DD213539A1 - Verfahren zur lebensdauerueberwachung hochbeanspruchter bauteile - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lebensdauerueberwachung hochbeanspruchter Bauteile. Zur Ermittlung lebensdauerbeeinflussender Haeufigkeit sollen thermische und mechanische Beanspruchungsteile pro Zeiteinheit beruecksichtigt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemaess Temperatur- und Druckwerte paarweise klassifiziert, daraus bereichsspezifische Ausgangssignale erzeugt sowie als temperaturabhaengige Drucklassenzeithaeufigkeit oder als druckabhaengige Temperaturklassenzeithaeufigkeit abgebildet werden.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Lebensdauer-Überwachung hochbeanspruchter Bauteile

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lebensdauerüberwachung hochbeanspruchter Bauteile.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Hochtemperaturbeanspruchte Bauteile in Kraftwerken werden entsprechend den gültigen Derechnungsvorschriften für eine Lebensdauer von 10° bzw. 2 · 10~* Betriebsstunden ausgelegt. Unter Berücksichtigung entsprechender Sicherheitsfaktoren wird dabei die konstante Beanspruchung bei maximalem Betriebsdruck zugrunde gelegt. Im tatsächlichen Betrieb werden diese Bauteile erstens mit anderen Temperaturen beaufschlagt als vorausgesetzt und zweitens ist diese Beaufschlagung über der Betriebszeit weder konstant noch ständig bei maximalem. Betriebsdruck. Daraus resultieren dann je nach Betriebsbeanspruchung sowohl höhere als auch niedrigere Lebensdauerwerte als angenommen.

Sowohl zur Einschätzung der Betriebssicherheit als auch zur ökonomischen Ausnutzung der eingesetzten Werkstoffe ist aber die Betriebs- bzw. Lebensdauerüberwachung der kritischen Bauteile anhand der tatsachlichen Betriebsbelastungen unerläßlich .

In den vergangenen Oahrohwurden verschiedene Verfahren zur Lebensdauerüberwachung hochtemperaturbeaufschlagter Bauteile entwickelt.

Es sind Verfahren zur Bestimmung des Erschöpfungsgrades von Bauteilen auf der Grundlage elektromechanischer Schaltungen bekannt. Prinzipiell wird dabei die gemessene Betriebstemperatur ins Verhältnis zu der aus der theoretischen Lebensdauer resultierenden zulässigen Temperatur gesetzt und ein daraus folgender Lebensdauerverbrauch aufsummiert und in Prozent oder Stunden angezeigt. Der Nachteil dieser sogenannten Lebensdauerzähler ist/ daß die angezeigten Lebens« dauerverbräuche erstens keine Reproduzierung der Meßwerte und damit keine Bewertung und Analyse der Betriebswelse gestatten und zweitens keine Neuberechnung der Restlebensdauer bei Korrektur der Berechnungsverfahren zu späteren Zeitpunkten zulassen.

Weiterhin wurden Verfahren angegeben, die unter Zugrundelegung des gegenwärtigen Erkehntnisafcandes zur Spannungs- und Lebensdauerberechnung entsprechende Prozeßüberwachungsfunktionen durchführen.

Eine Möglichkeit zur Langzeitüberwachung von Dampferzeuger^ bauteilen ist angegeben, ohne daß für den praktischen Betrieb anzustrebende Ergebnisse erzielt werden konnten« Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen bereits Zeitstand- und Wechselermüdungseinflüsse überlagert werden und durch zeitgleiche Berechnung der Materialbearispruchungen und Vergleich mit zulässigen Werten Informationen zur beanspruchungsoptimalen Betriebsweise abgeleitet werden. Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß sie zur Erfüllung ihrer umfangreichen Überwachungs-, Steuerungsund Führungsfunktionen einen dir*ekt mit dem Prozeß gekoppelten Prozeß- .bzw. .Mikrorechner einschließlich der zugehörigen MeS- und Registriertechnik benötigen. In kleineren Anlagen ist eine solche Technik meist nicht verfügbar.

Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt, bei der die Betriebstemperaturen in konstanten Zeitzyklen klassifiziert und summiert werden. Dadurch sind über Sekundärauawertungon in gewissem Maße Aussagen zur"Betriebsweise und Lebensdauer möglich. Oer Nachteil besteht jedoch darin, daß aufgrund der eingesetzten Relaistechnik die Anzahl der verarbeitbaren HeSstellen gering ist und die Geräte infolge ihrer voluminösen Abmaße für eine -kontinuierliche .Betriebsüberwachung nicht geeignet sind. Solche wichtigen Servicefunktionen, wie Heßstellenausfall _# Grenzwertüberschreitungen usiz, die für eine sichere, operative Betriebsführung der Anlage wichtig sind, können nicht signalisiert werden.

Außerdem ist eine Anordnung auf elektronischer Grundlage angegeben, die eine Vielzahl von Temperaturmeßstellen bei sehr niedrigen Zeitzyklen auswertet und gleichzeitig verschiedene Grenzwertüberwachungsfunktionen ausführt. Von Nachteil ist jedoch, daß zur Einschätzung der Betriebsweise und zur Lebensdauerüberwachung nur die T_emperatur zur Verfügung steht. Es ist jedoch bekannt, daß eine Schädigung der.'Werkstoffe gleichermaßen durch mechanische Beanspruchungen, ζ. B. Innendruck, hervorgerufen wird* Es ist deshalb erforderlich die Gesamtbeanspruchung, bestehend aus mechanischem Anteil und thermischem Anteil, so zu erfassen, daß ihr© funktioneilen Zuordnungen erfaßt und eine Lebensdäuerauswertung, z. B. auf der Grundlage der linearen Schadensgkkumulation

durchgeführt werden kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eins kontinuierliche, prozeßrechnerunabhängige Betriebs- und Lebensdauerüberwachung von hochbeanspruchten Bauteilen einschließlich Signalisation von Grenzwertüberschreitungen, lebensdauerwichtigen Zuständen und -Meßstellenausfall über diskrete oder separate Informationsdarbietungseinrichtungen unter Erfassung sowohl der thermischen

als auch mechanischen Beanspruchungsanteile zu erreichen.

Darlegung des Lesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Abhängigkeit thermischer und mechanischer Beanspruchungsanteile eine Ie*- bensdauerbeeinflussende Häufigkeit pro Zeiteinheit zu ermitteln.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Temperatur- und Druckmeßwerte paarweise klassifiziert, daraus be~ reichsspezifische Ausgangssignale erzeugt sowie als terapera?- turabhängige Druckklassenzeithäufigkeit oder als druckabhängige Ternperaturklassenzeithäuf igkeit abgebildet werden,

Ausführungsbeispiel .

Die Zeichnung zeigt die Anordnung zur Durchführung des Ver-r fahrens. Die MeSdaten von η-Temperatur und m-DruckmeSstellen werden zyklisch über einen Multiplexer 1,1,1,2 an je einen Analog-Digital-Umsetzer 2.1, 2.2 gegeben. Die digitalen Ausgangssignale dieser beiden Umsetzer 2.1, 2.2 gelangen als Adressen an je einen Klassifikator 3.1, 3.2. Die Klassifikatoren sind in dieser Anordnung durch Festwertspeicher (PR0M) realisiert. Der Klassifikator ist dabei so programmiert, daß einem Eingangsadressenbereich a₀ bis a_x die Temperaturklasse 2 usw. entspricht. Analog entsprechen die Eingangsadressen b_o bis b_x der Druckklasse l_t b_x+j_ bis b_y der Druckklasse 2 usvic. Die aus dem Analog-Digital-Umsetzer 2,1; 2.2 kommenden digitalen Ausgangssignale (Temperatur- bzw. Druckmeßwerte) werden an Hand der Eingangsadressen a^ bzw. b^ im Klassifikator 3.1; 3.2 in die entsprechenden Temperatur- bzw. Druckklassen eingeordnet. Die für jedes MeSwertpaar zeitgleich ermittelte Temperatur- und Druckklasse steht in binär kodier-, tor Form an den Ausgängen der Klassifikatoren 3.1; 3.2. Lassen sich Meßwerte nicht in die vorprogrammierten Temperatur- und Oruckklassen einordnen, so werden, sie von den Klassifikatoren 3.1; 3.2 bei zu hohen Werten als Grenzwertüber-

schreitung und bei zu niedrigen Werten als Meßstellenausfall registriert und auf der Anzeige 4 mit Kennzeichnung der MeSstellennumrner dargestellt. .

Die Signalisierung der Grenzwertüberschreitung bzw. des Meßstellenausfalls wird im Speicher 5 abgespeichert und bei der durch den Adressenzähler 3 gesteuerten zyklischen Abtastung der Meßstelle angezeigt.

Die Verknüpfung der im Ergebnis der Klassifizierung entstehenden Temperatur- und Druckklassenpaare erfolgt im Speicher Dazu werden die Speicherplätze des Speichers 5 durch den Meßstellenzähler in η Teilbereiche für η Meßstellen aufgeteilt. Diese Teilbereiche sind nochmals in g Unterbereiche, die genau der Zahl der Temperaturklassen entspricht, aufgespalten. Oeder dieser Einzelbereiche enthäl,t nun wiederum h Unterbereiche, wobei h genau der Anzahl der Oruckklassen entspricht. Zur Darstellung der Temperatur-Druck-Klassenpaare sind im Speicher 5 genau η · g · h Bereiche enthalten. Gs ist aber auch möglich, die η T_Qilbereiche des Speichers entsprechend den Ausgangssignalen des Drucklassifikators in h Unterbereiche mit jeweils g Temperaturklassen aufzuspalten . In diesem Fall wäre die Tömperaturklasse der niederwertigerc Adressenteil. Befindet sich eine Meßstelle 5 zum Zeitpunkt der zyklischen Abfrage im Temperaturbereich k und im Druckbereich 1, so wird der Inhalt des Speicherbereiches mit der Adresse ski aus dem Speicher 5 ausgelesen, in einem Register 6 zivischengespeichert, im Rechenglied 7 um 1 erhöht und anschließend wieder in den Speicher 5 unter der Adresse ski eingeschrieben. Dadurch entsteht irn Speicher 5 eine Abbildung der n, m Temperatur- und Druckmeßstellen (n = m möglich) mit jeweils g Temperatur- und h Druckbereichen, die am Hnde eines MeSablaufes (z. B. 3 Monate) eine Häufigkeitsverteilung der ermittelten Temperatur- und Druckklassenpaare oder umgekehrt wiederspiegelt. Cber eine Anschlußsteuerung 10 sind die Daten über einen Lochbandleser bzw. über ein Magnetbandgerät 9 zu übernehmen und rechentechnisch auszuwerten.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

1. Durch die Verknüpfung von Temperatur- und Druc!<häirrig>r kalten pro Zeiteinheit sind die jeweiligen Beanspruchimgc anteile eindeutig erfaßbar.

2. Infolge beliebiger Aufrüstbarkeit des Schrei br Lo se-'. Speichers und der hohen Auswertegeschwindigkeit kann jeweils eine hohe ''Meßstellenanzahl verarbeitet und damit ein beliebig großer Überwachungsurnfang realisiert werden,

3. Beliebig große Anzahl von Temperatur- und Üruckklassen und je nach Anforderung variierbare Klassenbreite.

4. Realisierung betriabswichtiger Zusatzfunktionen, wie Signalisation von Grenzwertüberschreitungen, Meßstrellenausfall, Kennzeichnung von stark lebensdauerverbrauchen*· den Betriebsphasen usw.

5. Höhe Störsichefheit·

6. Direkte rechentechnische Auswertbarkeit der informationen (Primärdaten) zur Betriebsanalyse,..Leb.ens·*, dauerberechnung, Ausfallwahrscheinlichkeit usw. (Sekundärdaten}.

7. Geringes Gewicht, geringes Volumen, Einpassung in vorhandene Anzeige- bzw. Registriersysteme.

8. Preisgünstig und herstellungsgünstig durch Verwendung handelsüblicher rnikroelektronischer Bauelemente.

Claims (1)

1. - 7 -

   Erfindungsanspruch

   1. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung hochbeanspruchter Bauteile, wobei eine Anzahl von Temperatur- und Oruckmeßwerten zyklisch erfaßt, Bereichen zugeordnet, innerhalb dieser Bereiche klassifiziert und summiert werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur- und Druckmeßwerts paarweise klassifiziert, daraus bereichsspezifische Ausgangssignale erzeugt sowie als temperaturabhängige üruckklassenzeithäufigkeit oder als druckabhängige Tempe~ raturklassenzeithäufigkeit abgebildet werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnung >.