JP4808110B2 - 損傷評価方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2に記載されている方法では、屈曲部における損傷状況は求めることができるが、蒸気配管全体の損傷状況を評価することはできない。
図1は、本実施形態の損傷判定方法の適用の対象となる発電機の蒸気配管10の一例を示す図である。同図に示すように、発電機の蒸気配管10は、ボイラとタービンを結ぶように設けられており、高温の蒸気による熱応力を緩和させるため、全長数百メートルにも達する。そして、発電機の運転時には、蒸気配管10内を高温の蒸気が流れるため、蒸気配管10には熱応力が作用するため、蒸気配管10にはクリープ損傷が発生しやすい。
図2は、発電所の蒸気配管10を支持するために用いられている主な支持構造の種類を示す図である。同図に示すように、蒸気配管10の支持構造は、リジットハンガ、コンスタントハンガ、防振器支持、レストレイントハンガ、及びスプリングハンガに分類でき、さらに、コンスタントハンガは、ボルト支持、Uベルト支持、及びリング支持に分類することができる。
同図(A)に示すように、ボルト支持100では、蒸気配管10の上部に開口を有する板状の取付部材11が設けられており、この取付部材11の開口にボルト12を挿通させ、鉛直方向に延びる支持部材13に固定することにより、蒸気配管10を支持している。また、支持部材13は、常に一定の荷重で鉛直上方に支持されている。ここで、取付部材11に設けられたボルト12を挿通させるための開口は、ボルト径よりも大きい。このため、蒸気配管10は水平方向に移動する可能性がある。
また、レストレイントハンガでは、蒸気配管10が溶接などにより支持部材に取り付けられており、軸方向についての移動が完全に固定されているが、その他の方向に移動する可能性がある。
また、図6は、スプリングハンガ500の構成を示す図である。同図に示すように、スプリングハンガ500では、コイルばね52を介して蒸気配管10を支持しており、蒸気配管10により作用する荷重に応じて鉛直方向変位が変化する。
図7は、本実施形態の損傷状況の判定方法の流れを示すフローチャートである。
同図に示すように、まず、ステップ100において、蒸気配管10の端部、及び支持構造が設置されている位置における発電機の停止状態(つまり、高温流体が流れていない状態)に対する運動状態(つまり、高温流体が流れている状態)の変位を測定する。また、同時に、支持構造の種類についても調べる。
また、コンスタントハンガのボルト支持100では、蒸気配管10は水平方向に移動する可能性がある。このため、鉛直方向の変位のみを用いることとする。
また、Uベルト支持200では、Uベルト21が変形してしまう。Uベルト支持200では、変位を支持部材22で測定しているため、Uベルト支持200において測定された変位は全方向とも用いないこととする。
また、リング支持300では、蒸気配管10が配管軸方向にスライドする可能性があるため、配管軸方向以外の方向の変位を用いることとする。
なお、スプリングハンガ500では、コイルばね52を介して鉛直方向に支持している。このため、鉛直方向のバネ定数として、コイルばね52の設計値を用いることとする。
また、蒸気配管10の出入り口は、配管中心の座標を固定する(すなわち変位をゼロとする)ものとする。
以上のように選定した変位及び蒸気配管端部における変位を後述するステップ106における境界条件として用いる。
次に、ステップ106において、作成したシェルモデルを用いるとともに、ステップ102で選定された変位を境界条件として与えることによりシェル解析を行う。
ここで、最大主応力又は相当応力が大きいほど、クリープ損傷率が大きくなる。また、溶接部では、溶接線と直角方向に大きな引張応力が作用すると亀裂が発生しやすい。このため、本実施形態では、シェル解析の結果において最大主応力や相当応力の高い部位であり、かつ、溶接線と直角方向に大きな引張応力が作用する部位を、クリープ損傷を評価する対象部位とすることとした。
次に、ステップ112において、シェル解析により得られた解析対象部位に作用する変位及び応力をソリッドモデルの境界値として設定する。
次に、ステップ114において、作成されたソリッドモデルを用いて、有限要素法により3次元弾性クリープ解析を行う。
11 突起部
12 ボルト
13、22、32、51 支持部材
21 Uベルト
31、41 リング
42 防振器
50 リジットハンガ
52 コイルばね
100 ボルト支持
200 Uベルト支持
300 リング支持
400 防振器支持
500 スプリングハンガ
Claims (3)
- 高温流体が流れる配管の損傷の評価方法であって、
前記配管の所定の個所における前記高温流体の流れていない状態に対する前記高温流体の流れている状態での変位を測定する変位測定ステップと、
前記配管全体をシェル要素によりモデル化し、シェルモデルを作成するシェルモデル作成ステップと、
前記測定した変位を境界条件として設定し、前記作成したシェルモデルを用いてシェル解析を行うシェル解析ステップと、
前記シェル解析の結果に基づき、解析対象部位を選定する部位特定ステップと、
前記解析対象部位をソリッドモデルによりモデル化するソリッドモデル作成ステップと、
前記シェル解析により得られた変位及び応力をソリッドモデルの境界値に設定するステップと、
前記モデル化したソリッドモデルを用いた3次元弾性クリープ解析を行い、損傷を評価する3次元解析ステップとを備えることを特徴とする損傷評価方法。 - 請求項1記載の損傷評価方法であって、
前記部位特定ステップは、
前記シェル解析ステップで得られた解析結果において、溶接線を含み、かつ、前記溶接線の直角方向に引張方向に作用する最大主応力又は相当応力が所定値より高い部位を前記解析対象部位として選定することを特徴とする損傷評価方法。 - 請求項1又は2記載の損傷評価方法であって、
前記変位測定ステップは、前記配管端部及び配管を支持する構造が設けられた位置における変位を測定し、
前記シェル解析ステップは、前記配管端部の変位及び前記支持する構造の種類に基づき選定した変位を境界条件として用いることを特徴とする損傷評価方法。
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