蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法
【課題】異物の衝突によるストレーナの損傷を精度良く、かつ非破壊的に評価し、寿命を的確に予測する蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、運用されているストレーナの異物衝突による変形を計測するステップ（ＳＴ１）と、予め求められた蒸気流速と異物の大きさの関係から、前記変形を与えた前記異物の大きさと衝突速度を特定するステップ（ＳＴ２）と、ある径を有する異物と、この異物がある板厚を有するストレーナを貫通する際の速度を限界速度とするときに、予め実験的に求められた限界速度を前記ストレーナの経年劣化を考慮して補正し疲労限界速度を算出するステップ（ＳＴ３，ＳＴ４）と、前記衝突速度と前記疲労限界速度とを比較するステップ（ＳＴ５）と、比較の結果前記衝突速度が大きい場合には、前記異物の衝突による疲労寿命の評価を行なうステップ（ＳＴ６〜ＳＴ９）とを有する方法である。
【解決手段】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、運用されているストレーナの異物衝突による変形を計測するステップ（ＳＴ１）と、予め求められた蒸気流速と異物の大きさの関係から、前記変形を与えた前記異物の大きさと衝突速度を特定するステップ（ＳＴ２）と、ある径を有する異物と、この異物がある板厚を有するストレーナを貫通する際の速度を限界速度とするときに、予め実験的に求められた限界速度を前記ストレーナの経年劣化を考慮して補正し疲労限界速度を算出するステップ（ＳＴ３，ＳＴ４）と、前記衝突速度と前記疲労限界速度とを比較するステップ（ＳＴ５）と、比較の結果前記衝突速度が大きい場合には、前記異物の衝突による疲労寿命の評価を行なうステップ（ＳＴ６〜ＳＴ９）とを有する方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に係り、特に異物の衝突によって発生した損傷に基づいて寿命を的確に予測する蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電用の蒸気タービン設備では、図１６に示すように、より多くの出力（負荷）を発生させるために、蒸気の流れに沿い上流側から下流側に向って高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３を配置し、これらを互いにタービンロータ（タービン回転軸）９で軸直結させた、いわゆる３ケーシングの軸流タイプのものが多い。
【０００３】
３ケーシング、軸流タイプの蒸気タービン設備は、高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の各タービンケーシング内に、タービンノズルとタービン動翼を組み合せたタービン段落を蒸気の流れ方向に向って複数段落にして収容し、ボイラ７から発生した蒸気を、例えば主蒸気止め弁等の蒸気弁９ａを介して高圧蒸気タービン１のタービン段落で膨張仕事をさせ、膨張仕事を終えた蒸気をボイラ７の再熱器８で再熱させ、その再熱蒸気を、例えば、再熱蒸気止め弁等の蒸気弁９ｂを介して中圧蒸気タービン２で膨張仕事をさせ、さらに低圧蒸気タービン３でも膨張させて発電機１０を駆動し、膨張仕事を終えた蒸気を復水器５で凝縮させて復水にし、その復水を給水加熱器６で再生させて給水にし、その給水を再びボイラ７に戻す構成にしている。
【０００４】
また、蒸気タービン設備には、機能、用途に応じて大小口径の異なる弁装置が設けられている。
【０００５】
これら弁装置の中で、特に、ボイラ７と高圧蒸気タービン１との間に設けられた蒸気弁９ａ、具体的には主蒸気止め弁や再熱器８と中圧蒸気タービン２との間に設けられた蒸気弁９ｂは、圧力１６．６ＭＰａ〜２４．１ＭＰａ、温度５３８℃〜５６６℃の超高圧、超高温の蒸気を扱う関係上、耐圧構造になっている。
【０００６】
この耐圧構造の蒸気弁９ａ，９ｂは、図１５に示すように、弁ケーシング１１内に収容され、弁座１２に対し、接離自在に移動し、弁棒１３によって駆動される弁体１４と、この弁体１４を同心的に包囲形成し、蒸気入口１５に対峙するストレーナ１６とを備えている。
【０００７】
このストレーナ１６は、図１４に示すように、円筒１７に形成し、円筒１７の壁面の多くの領域に蒸気通過孔１８を数多く設けるとともに、蒸気入口１５に対峙する残りの領域を、いわゆる盲状に閉鎖し、不純物等による異物からの衝突を受ける閉鎖部１９を備えている。
【０００８】
このような構成を備える蒸気弁９ａ，９ｂは、蒸気入口１５に供給され、工事中、置き忘れたボルトやスパナ等の工具類や酸化スケールとしての不純物等の異物を含む蒸気がストレーナ１６の蒸気通過孔１８を通る前に、不純物等の異物を閉鎖部１９に衝突させて除去し、異物除去後の蒸気を円筒１７の周方向に沿って流し、蒸気通過孔１８から弁座１２を経て高圧蒸気タービン１等に清浄な蒸気を供給している。
【０００９】
なお、ストレーナ１６を備えた蒸気弁９ａ，９ｂは、例えば、特開平８−２３３１５５号公報（特許文献１）等に開示されている。
【特許文献１】特開平８−２３３１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
蒸気弁９ａ，９ｂに収容されるストレーナ１６は、上述のとおり、閉鎖部１９と、蒸気通過孔１８とを備え、蒸気中に含まれる不純物等の異物のうち、大きな粒径のものを閉鎖部１９に衝突させて除去し、残った比較的小粒径のものを蒸気通過孔１８に衝突させて除去している。
【００１１】
閉鎖部１９に異物を衝突させていると、長年の使用の結果、ストレーナ１６は抵抗力が著しく低下し、損傷が発生し易くなる。
【００１２】
従来、異物の衝突によるストレーナ１６の損傷を評価する技術はなく、専ら作業者の経験に頼り、作業者の判断でストレーナ１６を交換させていた。このため、表面上、損傷が少ないから安全であると判断しても、実は金属組織間に損傷が発生していたり、あるいは、表面に損傷が発生しているので交換すべきと判断しても、実は金属組織がしっかりしていて交換すべきでなかった等、判断を見誤ることがあった。
【００１３】
このため、異物の衝突によるストレーナ１６の損傷評価を精度良く、かつ非破壊的に評価できる新たな技術の開発が求められていた。
【００１４】
なお、異物の衝突によるストレーナ１６の損傷を、全域に亘って均等に分担させるため、ストレーナ１６の全周に亘ってメッシュ状の密な蒸気通過孔１８の形成も考えられるが、蒸気通過孔１８をより多く設けると、却って圧力損傷が増加し、エネルギ損失につながる。
【００１５】
本発明は、このような事情に照らしてなされたもので、不純物等の異物の衝突によるストレーナの損傷を精度良く、かつ非破壊的に評価し、寿命を的確に予測する蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法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】
【００１６】
本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、運用されているストレーナの異物衝突による変形を計測するステップと、予め求められた蒸気流速と異物の大きさの関係から、前記変形を与えた前記異物の大きさと衝突速度を特定するステップと、ある径を有する異物と、この異物がある板厚を有するストレーナを貫通する際の速度を限界速度とするときに、予め実験的に求められた限界速度を前記ストレーナの経年劣化を考慮して補正し疲労限界速度を算出するステップと、前記衝突速度と前記疲労限界速度とを比較するステップと、比較の結果前記衝突速度が大きい場合には、前記異物の衝突による疲労寿命の評価を行なうステップとを有する方法である。
【００１７】
また、本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、異物のストレーナの衝突個数および変形量を計測する第１ステップと、異物の大きさに対応する流体中に含まれる前記異物の速度を求める第２ステップと、前記ストレーナに衝突する異物の大きさを仮定し、仮定した異物の大きさを前記第２ステップで求めた異物速度線図にプロットして異物の速度を求めるとともに、前記第１ステップ２で計測した変形量から前記ストレーナに衝突した推定衝突速度を求め、この推定衝突速度と前記求めた異物の速度とを比較し、速度が一致しないとき、異物の大きさを再び仮定し直すとともに、速度が一致したとき、異物の大きさと、異物の前記ストレーナへの衝突速度とを決定する第３ステップと、この第３ステップで決定した異物の大きさから異物が前記ストレーナを貫通する限界速度を求めるとともに、流体温度、運転使用時間に基づく前記ストレーナの劣化を考慮した疲労限界速度を求める第４ステップと、この第４ステップで求めた疲労限界速度と前記第３ステップで決定した異物の衝突速度とを比較し、疲労限界速度が異物の衝突速度より大きいとき、異物のストレーナへの衝突が許容されるとともに、疲労限界速度が異物の衝突速度よりも小さいとき、今後の異物のストレーナへの衝突を評価する第５ステップと、今後の異物のストレーナの衝突を評価する際、第１ステップで計測した異物のストレーナへの衝突個数を基に運用期間中における異物の衝突個数を求める第６ステップと、第４ステップで用いた破壊疲労限界線図から求めた衝撃荷重をＳ−Ｎ線図にプロットして疲労破壊回数を求める第７ステップと、第６ステップで求めた運用期間中における異物の衝突個数と第７ステップで求めた疲労破壊回数とを比較し、１を超えていないとき、前記ストレーナをそのまま使用し、１を超えているとき、前記ストレーナの余寿命を評価する第８ステップと、前記ストレーナの余寿命を評価する際、想定する運用期間を、前記第６ステップにおける衝突個数と疲労破壊回数との比で割算して余寿命を算出する第９ステップとを備えた方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、ストレーナの異物の衝突による変形量および衝突個数を計測するとともに、材料の経年使用による劣化（強度および延性の低下）を考慮して寿命を評価するので、容易にして短時間に寿命を評価することができ、精度の高い安全な寿命評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法の実施形態を示すフローチャートである。
【００２１】
本実施形態に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、以下に示すステップ（ＳＴ１〜ＳＴ９）の手順を経てストレーナの寿命評価が行われる。
【００２２】
まず、第１ステップ（ＳＴ１）では、異物がストレーナ１６に衝突する際、予め定められた面積Ｓおよび期間（時間）Δｔに対し、損傷量としてストレーナ１６の変形量δｉとその個数ｎｉを計測する。
【００２３】
ストレーナ１６は、図２に示すように、例えばステンレス鋼製で作製された円筒１６であり、予め定められた使用期間（運用期間）後の表面に異物衝突の打痕としての衝突個所に変形が見られる。
【００２４】
変形量は、図３に示すように、異物衝突によって生じたストレーナ１６の衝突方向における塑性変形量であり、ここでは、例えば基準面、具体的にはストレーナ１６の縁辺からの変形量（深さ）δｉが計測される。また、同時に、異物の衝突個数ｎｉが計測される。
【００２５】
衝突個数ｎｉおよび変形量δｉが計測されると、第２ステップ（ＳＴ２）では、異物の大きさ（粒径）ｄｉとの異物の衝突速度Ｖが求められる。
【００２６】
第１ステップ（ＳＴ１）で計測した変形量δｉは、ストレーナ１６に衝突する異物の大きさ（粒径）ｄｉおよびその衝突速度Ｖの大小によって変化することが、良く知られている。特に、衝突速度Ｖが限界速度Ｖｃを超えると、異物は、ストレーナ１６を貫通し、蒸気タービン内に流入し、タービン部品に損傷を与えることがある。
【００２７】
このため、第２ステップ（ＳＴ２）では、異物の大きさ（粒径）ｄｉとその衝突速度Ｖを明確に把握しておく必要がある。
【００２８】
異物の大きさ（粒径）ｄｉとその衝突速度Ｖを把握する際、蒸気中に含まれる異物は、蒸気の流量と異なった速度で移動することがあるので、蒸気の流速を基に異物の大きさ（粒径）ｄｉとその速度を予め調査しておく必要がある。
【００２９】
図４は、蒸気の速度１，２，…５をパラメータ（変数）とし、縦軸に蒸気速度（流体速度）に対する異物速度の比を採り、横軸に異物の大きさ（異物サイズ、粒径）ｄｉを採る異物速度線図である。
【００３０】
図４から、異物の大きさ（粒径）ｄｉが大きいほど、蒸気速度に対する異物速度の比が小さくなっていることがわかる。なお、蒸気速度は、設計時、事前の流体解析から求められる。
【００３１】
そして、ストレーナ１６に衝突する異物の大きさ（粒径）ｄｉおよびその衝突速度Ｖを把握するにあたり、まず、異物の大きさ（粒径）ｄｉを仮定した異物の大きさｄｏｉを図４にプロットし、異物速度を求める。
【００３２】
一方、第１ステップ（ＳＴ）で計測したストレーナ１６の変形量δｉは、異物の大きさ（粒径）ｄｉ、ストレーナ１６の厚さθｉおよび異物の衝突速度Ｖによって変化するので、ストレーナ１６の変形量δｉと異物の衝突速度Ｖとの関係を知っておく必要がある。
【００３３】
図５は、ストレーナ１６の厚さθ１，θ２，…および異物の大きさ（粒径）ｄ１，ｄ２，…をパラメータ（変数）とし、縦軸にストレーナ１６の変形量δｉを採り、横軸に異物の衝突速度Ｖを採る異物衝突速度線図である。
【００３４】
図５に示した異物衝突速度線図において、第１ステップ（ＳＴ１）で計測したストレーナ１６の変形量δｉから異物の推定衝突速度Ｖｉｏが求められる。
【００３５】
求めた推定衝突速度Ｖｉｏと図４で示した異物衝突速度線図から求めた異物衝突速度Ｖｉとを比較し、互いが一致しない場合、異物の大きさ（粒径）ｄｉの仮定を再び修正し、異物衝突速度Ｖｉが一致するまで繰り返して演算される。
【００３６】
図４の異物速度線図から求めた異物速度と図５の異物衝突速度線図から求めた推定衝突速度Ｖｉｏとが一致すると、第３ステップ（ＳＴ３）では、異物の衝突速度Ｖｉと異物の大きさ（粒径）ｄｉが決定（確定）される。
【００３７】
なお、異物の推定衝突速度Ｖｉｏを求める際、図５に示すように、ストレーナ１６の板厚さθ１，θ２，…および異物の大きさ（粒径）ｄ１，ｄ２，…をパラメータとし、縦軸にストレーナ１６の変形量δｉを採り、横軸に異物の衝突速度Ｖｉを採る異物衝突速度線図を用いたが、この例に限らず、例えば、図１１に示すように、ストレーナ１６の蒸気通過孔１８の開口率Ｒ１，Ｒ２，…および孔径Ｈ１，Ｈ２，…をパラメータとし、縦軸にストレーナ１６の変形量δｉを採り、横軸に異物の衝突速度Ｖを採る異物衝突速度線図を用いてもよい。
【００３８】
異物の大きさ（粒径）ｄｉや翼物の衝突速度Ｖｉが決定（確定）すると、第４ステップ（ＳＴ４）では、異物がストレーナ１６を貫通する限界速度Ｖｃと、蒸気温度、運転使用時間に基づくストレーナ１６の強度低下、延性低下を考慮した疲労限界速度Ｖｆとが求められる。
【００３９】
図６は、ストレーナ１６の板厚θ１，θ２，…をパラメータ（変数）とし、縦軸に異物の大きさ（粒径）ｄｉを採り、横軸に異物の限界速度Ｖｃを採る異物の限界速度線図である。
【００４０】
図６に示した異物の限界速度線図において、第３ステップ（ＳＴ３）で決定した異物の大きさ（粒径）ｄｉから異物の限界速度Ｖｃが求められる。
【００４１】
なお、異物の限界速度Ｖｃを求める際、図６に示すように、ストレーナ１６の板厚θ１，θ２，…をパラメータ（変数）とし、縦軸に異物の大きさ（粒径）ｄｉを採り、横軸に異物の限界速度Ｖｃを採る異物の限界速度線図を用いたが、この図に限らず、例えば、図１２に示すように、ストレーナ１６の蒸気通過孔１８の開口率Ｒ１，Ｒ２，…および孔径Ｈ１，Ｈ２，…をパラメータ（変数）とし、縦軸に異物の大きさ（粒径）ｄｉを採り、横軸に異物の限界速度Ｖｃを採る異物の限界速度線図を用いてもよい。
【００４２】
この場合、限界速度Ｖｃは、図１３に示すように、異物の衝突速度Ｖ（絶対値）がストレーナ１６に対し、傾斜していても、その垂直成分の速度ＶＬが用いられる。
【００４３】
一方、異物の疲労限界速度Ｖｆを求める際、ストレーナ１６は、高温蒸気に晒され、しかも長時間に亘って運転しているので、その強度および延性の変化を考慮する必要がある。
【００４４】
図７は、縦軸にストレーナ１６の強さ、延性を示し、横軸に蒸気の温度、運転時間を示すストレーナ１６の強さ、延性変化線図である。
【００４５】
図７の強さ、延性変化線図から、ストレーナ１６の強さおよび延性は、ともに、運転初期状態から次期定期検査状態に入るまでの間に著しく低下していることがわかる。
【００４６】
このように、ストレーナ１６の材料の強さ、延性の変化を考慮して図８に示す破壊・疲労限界線図から疲労限界荷重Ｐｆに対応する疲労限界速度Ｖｆおよび衝撃荷重Ｐｉに対応する衝突速度Ｖｉが求められる。
【００４７】
なお、図８に示した破壊・疲労限界線図は、材料の強度および延性の予め定められた低下（劣化）のデータをベースに作成し、材料の種類を問わない破壊・疲労限界線を示すもので、縦軸に異物の質量で規準化した衝撃荷重を示し、横軸に異物の衝突速度Ｖｉを示している。
【００４８】
図８に示した破壊・疲労限界線図から、まず、図６で求めた限界速度Ｖｃをプロットして破壊限界荷重（破断荷重）Ｐｃが求められる。破壊限界荷重Ｐｃが求まると、次に、予め定められた衝突速度Ｖｉに対応する衝撃荷重Ｐｉが求められる。
【００４９】
求めた衝撃荷重Ｐｉを図９に示すＳ−Ｎ線図にプロットし、疲労破壊回数Ｎｏｉが求められる。
【００５０】
このＳ−Ｎ線図は、１回で破断する破断荷重（破壊限界荷重）Ｐｃをベースとして疲労限界荷重Ｐｆを求めたもので、疲労を荷重ゼロから荷重最大までを繰り返す片振振幅を条件にしている。
【００５１】
図９で示したＳ−Ｎ曲線から求めた疲労限界荷重Ｐｆを、図８に示した破壊・疲労限界線図にプロットすると、疲労限界速度Ｖｆが求められる。
【００５２】
なお、Ｓ−Ｎ線図がない場合、材料の疲労データの繰返し荷重範囲Ｐｒと平均荷重Ｐｍとから得られた疲労限界線図から疲労限界荷重Ｐｆを推定してもよい。
【００５３】
すなわち、この疲労限度線図は、図１０に示すように、縦軸に繰返し荷重範囲Ｐｒを示し、横軸に平均荷重Ｐｍを示す疲労限度線と片振荷重線がプロットされている。
【００５４】
この線図において、平均荷重Ｐｍ＝０のときの疲労限度は、荷重振幅で、通常、破断荷重Ｐｃ＝１／２であるから、繰返し荷重範囲Ｐｒでは破断荷重Ｐｃになる。この条件を平均荷重Ｐｍ＝Ｐｃ，Ｐｒ＝０の条件を結んだ線が疲労限度線となる。そして、疲労限度線と片振荷重線との交点は、疲労限界平均荷重がＰｃ／３となり、疲労限界荷重範囲Ｐｒ、つまり疲労限界荷重Ｐｆ＝（２／３）Ｐｃとなる。
【００５５】
このようにして求めた疲労限界荷重Ｐｆを、図８で示した破壊・疲労限界線にプロットすれば、疲労限界速度Ｖｆが求められる。
【００５６】
疲労限界速度Ｖｆが求められると、第５ステップ（ＳＴ５）では、第３ステップ（ＳＴ
３）で決定した異物の衝突速度Ｖｉと比較される。このとき、疲労限界速度Ｖｆ＞衝突速度Ｖｉの関係になっていると、ストレーナ１６への異物の衝突は許される。
【００５７】
しかし、疲労限界速度Ｖｆ＜衝突速度Ｖｉになっていると、運用期間中、疲労破損する場合があるので、疲労寿命の評価が第６ステップ（ＳＴ６）〜第９ステップ（ＳＴ９）で行われる。
【００５８】
第６ステップ（ＳＴ６）では、ストレーナ１６への疲労限界以上の損傷を与える異物に対して、第１ステップ（ＳＴ１）で計測した衝突個数ｎｉから単位時間Δｔ、単位面積Ｓ当りの衝突個数ｎｉ／（Ｓ・Δｔ）を求める。求めた単位時間Δｔ、単位面積Ｓ当りの異物の衝突個数ｎｉ／（Ｓ・Δｔ）から、運用（使用）期間ｔｉ中の異物の衝突個数Ｎｉを、Ｎｉ＝ｎｉ×ｔｉ×πｄｉ２／（４Ｓ×Δｔ）として算出する。
【００５９】
運用（使用）期間ｔｉ中の異物の衝突個数Ｎｉが算出されると、第７ステップ（ＳＴ７）では、第４ステップ（ＳＴ４）で用いた破壊・疲労限界線図およびＳ−Ｎ線図から衝撃荷重Ｐｉにおける疲労破壊回数Ｎｏｉを求める。
【００６０】
第８ステップ（ＳＴ８）では、第６ステップ（ＳＴ６）で求めた異物の衝突・個数（衝撃繰返し数）Ｎｉと第７ステップ（ＳＴ７）で求めた疲労破壊回数Ｎｏｉの比を、各異物の大きさ（粒径）ｄｉに対して求め、その累積計が１を超えるか否かによって運用（使用）期間中のストレーナ１６の疲労破壊を評価する。累積計が１以下であれば、ストレーナ１６は、疲労破壊することはないと推定されるため、そのまま運用が継続される。
【００６１】
しかし、累積計が１に近付くストレーナ１６の寿命期間中、第９ステップ（ＳＴ９）では、許容寿命ｔｆを、想定運用期間ｔＬとするとき、異物の衝突個数（衝撃繰返し数）Ｎｉと疲労破壊回数Ｎｏｉの比とから、ｔｆ＝ｔＬ／ΣＮｉ／Ｎｏｉとして求める。そして、累積計が１を超えると、ストレーナ１６は新たなものと交換される。
【００６２】
このように、本実施形態に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、寿命評価の因子を、異物がストレーナに衝突したときの変形量と衝突個数のみを計測するだけであるから、容易かつ短時間でストレーナの寿命を評価することができる。
【００６３】
また、本実施形態は、ストレーナの寿命評価の際、ストレーナが経年使用により材料が劣化し、強度や延性が低下したことを考慮して異物がストレーナに繰返し衝突したときの疲労破壊回数を求めているので、材料劣化に伴う超寿命低下に対してもマッチングさせることができ、高い精度の下、寿命を評価することができる。
【００６４】
また、本実施形態は、ストレーナの寿命評価の際、推定された各異物の大きさ（粒径）に対し、その異物のストレーナへの衝突が繰返し起こった場合にも貫通を生じさせない安全であるか否かを、限界衝突速度から得られる疲労限界速度を基に評価しているので、この疲労限界速度以下のとき、材料が疲労破壊することがなく、ストレーナを安全に使用することができる。すなわち、本実施形態に係る寿命評価は、異物による貫通が生じない範囲であれば、ストレーナの可能な限りの寿命延伸を図っているので、計画された運用寿命内で、異物の衝突による損傷を許容し、ストレーナを寿命範囲内で有効に活用することができる。
【００６５】
また、本実施形態は、疲労限界速度以上になる異物に対し、有限寿命評価として予め定められた期間、面積を基に計測された異物のストレーナへの衝突個数から、今後使用する期間と衝突面積に置き換え、今後予想される衝突個数を算出して寿命を評価するので、ストレーナの交換の見極めを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法の実施形態を示すフローチャート。
【図２】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法において、ストレーナの異物衝突による損傷を示す図。
【図３】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法において、異物の衝突によるストレーナを示す図。
【図４】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、蒸気中の異物速度と異物のサイズとであらわした異物速度線図。
【図５】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、異物衝突によるストレーナの変形量と異物衝突速度とであらわした異物衝突速度線図。
【図６】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、異物のサイズと異物の限界速度とであらわした異物の限界速度線図。
【図７】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、ストレーナの材料の強さ・延性と蒸気温度、運転時間とであらわしたストレーナの強さ、延性変化線図。
【図８】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、異物質量に対する衝撃荷重と異物の衝撃速度とであらわした破壊・疲労限界線図。
【図９】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用するＳ−Ｎ線図。
【図１０】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、異物の繰返し荷重範囲と異物の平均荷重とであらわした疲労限度線図。
【図１１】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、開口率、孔径を変更させたストレーナの異物による変形量と異物の衝突・速度とであらわした異物衝突速度線図。
【図１２】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、開口率、孔径を変更させたストレーナに対し、衝突する異物サイズと異物の限界速度とであらわした異物の限界速度線図。
【図１３】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法において、異物がストレーナに対して傾斜して衝突した場合、その垂直成分を異物の衝突速度として扱うことを示す図。
【図１４】従来のストレーナを示す斜視図。
【図１５】従来の蒸気弁を示す縦断面図。
【図１６】従来の火力発電プラントを示す概略系統図。
【符号の説明】
【００６７】
１ 高圧蒸気タービン
２ 中圧蒸気タービン
３ 低圧蒸気タービン
４ タービンロータ
５ 復水器
６ 給水加熱器
７ ボイラ
８ 再熱器
９ａ，９ｂ 蒸気弁
１０ 発電機
１１ 弁ケーシング
１２ 弁座
１３ 弁棒
１４ 弁体
１５ 蒸気入口
１６ ストレーナ
１７ 円筒
１８ 蒸気通過孔
１９ 閉鎖部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に係り、特に異物の衝突によって発生した損傷に基づいて寿命を的確に予測する蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電用の蒸気タービン設備では、図１６に示すように、より多くの出力（負荷）を発生させるために、蒸気の流れに沿い上流側から下流側に向って高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３を配置し、これらを互いにタービンロータ（タービン回転軸）９で軸直結させた、いわゆる３ケーシングの軸流タイプのものが多い。
【０００３】
３ケーシング、軸流タイプの蒸気タービン設備は、高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の各タービンケーシング内に、タービンノズルとタービン動翼を組み合せたタービン段落を蒸気の流れ方向に向って複数段落にして収容し、ボイラ７から発生した蒸気を、例えば主蒸気止め弁等の蒸気弁９ａを介して高圧蒸気タービン１のタービン段落で膨張仕事をさせ、膨張仕事を終えた蒸気をボイラ７の再熱器８で再熱させ、その再熱蒸気を、例えば、再熱蒸気止め弁等の蒸気弁９ｂを介して中圧蒸気タービン２で膨張仕事をさせ、さらに低圧蒸気タービン３でも膨張させて発電機１０を駆動し、膨張仕事を終えた蒸気を復水器５で凝縮させて復水にし、その復水を給水加熱器６で再生させて給水にし、その給水を再びボイラ７に戻す構成にしている。
【０００４】
また、蒸気タービン設備には、機能、用途に応じて大小口径の異なる弁装置が設けられている。
【０００５】
これら弁装置の中で、特に、ボイラ７と高圧蒸気タービン１との間に設けられた蒸気弁９ａ、具体的には主蒸気止め弁や再熱器８と中圧蒸気タービン２との間に設けられた蒸気弁９ｂは、圧力１６．６ＭＰａ〜２４．１ＭＰａ、温度５３８℃〜５６６℃の超高圧、超高温の蒸気を扱う関係上、耐圧構造になっている。
【０００６】
この耐圧構造の蒸気弁９ａ，９ｂは、図１５に示すように、弁ケーシング１１内に収容され、弁座１２に対し、接離自在に移動し、弁棒１３によって駆動される弁体１４と、この弁体１４を同心的に包囲形成し、蒸気入口１５に対峙するストレーナ１６とを備えている。
【０００７】
このストレーナ１６は、図１４に示すように、円筒１７に形成し、円筒１７の壁面の多くの領域に蒸気通過孔１８を数多く設けるとともに、蒸気入口１５に対峙する残りの領域を、いわゆる盲状に閉鎖し、不純物等による異物からの衝突を受ける閉鎖部１９を備えている。
【０００８】
このような構成を備える蒸気弁９ａ，９ｂは、蒸気入口１５に供給され、工事中、置き忘れたボルトやスパナ等の工具類や酸化スケールとしての不純物等の異物を含む蒸気がストレーナ１６の蒸気通過孔１８を通る前に、不純物等の異物を閉鎖部１９に衝突させて除去し、異物除去後の蒸気を円筒１７の周方向に沿って流し、蒸気通過孔１８から弁座１２を経て高圧蒸気タービン１等に清浄な蒸気を供給している。
【０００９】
なお、ストレーナ１６を備えた蒸気弁９ａ，９ｂは、例えば、特開平８−２３３１５５号公報（特許文献１）等に開示されている。
【特許文献１】特開平８−２３３１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
蒸気弁９ａ，９ｂに収容されるストレーナ１６は、上述のとおり、閉鎖部１９と、蒸気通過孔１８とを備え、蒸気中に含まれる不純物等の異物のうち、大きな粒径のものを閉鎖部１９に衝突させて除去し、残った比較的小粒径のものを蒸気通過孔１８に衝突させて除去している。
【００１１】
閉鎖部１９に異物を衝突させていると、長年の使用の結果、ストレーナ１６は抵抗力が著しく低下し、損傷が発生し易くなる。
【００１２】
従来、異物の衝突によるストレーナ１６の損傷を評価する技術はなく、専ら作業者の経験に頼り、作業者の判断でストレーナ１６を交換させていた。このため、表面上、損傷が少ないから安全であると判断しても、実は金属組織間に損傷が発生していたり、あるいは、表面に損傷が発生しているので交換すべきと判断しても、実は金属組織がしっかりしていて交換すべきでなかった等、判断を見誤ることがあった。
【００１３】
このため、異物の衝突によるストレーナ１６の損傷評価を精度良く、かつ非破壊的に評価できる新たな技術の開発が求められていた。
【００１４】
なお、異物の衝突によるストレーナ１６の損傷を、全域に亘って均等に分担させるため、ストレーナ１６の全周に亘ってメッシュ状の密な蒸気通過孔１８の形成も考えられるが、蒸気通過孔１８をより多く設けると、却って圧力損傷が増加し、エネルギ損失につながる。
【００１５】
本発明は、このような事情に照らしてなされたもので、不純物等の異物の衝突によるストレーナの損傷を精度良く、かつ非破壊的に評価し、寿命を的確に予測する蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法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】
【００１６】
本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、運用されているストレーナの異物衝突による変形を計測するステップと、予め求められた蒸気流速と異物の大きさの関係から、前記変形を与えた前記異物の大きさと衝突速度を特定するステップと、ある径を有する異物と、この異物がある板厚を有するストレーナを貫通する際の速度を限界速度とするときに、予め実験的に求められた限界速度を前記ストレーナの経年劣化を考慮して補正し疲労限界速度を算出するステップと、前記衝突速度と前記疲労限界速度とを比較するステップと、比較の結果前記衝突速度が大きい場合には、前記異物の衝突による疲労寿命の評価を行なうステップとを有する方法である。
【００１７】
また、本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、異物のストレーナの衝突個数および変形量を計測する第１ステップと、異物の大きさに対応する流体中に含まれる前記異物の速度を求める第２ステップと、前記ストレーナに衝突する異物の大きさを仮定し、仮定した異物の大きさを前記第２ステップで求めた異物速度線図にプロットして異物の速度を求めるとともに、前記第１ステップ２で計測した変形量から前記ストレーナに衝突した推定衝突速度を求め、この推定衝突速度と前記求めた異物の速度とを比較し、速度が一致しないとき、異物の大きさを再び仮定し直すとともに、速度が一致したとき、異物の大きさと、異物の前記ストレーナへの衝突速度とを決定する第３ステップと、この第３ステップで決定した異物の大きさから異物が前記ストレーナを貫通する限界速度を求めるとともに、流体温度、運転使用時間に基づく前記ストレーナの劣化を考慮した疲労限界速度を求める第４ステップと、この第４ステップで求めた疲労限界速度と前記第３ステップで決定した異物の衝突速度とを比較し、疲労限界速度が異物の衝突速度より大きいとき、異物のストレーナへの衝突が許容されるとともに、疲労限界速度が異物の衝突速度よりも小さいとき、今後の異物のストレーナへの衝突を評価する第５ステップと、今後の異物のストレーナの衝突を評価する際、第１ステップで計測した異物のストレーナへの衝突個数を基に運用期間中における異物の衝突個数を求める第６ステップと、第４ステップで用いた破壊疲労限界線図から求めた衝撃荷重をＳ−Ｎ線図にプロットして疲労破壊回数を求める第７ステップと、第６ステップで求めた運用期間中における異物の衝突個数と第７ステップで求めた疲労破壊回数とを比較し、１を超えていないとき、前記ストレーナをそのまま使用し、１を超えているとき、前記ストレーナの余寿命を評価する第８ステップと、前記ストレーナの余寿命を評価する際、想定する運用期間を、前記第６ステップにおける衝突個数と疲労破壊回数との比で割算して余寿命を算出する第９ステップとを備えた方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、ストレーナの異物の衝突による変形量および衝突個数を計測するとともに、材料の経年使用による劣化（強度および延性の低下）を考慮して寿命を評価するので、容易にして短時間に寿命を評価することができ、精度の高い安全な寿命評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法の実施形態を示すフローチャートである。
【００２１】
本実施形態に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、以下に示すステップ（ＳＴ１〜ＳＴ９）の手順を経てストレーナの寿命評価が行われる。
【００２２】
まず、第１ステップ（ＳＴ１）では、異物がストレーナ１６に衝突する際、予め定められた面積Ｓおよび期間（時間）Δｔに対し、損傷量としてストレーナ１６の変形量δｉとその個数ｎｉを計測する。
【００２３】
ストレーナ１６は、図２に示すように、例えばステンレス鋼製で作製された円筒１６であり、予め定められた使用期間（運用期間）後の表面に異物衝突の打痕としての衝突個所に変形が見られる。
【００２４】
変形量は、図３に示すように、異物衝突によって生じたストレーナ１６の衝突方向における塑性変形量であり、ここでは、例えば基準面、具体的にはストレーナ１６の縁辺からの変形量（深さ）δｉが計測される。また、同時に、異物の衝突個数ｎｉが計測される。
【００２５】
衝突個数ｎｉおよび変形量δｉが計測されると、第２ステップ（ＳＴ２）では、異物の大きさ（粒径）ｄｉとの異物の衝突速度Ｖが求められる。
【００２６】
第１ステップ（ＳＴ１）で計測した変形量δｉは、ストレーナ１６に衝突する異物の大きさ（粒径）ｄｉおよびその衝突速度Ｖの大小によって変化することが、良く知られている。特に、衝突速度Ｖが限界速度Ｖｃを超えると、異物は、ストレーナ１６を貫通し、蒸気タービン内に流入し、タービン部品に損傷を与えることがある。
【００２７】
このため、第２ステップ（ＳＴ２）では、異物の大きさ（粒径）ｄｉとその衝突速度Ｖを明確に把握しておく必要がある。
【００２８】
異物の大きさ（粒径）ｄｉとその衝突速度Ｖを把握する際、蒸気中に含まれる異物は、蒸気の流量と異なった速度で移動することがあるので、蒸気の流速を基に異物の大きさ（粒径）ｄｉとその速度を予め調査しておく必要がある。
【００２９】
図４は、蒸気の速度１，２，…５をパラメータ（変数）とし、縦軸に蒸気速度（流体速度）に対する異物速度の比を採り、横軸に異物の大きさ（異物サイズ、粒径）ｄｉを採る異物速度線図である。
【００３０】
図４から、異物の大きさ（粒径）ｄｉが大きいほど、蒸気速度に対する異物速度の比が小さくなっていることがわかる。なお、蒸気速度は、設計時、事前の流体解析から求められる。
【００３１】
そして、ストレーナ１６に衝突する異物の大きさ（粒径）ｄｉおよびその衝突速度Ｖを把握するにあたり、まず、異物の大きさ（粒径）ｄｉを仮定した異物の大きさｄｏｉを図４にプロットし、異物速度を求める。
【００３２】
一方、第１ステップ（ＳＴ）で計測したストレーナ１６の変形量δｉは、異物の大きさ（粒径）ｄｉ、ストレーナ１６の厚さθｉおよび異物の衝突速度Ｖによって変化するので、ストレーナ１６の変形量δｉと異物の衝突速度Ｖとの関係を知っておく必要がある。
【００３３】
図５は、ストレーナ１６の厚さθ１，θ２，…および異物の大きさ（粒径）ｄ１，ｄ２，…をパラメータ（変数）とし、縦軸にストレーナ１６の変形量δｉを採り、横軸に異物の衝突速度Ｖを採る異物衝突速度線図である。
【００３４】
図５に示した異物衝突速度線図において、第１ステップ（ＳＴ１）で計測したストレーナ１６の変形量δｉから異物の推定衝突速度Ｖｉｏが求められる。
【００３５】
求めた推定衝突速度Ｖｉｏと図４で示した異物衝突速度線図から求めた異物衝突速度Ｖｉとを比較し、互いが一致しない場合、異物の大きさ（粒径）ｄｉの仮定を再び修正し、異物衝突速度Ｖｉが一致するまで繰り返して演算される。
【００３６】
図４の異物速度線図から求めた異物速度と図５の異物衝突速度線図から求めた推定衝突速度Ｖｉｏとが一致すると、第３ステップ（ＳＴ３）では、異物の衝突速度Ｖｉと異物の大きさ（粒径）ｄｉが決定（確定）される。
【００３７】
なお、異物の推定衝突速度Ｖｉｏを求める際、図５に示すように、ストレーナ１６の板厚さθ１，θ２，…および異物の大きさ（粒径）ｄ１，ｄ２，…をパラメータとし、縦軸にストレーナ１６の変形量δｉを採り、横軸に異物の衝突速度Ｖｉを採る異物衝突速度線図を用いたが、この例に限らず、例えば、図１１に示すように、ストレーナ１６の蒸気通過孔１８の開口率Ｒ１，Ｒ２，…および孔径Ｈ１，Ｈ２，…をパラメータとし、縦軸にストレーナ１６の変形量δｉを採り、横軸に異物の衝突速度Ｖを採る異物衝突速度線図を用いてもよい。
【００３８】
異物の大きさ（粒径）ｄｉや翼物の衝突速度Ｖｉが決定（確定）すると、第４ステップ（ＳＴ４）では、異物がストレーナ１６を貫通する限界速度Ｖｃと、蒸気温度、運転使用時間に基づくストレーナ１６の強度低下、延性低下を考慮した疲労限界速度Ｖｆとが求められる。
【００３９】
図６は、ストレーナ１６の板厚θ１，θ２，…をパラメータ（変数）とし、縦軸に異物の大きさ（粒径）ｄｉを採り、横軸に異物の限界速度Ｖｃを採る異物の限界速度線図である。
【００４０】
図６に示した異物の限界速度線図において、第３ステップ（ＳＴ３）で決定した異物の大きさ（粒径）ｄｉから異物の限界速度Ｖｃが求められる。
【００４１】
なお、異物の限界速度Ｖｃを求める際、図６に示すように、ストレーナ１６の板厚θ１，θ２，…をパラメータ（変数）とし、縦軸に異物の大きさ（粒径）ｄｉを採り、横軸に異物の限界速度Ｖｃを採る異物の限界速度線図を用いたが、この図に限らず、例えば、図１２に示すように、ストレーナ１６の蒸気通過孔１８の開口率Ｒ１，Ｒ２，…および孔径Ｈ１，Ｈ２，…をパラメータ（変数）とし、縦軸に異物の大きさ（粒径）ｄｉを採り、横軸に異物の限界速度Ｖｃを採る異物の限界速度線図を用いてもよい。
【００４２】
この場合、限界速度Ｖｃは、図１３に示すように、異物の衝突速度Ｖ（絶対値）がストレーナ１６に対し、傾斜していても、その垂直成分の速度ＶＬが用いられる。
【００４３】
一方、異物の疲労限界速度Ｖｆを求める際、ストレーナ１６は、高温蒸気に晒され、しかも長時間に亘って運転しているので、その強度および延性の変化を考慮する必要がある。
【００４４】
図７は、縦軸にストレーナ１６の強さ、延性を示し、横軸に蒸気の温度、運転時間を示すストレーナ１６の強さ、延性変化線図である。
【００４５】
図７の強さ、延性変化線図から、ストレーナ１６の強さおよび延性は、ともに、運転初期状態から次期定期検査状態に入るまでの間に著しく低下していることがわかる。
【００４６】
このように、ストレーナ１６の材料の強さ、延性の変化を考慮して図８に示す破壊・疲労限界線図から疲労限界荷重Ｐｆに対応する疲労限界速度Ｖｆおよび衝撃荷重Ｐｉに対応する衝突速度Ｖｉが求められる。
【００４７】
なお、図８に示した破壊・疲労限界線図は、材料の強度および延性の予め定められた低下（劣化）のデータをベースに作成し、材料の種類を問わない破壊・疲労限界線を示すもので、縦軸に異物の質量で規準化した衝撃荷重を示し、横軸に異物の衝突速度Ｖｉを示している。
【００４８】
図８に示した破壊・疲労限界線図から、まず、図６で求めた限界速度Ｖｃをプロットして破壊限界荷重（破断荷重）Ｐｃが求められる。破壊限界荷重Ｐｃが求まると、次に、予め定められた衝突速度Ｖｉに対応する衝撃荷重Ｐｉが求められる。
【００４９】
求めた衝撃荷重Ｐｉを図９に示すＳ−Ｎ線図にプロットし、疲労破壊回数Ｎｏｉが求められる。
【００５０】
このＳ−Ｎ線図は、１回で破断する破断荷重（破壊限界荷重）Ｐｃをベースとして疲労限界荷重Ｐｆを求めたもので、疲労を荷重ゼロから荷重最大までを繰り返す片振振幅を条件にしている。
【００５１】
図９で示したＳ−Ｎ曲線から求めた疲労限界荷重Ｐｆを、図８に示した破壊・疲労限界線図にプロットすると、疲労限界速度Ｖｆが求められる。
【００５２】
なお、Ｓ−Ｎ線図がない場合、材料の疲労データの繰返し荷重範囲Ｐｒと平均荷重Ｐｍとから得られた疲労限界線図から疲労限界荷重Ｐｆを推定してもよい。
【００５３】
すなわち、この疲労限度線図は、図１０に示すように、縦軸に繰返し荷重範囲Ｐｒを示し、横軸に平均荷重Ｐｍを示す疲労限度線と片振荷重線がプロットされている。
【００５４】
この線図において、平均荷重Ｐｍ＝０のときの疲労限度は、荷重振幅で、通常、破断荷重Ｐｃ＝１／２であるから、繰返し荷重範囲Ｐｒでは破断荷重Ｐｃになる。この条件を平均荷重Ｐｍ＝Ｐｃ，Ｐｒ＝０の条件を結んだ線が疲労限度線となる。そして、疲労限度線と片振荷重線との交点は、疲労限界平均荷重がＰｃ／３となり、疲労限界荷重範囲Ｐｒ、つまり疲労限界荷重Ｐｆ＝（２／３）Ｐｃとなる。
【００５５】
このようにして求めた疲労限界荷重Ｐｆを、図８で示した破壊・疲労限界線にプロットすれば、疲労限界速度Ｖｆが求められる。
【００５６】
疲労限界速度Ｖｆが求められると、第５ステップ（ＳＴ５）では、第３ステップ（ＳＴ
３）で決定した異物の衝突速度Ｖｉと比較される。このとき、疲労限界速度Ｖｆ＞衝突速度Ｖｉの関係になっていると、ストレーナ１６への異物の衝突は許される。
【００５７】
しかし、疲労限界速度Ｖｆ＜衝突速度Ｖｉになっていると、運用期間中、疲労破損する場合があるので、疲労寿命の評価が第６ステップ（ＳＴ６）〜第９ステップ（ＳＴ９）で行われる。
【００５８】
第６ステップ（ＳＴ６）では、ストレーナ１６への疲労限界以上の損傷を与える異物に対して、第１ステップ（ＳＴ１）で計測した衝突個数ｎｉから単位時間Δｔ、単位面積Ｓ当りの衝突個数ｎｉ／（Ｓ・Δｔ）を求める。求めた単位時間Δｔ、単位面積Ｓ当りの異物の衝突個数ｎｉ／（Ｓ・Δｔ）から、運用（使用）期間ｔｉ中の異物の衝突個数Ｎｉを、Ｎｉ＝ｎｉ×ｔｉ×πｄｉ２／（４Ｓ×Δｔ）として算出する。
【００５９】
運用（使用）期間ｔｉ中の異物の衝突個数Ｎｉが算出されると、第７ステップ（ＳＴ７）では、第４ステップ（ＳＴ４）で用いた破壊・疲労限界線図およびＳ−Ｎ線図から衝撃荷重Ｐｉにおける疲労破壊回数Ｎｏｉを求める。
【００６０】
第８ステップ（ＳＴ８）では、第６ステップ（ＳＴ６）で求めた異物の衝突・個数（衝撃繰返し数）Ｎｉと第７ステップ（ＳＴ７）で求めた疲労破壊回数Ｎｏｉの比を、各異物の大きさ（粒径）ｄｉに対して求め、その累積計が１を超えるか否かによって運用（使用）期間中のストレーナ１６の疲労破壊を評価する。累積計が１以下であれば、ストレーナ１６は、疲労破壊することはないと推定されるため、そのまま運用が継続される。
【００６１】
しかし、累積計が１に近付くストレーナ１６の寿命期間中、第９ステップ（ＳＴ９）では、許容寿命ｔｆを、想定運用期間ｔＬとするとき、異物の衝突個数（衝撃繰返し数）Ｎｉと疲労破壊回数Ｎｏｉの比とから、ｔｆ＝ｔＬ／ΣＮｉ／Ｎｏｉとして求める。そして、累積計が１を超えると、ストレーナ１６は新たなものと交換される。
【００６２】
このように、本実施形態に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法は、寿命評価の因子を、異物がストレーナに衝突したときの変形量と衝突個数のみを計測するだけであるから、容易かつ短時間でストレーナの寿命を評価することができる。
【００６３】
また、本実施形態は、ストレーナの寿命評価の際、ストレーナが経年使用により材料が劣化し、強度や延性が低下したことを考慮して異物がストレーナに繰返し衝突したときの疲労破壊回数を求めているので、材料劣化に伴う超寿命低下に対してもマッチングさせることができ、高い精度の下、寿命を評価することができる。
【００６４】
また、本実施形態は、ストレーナの寿命評価の際、推定された各異物の大きさ（粒径）に対し、その異物のストレーナへの衝突が繰返し起こった場合にも貫通を生じさせない安全であるか否かを、限界衝突速度から得られる疲労限界速度を基に評価しているので、この疲労限界速度以下のとき、材料が疲労破壊することがなく、ストレーナを安全に使用することができる。すなわち、本実施形態に係る寿命評価は、異物による貫通が生じない範囲であれば、ストレーナの可能な限りの寿命延伸を図っているので、計画された運用寿命内で、異物の衝突による損傷を許容し、ストレーナを寿命範囲内で有効に活用することができる。
【００６５】
また、本実施形態は、疲労限界速度以上になる異物に対し、有限寿命評価として予め定められた期間、面積を基に計測された異物のストレーナへの衝突個数から、今後使用する期間と衝突面積に置き換え、今後予想される衝突個数を算出して寿命を評価するので、ストレーナの交換の見極めを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法の実施形態を示すフローチャート。
【図２】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法において、ストレーナの異物衝突による損傷を示す図。
【図３】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法において、異物の衝突によるストレーナを示す図。
【図４】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、蒸気中の異物速度と異物のサイズとであらわした異物速度線図。
【図５】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、異物衝突によるストレーナの変形量と異物衝突速度とであらわした異物衝突速度線図。
【図６】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、異物のサイズと異物の限界速度とであらわした異物の限界速度線図。
【図７】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、ストレーナの材料の強さ・延性と蒸気温度、運転時間とであらわしたストレーナの強さ、延性変化線図。
【図８】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、異物質量に対する衝撃荷重と異物の衝撃速度とであらわした破壊・疲労限界線図。
【図９】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用するＳ−Ｎ線図。
【図１０】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、異物の繰返し荷重範囲と異物の平均荷重とであらわした疲労限度線図。
【図１１】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、開口率、孔径を変更させたストレーナの異物による変形量と異物の衝突・速度とであらわした異物衝突速度線図。
【図１２】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法に適用する線図で、開口率、孔径を変更させたストレーナに対し、衝突する異物サイズと異物の限界速度とであらわした異物の限界速度線図。
【図１３】本発明に係る蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法において、異物がストレーナに対して傾斜して衝突した場合、その垂直成分を異物の衝突速度として扱うことを示す図。
【図１４】従来のストレーナを示す斜視図。
【図１５】従来の蒸気弁を示す縦断面図。
【図１６】従来の火力発電プラントを示す概略系統図。
【符号の説明】
【００６７】
１ 高圧蒸気タービン
２ 中圧蒸気タービン
３ 低圧蒸気タービン
４ タービンロータ
５ 復水器
６ 給水加熱器
７ ボイラ
８ 再熱器
９ａ，９ｂ 蒸気弁
１０ 発電機
１１ 弁ケーシング
１２ 弁座
１３ 弁棒
１４ 弁体
１５ 蒸気入口
１６ ストレーナ
１７ 円筒
１８ 蒸気通過孔
１９ 閉鎖部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運用されているストレーナの異物衝突による変形を計測するステップと、
予め求められた蒸気流速と異物の大きさの関係から、前記変形を与えた前記異物の大きさと衝突速度を特定するステップと、
ある径を有する異物と、この異物がある板厚を有するストレーナを貫通する際の速度を限界速度とするときに、予め実験的に求められた限界速度を前記ストレーナの経年劣化を考慮して補正し疲労限界速度を算出するステップと、
前記衝突速度と前記疲労限界速度とを比較するステップと、
比較の結果前記衝突速度が大きい場合には、前記異物の衝突による疲労寿命の評価を行なうステップとを有する
ことを特徴とする蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項２】
異物のストレーナの衝突個数および変形量を計測する第１ステップと、異物の大きさに対応する流体中に含まれる前記異物の速度を求める第２ステップと、前記ストレーナに衝突する異物の大きさを仮定し、仮定した異物の大きさを前記第２ステップで求めた異物速度線図にプロットして異物の速度を求めるとともに、前記第１ステップ２で計測した変形量から前記ストレーナに衝突した推定衝突速度を求め、この推定衝突速度と前記求めた異物の速度とを比較し、速度が一致しないとき、異物の大きさを再び仮定し直すとともに、速度が一致したとき、異物の大きさと、異物の前記ストレーナへの衝突速度とを決定する第３ステップと、この第３ステップで決定した異物の大きさから異物が前記ストレーナを貫通する限界速度を求めるとともに、流体温度、運転使用時間に基づく前記ストレーナの劣化を考慮した疲労限界速度を求める第４ステップと、この第４ステップで求めた疲労限界速度と前記第３ステップで決定した異物の衝突速度とを比較し、疲労限界速度が異物の衝突速度より大きいとき、異物のストレーナへの衝突が許容されるとともに、疲労限界速度が異物の衝突速度よりも小さいとき、今後の異物のストレーナへの衝突を評価する第５ステップと、今後の異物のストレーナの衝突を評価する際、第１ステップで計測した異物のストレーナへの衝突個数を基に運用期間中における異物の衝突個数を求める第６ステップと、第４ステップで用いた破壊疲労限界線図から求めた衝撃荷重をＳ−Ｎ線図にプロットして疲労破壊回数を求める第７ステップと、第６ステップで求めた運用期間中における異物の衝突個数と第７ステップで求めた疲労破壊回数とを比較し、１を超えていないとき、前記ストレーナをそのまま使用し、１を超えているとき、前記ストレーナの余寿命を評価する第８ステップと、前記ストレーナの余寿命を評価する際、想定する運用期間を、前記第６ステップにおける衝突個数と疲労破壊回数との比で割算して余寿命を算出する第９ステップとを備えたことを特徴とする蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項３】
第３ステップで用いられ、計測したストレーナの変形量から異物の衝突速度を求める異物衝突速度線図は、前記ストレーナの板厚、異物の大きさをパラメータとすることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項４】
第３ステップで用いられ、計測したストレーナの変形量から異物の衝突速度を求める異物衝突速度線図は、前記ストレーナの開口率、孔径をパラメータとすることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項５】
第４ステップで用いられ、異物の大きさから限界速度を求める異物の限界速度線図は、ストレーナの板厚をパラメータとすることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項６】
第４ステップで用いられ、異物の大きさから限界速度を求める異物の限界速度線図は、ストレーナの開口率、孔径をパラメータとすることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項７】
第４ステップで用いられ、疲労限界速度を求める破壊・疲労限界線図および疲労破壊回数を求めるＳ−Ｎ線図は、ストレーナの強度低下、延性低下を考慮して作成したことを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項１】
運用されているストレーナの異物衝突による変形を計測するステップと、
予め求められた蒸気流速と異物の大きさの関係から、前記変形を与えた前記異物の大きさと衝突速度を特定するステップと、
ある径を有する異物と、この異物がある板厚を有するストレーナを貫通する際の速度を限界速度とするときに、予め実験的に求められた限界速度を前記ストレーナの経年劣化を考慮して補正し疲労限界速度を算出するステップと、
前記衝突速度と前記疲労限界速度とを比較するステップと、
比較の結果前記衝突速度が大きい場合には、前記異物の衝突による疲労寿命の評価を行なうステップとを有する
ことを特徴とする蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項２】
異物のストレーナの衝突個数および変形量を計測する第１ステップと、異物の大きさに対応する流体中に含まれる前記異物の速度を求める第２ステップと、前記ストレーナに衝突する異物の大きさを仮定し、仮定した異物の大きさを前記第２ステップで求めた異物速度線図にプロットして異物の速度を求めるとともに、前記第１ステップ２で計測した変形量から前記ストレーナに衝突した推定衝突速度を求め、この推定衝突速度と前記求めた異物の速度とを比較し、速度が一致しないとき、異物の大きさを再び仮定し直すとともに、速度が一致したとき、異物の大きさと、異物の前記ストレーナへの衝突速度とを決定する第３ステップと、この第３ステップで決定した異物の大きさから異物が前記ストレーナを貫通する限界速度を求めるとともに、流体温度、運転使用時間に基づく前記ストレーナの劣化を考慮した疲労限界速度を求める第４ステップと、この第４ステップで求めた疲労限界速度と前記第３ステップで決定した異物の衝突速度とを比較し、疲労限界速度が異物の衝突速度より大きいとき、異物のストレーナへの衝突が許容されるとともに、疲労限界速度が異物の衝突速度よりも小さいとき、今後の異物のストレーナへの衝突を評価する第５ステップと、今後の異物のストレーナの衝突を評価する際、第１ステップで計測した異物のストレーナへの衝突個数を基に運用期間中における異物の衝突個数を求める第６ステップと、第４ステップで用いた破壊疲労限界線図から求めた衝撃荷重をＳ−Ｎ線図にプロットして疲労破壊回数を求める第７ステップと、第６ステップで求めた運用期間中における異物の衝突個数と第７ステップで求めた疲労破壊回数とを比較し、１を超えていないとき、前記ストレーナをそのまま使用し、１を超えているとき、前記ストレーナの余寿命を評価する第８ステップと、前記ストレーナの余寿命を評価する際、想定する運用期間を、前記第６ステップにおける衝突個数と疲労破壊回数との比で割算して余寿命を算出する第９ステップとを備えたことを特徴とする蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項３】
第３ステップで用いられ、計測したストレーナの変形量から異物の衝突速度を求める異物衝突速度線図は、前記ストレーナの板厚、異物の大きさをパラメータとすることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項４】
第３ステップで用いられ、計測したストレーナの変形量から異物の衝突速度を求める異物衝突速度線図は、前記ストレーナの開口率、孔径をパラメータとすることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項５】
第４ステップで用いられ、異物の大きさから限界速度を求める異物の限界速度線図は、ストレーナの板厚をパラメータとすることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項６】
第４ステップで用いられ、異物の大きさから限界速度を求める異物の限界速度線図は、ストレーナの開口率、孔径をパラメータとすることを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【請求項７】
第４ステップで用いられ、疲労限界速度を求める破壊・疲労限界線図および疲労破壊回数を求めるＳ−Ｎ線図は、ストレーナの強度低下、延性低下を考慮して作成したことを特徴とする請求項２記載の蒸気弁用ストレーナの寿命評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−１８９２５７（Ｐ２００６−１８９２５７Ａ）
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３８１４９１（Ｐ２００４−３８１４９１）
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]