こ の 事 業 は 、 競 輪 の 補 助 金 を 受 け て 実 施 し た も の で す 。 URL : http://keirin.jp/
システム技術開発調査研究 １８−Ｒ−１０
価値創造型ものづくり力強化に資する
協調型フロントローディング設計支援技術開発 に関する調査研究
報 告 書
− 要 旨 −
平成 19 年 3 月
財団法人 機械システム振興協会
委託先 社団法人日本産業機械工業会
序
わ が 国 経 済 の 安 定 成 長 へ の 推 進 に あ た り 、 機 械 情 報 産 業 を め ぐ る 経 済 的 、 社 会 的 諸 条 件 は 急 速 な 変 化 を 見 せ て お り 、 社 会 生 活 に お け る 環 境 、 防 災 、 都 市 、 住 宅 、 福 祉 、 教 育 等 、 直 面 す る 問 題 の 解 決 を 図 る た め に は 、 技 術 開 発 力 の 強 化 に 加 え て 、 ま す ま す 多 様 化 、 高 度 化 す る 社 会 的 ニ ー ズ に 適 応 す る 機 械 情 報 シ ス テ ム の 研 究 開 発 が 必 要 で あ り ま す 。
こ の よ う な 社 会 情 勢 に 対 応 し 、 各 方 面 の 要 請 に 応 え る た め 、 財 団 法 人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会 で は 、 日 本 自 転 車 振 興 会 か ら 機 械 工 業 振 興 資 金 の 交 付 を 受 け て 、 機 械 シ ス テ ム の 調 査 研 究 等 に 関 す る 補 助 事 業 、 新 機 械 シ ス テ ム 普 及 促 進 補 助 事 業 を 実 施 し て お り ま す 。 特 に 、 シ ス テ ム 開 発 に 関 す る 事 業 を 効 果 的 に 推 進 す る た め に は 、 国 内 外 に お け る 先 端 技 術 、 あ る い は シ ス テ ム 統 合 化 技 術 に 関 す る 調 査 研 究 を 先 行 し て 実 施 す る 必 要 が あ り ま す の で 、当 協 会 に 総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会（ 委 員 長 政 策 研 究 院 リ サ ー チ フ ェ ロ ー 藤 正 巖 氏 ） を 設 置 し 、 同 委 員 会 の ご 指 導 の も と に シ ス テ ム 技 術 開 発 に 関 す る 調 査 研 究 事 業 を 実 施 し て お り ま す 。
こ の 「 価 値 創 造 型 も の づ く り 力 強 化 に 資 す る 協 調 型 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 開 発 に 関 す る 調 査 研 究 報 告 書 」 は 、 上 記 事 業 の 一 環 と し て 、 当 協 会 が 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 に 委 託 し て 実 施 し た 調 査 研 究 の 成 果 で あ り ま す 。
今 後 、 機 械 情 報 産 業 に 関 す る 諸 施 策 が 展 開 さ れ て い く う え で 、 本 調 査 研 究 の 成 果 が 一 つ の 礎 石 と し て 役 立 て ば 幸 い で あ り ま す 。
平 成 １ ９ 年 ３ 月
財 団 法 人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会
はじめに
本 報 告 書 は 、 財 団 法 人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会 よ り 、 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 が 平 成 18年 度 事 業 と し て 受 託 し た「 価 値 創 造 型 も の づ く り 力 強 化 に 資 す る 協 調 型 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 開 発 に 関 す る 調 査 研 究 」 の 成 果 を ま と め た も の で あ る 。
日 本 の 景 気 は 2002 年 以 来 、4 年 近 く に わ た っ て 回 復 傾 向 を 見 せ て い る 。 製 造 業 に お い て は 、 生 産 が 堅 調 な 伸 び を 見 せ る と と も に 事 業 の 統 廃 合 に よ る 設 備 の 集 約 化 等 が 進 み 、 そ れ ら を 受 け た 好 調 な 企 業 収 益 を 背 景 に 設 備 投 資 を 伸 ば し 、 さ ら に 収 益 を 伸 ば す と い う 好 循 環 が 生 ま れ て い る 。
経 済 成 長 の 牽 引 力 と な っ て い る 我 が 国 の も の づ く り の 強 み は 、 現 場 の 優 秀 な 技 術 者 、 技 能 者 が 設 計 思 想 を 理 解 し 、 も の づ く り 現 場 情 報 を 設 計 に フ ィ ー ド バ ッ ク す る こ と で 、 高 い 精 度 と 信 頼 性 を 有 す る 製 品 を 作 り 上 げ て き た 「 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 」 に あ り 、 も の づ く り 現 場 で の 膨 大 な 知 識 や ノ ウ ハ ウ の 集 積 に 加 え て 、シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 、CAD/CAM/CAE、生 産 管 理 シ ス テ ム 等 に 代 表 さ れ るITの 利 活 用 に よ っ て さ ら な る 効 率 化 、進 化 を 遂 げ て き た 。 今 後 、IT等 の 科 学 技 術 を 取 り 入 れ た も の づ く り で 先 行 し て い る 欧 米 や 、個 々 の 要 素 を 組 み 合 わ せ る こ と に よ っ て 製 品 を 作 る 、 い わ ゆ る 組 み 合 わ せ （ モ ジ ュ ラ ー ） 型 も の づ く り で 急 成 長 し て い る 中 国 に 対 抗 し 、 部 材 か ら 巨 大 機 械 シ ス テ ム ま で 含 め た も の づ く り の 国 際 競 争 力 を 維 持 し 続 け る た め に は 、 現 場 の 個 々 人 の 優 れ た 管 理 能 力 や 技 量 の み に 依 存 せ ず 、 日 本 型 も の づ く り に 適 応 し た 科 学 技 術 、 例 え ば 日 本 の も の づ く り プ ロ セ ス に 合 わ せ た 設 計 ・ 製 造 支 援 シ ス テ ム 等 に よ っ て さ ら に 日 本 型 も の づ く り を 強 化 す る こ と が 必 要 で あ る 。
一 方 、 発 電 所 、 航 空 機 、 ロ ケ ッ ト 等 の 施 設 や 巨 大 な 機 械 シ ス テ ム を 製 造 構 築 し て い く 上 で も っ と も 大 切 な こ と は 、 社 会 と 国 民 の 安 全 ・ 安 心 で あ る 。 こ れ ら は そ の 巨 大 さ ゆ え に 試 作 機 等 に よ る 事 前 の 評 価 が 困 難 で あ り 、 計 測 、 設 計 、 材 料 、 加 工 、 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 、 モ ニ タ リ ン グ 等 の あ ら ゆ る 要 素 技 術 を イ ン テ グ レ ー ト し 、 さ ら に は 過 去 に 経 験 し た 故 障 ・ 事 故 情 報 や 劣 化 診 断 報 告 等 の メ ン テ ナ ン ス 情 報 の 共 有 化 と 活 用 に よ り 、 構 想 段 階 に お い て 機 械 シ ス テ ム の 信 頼 性 に 関 連 す る 要 因 等 を 利 活 用 す る 「 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 」 を 実 現 す る こ と が 重 要 で あ る 。
こ の よ う な 社 会 情 勢 の 中 、 本 調 査 研 究 で は 、「 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 」 と 「 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 」 の 2つ を キ ー ワ ー ド に 、設 計 品 質 の 向 上 、安 全 ・安 心 の 確 保 、 価 値 創 造 型 も の づ く り 力 強 化 に 資 す る 設 計 を 支 援 す る 技 術 開 発 の 動 向 を 調 査 す る と と も に 、 そ の 課 題 と 展 望 を 明 ら か に す る も の で あ る 。本 調 査 研 究 の 成 果 が 、「 強 い 経 済 と 安 心 な 社 会 」を も た ら す 一 助 と な れ ば 幸 い で あ る 。
平 成 19年 3月
社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会
目 次
序
は じ め に
1 調 査 研 究 の 目 的··· 1
2 調 査 研 究 の 実 施 体 制··· 2
3 調 査 研 究 成 果 の 要 約···10
3.1 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 に 関 す る 調 査 研 究··· 10
3.1.1 実 機 対 応 試 験 技 術 の 調 査 ・ 検 討 ··· 10
3.1.2 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAE の 調 査 ・ 検 討··· 27
3.1.3 情 報 活 用 技 術 の 開 発 に 関 す る 調 査 ・ 検 討 ··· 61
3.1.4 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 の 統 合 環 境 に 関 す る 開 発 動 向 調 査··· 79
3.2 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 に お け る 日 本 型 も の づ く り や 設 計 高 度 化 の た め の 設 計 支 援 環 境 に 関 す る 調 査 研 究··· 87
3.2.1 調 査 の 背 景··· 87
3.2.2 標 準 化 IT技 術 の 調 査 ・ 検 討 ··· 92
3.2.3 現 物 融 合 化 IT技 術 の 調 査 ・ 検 討··· 96
3.2.4 コ ラ ボ レ ー シ ョ ン 支 援 IT 技 術 の 調 査 ・ 検 討··· 99
3.2.5 今 後 の 課 題 お よ び 展 開···100
4 調 査 研 究 の 今 後 の 課 題 お よ び 展 開 ··· 104
4.1 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 に 関 す る 調 査 研 究···104
4.1.1 実 機 対 応 試 験 技 術 の 今 後 の 課 題 と 展 望 ···104
4.1.2 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAE の 今 後 の 課 題 と 展 望···107
4.1.3 情 報 活 用 技 術 の 今 後 の 課 題 お よ び 展 開 ··· 111
4.2 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 に お け る 日 本 型 も の づ く り や 設 計 高 度 化 の た め の 設 計 支 援 環 境 に 関 す る 調 査 研 究··· 112
4.3 総 括··· 115
1 調査研究の目的
2005 年 3 月 22 日 第 53 回 総 合 科 学 技 術 会 議 に お い て 策 定 さ れ た 分 野 別 推 進 戦 略 に お い て 、「 も の づ く り 技 術 」 分 野 は 重 点 推 進 分 野 と 位 置 付 け ら れ た 。 そ の 推 進 の た め の 戦 略 重 点 科 学 技 術 と し て 、「 日 本 型 も の づ く り 技 術 を さ ら に 進 化 さ せ る 、 科 学 に 立 脚 し た も の づ く り 可 視 化 技 術 」 が 第 一 番 目 に 取 り 上 げ ら れ た 。 こ の 中 で 、 Ｉ Ｔ や 計 測 分 析 技 術 を ベ ー ス と し て 、 も の づ く り に 関 わ る 現 象 や 問 題 を 科 学 的 に 解 明 し 共 有 化 す る 技 術 開 発 に よ り 、 新 し い 材 料 や 加 工 法 を 積 極 的 に も の づ く り 現 場 に 導 入 す る 等 の プ ロ セ ス イ ノ ベ ー シ ョ ン の 創 出 を 加 速 す る こ と が 必 要 と も 指 摘 さ れ て い る 。
こ の よ う な 背 景 の も と 、 本 調 査 研 究 に お い て は 、 今 後 ま す ま す 多 様 化 し 、 先 鋭 化 す る ニ ー ズ を 満 た す 機 械 シ ス テ ム 製 品 を 設 計 す る た め の 技 術 と し て 、 設 計 に 必 要 と な る 情 報 や デ ー タ を 得 て 、 そ れ ら を 共 有 し 、 そ れ ら の 情 報 を 高 度 に 利 活 用 す る こ と が 可 能 な 設 計 支 援 技 術 の 仕 組 み ・ 枠 組 み ・ 要 素 技 術 に つ い て 、 技 術 開 発 動 向 を 調 査 す る と と も に 、 そ の 実 現 可 能 性 に つ い て 調 査 研 究 を 実 施 す る こ と を 目 的 と す る 。
す な わ ち 、 多 種 多 様 な デ ー タ ･情 報 や 知 識 を 、 そ の も の づ く り に 関 わ る 多 数 の 人 間 が 新 た な 設 計 （ 製 品 設 計 ・ プ ロ セ ス 設 計 ） 等 に 利 活 用 す る （ そ の 際 、 可 能 な 限 り 早 い 段 階 の 設 計 に 前 倒 し に 積 み 込 ん で 検 討 す る ） た め の デ ー タ ･情 報 や 知 識 の 共 有 化 ・ 可 視 化 の た め の 技 術 や 、 設 計 支 援 ツ ー ル 群 に 必 要 な 機 能 等 に つ い て 検 討 す る と と も に 、 新 た な 材 料 や 加 工 法 等 を 取 り 入 れ た 設 計 を 行 う た め に 必 要 と な る 製 品 ・ 試 作 品 ・ 部 品 の 特 性 や 挙 動 等（ 特 に 製 品 の 信 頼 性 に 直 結 す る 、あ る い は 劣 化・不 具 合・故 障 等 の 要 因 等 ）の 予 測 ・ 評 価 技 術 に 関 す る 課 題 に つ い て 検 討 す る 。 こ れ と 同 時 に 、 も の づ く り に お い て は 、 も の の 生 産 過 程 で 生 じ る 現 象 や 問 題 の み な ら ず 、 実 際 の も の の 利 用 ・ 運 用 の 過 程 で 生 じ る 現 象 や 問 題 に 関 わ る 情 報 や デ ー タ が 必 要 に な る こ と （ 一 方 で 、 情 報 や 知 識 の 交 換 に 基 づ く 協 調 化 が 実 現 す れ ば 製 品 ・ プ ロ セ ス 設 計 の み な ら ず 、 運 用 ・ メ ン テ ナ ン ス の フ ェ ー ズ に お い て も 、 そ れ ら の 計 画 ・ 設 計 に 活 用 で き る な ど 、 機 械 シ ス テ ム 製 品 の 利 用 者 自 身 も ス テ ー ク ホ ル ダ ー に な り 得 る こ と ） に 鑑 み 、 横 （ 製 造 者 間 ） の 組 織 だ け で な く 縦 （ 部 材 供 給 者 − 製 造 者 − メ ン テ ナ ン ス 者 − 機 器 シ ス テ ム の 利 用 者 ） の 関 係 で も 協 調 的 に 情 報 を 交 換 し 利 活 用 す る た め の フ レ ー ム ワ ー ク ・ ガ イ ド ラ イ ン に つ い て 検 討 す る 。
こ れ ら を 通 じ て 、 価 値 創 造 型 も の づ く り 力 強 化 に 資 す る も の づ く り 可 視 化 の た め の 協 調 ・ 統 合 型 設 計 支 援 環 境 を 早 期 に 実 現 す る た め に 必 要 な 技 術 課 題 を 要 素 技 術 レ ベ ル に 分 解 し た 具 体 的 な 技 術 開 発 計 画 案 を 提 案 す る と と も に 、 技 術 の 適 用 範 囲 、 直 接 ・ 間 接 の 波 及 効 果 を 明 確 化 す る こ と を 目 的 と す る 。
2 調査研究の実施体制
本 調 査 研 究 の 実 施 体 制 と し て 、 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 内 に 、 プ ラ ン ト 、 重 工 ・ 重 電 シ ス テ ム に 関 し て 信 頼 性 の 向 上 を 図 る た め の 設 計 支 援 技 術 に 関 す る 調 査 を 担 当 す る 「 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 」、 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 に お け る 日 本 型 も の づ く り シ ス テ ム や 設 計 高 度 化 の た め の 設 計 支 援 環 境 の 調 査 を 担 当 す る 「 擦 り 合 わ せ 支 援 技 術 調 査 委 員 会 」 の 2 委 員 会 を 設 け 実 施 し た 。 ま た 、「 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 」に は「 実 機 対 応 試 験 技 術 分 科 会 」、「 実 機 対 応 CAE 技 術 分 科 会 」 お よ び 「 情 報 活 用 技 術 分 科 会 」 の 3分 科 会 を 設 け て 、 要 素 課 題 に つ い て 調 査 し た 。
財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
情 報 活 用 技 術 分 科 会 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援
技 術 検 討 委 員 会
実 機 対 応 試 験 技 術 分 科 会
実 機 対 応 CAE技 術 分 科 会
擦 り 合 わ せ 支 援 技 術 調 査 委 員 会
株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所 富 士 通 株 式 会 社
財 団 法 人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会
社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会
（ 委 託 ）
（ 再 委 託 ） （ 再 委 託 ） （ 外 注 ）
総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会
総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会 委 員 名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
委 員 長 政 策 研 究 院 藤 正 巖
リ サ ー チ フ ェ ロ ー
委 員 埼 玉 大 学 太 田 公 廣
地 域 共 同 研 究 セ ン タ ー 教 授
委 員 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 金 丸 正 剛 エ レ ク ト ロ ニ ク ス 研 究 部 門
副 研 究 部 門 長
委 員 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 志 村 洋 文 産 学 官 連 携 部 門
コ ー デ ィ ネ ー タ
委 員 東 北 大 学 中 島 一 郎
未 来 科 学 技 術 共 同 研 究 セ ン タ ー セ ン タ ー 長
委 員 東 京 工 業 大 学 大 学 院 廣 田 薫
総 合 理 工 学 研 究 科 教 授
委 員 東 京 大 学 大 学 院 藤 岡 健 彦
工 学 系 研 究 科 助 教 授
委 員 東 京 大 学 大 学 院 大 和 裕 幸
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 教 授
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 委 員 名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
氏 名 所 属 ・ 役 職
委 員 長 上 田 完 次 東 京 大 学
人 工 物 工 学 研 究 セ ン タ ー セ ン タ ー 長 教 授 副 委 員 長 高 田 祥 三 早 稲 田 大 学
理 工 学 部 経 営 シ ス テ ム 工 学 科 教 授 (分 科 会 長 ) 志 村 努 東 京 大 学
生 産 技 術 研 究 所 第 一 部 教 授 (分 科 会 長 ) 吉 村 允 孝 京 都 大 学
大 学 院 工 学 研 究 科 機 械 工 学 群 航 空 宇 宙 工 学 専 攻 教 授 (分 科 会 長 ) 河 村 幸 二 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
FDS Labo（ 設 備 デ ー タ 標 準 ラ ボ ） 客 員 研 究 員
委 員 大 和 裕 幸 東 京 大 学
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 教 授
委 員 藤 山 一 成 名 城 大 学
理 工 学 部 機 械 シ ス テ ム 工 学 科 教 授 委 員 本 田 智 関 西 電 力 株 式 会 社
火 力 事 業 本 部 火 力 エ ン ジ ニ ア リ ン グ セ ン タ ー 所 長 委 員 青 木 満 東 京 電 力 株 式 会 社
フ ェ ロ ー
委 員 犬 飼 隆 夫 株 式 会 社 東 芝 電 力 ・ 社 会 シ ス テ ム 技 術 開 発 セ ン タ ー 金 属 ・ セ ラ ミ ッ ク ス 材 料 開 発 部 グ ル ー プ グ ル ー プ 長 委 員 川 上 崇 株 式 会 社 東 芝 研 究 開 発 セ ン タ ー
機 械 ・ シ ス テ ム ラ ボ ラ ト リ ー 研 究 主 幹 委 員 佐 々 木 直 哉 株 式 会 社 日 立 製 作 所 機 械 研 究 所
高 度 設 計 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン セ ン タ セ ン タ 長 委 員 桜 井 茂 雄 株 式 会 社 日 立 製 作 所 電 力 グ ル ー プ 日 立 事 業 所
火 力 水 力 事 業 部 主 管 技 師
委 員 石 出 孝 三 菱 重 工 業 株 式 会 社 技 術 本 部 高 砂 研 究 所
製 造 技 術 開 発 セ ン タ ー も の づ く り 革 新 推 進 室 主 席 研 究 員 委 員 伊 藤 俊 雄 三 菱 重 工 業 株 式 会 社
も の づ く り 革 新 推 進 室 室 長 委 員 志 村 洋 文 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
産 学 官 連 携 推 進 部 門 産 学 官 連 携 コ ー デ ィ ネ ー タ
幹 事 綾 信 博 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 主 任 研 究 員 (幹 事 ) 佐 々 木 信 也 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 副 研 究 部 門 長 (幹 事 ) 手 塚 明 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 ﾌﾟﾛｾｽ研 究 部 門 数 理 解 析 研 究 ｸﾞﾙｰﾌﾟ 研 究 ｸﾞﾙｰﾌﾟ長 (幹 事 ) 岡 村 潔 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
技 術 部 研 究 主 幹
オ ブ ザ ー バ 土 屋 博 史 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 課 長 補 佐 オ ブ ザ ー バ 三 宅 晃 司 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 情 報 化 推 進 係 長
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 実 機 対 応 試 験 技 術 分 科 会 委 員 名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
氏 名 所 属 ・ 役 職
分 科 会 長 志 村 努 東 京 大 学
生 産 技 術 研 究 所 第 一 部 教 授
委 員 大 和 裕 幸 東 京 大 学
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 教 授
委 員 藤 山 一 成 名 城 大 学
理 工 学 部 機 械 シ ス テ ム 工 学 科 教 授 委 員 本 田 智 関 西 電 力 株 式 会 社
火 力 事 業 本 部 火 力 エ ン ジ ニ ア リ ン グ セ ン タ ー 所 長 委 員 青 木 満 東 京 電 力 株 式 会 社
フ ェ ロ ー
委 員 犬 飼 隆 夫 株 式 会 社 東 芝 電 力 ・ 社 会 シ ス テ ム 技 術 開 発 セ ン タ ー 金 属 ・ セ ラ ミ ッ ク ス 材 料 開 発 部 グ ル ー プ グ ル ー プ 長 委 員 川 上 崇 株 式 会 社 東 芝 研 究 開 発 セ ン タ ー
機 械 ・ シ ス テ ム ラ ボ ラ ト リ ー 研 究 主 幹 委 員 佐 々 木 直 哉 株 式 会 社 日 立 製 作 所 機 械 研 究 所
高 度 設 計 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン セ ン タ セ ン タ 長 委 員 桜 井 茂 雄 株 式 会 社 日 立 製 作 所 電 力 グ ル ー プ 日 立 事 業 所
火 力 水 力 事 業 部 主 管 技 師
委 員 石 出 孝 三 菱 重 工 業 株 式 会 社 技 術 本 部 高 砂 研 究 所
製 造 技 術 開 発 セ ン タ ー も の づ く り 革 新 推 進 室 主 席 研 究 員 委 員 伊 藤 俊 雄 三 菱 重 工 業 株 式 会 社
も の づ く り 革 新 推 進 室 室 長 委 員 志 村 洋 文 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
産 学 官 連 携 推 進 部 門 産 学 官 連 携 コ ー デ ィ ネ ー タ 委 員 綾 信 博 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 主 任 研 究 員 委 員 手 塚 明 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 ﾌﾟﾛｾｽ研 究 部 門 数 理 解 析 研 究 ｸﾞﾙｰﾌﾟ 研 究 ｸﾞﾙｰﾌﾟ長
幹 事 佐 々 木 信 也 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 副 研 究 部 門 長
オ ブ ザ ー バ 土 屋 博 史 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 課 長 補 佐 オ ブ ザ ー バ 三 宅 晃 司 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 情 報 化 推 進 係 長
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 実 機 対 応 CAE技 術 分 科 会 委 員 名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
氏 名 所 属 ・ 役 職
分 科 会 長 吉 村 允 孝 京 都 大 学
大 学 院 工 学 研 究 科 機 械 工 学 群 航 空 宇 宙 工 学 専 攻 教 授
委 員 大 和 裕 幸 東 京 大 学
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 教 授
委 員 藤 山 一 成 名 城 大 学
理 工 学 部 機 械 シ ス テ ム 工 学 科 教 授 委 員 本 田 智 関 西 電 力 株 式 会 社
火 力 事 業 本 部 火 力 エ ン ジ ニ ア リ ン グ セ ン タ ー 所 長 委 員 青 木 満 東 京 電 力 株 式 会 社
フ ェ ロ ー
委 員 犬 飼 隆 夫 株 式 会 社 東 芝 電 力 ・ 社 会 シ ス テ ム 技 術 開 発 セ ン タ ー 金 属 ・ セ ラ ミ ッ ク ス 材 料 開 発 部 グ ル ー プ グ ル ー プ 長 委 員 川 上 崇 株 式 会 社 東 芝 研 究 開 発 セ ン タ ー
機 械 ・ シ ス テ ム ラ ボ ラ ト リ ー 研 究 主 幹 委 員 佐 々 木 直 哉 株 式 会 社 日 立 製 作 所 機 械 研 究 所
高 度 設 計 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン セ ン タ セ ン タ 長 委 員 桜 井 茂 雄 株 式 会 社 日 立 製 作 所 電 力 グ ル ー プ 日 立 事 業 所
火 力 水 力 事 業 部 主 管 技 師
委 員 石 出 孝 三 菱 重 工 業 株 式 会 社 技 術 本 部 高 砂 研 究 所
製 造 技 術 開 発 セ ン タ ー も の づ く り 革 新 推 進 室 主 席 研 究 員 委 員 伊 藤 俊 雄 三 菱 重 工 業 株 式 会 社
も の づ く り 革 新 推 進 室 室 長 委 員 志 村 洋 文 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
産 学 官 連 携 推 進 部 門 産 学 官 連 携 コ ー デ ィ ネ ー タ 委 員 綾 信 博 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 主 任 研 究 員 委 員 佐 々 木 信 也 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 副 研 究 部 門 長
幹 事 手 塚 明 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 ﾌﾟﾛｾｽ研 究 部 門 数 理 解 析 研 究 ｸﾞﾙｰﾌﾟ 研 究 ｸﾞﾙｰﾌﾟ長
オ ブ ザ ー バ 土 屋 博 史 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 課 長 補 佐 オ ブ ザ ー バ 三 宅 晃 司 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 情 報 化 推 進 係 長
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 情 報 活 用 技 術 分 科 会 委 員名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
氏 名 所 属 ・ 役 職
分 科 会 長 河 村 幸 二 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
FDS Labo（ 設 備 デ ー タ 標 準 ラ ボ ） 客 員 研 究 員 副 分 科 会 長 高 田 祥 三 早 稲 田 大 学
理 工 学 部 経 営 シ ス テ ム 工 学 科 教 授
委 員 加 藤 三 治 千 代 田 ア ド バ ン ス ト ・ ソ リ ュ ー シ ョ ン ズ 株 式 会 社 PS 事 業 本 部 本 部 長
委 員 金 氏 眞 鹿 島 建 設 株 式 会 社
土 木 管 理 本 部 土 木 技 術 部 リ ニ ュ ー ア ル グ ル ー プ 長 委 員 河 村 泉 株 式 会 社 JIPM ソ リ ュ ー シ ョ ン
コ ン サ ル テ ィ ン グ 事 業 本 部 TPM 総 研 技 術 主 幹 委 員 原 俊 雄 株 式 会 社 荏 原 製 作 所 風 水 力 機 械 カ ン パ ニ ー
国 際 営 業 統 括 部 マ ネ ー ジ ャ ー 委 員 星 野 晃 成 富 士 通 株 式 会 社
産 業 ビ ジ ネ ス 本 部 シ ス テ ム 事 業 部 委 員 三 ケ 田 康 造 コ ス モ エ ン ジ ニ ア リ ン グ 株 式 会 社
事 業 統 括 部 担 当 次 長 委 員 大 和 裕 幸 東 京 大 学
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 教 授 委 員 山 本 勝 美 日 揮 株 式 会 社
技 術 開 発 セ ン タ ー 副 セ ン タ ー 長
幹 事 岡 村 潔 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 技 術 部 研 究 主 幹
オ ブ ザ ー バ 新 田 渉 経 済 産 業 省 製 造 産 業 局
産 業 機 械 課 国 際 プ ラ ン ト 推 進 室 プ ラ ン ト 貿 易 業 務 一 係 長 オ ブ ザ ー バ 綾 信 博 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 主 任 研 究 員
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 お よ び 実 機 対 応 試 験 技 術 分 科 会 ・ 実 機 対 応 CAE技 術 分 科 会 事 務 局 名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
氏 名 所 属 ・ 役 職
事 務 局 庄 野 勝 彦 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 常 務 理 事
主 幹 研 究 員 吉 良 雅 治 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部 部 長 代 理
主 任 研 究 員 岡 田 雅 規 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部 課 長
研 究 員 大 川 内 さ お り 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部
研 究 員 雨 宮 正 明 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部
事 務 局 西 村 俊 之 株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所 社 会 情 報 通 信 研 究 本 部 本 部 長 事 務 局 山 本 誠 司 株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所
科 学 技 術 研 究 本 部 科 学 技 術 政 策 グ ル ー プ リ ー ダ ー 事 務 局 村 瀬 智 子 株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所
社 会 情 報 通 信 研 究 本 部 次 世 代 基 盤 研 究 グ ル ー プ 事 務 局 豊 嶋 大 輔 株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所
情 報 通 信 技 術 研 究 本 部 情 報 技 術 研 究 グ ル ー プ
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 情 報 活 用 技 術 分 科 会 事 務局 名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
氏 名 所 属 ・ 役 職
事 務 局 吉 田 豊 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 研 究 員
〔 コ ス モ エ ン ジ ニ ア リ ン グ ㈱ 保 全 技 術 部 担 当 次 長 〕 事 務 局 角 田 攻 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 研 究 員
〔 日 揮 プ ラ ン テ ッ ク ㈱ 取 締 役 設 備 診 断 サ ー ビ ス 部 部 長 〕 事 務 局 宮 川 秀 眞 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
常 務 理 事
事 務 局 大 野 宣 夫 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 技 術 部 部 長
事 務 局 朝 倉 紘 治 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 研 究 理 事
事 務 局 根 本 俊 夫 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 技 術 部 研 究 主 幹
擦 り 合 わ せ 支 援 技 術 調 査 委 員 会 委 員 名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
氏 名 所 属 ・ 役 職
委 員 長 鈴 木 宏 正 東 京 大 学
先 端 科 学 技 術 研 究 セ ン タ ー 教 授
委 員 大 富 浩 一 株 式 会 社 東 芝 研 究 開 発 セ ン タ ー 機 械 ・ シ ス テ ム ラ ボ ラ ト リ ー 研 究 主 幹 委 員 小 野 里 雅 彦 北 海 道 大 学
大 学 院 情 報 科 学 研 究 科 シ ス テ ム 情 報 科 学 専 攻 教 授 委 員 加 瀬 究 独 立 行 政 法 人 理 化 学 研 究 所 知 的 財 産 戦 略 セ ン タ ー
VCADシ ス テ ム 研 究 プ ロ グ ラ ム VCADﾓﾃﾞﾘﾝｸﾞﾁｰﾑﾘｰﾀﾞｰ 委 員 下 村 芳 樹 首 都 大 学 東 京 シ ス テ ム デ ザ イ ン 学 部
ヒ ュ ー マ ン メ カ ト ロ ニ ク ス シ ス テ ム コ ー ス 教 授 委 員 平 岡 弘 之 中 央 大 学
理 工 学 部 精 密 機 械 工 学 科 教 授 委 員 藤 田 喜 久 雄 大 阪 大 学
大 学 院 工 学 研 究 科 機 械 工 学 専 攻 教 授
幹 事 松 木 則 夫 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
デ ジ タ ル も の づ く り 研 究 セ ン タ ー セ ン タ ー 長
主 任 研 究 員 田 中 一 郎 東 京 電 機 大 学
工 学 部 機 械 工 学 科 教 授
オ ブ ザ ー バ 菅 原 洋 行 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 参 事 官 室 技 術 係 長 オ ブ ザ ー バ 杉 浦 宏 美 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 参 事 官 室 参 事 官 補 佐
擦 り 合 わ せ 支 援 技 術 調 査 委 員 会 事 務 局 名 簿
（ 順 不 同 ・ 敬 称 略 ）
氏 名 所 属 ・ 役 職
事 務 局 庄 野 勝 彦 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 常 務 理 事
主 幹 研 究 員 吉 良 雅 治 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部 部 長 代 理
主 任 研 究 員 岡 田 雅 規 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部 課 長
研 究 員 大 川 内 さ お り 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部
研 究 員 雨 宮 正 明 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部
3 調査研究成果の要約
3.1 フロ ン トロ ー ディ ング 設計 支援 技 術に 関す る調 査研 究
3.1.1 実 機 対 応 評 価 方 法 の 調 査 ・ 検 討 1) 実 機 対 応 試 験 技 術 の 考 え 方
機 械 シ ス テ ム の 長 期 的 に わ た る 信 頼 性 確 保 の た め に は 、 実 機 の 長 期 試 験 や 破 壊 試 験 が 重 要 で あ る 。し か し 、家 電 品・自 動 車 等 と 異 な り 、社 会 的 資 本 財 た る 原 子 力 や 火 力 発 電 設 備 、 宇 宙 航 空 機 、 船 舶 等 、 重 工 ・ 重 電 シ ス テ ム の 実 機 試 験 の 実 施 は 、 実 際 に は 極 め て 困 難 で あ る 。 こ の た め こ れ ら の 製 品 で は 、 既 往 の 設 計 に 基 づ い た 既 往 の 製 品 の 長 期 運 転 履 歴 を 参 照 し た 安 全 率 設 計 が 基 本 と さ れ て き た 。 し か し 、 今 後 は 実 際 の 機 器 に お け る ダ イ ナ ミ ッ ク な 経 時 変 化 ・ 劣 化 を 加 速 評 価 可 能 な 予 測 実 験 手 法 を 開 発 し 、 整 備 す る 必 要 が あ る 。
こ れ ま で に も さ ま ざ ま な 材 料 や 構 造 の 標 準 試 験 法 が 開 発 ・ 提 案 さ れ て き て い る ほ か 、 各 メ ー カ に お い て 独 自 の 試 験 法 が 開 発 さ れ て き て は い る が 、 こ れ ま で の 調 査 研 究 の 結 果 、 実 機 に お け る 長 期 間 の 劣 化 現 象 を 評 価 す る 加 速 試 験 、 新 設 計 ・ 改 良 設 計 に 反 映 す る た め に 必 要 と な る 材 料 変 更 へ の 指 針 を 与 え ら れ る 試 験 と い う 観 点 か ら 見 て 設 計 に 有 効 な 情 報 を 十 分 に 得 ら れ て い な い こ と が 明 ら か に な っ て い る 。
設 計 上 で 現 在 課 題 と な っ て い る 経 時 変 化・劣 化 事 象 の 多 く は 複 雑 で あ り 、ま た 、複 合 的 ・ 非 線 形 的 な 現 象 や 、 理 論 的 に 未 解 明 あ る い は 観 測 不 可 能 な 現 象 が 鍵 に な っ て い る こ と も 多 い 。 従 っ て 、 理 論 的 に 試 験 装 置 を 構 成 す る こ と は 大 変 に 困 難 で あ る こ と か ら 、 実 機 の 状 況 を 模 し た 装 置 を 構 成 す る こ と に な る 。 し か し な が ら こ う し た 試 験 装 置 に お い て も 、 試 験 装 置 の 構 成 に 問 題 が あ り 実 機 で の 現 象 を 十 分 に 再 現 で き て い な い こ と 、 実 機 で の 現 象 と 試 験 装 置 で の 現 象 を 十 分 に 対 応 づ け ら れ て い な い こ と が 、 有 効 な 評 価 を 困 難 に し て い る 。 前 者 に 関 連 す る も の と し て は 例 え ば 、 試 験 機 の 剛 性 の 問 題 な ど も 含 ま れ 、 ま た 後 者 に は 現 象 を 実 測 可 能 な 分 解 能 で パ ラ メ ー タ 等 に お い て 特 徴 づ け る 方 法 の 問 題 が あ る 。
2) 電 力 プ ラ ン ト に お け る 主 要 な 劣 化 事 象
現 在 、 我 が 国 で は 産 業 の 伸 び や 消 費 エ ネ ル ギ ー の 電 力 へ の 移 行 な ど の 要 因 に よ り 電 力 需 要 が 毎 年 わ ず か な が ら 伸 び を 示 し て い る 。 こ う し た 中 で 、 原 子 力 発 電 は 、 ベ ー ス 電 源 と し て の 安 定 供 給 の 役 割 を 果 た す と と も に 、 地 球 温 暖 化 防 止 に 資 す る エ ネ ル ギ ー 源 と し て の 切 り 札 と な っ て い る 。
一 方 、 火 力 発 電 は 現 在 、 将 来 と も に 電 力 供 給 の 中 核 を 占 め る こ と が 期 待 さ れ て い る が 、 ミ ド ル 、 ピ ー ク 電 源 用 に シ フ ト し 、 頻 繁 な 起 動 ・ 停 止 や 負 荷 変 動 な ど 運 用 面 で も 苛 酷 な 条 件 下 に 置 か れ て い る 。 ま た 、 近 年 、 ガ ス タ ー ビ ン と 蒸 気 タ ー ビ ン を 組 み 合 わ せ た 高 効 率 の コ ン バ イ ン ド サ イ ク ル 発 電 が 急 速 な 発 展 を 見 せ て お り 、 こ れ ま で の ボ イ ラ と 蒸 気 タ ー ビ ン の 組 み 合 わ せ に よ る 汽 力 発 電 に 代 わ っ て 各 社 で 導 入 さ れ て い る 。
事 故 時 の 影 響 が よ り 深 刻 で あ る 原 子 力 発 電 プ ラ ン ト の 場 合 に は 、 国 が 建 設 ・ 運 転 ・ 検 査 の さ ま ざ ま な フ ェ ー ズ で の 規 制 に 積 極 的 に 関 与 す る 中 で 情 報 公 開 の 枠 組 み に 基 づ い た 信 頼 性 確 保 の 取 り 組 み が な さ れ て き て い る が 、 火 力 発 電 プ ラ ン ト の 場 合 に は 民 間 の 競 争 原 理 が
優 先 さ れ て 全 く 異 な っ た 状 況 に あ る と 言 え る 。
火 力 発 電 プ ラ ン ト の 場 合 に は 、 昨 今 で は 、 電 力 自 由 化 の 中 で 安 全 ・ 安 定 運 転 と コ ス ト 低 減 を 両 立 さ せ る た め の 電 力 事 業 者 （ プ ラ ン ト ユ ー ザ ） 側 の 取 り 組 み が 盛 ん に な り 、 定 期 的 な メ ン テ ナ ン ス を 実 施 す る 時 間 管 理 保 全 か ら 状 態 監 視 保 全 へ の 移 行 が 進 ん で お り 、 併 せ て 製 造 者 に メ ン テ ナ ン ス を 依 頼 し な い 割 合 が 増 加 し て き て い る 。こ う し た 中 で 、機 器 の 劣 化・
損 傷 の 進 展 に つ い て の デ ー タ は 、 コ ス ト 低 減 の た め の ノ ウ ハ ウ と し て の メ ン テ ナ ン ス 情 報 や 運 用 情 報 と 一 体 で あ る が 故 に 、 個 々 の 電 力 事 業 者 内 で 活 用 さ れ る 状 況 に も な っ て き て い る 。
こ れ ら 機 器 の 中 で も 蒸 気 タ ー ビ ン は 、 原 子 力 お よ び 火 力 発 電 プ ラ ン ト に 共 通 し た 重 要 な 機 器 で あ る が 、 ① 蒸 気 温 度 ・ 圧 力 な ど の 蒸 気 条 件 、 ② 毎 分 回 転 数 、 ③ 起 動 ・ 停 止 や 負 荷 変 動 の 回 数 、 な ど の 面 か ら 、 原 子 力 発 電 プ ラ ン ト の 蒸 気 タ ー ビ ン よ り も 火 力 発 電 プ ラ ン ト の そ れ の 方 が 、 よ り 過 酷 な 運 用 を 強 い ら れ て お り 、 そ れ ら 機 器 ・ 部 材 の 経 年 劣 化 ・ 損 傷 は 、 厳 し い も の が あ る 。
本 調 査 研 究 で の 具 体 的 な 検 討 対 象 と し て は 、 実 機 の 運 転 デ ー タ が 豊 富 に あ り 、 プ ラ ン ト メ ー カ お よ び プ ラ ン ト ユ ー ザ が 協 調 し て 詳 細 に 検 討 可 能 な 、35万 kW級 の 火 力 発 電 用 蒸 気 タ ー ビ ン 最 終 段 を 選 定 し た 。
火 力 発 電 用 の タ ー ビ ン に お い て は 、「 エ ロ ー ジ ョ ン ・ コ ロ ー ジ ョ ン 」「 磨 耗 」「 剥 離 」「 ク リ ー プ 」「 疲 労 」「 腐 食 」 な ど が 主 要 な 劣 化 要 因 と さ れ る 。（「2.5 そ の 他 の 劣 化 事 象 と そ の 試 験・評 価 技 術 」に 述 べ る 。）こ の う ち 、低 圧 蒸 気 タ ー ビ ン 最 終 段 に お い て は 、図 3.1.1‑1 に 示 す よ う に 「 フ レ ッ テ ィ ン グ 」 お よ び 「 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 」 が 損 傷 事 例 の う ち 大 き な 割 合 を 占 め て お り 、 ま た 、 運 用 形 態 の 変 化 に よ り 課 題 が 特 に 深 刻 化 し つ つ あ る 問 題 で あ る こ と が 明 ら か に な っ た 。
エキスパンション 空気吸い込み
18%
ターニング不良
9%
テノン浸食
6%
軸受メタル温度上昇
3%
ラビリング
6%
低圧タービン翼 レーシングワイヤ損傷
6%
低圧タービン翼 エ ロージョン
18%
翼根き裂発生
37%
翼根き裂発生
低圧タービン翼エロージョン
低圧タービン翼レーシングワイヤ損傷 エキスパンション空気吸い込み ターニング不良
テノン浸食 ラビリング
軸受メタル温度上昇
図 3.1.1‑1 低 圧 蒸 気 タ ー ビ ン 設 備 の 損 傷 事 例
予 測・評 価 の 観 点 か ら 見 て も 、「 ク リ ー プ 」や「 熱 疲 労 」に つ い て は 、劣 化・損 傷 の 実 績 デ ー タ お よ び 標 準 試 験 デ ー タ が デ ー タ ベ ー ス と し て 豊 富 に 揃 っ て い る の に 対 し て 、「 フ レ ッ
テ ィ ン グ 」 お よ び 「 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 」 に つ い て は 取 り 扱 い が 困 難 で あ る 。 こ れ ら は 機 械 シ ス テ ム の 動 作 条 件 お よ び 機 器 ・ 部 材 の 幾 何 学 的 形 状 と も 密 接 に 関 連 す る 複 合 的 な 劣 化 事 象 で あ り 、 シ ス テ ム 設 計 の 秘 密 性 と の 関 係 も あ り 、 デ ー タ が 組 織 内 ・ 企 業 内 に と ど ま っ て き た こ と も 十 分 に は 対 策 が 進 ん で い な い 原 因 の 一 つ で あ ろ う 。 メ ー カ 個 別 の 取 り 組 み で は 試 験 法 と デ ー タ の 組 合 せ が 十 分 に 扱 え な い こ と か ら 極 め て 狭 い 範 囲 に し か シ ス テ ム 設 計 が 適 用 さ れ て こ な か っ た と も 考 え ら れ る 。 従 っ て 、 各 メ ー カ と ユ ー ザ が 協 調 し て 問 題 解 決 に 当 た る 意 義 が 大 き い と 考 え ら れ る 。 こ の た め 以 下 で 重 点 的 に 調 査 を 行 う 対 象 と し た 。
3) フ レ ッ テ ィ ン グ と そ の 試 験 ・ 評 価 技 術 (1) フ レ ッ テ ィ ン グ
フ レ ッ テ ィ ン グ 現 象 は 高 い 面 圧 で 接 触 し て い る 機 械 構 造 物 間 の 接 触 面 間 に お い て 、 摩 擦 力 を 伴 っ た 微 小 な（ 数μm〜50μm程 度 ）繰 り 返 し の 相 対 す べ り が 起 こ る 現 象 で あ る 1〜4)。 こ の フ レ ッ テ ィ ン グ 現 象 に よ り 接 触 面 に 生 ず る 摩 耗 現 象 を フ レ ッ テ ィ ン グ 摩 耗 と 言 い 、 摩 耗 に 酸 化 現 象 を 伴 う フ レ ッ テ ィ ン グ 摩 耗 を 特 に フ レ ッ テ ィ ン グ コ ロ ー ジ ョ ン と 称 す る 場 合 も あ る 。 フ レ ッ テ ィ ン グ が 起 き る 部 材 に 繰 り 返 し 応 力 が 作 用 し 、 疲 労 損 傷 が 発 生 す る 現 象 を フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 と 言 い 、 部 材 の 疲 労 強 度 は フ レ ッ テ ィ ン グ 現 象 を 伴 わ な い 場 合 に 比 べ て 大 幅 に 低 下 す る こ と が 知 ら れ て い る 3)。
図 3.1.1‑2 は フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 き 裂 発 生 形 態 の 例 を 模 式 的 に 示 し た も の で 、 接 触 面 の う ち 、 相 対 す べ り を 生 じ な い 固 着 域 （ こ の 部 分 が 大 部 分 ） に 加 え て 、 接 触 端 部 近 傍 で 相 対 す べ り を 生 じ 金 属 酸 化 物 の 摩 耗 粉 を 伴 う す べ り 領 域 が 形 成 さ れ 、 こ の す べ り 領 域 表 面 か ら 疲 労 き 裂 が 垂 直 と は 異 な っ た 角 度 を 持 っ て 発 生 ・ 進 展 す る こ と が 一 般 的 で あ る3)。
図 3.1.1‑2 フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 き 裂 発 生 形 態 模 式 図 2)
こ れ ら の フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 破 壊 の 機 構 は 完 全 に 解 明 さ れ て い る と は 言 い 難 く 、 現 在 で も 各 種 因 子 に よ る 疲 労 強 度 の 影 響 を 求 め る た め 、 さ ま ざ ま な 研 究 機 関 で 研 究 が 進 め ら れ て い る 。 極 め て 多 く の 接 触 構 造 が 存 在 す る 複 雑 な 機 械 構 造 物 の 開 発 段 階 で は 、 ど の 部 位 が フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 の 危 険 性 が 高 い か を 検 討 す る た め に は 、 類 似 機 種 が な く 運 転 実 績 の な い 機 械 構 造 物 の 場 合 、 実 体 に 近 い 条 件 で 試 験 を 実 施 す る な ど 、 フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 損 傷 を 防 止 す る た め に 多 大 な 時 間 と 労 力 を 要 し て い る 。
(2) フ レ ッ テ ィ ン グ 対 策 、 実 機 に お け る 評 価
フ レ ッ テ ィ ン グ 対 策 を 検 討 す る た め 、 実 機 の フ レ ッ テ ィ ン グ 損 傷 の 実 例 と し て 、 蒸 気 タ ー ビ ン の 動 翼 の 損 傷 事 例 と 対 策 を 紹 介 す る 。
図 3.1.1‑3 は 低 圧 最 終 段 動 翼 の 植 込 部 に 生 じ た フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 き 裂 の 例 で あ る 。 翼 植 込 部 は カ ー ブ ド エ ン ト リ ー 型 ク リ ス マ ス ツ リ ー 形 状 で あ り 、 き 裂 は 動 翼 側 と ロ ー タ ホ イ ー ル 側 両 方 に 発 生 し て い る 。通 常 翼 植 込 部 の 点 検 周 期 は 8年 ご と に 行 わ れ 、翼 を 取 り 外 し 、 磁 粉 探 傷 試 験 （MT） で き 裂 の 有 無 を 確 認 す る 。 判 定 基 準 は 無 欠 陥 と な っ て い る 。 本 事 例 の よ う な き 裂 は 累 積 運 転 時 間 で 38,000時 間 か ら160,000時 間 、累 積 起 動 回 数 で 500 回 か ら 1,500 回 の 間 で 認 め ら れ て い る 。 き 裂 発 生 ま で 長 時 間 を 要 し て い る こ と か ら 、 フ レ ッ テ ィ ン グ に よ る 損 傷 は 定 格 運 転 中 で は な く 起 動 停 止 時 あ る い は 部 分 負 荷 時 の 一 時 期 に 生 じ た 翼 の 比 較 的 大 き な 振 動 に よ り 、 接 触 部 に 相 対 す べ り が 生 じ て 蓄 積 さ れ 、 疲 労 き 裂 発 生 に 至 っ た も の と 考 え ら れ る 。 本 損 傷 を 防 止 す る に は 翼 の 振 動 防 止 と と も に 植 込 部 の 応 力 集 中 部 位 と 接 触 端 部 を 離 す 、 あ る い は 応 力 集 中 を 下 げ る こ と が 必 要 で あ る 。
図 3.1.1‑3 低 圧 ロ ー タ 翼 根 部 き 裂 発 生 事 例
図 3.1.1‑4、図 3.1.1‑5は 低 圧 最 終 段 よ り 1段 前 （L−1） の 翼 長 手 中 間 部 に 翼 の 振 動 を 抑 止 す る こ と を 目 的 に 設 置 さ れ た タ イ ワ イ ヤ 孔 部 か ら き 裂 が 発 生 ・ 進 展 し 、 翼 が 飛 散 し た 事 例 で あ る 5)。 運 転 中 に 振 動 の 突 変 が 生 じ 、 タ ー ビ ン を 停 止 し て ケ ー シ ン グ を 開 放 し て 飛 散 が 確 認 さ れ た も の で あ る 。 タ イ ワ イ ヤ 構 造 で は 孔 と ワ イ ヤ に 隙 間 を 空 け て い る が 、 こ の 段 落 で は 運 転 負 荷 に よ っ て 作 動 流 体 で あ る 蒸 気 の 乾 き 域 と 湿 り 域 が 変 わ る 乾 湿 交 番 状 態 と な っ て お り 、 蒸 気 中 の 腐 食 因 子 が 孔 内 部 の 隙 間 に 滞 留 濃 縮 し た 腐 食 環 境 に よ る 材 料 の 疲 労 強 度 低 下 と 、 腐 食 生 成 物 に よ り 翼 と ワ イ ヤ が 固 着 し て 制 振 機 能 が 低 下 し 、 低 負 荷 時 の 蒸 気 流 の 乱 れ に よ り 翼 振 動 の 増 加 を 生 じ 、 ワ イ ヤ と 翼 と の 接 触 固 着 部 か ら き 裂 が 発 生 し た も の で 、 腐 食 疲 労 が 主 要 因 と 考 え ら れ る 。 本 対 策 に は 蒸 気 水 質 管 理 の 他 、 穴 内 面 の 疲 労 強 度 向 上 を 図 る た め の 表 面 改 質 処 理 、 定 期 的 な ス ケ ー ル 除 去 な ど が 必 要 で あ る 。
図 3.1.1‑4 低 圧 最 終 段 翼 の 破 損 状 態 図 3.1.1‑5 低 圧 最 終 段 翼 破 損 部 の 状 況
フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 に よ る 損 傷 は 低 圧 翼 や 高 圧 翼 な ど 蒸 気 タ ー ビ ン 翼 の 各 所 で 見 ら れ 、 定 期 検 査 時 に 発 見 さ れ る 場 合 と 、 時 に は 運 転 停 止 を 引 き 起 こ す こ と も あ る 。 フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 を 防 止 す る 一 般 的 な 対 策 と し て は 次 の 5点 が あ げ ら れ る 1)。
① 接 触 部 の 相 対 す べ り 量 の 低 減
② 接 触 面 圧 の 低 減
③ 接 触 面 の コ ー テ ィ ン グ
④ 応 力 の 緩 和
⑤ 圧 縮 残 留 応 力 の 付 与
蒸 気 タ ー ビ ン の 長 翼 植 込 部 で の フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 に お い て は 、 面 圧 、 応 力 が 高 い の は 既 定 の こ と で あ る た め 、 接 触 部 の 相 対 す べ り を 低 減 さ せ る た め に 何 よ り 翼 の 振 動 を 防 止 す る こ と が 必 要 で あ り 、 特 に 定 格 状 態 を 外 れ た 共 振 点 通 過 時 、 あ る い は 低 負 荷 時 で の 蒸 気 流 の 乱 れ の 予 測 と 、 翼 自 体 の 十 分 な 制 振 構 造 が 必 要 で あ る 。 こ の た め 、 過 去 の 実 績 が な い 新 た な 蒸 気 タ ー ビ ン 開 発 に あ た っ て は 詳 細 な 数 値 解 析 と と も に ス ケ ー ル モ デ ル 、 実 寸 モ デ ル に よ る 各 種 運 転 状 態 で の 蒸 気 流 の 把 握 、 減 衰 効 果 の 高 い 翼 構 造 の 検 討 が 不 可 欠 で あ る 。
(3) フ レ ッ テ ィ ン グ の 実 機 対 応 試 験 評 価 と そ の 設 計 へ の 活 用
フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 試 験 方 法 に つ い て は 、ASTMで の 標 準 化 の 動 き 7) や 日 本 機 械 学 会 基 準 8) が 制 定 さ れ て い る が 、 蒸 気 タ ー ビ ン 機 器 の フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 の 状 態 を 必 ず し も 100％ 反 映 で き て い な い と 考 え ら れ 、 こ の 観 点 か ら 実 機 対 応 試 験 が 必 要 と 考 え ら れ る 。
フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 は 磨 耗 、 腐 食 、 疲 労 の 複 合 現 象 で あ る た め 、 フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 に 影 響 す る 因 子 も 数 多 い が 、 主 要 な 因 子 と し て 下 記 8つ に 分 類 す る こ と が で き る 9)。 実 機 対 応 フ レ ッ テ ィ ン グ 試 験 は こ れ ら の 因 子 を 制 御 し て 実 機 に 近 い 条 件 を 加 速 し て 試 験 で き る 機 能 が 必 要 で あ る 。
① 相 対 す べ り 振 幅
② 接 触 面 圧 の 大 き さ と 分 布 状 況
③ 平 均 応 力 と 応 力 振 幅
④ フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 繰 り 返 し 数
⑤ 材 料 ・ 表 面 状 況
⑥ 繰 り 返 し 速 度 （ 周 波 数 ）
⑦ 雰 囲 気
⑧ 温 度
実 機 の 翼 植 込 部 に 近 い 条 件 で フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 試 験 を 実 施 し た 事 例 と し て 、1 段 フ ッ ク を 有 す る ダ ブ テ ー ル 植 込 部 の フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 試 験 装 置 を図 3.1.1‑6 に 示 す 13)。タ ー ビ ン の 回 転 上 昇 に よ る ホ イ ー ル 側 の 翼 溝 の 広 が り と 翼 の 遠 心 力 を 同 時 に 負 荷 す る た め に 、 本 試 験 装 置 の 場 合 に は ホ イ ー ル 側 の 翼 溝 広 が り を 水 平 方 向 の 油 圧 ア ク チ ュ エ ー タ で 、 翼 遠 心 力 を 垂 直 方 向 の ア ク チ ュ エ ー タ を 駆 動 す る こ と に よ り 実 現 し て い る 。
図 3.1.1‑6 ダブテール型植込部 図 3.1.1‑7 ダブテール植込部の実機模擬試験装置
こ れ ら の フ レ ッ テ ィ ン グ 疲 労 試 験 を 概 観 し て 、 蒸 気 タ ー ビ ン 長 翼 に お け る 実 機 対 応 試 験 の 形 態 を 考 え る と 、 実 機 翼 の 振 動 状 態 は 模 擬 し た 細 か な 横 方 向 の 振 動 と 、 遠 心 力 負 荷 、 ホ イ ー ル の 翼 溝 の 広 が り が フ レ ッ テ ィ ン グ の 要 因 に あ げ ら れ る 。 そ こ で 、 こ れ ら の 負 荷 状 況 を 考 慮 し た 試 験 装 置 と し て は 、 植 込 部 の 断 面 形 状 を 持 っ た 試 験 体 を図 3.1.1‑7 の よ う な 2 軸 の 大 容 量 の 荷 重 負 荷 機 構 に 加 え て 、細 か な 曲 げ 振 動 を 負 荷 さ せ る た め の さ ら に も う 1軸 の 加 振 装 置 を 持 っ た 疲 労 試 験 装 置 が 望 ま れ る 。 ま た 、 そ の 結 果 は 振 動 制 限 値 と い う 形 で 翼 の 設 計 へ フ ィ ー ド バ ッ ク さ れ る 必 要 が あ る 。
4) 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン と そ の 試 験 ・ 評 価 技 術 (1) 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン
蒸 気 タ ー ビ ン の 低 圧 段 で は 蒸 気 条 件 が 飽 和 域 に 入 る た め 、 多 量 の 水 滴 が 発 生 し 、 湿 り 蒸 気 流 れ 、 す な わ ち 気 液 二 相 流 状 態 と な っ て 作 動 す る 。
こ の よ う な 湿 り 蒸 気 流 れ で は 、 水 滴 の 発 生 や 成 長 に 伴 っ て 熱 力 学 的 、 流 体 力 学 的 な エ ネ ル ギ ー 損 失 、い わ ゆ る 湿 り 損 失 が 付 加 さ れ 、タ ー ビ ン 効 率 を 低 下 さ せ る 。こ の 湿 り 損 失 は 、 水 滴 の 発 生 に 伴 っ て 生 ず る 潜 熱 移 動 、 壁 面 上 に 形 成 さ れ る 水 膜 流 や 飛 散 水 滴 の 加 速 、 さ ら に 水 滴 の 衝 突 に よ る 制 動 力 な ど 蒸 気 タ ー ビ ン 特 有 の 損 失 で あ る 。 ま た 、 高 速 で 回 転 す る タ ー ビ ン 動 翼 に 水 滴 が 衝 突 す る と 、 翼 表 面 が エ ロ ー ジ ョ ン を 受 け 易 く 、 信 頼 性 低 下 に つ な が る 恐 れ が 多 い 。
従 っ て 、 性 能 お よ び 信 頼 性 の 高 い タ ー ビ ン を 設 計 、 評 価 す る に は 、 湿 り 蒸 気 の 性 質 、 す な わ ち 発 生 す る 水 滴 の 粒 径 分 布 や 数 密 度 分 布 、 さ ら に 個 々 の 水 滴 の 速 度 ベ ク ト ル な ど を 把 握 し 、 そ の 基 本 的 な 二 相 流 と し て の 流 動 特 性 を 明 ら か に す る こ と が 重 要 で あ る 。
動 翼 に 衝 突 し た 粗 大 水 滴 や 翼 表 面 の 水 膜 は 遠 心 力 の 影 響 で 半 径 方 向 に 飛 ば さ れ る の で 、 そ の 下 流 に は ほ と ん ど 1μm以 下 の 微 小 水 滴 が 存 在 す る と 言 わ れ て い る 。こ の た め 、1970 年 代 頃 か ら 光 学 プ ロ ー ブ を 用 い て 蒸 気 タ ー ビ ン 内 部 の 微 小 水 滴 の 径 と 数 密 度 分 布 を 計 測 し 、 湿 り 度 を 求 め る 計 測 技 術 が 欧 州 を 中 心 に 開 発 さ れ て き た 。そ の 多 く は Mieの 散 乱 光 原 理 に
基 づ き 、散 乱 光 強 度 分 布（Angular Scattering）や 光 の 各 波 長 の 透 過 率 分 布（Extinction）
を 測 定 し て 水 滴 径 を 求 め る 方 法 で あ る 13)。
な か で も 、1970年 代 に 英 国 の 中 央 電 力 庁（CEGB）が 光 の 透 過 率 分 布 か ら 水 滴 径 分 布 と 濃 度 分 布 を 求 め る 方 式 の 光 散 乱 プ ロ ー ブ を 開 発 、 実 機 蒸 気 タ ー ビ ン 内 部 の 詳 細 な 湿 り 度 分 布 を 測 定 し た 14)。そ の 結 果 、タ ー ビ ン 効 率 で 1％ 以 内 の 精 度 で 測 定 で き る こ と を 報 告 し て い る 。 日 本 で も 、 辰 野 ら が 前 方 微 小 角 散 乱 法 を 用 い た 光 フ ァ イ バ ー 方 式 の 液 滴 計 測 プ ロ ー ブ を 開 発 、試 験 タ ー ビ ン 内 の 湿 り 度 分 布 の 計 測 に 成 功 し て い る 15)。本 方 式 は 、水 滴 に よ る 前 方 散 乱 光 強 度 分 布 を 散 乱 角 ご と 検 出 し て 水 滴 分 布 を 求 め る 方 式 で 、 水 滴 径 の 計 測 範 囲 も 0.1μm〜1mmと 幅 広 い 。
最 近 、 米 国 電 力 研 究 所 （EPRI） が CEGB と 同 様 に 光 の 減 衰 率 分 布 を 利 用 し た 実 用 的 な 湿 り 度 計 測 プ ロ ー ブ を 開 発 し 、 稼 働 中 の 実 機 タ ー ビ ン 段 落 内 部 の 湿 り 度 分 布 を 計 測 し て い る 16)。 湿 り 度 計 測 シ ス テ ム は 、図 3.1.1‑8 に 示 す よ う に 、 光 源 部 （Xenon Lamp）、 光 フ ァ イ バ ー を 内 蔵 す る プ ロ ー ブ 、PC お よ び 電 源 で 構 成 さ れ る 。 プ ロ ー ブ 先 端 部 の 詳 細 を図 3.1.1‑9に 示 す が 、外 径 15 mm、12mmの ス ロ ッ ト 部 を は さ ん で 反 射 鏡 が 設 置 さ れ て お り 、 こ の 間 の 光 の 透 過 率 を 測 定 す る 方 式 で あ る 。 日 立 製 作 所 に お い て も 、 こ の EPRI で 開 発 し た 湿 り 度 計 測 プ ロ ー ブ を 導 入 、図 3.1.1‑10に 示 す よ う に 低 圧 タ ー ビ ン 試 験 装 置 を 用 い て 段 落 内 部 の 湿 り 度 分 布 を 計 測 し て お り 、 か な り の 精 度 で 計 測 で き る こ と を 確 認 し て い る 。
図 3.1.1‑8 湿り度計測システム 図 3.1.1‑9 プローブ先端部と測定原理概要
図 3.1.1‑10 計測中の湿り度計測システム
(2) 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 対 策 、 実 機 に お け る 評 価
① 実 機 に お け る 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 対 策 に つ い て
復 水 式 の 蒸 気 タ ー ビ ン で は 低 圧 タ ー ビ ン の 最 終 翼 近 傍 は 湿 り 域 に 入 る こ と か ら 、 水 滴 に よ る エ ロ ー ジ ョ ン は 不 可 避 的 に 発 生 す る こ と に な る 。 従 っ て 、 実 機 プ ラ ン ト の 計 画 に お い て 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン に よ る 翼 の 浸 食 は 考 慮 し な け れ ば な ら な い 項 目 で あ る 。 具 体 的 な 対 策 例 と し て は 下 表 に 示 す と お り で あ り 、 直 接 的 な 対 策 と 間 接 的 な 対 策 に 分 け て 考 え る こ と が で き る 。
表 3.1.1‑1 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 対 策 例
材料による対応 ・翼材料硬度向上
・保護材の貼り付け
・表面コーティング
・表面硬化処理 直接的な対策
構造による対応 ・全周綴り構造
衝 突 エ ネ ル ギ ー による対応
・水滴除去
・衝突速度低減
運用による対応 ・復水器真空度低下
熱サイクル による対応
・再熱サイクルの採用
・再熱圧力の低下
・再熱温度の上昇 間接的な対策
その他 ・エロージョン損傷翼の交換
水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン は 蒸 気 流 れ 中 に 存 在 す る 水 滴 が 回 転 中 の 動 翼 に 衝 突 す る こ と に よ っ て 発 生 す る 浸 食 作 用 で あ り 、 直 接 的 な 対 策 と し て は 材 料 の 硬 度 を 上 げ る こ と が 有 効 で あ る 。 た だ し 、 動 翼 母 材 そ の も の の 硬 度 を 上 げ た 場 合 に は 腐 食 な ど そ の 他 の 劣 化 事 象 に 対 す る 感 受 性 が 増 加 す る こ と 、 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン の 発 生 部 位 は 周 速 が 早 い 動 翼 入 口 先 端 部 に 集 中 的 に 発 生 す る こ と か ら 、 部 分 的 に 保 護 材 を 貼 り 付 け る こ と 、 あ る い は コ ー テ ィ ン グ 処 理 ま た は 表 面 硬 化 処 理 を 行 う こ と が 一 般 的 に 用 い ら れ て い る 。（図 3.1.1‑11参 照 ） ま た 、全 周 綴 り 構 造 を 採 用 す る こ と で 水 滴 の 衝 撃 力 を 全 周 の 翼 で 分 担 す る こ と に よ り 、 部 分 的 に エ ロ ー ジ ョ ン 浸 食 が 激 し く な る 翼 を な く す こ と が で き る 。
一 方 、 間 接 的 な 対 策 と し て は 、 衝 突 す る 水 滴 の 絶 対 量 を 低 減 す る こ と や 、 水 滴 の 衝 突 速 度 を 低 減 す る こ と が 一 般 的 に 行 わ れ て い る 。
具 体 的 に は ド レ ン キ ャ ッ チ ャ 、 ド レ ン 溝 に よ る 湿 分 除 去 、 翼 間 距 離 増 加 に よ る 動 翼 へ の 相 対 流 入 速 度 低 減 、 な ど が 実 際 の 設 計 に 用 い ら れ て い る 対 策 と し て あ げ ら れ る 。
１）動翼先端部への保護材適用
２）湿分除去構造の適用
３）翼間距離による水滴 エロージョン低減効果
図 3.1.1‑11 現 状 の 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 対 策
そ の 他 の 間 接 的 な 対 策 と し て は 、 冬 季 の 復 水 器 真 空 度 上 昇 （ 圧 力 低 下 ） に 伴 う 湿 り 度 増 加 を 防 止 す る た め 、復 水 器 真 空 度 を 低 下 さ せ る こ と（ 運 用 に よ る 対 応 ）、プ ラ ン ト 計 画 段 階 に て 、 再 熱 サ イ ク ル 化 お よ び そ の 際 の 再 熱 圧 力 、 温 度 の 設 定 に て 、 湿 り 度 を 低 減 す る よ う に 配 慮 す る こ と （ 熱 サ イ ク ル に よ る 対 応 ） な ど が あ る 。
し か し 、 こ れ ら い ず れ の 対 策 に お い て も 、 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン の 発 生 を 完 全 に 防 止 す る こ と は で き な い こ と か ら 、 こ れ ら の 対 策 を 複 合 的 に 組 み 合 わ せ る こ と に よ っ て 、 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン に 対 す る 長 寿 命 化 を 図 っ て い る の が 現 状 で あ る 。
② 実 機 に お け る 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン の 実 態 に つ い て
蒸 気 タ ー ビ ン の 低 圧 最 終 翼 は 、 蒸 気 流 路 の 最 大 直 径 が 4m を 越 え る 高 速 回 転 機 械 で あ る 。 従 っ て 、 最 終 翼 の 蒸 気 環 境 は 周 方 向 に 分 布 を 持 つ こ と に な り 、 商 業 運 転 さ れ て い る 実 機 プ ラ ン ト に 対 し て 運 転 中 に 内 部 の 局 所 的 な 状 態 を 経 時 的 に 計 測 、 把 握 す る こ と は 難 し い 。
そ こ で 、実 機 プ ラ ン ト 計 画 に 先 立 っ て 、CAE を 用 い た 予 測 解 析 、蒸 気 モ デ ル 試 験 設 備 を 用 い た 試 験 計 測 を 実 施 す る こ と に よ り 、 水 滴 の 挙 動 は 把 握 す る こ と を 行 っ て い る 。 た だ し 、 蒸 気 モ デ ル 試 験 は ス ケ ー ル 比 、 試 験 期 間 な ど モ デ ル 化 の 制 約 が あ る た め 、 水 滴 の 挙 動 が エ ロ ー ジ ョ ン の 進 展 に 対 し て ど の 様 に 寄 与 し て い る の か を 運 転 領 域 全 域 に わ た っ て 試 験 的 に 捕 ら え る こ と は 現 実 的 で は な い 。
一 般 に 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン で 浸 食 さ れ た 部 位 に は 水 膜 が 形 成 さ れ 、 そ の 後 の 浸 食 を 抑 制 す る 効 果 が 期 待 で き る と さ れ る 。 実 機 ユ ニ ッ ト で も 経 年 的 に 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン の 進 展 が 頭 打 ち 傾 向 を 示 す が 、 そ の 度 合 い は ユ ニ ッ ト に よ っ て さ ま ざ ま で あ る 。 ま た 、 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 浸 食 状 況 は 深 さ 、 範 囲 な ど で 定 義 す る こ と に よ り 経 年 的 な 傾 向 の 追 跡 調 査 を 行 っ て い る が 、実 際 に は 凹 凸 が 大 き く 計 測 者 に よ る 読 み 取 り 差 を 生 じ 易 い と い う 面 も あ る 。
こ う い っ た 実 機 で の 運 転 状 態 の 不 均 一 性 、 定 期 点 検 時 の 計 測 上 の 不 確 か さ な ど が 積 み 重 な る こ と に よ っ て 、 同 一 の 運 転 環 境 で あ る 隣 接 機 で 異 な る 場 合 が あ る な ど 定 量 的 な 判 断 を す る こ と は 難 し い の が 実 態 で あ る 。
③ 実 機 に お け る 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン の 評 価
前 述 の と お り 、 水 滴 の 挙 動 に 対 し て は 要 素 研 究 に よ っ て 得 ら れ た 知 見 を 基 に 種 々 評 価 式 が 提 案 さ れ 、 既 設 ユ ニ ッ ト と の 相 対 的 な 比 較 評 価 と し て 設 計 段 階 で 用 い ら れ る が 、 絶 対 的 な 指 標 と し て 確 立 す る に は 至 っ て い な い 。
実 際 の 設 計 に 際 し て は 、 実 機 の 計 画 運 用 条 件 と 要 素 研 究 に よ っ て 与 え ら れ た 評 価 式 を 用 い て 、類 似 先 行 ユ ニ ッ ト の 状 況 を 踏 ま え て 必 要 な 耐 エ ロ ー ジ ョ ン 対 策 を 実 施 し て い る 。
現 状 は 、 蒸 気 タ ー ビ ン プ ラ ン ト 寿 命 期 間 内 に 対 し て 、 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン に 対 す る 保 証 を 行 う こ と は 設 計 的 に 困 難 で あ る こ と か ら 、
a. エ ロ ー ジ ョ ン 浸 食 が 大 き く 信 頼 性 が 低 下 し た 場 合 の 翼 の 取 替 え 基 準 を 作 成 す る こ と
b. 定 検 毎 に 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 進 展 率 の 追 跡 調 査 を 行 う こ と に よ り 、 実 機 ユ ニ ッ ト の 信 頼 性 確 保 し て い る 。
併 せ て 、 実 機 に お け る 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン に 関 す る デ ー タ ベ ー ス を 蓄 積 す る こ と に よ り 経 験 的 に 評 価 精 度 の 向 上 を 図 っ て い る 。
(3) 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン の 実 機 対 応 試 験 評 価 と そ の 設 計 へ の 活 用
前 項 に 示 す と お り 、 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン に 対 す る モ デ ル 試 験 結 果 は 間 接 的 に 実 機 の 設 計 に 適 用 し て い る に と ど ま っ て い る 段 階 で あ る 。 一 方 、 温 暖 化 に 代 表 さ れ る 環 境 問 題 へ の 対 応 と し て 、 蒸 気 タ ー ビ ン の 大 容 量 化 、 高 効 率 化 、 す な わ ち 長 大 翼 の 開 発 が 必 要 な 状 況 に な っ て い る 。 最 終 翼 の 長 大 翼 化 に お い て 、 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン に 対 す る 評 価 精 度 の 向 上 は 蒸 気 タ ー ビ ン プ ラ ン ト 全 体 の 信 頼 性 を 高 め る 上 で 重 要 な 位 置 付 け を 持 っ て い る 。
水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン を 試 験 に て 定 量 的 に 評 価 す る た め の 課 題 と し て は 、
a. 水 滴 径 、水 滴 量 が エ ロ ー ジ ョ ン に 寄 与 す る た め 実 機 ス ケ ー ル で の 検 証 が 必 要 で あ る こ と
b. 実 機 運 転 で は 変 動 パ ラ メ ー タ が 多 く 、ま た そ れ ら の パ ラ メ ー タ が 単 独 で 変 動 す る こ と が な い た め 影 響 因 子 の 特 定 を 単 一 の 試 験 だ け に 頼 る こ と が 難 し い こ と
が あ げ ら れ る 。
実 際 の 蒸 気 タ ー ビ ン で は 、 運 用 条 件 が 通 年 の 環 境 変 化 、 周 辺 機 器 の 劣 化 、 系 統 運 用 に よ っ て 変 化 す る こ と に 加 え て 、 最 終 翼 は 標 準 設 計 翼 で あ る こ と か ら 、1 種 類 の 最 終 翼 が さ ま ざ ま な プ ラ ン ト の さ ま ざ ま な 運 用 条 件 に 適 用 さ れ る こ と に な る 。 従 っ て 、 蒸 気 タ ー ビ ン 最
