特開 2024-159152 劣化評価装置、劣化評価システム、劣化評価方法及びプログラム

(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】P2024159152

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】劣化評価装置、劣化評価システム、劣化評価方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20241031BHJP

   G01N 17/00 20060101ALI20241031BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20241031BHJP

   F01D 21/00 20060101ALI20241031BHJP

   F01D 21/10 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G01M99/00 A

G01N17/00

F01D25/00 W

F01D25/00 V

F01D21/00 U

F01D21/00 W

F01D21/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074962

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】平川 裕一

(72)【発明者】

【氏名】福島 寛明

(72)【発明者】

【氏名】山口 亮

【テーマコード（参考）】

2G024

2G050

3G071

【Ｆターム（参考）】

2G024AD06

2G024AD24

2G024BA12

2G024BA21

2G024BA27

2G024CA13

2G024CA21

2G024CA22

2G024DA09

2G024FA06

2G024FA15

2G050AA01

2G050BA06

2G050BA12

2G050EB01

2G050EB07

3G071BA26

3G071GA02

(57)【要約】

【課題】地熱発電タービン部材の表面劣化状態診断により寿命を把握することができる評価装置を提供する。
【解決手段】評価装置は、タービンの静翼の表面の色と形状を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得する計測データ取得部と、前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応に基づいて前記動翼に生じるピットの許容サイズを算出する許容ピットサイズ算出部と、前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生したピットのサイズと、前記許容サイズとに基づいて、前記動翼の寿命を評価する評価部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンの静翼の表面の色と形状を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得する計測データ取得部と、
前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応力に基づいて前記動翼に生じる腐食ピットの許容サイズを算出する許容ピットサイズ算出部と、
前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生した腐食ピットのサイズと、前記許容サイズとに基づいて、前記動翼の寿命を評価する評価部と、
を備える劣化評価装置。

【請求項2】

前記許容ピットサイズ算出部は、前記スケールの付着により狭まった静翼間の隙間量に基づいて前記励振力を算出し、前記励振力に基づいて前記動翼の振動応力を解析する、
請求項１に記載の劣化評価装置。

【請求項3】

前記許容ピットサイズ算出部は、前記振動応力と、応力および腐食ピットサイズに基づいて疲労き裂進展下限界の応力拡大係数範囲を算出する所定の計算式と、前記動翼について予め定められた前記応力拡大係数範囲の値とに基づいて、前記許容サイズを算出する、
請求項１又は請求項２に記載の劣化評価装置。

【請求項4】

前記許容ピットサイズ算出部は、前記振動応力の分布に基づいて区分された前記動翼の領域毎に前記許容サイズを算出する、
請求項１又は請求項２に記載の劣化評価装置。

【請求項5】

前記評価部は、前記領域毎に前記許容サイズと、前記動翼計測データに基づいて算出された前記領域毎の前記腐食ピットのサイズとを前記領域毎に比較して、何れかの前記領域で前記腐食ピットのサイズが前記許容サイズを上回っていれば、前記動翼は寿命を迎えたと評価する、
請求項４に記載の劣化評価装置。

【請求項6】

前記評価部は、前記領域毎に前記許容サイズと、前記動翼計測データに基づいて算出された前記領域毎の前記腐食ピットのサイズとを前記領域毎に比較して、全ての前記領域で前記腐食ピットのサイズが前記許容サイズ以下であれば、前記動翼は寿命を迎えていないと評価する、
請求項４に記載の劣化評価装置。

【請求項7】

前記許容サイズと、所定時間経過後の腐食ピットのサイズを算出する所定の計算式または過去の計測結果を用いた補正式と、に基づいて、前記動翼に生じた前記腐食ピットのサイズが前記許容サイズに到達するまでの時間を予測する予測部と、
をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の劣化評価装置。

【請求項8】

前記許容サイズと、所定時間経過後の腐食ピットのサイズを算出する所定の計算式または過去の計測結果を用いた補正式と、に基づいて、前記動翼に生じた前記腐食ピットのサイズが前記許容サイズに到達するまでの時間を予測する予測部と、
をさらに備える請求項６に記載の劣化評価装置。

【請求項9】

前記タービンの車室を開放せずに前記タービンの静翼および動翼の表面を計測する計測装置と、
請求項１又は請求項２に記載の劣化評価装置と、
を備える劣化評価システム。

【請求項10】

前記計測装置は、カメラ又は３次元計測器を備える、ボアスコープ、多関節ロボット、小型のロボットのうちの何れかを含む、
請求項９に記載の劣化評価システム。

【請求項11】

タービンの静翼の表面の色と形状を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得するステップと、
前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応力に基づいて前記動翼に生じる腐食ピットの許容サイズを算出するステップと、
前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生した腐食ピットのサイズと、前記許容サイズとに基づいて、前記動翼の寿命を評価するステップと、
を有する劣化評価方法。

【請求項12】

前記タービンの車室を開放せずに前記静翼および前記動翼の表面を計測するステップ、をさらに有し、
前記取得するステップでは、前記計測するステップで計測した前記静翼計測データと前記動翼計測データとを取得する、
請求項１１に記載の劣化評価方法。

【請求項13】

コンピュータに、
タービンの静翼の表面の色と形状を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得するステップと、
前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応力に基づいて前記動翼に生じる腐食ピットの許容サイズを算出するステップと、
前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生した腐食ピットのサイズと、前記許容サイズとに基づいて、前記動翼の寿命を評価するステップと、
を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、地熱発電タービン部材表面の劣化評価装置、劣化評価システム、劣化評価方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

地熱発電プラントでは、生産井を通じて地中から水蒸気を取り出し、取り出した水蒸気を蒸気タービンへ送って発電を行う。地熱蒸気・熱水に含まれる不純物が各種機器においてスケールの堆積や金属材料の腐食の原因となるため、表面の腐食ピット生成、腐食減肉、応力腐食割れ等の部品の劣化や、スケール付着による性能低下など、経年的な変化が生じる。また、地熱発電では、火力発電と比較して使用する蒸気のエンタルピーが低く、蒸気タービン入口でほぼ飽和蒸気であり、下流での湿り度も高くエロージョンが発生しやすい。従って、地熱発電プラントでは、地熱蒸気に対する前述の機器の経年変化を監視して、プラントの信頼性を確保する技術が重要である。これに対し、特許文献１には、地熱発電プラントの蒸気タービンに供給される蒸気に含まれるスケールを測定し、その測定結果に基づいて適切な量および種類のスケール抑制剤を噴霧する制御が開示されている。しかし、スケール抑制剤を噴霧することにより部品の寿命を延ばすことはできても、部材の損傷や性能低下を完全に防ぐことはできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１２４５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

地熱発電プラントを安定して運用するためには、事前に計画的に故障や性能低下への対策を講じることができるように、蒸気タービン部材表面の劣化状況を定量的に評価・監視できるようにする必要がある。

【0005】

本開示は、上記課題を解決することができる劣化評価装置、劣化評価システム、劣化評価方法及びプログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の劣化評価装置は、タービン部材の静翼や動翼などの表面状態の撮影・計測データを取得する計測データ取得部と、腐食ピット、エロージョン量、微小な亀裂長さ等の評価対象表面の劣化度合いを画像診断等により定量化し、劣化の進展速度を予測して取り替えまでの許容値に達するまでの寿命を算出する評価部と、を備える。
以降、タービン動翼表面の腐食ピット評価を例にした寿命評価システムについて述べるが、これに限られたものでなく、表面検査によりタービン部材の劣化を検出できる事象として、例えば水滴による低圧タービン動翼前縁やケーシングのエロージョン評価、タービンロータ表面の疲労き裂評価などへの適用が考えられる。

【0007】

本開示の劣化評価システムは、前記タービンの車室を開放せずに前記タービンの静翼および動翼の表面を計測する計測装置と、上記の評価装置とを備える。

【0008】

本開示の劣化評価方法は、タービンの静翼の表面を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得するステップと、前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応力に基づいて前記動翼に生じるピットの許容サイズを算出するステップと、前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生した腐食ピットのサイズと、前記許容サイズとに基づいて、前記動翼の寿命を評価するステップと、を有する。

【0009】

本開示のプログラムは、コンピュータに、タービンの静翼の表面を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得するステップと、前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応力に基づいて前記動翼に生じる腐食ピットの許容サイズを算出するステップと、前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生した腐食ピットのサイズと、前記許容ピットサイズとに基づいて、前記動翼の寿命を評価するステップと、実行させる。

【発明の効果】

【0010】

上述の劣化評価装置、劣化評価システム、劣化評価方法及びプログラムによれば、蒸気タービン部材表面の劣化状態に基づいた取替寿命を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る地熱発電プラントの一例を示す模式図である。

【図2】実施形態に係る動翼の腐食ピット生成に伴う寿命評価装置の一例を示すブロック図である。

【図3】実施形態に係る静翼のスケール付着に伴う隙間状況の一例を示す模式図である。

【図4】実施形態に係る動翼に生じる腐食ピットの成長によるき裂発生プロセスの模式図である。

【図5】実施形態に係る動翼に生じる応力分布の解析結果の一例を示す図である。

【図6】実施形態に係る領域毎の許容ピットサイズと腐食ピットの計測結果の一例を示す図である。

【図7】実施形態に係る寿命評価処理の一例を示すフローチャートである。

【図8】実施形態に係る評価装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の評価装置について、図１～図８を参照して説明する。
（地熱発電プラントの構成）
図１は、実施形態に係る地熱発電プラントの一例を示す模式図である。地熱発電プラント１００は、気水分離器１と、フラッシャー２と、蒸気タービン３と、発電機４と、復水器５と、冷却塔６と、評価装置１０と、計測装置２０と、を含む。気水分離器１は、生産井ＰＷを通じて地中から汲み上げられた温水を蒸気と熱水に分離する。分離後の蒸気は蒸気タービン３へ送られ、分離後の熱水はフラッシャー２へ送られる。フラッシャー２は、気水分離器１から供給された熱水を減圧し、蒸気を発生させる。フラッシャー２にて発生した蒸気は蒸気タービン３へ送られ、残りの熱水は還元井ＪＷを通じて地中へ戻される。蒸気タービン３は、静翼３１と動翼３２とロータ３３を備えており、気水分離器１とフラッシャー２から供給された蒸気が静翼３１と動翼３２を交互に流れることにより、ロータ３３が回転する。ロータ３３に接続された発電機４は、ロータ３３の回転により回転駆動し、発電する。ロータ３３の回転に用いられた蒸気は蒸気タービン３が排出される。排出された蒸気は、復水器５にて冷却塔６から供給された冷却水で凝縮されて温水となり、冷却塔６へ送られる。冷却塔６へ送られた温水は、冷却塔６で冷却されて冷却水となり、復水器５へ送られる。

【0013】

評価装置１０は、蒸気タービン３の運転停止時に、計測装置２０を使って、静翼３１、動翼３２の状態を計測し、これらの計測結果に対する評価を組み合わせて、蒸気タービン３の寿命を評価する。一般に、静翼３１や動翼３２の状態評価は、定期点検などの蒸気タービンの車室を開放する機会に行われる。しかし、車室を開放する機会は限られているため状態評価の間隔が長期化すると、次に車室を開放する機会が来る前に故障が発生したり、車室開放時に重大な損傷が発見されて復旧に時間が掛かったりするようなことが起こり得る。これに対し、本実施形態では、蒸気タービン３の運転停止時に車室を開放せずに、蒸気タービン３のケーシングに設けられた静翼３１の洗浄穴３４やタービン最終段後方のマンホール穴などを利用して、計測装置２０をケーシング内に挿入する。そして、計測装置２０によって、静翼３１や動翼３２の表面の形状や色などを撮影・計測し、その撮影・計測結果に基づいて状態評価を行う。これにより、静翼３１および動翼３２の点検頻度を高くし、異常等の早期発見、状態評価の精度向上に結び付ける。計測装置２０は、カメラや３次元計測器等のセンサ部を備え、車室を開放せずにセンサ部を車室内部へ挿入してモニタリングできる、例えば、ボアスコープ、多関節のアーム型ロボット、小型の検査ロボットなどの装置である。ボアスコープや検査ロボット等を制御して、センサ部を注目箇所へ接近させて、注目箇所の計測を行ってもよいし、カメラによって静翼３１、動翼３２の全周を撮影して定点カメラ画像を計測してもよい。本実施形態では、計測装置２０を使って、静翼３１や動翼３２表面の様子を計測し、動翼３２に発生した腐食ピットや静翼３１に付着したスケールおよび翼と翼の隙間へのスケール付着の影響を計測する。

【0014】

図２に実施形態に係る評価装置１０の機能構成の一例を示す。評価装置１０は、計測装置２０が計測した計測データに基づいて、静翼３１や動翼３２の状態評価を行い、それらの寿命を評価、予測する。図示するように、評価装置１０は、計測データ取得部１１と、入力受付部１２と、制御部１３と、出力部１４と、記憶部１５と、を備える。
計測データ取得部１１は、計測装置２０が計測した計測データ（例えば、画像データや３次元点群データなど）を取得する。
入力受付部１２は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置を用いて入力された指示情報や設定情報などを受け付ける。

【0015】

制御部１３は、蒸気タービン３の寿命を評価する処理を制御する。制御部１３は、隙間量算出部１３１と、許容ピットサイズ算出部１３２と、ピットサイズ算出部１３３と、評価部１３４と、予測部１３５と、を備える。

【0016】

隙間量算出部１３１は、静翼３１の翼間の隙間の大きさを算出する。隙間の大きさは、隙間を通過した蒸気等が動翼３２に与える励振力と関係する。図３に静翼３１の模式図を示す。静翼３１には所定の間隔で複数の翼３１１が配置されている。図３に示す翼３１１の領域３１１ａはスケールが付着している領域である。例えば、隙間量算出部１３１は、静翼３１を撮影した画像データからパターンマッチング等によりスケールを検出し、スケールの付着量、翼３１１の隙間量を算出する。例えば、隙間量算出部１３１は、静翼３１を撮影した画像データから静翼３１の個々の翼３１１の形状を特定するための特徴点を数点決定し、３次元CADデータ上の当該特徴点との一致度の良い角度から画像の撮影角度を推定することにより、撮影画像上の各翼３１１間の隙間の大きさから図３に模式的に示す最小隙間量３１２を算出する。
なお、スケールの付着量や隙間量は、別途、解析者が計測装置２０による静翼３１の寸法計測データを解析して算出してもよい。この場合、解析者は、解析結果の隙間量を評価装置１０へ入力し、入力受付部１２が、入力された隙間量を取得する。

【0017】

図４に腐食ピットを起点とした腐食疲労のプロセスを示す。腐食ピットが成長し限界寸法を超えると、き裂に遷移する限界ピット条件が破壊力学的に決まることが公知文献で示されている。この限界寸法を以後、許容ピットサイズと呼ぶ。許容ピットサイズ算出部１３２は、隙間量算出部１３１が算出した隙間量に基づいて動翼３２に発生するピットサイズ（表面径）の限界値（許容ピットサイズ）を算出する。例えば、許容ピットサイズ算出部１３２は、隙間量算出部１３１が算出した隙間量から動翼３２への励振力がどれぐらい増大するかを推定する。例えば、ＦＥＭ（有限要素法）等による蒸気タービン３の物理モデルを用いた解析結果や、実機を用いた試験等の結果から、予め隙間量と励振力の関係を解析しておく。例えば、スケールが付着していない状態の隙間量を「１」、そのときの励振力を「１」とした場合に、スケールの付着により隙間量が０．９となると励振力がＸ_１倍となり、隙間量が０．８となると励振力がＸ_２倍となり、・・・、といった対応関係を予め解析しておく。許容ピットサイズ算出部１３２は、この対応関係と、励振力の初期値（スケールが付着していない状態での励振力であり、例えば、設計時に物理モデルを用いた解析により算出されている。）に基づいて、隙間量に応じた励振力を推定する。次に許容ピットサイズ算出部１３２は、動翼３２の物理モデルを用いて、励振力を受けた動翼３２が振動するときに加わる振動応力を算出する。図５に動翼３２に生じる応力分布の解析結果の一例を示す。図５の出典元は、蒸気タ-ビン超長大最終翼群3600rpm-50IN/3000rpm-60IN の開発、福田 寿士 他、三菱重工技報 Vol.46 No.2 (2009)である。図５に示す翼３２１は、動翼３２を構成する複数の翼のうちの１つである。ＦＥＭ等の物理モデルを使って、静応力や励振力から動翼に加わる振動応力を求める方法は、公知であり、応力分布の解析により、図５に例示するような応力分布を色別に表示した解析結果を得ることができる。翼３２１の外周端付根付近の部位３２１ａや、プラットフォーム付根付近の部位３２１ｂなどの曲面を有するR部には応力集中しやすく、その他の平坦な部位３２１ｃと比較して高応力となる。低応力の部位３２１ｃよりも、高応力の部位３２１ａや部位３２１ｂの方が許容ピットサイズは小さくなり、翼の部位により許容ピットサイズは異なる。具体的には、翼３２１の応力分布に基づいて、許容ピットサイズ算出部１３２は、ピットを表面半だ円き裂としてモデル化した応力拡大係数範囲ΔＫの算出式から、翼３２１に発生したピットがき裂に遷移する限界ピット条件（許容ピットサイズ）を算出する。応力拡大係数範囲ΔＫは、以下の式（１）で算出されることが知られている。

【0018】

【数1】

【0019】

ここでσaは動翼３２に生じる応力であり、σaには応力解析結果を適用することができる。Qは形状係数、腐食ピットの表面径2c、深さa、αはピットのアスペクト比a/cである。また、腐食ピットからき裂進展に移行する下限界条件ΔＫの値は、腐食環境に応じて実験や過去の経験から予め判明しており、上記の式（１）と応力解析結果と予め判明しているΔＫから、ピットサイズｃの限界値（許容ピットサイズ）を算出することができる。このとき、応力は翼３２１の部位によって異なることから、例えば、図４に例示する領域ごと（例えば、領域１、領域２、・・・）に許容ピットサイズ（例えば、ｃ_１、ｃ_２）を算出する。なお、許容ピットサイズは、許容ピットサイズ算出部１３２が算出したピットサイズの限界値に所定のオフセット値を加えた値としてもよい。

【0020】

ピットサイズ算出部１３３は、動翼３２の計測データから動翼３２に生じたピットサイズ（表面径）を算出する。例えば、ピットサイズ算出部１３３は、動翼３２を撮影した画像データからパターンマッチング等により、ピットを検出し、そのピットの直径を画像処理により算出する。ピットサイズ算出部１３３は、ピットが写った部分の色や形状などから、画像データに写るピットを検出し、その大きさ（直径）を算出する。あるいは、計測装置２０が３次元計測器であって、計測データ取得部１１がピットの３次元点群データを取得した場合、ピットサイズ算出部１３３は、３次元点群データからピットを検出し、検出したピットの最大径をピット径として算出してもよい。
なお、ピットサイズは、別途、解析者が計測装置２０による動翼３２の計測データを解析して算出してもよい。この場合、解析者は、解析結果のピットサイズを評価装置１０へ入力し、入力受付部１２が、入力されたピットサイズを取得する。

【0021】

評価部１３４は、許容ピットサイズ算出部１３２が算出した許容ピットサイズとピットサイズ算出部１３３が計測データに基づいて算出したピットサイズとを比較して、動翼３２の寿命を評価する。例えば、算出したピットサイズの値が許容ピットサイズを上回っていれば、評価部１３４は、動翼３２は取替寿命を迎えたと評価する。例えば、算出したピットサイズの値が許容ピットサイズ以下であれば、評価部１３４は、静翼３１および動翼３２は取替寿命を迎えておらず継続使用可能であると評価する。例えば、図６に示すように、翼３２１の領域１、２の許容ピットサイズがそれぞれＸ１（ｍｍ），Ｘ３（ｍｍ）、ピットサイズ算出部１３３が算出した領域１、２に発生したピットサイズの最大値がそれぞれＸ２（ｍｍ）、Ｘ４（ｍｍ）のとき、Ｘ１＜Ｘ２又はＸ３＜Ｘ４であれば、評価部１３４は、動翼３２は寿命を迎えたと評価する。Ｘ１＞Ｘ２およびＸ３＞Ｘ４であれば、評価部１３４は、動翼３２は寿命を迎えていないと評価する。

【0022】

予測部１３５は、動翼３２の寿命を予測する。例えば、図４に示すピット成長の領域では、あるピットについてのピットサイズ２ｃの進展は次式（２）で計算することができる。
2c＝Cp・ｔ^β ・・・・（２）
なお、図４の出典元は、腐食ピット成長に基づく腐食疲労き裂発生余寿命予測、近藤良之、日本機械学会論文集（A編）５３巻４９５号（昭６２－１１）である。

【0023】

ここで2cは伸展後のピットサイズ、Cpは所定の係数、ｔは時間である。上記の式（２）に示すようにピットサイズ2cは、時間のβ乗に比例して大きくなり、例えばβは１／３乗で整理できる結果が公知文献に示されているが、より正確には本手法による評価対象部位のピットサイズ計測結果を蓄積してβの値を決定しても良い。（このようにして決定したβを用いた式（２）は過去の計測結果を用いた補正式の一例である。）予測部１３５は、許容ピットサイズ算出部１３２によって算出される許容ピットサイズと、式（２）とにより算出されるピットサイズにより、あるピットのピットサイズが許容ピットサイズに成長するまでに要する時間を算出する。例えば、図６に示すように、予測部１３５は、翼３２１の領域１に発生したピットの現在のピットサイズＸ２と、許容ピットサイズＸ１と、式（２）により、現在のピットサイズＸ２（ｍｍ）がＸ１（ｍｍ）に至るまでの時間である残寿命Ｙ１（ｈ）を算出する。同様に、予測部１３５は、領域２に発生したピットの現在のピットサイズＸ４と、許容ピットサイズＸ３と、式（２）により、残寿命Ｙ２（ｈ）を算出する。そして、予測部１３５は、Ｙ１（ｈ）とＹ２（ｈ）のうち短い方を、評価対象の翼３２１の残寿命として算出する。

【0024】

出力部１４は、計測データ取得部１１が取得した画像データ、隙間量算出部１３１が算出した翼３１１ごとのスケールの付着量および隙間量、許容ピットサイズ算出部１３２が算出した領域ごとの許容ピットサイズ、評価部１３４による評価結果、予測部１３５が予測した残寿命などを表示装置や電子ファイルへ出力する。
記憶部１５は、計測データ取得部１１や入力受付部１２が取得した各種データ、寿命評価処理中の各種データ、領域毎の応力拡大係数範囲ΔＫの値などを記憶する。

【0025】

（動作）
次に図７を参照して、寿命評価処理の手順の一例について説明する。
図７は、実施形態に係る寿命評価処理の一例を示すフローチャートである。
まず、計測データ取得部１１が、静翼３１および動翼３２の計測データを取得する（ステップＳ１１）。計測データには、静翼３１および動翼３２の１周分の計測結果が含まれていてもよいし、全周のうちの一部分の計測結果のみが含まれていてもよい。以下のステップＳ１２～ステップＳ１７、ステップＳ２０の処理は、取得された計測結果の全てについて実行されてもよいし、一部についてのみ（例えば最もクリティカルな計測結果）実行されてもよい。計測データ取得部１１は、取得した計測データを記憶部１５に記録する。

【0026】

次にユーザが、寿命評価処理の実行を評価装置１０へ指示すると、入力受付部１２がこの指示情報を取得し、制御部１３に寿命評価処理の開始を指示する。すると、隙間量算出部１３１が、静翼３１の隙間量を算出する（ステップＳ１２）。例えば、隙間量算出部１３１は、ステップＳ１１で取得された計測データに基づいて、翼３１１出口の背側と腹側の隙間３１２を撮影した画像データと、翼３１１の３次元CADデータとを活用して隙間量を算出する。隙間量算出部１３１は、算出した隙間量を記憶部１５に記録する。次に許容ピットサイズ算出部１３２が、励振力を算出する（ステップＳ１３）。許容ピットサイズ算出部１３２は、ステップＳ１２で算出された隙間量に基づいて、スケール付着により隙間量が狭くなった影響で、動翼３２に生じる励振力がどの程度増大するかを評価する。例えば、許容ピットサイズ算出部１３２は、静翼３１と動翼３２の３次元モデルに基づく動的解析により励振力を解析する。あるいは、隙間量と励振力を対応付けたデータを蓄積しておき、隙間量を入力すると励振力を出力するモデルを機械学習などにより構築する。そして、許容ピットサイズ算出部１３２は、ステップＳ１２で算出された隙間量と予め構築された学習済みモデルに基づいて、励振力を算出してもよい。次に許容ピットサイズ算出部１３２は、動翼の振動応力を推定する（ステップＳ１４）。例えば、許容ピットサイズ算出部１３２は、動翼３２の３次元モデルに基づいて、ステップＳ１４で評価した励振力を与えたときの動翼３２の振動応力解析を行い、動翼３２を構成する翼３２１に生じる応力を算出する。次に、許容ピットサイズ算出部１３２は、ステップＳ１４で推定した振動応力と、腐食ピットからき裂進展に移行する下限界応力拡大係数範囲ΔＫの既知の値と、上記した式（１）により、許容ピットサイズを算出する（ステップＳ１５）。許容ピットサイズ算出部１３２は、翼３２１の領域毎（図５の領域１、領域２など）に許容ピットサイズを算出してもよい。許容ピットサイズ算出部１３２は、算出した許容ピットサイズを記憶部１５に記録する。

【0027】

ステップＳ１２～ステップＳ１５の処理と並行して、ピットサイズ算出部１３３は、動翼３２表面の腐食ピットサイズを算出する（ステップＳ１６）。ピットサイズ算出部１３３は、ステップＳ１１で取得した計測データから動翼３２に発生したピットを検出し、そのピットサイズを算出する。ピットサイズ算出部１３３は、翼３２１の領域毎（図４の領域１、領域２など）に最大ピットサイズを算出してもよい。ピットサイズ算出部１３３は、算出したピットサイズを記憶部１５に記録する。

【0028】

次に評価部１３４が、ステップＳ１６で算出されたピットサイズが許容ピットサイズ以下かどうかを判定する（ステップＳ１７）。領域毎に許容ピットサイズが算出された場合、評価部１３４は、領域毎にこの判定を行い、一つでもステップＳ１６で算出されたピットサイズが許容ピットサイズ以下でない領域が存在すれば、算出されたピットサイズは許容ピットサイズ以下ではないと判定する。評価部１３４が、算出されたピットサイズは許容ピットサイズ以下ではないと判定すると（ステップＳ１７；Ｎｏ）、出力部１４は、静翼３１や動翼３２の交換等を推奨する情報を出力する（ステップＳ１８）。翼３２１に生じたピットのサイズが許容ピットサイズを上回っていれば、その翼３２１にき裂が発生・進展し、故障する可能性がある。従って、出力部１４は、動翼３２の交換を推奨するメッセージ等を表示装置へ出力したり、他装置へ通知したりする。また、動翼３２を故障に導くような励振力を発生させる程スケールが付着している静翼３１についても洗浄等のメンテナンスが必要であると考えられる。従って、出力部１４は、静翼３１の交換等を推奨するメッセージの出力、通知などを行う。地熱発電プラント１００を運用する事業者は、この出力を参照して、車室開放してき裂の有無を確認する詳細点検や、静翼３１や動翼３２の交換を検討する。

【0029】

評価部１３４が、算出されたピットサイズは許容ピットサイズ以下であると判定すると（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、出力部１４は、静翼３１や動翼３２は継続使用可能である旨の情報を出力する（ステップＳ１９）。出力部１４は、動翼３２に生じたピットのピットサイズは許容ピットサイズ以下であって、継続使用可能であることを含むメッセージ等を表示装置へ出力したり、他装置へ通知したりする。また、予測部１３５は、許容ピットサイズと、現在のピットサイズと、上記した式（２）により、翼３２１に発生しているピットのピットサイズが許容ピットサイズに到達するまでの時間（残寿命）を算出する（ステップＳ２０）。より正確には、本手法による評価対象部位のピットサイズ計測結果を蓄積して、式（２）の補正を行っても良い（過去の計測結果を用いた補正式）。予測部１３５は、算出した残寿命を記憶部１５に記録する。次に出力部１４が、予測部１３５によって予測された残寿命を出力する（ステップＳ２１）。このとき、出力部１４は、残寿命と共に、寿命を延長できる対策を提案してもよい。例えば、出力部１４は、スケール付着防止コーティングの実施、ノズル洗浄（静翼３１の洗浄）の実施、スケール抑制剤噴霧などの水質管理の実施を提案する情報を出力してもよい。

【0030】

（効果）
地熱発電プラント１００の蒸気タービン３では、地熱蒸気・熱水に含まれる不純物の影響によって、一般的な火力発電等の場合などと比べて、スケール付着や金属材料の腐食などによる劣化や性能低下など、経年的な変化が生じやすい。これに対し、本実施形態によれば、静翼３１へのスケール付着による影響を考慮した動翼３２の状態評価（ステップＳ１７）や寿命予測（ステップＳ２０）を行う。これにより、厳しい腐食環境下で運転する蒸気タービン３の正確な状態評価が可能になり、故障発生前に動翼３２の残寿命を把握できる可能性が高まる。また、一般的に静翼３１や動翼３２の状態評価は、車室開を伴う点検時の点検結果に基づいて実施される。しかし、車室開放を伴う点検は、プラントの運転停止や点検コストが必要となる為、次の点検までの期間を延長する傾向にあり、それまでの間に故障が発生するリスクが高まる。これに対し、本実施形態によれば、車室開放を伴わない簡易検査や蒸気タービン３の運転停止時を利用して、計測装置２０を車室内に挿入して静翼３１と動翼３２の短期間の表面を計測することにより、静翼３１や動翼３２の劣化状態を評価することができる。評価頻度を高くすることで、静翼３１や動翼３２の変化や異常に早く気づくことができ、また、状態評価や寿命予測の精度を向上することができる。

【0031】

図８は、実施形態に係る評価装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、入出力インタフェース９０４、通信インタフェース９０５を備える。
評価装置１０は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。

【0032】

なお、評価装置１０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各機能部による処理を行ってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

【0033】

以上のとおり、本開示に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、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を意図していない。これらの実施形態は、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、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、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。

【0034】

＜付記＞
各実施形態に記載の劣化評価装置、劣化評価システム、劣化評価方法及びプログラムは、例えば以下のように把握される。

【0035】

（１）第１の態様に係る劣化評価装置は、タービンの静翼の表面の色と形状を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得する計測データ取得部と、前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応力に基づいて前記動翼に生じる腐食ピットの許容サイズを算出する許容ピットサイズ算出部と、前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生した腐食ピットのサイズと、前記許容サイズとに基づいて、前記動翼の寿命を評価する評価部と、を備える。
これにより、静翼と動翼のモニタリング結果に基づいて、動翼の寿命を評価することができる。

【0036】

（２）第２の態様に係る劣化評価装置は、（１）の劣化評価装置であって、前記許容ピットサイズ算出部は、前記スケールの付着により狭まった静翼間の隙間量に基づいて前記励振力を算出し、前記励振力に基づいて前記動翼の振動応力を解析する。
静翼にスケールが付着すると、翼間の隙間が狭まり動翼に加わる励振力が増大する。第２の態様によれば、この増大分を考慮して動翼の寿命を評価することができる。

【0037】

（３）第３の態様に係る劣化評価装置は、（１）～（２）の劣化評価装置であって、前記許容ピットサイズ算出部は、前記振動応力と、応力および腐食ピットサイズに基づいて疲労き裂進展下限界の応力拡大係数範囲を算出する所定の計算式と、前記動翼について定められた前記応力拡大係数範囲の値とに基づいて、前記許容サイズを算出する。
これにより、動翼の寿命評価に必要な許容サイズを算出することができる。

【0038】

（４）第４の態様に係る劣化評価装置は、（１）～（３）の劣化評価装置であって、前記許容ピットサイズ算出部は、前記振動応力の分布に基づいて区分された前記動翼の領域毎に前記許容サイズを算出する。
動翼は領域によって応力が異なる。第３の態様によれば、応力分布に応じた許容サイズを算出することができる。

【0039】

（５）第５の態様に係る劣化評価装置は、（１）～（４）の劣化評価装置であって、前記評価部は、前記領域毎に前記許容サイズと、前記動翼計測データに基づいて算出された前記領域毎の前記腐食ピットのサイズとを前記領域毎に比較して、何れかの前記領域で前記腐食ピットのサイズが前記許容サイズを上回っていれば、前記動翼は寿命を迎えたと評価する。
これにより、動翼が寿命を迎えたかどうかを判定することができる。

【0040】

（６）第６の態様に係る劣化評価装置は、（１）～（５）の劣化評価装置であって、前記評価部は、前記領域毎に前記許容サイズと、前記動翼計測データに基づいて算出された前記領域毎の前記腐食ピットのサイズとを前記領域毎に比較して、全ての前記領域で前記腐食ピットのサイズが前記許容サイズ以下であれば、前記動翼は寿命を迎えていないと評価する。
これにより、動翼が継続使用可能かどうかを判定することができる。

【0041】

（７）第７の態様に係る劣化評価装置は、（１）～（６）の劣化評価装置であって、前記許容サイズと、所定時間経過後の腐食ピットのサイズを算出する所定の計算式または過去の計測結果を用いた補正式と、に基づいて、前記動翼に生じた前記腐食ピットのサイズが前記許容サイズに到達するまでの時間を予測する予測部と、をさらに備える。
これにより、動翼の寿命を予測することができる。

【0042】

（８）第８の態様に係る劣化評価システムは、前記タービンの車室を開放せずに前記タービンの静翼および動翼の表面を計測する計測装置と、（１）～（７）の何れかに記載の評価装置と、を備える。
これにより、車室を開放せずに、動翼の寿命評価を行うことができる。

【0043】

（９）第９の態様に係る劣化評価システムは、（８）の劣化評価システムであって、前記計測装置は、カメラ又は３次元計測器を備える、ボアスコープ、多関節ロボット、小型のロボットのうちの何れかを含む。
これらの計測装置を活用することにより、車室を開放すること無く、車室内部を計測することができる。

【0044】

（１０）第１０の態様に係る劣化評価方法は、タービンの静翼の表面の色と形状を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得するステップと、前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応力に基づいて前記動翼に生じる腐食ピットの許容サイズを算出するステップと、前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生した腐食ピットのサイズと、前記許容サイズとに基づいて、前記動翼の寿命を評価するステップと、を有する。

【0045】

（１１）第１１の態様に係る劣化評価方法は、（１０）の劣化評価方法であって、前記タービンの車室を開放せずに前記静翼および前記動翼の表面を計測するステップ、をさらに有し、前記取得するステップでは、前記計測するステップで計測した前記静翼計測データと前記動翼計測データとを取得する。
これにより、車室を開放せずとも動翼の寿命評価を行うことができる。

【0046】

（１２）第１２の態様に係るプログラムは、コンピュータに、タービンの静翼の表面の色と形状を計測した静翼計測データと、前記タービンの動翼の表面を計測した動翼計測データと、を取得するステップと、前記静翼計測データに基づいて、前記静翼に付着したスケールの影響を考慮した前記動翼へ加わる励振力を算出し、前記励振力によって生じる前記動翼の振動応力を算出し、前記振動応力に基づいて前記動翼に生じる腐食ピットの許容サイズを算出するステップと、前記動翼計測データに基づいて算出された前記動翼に発生した腐食ピットのサイズと、前記許容サイズと、に基づいて、前記動翼の寿命を評価するステップと、を実行させる。

【符号の説明】

【0047】

１００・・・地熱発電プラント
１・・・気水分離器
２・・・フラッシャー
３・・・蒸気タービン
１０・・・評価装置
１１・・・計測データ取得部
１２・・・入力受付部
１３・・・制御部
１３１・・・隙間量算出部
１３２・・・許容ピットサイズ算出部
１３３・・・ピットサイズ算出部
１３４・・・評価部
１３５・・・予測部
１４・・・出力部
１５・・・記憶部
２０・・・計測装置
３１・・・静翼
３２・・・動翼
３３・・・ロータ
３４・・・洗浄穴
４・・・発電機
５・・・復水器
６・・・冷却塔
ＪＷ・・・還元井
ＰＷ・・・生産井
９００・・・コンピュータ
９０１・・・ＣＰＵ
９０２・・・主記憶装置
９０３・・・補助記憶装置
９０４・・・入出力インタフェース
９０５・・・通信インタフェース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】