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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023025354
(43)【公開日】2023-02-22
(54)【発明の名称】ブレード損傷評価装置、方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
F01D 25/00 20060101AFI20230215BHJP
F01D 5/00 20060101ALI20230215BHJP
【ＦＩ】
F01D25/00 V
F01D5/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021130513
(22)【出願日】2021-08-10
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２０年度～２０２１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／次世代火力発電基盤技術開発／石炭火力の負荷変動対応技術開発／タービン発電設備次世代保守技術開発」委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001380
【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】川田 康貴
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 悠介
(72)【発明者】
【氏名】中島 将太
(72)【発明者】
【氏名】河合 泰輝
【テーマコード（参考）】
3G202
【Ｆターム（参考）】
3G202AB07
(57)【要約】
【課題】ダイナミックに変化する運転条件で運用されるタービンのブレード損傷を正確に評価する技術を提供する。
【解決手段】評価装置は、タービンの設計情報Ｄ及び保守情報Ｋの登録部２０と、センサ１７の検出データ１６の取得部１５と、複数の過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）におけるタービンの第１設備状態Ｑ1の第１識別部２１と、複数の第１設備状態Ｑ1のクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）への分類部２６と、タービンの第１運転状態値Ｐ1の第１特定部３１と、過去時点ｔmにおける第１損傷速度Ｒ1の登録部２０と、複数のクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）の各々毎に特性関数ｆn（ｎ＝１～Ｎ）への設定部２５と、タービンの現時点ｔMの第２設備状態Ｑ2の第２識別部２２と、タービンの現時点ｔMの第２運転状態値Ｐ2の第２特定部３２と、現時点ｔMの第２損傷速度Ｒ2の解析部２７と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】評価装置は、タービンの設計情報Ｄ及び保守情報Ｋの登録部２０と、センサ１７の検出データ１６の取得部１５と、複数の過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）におけるタービンの第１設備状態Ｑ1の第１識別部２１と、複数の第１設備状態Ｑ1のクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）への分類部２６と、タービンの第１運転状態値Ｐ1の第１特定部３１と、過去時点ｔmにおける第１損傷速度Ｒ1の登録部２０と、複数のクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）の各々毎に特性関数ｆn（ｎ＝１～Ｎ）への設定部２５と、タービンの現時点ｔMの第２設備状態Ｑ2の第２識別部２２と、タービンの現時点ｔMの第２運転状態値Ｐ2の第２特定部３２と、現時点ｔMの第２損傷速度Ｒ2の解析部２７と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蒸気またはガスが噴射されロータを軸回転させる複数のブレードを持つタービン及びその周辺機器に関する設計情報を登録する第１登録部と、
前記蒸気またはガスに混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報を登録する第２登録部と、
前記タービン及び前記周辺機器に設けられたセンサから検出データを取得して保存させる取得部と、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、複数の過去時点における前記タービンの第１設備状態を識別する第１識別部と、
複数の前記第１設備状態の各々をクラスに分類する分類部と、
前記過去時点で取得された前記検出データに基づき、前記タービンの第１運転状態値を特定する第１特定部と、
前記過去時点における前記ブレードの第１損傷速度を登録する第３登録部と、
複数の前記クラスの各々毎に、前記第１運転状態値と前記第１損傷速度との関係を表す特性関数を設定する設定部と、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、前記タービンの現時点の第２設備状態を識別する第２識別部と、
前記現時点で取得された前記検出データに基づいて、前記タービンの第２運転状態値を特定する第２特定部と、
前記第２設備状態に対応する前記クラスに設定された前記特性関数に基づいて、前記第２運転状態値に対応する前記現時点の第２損傷速度を解析する解析部と、を備えるブレード損傷評価装置。
前記蒸気またはガスに混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報を登録する第２登録部と、
前記タービン及び前記周辺機器に設けられたセンサから検出データを取得して保存させる取得部と、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、複数の過去時点における前記タービンの第１設備状態を識別する第１識別部と、
複数の前記第１設備状態の各々をクラスに分類する分類部と、
前記過去時点で取得された前記検出データに基づき、前記タービンの第１運転状態値を特定する第１特定部と、
前記過去時点における前記ブレードの第１損傷速度を登録する第３登録部と、
複数の前記クラスの各々毎に、前記第１運転状態値と前記第１損傷速度との関係を表す特性関数を設定する設定部と、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、前記タービンの現時点の第２設備状態を識別する第２識別部と、
前記現時点で取得された前記検出データに基づいて、前記タービンの第２運転状態値を特定する第２特定部と、
前記第２設備状態に対応する前記クラスに設定された前記特性関数に基づいて、前記第２運転状態値に対応する前記現時点の第２損傷速度を解析する解析部と、を備えるブレード損傷評価装置。
【請求項2】
請求項１に記載のブレード損傷評価装置において、
前記第２損傷速度に基づいて前記ブレードの損傷量を計算する計算部を備えるブレード損傷評価装置。
前記第２損傷速度に基づいて前記ブレードの損傷量を計算する計算部を備えるブレード損傷評価装置。
【請求項3】
請求項２に記載のブレード損傷評価装置において、
前記損傷量に基づいて、前記ブレードの交換時期を評価する評価部を備えるブレード損傷評価装置。
前記損傷量に基づいて、前記ブレードの交換時期を評価する評価部を備えるブレード損傷評価装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のブレード損傷評価装置において、
将来の運転計画に基づいて、シミュレーションした前記第２運転状態値に基づいて、前記第２損傷速度を解析し予測するブレード損傷評価装置。
将来の運転計画に基づいて、シミュレーションした前記第２運転状態値に基づいて、前記第２損傷速度を解析し予測するブレード損傷評価装置。
【請求項5】
蒸気またはガスが噴射されロータを軸回転させる複数のブレードを持つタービン及びその周辺機器に関する設計情報を登録するステップと、
前記蒸気またはガスに混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報を登録するステップと、
前記タービン及び前記周辺機器に設けられたセンサから検出データを取得して保存させるステップと、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、複数の過去時点における前記タービンの第１設備状態を識別するステップと、
複数の前記第１設備状態の各々をクラスに分類するステップと、
前記過去時点で取得された前記検出データに基づき、前記タービンの第１運転状態値を特定するステップと、
前記過去時点における前記ブレードの第１損傷速度を獲得するステップと、
複数の前記クラスの各々毎に、前記第１運転状態値と前記第１損傷速度との関係を表す特性関数を設定するステップと、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、前記タービンの現時点の第２設備状態を識別するステップと、
前記現時点で取得された前記検出データに基づいて、前記タービンの第２運転状態値を特定するステップと、
前記第２設備状態に対応する前記クラスに設定された前記特性関数に基づいて、前記第２運転状態値に対応する前記現時点の第２損傷速度を解析するステップと、を含むブレード損傷評価方法。
前記蒸気またはガスに混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報を登録するステップと、
前記タービン及び前記周辺機器に設けられたセンサから検出データを取得して保存させるステップと、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、複数の過去時点における前記タービンの第１設備状態を識別するステップと、
複数の前記第１設備状態の各々をクラスに分類するステップと、
前記過去時点で取得された前記検出データに基づき、前記タービンの第１運転状態値を特定するステップと、
前記過去時点における前記ブレードの第１損傷速度を獲得するステップと、
複数の前記クラスの各々毎に、前記第１運転状態値と前記第１損傷速度との関係を表す特性関数を設定するステップと、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、前記タービンの現時点の第２設備状態を識別するステップと、
前記現時点で取得された前記検出データに基づいて、前記タービンの第２運転状態値を特定するステップと、
前記第２設備状態に対応する前記クラスに設定された前記特性関数に基づいて、前記第２運転状態値に対応する前記現時点の第２損傷速度を解析するステップと、を含むブレード損傷評価方法。
【請求項6】
コンピュータに、
蒸気またはガスが噴射されロータを軸回転させる複数のブレードを持つタービン及びその周辺機器に関する設計情報を登録するステップ、
前記蒸気またはガスに混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報を登録するステップ、
前記タービン及び前記周辺機器に設けられたセンサから検出データを取得して保存させるステップ、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、複数の過去時点における前記タービンの第１設備状態を識別するステップ、
複数の前記第１設備状態の各々をクラスに分類するステップ、
前記過去時点で取得された前記検出データに基づき、前記タービンの第１運転状態値を特定するステップ、
前記過去時点における前記ブレードの第１損傷速度を獲得するステップ、
複数の前記クラスの各々毎に、前記第１運転状態値と前記第１損傷速度との関係を表す特性関数を設定するステップ、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、前記タービンの現時点の第２設備状態を識別するステップ、
前記現時点で取得された前記検出データに基づいて、前記タービンの第２運転状態値を特定するステップ、
前記第２設備状態に対応する前記クラスに設定された前記特性関数に基づいて、前記第２運転状態値に対応する前記現時点の第２損傷速度を解析するステップ、を実行するブレード損傷評価プログラム。
蒸気またはガスが噴射されロータを軸回転させる複数のブレードを持つタービン及びその周辺機器に関する設計情報を登録するステップ、
前記蒸気またはガスに混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報を登録するステップ、
前記タービン及び前記周辺機器に設けられたセンサから検出データを取得して保存させるステップ、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、複数の過去時点における前記タービンの第１設備状態を識別するステップ、
複数の前記第１設備状態の各々をクラスに分類するステップ、
前記過去時点で取得された前記検出データに基づき、前記タービンの第１運転状態値を特定するステップ、
前記過去時点における前記ブレードの第１損傷速度を獲得するステップ、
複数の前記クラスの各々毎に、前記第１運転状態値と前記第１損傷速度との関係を表す特性関数を設定するステップ、
前記設計情報及び前記保守情報に基づき、前記タービンの現時点の第２設備状態を識別するステップ、
前記現時点で取得された前記検出データに基づいて、前記タービンの第２運転状態値を特定するステップ、
前記第２設備状態に対応する前記クラスに設定された前記特性関数に基づいて、前記第２運転状態値に対応する前記現時点の第２損傷速度を解析するステップ、を実行するブレード損傷評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、タービンの運転に伴ってブレードの損傷を評価する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
タービンは、ボイラまたは燃焼器等で加熱発生した高温・高圧の蒸気またはガスが噴射されたブレードが、駆動力を得て回転している。ところで、この蒸気またはガスには固体粒子が混在し、蒸気弁等に設けられたストレーナ等ですべては補足できず、タービンの内部に流入することが避けられない。この蒸気またはガスに混在する固体粒子がブレードの表面に衝突すると、ブレードが表面から減肉していく。これは、固体粒子の衝突により表面が摩耗する現象であるＳＰＥ（Solid Particle Erosion）が発生するためである。
【0003】
特に、タービン回転軸に多段に渡り設けられたブレードのうち、初段の動翼においては、ＳＰＥによる減肉が顕著に確認される。この初段の動翼の減肉量は、ブレードの強度評価に基づき設定される閾値を、超過しないように管理されている。従来における一般的な管理方法は、タービンの開放点検時に動翼の減肉量を計測し、前回点検時に計測した減肉量から減肉速度等を計算する。そして、この減肉速度と閾値との関係性から、次回の開放点検の時期もしくは動翼の交換推奨時期が見積られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特公昭５６－１２６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、上述した従来の管理方法では、定期的にタービンのケーシングを開放し動翼の減肉量を計測する必要があり、相当な工数や工期を要してしまう課題がある。また、近年火力発電は、これまでのベースロード運転とは相違して、低負荷運転や負荷変動運転といった調整火力として運用されることが想定される。したがって、従来のＳＰＥ減肉量の予測は、ベースロード運転を前提条件としているため、調整火力として運転条件をダイナミックに変化して運用する場合のＳＰＥ減肉量の予測に適用することが困難である。
【0006】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、ダイナミックに変化する運転条件で運用されるタービンのブレード損傷を正確に評価する技術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】
【0007】
実施形態に係るブレード損傷評価装置において、蒸気またはガスが噴射されロータを軸回転させる複数のブレードを持つタービン及びその周辺機器に関する設計情報を登録する第１登録部と、前記蒸気に混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報を登録する第２登録部と、前記タービン及び前記周辺機器に設けられたセンサから検出データを取得して保存させる取得部と、前記設計情報及び前記保守情報に基づき複数の過去時点における前記タービンの第１設備状態を識別する第１識別部と、複数の前記第１設備状態の各々をクラスに分類する分類部と、前記過去時点で取得された前記検出データに基づき前記タービンの第１運転状態値を特定する第１特定部と、前記過去時点における前記ブレードの第１損傷速度を登録する第３登録部と、複数の前記クラスの各々毎に前記第１運転状態値と前記第１損傷速度との関係を表す特性関数を設定する設定部と、前記設計情報及び前記保守情報に基づき前記タービンの現時点の第２設備状態を識別する第２識別部と、前記現時点で取得された前記検出データに基づいて前記タービンの第２運転状態値を特定する第２特定部と、前記第２設備状態に対応する前記クラスに設定された前記特性関数に基づいて前記第２運転状態値に対応する前記現時点の第２損傷速度を解析する解析部と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明の実施形態により、ダイナミックに変化する運転条件で運用されるタービンのブレード損傷を正確に評価する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態に係るブレード損傷評価装置のブロック図。
【図2】実施形態に係るブレード損傷評価装置が適用される火力発電プラントの概略図。
【図3】蒸気タービンの運転状態値とブレードの損傷速度との対応関係を表した特性関数のグラフ。
【図4】ブレードの運転に伴う損傷量の経時変化を示すグラフ。
【図5】実施形態に係るブレード損傷評価方法の工程及びブレード損傷評価プログラムのアルゴリズムを説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係るブレード損傷評価装置１０のブロック図である。図２は実施形態に係るブレード損傷評価装置１０（以下、単に「評価装置１０」という）が適用される火力発電プラント３０の概略図である。
【0011】
このように評価装置１０は、蒸気４８（図２）が噴射されロータ３３を軸回転させる複数のブレード３４を持つ蒸気タービン４０及びその周辺機器に関する設計情報Ｄを登録する第１登録部２０1と、蒸気４８に混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報Ｋを登録する第２登録部２０2と、蒸気タービン４０及びその周辺機器に設けられたセンサ１７から検出データ１６を取得して保存させる取得部１５と、を備えている。
【0012】
さらに評価装置１０は、設計情報Ｄ及び保守情報Ｋに基づき複数の過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）における蒸気タービン４０の第１設備状態Ｑ1を識別する第１識別部２１と、複数の第１設備状態Ｑ1の各々をクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）に分類する分類部２６と、を備えている。
【0013】
さらに評価装置１０は、過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）で取得された検出データ１６ａに基づき蒸気タービン４０の第１運転状態値Ｐ1を特定する第１特定部３１と、過去時点ｔmにおけるブレード３４の第１損傷速度Ｒ1を登録する第３登録部２０3と、複数のクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）の各々毎に第１運転状態値Ｐ1と第１損傷速度Ｒ1との関係を表す特性関数ｆn（ｎ＝１～Ｎ）を設定する設定部２５と、を備えている。
【0014】
さらに評価装置１０は、設計情報Ｄ及び保守情報Ｋに基づき蒸気タービン４０の現時点ｔMの第２設備状態Ｑ2を識別する第２識別部２２と、現時点ｔMで取得された検出データ１６ｂに基づいて蒸気タービン４０の第２運転状態値Ｐ2を特定する第２特定部３２と、第２設備状態Ｑ2に対応するクラスＣnに設定された特性関数ｆnに基づいて第２運転状態値Ｐ2に対応する現時点ｔMの第２損傷速度Ｒ2を解析する解析部２７と、を備えている。
【0015】
図２に示すように火力発電プラント３０は、ボイラ３５の内部に燃料４３を供給して燃焼させ、熱交換器５５で熱交換することで、液媒４７を蒸気４８にする。このボイラ３５で発生させた蒸気４８は、主蒸気配管４４に導かれて蒸気タービン４０の内部に導入される。そして蒸気４８は、ブレード３４に噴射され、ケーシング３６に支持されているロータ３３を軸回転させる。このロータ３３は、同軸接続された発電機３７を回転駆動させて、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換させる。
【0016】
この蒸気タービン４０で仕事をして排出された蒸気は、冷却水３９が循環する復水器３８で冷却され凝縮して復水（液媒）４７となる。この復水４７は、給水配管５６を経てボイラ３５の熱交換器５５に再供給される。なお実施形態においてブレード３４は、ロータ３３の半径方向に沿って放射状に設けられこのロータ３３とともに回転する動翼と、動翼の配列の隙間に配置されケーシング３６に固定される静翼と、の両方を含む。なお、蒸気タービン４０の周辺機器といった場合、蒸気タービン４０と機械的もしくは蒸気４８を介した接続関係にある任意の機器を指す。
【0017】
ボイラ３５から蒸気タービン４０に送られる蒸気４８には、主に熱交換器５５の内表面で生成した酸化被膜（スケール）が遊離した固体粒子を多く混入している。ブレード３４は、このような固体粒子が衝突することによって、固体粒子エロージョン（ＳＰＥ；So1id Partic1e Erosion）と呼ばれる侵食を受ける。
【0018】
蒸気４８に含まれる固体粒子との衝突によりブレード３４が摩耗して損傷を受けると、静翼から動翼に噴射される蒸気４８の噴射条件（角度、速度等）が変化して蒸気タービン４０の内部効率（性能）が低下してしまう。さらに摩耗が進行すると、ブレード３４の欠損、折れ曲がりなどといった損傷が進展していく。さらにクラックが発生し成長し、ブレード３４が吹き飛ばされ、他の健全なブレード３４に衝突して損傷させてしまうことも考えられる。
【0019】
このため火力発電プラント３０では、運転中のボイラ３５から蒸気タービン４０にスケールの固体粒子が持ち込まれないよう設計・保守・運転において配慮がなされている。しかし、そのような固体粒子の蒸気４８への混入を完全に防止することはできない。このため、固体粒子エロージョン（ＳＰＥ）によるブレード３４の損傷の進展を、正確に監視・予測していく必要がある。
【0020】
図１に戻って説明を続ける。第１登録部２０1，第２登録部２０2，第３登録部２０3及び検出データ１６（１６ａ，１６ｂ）の保持部は、共通のＤＢサーバ２０で構成されたり、別々のＤＢサーバで構成されたりする。
【0021】
第１登録部２０1に登録される設計情報Ｄは、主に発電プラント３０の設計条件、ボイラ３５（熱交換器５５）の設計条件、主蒸気配管４４や給水配管５６等の配管設計条件、蒸気弁（図示略）の設計条件、タービン４０の設計条件のうち、単数又は複数で構成される。
【0022】
発電プラント３０の設計条件としては、例えば、発電容量、コンバインドサイクル／コンベンショナルなどである。ボイラ３５の設計条件としては、例えば、定格運転条件（例えば温度、圧力等）、燃料、型式・容量、チューブ材質等である。主蒸気配管４４や給水配管５６等の配管設計条件としては、材質、長さ、曝露温度、タービンバイパス流路有無等である。蒸気弁設計条件としては、ファインメッシュの有無、副弁の有無等である。タービン４０の設計条件としては、蒸気条件（温度、流量、圧力、等）、動翼構造（枚数、PCD、翼長、羽根-ノズル間距離、回転周速等）、静翼構造（枚数、流出角度等）、羽根強度特性等である。
【0023】
第２登録部２０2に登録される保守情報Ｋとしては、主にボイラ３５（熱交換器５５）の保守データ、主蒸気配管４４や給水配管５６等の配管保守データ、タービン４０の保守データのうち、単数又は複数で構成される。
【0024】
ボイラ３５の保守データとしては、例えば、チューブの交換、脱スケール方法・頻度・時期、フラッシング方法などである。主蒸気配管４４や給水配管５６等の配管保守データとしては、例えば、脱スケール方法・頻度・時期、フラッシング方法などである。タービン４０の保守データとしては、初段動静翼の交換履歴または手入れ履歴などである。これらは、全て、蒸気４８に混入する固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報Ｋとして第２登録部２０2に登録されている。
【0025】
蒸気タービン４０及びその周辺機器には、多数のセンサ１７が設けられ、取得した検出データ１６に基づいて、発電プラント３０の状態監視が行われている。これら多数の検出データ１６は、固体粒子の流入条件や衝突条件を反映したものが含まれており、取得部１５により時系列に取得され保存されている。具体的に蒸気タービン４０からの検出データ１６として、初段動静翼前後の蒸気条件や蒸気弁開度やバイパス弁開度等が挙げられる。また蒸気タービン４０の上流側で、ブレード３４の損傷に異常を与える周辺機器からの検出データ１６も有用である。
【0026】
第１識別部２１及び第２識別部２２は、共に設計情報Ｄ及び保守情報Ｋに基づいて、蒸気タービン４０の設備状態Ｑ（Ｑ1，Ｑ2）を識別する点において共通する機能を持つ。相違点は、第１識別部２１は、複数の過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）における蒸気タービン４０の設備状態（第１設備状態Ｑ1）を識別するのに対し、第２識別部２２は、現時点ｔMにおける蒸気タービン４０の設備状態（第２設備状態Ｑ2）を識別する点にある。
【0027】
このことは、同じ蒸気タービン４０であっても、定期検査を挟んだ運転サイクルにおいて、各種の改良や保守の導入に伴って設備状態が変化していくということを意味している。また、異なる蒸気タービン４０の相互間でも、互いに識別させて第１設備状態Ｑ1の情報として採用することが可能である。
【0028】
第３登録部２０3には、過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）におけるブレード３４の第１損傷速度Ｒ1が登録されている。これら、第１損傷速度Ｒ1は、これまでの蒸気タービン４０で実施された定期検査の開放点検等において実測されたブレード３４の損傷量や、その他種々の情報を組み合わせたシミュレーション結果等により得られる。
【0029】
そして、第１特定部３１では、過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）において取得された検出データ１６ａに基づき、蒸気タービン４０の各々の第１運転状態値Ｐ1が特定される。その結果、過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ）を共通項として、第１設備状態Ｑ1、第１運転状態値Ｐ1及び第１損傷速度Ｒ1の組み合わせが成立する。
【0030】
分類部２６では、複数の過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）における第１設備状態Ｑ1の各々を、ブレード３４の損傷特性の共通性に基づいて、いくつかのクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）を分類する。これにより、共通のクラスＣnに分類された第１設備状態Ｑ1では、同一の運転状態値５１に対し、ブレード３４は、同一の損傷速度で伸展していくこととなる。
【0031】
設定部２５は、第１運転状態値Ｐ1に関連する第１損傷速度Ｒ1を第３登録部２０3から獲得する。そして設定部２５は、共通のクラスＣnに分類された第１設備状態Ｑ1の集合体において、第１運転状態値Ｐ1及び第１損傷速度Ｒ1の組み合わせの関係を表す特性関数ｆnを設定する。これにより、複数のクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）の各々毎に、特性関数ｆn（ｎ＝１～Ｎ）が設定されることになる。
【0032】
ここで、ブレード３４の損傷速度Ｒは、運転状態値ＰとクラスＣnとをそれぞれ独立変数として、次の特性関数ｆnの一般式で表される（数（１）式）。なおここで、クラスＣn（数（２）式）は、設計情報Ｄと保守情報Ｋを独立変数として関数ｇで連続的に表した設備状態Ｑ（数（３）式）を、区分毎に定数で階段状に表す階段関数で変換したものとして表される。
Ｒ＝ｆn（Ｐ，Ｃn） （１）
Ｃn＝[Ｑ]n （２）
Ｑ＝ｇ（Ｄ，Ｋ） （３）
Ｒ＝ｆn（Ｐ，Ｃn） （１）
Ｃn＝[Ｑ]n （２）
Ｑ＝ｇ（Ｄ，Ｋ） （３）
【0033】
図３は、蒸気タービン４０の運転状態値Ｐとブレード３４の損傷速度Ｒとの対応関係を表した特性関数ｆnのグラフである。ここで、横軸の運転状態値Ｐは、感覚的に理解し易いように、ブレード３４に噴射される「蒸気流量」と表している。また、特性関数ｆn（ｎ＝１～Ｎ）の各々も、感覚的に理解し易いように、固体粒子が多量・中量・少量に分類したクラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）の各々に対応させている。
【0034】
第２特定部３２は、現時点ｔMで取得された検出データ１６ｂに基づいて、蒸気タービン４０の第２運転状態値Ｐ2を特定する。つまり、第２特定部３２は、運転中の蒸気タービン４０の第２運転状態値Ｐ2をリアルタイムで特定する。これにより、ベースロード運転を前提条件とせずに、調整火力としてダイナミックに変化する第２運転状態値Ｐ2を正確に追従させることができる。さらにクラスＣn毎に、特性関数ｆnが準備されているので、ダイナミックに変化する第２運転状態値Ｐ2に応じて、ブレード３４の第２損傷速度Ｒ2を正確に追従させることができる。
【0035】
解析部２７は、第２設備状態Ｑ2に対応するクラスＣnに設定された特性関数ｆnに基づいて第２運転状態値Ｐ2に対応する第２損傷速度Ｒ2を解析する。火力発電プラント３０の連続する運転期間においては、第２設備状態Ｑ2の分類されるクラスＣnが、不変であるとみなすこともできるし、変化するとみなすこともでる。また、運転期間を挟む保守期間に実施された内容（実施されない場合も含む）に従って、第２設備状態Ｑ2の分類されるクラスＣn（特性関数ｆn）を維持・変更させることができる。
【0036】
計算部４５は、第２損傷速度Ｒ2に基づいてブレード３４の損傷量Ｕを計算するものである。損傷量Ｕの計算は、具体的には、解析部２７で得られた第２損傷速度Ｒ2を時間積分することにより得られる。
【0037】
図４はブレード３４の運転に伴う損傷量Ｕの経時変化を示すグラフである。評価部４６は、損傷量Ｕに基づいて、ブレード３４の交換時期ｔcを評価する。具体的には、ブレード３４の機械強度の安全性が確保される損傷量Ｕの限界値を閾値Ｅとして、この閾値Ｅに対応するグラフ上の時間をブレード３４の交換時期ｔcと評価する。
【0038】
さらに評価装置１０は、将来の運転計画に基づいて、第２運転状態値Ｐ2をシミュレーションし、第２損傷速度Ｒ2を解析し予測することができる。さらに予測した第２損傷速度Ｒ2に基づいて、さらに、損傷量Ｕや交換時期ｔcを推測することができる。
【0039】
また評価装置１０は、運転期間を挟む保守期間が到来する度に、設計情報Ｄ及び保守情報Ｋを更新させる更新部（図示略）を備えている。さらに、運転期間が終了し保守期間を挟んで次の運転期間が到来した時は、現時点ｔMの検出データ１６ｂは、過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ）の検出データ１６ａとして第２特定部３２で特定することができる。このとき、第２特定部３２は、現時点ｔM+1の検出データ１６ｂを特定することになる。
【0040】
図５のフローチャートに基づいて、実施形態に係るブレード損傷評価方法の工程及びブレード損傷評価プログラムのアルゴリズムを説明する（適宜、図１及び図２参照）。まず、蒸気タービン４０及びその周辺機器に関する設計情報Ｄ、固体粒子の削減に寄与する作業履歴に関する保守情報Ｋを登録する（Ｓ１１）。
【0041】
そして、センサ１７の検出データ１６を取得して保存する（Ｓ１２）。設計情報Ｄ及び保守情報Ｋに基づき、複数の過去時点ｔm（ｍ＝１～Ｍ－１）における蒸気タービン４０の第１設備状態Ｑ1を識別し（Ｓ１３）、クラスＣn（ｎ＝１～Ｎ）に分類する（Ｓ１４）。
【0042】
次に、過去時点ｔmで取得された検出データ１６ａに基づき、蒸気タービン４０の第１運転状態値Ｐ1を特定する（Ｓ１５）。そして、過去時点ｔmにおけるブレード３４の第１損傷速度Ｒ1を獲得し（Ｓ１６）、複数のクラスＣnの各々毎に、第１運転状態値Ｐ1と第１損傷速度Ｒ1との関係を表す特性関数ｆn（ｎ＝１～Ｎ）を設定する（Ｓ１７）。
【0043】
次に、設計情報Ｄ及び保守情報Ｋに基づき、蒸気タービン４０の現時点ｔMの第２設備状態Ｑ2を識別する（Ｓ１８）。そして、現時点ｔmで取得された検出データ１６ｂに基づいて、蒸気タービン４０の第２運転状態値Ｐ2を特定する（Ｓ１９）。さらに、第２設備状態Ｑ2に対応するクラスＣnに設定された特性関数ｆnに基づいて（図３参照）、第２運転状態値Ｐ2に対応する現時点ｔMの第２損傷速度Ｒ2を解析する（Ｓ２０）。さらに、この第２損傷速度Ｒ2に基づいて、ブレード３４の現時点ｔMの損傷量Ｕ及びブレード３４の交換時期ｔcの評価が行なわれる（Ｓ２１）。
【0044】
そして、現時点ｔmの運転期間が終了するまで（Ｓ１８）から（Ｓ２１）までのフローが繰り返される（Ｓ２２ Ｎｏ Ｙｅｓ）。そして、保守期間を挟み次の運転期間で現時点ｔmが再開したところで（Ｓ１１）から（Ｓ２２）までのフローが繰り返され（Ｓ２３ Ｙｅｓ）、運転期間が再開されない場合は終了する（Ｓ２３ Ｎｏ，ＥＮＤ）。
【0045】
以上述べた少なくともひとつの実施形態のブレード損傷評価装置によれば、過去時点のセンサ検出データ、設計情報、保守情報、損傷速度の相互関係を明らかにし、現時点のセンサ検出データ、設計情報、保守情報に基づいてブレードの損傷速度を解析することで、ダイナミックに変化する運転条件で運用されるタービンのブレード損傷を正確に評価する技術を提供することが可能となる。なお本実施形態では蒸気タービンで説明したがガスタービン等でも同様に本発明に適用することが可能である。
【0046】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【0047】
以上説明したブレード損傷評価装置は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。このためブレード損傷評価装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、ブレード損傷評価プログラムにより動作させることが可能である。
【0048】
またブレード損傷評価プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供するようにしてもよい。
【0049】
また、本実施形態に係るブレード損傷評価プログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしてもよい。また、ブレード損傷評価装置は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワーク又は専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。
【符号の説明】
【0050】
１０…ブレード損傷評価装置、１５…取得部、１６（１６ａ，１６ｂ）…検出データ、１７…センサ、２０…登録部、２１…第１識別部、２２…第２識別部、２５…設定部、２６…分類部、２７…解析部、３０…発電プラント、３１…第１特定部、３２…第２特定部、３３…ロータ、３４…ブレード、３５…ボイラ、３６…ケーシング、３７…発電機、３８…復水器、３９…冷却水、４０…蒸気タービン、４３…燃料、４４…主蒸気配管、４５…計算部、４６…評価部、４７…液媒（復水）、４８…蒸気、５１…運転状態値、５５…熱交換器、５６…給水配管、Ｄ…設計情報、Ｋ…保守情報、Ｕ…損傷量、Ｑ1…第１設備状態、Ｑ2…第２設備状態、Ｐ1…第１運転状態値、Ｐ2…第２運転状態値、Ｒ1…第１損傷速度、Ｒ2…第２損傷速度、ｔm…過去時点、ｔM…現時点、Ｃn…クラス、ｆn…特性関数。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】