DD250182A1

DD250182A1 - Verfahren zur pruefung von differenztemperaturmessstellen in dickwandigen bauteilen

Info

Publication number: DD250182A1
Application number: DD29153086A
Authority: DD
Inventors: Thomas Perschel; Max Hampusch
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1987-09-30

Abstract

Verfahren zur Pruefung von Differenztemperaturmessstellen in dickwandigen, von einem Medium bestroemten, temperaturbeaufschlagten Bauteilen. Die Pruefung soll im eingebauten Zustand bei Betriebsbedingungen vorgenommen werden und die gesamte Messkette erfassen, indem ihre Funktion mit Hilfe indirekter Vergleichsmessungen und der Gesetze der theoretischen Waermeuebertragung kontrolliert wird. Dazu werden die Parameter des das Bauteil bestroemenden Mediums durch Messung bestimmt und daraus unter Beruecksichtigung der geometrischen Daten, der Werkstoffkennwerte und der Waermeuebertragungsbedingungen im instationaeren Betriebszustand ueber die Loesung der Fourierschen Waermeleitgleichung der radiale Temperaturverlauf ueber die Bauteilwand ermittelt. Sodann wird fuer die Messstellenorte die rechnerische Temperaturdifferenz bestimmt und diese mit dem gemessenen und ausgegebenen Wert der Differenztemperaturmessstelle verglichen und das Ergebnis bewertet. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Differenztemperaturmeßstellen in dickwandigen Bauteilen im eingebauten Zustand, die beströmt werden, in Anlagen der Energieumwandlung und Verfahrenstechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Berührungsthermometer durch Vergleich mit Normalgeräten bzw. mit Fixpunkten zu prüfen (VDE/VDI — Vorschrift 3511, S.31).

Die Prüfung bedingt den Ausbau des Temperaturfühlers und den Einbau in Bäder, Öfen oder Fixpunktstellen. Mit dem Ausbau und Einbau ist ein hoher Arbeitsaufwand und ein Ausfall der Meßstelle während dieses Zeitraumes verbunden.

Die Reproduzierbarkeit der Einbaubedingungen ist nach Austausch des Fühlers nicht gegeben. Die Umgebungsbedingungen im Prüflabor entsprechen nicht den Bedingungen am Einsatzort und verursachen damit Zusatzfehler.

Weiterhin ist bekannt, die Prüfung von Temperaturmeßstellen in Kraftwerken mit Hilfe einer Thermoersatzspannungsquelle vorzunehmen. Dabei wird unter Betriebsbedingungen die Meßstelle ab Ausgang des Thermoelementes geprüft (TGL 190/136/

Mit dieser Lösung ist keine Prüfung des Thermoelementes selbst bzw. der Einbaubedingungen möglich.

In der Patentschrift DD-PS 227239 ist ein Prüfverfahren unter Betriebsbedingungen beschrieben. Dabei wird das Temperaturmeßgerät der Betriebstemperatur ausgesetzt, um reproduzierbare Zusatzfehler einzujustieren. Das Gerät ist dabei jedoch nicht im Meßobjekt eingebaut. Einbaufehler werden damit nicht berücksichtigt. In der DE-OS 3301627 ist ein Prüfverfahren für Temperaturfühler beschrieben, bei dem in der Fühlerkammer eine Wärmeerzeugung vorgenommen wird und mittels eines zweiten Thermoelements ein Vergleich mit dem im Betrieb befindlichen Thermoelement im eingebauten Zustand erfolgt. Bei diesem Verfahren ist zwar eine rationelle Prüfung der Meßstelle unter Einbeziehung des kompletten Temperaturfühlers möglich, jedoch wird die Temperaturübertragung vom zu messenden technologischen Objekt zum temperaturempfindlichen Element des Fühlers hiermit nicht erfaßt. Einbaufehler können damit nicht geprüft werden.

Es ist weiterhin ein Verfahren zum Prüfen von Temperaturfühlern in Klimaanlagen im eingebauten Zustand bekannt (DE-OS 3145333), bei dem in einer Betriebspause der Klimaanlage, in der technologisch annähernd gleich Temperaturen an den Meßobjekten sind, diese gemittelt und danach mit den Istwerten der vorhandenen Meßstellen verglichen werden.

Dieses Verfahren ist nur anwendbar bei einer Vielzahl von gleichartigen Meßstellen für die Prüfung der Absoluttemperatur.

In Patentschrift DD-PS 227311 ist ein Verfahren zur Prüfung von Thermoelementen im eingebauten Zustand mittels Vergleich mit einem Pyrometer beschrieben, bei dem eine Vergleichsmessung am Meßobjekt vorgenommen wird. Dieses Verfahren ist nur anwendbar bei nichtwärmeisolierten Bauteilen mit bekanntem Emissionsgrad für die Prüfung der absoluten Oberflächentemperatur. Bei der Prüfung von Temperaturfühlern in Bauteilen, die wärmeisoliert sind, ergibt der pyrometrische Vergleich keine sinnvollen Ergebnisse.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Prüfverfahren für Di^erenztemperaturmeßstellen in Bauteilen im eingebauten Zustand bei Betriebsbedingungen mit dem die Nachteile der bekannten Lösungen vermieden werden und mit dem die Prüfung der gesamten Meßkette einschließlich Meßfühler ermöglicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Erfüllung der Zielstellung ein Prüfverfahren zu schaffen, mit dem ohne Demontage oder Montage von Bauteilen oder Baugruppen der Meßkette mit Hilfe indirekter Vergleichsmessungen und der Gesetze der theoretischen Wärmeübertragung die Funktion der Meßkette kontrollierbar ist.

Erfindungsgemäß werden die Parameter des das Bauteil beströmenden Mediums durch Messungen bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der geometrischen Daten, der Werkstoffkennwerte und der Wärmeübertragungsbedingungen im instationären Betriebszustand über die Lösung der Fourier'schen Wärmeleitgleichungen der radiale Temperaturverlauf über die Bauteilwand ermittelt und hieraus für die Meßstellenorte die rechnerische Temperaturdifferenz bestimmt. Diese wird dann mit dem gemessenen und ausgegebenen Wert der Differenztemperaturmeßstellen verglichen und bewertet

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Medientemperaturmeßstelle vorher nicht geeicht werden braucht, da für die Temperaturdifferenz in der Bauteilwand nicht die Medientemperatur, sondern der Temperaturgradient von Bedeutung ist. Die Medientemperatur hat lediglich für die Bestimmung der Stoffwerte Bedeutung, es genügt daher eine Plausibilitätsprüfung anhand des technologischen Prozesses.

Ausführungsbeispiel

Das Meßverfahren soll nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert werden. Die Abbildung zeigt ein Bauteil mit vorhandener Differenztemperaturmeßstelle und einer in der Nähe befindlichen Mediumtemperatur-Meßstelle Q_Med im Teilschnitt sowie den Temperaturverlauf in der Bauteilwandung.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, den Druck ρ und den Massenstrom m zu bestimmen. Diese Voraussetzungen sind im

allgemeinen in Anlagen, die mit Differenztemperaturmeßstellen zum Zwecke der Bestimmung instationärer Wärmespannungen ausgerüstet sind, gegeben.

Aus den Dampfparametern und dem Massenstrom läßt sich über hinlänglich bekannte Beziehungen die innere

Wärmeübertragungszahl α berechnen (z. B. VDI-Wärmeatlas).

Aus dem Medientemperaturverlauf, den Stoffwerten der Rohrwand und den geometrischen Abmessungen wird dann mittels Differenzenverfahren der Temperaturverlauf über der Rohrwand berechnet. Durch Lösung der Fourierschen

Differentialgleichung

δθ Ι δ²θ 1 δθ

-r- = °\-rr ⁺ T~

δτ \ or r or

(θ—Temperatur! — Zeitr — Radius

wird der örtliche und zeitliche Temperaturverlauf über der Wand bestimmt.

Die geometrischen Abmessungen (Wanddicke s, Abstand der beiden Meßfühler zur Messung der Metalltemperatur der

Innenfaser

ö_MetiUnd der Mittelfaser ö_Metm von der Außenwand I₁; I₂) müssen ohnehin vorliegen, da die Differenztemperaturmeßstelle zum Zwecke der Lebensdauerüberwachung vorgesehen ist (Berechnung der instationären Wärmespannung).

Besteht die Möglichkeit, einen konstanten Temperaturgradienten bis zum Erreichen des quasistationären Zustandes

aufzugeben, kann auf die Berechnung der (!,-Zahl verzichtet werden, da im quasistationären Zustand die Temperaturdifferenz nicht mehr vom inneren Wü abhängig ist.

Aus dem Temperaturverlauf &μ& über der Rohrwand (siehe Diagramm) läßt sich die Temperaturdifferenz Δθ zwischen den

beiden Meßpunkten bestimmen. Diese wird mit der gemessenen Temperaturdifferenz verglichen und das Ergebnis bewertet.

Claims

Verfahren zur Prüfung von Differenztemperaturmeßstellen in dickwandigen, von einem Medium beströmten, temperaturbeaufschlagten Bauteilen, bei dem die Funktion der Meßfühler im eingebauten Zustand unter Betriebsbedingungen durch eine indirekte Vergleichsmessung kontrolliert wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Parameter des das Bauteil beströmenden Mediums durch Messung bestimmt werden und daraus unter Berücksichtigung der geometrischen Daten, der Werkstoffkennwerte und der Wärmeübertragungsbedingungen im instationären Betriebszustand über die Lösung der Fourierschen Wärmeleitgleichung der radiale Temperaturverlauf über die Bauteilwand ermittelt und dann für die Meßstellenorte die rechnerische Temperaturdifferenz bestimmt und diese mit dem gemessenen und ausgegebenen Wert der Differenztemperaturmeßstelle verglichen und das Ergebnis bewertet wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung