(57)【要約】【課題】機関構成部品の疲労寿命消耗を求める方法を提供する。【解決手段】この方法はさらに、機関構成部品の温度を測定するステップと、温度の測定に基づき、熱負荷サイクルを求めるステップと、熱負荷サイクル中に測定された最大温度と、熱負荷サイクル中に測定された最小温度との差として定義された、負荷サイクル振幅を求めるステップと、負荷サイクル時間を求めるステップと、負荷サイクル時間を基準負荷サイクル時間に関連づけて、負荷サイクル時間係数を求めるステップと、負荷サイクル振幅を基準負荷サイクル振幅に関連づけて、負荷サイクル振幅係数を求めるステップと、負荷サイクル時間係数と負荷サイクル振幅係数とを組み合わせて、複合負荷サイクル係数を形成するステップと、複合負荷サイクル係数に依存して負荷サイクル寿命消耗を求めるステップとを含む。【選択図】図１
2017187497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関構成部品の疲労寿命消耗を求める方法であって、前記方法は、
基準負荷サイクル振幅と基準負荷サイクル時間とにより表される基準熱負荷サイクルを規定するステップと、
基準負荷サイクル寿命消耗を求めるステップと、
を含み、前記方法は、
前記機関構成部品の温度を測定するステップと、
前記温度の測定に基づき、熱負荷サイクルを求めるステップと、
前記熱負荷サイクル中に測定された最大温度と、前記熱負荷サイクル中に測定された最小温度と、の差として定義された、負荷サイクル振幅を求めるステップと、
負荷サイクル時間を求めるステップと、
前記負荷サイクル時間を前記基準負荷サイクル時間に関連づけて、負荷サイクル時間係数を求めるステップと、
前記負荷サイクル振幅を前記基準負荷サイクル振幅に関連づけて、負荷サイクル振幅係数を求めるステップと、
前記負荷サイクル時間係数と前記負荷サイクル振幅係数とを組み合わせて、複合負荷サイクル係数を形成するステップと、
前記複合負荷サイクル係数に依存して負荷サイクル寿命消耗を求めるステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基準負荷サイクル時間を、前記基準熱負荷サイクルの絶対温度変化が前記基準負荷サイクル振幅の固有の割合に達する時間として定義し、
前記負荷サイクル時間を、前記測定された温度が前記熱負荷サイクルの前記負荷サイクル振幅の同じ割合だけ変化する時間として定義する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複合負荷サイクル係数は、さらに、負荷サイクル機械応力係数も考慮する、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記複合負荷サイクル係数を、
【数１】
2017187497.tif 000004
として求め、
ただし、Ｘは負荷係数、ＲＴは前記負荷サイクル振幅係数、ａおよびｂは定数、ＲΔｔは前記負荷サイクル時間係数、ＲＦは負荷サイクル機械応力係数を表す、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ａは０．５と等しく、ｂは０．２５と等しい、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記機関構成部品において亀裂が始まるまでの基準熱負荷サイクル数に等しい熱負荷サイクル基準数を求め、
前記複合負荷サイクル係数に基づき、負荷サイクルカウント係数を求め、前記負荷サイクルカウント係数を、前記負荷サイクル寿命消耗を前記基準負荷サイクル寿命消耗によって除算したものとして定義し、
機関構成部品の寿命期間中のすべての負荷サイクルの前記負荷サイクルカウント係数を合計して、累算された負荷サイクル消耗を求める、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記熱負荷サイクル基準数と前記累算された負荷サイクル消耗との差として、残りの負荷サイクル寿命予想を求める、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記累算された負荷サイクル消耗を前記熱負荷サイクル基準数により除算した比として、相対的な寿命消耗を求める、
請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
前記負荷サイクルカウント係数を、
ＲＮ＝ＮＲ／Ｎ＝ＲＳ−１／ｃ
として求め、
ただし、ＲＮは前記負荷サイクルカウント係数を表し、Ｎは亀裂開始までの固有の負荷サイクル振幅と負荷サイクル時間とを有する熱負荷サイクル数を表し、ＮＲは亀裂開始までの前記基準熱負荷サイクル数を表し、ＲＳは前記複合負荷サイクル係数の関数として求められる歪み速度であり、ｃは材料パラメータである、
請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記負荷サイクルの歪み速度を、前記複合負荷サイクル係数の多項式の形式で表現する、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記負荷サイクルの歪み速度を、前記複合負荷サイクル係数の一次多項式として表現する、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記機関構成部品は、ガスタービン機関の構成部品であり、前記基準熱負荷サイクルは、前記ガスタービン機関がコールドスタートから最大負荷勾配で全負荷に至るまでの負荷サイクルである、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記方法をオンラインで適用する、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１記載の機関構成部品の疲労寿命消耗を求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電市場における再生可能エネルギー源の割合が増加するにつれて、慣用の火力発電所に対しいっそうフレキシブルな運転が要求されるようになっている。具体的には、ガスタービン機関は、シングルサイクルモードで運転されようと、コンバインドサイクル発電所で運転されようと、大きな負荷勾配を伴って負荷が大きく変動する状態で運転される。つまりガスタービン機関の構成部品は、温度と圧力が大きく変動する状態で運転される状況に晒されるので、低サイクル疲労の正確な定量化に対する関心が高まっている。一般にガスタービン機関が始動させられて、ほぼ全負荷に至るまで負荷が高められ、ほぼ全負荷の負荷から遮断される環境では、主としてコールドスタートから全負荷に至るまでの負荷サイクルおよびその逆のサイクルを考慮する必要がある。ただし、ガスタービン機関の負荷が部分負荷と全負荷との間で頻繁に変化する運転状況では、コールドスタート負荷サイクルよりも小さい振幅の負荷サイクルにおける構成部品の寿命消耗を高い信頼性を伴って予測し推定する、という需要が増えてきている。このようなことが可能であったならば、発電所の操作員は、時期尚早の機関オーバーホールおよびパーツ交換ならびに不必要な稼動停止を避けることができると同時に、他方では、重大な機関損傷およびメンテナンスと構成部品交換の遅れに起因する予期せぬ稼動停止のリスクが回避され、このようなリスクはすべて発電所運転の経済状況に悪影響を及ぼす。したがって、ガスタービン機関の構成部品の寿命について十分に信頼性のあるオンラインの予測および推定方法を実現できたならば、発電所の経済状況が格段に向上することになる。よって、発電所の操作員がガスタービン機関または発電所を、個々に適切な経済状況で運転できるようにする目的で望ましいとされているのは、オンラインの現場監視システムからのデータを処理して、構造パーツの寿命消耗を推定する、オンラインの寿命カウントツールである。この場合、構造パーツは、ケーシング部材などのように回転しない静止パーツの場合もあるし、または回転するロータ部材の場合もある。熱慣性が大きい構成部品の疲労寿命をオンラインでカウントするのは、このような構成部品のピーク応力が、タービン機関の作動流体のピーク温度と時間的にずれて現れることから、困難な課題であることがわかっている。
【０００３】
当技術分野において、寿命消耗を推定するためのいくつかのアプローチが知られている。たとえば米国特許第３，５８４，５０７号明細書（US 3,584,507）に開示されている方法によれば、高温ガスの温度と軸の速度および加速度が継続的に測定され、予め定義されて組み込まれた等式に対する入力として用いられる。この等式は、クリープ、低サイクル疲労および熱衝撃疲労に備えて、測定された機関パラメータを寿命消耗と相関させるものである。適用される等式は、文献と分析的および実験的なテストとに基づいている。この場合、機関固有の定数を求める必要があり、これは現場の経験に基づき更新可能である。クリープに関する等式は、消耗したクリープ寿命を高温ガスの温度および速度と相関させる。低サイクル疲労に関する等式は、１つの負荷サイクルにおいて漸次増加する損傷を高温ガスの温度および速度と相関させる。消耗した低サイクル疲労寿命は、軸の加速サイクルに起因して漸次増大する低サイクル疲労損傷を加算することによって求められ、このような損傷は、それらが発生したときに識別されて処理される。熱衝撃疲労に関する等式は、消耗した熱衝撃疲労寿命を高温ガス温度の時間変化率と相関させる。このプロセスによれば、２つの機関パラメータすなわち高温ガス温度と軸速度とが測定され、クリープと低サイクル疲労と熱衝撃疲労とに関して予め定義された相関を用いて、漸次増大する損傷がオンラインで計算され、寿命がカウントされ、結果が保存され、センサとデバイスが適合される。上述のことから明らかなようにこの方法は、機関パラメータと寿命との相関関数を確定するために、試験に多大な労力を費やさなければならない。
【０００４】
米国特許第３，９５０，９８５号明細書（US 3,950,985）には、火力発電所における熱慣性の大きい構成部品のクリープおよび低サイクル疲労の寿命消耗をオンラインで監視するための方法および装置が記載されている。この方法は、ガスタービン機関、蒸気タービンおよび蒸気ボイラのロータ、ハウジングおよび配管といった構成部品に適用され、これらの構成部品はスタートアップ中およびクールダウン中、高熱により引き起こされる応力を生じさせる。この文献で開示されている方法によれば、構成部品の所定の横断面における表面材料温度と内部材料温度とが測定される。この場合、熱により引き起こされる応力を計算するために、各測定場所の温度差が適用される。この方法によれば、応力と温度と寿命消耗との間で予め定義された相関が使用されて、クリープ寿命および低サイクル疲労寿命の増分が計算され、これらが重み付けられ、基準負荷のケースにおける運転時間と等しい累積運転時間数に共に加えられる。しかしながらこの方法は、構成部品の所定の場所における温度測定に拠るものであるため、この文献で開示されている方法は、温度測定場所を備えた構成部品の部分において寿命消耗を求めることしかできない。
【０００５】
さらに米国特許出願公開第２０１０／０１５３０８０号明細書（US 2010/0153080）には、タービン機関の寿命監視および保守計画のための方法が開示されている。この方法の第１のステップにおいて、特定の機関運転サイクルを想定して、考察対象となる構成部品の寿命が種々の損傷係数について計算されて、設計段階の寿命モデルが取得される。第２のステップにおいて、機関の運転データが収集され、寿命モデルが更新される。さらに次のステップにおいて、機関検査の結果に伴い、モデルがさらに更新される。この文献には、モデルをオンラインで適用できるか否か、およびどのようにしてオンラインで適用できるのか、については開示されていない。さらに、設計段階の寿命モデルが基礎におく前提条件とは異なる運転条件を、モデルがどのように表すのかも開示されていない。さらにこの方法は、多種多様な機関運転データの大がかりな測定および処理を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の課題は、冒頭で述べた方法を提供することである。より具体的な態様によれば、この方法は、機関構成部品の疲労寿命消耗を簡単かつ高い信頼性を伴って求めることができるようにしようというものである。さらに別の態様によれば、この方法をオンラインで、すなわち機関運転中に適用できるようにするのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１記載の発明によって達成される。
【０００８】
開示された発明内容のさらに別の効果および利点は、明示的に言及されていても、またはされていなくても、以下で述べる開示を考慮すれば明らかになる。
【０００９】
したがってここで開示するのは、基準負荷サイクル振幅と基準負荷サイクル時間とにより表される基準熱負荷サイクルを規定するステップと、基準負荷サイクル寿命消耗を求めるステップとを含む、機関構成部品の疲労寿命消耗を求める方法である。この方法はさらに、機関構成部品の温度を測定するステップと、温度測定に基づき熱負荷サイクルを求めるステップと、熱負荷サイクル中に測定された最大温度と、熱負荷サイクル中に測定された最小温度との差として定義された、負荷サイクル振幅を求めるステップと、負荷サイクル時間を求めるステップとを含む。次に、負荷サイクル時間を基準負荷サイクル時間に関連づけ、それによって負荷サイクル時間係数を求め、負荷サイクル振幅を基準負荷サイクル振幅に関連づけ、それによって負荷サイクル振幅係数を求める。さらに、負荷サイクル時間係数と負荷サイクル振幅係数とを組み合わせて、複合負荷サイクル係数を形成し、この複合負荷サイクル係数に依存して負荷サイクル寿命消耗を求める。
【００１０】
特定の実施形態によれば、機関構成部品の温度測定が要求され、この測定が実施される。さらに別の実施形態によれば、熱流に晒される機関構成部品表面における温度測定またはその付近の温度測定だけが要求され、この測定が実施される。
【００１１】
負荷サイクル寿命消耗を絶対値として、または基準負荷サイクル寿命消耗に関連づけられた相対値として求めることができる。
【００１２】
自明のとおり、この点において負荷サイクルとは、温度を上昇または低減させるものと解されたい。さらに自明のとおり、負荷サイクル時間とは、１つの熱負荷サイクルまたは１つの熱負荷サイクルのうちの所定の割合において、それぞれ温度上昇または温度低減が達成される時間のことであり、負荷サイクル振幅と組み合わせて、機関構成部品において経過する時間と共に生じる温度勾配の尺度を提供するものである。換言すれば、負荷サイクル時間は、温度変化がどの程度の速さで発生しているのかの尺度を成すものである。
【００１３】
したがって本発明による方法が基礎とする着想は、熱負荷サイクルに起因して漸増する微細構造上の損傷または寿命消耗は、所与の機関構成部品に関して、温度変化の時間の経過につれて生じる振幅と勾配とに主として依存する、というものである。構成部品表面において温度変化が発生すると、これに応じてその温度変化が、熱伝導の作用によって構成部品中に伝播し、それにより構成部品内部において温度変化が遅れて引き起こされる。このため一般的な経験則として、空間的な温度勾配ひいては熱により誘発される応力が、構成部品内で発生する。温度差および熱により誘発される応力が大きくなればなるほど、構成部品表面において時間の経過につれて生じる振幅および温度勾配が大きくなる。任意の構成部品および基準熱負荷サイクルについて、歪みのレベルまたは基準負荷サイクル寿命消耗を計算することができ、これは熱により誘導される応力に起因して構成部品材料に生じる漸増する構造上の損傷を表す。この点において基準負荷サイクルとは、温度変化の基準負荷サイクル振幅と、この温度変化またはその所定の割合にかかる基準負荷サイクル時間とによって表される。負荷サイクル温度振幅および負荷サイクル時間により表される何らかの任意の負荷サイクル、または時間の経過につれて生じる負荷サイクル温度勾配それぞれについて、基準負荷サイクル寿命消耗に関連づけられた相対的な負荷サイクル寿命消耗を、一方では負荷サイクル温度振幅と基準負荷サイクル温度振幅との比に依存して、他方では負荷サイクル時間と基準負荷サイクル時間との比に依存して、求めることができる。つまり容易に理解できるように、負荷サイクルの絶対温度変化が小さくなればなるほど、そして温度変化が緩慢になればなるほど、機関構成部品はいっそう多くの熱負荷サイクル数に耐えることができ、つまり１つの負荷サイクルの寿命消耗が小さくなる。
【００１４】
この点において寿命消耗とは、規定された基準条件のもとで、機関構成部品が耐えることのできる負荷サイクルの一部分の消耗のことである。
【００１５】
負荷サイクル振幅と時間の係数を、以下のように定義することができる：
ＴＲ，ｍｉｎが基準熱負荷サイクルの構成部品材料最低温度であり、ＴＲ，ｍａｘが基準熱負荷サイクルの構成部品材料最高温度であり、Ｔｍｉｎが熱負荷サイクルの構成部品材料最低温度であり、Ｔｍａｘが熱負荷サイクルの構成部品材料最高温度であるとすれば、負荷サイクルの負荷サイクル振幅係数は、
ＲＴ＝（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／（ＴＲ，ｍａｘ−ＴＲ，ｍｉｎ）
として定義される。
なお、自明のとおり、（ＴＲ，ｍａｘ−ＴＲ，ｍｉｎ）は基準熱負荷サイクル振幅であり、（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）は負荷サイクル振幅である。
【００１６】
ΔｔＲが、基準熱負荷サイクル振幅の所定の割合たとえば９０％だけ温度を上昇または減少させるために、基準熱負荷サイクルにおいて必要とされる時間であり、Δｔが、負荷サイクル振幅の同じ割合だけ負荷サイクル内で温度を変化させるための時間であるとするならば、負荷サイクル時間係数は、
ＲΔｔ＝ΔｔＲ／Δｔ
として定義される。
【００１７】
本開示の１つの態様において、機関構成部品の温度の測定は、機関構成部品の材料温度の測定として実施され、特定の実施形態によれば、構成部品のクリティカルな部位またはその近くで実施される。ここで「クリティカル」を、より具体的な実施形態において、亀裂開始に関連づけてもよい。
【００１８】
１つの実施形態によれば、基準負荷サイクルとして、機関のコールドスタートおよび定格の全負荷に至るまでの負荷の増大が用いられる。
【００１９】
いくつかの態様において基準負荷サイクル時間を、基準熱負荷サイクルの絶対温度変化が基準負荷サイクル振幅の固有の割合に達する時間として定義することができ、負荷サイクル時間を、測定された温度が熱負荷サイクルの負荷サイクル振幅の同じ割合だけ変化する時間として定義する。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、複合負荷サイクル係数によって、負荷サイクル機械応力係数を考慮することができる。この点に関して、基準熱負荷サイクルのための寿命計算にあたり、外力に起因する機械負荷を考慮しなければならない場合もあり、たとえば圧力により引き起こされる力に起因する、さらに該当するならば遠心力に起因する、機械負荷を考慮しなければならない場合もあり、また、温度変化に付随して生じる機械的な負荷の変化を考慮しなければならない場合もあり、しかも基本温度も考慮しなければならない場合もある、ということを理解されたい。機械応力係数を求めて、１つの負荷サイクル中に生じる種々の機械応力を表すことができ、さらに機械応力係数を、圧力、温度または回転速度といった測定されたタービン機関運転データによって求めることができる。なお、自明のとおり、回転速度はタービン機関の静止部材には適用されない。さらに回転速度は、高荷重の定置型発電所のタービン機関については一定であり、このケースでは、疲労という点では機械応力係数に影響を及ぼさない。しかも、特にガスタービン機関の場合には、温度と圧力の変化は一般に相関している。この特定のケースでは、負荷サイクル機械応力係数を、負荷サイクル振幅係数の関数として表すことができる。ここで考えられるのは、一般に当業者は、機械応力および機械応力サイクルが機関構成部品の寿命に及ぼす影響をスケーリングするための技術および方法に習熟している、ということである。
【００２１】
特定の実施形態によれば、複合負荷サイクル係数は、
【数１】
2017187497.tif 000003
として求められる。
ただし、Ｘは複合負荷サイクル係数を表し、ＲＴは負荷サイクル振幅係数を表し、ＲΔｔは負荷サイクル時間係数を表し、ＲＦは負荷サイクル機械応力係数を表す。ａおよびｂは定数であり、たとえば特定の実施形態によればａ＝０．５であり、ｂ＝０．２５である。付加的な情報が得られない場合には、負荷サイクル機械応力係数を１にセットすることができ、または負荷サイクル振幅係数の関数として表すことができる。
【００２２】
本発明による方法のさらに別の実施例によれば、機関構成部品において亀裂が始まるまでの基準熱負荷サイクル数に等しい熱負荷サイクル基準数が求められ、複合負荷サイクル係数の関数として負荷サイクルカウント係数が求められ、ただし、この負荷サイクルカウント係数は、対象とする負荷サイクルの寿命消耗を基準負荷サイクルの寿命消耗によって除算したものとして定義され、機関構成部品の寿命期間中のすべての負荷サイクルの負荷サイクルカウント係数が累算され、累算された負荷サイクル消耗が求められる。この点において考えられるのは、当業者は、何らかの所与の機関構成部品において亀裂が始まるまでに、予め定められた負荷サイクル数を求めることに習熟している、ということである。たとえば、以下に限定されるものではないが、このことを有限要素計算によって達成することができる。
【００２３】
負荷サイクルカウント係数を、
ＲＮ＝ＮＲ／Ｎ
と表すことができる。
ただし、ＲＮは負荷サイクルカウント係数であり、Ｎは、亀裂開始までの固有の負荷サイクル振幅と負荷サイクル時間とを有する熱負荷サイクル数を表し、ＮＲは、亀裂開始までの基準熱負荷サイクル数を表す。
【００２４】
より具体的な実施例によれば本発明による方法において、熱負荷サイクル基準数と累算された負荷サイクル消耗との差として、残りの負荷サイクル寿命の予想が求められる。さらに別のより具体的な態様によれば、本発明による方法において、累算された負荷サイクル消耗を熱負荷サイクル基準数により除算した比として、相対的な寿命消耗が求められる。
【００２５】
この場合、負荷サイクルカウント係数は、本開示のいくつかの特定の態様に従い、
ＲＮ＝ＮＲ／Ｎ＝ＲＳ−１／ｃ
として求められ、ただし、ＲＮは負荷サイクルカウント係数を表し、Ｎは固有の負荷サイクル振幅と負荷サイクル時間とを有する、亀裂開始までの熱負荷サイクル数を表し、ＮＲは亀裂開始までの基準熱負荷サイクル数を表し、ＲＳは複合負荷サイクル係数の関数として求められる歪み速度であり、ｃは材料パラメータである。上述の式は、コフィン−マンソンの式から導出される。材料パラメータｃは、疲労延性指数またはコフィン−マンソン指数である。これは一般に、延性金属に対し−０．７≦ｃ≦−０．５の範囲にある。さらにここで述べておくと、本開示によれば歪み速度は、上述のように定義された複合負荷サイクル係数の関数として求められる。たとえば負荷サイクルの歪み速度は、複合負荷サイクル係数の多項式の形式で表現される。さらに具体的な実施例の場合、負荷サイクルの歪み速度は、複合負荷サイクル係数の一次多項式として表現される。
【００２６】
いくつかの実施例によれば、機関構成部品は、ガスタービン機関の構成部品であり、基準熱負荷サイクルは、ガスタービン機関がコールドスタートから最大負荷勾配で全負荷に至るまでの負荷サイクルである。
【００２７】
さらに別の実施例によれば、本発明による方法はオンラインで適用され、特に機関運転中、持続的に適用される。したがって機関構成部品の健全性状態を持続的に管理することができ、保守を経済的に実行できるようにスケジューリングすることができる。
【００２８】
自明のとおり、上述の特徴および実施形態を互いに組み合わせることができる。さらに自明のとおり、本開示の範囲および特許請求の範囲内でさらに別の実施形態を考えることができ、それらは当業者には明らかであり理解可能である。
【００２９】
次に、本開示の発明内容について、添付の図面に示されている選択された実施形態を用いて、さらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】上述の方法を実施する１つの例示的な態様を示すフローチャート
【図２】第１の例示的な機関構成部品について、複合負荷サイクル係数と歪み速度との相関関係を示すダイアグラム
【図３】第２の例示的な機関構成部品について、複合負荷サイクル係数と歪み速度との相関関係を示すダイアグラム
【発明を実施するための形態】
【００３１】
自明のとおり、図面はきわめて概略的なものであり、理解しやすくするために、また、図面を見やすくするために、説明に不要な詳細な点については省略されている場合もある。さらに自明のとおり、図面には選択された例示的な実施形態が示されているにすぎず、本開示の範囲内および／または特許請求の範囲に記載された発明内容の枠内でさらに、図示されていない実施形態も適切に構成することができる。
【００３２】
図１を参照すると、上述の方法を実施するための例示的な態様がさらに詳細に説明されている。第１のステップ１００において、機関構成部品と基準負荷サイクルのための計算が実施される。基準負荷サイクルは、たとえばガスタービン機関のコールドスタートであり、この場合、ガスタービン機関の負荷が定格最大出力まで、ガスタービン機関の最大負荷勾配で高められ、またはコンバインドサイクル発電所において運転されるガスタービン機関であれば、コンバインドサイクル発電所の負荷が最大負荷勾配で高められる。これらの計算には、機関構成部品の材料における温度差に起因して生じる機関構成部品の応力の計算を含めることができる。この情報を用いて、機関構成部品に亀裂が発生し始めるまで
の負荷サイクル基準数を導出することができる。次のステップ２００において、負荷サイクル振幅と負荷サイクル時間がそれぞれ異なる種々の負荷サイクルについて、この計算を繰り返すことができる。亀裂発生開始までの負荷サイクル数を、それらの負荷サイクル各々について計算することができる。一般にこの計算の結果を、複合負荷サイクル係数に依存して表すことができる。具体的には各負荷サイクルの歪み速度であって、この歪み速度は
ＲＳ＝（Ｎ／ＮＲ）ｃ
によって与えられる。ただしＮは、固有の負荷サイクル振幅と負荷サイクル時間を伴う亀裂開始までの熱負荷サイクル数を表し、ＮＲは、亀裂開始までの基準熱負荷サイクル数を表し、ＲＳは、複合負荷サイクル係数の関数として求められる歪み速度であり、ｃは、疲労延性指数またはコフィン−マンソン指数であり、これは材料の絶対温度にも依存し得る材料固有のパラメータである。続くステップ３００において、たとえば歪み速度と複合負荷サイクル係数との相関関数が生成される。かかる歪み係数を、ＲＳ＝ＲＳ（Ｘ）として表すことができ、ただしＸは複合負荷サイクル係数である。
【００３３】
なお、ステップ１００からステップ３００までは、一般にオフラインで実施される。これ以降のステップは、機関運転中にオンラインで実施されることになる。したがって例示されている方法を、オフラインモジュール１０００とオンラインモジュール２０００という２つのモジュールから成るものとみなすことができる。オンラインモジュール２０００では、オンラインモジュール２０００の第１のステップ４００において、機関構成部品の温度が測定される。上述のような構成部品材料の温度の連続的な温度測定に基づき、ステップ５００において、熱負荷サイクルが開始されたのか否か、およびその熱負荷サイクルが終了しているのか否か、の判定が下される。熱負荷サイクルが終了していなかったならば、ステップ４００および５００が繰り返されることになる。熱負荷サイクルが終了していたならば、ステップ６００において、測定された負荷サイクル振幅と負荷サイクル時間とに基づき、複合負荷サイクル係数が計算されることになる。さらにステップ６００において、負荷サイクルについて歪み係数が、ついで負荷サイクルカウント係数が計算される。ステップ７００において、機関構成部品の寿命期間中のすべての負荷サイクルカウント係数が累算され、これは計算された負荷サイクル消耗を成す。ステップ８００において、計算された負荷サイクル消耗が、亀裂開始までの基準熱負荷サイクル数と等しい熱負荷サイクル基準数よりも大きいか否かが検証される。このことが該当しなければ、オンラインモジュール２０００は再びステップ４００からスタートする。計算された負荷サイクル消耗が、熱負荷サイクル基準数よりも大きければ、ステップ９００において何らかのイベントまたは警告を発生させることができる。オンラインモジュールは、再びステップ４００からスタートする。自明のとおり、累算された負荷サイクル消耗が、熱負荷サイクル基準数に実際に達してしまう前に、ステップ９００を開始することができ、このようにするならば、発電所の操作員は、実際に損傷が発生する前に発電所の運転停止を適切に計画できるようになる。
【００３４】
図２および図３には、例示した２つの機関構成部品に関して、歪み速度ＲＳと複合負荷サイクル係数Ｘとの相関が示されている。この場合、上述のステップ６００において相関として適用される関数が線によって表されている一方、数値シミュレーションの結果がデータポイントによって示されている。これらのダイアグラムからわかるように、シミュレーションポイントと相関関数とがきわめて良好に適合した結果は、三次多項式によって表されることになる。さらにこれらのダイアグラムからわかるように、一次多項式であっても、かなり良好に適合した状態が達成されることになる。自明のとおり、相関は種々異なる機関構成部品のジオメトリに伴って変化はするけれども、１つの所与の機関構成部品についてきわめて良好に適合する。
【００３５】
これまで例示的な実施形態を用いて本開示の発明内容を説明してきたが、ここで理解されたいのは、それらは特許請求の範囲に記載された発明の範囲の限定をまったく意図したものではない、ということである。さらに自明のとおり、特許請求の範囲は本明細書で明示または開示しなかった実施形態もカバーするものであり、本開示の教示内容を実施するための例示的な態様に開示されたものとは異なる実施形態であってもなお、特許請求の範囲によってカバーされるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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