摩耗診断装置及び摩耗診断方法、並びに余寿命診断装置
【課題】システムの運転を停止することなく、任意のタイミングで摩耗状態を診断することが可能な摩耗診断装置及び摩耗診断方法、並びに余寿命診断装置を提供する。
【解決手段】固体粒子２を含む気流を通す流路３に着脱自在に設けられると共に、先端部５ａが流路３内に突出するように配置されるプローブ５と、プローブ５の先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断する摩耗診断手段７と、を備えたものである。
【解決手段】固体粒子２を含む気流を通す流路３に着脱自在に設けられると共に、先端部５ａが流路３内に突出するように配置されるプローブ５と、プローブ５の先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断する摩耗診断手段７と、を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気流中に含まれる固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断装置及び摩耗診断方法、並びに余寿命診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭ボイラの伝熱管、流動層ボイラのサイクロン、微粉炭バーナの配管、各種粉体輸送配管などでは、固体粒子を含む気流に晒されるため、その気流中に含まれる固体粒子による摩耗が問題となる。例えば、固体粒子を含む気流が流通する配管の曲がり部分（エルボ）や、固体粒子を含む気流の流路中に横置き配置された伝熱管群の表面等では、固体粒子の衝突による摩耗の影響が大きく、その摩耗状態を診断し、必要に応じて肉盛溶接等の補修や交換などの対策を施す必要がある。
【０００３】
従来の摩耗診断装置として、超音波計を用いて診断部位の配管の肉厚を測定する装置（例えば、特許文献１参照）や、光を照射しその反射光から診断部位の摩耗状態を診断する装置（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５７７１４号公報
【特許文献２】特開平９−１２６７３６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】清水昭比古、「固気混相乱流と摩擦解析の実用例」、日本機械学会講習会教材（混相流技術の実用化−基礎・計測から数値解析まで−）、１９９７年、Ｖｏｌ．９７、Ｎｏ．６７、ｐｐ．６３−７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の従来の摩耗診断装置では、例えば炉内の伝熱管など常時アクセスできない箇所の摩耗を診断するためには、システムの運転を停止するなど大掛かりな前準備が必要となる。そのため、定期検査のタイミングで摩耗の診断を行うのが一般的である。
【０００７】
しかしながら、定期検査の間隔が、例えば数ヶ月から１２〜３年と長い場合には、補修・交換の判断が遅れ、最悪のケースでは伝熱管の噴破などが起きてしまうおそれもあった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、システムの運転を停止することなく、任意のタイミングで摩耗状態を診断することが可能な摩耗診断装置及び摩耗診断方法、並びに余寿命診断装置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】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、固体粒子を含む気流を通す流路に着脱自在に設けられると共に、先端部が前記流路内に突出するように配置されるプローブと、前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断手段と、を備えた摩耗診断装置である。
【００１０】
前記プローブの先端部は、その少なくとも外周部が、前記診断部位を構成する材料よりも摩耗し易い材料からなり、前記摩耗診断手段は、前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、前記固体粒子の流れ方向を検出する流れ方向検出部と、該流れ方向検出部で検出した前記固体粒子の流れ方向と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記固体粒子の流れ方向に対する角度ごとにエロージョン率を演算して、前記プローブを構成する材料の摩耗特性曲線を作成するプローブ材料摩耗特性曲線作成部と、該プローブ材料摩耗特性曲線作成部で作成した前記プローブを構成する材料の摩耗特性曲線と、予め求めた前記プローブを構成する材料の摩耗特性とを基に、前記固体粒子の粒子速度を演算する粒子速度演算部と、該粒子速度演算部で演算した前記固体粒子の粒子速度と、予め求めた前記診断部位を構成する材料の摩耗特性とを基に、前記診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する診断部位摩耗特性曲線作成部と、該診断部位摩耗特性曲線作成部で作成した前記診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線と、前記固体粒子の流れ方向とを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断部と、を有してもよい。
【００１１】
前記プローブの先端部は、その少なくとも外周部が、前記診断部位を構成する材料と同じ材料からなり、前記摩耗診断手段は、前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、前記固体粒子の流れ方向を検出する流れ方向検出部と、該流れ方向検出部で検出した前記固体粒子の流れ方向と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記固体粒子の流れ方向に対する角度ごとにエロージョン率を演算して摩耗特性曲線を作成する摩耗特性曲線作成部と、該摩耗特性曲線作成部で作成した前記摩耗特性曲線と、前記固体粒子の流れ方向とを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断部と、を有してもよい。
【００１２】
前記プローブの先端部は、支持軸の周囲を、前記支持軸に対して着脱可能な複数の計測片で覆った構造とされ、前記複数の計測片の損耗質量から前記プローブの先端部の摩耗の度合いを測定するようにされてもよい。
【００１３】
前記プローブの先端部は、円柱状または球状に形成されてもよい。
【００１４】
前記診断部位には、該診断部位の温度を測定する第１温度センサが設けられ、前記プローブの先端部には、該プローブの先端部の温度を測定する第２温度センサと、前記プローブの先端部を加熱するヒータと、が設けられ、前記第２温度センサで測定した前記プローブの先端部の温度が、前記第１温度センサで測定した前記診断部位の温度と等しくなるように、前記ヒータを制御するプローブ先端温度制御部をさらに備えてもよい。
【００１５】
前記摩耗診断手段は、計算流体力学による固気混相流解析を実施する解析部を備え、前記解析部での解析結果と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断するように構成されてもよい。
【００１６】
また、本発明は、固体粒子を含む気流を通す流路に着脱自在に、かつ、先端部が前記流路内に突出するようにプローブを配置し、前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断するようにした摩耗診断方法である。
【００１７】
また、本発明は、上述の摩耗診断装置と、該摩耗診断装置での診断結果と、前記診断部位の肉厚とを基に、前記診断部位を有する製品の余寿命を診断する余寿命診断部と、を備えた余寿命診断装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、システムの運転を停止することなく、任意のタイミングで摩耗状態を診断することが可能な摩耗診断装置及び摩耗診断方法、並びに余寿命診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る摩耗診断装置を備えた余寿命診断装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は図１の摩耗診断装置に用いるプローブの先端部の構造を示す図であり、（ｂ），（ｃ）は計測片を支持軸に取り付ける構造の一例を示す図であり、（ｄ），（ｅ）はプローブの先端部を球状とした場合のプローブの先端部の構造の一例を示す図である。
【図３】図１の摩耗診断装置に用いる計測手段の一例として、レーザ変位センサを示す図である。
【図４】本発明において、固体粒子の流れ方向と摩耗分布の関係を説明する図である。
【図５】本発明において、摩耗特性曲線の一例を示す図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、実測したプローブを構成する材料の摩耗特性曲線と、予め求めたプローブを構成する材料の摩耗特性とを基に、固体粒子の粒子速度を演算する手順を具体的に説明する図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、固体粒子の粒子速度と、予め求めた診断部位を構成する材料の摩耗特性とを基に、診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する手順を具体的に説明する図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る摩耗診断方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る摩耗診断装置を備えた余寿命診断装置の概略構成図である。
【図１０】本発明において、プローブをサイクロン装置に取り付けたときの斜視図である。
【図１１】本発明において、診断部位が管群であるとき、診断部位の流れが非定常となることを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る摩耗診断装置を備えた余寿命診断装置の概略構成図である。
【００２２】
図１に示すように、余寿命診断装置１００は、本発明の摩耗診断装置１と、余寿命診断部１０１と、を備えている。
【００２３】
本実施の形態に係る摩耗診断装置１は、固体粒子２を含む気流を通す流路３に着脱自在に設けられると共に、固体粒子２による摩耗を診断する診断部位４の近傍に設けられ、先端部５ａが流路３内に突出するように配置されるプローブ５と、プローブ５の摩耗の度合いを計測する計測手段６と、計測手段６で計測したプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断する摩耗診断手段７と、を備えている。
【００２４】
ここでは、一例として、固体粒子２を含む気流を通す流路３の曲がり部分（エルボ）の摩耗状態を診断する場合を説明する。この場合、図１にハッチングで示される位置、すなわち曲げの外側に位置する配管の内壁が診断部位４となる。また、ここでは、固体粒子２を含む気流は、固体粒子２の流れ方向や粒子速度が殆ど変化しない定常流れであるとする。
【００２５】
まず、プローブ５について説明する。
【００２６】
本実施の形態では、プローブ５の摩耗の度合いを基に診断部位４の摩耗の度合いを診断するので、プローブ５を設けた位置における固体粒子２の流れ方向及び粒子速度が、診断部位４における固体粒子２の流れ方向及び粒子速度と略同じとなるように、診断部位４の近傍にプローブ５を設ける必要がある。ここでは、プローブ５を、診断部位４の上流側の流路３に設けた。
【００２７】
プローブ５の先端部５ａは、その少なくとも外周部が、診断部位４を構成する材料と同じか、診断部位４を構成する材料よりも摩耗し易い材料で構成される。本実施の形態では、プローブ５の先端部５ａに、診断部位４を構成する材料よりも摩耗し易い材料を用いる場合を説明する。プローブ５の先端部５ａに用いる材料が摩耗し易いほど、短時間で摩耗の診断を行うことが可能になる。
【００２８】
プローブ５の先端部５ａに用いる材料は、適用される温度域や、診断部位４を構成する材料の摩耗特性に応じて適宜選択すればよい。例えば、適用される温度域が低く、診断部位４を構成する材料が低衝突角度（例えば３０度以下）に摩耗ピークが発生するものであれば、延性挙動を示すポリ塩化ビニル樹脂やポリプロピレン樹脂等を用いるとよい。また、適用される温度域が低く、診断部位４を構成する材料が高衝突角度（例えば９０度近傍）に摩耗ピークが発生するものであれば、脆性挙動を示すポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いるとよい。また、上述のような高分子材料が使用できない中・高温の温度域では、Ｐｂ，Ｓｎ，Ｂｉ，Ａｇ，Ｍｇ，Ａｌなどの金属材料を用いるとよい。
【００２９】
プローブ５の先端部５ａの形状は、固体粒子２を含む気流が２次元的な流れであれば円柱状に、固体粒子２を含む気流が３次元的な流れであれば球状に形成するとよい。ここでは、固体粒子２を含む気流が２次元的な流れであると仮定し、プローブ５の先端部５ａの形状を円柱状とする場合を説明する。なお、２次元的な流れとは、プローブ５の中心軸をＺ軸とする直交座標系を考えたときに、その速度成分がＸ軸とＹ軸の２成分のみで表される流れ、３次元的な流れとは、その速度成分がＸ軸とＹ軸とＺ軸の３成分で表される流れをいう。
【００３０】
また、本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、プローブ５の先端部５ａは、支持軸５ｂの周囲を、支持軸５ｂに対して着脱可能な複数の計測片（微小ブロック）５ｃで覆った構造とされ、複数の計測片５ｃの損耗質量（計測前の質量から計測後の質量を減じた値）からプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを測定するようにした。したがって、本実施の形態では、計測手段６は、計測片５ｃの質量を測定する質量測定手段で構成される。なお、図１では、図を簡略化しており、支持軸５ｂや計測片５ｃを省略して示している。
【００３１】
計測片５ｃは、支持軸５ｂの周方向に分割されており、支持軸５ｂの周方向の所定角度範囲の損耗質量を、１つの計測片５ｃから測定できるようになっている。ここでは、計測片５ｃを直方体形状とし、計測片５ｃを取り付ける部分の支持軸を断面視で多角形状に形成したが、これに限らず、例えば支持軸５ｂを断面視で円形状（円柱状）に形成し、計測片５ｃを支持軸５ｂの外周に沿うように断面視で円弧状に形成してもよい。
【００３２】
支持軸５ｂに対して計測片５ｃを着脱自在に設ける構造については、特に限定するものではないが、例えば図２（ｂ）に示すように、支持軸５ｂに係合穴２１を形成すると共に、計測片５ｃに係合突起２２を形成し、係合突起２２を係合穴２１に差し込んで係合させる構造としてもよいし、また、図２（ｃ）に示すように支持軸５ｂに断面視がＴ字状のスライド溝２３を形成すると共に、計測片５ｃに断面視がＴ字状のスライド突起２４を形成し、スライド溝２３の開放端からスライド溝２３に沿わせてスライド突起２４をスライド挿入して係合させる構造としてもよい。なお、プローブ５の先端部５ａを球状に形成する場合には、図２（ｄ）に示すように、５角形の計測片５ｃと６角形の計測片５ｃを用いて、サッカーボールのように球状の先端部５ａを隙間無く覆うように構成すればよい。あるいは、図２（ｅ）に示すように、プローブ５の球状の先端部５ａを子午線（経線）と緯線とで分割するよう構成してもよい。
【００３３】
また、プローブ５には、プローブ５の取付方向を示す目印となる刻印５ｄ（図４参照）が設けられている。この刻印５ｄを例えば流路３の管軸方向と一致させるようにプローブ５を挿入すれば、後述する摩耗診断手段７の流れ方向検出部１０により管軸方向に対する固体粒子２の流れ方向を検出することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、プローブ５の先端部５ａを、支持軸５ｂの周囲を複数の計測片５ｃで覆った構造としたが、計測片５ｃを設けずにプローブ５の先端部５ａを直接摩耗させる方式とする場合には、図３に示すようなレーザ変位センサ３１を用いて、プローブ５の先端部５ａの全周にわたる摩耗深さを検出して、プローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを計測するようにしてもよい。なお、この場合、レーザ変位センサに限らず、他の方式の変位センサを用いることも勿論可能である。
【００３５】
また、本実施の形態では、プローブ５の先端部５ａにおいて、支持軸５ｂの全周にわたって計測片５ｃを設けたが、支持軸５ｂの下流側の部位など、明らかに固定粒子２が衝突することのない部位には、計測片５ｃを設けないようにしてもよい。
【００３６】
プローブ５を流路３に着脱自在に設ける構成については、特に限定するものではないが、例えば、プローブ５にフランジを設けそのフランジを流路３に対してボルト等で固定するフランジ装着や、プローブ５をコンプレッションフィッティング等を介して流路３に取り付ける構成とすればよい。プローブ５を取り外した後は、盲（蓋）などを用いて養生できるようにしておくと尚よい。
【００３７】
次に、摩耗診断手段７について説明する。
【００３８】
摩耗診断手段７は、計測結果入力部８、診断条件入力部９、流れ方向検出部１０、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１、粒子速度演算部１２、診断部位摩耗特性曲線作成部１３、摩耗診断部１４、摩耗特性記憶部１５、摩耗診断結果記憶部１６の各部を有している。これら各部は、パーソナルコンピュータなどの演算手段１０２に搭載され、インターフェイス、メモリ、ＣＰＵ、ソフトウェアなどを適宜組み合わせて実現される。
【００３９】
計測結果入力部８には、計測手段６で計測したプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合い（ここでは各計測片５ｃの損耗質量）が入力される。診断条件入力部９には、固体粒子２を含む気流の総流量、固体粒子２の粒子濃度あるいは径分布、プローブ５を挿入した時間、流路３の断面積とプローブ５の先端部５ａ（ここでは各計測試験片５ｃ）の投影面積との比、診断部位４の形状データ、システム（診断する製品）の運用時間、診断部位４の肉厚、寿命と判断する診断部位４の肉厚など、摩耗診断と余寿命診断に必要なパラメータが入力される。
【００４０】
流れ方向検出部１０は、計測結果入力部８に入力されたプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを基に、固体粒子２の流れ方向を検出する。なお、気流は基本的に流路３に沿った流れ方向となるが、固体粒子２には慣性力が大きく作用するため、気流と固体粒子２とは流れ方向が異なってくる。詳細は後述するが、診断部位４での摩耗を診断するには、診断部位４に対する固体粒子２の入射角度、すなわち固体粒子２の流れ方向が必須であるため、摩耗診断手段７では、流れ方向検出部１０にて固定粒子２の流れ方向を検出する。
【００４１】
図４に示すように、図示破線で示される摩耗分布（ここでは計測片５ｃの損耗質量の分布）は、固体粒子２の流れ方向に対して垂直方向となる位置で０になる。したがって、流れ方向検出部１０は、摩耗分布が０となる角度を検出することにより、その角度と９０°をなす方向が固体粒子２の流れ方向であることを検出する。以下、摩耗分布が０となる位置（固体粒子２の流れ方向に対して垂直方向となる位置）からの角度を、固体粒子２の流れ方向に対する角度θと呼称する（単に角度θという場合もある）。例えば、刻印５ｄを管軸方向に合わせるなどして、基準方向ψを決定しておけば、基準方向ψに対する固体粒子２の流れ方向を検出できる。
【００４２】
プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１は、流れ方向検出部１０で検出した固体粒子２の流れ方向と、プローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いとを基に、固体粒子２の流れ方向に対する角度θごとにエロージョン率を演算して、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する。作成する摩耗特性曲線の一例を図５に示す。
【００４３】
図５に示すように、摩耗特性曲線は、横軸を固体粒子２の流れ方向に対する角度θ、縦軸をエロージョン率としたグラフである。エロージョン率は、下式（１）
エロージョン率＝被衝突材の損耗質量／衝突粒子の総質量 ・・・（１）
で求めることができる。式（１）における被衝突材の損耗質量とは、つまりプローブ５の先端部５ａにおける損耗質量（上述の計測片５ｃの損耗質量）である。また、式（１）における衝突粒子の総質量とは、プローブ５の先端部５ａを流路３に挿入してから取り出すまでの間に、プローブ５の先端部５ａに衝突した固体粒子２の質量の総和であり、診断条件入力部９で入力された固体粒子２を含む気流の総流量、固体粒子２の粒子濃度、プローブ５を挿入した時間、および流路３の断面積とプローブ５の先端部５ａ（ここでは各計測試験片５ｃ）の投影面積との比を基に算出することができる。
【００４４】
なお、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１でエロージョン率を演算すると、エロージョン率が０となる位置から角度θ＝０°となる位置を自動的に検出できることとなるので、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１で演算したエロージョン率の結果から、固体粒子２の流れ方向を検出するように流れ方向検出部１０を構成することも可能である。
【００４５】
また、式（１）における被衝突材の損耗質量は、Ｆｉｎｎｉｅの式で表される切削摩耗（Cutting wear）と、Ｂｉｔｔｅｒの式で表される変形摩耗（Deformation wear）との和としてモデル化できることなどが知られている。よって、各計測片５ｃの損耗質量の計測結果をＦｉｎｎｉｅの式とＢｉｔｔｅｒの式に適用して、両式の実験定数を決定することにより、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線を作成するようプローブ材料摩耗特性曲線作成部１１を構成してもよい。Ｆｉｎｎｉｅの式、Ｂｉｔｔｅｒの式については非特許文献１に詳しく記載されているため、ここでは説明を省略する。
【００４６】
粒子速度演算部１２は、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１で作成したプローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線と、予め求めたプローブ５を構成する材料の摩耗特性とを基に、固体粒子２の粒子速度を演算する。
【００４７】
プローブ５を構成する材料の摩耗特性は、予め対象となる固体粒子２（灰、微粉炭、砂など）を用いて摩耗試験を行って求めておき、摩耗特性記憶部１５に記憶させておく。摩耗試験では、固体粒子２の粒子速度を変化させて、固体粒子２の粒子速度ごとに摩耗特性曲線を取得する。摩耗試験の試験方法は特に限定するものではないが、例えば、ブラストエロージョン試験や遠心式摩耗試験などが挙げられる。摩耗試験により取得した摩耗特性曲線の一例を図６（ａ）に示す。図６（ａ）では、一例として、固体粒子２の粒子速度Ｖを４０ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓとした場合の摩耗特性曲線を破線にて示している。
【００４８】
図６（ａ）の摩耗特性曲線を、横軸を固体粒子の粒子速度Ｖとして表示すると、図６（ｂ）のようなグラフ（Ｅ−Ｖ線図という）が得られる。非特許文献１にも記載されている通り、一般に、エロージョン率Ｅと固体粒子２の粒子速度Ｖとの関係は、Ｅ＝ＣＶnで表され、Ｃ，ｎは角度θごとに異なるので、角度θごとにエロージョン率Ｅと固体粒子２の粒子速度Ｖとの関係が得られることになる。図６（ａ）の摩耗特性曲線，図６（ｂ）のＥ−Ｖ線図は、プローブ５を構成する材料の摩耗特性として、予め関数あるいはテーブル等の形式で摩耗特性記憶部１５に記憶させておく。
【００４９】
ここで、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１で作成したプローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線が図６（ａ）に実線で示されるものだったとすると、当該摩耗特性曲線上の（各測定点の）エロージョン率と角度θの組合せを図６（ｂ）のＥ−Ｖ線図に当てはめれば、流路３内での実際の固体粒子の粒子速度Ｖｔが得られることになる。図６（ｂ）のＥ−Ｖ線図から得られた粒子速度Ｖｔが、角度θ毎に異なる値を示す場合は、測定誤差などが原因として考えられるので、粒子速度Ｖｔを平均化するなどして求めるとよい。
【００５０】
診断部位摩耗特性曲線作成部１３は、粒子速度演算部１２で演算した固体粒子の粒子速度Ｖｔと、予め求めた診断部位４を構成する材料の摩耗特性とを基に、診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する。
【００５１】
診断部位４を構成する材料の摩耗特性は、上述のプローブ５を構成する材料の摩耗特性と同様に、予め摩耗試験を行って求めておき、摩耗特性記憶部１５に記憶させておく。摩耗試験により取得した摩耗特性曲線の一例を図７（ｂ）に、Ｅ−Ｖ線図を図７（ａ）に示す。図７（ｂ）では、一例として、固体粒子２の粒子速度Ｖを３５ｍ／ｓ、６０ｍ／ｓとした場合の摩耗特性曲線を破線にて示している。
【００５２】
図７（ａ）のＥ−Ｖ線図より、粒子速度演算部１２で演算した固体粒子２の粒子速度Ｖｔに対応する各角度θごとのエロージョン率を求めることができ、これを横軸を角度θとして表示すると、図７（ｂ）に実線で示すように、固体粒子２の粒子速度がＶｔであるときの、診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線が得られる。
【００５３】
このように、本実施の形態では、摩耗診断手段７を、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線から固体粒子２の粒子速度を求め、その固体粒子２の粒子速度から診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を予測するように構成している。換言すれば、摩耗診断手段７を、固体粒子２の粒子速度を介在として、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線から診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を予測するように構成している。プローブ５を構成する材料のエロージョン率をＥ１、診断部位４を構成する材料のエロージョン率をＥ２とすると、両材料のエロージョン率の関係は、下式（２）
Ｃ（θ，Ｖ）＝Ｅ２（θ，Ｖ）／Ｅ１（θ，Ｖ） ・・・（２）
で表すことができる。なお、式（２）におけるＣは係数であり、「（θ，Ｖ）」の表記は、角度θと固体粒子２の粒子速度Ｖの関数であることを表している。さらに、プローブ５を実測して得られるエロージョン率をｅ１、診断部位４のエロージョン率をｅ２とすると、この関係は、下式（３）
ｅ２（θ，Ｖｔ）＝Ｃ（θ，Ｖｔ）×ｅ１（θ） ・・・（３）
で表すことができる。ここで、Ｖｔは実際の固体粒子の粒子速度を表している。式（３）における「（θ）」の表記は、角度θの関数として取得した実測値であって、速度Ｖとの関係が明確になっていない状態を表している。
【００５４】
よって、プローブ５を構成する材料のＥ−Ｖ線図をＥ１（θ，Ｖ）としてあらかじめ数式化しておき、さらに、診断部位４を構成する材料のＥ２（θ，Ｖ）とプローブ５を構成する材料のＥ１（θ，Ｖ）の比であるＣ（θ，Ｖ）をあらかじめ数式化しておくことにより、図６（ｂ）に示したプローブ５を構成する材料のＥ−Ｖ線図や、図７（ａ）に示した診断部位４を構成する材料のＥ−Ｖ線図を参照しなくても、プローブ５を実測して得られるエロージョン率ｅ１（θ）から、診断部位４のエロージョン率ｅ２（θ，Ｖ）を式（２）と式（３）によって直接的に求めることができる。すなわち、プローブ５を構成する材料のエロージョン率を示す関数形Ｅ１（θ，Ｖ）から、プローブ５を実測して得られるエロージョン率ｅ１（θ）に対応した粒子速度Ｖｔを演算する。このｅ１（θ）に、角度θと粒子速度Ｖｔに対応する係数Ｃ（θ，Ｖｔ）を乗じることにより、診断部位４を構成する材料のエロージョン率ｅ２（θ，Ｖｔ）を容易に算出することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、プローブ５の先端部５ａを診断部位４を構成する材料と異なる材料としたために、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線から診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を予測する必要があったが、プローブ５の先端部５ａを診断部位４を構成する材料と同じ材料とする場合には、このような手順を省略することが可能である。つまり、この場合、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線をそのまま診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線として用いることができ、粒子速度演算部１２や診断部位摩耗特性曲線作成部１３を省略することが可能となる。
【００５６】
摩耗診断部１４は、診断部位摩耗特性曲線作成部１３が作成した診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線と、流れ方向検出部１０で検出した固体粒子２の流れ方向と、診断条件入力部９で入力された診断部位４の形状データとを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断する。より具体的には、固体粒子２の流れ方向と診断部位４の形状データとから、固体粒子２の入射角度（つまり角度θ）を求め、この入射角度に対するエロージョン率を、診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線から求める。
【００５７】
また、摩耗診断部１４は、診断条件入力部９で入力されたシステムの運用時間から、運用時間の全期間における衝突粒子の総質量を求め、式（１）より被衝突材の損耗質量、すなわち現状での診断部位４の損耗質量を求める。摩耗診断部１４は、求めたエロージョン率、及び現状での診断部位４の損耗質量を、摩耗診断結果記憶部１６に記憶させる。
【００５８】
余寿命診断装置１００の余寿命診断部１０１は、摩耗診断装置１の摩耗診断部１４での診断結果と、診断部位４の肉厚とを基に、診断部位４を有する製品の余寿命を診断する。より具体的には、診断条件入力部９で入力された診断部位４の肉厚と、寿命と判断する診断部位４の肉厚とから、診断部位４の肉厚が寿命と判断する肉厚となる損耗質量である限界損耗質量を演算し、その限界損耗質量と、摩耗診断部１４が求めたエロージョン率とから、式（１）より衝突粒子の総質量を求め、その衝突粒子の総質量に対応する運用時間（運用開始から寿命となるまでの運用時間）を算出する。算出した運用時間から診断条件入力部９で入力されたシステムの運用時間を減ずると、現在から寿命となるまでの運用時間、すなわち診断部位４を有する製品の余寿命が得られることになる。余寿命診断部１０１は、求めた製品の余寿命を、余寿命診断結果記憶部１０３に記憶する。
【００５９】
出力部１０４は、摩耗診断結果記憶部１６に記憶された摩耗診断の結果、および余寿命診断結果記憶部１０３に記憶された余寿命診断の結果を、図示しないディスプレイなどの表示器に出力する。なお、出力部１０４は、摩耗診断装置１と余寿命診断装置１００で共通に設けられており、摩耗診断装置１と余寿命診断装置１００の両方に属している。
【００６０】
次に、本実施の形態に係る摩耗診断方法を図８を用いて説明する。
【００６１】
図８に示すように、本実施の形態に係る摩耗診断方法では、まず、ステップＳ１にて、予め対象となる固体粒子２を用いて摩耗試験を行い、プローブ５を構成する材料と診断部位４を構成する材料の双方について摩耗特性を取得し、摩耗特性記憶部１５に記憶しておく。なお、ステップＳ１は、１度行えば次回以降は省略することが可能である。
【００６２】
ステップＳ２では、プローブ５の先端部５ａを流路３内に挿入し、所定の時間が経過した後、摩耗が進んだプローブ５を流路３から取り出す。プローブ５を挿入しておく時間は、プローブ５の先端部５ａに用いる材料の摩耗しやすさを考慮し、プローブ５の先端部５ａが十分に摩耗し、摩耗の度合いが十分に測定可能となる時間に適宜設定すればよい。例えば、プローブ５の先端部５ａに用いる材料が摩耗しやすい材料であれば、挿入時間は数時間程度で十分である。ただし、プローブ５の先端部５ａに用いる材料に摩耗しにくい材料を用いる場合は、挿入時間を数日、あるいは数週間、数ヶ月としなければ摩耗の度合いを測定できない場合もある。
【００６３】
ステップＳ３では、計測手段６により、ステップＳ２で取り出したプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを計測する。ここでは、プローブ５の先端部５ａから計測片５ｃを取り外し、各計測片５ｃの質量を計測して、各計測片５ｃの損耗質量を求めることになる。
【００６４】
ステップＳ４では、ステップＳ３で求めたプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを、摩耗診断手段７の計測結果入力部８に入力すると共に、摩耗診断（および余寿命診断）に必要な診断条件を診断条件入力部９に入力する。
【００６５】
ステップＳ５では、ステップＳ４での入力データを基に、流れ方向検出部１０が固体粒子２の流れ方向を検出する。このとき、固体粒子２の流れ方向と直角方向の摩耗が理論上０であることを利用して、固定粒子２の流れ方向を得る。
【００６６】
ステップＳ６では、ステップＳ４での入力データと、ステップＳ５で検出した固体粒子２の流れ方向とを基に、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１が、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する。
【００６７】
ステップＳ７では、ステップＳ６で作成したプローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線と、ステップＳ１で記憶しておいたプローブ５を構成する材料の摩耗特性とを基に、固体粒子２の粒子速度を演算する。
【００６８】
ステップＳ８では、ステップＳ７で求めた固体粒子２の粒子速度と、ステップＳ１で記憶しておいた診断部位４を構成する材料の摩耗特性とを基に、診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する。
【００６９】
ステップＳ９では、ステップＳ８で作成した診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線と、ステップＳ５で検出した固体粒子２の流れ方向と、ステップＳ４で入力した診断条件とを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗（損耗質量）を診断する。
【００７０】
以上により、診断部位４の固体粒子２による摩耗の診断が終了する。その後、ステップＳ９での診断結果を基に、必要に応じて、診断部位４に補修や交換などの対策を施すことになる。続いて余寿命を診断する場合には、ステップＳ９での診断結果と、ステップＳ４で入力した診断条件（診断部位４の肉厚など）を基に、診断部位４を有する製品の余寿命を診断するとよい。
【００７１】
本実施の形態の作用を説明する。
【００７２】
本実施の形態に係る摩耗診断装置１では、固体粒子２を含む気流を通す流路３に着脱自在に設けられると共に、固体粒子２による摩耗を診断する診断部位４の近傍に設けられ、先端部５ａが流路３内に突出するように配置されるプローブ５と、プローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断する摩耗診断手段７と、を備えている。
【００７３】
プローブ５の着脱はシステムの運転状態にかかわらず自由に行うことができるので、システムの運転を停止することなく、任意のタイミングで摩耗状態を診断することが可能となる。つまり、本発明によれば、例えば炉内の伝熱管など常時アクセスできない箇所の摩耗状態を診断する場合であっても、従来のように摩耗の診断を定期検査のタイミングまで待つ必要がなくなり、摩耗の診断を行いたいときに自由に行うことが可能になる。
【００７４】
また、摩耗診断装置１によれば、プローブ５の先端部５ａの材料を適宜選択することにより、固体粒子２の流れ方向、粒子速度、診断部位４のエロージョン率（≒摩耗速度）の３つを短期間に得ることが可能になる。よって、これらを用いて余寿命診断装置１００にて製品の余寿命を診断することで、診断部位４の補修・交換などの対策を迅速にとることが可能になる。
【００７５】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００７６】
図９に示す摩耗診断装置９１は、図１の摩耗診断装置１において、診断部位４に、診断部位４の温度を測定する第１温度センサ９２を設けると共に、プローブ５の先端部５ａに、プローブ５の先端部５ａの温度を測定する第２温度センサ９３と、プローブ５の先端部５ａを加熱するヒータ９４を設け、プローブ先端温度制御部９５により、第２温度センサ９３で測定したプローブ５の先端部５ａの温度が、第１温度センサ９２で測定した診断部位４の温度と等しくなるように、ヒータ９４を制御するようにしたものである。なお、図９では、計測手段６と摩耗診断手段７（演算手段１０２）を省略して示している。
【００７７】
ここでは、診断部位４が、流路３中に横置き配置された伝熱管（例えば、エコノマイザの伝熱管など）９６であるとする。第１温度センサ９２は、固体粒子２が衝突する伝熱管９６の表面の温度を計測するように、伝熱管９６に取り付けられる。プローブ先端温度制御部９５は、パーソナルコンピュータなどの演算手段１０２に搭載してもよいし、別途用意したマイコンなどの制御器に搭載するようにしてもよい。
【００７８】
例えば、ボイラのエコノマイザの場合について説明すると、流路３を流れる気流（燃焼ガス）の温度を４００度程度、伝熱管９６を流れる流体（ボイラ給水）の温度を２６０〜２７０度程度とすると、伝熱管９６の表面の温度、すなわち診断部位４の温度は３００度程度になる。このとき、流路３内に温度制御を行わないままプローブ５を挿入すると、プローブ５の先端部５ａの温度は流路３内の温度である４００度程度となり、プローブ５の先端部５ａの温度と診断部位４の温度との間に温度差が生じる。一般に、温度が高くなるほど摩耗の度合いは大きくなるので、温度が低いプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いで診断部位４の摩耗を診断すると、診断部位４の摩耗の度合いを過小評価することとなり、危険である。
【００７９】
摩耗診断装置９１では、プローブ５の先端部５ａの温度が診断部位４の温度と等しくなるように、ヒータ９４をコントロールするようにしているので、診断部位４の摩耗をより精度よく診断でき、正確な評価を行うことが可能になる。なお、摩耗診断装置９１では、プローブ５の先端部５ａの温度が診断部位４の温度よりも高い場合には、両者の温度を等しく制御することができないが、この場合は安全側の評価となるので、上述のような危険は回避できる。あるいは、ヒータ９４を設置する代わりに、プローブ５に冷却液を流通させるなどの冷却手段を設け、プローブ５の先端部５ａを冷却することによって、診断部位４の温度と等しくするように構成しても構わない。
【００８０】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００８１】
例えば、上記実施の形態では、診断部位４が流路３の曲がり部分（エルボ）や流路３内に横置きされた伝熱管９６である場合を説明したが、本発明は、これに限らず、気流に含まれる固体粒子２により摩耗が懸念される部位であれば、いかなる診断部位であっても診断が可能である。例えば、図１０に示すように、サイクロン装置１１０に本発明を適用する場合、固体粒子２の衝突により摩耗が懸念されるサイクロン装置の内壁近傍にプローブ５を設置するとよい。図１０では、球状に先端部５ａを形成したプローブ５を設置する場合を示している。
【００８２】
また、上記実施の形態では、１つのプローブ５を用いて診断部位４の摩耗を診断する場合を説明したが、複数のプローブ５を用いて、診断部位４の摩耗を診断するようにしてもよい。この場合、例えば先端部５ａが円柱状に形成されたプローブ５を複数用い、それら複数のプローブ５を、先端部５ａの配置角度を変えて配置するようにし、３次元的な流れの影響を考慮して診断を行うようにしてもよい。
【００８３】
さらに、上記実施の形態では、摩耗を診断したいときに流路３にプローブ５を挿入する場合を説明したが、例えば、プローブ５を常時流路３に挿入しておき、定期的にプローブ５を取り出して摩耗の診断を行う、といった使い方も勿論可能である。
【００８４】
また、上記実施の形態では、プローブ５を設けた位置と診断部位４における固体粒子２の流れ方向及び粒子速度（衝突速度）が略同じとなるように、診断部位４の近傍にプローブ５を設けたが、これに限らず、計算流体力学（Computational Fluid Dynamics、以下、ＣＦＤという）による固気混相流解析を併用すれば、プローブ５を診断部位４と流れの状況が異なる位置に設けることも可能である。
【００８５】
この場合、摩耗診断手段７は、ＣＦＤによる固気混相流解析を実施する解析部をさらに備え、解析部での解析結果と、プローブ５の先端部の摩耗の度合いとを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断するように構成されることになる。なお、ＣＦＤによる固気混相流解析は、市販のＣＦＤソフトに通常一般に搭載されている機能であり、具体的には、ガス連続相をオイラー方程式で、粒子分散相をラグランジェ方程式で計算するオイラー・ラグランジェ法を用いた解析などがある。
【００８６】
ＣＦＤによる固気混相流解析を用いる場合、プローブ５の実測結果と、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線（図６（ａ））、Ｅ−Ｖ線図（図６（ｂ））に基づいて、プローブ５を設けた位置における固体粒子２の粒子速度Ｖｔを求める手順までは、上述の実施の形態と同様である。
【００８７】
その後、解析部により、流路３に固体粒子２を含む気流を供給する機器（プラント）の運転条件を基に、流路３内における固体粒子２の流れ方向、粒子速度、粒子濃度の分布を解析し、得られた解析結果を基に、プローブ５を設けた位置（添え字Ｐで表す）と診断部位４（添え字ｔで表す）における固体粒子２の粒子速度（衝突速度）の差異（比率）ｖt／ｖP、粒子濃度（衝突度数）の差異（比率）ρt／ρPと、診断部位４における固体粒子２の流れ方向θｔ（実形状面に対する衝突角度。面の法線方向をθｔ＝９０゜，接線方向をθt＝０゜とする）を得る。これにより、診断部位４における固体粒子２の粒子速度Ｖｔ’は、プローブ５を設けた位置における固体粒子２の粒子速度Ｖｔに、上述の解析より求めたｖt／ｖP（プローブ５を設けた位置と診断部位４における固体粒子２の粒子速度の差異（比率））を乗じることによって、Ｖｔ’＝Ｖｔ×（ｖt／ｖP）の関係式から求めることができる。
【００８８】
さらに、診断部位４を構成する材料のＥ−Ｖ線図（図７（ａ））と摩耗特性曲線（図７（ｂ））を用いて、診断部位４の各角度ごとのエロージョン率を算出する手順に従う（図中のＶｔはＶｔ’に置き換える）ことにより、診断部位４における粒子速度Ｖｔ’に対応する各角度θごとのエロージョン率を求めることができる。
【００８９】
診断部位４の実形状に沿った摩耗分布（エロージョン率）を得るためには、各角度ごとのエロージョン率を表すグラフまたはその関数形（Ｆｉｎｎｉｅの式、Ｂｉｔｔｅｒの式など）において，上述の解析により求めたθtに対応するエロージョン率を求めればよい。
【００９０】
なお、上述の解析より求めたρt／ρP、すなわち、プローブ５を設けた位置と診断部位４における固体粒子２の粒子濃度の差異（比率）がρt／ρP≠１である場合には、求めた摩耗分布（エロージョン率）にρt／ρPを乗じることによって、診断部位４における粒子濃度（衝突度数）に応じた摩耗分布として求めることができる。
【００９１】
換言すれば、上述の手順は、固気混相流解析により、プローブ５を設けた位置と診断部位４における固体粒子２の粒子速度、粒子濃度の差異（比率）と診断部位４における固体粒子２の流れ方向を求め、これに基づいてプローブ５と診断部位４の摩耗特性曲線の相関関係、すなわち上述の式（２）における係数Ｃ（θ，Ｖ）を取得しておく。つまり、ＣＦＤによる解析結果を考慮し、プローブ５を設けた位置と診断部位４の流れの状況の差異（比率）を考慮した（補正した）係数Ｃ（θｔ，Ｖｔ’）を予め得ておく。その後、その係数Ｃ（θｔ，Ｖｔ’）と、実測したプローブ５のエロージョン率ｅ１（θ）とを基に、上述の式（３）により診断部位４でのエロージョン率ｅ２（θｔ，Ｖｔ’）を求めることになる。したがって、ＣＦＤによる固気混相流解析を行うことによって、診断部位４における流れ場（粒子速度、粒子濃度、粒子方向）がプローブ５の位置における流れ場と異なる場合でも、プローブ５の実測結果から診断部位４における摩耗分布（エロージョン率）を容易に求めることが可能となる。
【００９２】
なお、ここでは流路３に固体粒子２を含む気流を供給する機器（プラント）の運転条件をもとに、ＣＦＤによる固気混相流解析の入力条件を決定した場合の例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、プローブ５での実測によりプローブ５を設けた位置における固体粒子２の流れ方向、粒子速度が得られるので、これをＣＦＤによる固気混相流解析を実施する際の入力とすれば、診断部位４における固体粒子２の方向、速度を得ることができる。よって、得られた診断部位４での固体粒子２の流れ方向、粒子速度及び粒子濃度と、予め求めた診断部位４を構成する材料の摩耗特性とから、診断部位４の摩耗を診断することも可能である。
【００９３】
さらに、上記実施の形態では、プローブ５を設けた位置と診断部位４の流れが、共に固体粒子２の流れ方向、粒子速度、及び粒子濃度が殆ど変化しない定常流れとしたが、ＣＦＤによる固気混相流解析を用いる場合、診断部位４の流れが非定常であっても、診断部位４の摩耗を診断することが可能である。ただし、プローブ５の摩耗の度合いは流れの時間的な変化を反映できないため、プローブ５を設ける位置は定常流れであることが望ましい。
【００９４】
診断部位４の流れが非定常である場合、ＣＦＤによる固気混相流解析を非定常で行い、プローブ５を設けた位置と診断部位４の流れの状況の差異を考慮した各時間毎の係数Ｃ（θ，Ｖ，ｔ）を求めることになる。
【００９５】
なお、診断部位４の流れが非定常である代表的な例として、図１１に示すように、ボイラ伝熱管など流路３内に設けられた管群を診断部位４とする場合が挙げられる。管１１１の後流にカルマン渦１１２が発生するので、それよりも後流の管１１１では、カルマン渦１１２の影響により、流れ（固体粒子２の流れ方向、粒子速度、粒子濃度）が非定常となる。他の例としては、流路３やサイクロン装置１１０に固体粒子２を含む気流を供給する機器（プラント）の運転条件が変化し、時間毎に固体粒子２の流れ方向、粒子速度、粒子濃度が変化する場合なども挙げられる。
【００９６】
さらにまた、上記実施の形態では、プローブ５を診断部位４の上流側に配置する場合を説明したが、ＣＦＤによる固気混相流解析を用いる場合、プローブ５は診断部位４の上流、下流のいずれに配置してもよい。ただし、上述のように、プローブ５を設ける位置は定常流れであることが望ましいため、診断部位４が管群の場合など診断部位４の流れが非定常である場合、診断部位４の下流側にプローブ５を配置する際には、診断部位４から十分に離れ、診断部位４での非定常な流れの影響が十分に緩和された位置にプローブ５を配置すると効果的である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 摩耗診断装置
２ 固体粒子
３ 流路
４ 診断部位
５ プローブ
５ａ 先端部
６ 計測手段
７ 摩耗診断手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気流中に含まれる固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断装置及び摩耗診断方法、並びに余寿命診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭ボイラの伝熱管、流動層ボイラのサイクロン、微粉炭バーナの配管、各種粉体輸送配管などでは、固体粒子を含む気流に晒されるため、その気流中に含まれる固体粒子による摩耗が問題となる。例えば、固体粒子を含む気流が流通する配管の曲がり部分（エルボ）や、固体粒子を含む気流の流路中に横置き配置された伝熱管群の表面等では、固体粒子の衝突による摩耗の影響が大きく、その摩耗状態を診断し、必要に応じて肉盛溶接等の補修や交換などの対策を施す必要がある。
【０００３】
従来の摩耗診断装置として、超音波計を用いて診断部位の配管の肉厚を測定する装置（例えば、特許文献１参照）や、光を照射しその反射光から診断部位の摩耗状態を診断する装置（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５７７１４号公報
【特許文献２】特開平９−１２６７３６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】清水昭比古、「固気混相乱流と摩擦解析の実用例」、日本機械学会講習会教材（混相流技術の実用化−基礎・計測から数値解析まで−）、１９９７年、Ｖｏｌ．９７、Ｎｏ．６７、ｐｐ．６３−７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の従来の摩耗診断装置では、例えば炉内の伝熱管など常時アクセスできない箇所の摩耗を診断するためには、システムの運転を停止するなど大掛かりな前準備が必要となる。そのため、定期検査のタイミングで摩耗の診断を行うのが一般的である。
【０００７】
しかしながら、定期検査の間隔が、例えば数ヶ月から１２〜３年と長い場合には、補修・交換の判断が遅れ、最悪のケースでは伝熱管の噴破などが起きてしまうおそれもあった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、システムの運転を停止することなく、任意のタイミングで摩耗状態を診断することが可能な摩耗診断装置及び摩耗診断方法、並びに余寿命診断装置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】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、固体粒子を含む気流を通す流路に着脱自在に設けられると共に、先端部が前記流路内に突出するように配置されるプローブと、前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断手段と、を備えた摩耗診断装置である。
【００１０】
前記プローブの先端部は、その少なくとも外周部が、前記診断部位を構成する材料よりも摩耗し易い材料からなり、前記摩耗診断手段は、前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、前記固体粒子の流れ方向を検出する流れ方向検出部と、該流れ方向検出部で検出した前記固体粒子の流れ方向と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記固体粒子の流れ方向に対する角度ごとにエロージョン率を演算して、前記プローブを構成する材料の摩耗特性曲線を作成するプローブ材料摩耗特性曲線作成部と、該プローブ材料摩耗特性曲線作成部で作成した前記プローブを構成する材料の摩耗特性曲線と、予め求めた前記プローブを構成する材料の摩耗特性とを基に、前記固体粒子の粒子速度を演算する粒子速度演算部と、該粒子速度演算部で演算した前記固体粒子の粒子速度と、予め求めた前記診断部位を構成する材料の摩耗特性とを基に、前記診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する診断部位摩耗特性曲線作成部と、該診断部位摩耗特性曲線作成部で作成した前記診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線と、前記固体粒子の流れ方向とを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断部と、を有してもよい。
【００１１】
前記プローブの先端部は、その少なくとも外周部が、前記診断部位を構成する材料と同じ材料からなり、前記摩耗診断手段は、前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、前記固体粒子の流れ方向を検出する流れ方向検出部と、該流れ方向検出部で検出した前記固体粒子の流れ方向と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記固体粒子の流れ方向に対する角度ごとにエロージョン率を演算して摩耗特性曲線を作成する摩耗特性曲線作成部と、該摩耗特性曲線作成部で作成した前記摩耗特性曲線と、前記固体粒子の流れ方向とを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断部と、を有してもよい。
【００１２】
前記プローブの先端部は、支持軸の周囲を、前記支持軸に対して着脱可能な複数の計測片で覆った構造とされ、前記複数の計測片の損耗質量から前記プローブの先端部の摩耗の度合いを測定するようにされてもよい。
【００１３】
前記プローブの先端部は、円柱状または球状に形成されてもよい。
【００１４】
前記診断部位には、該診断部位の温度を測定する第１温度センサが設けられ、前記プローブの先端部には、該プローブの先端部の温度を測定する第２温度センサと、前記プローブの先端部を加熱するヒータと、が設けられ、前記第２温度センサで測定した前記プローブの先端部の温度が、前記第１温度センサで測定した前記診断部位の温度と等しくなるように、前記ヒータを制御するプローブ先端温度制御部をさらに備えてもよい。
【００１５】
前記摩耗診断手段は、計算流体力学による固気混相流解析を実施する解析部を備え、前記解析部での解析結果と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断するように構成されてもよい。
【００１６】
また、本発明は、固体粒子を含む気流を通す流路に着脱自在に、かつ、先端部が前記流路内に突出するようにプローブを配置し、前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断するようにした摩耗診断方法である。
【００１７】
また、本発明は、上述の摩耗診断装置と、該摩耗診断装置での診断結果と、前記診断部位の肉厚とを基に、前記診断部位を有する製品の余寿命を診断する余寿命診断部と、を備えた余寿命診断装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、システムの運転を停止することなく、任意のタイミングで摩耗状態を診断することが可能な摩耗診断装置及び摩耗診断方法、並びに余寿命診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る摩耗診断装置を備えた余寿命診断装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は図１の摩耗診断装置に用いるプローブの先端部の構造を示す図であり、（ｂ），（ｃ）は計測片を支持軸に取り付ける構造の一例を示す図であり、（ｄ），（ｅ）はプローブの先端部を球状とした場合のプローブの先端部の構造の一例を示す図である。
【図３】図１の摩耗診断装置に用いる計測手段の一例として、レーザ変位センサを示す図である。
【図４】本発明において、固体粒子の流れ方向と摩耗分布の関係を説明する図である。
【図５】本発明において、摩耗特性曲線の一例を示す図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、実測したプローブを構成する材料の摩耗特性曲線と、予め求めたプローブを構成する材料の摩耗特性とを基に、固体粒子の粒子速度を演算する手順を具体的に説明する図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、固体粒子の粒子速度と、予め求めた診断部位を構成する材料の摩耗特性とを基に、診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する手順を具体的に説明する図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る摩耗診断方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る摩耗診断装置を備えた余寿命診断装置の概略構成図である。
【図１０】本発明において、プローブをサイクロン装置に取り付けたときの斜視図である。
【図１１】本発明において、診断部位が管群であるとき、診断部位の流れが非定常となることを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る摩耗診断装置を備えた余寿命診断装置の概略構成図である。
【００２２】
図１に示すように、余寿命診断装置１００は、本発明の摩耗診断装置１と、余寿命診断部１０１と、を備えている。
【００２３】
本実施の形態に係る摩耗診断装置１は、固体粒子２を含む気流を通す流路３に着脱自在に設けられると共に、固体粒子２による摩耗を診断する診断部位４の近傍に設けられ、先端部５ａが流路３内に突出するように配置されるプローブ５と、プローブ５の摩耗の度合いを計測する計測手段６と、計測手段６で計測したプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断する摩耗診断手段７と、を備えている。
【００２４】
ここでは、一例として、固体粒子２を含む気流を通す流路３の曲がり部分（エルボ）の摩耗状態を診断する場合を説明する。この場合、図１にハッチングで示される位置、すなわち曲げの外側に位置する配管の内壁が診断部位４となる。また、ここでは、固体粒子２を含む気流は、固体粒子２の流れ方向や粒子速度が殆ど変化しない定常流れであるとする。
【００２５】
まず、プローブ５について説明する。
【００２６】
本実施の形態では、プローブ５の摩耗の度合いを基に診断部位４の摩耗の度合いを診断するので、プローブ５を設けた位置における固体粒子２の流れ方向及び粒子速度が、診断部位４における固体粒子２の流れ方向及び粒子速度と略同じとなるように、診断部位４の近傍にプローブ５を設ける必要がある。ここでは、プローブ５を、診断部位４の上流側の流路３に設けた。
【００２７】
プローブ５の先端部５ａは、その少なくとも外周部が、診断部位４を構成する材料と同じか、診断部位４を構成する材料よりも摩耗し易い材料で構成される。本実施の形態では、プローブ５の先端部５ａに、診断部位４を構成する材料よりも摩耗し易い材料を用いる場合を説明する。プローブ５の先端部５ａに用いる材料が摩耗し易いほど、短時間で摩耗の診断を行うことが可能になる。
【００２８】
プローブ５の先端部５ａに用いる材料は、適用される温度域や、診断部位４を構成する材料の摩耗特性に応じて適宜選択すればよい。例えば、適用される温度域が低く、診断部位４を構成する材料が低衝突角度（例えば３０度以下）に摩耗ピークが発生するものであれば、延性挙動を示すポリ塩化ビニル樹脂やポリプロピレン樹脂等を用いるとよい。また、適用される温度域が低く、診断部位４を構成する材料が高衝突角度（例えば９０度近傍）に摩耗ピークが発生するものであれば、脆性挙動を示すポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いるとよい。また、上述のような高分子材料が使用できない中・高温の温度域では、Ｐｂ，Ｓｎ，Ｂｉ，Ａｇ，Ｍｇ，Ａｌなどの金属材料を用いるとよい。
【００２９】
プローブ５の先端部５ａの形状は、固体粒子２を含む気流が２次元的な流れであれば円柱状に、固体粒子２を含む気流が３次元的な流れであれば球状に形成するとよい。ここでは、固体粒子２を含む気流が２次元的な流れであると仮定し、プローブ５の先端部５ａの形状を円柱状とする場合を説明する。なお、２次元的な流れとは、プローブ５の中心軸をＺ軸とする直交座標系を考えたときに、その速度成分がＸ軸とＹ軸の２成分のみで表される流れ、３次元的な流れとは、その速度成分がＸ軸とＹ軸とＺ軸の３成分で表される流れをいう。
【００３０】
また、本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、プローブ５の先端部５ａは、支持軸５ｂの周囲を、支持軸５ｂに対して着脱可能な複数の計測片（微小ブロック）５ｃで覆った構造とされ、複数の計測片５ｃの損耗質量（計測前の質量から計測後の質量を減じた値）からプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを測定するようにした。したがって、本実施の形態では、計測手段６は、計測片５ｃの質量を測定する質量測定手段で構成される。なお、図１では、図を簡略化しており、支持軸５ｂや計測片５ｃを省略して示している。
【００３１】
計測片５ｃは、支持軸５ｂの周方向に分割されており、支持軸５ｂの周方向の所定角度範囲の損耗質量を、１つの計測片５ｃから測定できるようになっている。ここでは、計測片５ｃを直方体形状とし、計測片５ｃを取り付ける部分の支持軸を断面視で多角形状に形成したが、これに限らず、例えば支持軸５ｂを断面視で円形状（円柱状）に形成し、計測片５ｃを支持軸５ｂの外周に沿うように断面視で円弧状に形成してもよい。
【００３２】
支持軸５ｂに対して計測片５ｃを着脱自在に設ける構造については、特に限定するものではないが、例えば図２（ｂ）に示すように、支持軸５ｂに係合穴２１を形成すると共に、計測片５ｃに係合突起２２を形成し、係合突起２２を係合穴２１に差し込んで係合させる構造としてもよいし、また、図２（ｃ）に示すように支持軸５ｂに断面視がＴ字状のスライド溝２３を形成すると共に、計測片５ｃに断面視がＴ字状のスライド突起２４を形成し、スライド溝２３の開放端からスライド溝２３に沿わせてスライド突起２４をスライド挿入して係合させる構造としてもよい。なお、プローブ５の先端部５ａを球状に形成する場合には、図２（ｄ）に示すように、５角形の計測片５ｃと６角形の計測片５ｃを用いて、サッカーボールのように球状の先端部５ａを隙間無く覆うように構成すればよい。あるいは、図２（ｅ）に示すように、プローブ５の球状の先端部５ａを子午線（経線）と緯線とで分割するよう構成してもよい。
【００３３】
また、プローブ５には、プローブ５の取付方向を示す目印となる刻印５ｄ（図４参照）が設けられている。この刻印５ｄを例えば流路３の管軸方向と一致させるようにプローブ５を挿入すれば、後述する摩耗診断手段７の流れ方向検出部１０により管軸方向に対する固体粒子２の流れ方向を検出することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、プローブ５の先端部５ａを、支持軸５ｂの周囲を複数の計測片５ｃで覆った構造としたが、計測片５ｃを設けずにプローブ５の先端部５ａを直接摩耗させる方式とする場合には、図３に示すようなレーザ変位センサ３１を用いて、プローブ５の先端部５ａの全周にわたる摩耗深さを検出して、プローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを計測するようにしてもよい。なお、この場合、レーザ変位センサに限らず、他の方式の変位センサを用いることも勿論可能である。
【００３５】
また、本実施の形態では、プローブ５の先端部５ａにおいて、支持軸５ｂの全周にわたって計測片５ｃを設けたが、支持軸５ｂの下流側の部位など、明らかに固定粒子２が衝突することのない部位には、計測片５ｃを設けないようにしてもよい。
【００３６】
プローブ５を流路３に着脱自在に設ける構成については、特に限定するものではないが、例えば、プローブ５にフランジを設けそのフランジを流路３に対してボルト等で固定するフランジ装着や、プローブ５をコンプレッションフィッティング等を介して流路３に取り付ける構成とすればよい。プローブ５を取り外した後は、盲（蓋）などを用いて養生できるようにしておくと尚よい。
【００３７】
次に、摩耗診断手段７について説明する。
【００３８】
摩耗診断手段７は、計測結果入力部８、診断条件入力部９、流れ方向検出部１０、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１、粒子速度演算部１２、診断部位摩耗特性曲線作成部１３、摩耗診断部１４、摩耗特性記憶部１５、摩耗診断結果記憶部１６の各部を有している。これら各部は、パーソナルコンピュータなどの演算手段１０２に搭載され、インターフェイス、メモリ、ＣＰＵ、ソフトウェアなどを適宜組み合わせて実現される。
【００３９】
計測結果入力部８には、計測手段６で計測したプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合い（ここでは各計測片５ｃの損耗質量）が入力される。診断条件入力部９には、固体粒子２を含む気流の総流量、固体粒子２の粒子濃度あるいは径分布、プローブ５を挿入した時間、流路３の断面積とプローブ５の先端部５ａ（ここでは各計測試験片５ｃ）の投影面積との比、診断部位４の形状データ、システム（診断する製品）の運用時間、診断部位４の肉厚、寿命と判断する診断部位４の肉厚など、摩耗診断と余寿命診断に必要なパラメータが入力される。
【００４０】
流れ方向検出部１０は、計測結果入力部８に入力されたプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを基に、固体粒子２の流れ方向を検出する。なお、気流は基本的に流路３に沿った流れ方向となるが、固体粒子２には慣性力が大きく作用するため、気流と固体粒子２とは流れ方向が異なってくる。詳細は後述するが、診断部位４での摩耗を診断するには、診断部位４に対する固体粒子２の入射角度、すなわち固体粒子２の流れ方向が必須であるため、摩耗診断手段７では、流れ方向検出部１０にて固定粒子２の流れ方向を検出する。
【００４１】
図４に示すように、図示破線で示される摩耗分布（ここでは計測片５ｃの損耗質量の分布）は、固体粒子２の流れ方向に対して垂直方向となる位置で０になる。したがって、流れ方向検出部１０は、摩耗分布が０となる角度を検出することにより、その角度と９０°をなす方向が固体粒子２の流れ方向であることを検出する。以下、摩耗分布が０となる位置（固体粒子２の流れ方向に対して垂直方向となる位置）からの角度を、固体粒子２の流れ方向に対する角度θと呼称する（単に角度θという場合もある）。例えば、刻印５ｄを管軸方向に合わせるなどして、基準方向ψを決定しておけば、基準方向ψに対する固体粒子２の流れ方向を検出できる。
【００４２】
プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１は、流れ方向検出部１０で検出した固体粒子２の流れ方向と、プローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いとを基に、固体粒子２の流れ方向に対する角度θごとにエロージョン率を演算して、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する。作成する摩耗特性曲線の一例を図５に示す。
【００４３】
図５に示すように、摩耗特性曲線は、横軸を固体粒子２の流れ方向に対する角度θ、縦軸をエロージョン率としたグラフである。エロージョン率は、下式（１）
エロージョン率＝被衝突材の損耗質量／衝突粒子の総質量 ・・・（１）
で求めることができる。式（１）における被衝突材の損耗質量とは、つまりプローブ５の先端部５ａにおける損耗質量（上述の計測片５ｃの損耗質量）である。また、式（１）における衝突粒子の総質量とは、プローブ５の先端部５ａを流路３に挿入してから取り出すまでの間に、プローブ５の先端部５ａに衝突した固体粒子２の質量の総和であり、診断条件入力部９で入力された固体粒子２を含む気流の総流量、固体粒子２の粒子濃度、プローブ５を挿入した時間、および流路３の断面積とプローブ５の先端部５ａ（ここでは各計測試験片５ｃ）の投影面積との比を基に算出することができる。
【００４４】
なお、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１でエロージョン率を演算すると、エロージョン率が０となる位置から角度θ＝０°となる位置を自動的に検出できることとなるので、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１で演算したエロージョン率の結果から、固体粒子２の流れ方向を検出するように流れ方向検出部１０を構成することも可能である。
【００４５】
また、式（１）における被衝突材の損耗質量は、Ｆｉｎｎｉｅの式で表される切削摩耗（Cutting wear）と、Ｂｉｔｔｅｒの式で表される変形摩耗（Deformation wear）との和としてモデル化できることなどが知られている。よって、各計測片５ｃの損耗質量の計測結果をＦｉｎｎｉｅの式とＢｉｔｔｅｒの式に適用して、両式の実験定数を決定することにより、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線を作成するようプローブ材料摩耗特性曲線作成部１１を構成してもよい。Ｆｉｎｎｉｅの式、Ｂｉｔｔｅｒの式については非特許文献１に詳しく記載されているため、ここでは説明を省略する。
【００４６】
粒子速度演算部１２は、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１で作成したプローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線と、予め求めたプローブ５を構成する材料の摩耗特性とを基に、固体粒子２の粒子速度を演算する。
【００４７】
プローブ５を構成する材料の摩耗特性は、予め対象となる固体粒子２（灰、微粉炭、砂など）を用いて摩耗試験を行って求めておき、摩耗特性記憶部１５に記憶させておく。摩耗試験では、固体粒子２の粒子速度を変化させて、固体粒子２の粒子速度ごとに摩耗特性曲線を取得する。摩耗試験の試験方法は特に限定するものではないが、例えば、ブラストエロージョン試験や遠心式摩耗試験などが挙げられる。摩耗試験により取得した摩耗特性曲線の一例を図６（ａ）に示す。図６（ａ）では、一例として、固体粒子２の粒子速度Ｖを４０ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓとした場合の摩耗特性曲線を破線にて示している。
【００４８】
図６（ａ）の摩耗特性曲線を、横軸を固体粒子の粒子速度Ｖとして表示すると、図６（ｂ）のようなグラフ（Ｅ−Ｖ線図という）が得られる。非特許文献１にも記載されている通り、一般に、エロージョン率Ｅと固体粒子２の粒子速度Ｖとの関係は、Ｅ＝ＣＶnで表され、Ｃ，ｎは角度θごとに異なるので、角度θごとにエロージョン率Ｅと固体粒子２の粒子速度Ｖとの関係が得られることになる。図６（ａ）の摩耗特性曲線，図６（ｂ）のＥ−Ｖ線図は、プローブ５を構成する材料の摩耗特性として、予め関数あるいはテーブル等の形式で摩耗特性記憶部１５に記憶させておく。
【００４９】
ここで、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１で作成したプローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線が図６（ａ）に実線で示されるものだったとすると、当該摩耗特性曲線上の（各測定点の）エロージョン率と角度θの組合せを図６（ｂ）のＥ−Ｖ線図に当てはめれば、流路３内での実際の固体粒子の粒子速度Ｖｔが得られることになる。図６（ｂ）のＥ−Ｖ線図から得られた粒子速度Ｖｔが、角度θ毎に異なる値を示す場合は、測定誤差などが原因として考えられるので、粒子速度Ｖｔを平均化するなどして求めるとよい。
【００５０】
診断部位摩耗特性曲線作成部１３は、粒子速度演算部１２で演算した固体粒子の粒子速度Ｖｔと、予め求めた診断部位４を構成する材料の摩耗特性とを基に、診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する。
【００５１】
診断部位４を構成する材料の摩耗特性は、上述のプローブ５を構成する材料の摩耗特性と同様に、予め摩耗試験を行って求めておき、摩耗特性記憶部１５に記憶させておく。摩耗試験により取得した摩耗特性曲線の一例を図７（ｂ）に、Ｅ−Ｖ線図を図７（ａ）に示す。図７（ｂ）では、一例として、固体粒子２の粒子速度Ｖを３５ｍ／ｓ、６０ｍ／ｓとした場合の摩耗特性曲線を破線にて示している。
【００５２】
図７（ａ）のＥ−Ｖ線図より、粒子速度演算部１２で演算した固体粒子２の粒子速度Ｖｔに対応する各角度θごとのエロージョン率を求めることができ、これを横軸を角度θとして表示すると、図７（ｂ）に実線で示すように、固体粒子２の粒子速度がＶｔであるときの、診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線が得られる。
【００５３】
このように、本実施の形態では、摩耗診断手段７を、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線から固体粒子２の粒子速度を求め、その固体粒子２の粒子速度から診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を予測するように構成している。換言すれば、摩耗診断手段７を、固体粒子２の粒子速度を介在として、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線から診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を予測するように構成している。プローブ５を構成する材料のエロージョン率をＥ１、診断部位４を構成する材料のエロージョン率をＥ２とすると、両材料のエロージョン率の関係は、下式（２）
Ｃ（θ，Ｖ）＝Ｅ２（θ，Ｖ）／Ｅ１（θ，Ｖ） ・・・（２）
で表すことができる。なお、式（２）におけるＣは係数であり、「（θ，Ｖ）」の表記は、角度θと固体粒子２の粒子速度Ｖの関数であることを表している。さらに、プローブ５を実測して得られるエロージョン率をｅ１、診断部位４のエロージョン率をｅ２とすると、この関係は、下式（３）
ｅ２（θ，Ｖｔ）＝Ｃ（θ，Ｖｔ）×ｅ１（θ） ・・・（３）
で表すことができる。ここで、Ｖｔは実際の固体粒子の粒子速度を表している。式（３）における「（θ）」の表記は、角度θの関数として取得した実測値であって、速度Ｖとの関係が明確になっていない状態を表している。
【００５４】
よって、プローブ５を構成する材料のＥ−Ｖ線図をＥ１（θ，Ｖ）としてあらかじめ数式化しておき、さらに、診断部位４を構成する材料のＥ２（θ，Ｖ）とプローブ５を構成する材料のＥ１（θ，Ｖ）の比であるＣ（θ，Ｖ）をあらかじめ数式化しておくことにより、図６（ｂ）に示したプローブ５を構成する材料のＥ−Ｖ線図や、図７（ａ）に示した診断部位４を構成する材料のＥ−Ｖ線図を参照しなくても、プローブ５を実測して得られるエロージョン率ｅ１（θ）から、診断部位４のエロージョン率ｅ２（θ，Ｖ）を式（２）と式（３）によって直接的に求めることができる。すなわち、プローブ５を構成する材料のエロージョン率を示す関数形Ｅ１（θ，Ｖ）から、プローブ５を実測して得られるエロージョン率ｅ１（θ）に対応した粒子速度Ｖｔを演算する。このｅ１（θ）に、角度θと粒子速度Ｖｔに対応する係数Ｃ（θ，Ｖｔ）を乗じることにより、診断部位４を構成する材料のエロージョン率ｅ２（θ，Ｖｔ）を容易に算出することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、プローブ５の先端部５ａを診断部位４を構成する材料と異なる材料としたために、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線から診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を予測する必要があったが、プローブ５の先端部５ａを診断部位４を構成する材料と同じ材料とする場合には、このような手順を省略することが可能である。つまり、この場合、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線をそのまま診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線として用いることができ、粒子速度演算部１２や診断部位摩耗特性曲線作成部１３を省略することが可能となる。
【００５６】
摩耗診断部１４は、診断部位摩耗特性曲線作成部１３が作成した診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線と、流れ方向検出部１０で検出した固体粒子２の流れ方向と、診断条件入力部９で入力された診断部位４の形状データとを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断する。より具体的には、固体粒子２の流れ方向と診断部位４の形状データとから、固体粒子２の入射角度（つまり角度θ）を求め、この入射角度に対するエロージョン率を、診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線から求める。
【００５７】
また、摩耗診断部１４は、診断条件入力部９で入力されたシステムの運用時間から、運用時間の全期間における衝突粒子の総質量を求め、式（１）より被衝突材の損耗質量、すなわち現状での診断部位４の損耗質量を求める。摩耗診断部１４は、求めたエロージョン率、及び現状での診断部位４の損耗質量を、摩耗診断結果記憶部１６に記憶させる。
【００５８】
余寿命診断装置１００の余寿命診断部１０１は、摩耗診断装置１の摩耗診断部１４での診断結果と、診断部位４の肉厚とを基に、診断部位４を有する製品の余寿命を診断する。より具体的には、診断条件入力部９で入力された診断部位４の肉厚と、寿命と判断する診断部位４の肉厚とから、診断部位４の肉厚が寿命と判断する肉厚となる損耗質量である限界損耗質量を演算し、その限界損耗質量と、摩耗診断部１４が求めたエロージョン率とから、式（１）より衝突粒子の総質量を求め、その衝突粒子の総質量に対応する運用時間（運用開始から寿命となるまでの運用時間）を算出する。算出した運用時間から診断条件入力部９で入力されたシステムの運用時間を減ずると、現在から寿命となるまでの運用時間、すなわち診断部位４を有する製品の余寿命が得られることになる。余寿命診断部１０１は、求めた製品の余寿命を、余寿命診断結果記憶部１０３に記憶する。
【００５９】
出力部１０４は、摩耗診断結果記憶部１６に記憶された摩耗診断の結果、および余寿命診断結果記憶部１０３に記憶された余寿命診断の結果を、図示しないディスプレイなどの表示器に出力する。なお、出力部１０４は、摩耗診断装置１と余寿命診断装置１００で共通に設けられており、摩耗診断装置１と余寿命診断装置１００の両方に属している。
【００６０】
次に、本実施の形態に係る摩耗診断方法を図８を用いて説明する。
【００６１】
図８に示すように、本実施の形態に係る摩耗診断方法では、まず、ステップＳ１にて、予め対象となる固体粒子２を用いて摩耗試験を行い、プローブ５を構成する材料と診断部位４を構成する材料の双方について摩耗特性を取得し、摩耗特性記憶部１５に記憶しておく。なお、ステップＳ１は、１度行えば次回以降は省略することが可能である。
【００６２】
ステップＳ２では、プローブ５の先端部５ａを流路３内に挿入し、所定の時間が経過した後、摩耗が進んだプローブ５を流路３から取り出す。プローブ５を挿入しておく時間は、プローブ５の先端部５ａに用いる材料の摩耗しやすさを考慮し、プローブ５の先端部５ａが十分に摩耗し、摩耗の度合いが十分に測定可能となる時間に適宜設定すればよい。例えば、プローブ５の先端部５ａに用いる材料が摩耗しやすい材料であれば、挿入時間は数時間程度で十分である。ただし、プローブ５の先端部５ａに用いる材料に摩耗しにくい材料を用いる場合は、挿入時間を数日、あるいは数週間、数ヶ月としなければ摩耗の度合いを測定できない場合もある。
【００６３】
ステップＳ３では、計測手段６により、ステップＳ２で取り出したプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを計測する。ここでは、プローブ５の先端部５ａから計測片５ｃを取り外し、各計測片５ｃの質量を計測して、各計測片５ｃの損耗質量を求めることになる。
【００６４】
ステップＳ４では、ステップＳ３で求めたプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを、摩耗診断手段７の計測結果入力部８に入力すると共に、摩耗診断（および余寿命診断）に必要な診断条件を診断条件入力部９に入力する。
【００６５】
ステップＳ５では、ステップＳ４での入力データを基に、流れ方向検出部１０が固体粒子２の流れ方向を検出する。このとき、固体粒子２の流れ方向と直角方向の摩耗が理論上０であることを利用して、固定粒子２の流れ方向を得る。
【００６６】
ステップＳ６では、ステップＳ４での入力データと、ステップＳ５で検出した固体粒子２の流れ方向とを基に、プローブ材料摩耗特性曲線作成部１１が、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する。
【００６７】
ステップＳ７では、ステップＳ６で作成したプローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線と、ステップＳ１で記憶しておいたプローブ５を構成する材料の摩耗特性とを基に、固体粒子２の粒子速度を演算する。
【００６８】
ステップＳ８では、ステップＳ７で求めた固体粒子２の粒子速度と、ステップＳ１で記憶しておいた診断部位４を構成する材料の摩耗特性とを基に、診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する。
【００６９】
ステップＳ９では、ステップＳ８で作成した診断部位４を構成する材料の摩耗特性曲線と、ステップＳ５で検出した固体粒子２の流れ方向と、ステップＳ４で入力した診断条件とを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗（損耗質量）を診断する。
【００７０】
以上により、診断部位４の固体粒子２による摩耗の診断が終了する。その後、ステップＳ９での診断結果を基に、必要に応じて、診断部位４に補修や交換などの対策を施すことになる。続いて余寿命を診断する場合には、ステップＳ９での診断結果と、ステップＳ４で入力した診断条件（診断部位４の肉厚など）を基に、診断部位４を有する製品の余寿命を診断するとよい。
【００７１】
本実施の形態の作用を説明する。
【００７２】
本実施の形態に係る摩耗診断装置１では、固体粒子２を含む気流を通す流路３に着脱自在に設けられると共に、固体粒子２による摩耗を診断する診断部位４の近傍に設けられ、先端部５ａが流路３内に突出するように配置されるプローブ５と、プローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断する摩耗診断手段７と、を備えている。
【００７３】
プローブ５の着脱はシステムの運転状態にかかわらず自由に行うことができるので、システムの運転を停止することなく、任意のタイミングで摩耗状態を診断することが可能となる。つまり、本発明によれば、例えば炉内の伝熱管など常時アクセスできない箇所の摩耗状態を診断する場合であっても、従来のように摩耗の診断を定期検査のタイミングまで待つ必要がなくなり、摩耗の診断を行いたいときに自由に行うことが可能になる。
【００７４】
また、摩耗診断装置１によれば、プローブ５の先端部５ａの材料を適宜選択することにより、固体粒子２の流れ方向、粒子速度、診断部位４のエロージョン率（≒摩耗速度）の３つを短期間に得ることが可能になる。よって、これらを用いて余寿命診断装置１００にて製品の余寿命を診断することで、診断部位４の補修・交換などの対策を迅速にとることが可能になる。
【００７５】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００７６】
図９に示す摩耗診断装置９１は、図１の摩耗診断装置１において、診断部位４に、診断部位４の温度を測定する第１温度センサ９２を設けると共に、プローブ５の先端部５ａに、プローブ５の先端部５ａの温度を測定する第２温度センサ９３と、プローブ５の先端部５ａを加熱するヒータ９４を設け、プローブ先端温度制御部９５により、第２温度センサ９３で測定したプローブ５の先端部５ａの温度が、第１温度センサ９２で測定した診断部位４の温度と等しくなるように、ヒータ９４を制御するようにしたものである。なお、図９では、計測手段６と摩耗診断手段７（演算手段１０２）を省略して示している。
【００７７】
ここでは、診断部位４が、流路３中に横置き配置された伝熱管（例えば、エコノマイザの伝熱管など）９６であるとする。第１温度センサ９２は、固体粒子２が衝突する伝熱管９６の表面の温度を計測するように、伝熱管９６に取り付けられる。プローブ先端温度制御部９５は、パーソナルコンピュータなどの演算手段１０２に搭載してもよいし、別途用意したマイコンなどの制御器に搭載するようにしてもよい。
【００７８】
例えば、ボイラのエコノマイザの場合について説明すると、流路３を流れる気流（燃焼ガス）の温度を４００度程度、伝熱管９６を流れる流体（ボイラ給水）の温度を２６０〜２７０度程度とすると、伝熱管９６の表面の温度、すなわち診断部位４の温度は３００度程度になる。このとき、流路３内に温度制御を行わないままプローブ５を挿入すると、プローブ５の先端部５ａの温度は流路３内の温度である４００度程度となり、プローブ５の先端部５ａの温度と診断部位４の温度との間に温度差が生じる。一般に、温度が高くなるほど摩耗の度合いは大きくなるので、温度が低いプローブ５の先端部５ａの摩耗の度合いで診断部位４の摩耗を診断すると、診断部位４の摩耗の度合いを過小評価することとなり、危険である。
【００７９】
摩耗診断装置９１では、プローブ５の先端部５ａの温度が診断部位４の温度と等しくなるように、ヒータ９４をコントロールするようにしているので、診断部位４の摩耗をより精度よく診断でき、正確な評価を行うことが可能になる。なお、摩耗診断装置９１では、プローブ５の先端部５ａの温度が診断部位４の温度よりも高い場合には、両者の温度を等しく制御することができないが、この場合は安全側の評価となるので、上述のような危険は回避できる。あるいは、ヒータ９４を設置する代わりに、プローブ５に冷却液を流通させるなどの冷却手段を設け、プローブ５の先端部５ａを冷却することによって、診断部位４の温度と等しくするように構成しても構わない。
【００８０】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００８１】
例えば、上記実施の形態では、診断部位４が流路３の曲がり部分（エルボ）や流路３内に横置きされた伝熱管９６である場合を説明したが、本発明は、これに限らず、気流に含まれる固体粒子２により摩耗が懸念される部位であれば、いかなる診断部位であっても診断が可能である。例えば、図１０に示すように、サイクロン装置１１０に本発明を適用する場合、固体粒子２の衝突により摩耗が懸念されるサイクロン装置の内壁近傍にプローブ５を設置するとよい。図１０では、球状に先端部５ａを形成したプローブ５を設置する場合を示している。
【００８２】
また、上記実施の形態では、１つのプローブ５を用いて診断部位４の摩耗を診断する場合を説明したが、複数のプローブ５を用いて、診断部位４の摩耗を診断するようにしてもよい。この場合、例えば先端部５ａが円柱状に形成されたプローブ５を複数用い、それら複数のプローブ５を、先端部５ａの配置角度を変えて配置するようにし、３次元的な流れの影響を考慮して診断を行うようにしてもよい。
【００８３】
さらに、上記実施の形態では、摩耗を診断したいときに流路３にプローブ５を挿入する場合を説明したが、例えば、プローブ５を常時流路３に挿入しておき、定期的にプローブ５を取り出して摩耗の診断を行う、といった使い方も勿論可能である。
【００８４】
また、上記実施の形態では、プローブ５を設けた位置と診断部位４における固体粒子２の流れ方向及び粒子速度（衝突速度）が略同じとなるように、診断部位４の近傍にプローブ５を設けたが、これに限らず、計算流体力学（Computational Fluid Dynamics、以下、ＣＦＤという）による固気混相流解析を併用すれば、プローブ５を診断部位４と流れの状況が異なる位置に設けることも可能である。
【００８５】
この場合、摩耗診断手段７は、ＣＦＤによる固気混相流解析を実施する解析部をさらに備え、解析部での解析結果と、プローブ５の先端部の摩耗の度合いとを基に、診断部位４の固体粒子２による摩耗を診断するように構成されることになる。なお、ＣＦＤによる固気混相流解析は、市販のＣＦＤソフトに通常一般に搭載されている機能であり、具体的には、ガス連続相をオイラー方程式で、粒子分散相をラグランジェ方程式で計算するオイラー・ラグランジェ法を用いた解析などがある。
【００８６】
ＣＦＤによる固気混相流解析を用いる場合、プローブ５の実測結果と、プローブ５を構成する材料の摩耗特性曲線（図６（ａ））、Ｅ−Ｖ線図（図６（ｂ））に基づいて、プローブ５を設けた位置における固体粒子２の粒子速度Ｖｔを求める手順までは、上述の実施の形態と同様である。
【００８７】
その後、解析部により、流路３に固体粒子２を含む気流を供給する機器（プラント）の運転条件を基に、流路３内における固体粒子２の流れ方向、粒子速度、粒子濃度の分布を解析し、得られた解析結果を基に、プローブ５を設けた位置（添え字Ｐで表す）と診断部位４（添え字ｔで表す）における固体粒子２の粒子速度（衝突速度）の差異（比率）ｖt／ｖP、粒子濃度（衝突度数）の差異（比率）ρt／ρPと、診断部位４における固体粒子２の流れ方向θｔ（実形状面に対する衝突角度。面の法線方向をθｔ＝９０゜，接線方向をθt＝０゜とする）を得る。これにより、診断部位４における固体粒子２の粒子速度Ｖｔ’は、プローブ５を設けた位置における固体粒子２の粒子速度Ｖｔに、上述の解析より求めたｖt／ｖP（プローブ５を設けた位置と診断部位４における固体粒子２の粒子速度の差異（比率））を乗じることによって、Ｖｔ’＝Ｖｔ×（ｖt／ｖP）の関係式から求めることができる。
【００８８】
さらに、診断部位４を構成する材料のＥ−Ｖ線図（図７（ａ））と摩耗特性曲線（図７（ｂ））を用いて、診断部位４の各角度ごとのエロージョン率を算出する手順に従う（図中のＶｔはＶｔ’に置き換える）ことにより、診断部位４における粒子速度Ｖｔ’に対応する各角度θごとのエロージョン率を求めることができる。
【００８９】
診断部位４の実形状に沿った摩耗分布（エロージョン率）を得るためには、各角度ごとのエロージョン率を表すグラフまたはその関数形（Ｆｉｎｎｉｅの式、Ｂｉｔｔｅｒの式など）において，上述の解析により求めたθtに対応するエロージョン率を求めればよい。
【００９０】
なお、上述の解析より求めたρt／ρP、すなわち、プローブ５を設けた位置と診断部位４における固体粒子２の粒子濃度の差異（比率）がρt／ρP≠１である場合には、求めた摩耗分布（エロージョン率）にρt／ρPを乗じることによって、診断部位４における粒子濃度（衝突度数）に応じた摩耗分布として求めることができる。
【００９１】
換言すれば、上述の手順は、固気混相流解析により、プローブ５を設けた位置と診断部位４における固体粒子２の粒子速度、粒子濃度の差異（比率）と診断部位４における固体粒子２の流れ方向を求め、これに基づいてプローブ５と診断部位４の摩耗特性曲線の相関関係、すなわち上述の式（２）における係数Ｃ（θ，Ｖ）を取得しておく。つまり、ＣＦＤによる解析結果を考慮し、プローブ５を設けた位置と診断部位４の流れの状況の差異（比率）を考慮した（補正した）係数Ｃ（θｔ，Ｖｔ’）を予め得ておく。その後、その係数Ｃ（θｔ，Ｖｔ’）と、実測したプローブ５のエロージョン率ｅ１（θ）とを基に、上述の式（３）により診断部位４でのエロージョン率ｅ２（θｔ，Ｖｔ’）を求めることになる。したがって、ＣＦＤによる固気混相流解析を行うことによって、診断部位４における流れ場（粒子速度、粒子濃度、粒子方向）がプローブ５の位置における流れ場と異なる場合でも、プローブ５の実測結果から診断部位４における摩耗分布（エロージョン率）を容易に求めることが可能となる。
【００９２】
なお、ここでは流路３に固体粒子２を含む気流を供給する機器（プラント）の運転条件をもとに、ＣＦＤによる固気混相流解析の入力条件を決定した場合の例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、プローブ５での実測によりプローブ５を設けた位置における固体粒子２の流れ方向、粒子速度が得られるので、これをＣＦＤによる固気混相流解析を実施する際の入力とすれば、診断部位４における固体粒子２の方向、速度を得ることができる。よって、得られた診断部位４での固体粒子２の流れ方向、粒子速度及び粒子濃度と、予め求めた診断部位４を構成する材料の摩耗特性とから、診断部位４の摩耗を診断することも可能である。
【００９３】
さらに、上記実施の形態では、プローブ５を設けた位置と診断部位４の流れが、共に固体粒子２の流れ方向、粒子速度、及び粒子濃度が殆ど変化しない定常流れとしたが、ＣＦＤによる固気混相流解析を用いる場合、診断部位４の流れが非定常であっても、診断部位４の摩耗を診断することが可能である。ただし、プローブ５の摩耗の度合いは流れの時間的な変化を反映できないため、プローブ５を設ける位置は定常流れであることが望ましい。
【００９４】
診断部位４の流れが非定常である場合、ＣＦＤによる固気混相流解析を非定常で行い、プローブ５を設けた位置と診断部位４の流れの状況の差異を考慮した各時間毎の係数Ｃ（θ，Ｖ，ｔ）を求めることになる。
【００９５】
なお、診断部位４の流れが非定常である代表的な例として、図１１に示すように、ボイラ伝熱管など流路３内に設けられた管群を診断部位４とする場合が挙げられる。管１１１の後流にカルマン渦１１２が発生するので、それよりも後流の管１１１では、カルマン渦１１２の影響により、流れ（固体粒子２の流れ方向、粒子速度、粒子濃度）が非定常となる。他の例としては、流路３やサイクロン装置１１０に固体粒子２を含む気流を供給する機器（プラント）の運転条件が変化し、時間毎に固体粒子２の流れ方向、粒子速度、粒子濃度が変化する場合なども挙げられる。
【００９６】
さらにまた、上記実施の形態では、プローブ５を診断部位４の上流側に配置する場合を説明したが、ＣＦＤによる固気混相流解析を用いる場合、プローブ５は診断部位４の上流、下流のいずれに配置してもよい。ただし、上述のように、プローブ５を設ける位置は定常流れであることが望ましいため、診断部位４が管群の場合など診断部位４の流れが非定常である場合、診断部位４の下流側にプローブ５を配置する際には、診断部位４から十分に離れ、診断部位４での非定常な流れの影響が十分に緩和された位置にプローブ５を配置すると効果的である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 摩耗診断装置
２ 固体粒子
３ 流路
４ 診断部位
５ プローブ
５ａ 先端部
６ 計測手段
７ 摩耗診断手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粒子を含む気流を通す流路に着脱自在に設けられると共に、先端部が前記流路内に突出するように配置されるプローブと、
前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断手段と、
を備えたことを特徴とする摩耗診断装置。
【請求項２】
前記プローブの先端部は、その少なくとも外周部が、前記診断部位を構成する材料よりも摩耗し易い材料からなり、
前記摩耗診断手段は、
前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、前記固体粒子の流れ方向を検出する流れ方向検出部と、
該流れ方向検出部で検出した前記固体粒子の流れ方向と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記固体粒子の流れ方向に対する角度ごとにエロージョン率を演算して、前記プローブを構成する材料の摩耗特性曲線を作成するプローブ材料摩耗特性曲線作成部と、
該プローブ材料摩耗特性曲線作成部で作成した前記プローブを構成する材料の摩耗特性曲線と、予め求めた前記プローブを構成する材料の摩耗特性とを基に、前記固体粒子の粒子速度を演算する粒子速度演算部と、
該粒子速度演算部で演算した前記固体粒子の粒子速度と、予め求めた前記診断部位を構成する材料の摩耗特性とを基に、前記診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する診断部位摩耗特性曲線作成部と、
該診断部位摩耗特性曲線作成部で作成した前記診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線と、前記固体粒子の流れ方向とを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断部と、
を有する請求項１記載の摩耗診断装置。
【請求項３】
前記プローブの先端部は、その少なくとも外周部が、前記診断部位を構成する材料と同じ材料からなり、
前記摩耗診断手段は、
前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、前記固体粒子の流れ方向を検出する流れ方向検出部と、
該流れ方向検出部で検出した前記固体粒子の流れ方向と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記固体粒子の流れ方向に対する角度ごとにエロージョン率を演算して摩耗特性曲線を作成する摩耗特性曲線作成部と、
該摩耗特性曲線作成部で作成した前記摩耗特性曲線と、前記固体粒子の流れ方向とを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断部と、
を有する請求項１記載の摩耗診断装置。
【請求項４】
前記プローブの先端部は、支持軸の周囲を、前記支持軸に対して着脱可能な複数の計測片で覆った構造とされ、
前記複数の計測片の損耗質量から前記プローブの先端部の摩耗の度合いを測定するようにされる
請求項１〜３いずれかに記載の摩耗診断装置。
【請求項５】
前記プローブの先端部は、円柱状または球状に形成される請求項１〜４いずれかに記載の摩耗診断装置。
【請求項６】
前記診断部位には、該診断部位の温度を測定する第１温度センサが設けられ、
前記プローブの先端部には、該プローブの先端部の温度を測定する第２温度センサと、前記プローブの先端部を加熱するヒータと、が設けられ、
前記第２温度センサで測定した前記プローブの先端部の温度が、前記第１温度センサで測定した前記診断部位の温度と等しくなるように、前記ヒータを制御するプローブ先端温度制御部をさらに備えた
請求項１〜５いずれかに記載の摩耗診断装置。
【請求項７】
前記摩耗診断手段は、
計算流体力学による固気混相流解析を実施する解析部を備え、
前記解析部での解析結果と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断するように構成される
請求項１〜６いずれかに記載の摩耗診断装置。
【請求項８】
固体粒子を含む気流を通す流路に着脱自在に、かつ、先端部が前記流路内に突出するようにプローブを配置し、
前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断するようにした
ことを特徴とする摩耗診断方法。
【請求項９】
請求項１〜７いずれかに記載の摩耗診断装置と、
該摩耗診断装置での診断結果と、前記診断部位の肉厚とを基に、前記診断部位を有する製品の余寿命を診断する余寿命診断部と、
を備えたことを特徴とする余寿命診断装置。
【請求項１】
固体粒子を含む気流を通す流路に着脱自在に設けられると共に、先端部が前記流路内に突出するように配置されるプローブと、
前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断手段と、
を備えたことを特徴とする摩耗診断装置。
【請求項２】
前記プローブの先端部は、その少なくとも外周部が、前記診断部位を構成する材料よりも摩耗し易い材料からなり、
前記摩耗診断手段は、
前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、前記固体粒子の流れ方向を検出する流れ方向検出部と、
該流れ方向検出部で検出した前記固体粒子の流れ方向と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記固体粒子の流れ方向に対する角度ごとにエロージョン率を演算して、前記プローブを構成する材料の摩耗特性曲線を作成するプローブ材料摩耗特性曲線作成部と、
該プローブ材料摩耗特性曲線作成部で作成した前記プローブを構成する材料の摩耗特性曲線と、予め求めた前記プローブを構成する材料の摩耗特性とを基に、前記固体粒子の粒子速度を演算する粒子速度演算部と、
該粒子速度演算部で演算した前記固体粒子の粒子速度と、予め求めた前記診断部位を構成する材料の摩耗特性とを基に、前記診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線を作成する診断部位摩耗特性曲線作成部と、
該診断部位摩耗特性曲線作成部で作成した前記診断部位を構成する材料の摩耗特性曲線と、前記固体粒子の流れ方向とを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断部と、
を有する請求項１記載の摩耗診断装置。
【請求項３】
前記プローブの先端部は、その少なくとも外周部が、前記診断部位を構成する材料と同じ材料からなり、
前記摩耗診断手段は、
前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、前記固体粒子の流れ方向を検出する流れ方向検出部と、
該流れ方向検出部で検出した前記固体粒子の流れ方向と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記固体粒子の流れ方向に対する角度ごとにエロージョン率を演算して摩耗特性曲線を作成する摩耗特性曲線作成部と、
該摩耗特性曲線作成部で作成した前記摩耗特性曲線と、前記固体粒子の流れ方向とを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断する摩耗診断部と、
を有する請求項１記載の摩耗診断装置。
【請求項４】
前記プローブの先端部は、支持軸の周囲を、前記支持軸に対して着脱可能な複数の計測片で覆った構造とされ、
前記複数の計測片の損耗質量から前記プローブの先端部の摩耗の度合いを測定するようにされる
請求項１〜３いずれかに記載の摩耗診断装置。
【請求項５】
前記プローブの先端部は、円柱状または球状に形成される請求項１〜４いずれかに記載の摩耗診断装置。
【請求項６】
前記診断部位には、該診断部位の温度を測定する第１温度センサが設けられ、
前記プローブの先端部には、該プローブの先端部の温度を測定する第２温度センサと、前記プローブの先端部を加熱するヒータと、が設けられ、
前記第２温度センサで測定した前記プローブの先端部の温度が、前記第１温度センサで測定した前記診断部位の温度と等しくなるように、前記ヒータを制御するプローブ先端温度制御部をさらに備えた
請求項１〜５いずれかに記載の摩耗診断装置。
【請求項７】
前記摩耗診断手段は、
計算流体力学による固気混相流解析を実施する解析部を備え、
前記解析部での解析結果と、前記プローブの先端部の摩耗の度合いとを基に、前記診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断するように構成される
請求項１〜６いずれかに記載の摩耗診断装置。
【請求項８】
固体粒子を含む気流を通す流路に着脱自在に、かつ、先端部が前記流路内に突出するようにプローブを配置し、
前記プローブの先端部の摩耗の度合いを基に、診断部位の前記固体粒子による摩耗を診断するようにした
ことを特徴とする摩耗診断方法。
【請求項９】
請求項１〜７いずれかに記載の摩耗診断装置と、
該摩耗診断装置での診断結果と、前記診断部位の肉厚とを基に、前記診断部位を有する製品の余寿命を診断する余寿命診断部と、
を備えたことを特徴とする余寿命診断装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図６】
【図７】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図６】
【図７】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１１８９０（Ｐ２０１２−２１１８９０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８５８５９（Ｐ２０１１−２８５８５９）
【出願日】平成２３年１２月２７日（２０１１．１２．２７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２７日（２０１１．１２．２７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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