DE10113216B4 - Method for measuring the creep of a hollow cylindrical component at high temperature and high internal pressure and use of the method - Google Patents

Method for measuring the creep of a hollow cylindrical component at high temperature and high internal pressure and use of the method Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Messung des Kriechens eines hohlzylindrischen Bauteils bei hoher Temperatur und hohem Innendruck mit den Schritten,
– auf dem zu überwachenden hohlzylindrischen Bauteil werden in axialer und in Umfangsrichtung Markierungen angebracht oder eine ausreichend charakteristische Oberflächentextur gesucht,
– diese Markierungen oder die Oberflächentextur werden kontinuierlich optisch beobachtet und so die Entfernung zwischen bestimmten Punkten auf der Oberfläche kontinuierlich gemessen,
– aus der gleichzeitig gemessenen Wandtemperatur und dem gemessenen Innendruck wird die dadurch bewirkte Änderung der Entfernung der beobachteten Punkte berechnet, wobei zur Erhöhung der Genauigkeit die berechneten Spannungsverteilungsverhältnisse in bestimmten Richtungen genutzt werden, wobei bei dem hohlzylindrischen Bauteil die Axialspannung die Hälfte der Spannung in Umfangsrichtung zufolge des Innendrucks ist,
– aus der Differenz zwischen den gemessenen und berechneten Entfernungen wird das Kriechen des hohlzylindrischen Bauteils und auch die Kriechgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt,
– bei Umgebungstemperatur in drucklosem Zustand wird jeweils das Kriechen kalibriert,Method for measuring the creep of a hollow cylindrical component at high temperature and high internal pressure with the steps
On the hollow cylindrical component to be monitored, markings are made in the axial and circumferential direction or a sufficiently characteristic surface texture is sought,
These markings or the surface texture are continuously optically observed, thus continuously measuring the distance between certain points on the surface,
From the simultaneously measured wall temperature and the measured internal pressure, the change in the distance of the observed points caused thereby is calculated using the calculated stress distribution ratios in certain directions to increase the accuracy, wherein in the hollow cylindrical component the axial stress is half the stress in the circumferential direction the internal pressure is,
From the difference between the measured and calculated distances, the creep of the hollow cylindrical component and also the creeping speed are determined continuously,
- at ambient temperature in a pressureless state, the creep is calibrated in each case,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Kriechens eines hohlzylindrischen Bauteils bei hoher Temperatur und hohem Innendruck gemäß Patentanspruch 1 und eine Verwendung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 3.The The invention relates to a method for measuring the creep of a hollow cylindrical component at high temperature and high internal pressure according to claim 1 and a use of the method according to claim 3.

Zum Stand der Technik findet man im Lexikon der Physik, Herrmann Franke (Hrsg.), Franckh'schen Verlagsbuchhandlung Stuttgart, Band 2: I-R, 3. Auflage 1969, Seiten 883 und 884, und im Handbuch für experimentelle Spannungsanalyse, Prof. Dr.-Ing. Christof Rohrbach (Hrsg.), VDI-Verlag GmbH 1989, ISBN 3-18-400347-7, Seiten 809–825, Hinweise auf einzelne Verfahrensschritte aber nicht die angeführte Kombination der verschiedenen Messverfahren und deren Kalibrierung.To the The state of the art can be found in the Lexikon der Physik, Herrmann Franke (Ed.), Franckh'schen Verlagsbuchhandlung Stuttgart, Volume 2: I-R, 3rd edition 1969, pages 883 and 884, and in the manual for experimental stress analysis, Prof. Dr.-Ing. Christof Rohrbach (Ed.), VDI-Verlag GmbH 1989, ISBN 3-18-400347-7, pages 809-825, notes on individual process steps but not the combination mentioned the different measuring methods and their calibration.

In US 4 591 996 wird zwar die Speckle-Interferometrie angewendet, aber das Patent konzentriert sich auf die Bestimmung der Spannungen und Dehnungen, und ein System nach diesem Patent würde zwangsläufig die Kriechdehnung einer erhöhten Spannung zuordnen. Es ist also die Kombination von z. B. mit der Speckleinterferometrie oder einem anderen optischen Verfahren gemessener Oberflächendehnung mit der aus Innendruck und Temperatur berechneten elastischen Dehnung, die eine Bestimmung des Kriechens und der Kriechgeschwindigkeit erlaubt. Die Messung im kalten und drucklosen Zustand dient der Kalibrierung der bleibenden Verformung.In U.S. 4,591,996 While speckle interferometry is used, the patent focuses on the determination of stresses and strains, and a system according to this patent would inevitably attribute the creep strain to increased stress. So it is the combination of z. Example, with the Speckleinterferometrie or other optical method measured surface strain with the calculated from internal pressure and temperature elastic strain, which allows a determination of the creep and the creep speed. The measurement in the cold and pressureless state serves to calibrate the permanent deformation.

DE 33 09 951 A1 beschreibt ein Verfahren mit ganz speziellen Messgittern und genau entsprechenden Fasern, wodurch die Auswertung stark vereinfacht wird aber nicht das Kriechen ermittelt werden kann. DE 33 09 951 A1 describes a method with very special measuring grids and exactly corresponding fibers, whereby the evaluation is greatly simplified but not the creep can be determined.

Das Objektrasterverfahren nach tm – Technisches Messen, 67, 2000, Seiten 267–273 und die Verformungsmessung nach tm – Technisches Messen, 62, 1995, Seiten 3–7, wären viel zu ungenau, um zur Kriechdehnungsmessung verwandt zu werden und geben auch keine Hinweise, wie das Kriechen berechnet werden kann.The Objektrasterverfahren after tm - Technical Messen, 67, 2000, pages 267-273 and the deformation measurement according to tm - Technisches Messen, 62, 1995, Pages 3-7, would be a lot too inaccurate to be used for creep strain measurement and also give no indication of how the creep can be calculated.

Ähnliches gilt für DE 197 07 968 C2 , wobei das dort beschriebene Verfahren zudem auf mechanisch-dynamische Eigenschaften spezialisiert ist, und auch für DE 25 26 753 B2 , wobei das dort beschriebene Verfahren nicht die nötige Auflösung erreichen würde.The same applies to DE 197 07 968 C2 In addition, the method described there is specialized in mechanical-dynamic properties, and also for DE 25 26 753 B2 , where the method described there would not achieve the necessary resolution.

DE 693 24 360 T2 basiert (Seite 5, Zeilen 30ff) „auf der Wellentheorie der plastischen Verformung, gemäß derer die plastische Verformung und ein nachfolgender Bruch als Wellenprozess auftreten" und hat damit eine völlig andere Grundlage und auch eine andere Zielsetzung, nämlich einen Bruch samt Ort vorherzusagen. DE 693 24 360 T2 (page 5, lines 30ff) "on the wave theory of plastic deformation, according to which the plastic deformation and a subsequent fracture occur as a wave process" and thus has a completely different basis and also a different objective, namely to predict a fraction and place.

DE 197 07 968 C2 befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Untersuchung der mechanisch-dynamischen Eigenschaften eines Werkstücks, wobei das Werkstück entlang einer ersten Richtung einer zyklischen Zug- und/oder Druckbeanspruchung ausgesetzt wird und die Kraft und Wegstrecken erfasst werden; beides trifft auf das hier unter Schutz gestellte Verfahren nicht zu. DE 197 07 968 C2 is concerned with a method and a device for investigating the mechanical-dynamic properties of a workpiece, wherein the workpiece is subjected to a cyclic tensile and / or compressive stress along a first direction and the force and travel distances are detected; both of these do not apply to the process under protection here.

DE 42 00 173 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des Dehnungsverhaltens von Prüflingen dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling mit in Zugbelastungsrichtung in definierten Abständen hintereinander angeordneter Farbmarkierung einer definierten Breite ausgestattet wird, deren zugbelastungsbedingte Teiländerung mittels einer hoch auflösenden Zeilenkamera je für sich registriert wird. Diese Farbmarkierungen würden bei höheren Temperaturen i. allg. zerstört werden, auch wäre das Kriechen allein damit nicht berechenbar. DE 42 00 173 A1 describes a method for determining the elongation behavior of specimens, characterized in that the specimen is provided in Zugbelastungsrichtung at defined intervals successively arranged color marking a defined width whose zugbelastungsbedingte part change is registered by means of a high-resolution line camera each for themselves. These color marks would i. In general, creeping alone would not be predictable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bauteile, die bei hohen Temperaturen hohen Drücken ausgesetzt sind, bezüglich des Kriechens kontinuierlich zu überwachen. Derzeit werden solche Aufweitungsmessungen nur diskontinuierlich durchgeführt. Dadurch kann die Aufweitung nur summarisch erfasst und nicht unmittelbar bestimmten Betriebszuständen zugeordnet werden.Of the Invention is based on the object components that are at high temperatures high pressures are exposed, with respect to continuously monitor the creep. Currently, such expansion measurements are only discontinuous carried out. As a result, the expansion can only be summarized and not immediately certain operating conditions be assigned.

Außerdem kann nicht aufgrund der momentanen Kriechgeschwindigkeit Einfluss auf den Betrieb genommen werden.In addition, can not influenced by the current crawl speed to be taken out of service.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.The solution This object is achieved by the specified in claim 1 Characteristics. An advantageous development is specified in claim 2.

Es werden also,

  • – auf dem zu überwachenden Bauteil Markierungen angebracht oder eine ausreichend charakteristische Oberflächentextur gesucht,
  • – diese Markierungen oder die Oberflächentextur werden kontinuierlich optisch beobachtet und so die Entfernung zwischen bestimmten Punkten auf der Oberfläche kontinuierlich gemessen,
  • – aus der gleichzeitig gemessenen Wandtemperatur und dem gemessenen Innendruck wird die dadurch bewirkte Änderung der Entfernung der beobachteten Punkte berechnet und dabei zur Erhöhung der Genauigkeit die Tatsache berücksichtigt, dass bei einem hohlzylindrischen Bauteil die Axialspannung die Hälfte der Spannung in Umfangsrichtung zufolge des Innendrucks ist,
  • – aus der Differenz zwischen den gemessenen und berechneten Entfernungen kann das Kriechen des Bauteils und auch die Kriechgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt und überwacht werden,
  • – bei Umgebungstemperatur in drucklosem Zustand kann jeweils das Kriechen kalibriert werden.
So it will be
  • - Marked on the component to be monitored or sought a sufficiently characteristic surface texture,
  • These markings or the surface texture are continuously optically observed, thus continuously measuring the distance between certain points on the surface,
  • From the simultaneously measured wall temperature and the measured internal pressure, the change in the distance of the observed points caused thereby is calculated and thereby to the Er increase in accuracy takes into account the fact that, in a hollow cylindrical component, the axial stress is one half of the stress in the circumferential direction due to the internal pressure,
  • From the difference between the measured and calculated distances, the creep of the component and also the creeping speed can be continuously determined and monitored,
  • - At ambient temperature in a pressureless state, the creep can be calibrated.

Claims (3)

Verfahren zur Messung des Kriechens eines hohlzylindrischen Bauteils bei hoher Temperatur und hohem Innendruck mit den Schritten, – auf dem zu überwachenden hohlzylindrischen Bauteil werden in axialer und in Umfangsrichtung Markierungen angebracht oder eine ausreichend charakteristische Oberflächentextur gesucht, – diese Markierungen oder die Oberflächentextur werden kontinuierlich optisch beobachtet und so die Entfernung zwischen bestimmten Punkten auf der Oberfläche kontinuierlich gemessen, – aus der gleichzeitig gemessenen Wandtemperatur und dem gemessenen Innendruck wird die dadurch bewirkte Änderung der Entfernung der beobachteten Punkte berechnet, wobei zur Erhöhung der Genauigkeit die berechneten Spannungsverteilungsverhältnisse in bestimmten Richtungen genutzt werden, wobei bei dem hohlzylindrischen Bauteil die Axialspannung die Hälfte der Spannung in Umfangsrichtung zufolge des Innendrucks ist, – aus der Differenz zwischen den gemessenen und berechneten Entfernungen wird das Kriechen des hohlzylindrischen Bauteils und auch die Kriechgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt, – bei Umgebungstemperatur in drucklosem Zustand wird jeweils das Kriechen kalibriert,Method for measuring the creep of a hollow cylindrical Component at high temperature and high internal pressure with the steps - on the to be monitored hollow cylindrical component are in the axial and circumferential direction Markings attached or a sufficiently characteristic surface texture searched, - these Markers or the surface texture continuously visually observed and so the distance between continuously measured at certain points on the surface, - from the simultaneously measured wall temperature and the measured internal pressure becomes the change caused thereby calculated from the distance of the observed points, whereby to increase the Accuracy the calculated stress distribution ratios be used in certain directions, with the hollow cylindrical Component the axial tension half the tension in the circumferential direction is according to the internal pressure, - from the Difference between the measured and calculated distances will be the creep of the hollow cylindrical component and also the creep speed continuously determined - at Ambient temperature in a pressureless state will creep in each case calibrated Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zur Messung der Entfernung die Speckle-Interferometrie verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that that speckle interferometry is used to measure the distance becomes. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Überwachung des hohlzylindrischen Bauteils.Use of the method according to claim 1 or 2 for monitoring of the hollow cylindrical component.
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