに基づいて実機の寿命時間を求める。計算により求められているモデルの亀裂深さ−時間の対応が存在し、その対応と実機の寿命亀裂深さとの対応に基づいて、実機の寿命時間が簡単に求められる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管モデルの拡管施工条件と伝熱管モデルの材料物性とに基づいて伝熱管モデルの拡径部分について計算された応力分布の計算結果を保持し、前記応力分布に基づいて亀裂深さを変数とする時間の関数を持つデータ保持器と、
伝熱管寿命判定器とを構成し、
前記伝熱管寿命判定器には、実機の拡管施工条件と伝熱管モデルの材料物性と亀裂深さとが入力され、
前記伝熱管寿命判定器は、前記時間の関数と前記亀裂深さとに基づいて前記実機の寿命時間を求める
伝熱管寿命の予測システム。
【請求項２】
前記伝熱管寿命判定器には、現実の運転時間が更に入力され、前記伝熱管寿命判定器は、前記時間関数と前記亀裂深さと前記運転時間とに基づいて前記実機の余寿命を求める
請求項１の伝熱管寿命の予測システム。
【請求項３】
前記材料は、インコネルＴＴ６００又はインコネルＴＴ６９０うちのいずれかである
請求項１又は２の伝熱管寿命の予測システム。
【請求項４】
前記施工条件は、ローラ拡径又は流体圧拡径のうちのいずれかである
請求項１又は２の伝熱管寿命の予測システム。
【請求項５】
表示画面を更に構成し、
前記表示画面は、実機の拡管施工条件と前記寿命亀裂深さを表示する入力画面と、
前記寿命時間を表示する表示画面とを形成し、
前記入力画面に表示される拡管施工条件と前記寿命亀裂深さは前記伝熱管寿命判定器に入力される
請求項１〜４から選択される１請求項の伝熱管寿命の予測システム。
【請求項６】
前記第入力画面には、前記運転時間が更に表示され、
前記表示画面は前記実機の余寿命を更に表示する
請求項５の伝熱管寿命の予測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝熱管寿命の予測システムに関し、特に、応力分布に基づいて実機の余寿命を求める伝熱管寿命の予測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
温度変化が激しい高温蒸気発生器では、その伝熱管のＳＣＣ亀裂の進展の予測を行うことが重要である。ＳＣＣ亀裂（応力腐食割れ）の進展は、残留応力により発生する。ＳＣＣ亀裂にに対して伝熱管寿命予測と残留応力の関係は、未解決問題の一つである。
【０００３】
伝熱管の寿命予測の未解決問題の解決が求められている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３８８２９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、伝熱管の寿命を残留応力分布に基づく予測の未解決問題を解決する伝熱管寿命の予測システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００７】
本発明による伝熱管寿命の予測システムは、伝熱管モデル（３）の拡管施工条件と伝熱管モデル（３）の材料物性とに基づいて伝熱管モデル（３）の拡径部分（４）について計算された応力分布の計算結果を保持し、その応力分布に基づいて亀裂深さ（ａ又はａ／ｔ）を変数とする時間の関数（Ｎ）を持つデータ保持器（６）と、伝熱管寿命判定器（７）とから構成されている。伝熱管寿命判定器（７）には、実機の拡管施工条件と伝熱管モデルの材料物性と亀裂深さとが入力される。伝熱管寿命判定器（７）は、時間の関数（Ｎ）と亀裂深さとに基づいて実機の寿命時間を求める。
【０００８】
計算により求められているモデルの亀裂深さ−時間の対応（連続関数又はテーブル）が存在し、その対応と実機の寿命亀裂深さとの対応に基づいて、実機の寿命時間が簡単に求められる。
【０００９】
伝熱管寿命判定器（７）には、現実の運転時間が更に入力される。この場合には、伝熱管寿命判定器（７）は、時間の関数と亀裂深さと運転時間とに基づいて実機の余寿命を簡単に求めることができる。材料は、具体的には、インコネルＴＴ６００又はインコネルＴＴ６９０うちのいずれかである。施工条件は、現実には、ローラ拡径又は流体圧拡径のうちのいずれかである。
【００１０】
表示画面が追加される。表示画面は、実機の拡管施工条件と寿命亀裂深さを表示する入力画面（８）と、寿命時間を表示する表示画面（９）とから形成されている。入力画面（８）に表示される拡管施工条件と寿命亀裂深さは伝熱管寿命判定器（７）に入力される。そのような入力は画面上のクリックにより実行される。入力画面（８）には、運転時間が更に表示される。この場合には、表示画面（９）は実機の余寿命を表示することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による伝熱管寿命の予測システムは、図１に示される蒸気発生器の中で熱流体を通し熱交換を行う伝熱管が支持体に支持される部分の拡径管部分の応力依拠破壊に支配される寿命予測に適用される。その蒸気発生器１には、図１に示されるように、蒸気発生器１の中に配置されている支持体２に支持される伝熱管３が設けられている。伝熱管３は、図２に示されるように、支持体２に支持される部分が拡径部分４として形成されている。その拡径部分４は、寿命予測対象部分である。図３は、拡径部分４を詳細に示している。図４は、数学解析のための拡径部分４のメッシュ構造を示している。
【００１２】
本発明による伝熱管寿命の予測システムの実施の形態は、図５に示されるように、データベース５と、伝熱管亀裂進展解析計算器６と、伝熱管寿命判定器７とから構成されている。データベース５には、拡径部分４を形成する拡管施工条件と使用材料の物性値のようなパラメータが保存されている。伝熱管の使用材料として、インコネルＴＴ６００又はインコネルＴＴ６９０が代表的に知られている。拡管施工条件として、施工温度、ローラ拡管の場合の拡管トルク、油圧拡管の場合の拡管油圧力が例示される。
【００１３】
伝熱管亀裂進展解析計算器６は、伝熱管亀裂進展解析プログラムにより、データベース５に保存されているパラメータを用いて、伝熱管の亀裂進展速度７を解析的に計算する。計算手法としては、ＦＥＭ解析が好適に例示される。亀裂進展速度解析は、下記ステップ（１）〜（４）で実行される。
（１）板厚方向応力分布解析
（２）板方向応力分布に基づく応力拡大係数の算出
（３）応力拡大係数に基づく亀裂進展速度の算出
（４）亀裂進展速度に基づく亀裂進展時間と亀裂進展量（モデル亀裂深さ）の算出
【００１４】
亀裂進展速度又は亀裂進展速度に対応する亀裂進展時間は、実機データ８とともに伝熱管寿命判定器７に入力される。実機データは、モデル伝熱管に固有であるデータベース５に対応する実機固有データと、実機事象進展データである。実機固有データは、既述の拡管施工条件と既述のパラメータとにそれぞれに対応する実機拡管施工条件と実機パラメータとである。実機事象進展データは、モデル亀裂進展時間に対応する現実の実機運転時間とモデルのモデル亀裂深さに対応する実機寿命亀裂深さとである。伝熱管寿命判定器７は、モデル亀裂進展時間と実機運転時間とを比較し、且つ、モデル亀裂深さ実機寿命亀裂深さとを比較して、それらの対応関係に基づいて、実機の寿命を推定的に判定する。伝熱管寿命判定器７は、その判定結果である予測寿命（評価）９を出力する。
【００１５】
板厚方向応力分布解析：
図４に示されるように、板厚方向ａ又はその逆方向の応力分布σが計算される。図６は、応力分布を例示している。
応力拡大係数の算出：
図７に示されるように、伝熱管３の拡径部分４についてモデルが作成される。初期亀裂１１は、通常、応力が大きい側の表面で発生する。初期亀裂１１の初期幅（初期長さ）は２ａで表され、初期亀裂１１の亀裂深さはｔで表される。亀裂初期条件２ａと亀裂初期深さｔとが、伝熱管亀裂進展解析計算器６に入力される。応力拡大係数Ｋは、次式で規定される。
Ｋ＝Ｆσ√（πａ）
ここで、係数Ｆは、亀裂の形態、構造物体の形状（伝熱管の拡径部分の曲率半径）、荷重の種類（例示：熱流体の種類）その他の物理的性状で定められる定数である。亀裂深さは、ａ／ｔで表されることが多い。図８は、亀裂深さａ／ｔと応力拡大係数の関係を例示している。
【００１６】
亀裂進展速度の算出：
時間は、Ｎで表される。亀裂進展の運動方程式は下記式で表される。
ｄａ／ｄＮ＝Ｃ（ΔＫ）ｍ
ΔＫ＝Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ
Ｃ：亀裂成長特性を表す既知の材料特性
図９は、時間Ｎと亀裂深さａ／ｔの関係を例示している。
【００１７】
亀裂進展量（モデル亀裂深さ）の算出
上式を時間について積分することにより、進展時間Ｎは亀裂深さａ／ｔの関数として表される。図１０は、進展時間Ｎと亀裂深さａ／ｔの関係を例示している。拡径部分４の板厚の５０％に亀裂深さａが到達するまでの時間は、寿命判定基準として用いられ得る。ａ／ｔ＝０．５が寿命判定基準として用いられている。時間Ｎは、ｘ＝ａ／ｔとして、高精度近似として次式で表現されうる。
Ｎ＝ａｘ４＋ｂｘ３＋ｃｘ２＋ｄｘ＋ｅ
【００１８】
判定：
伝熱管寿命判定器７は、実機の亀裂深さとモデルの亀裂深さとの対応により、図１０の関係を用いて、実機の余寿命（０．５に対応する時刻から現在時刻を差し引いた残存時間）を推定することができる。図１０に示される関係式は、多様なモデルについて伝熱管寿命判定器７に与えられていて、多様な実機についてリアルタイムに余寿命を推定することができる。
【００１９】
伝熱管亀裂進展解析計算器６は、計算機能を喪失し過去の計算結果を保持するデータ保持器に代替され得る。データ保持器６は、自己が計算した結果をデータとして保存するメモリを備え得る。計算機能とデータ保持機能を持つことは好ましい。
【００２０】
図５は、コンピュータ画面として再表現され得る。画面１２は、モデルデータ入力画面５と、評価表示画面９と、実機データ入力画面８とから構成されている。モデルデータ入力画面５には、キーボード（図示されず）のような入力用機器を介して、計算対象のモデルに関して、拡管施工条件と使用材料とそれの物性値であるパラメータが打ち込まれ、クリック操作によりそれらのモデルデータはデータ保持器６に取り込まれる。実機データ入力画面８には、運転中の実機に関して拡管施工条件と使用材料とそれの物性値であるパラメータと、現実の運転時間と、有効寿命に対応する亀裂深さである寿命亀裂深さが打ち込まれ、クリック操作によりそれらの実機データが伝熱管寿命判定器７に取り込まれる。評価画面９には、評価値である余寿命が伝熱管寿命判定器７から出力されて表示ささる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による伝熱管寿命の予測システムは、応力分布計算により余寿命を判定することができる技術が確立される。実機についてリアルタイムの余寿命の推定が可能であり、その都度の計算は不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による伝熱管寿命の予測システムの適用対象を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の一部の断面図である。
【図３】図３は、図２の一部を示す断面図である。
【図４】図４は、図３の一部のメッシュを示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による伝熱管寿命の予測システムの実施の形態を示すシステムブロック図である。
【図６】図６は、応力−板厚方向距離を示すグラフである。
【図７】図７は、モデルを示す断面図である。
【図８】図８は、応力拡大係数を示すグラフである。
【図９】図９は、亀裂深さを示すグラフである。
【図１０】図１０は、時間を示すグラフである。
【符号の説明】
３…伝熱管モデル
４…拡径部分
６…データ保持器
７…伝熱管寿命判定器
８…入力画面
９…表示画面
【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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