DE19711107C2 - Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschinenteil - Google Patents
Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten MaschinenteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen
an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschi
nenteil, wie z. B. dem Läufer einer Dampfturbine, einer Gasturbine oder eines
Verdichters.
Die Einsatzfähigkeit und der Lebensdauerverbrauch eines rotierenden ther
misch und dynamisch beanspruchten Maschinenteils, wie z. B. der Läufer einer
Dampfturbine, wird durch kontinuierliche rechnerische Bestimmung des Le
bensdauerverbrauchs auf der Grundlage der vorhandenen bzw. zu ermittelnder
Werkstoffkennwerte und der Betriebsparameter ermittelt (z. B. DE 15 73 665 A1,
DE 27 48 607 C2, DE 33 14 181 A1). Diese Verfahren sind jedoch mit großen Fehlern behaf
tet, da die Ausgangswerkstoffkennwerte nicht exakt bekannt sind sowie Ände
rungen während des Betriebes unterliegen.
Das Ergebnis der kontinuierlichen oder periodischen Schwingungsüberwachung
wird in die rechnerischen Verfahren einbezogen (EP 0 585 623 A2). Eine erkenn
bare Beeinflussung tritt jedoch erst bei Schäden mit relativ großem Aus
maß, z. B. einem Makroriss, ein.
Zum Nachweis betriebsbedingter und/oder herstellungsbedingter Fehler sowie
nach Ablauf der rechnerisch ermittelten Lebensdauer werden herkömmliche
zerstörungsfreie Prüfverfahren angewandt, wobei die Fehler bereits eine relativ
große Ausdehnung aufweisen müssen.
Nach Ablauf des rechnerischen Lebensdauerendes kann der Läufer der
Dampfturbine aus verschiedenen Gründen mit einem zeitlich zunehmenden
Schadensrisiko betrieben werden (VGB-Richtlinie "Prüfung betriebsbean
spruchter Läufer und Gehäuse von Dampf- und Gasturbinen", VGB-R512M,
1991).
Je nach Gefährdungsrisiko ist das Ende der rechnerischen Lebensdauer als
Warnsignal für erhöhte Überwachungsmaßnahmen oder als Zeitpunkt für den
Austausch des Läufers zu sehen. Ein Erkennen der Ermüdung des Werkstoffes
des Läufers im Frühstadium vor Eintreten eines mit den vorgenannten Verfah
ren erkennbaren Fehlers ist bisher nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln,
bei dem für rotierende thermisch und dynamisch hochbeanspruchte Maschi
nenteile eine Ermüdungserkennung des Werkstoffes im Frühstadium möglich
wird. Vor allem soll nach Ablauf der rechnerisch ermittelten Lebensdauer eine
risikoarme Entscheidung für den Weiterbetrieb des Maschinenteils möglich
sein.
Dies wird dadurch erreicht, dass an einem rotierenden thermisch und dyna
misch hochbeanspruchten Maschinenteil, dessen zu prüfender Bereich insbe
sondere durch Querschnittsänderungen oder Schweißungen gekennzeichnet
ist, der zu prüfende Bereich ganz oder teilweise präpariert wird, entlang des
präparierten Bereiches eine zerstörungsfreie Messwerte- und/oder Messbild
aufnahme des Werkstoffgefüges vorgenommen wird, aus den Messwerten-
und/oder Messbildern die jeweilige Mikroporendichte für die einzelnen Ab
schnitte des zu prüfenden Bereiches als Maß für die Schädigung ermittelt wird
und daraus die entsprechenden Schädigungsklassen und/oder Schädigungs
merkmale bestimmt werden, die maßgenau auf den zu prüfenden Bereich über
tragen werden, die Darstellung der Verteilung der Schädigungsklassen für die
einzelnen Abschnitte des Bereiches ergibt ein topografisches Bild, aus dem der
Schädigungsgrad des Werkstoffs, sowie das Schädigungsmaximum und das
Schädigungsminimum bestimmt werden können.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt:
Fig. 1 die Radscheibe am Läufer des Hochdruck-Einganges der Dampftur
bine (schematisch)
Fig. 2 die Abwicklung der Folienabdrücke mit eingezeichneten Schädigungs
klassen
Die Welle 1 des Läufers 2 weist die Radscheibe 3 mit Schaufel 4 im Hochdruck-
Eingang der Dampfturbine auf. Die Dampfturbine nähert sich aufgrund der
Einsatzweise dem Ende der rechnerisch ermittelten Lebensdauer. Es soll eine
Entscheidung getroffen werden, ob und mit welchem Risiko die Dampfturbine
weiterbetrieben werden kann.
Dazu wird der zugängliche Teil des Läufers 2 der Dampfturbine zugrunde ge
legt, der den Bereich der höchsten Temperatur- und Spannungsbeanspruchung
aufgrund von Rechen-, Mess- und Erfahrungswerten darstellt. Für den Läufer 2
stellt der Bereich 5 eine markante Stelle für die Querschnittsänderung zwischen
Welle 1 und Radscheibe 3 des Hochdruck-Einganges der Dampfturbine dar.
Der Bereich 5 wird durch Polieren der Oberfläche präpariert. Danach werden
von diesem präparierten Bereich 5 Folienabdrücke 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13 des
Werkstoffgefüges von der Radscheibe 3 und der Welle 1 genommen.
Nach Abnahme der Folienabdrücke 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13 wird die jeweilige
Porendichte ermittelt, daraus die Schädigungsklassen bestimmt und maßgenau
auf den Bereich 5 übertragen.
Durch diese maßgenaue Übertragung ist die Schädigungsverteilung im Bereich
5 aufgrund der festgestellten Schädigungsklasse festzustellen.
Für Welle 1 und Radscheibe 3 ergibt sich nach Auswertung der Folienabdrücke
Folgendes:
Im Folienabdruck 9 sind die Schädigungsklassen 1; 2a; 2b und 3a bis 3b er mittelt worden.
Im Folienabdruck 10 sind die Schädigungsklassen 1; 2a und 2b ermittelt wor den (Fig. 2).
Im Folienabdruck 9 sind die Schädigungsklassen 1; 2a; 2b und 3a bis 3b er mittelt worden.
Im Folienabdruck 10 sind die Schädigungsklassen 1; 2a und 2b ermittelt wor den (Fig. 2).
Aus der Schädigungsklassenverteilung leiten sich geometrische Fig. 14; 15
für den Bereich 5 im Übergang Radscheibe 3 und Welle 1 ab, die sich wie folgt
darstellen:
Aufgrund der Schädigungsklassenverteilung ergibt sich im Folienabdruck 9 die geometrische Fig. 14 mit den Schädigungsklassen 1 bis 3b beginnend im Übergang 16 zur Radscheibe 3 und im Folienabdruck 10 die geometrische Fig. 15 mit den Schädigungsklassen 1 bis 2b beginnend im Übergang 16 zur Welle 5.
Aufgrund der Schädigungsklassenverteilung ergibt sich im Folienabdruck 9 die geometrische Fig. 14 mit den Schädigungsklassen 1 bis 3b beginnend im Übergang 16 zur Radscheibe 3 und im Folienabdruck 10 die geometrische Fig. 15 mit den Schädigungsklassen 1 bis 2b beginnend im Übergang 16 zur Welle 5.
Aus den Fig. 14; 15 ist in Verbindung mit der Schädigungsklassenverteilung
ein Schädigungsgrad des Werkstoffes für die Welle 1 und die Radscheibe 3 zu
ermitteln, der keinen Weiterbetrieb, sondern nur noch ein Wechsel des Läufers
2 zulässt.
Durch die Erfindung ist es nun möglich, die Ausdehnung einer Schädigung lü
ckenlos zu bestimmen und daraus auf das Risiko für einen Weiterbetrieb, für
einen begrenzten Weiterbetriebszeitraum oder einen Wechsel zu schließen.
Weiterhin ist in Auswertung der Ausdehnung in Verbindung mit der bisherigen
Betriebsweise auf die Art der Schädigung, z. B. der Schädigungsmerkmale,
zu schlussfolgern.
Außerdem ist es möglich, durch eine Null-Messung und weitere periodische
Messungen Schlussfolgerungen für die Instandhaltung und die Betriebsweise
zu treffen.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:
- 1. Es werden Schädigungen nachgewiesen, die mit herkömmlichen zerstö rungsfreien Prüfverfahren nicht erfassbar sind.
- 2. Das Verfahren berücksichtigt die tatsächlichen örtlichen Beanspruchungen in Abhängigkeit vom realen Werkstoffzustand.
- 3. Die Schädigung wird in einem so frühen Stadium erkannt, dass eine Werk stoffschädigung an den geprüften Stellen rechtzeitig erkannt wird und eine planmäßige Instandhaltung erfolgen kann.
1
Welle
2
Läufer
3
Radscheibe
4
Schaufel
5
Bereich
6
Folienabdruck
7
Folienabdruck
8
Folienabdruck
9
Folienabdruck
10
Folienabdruck
11
Folienabdruck
12
Folienabdruck
13
Folienabdruck
14
geometrische Figur
15
geometrische Figur
16
Übergang
Claims (6)
1. Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden
thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschinenteil, dessen zu prüfen
der Bereich (5) insbesondere durch Querschnittsänderungen und Schweißun
gen gekennzeichnet ist, mit folgenden Verfahrensschritten:
- - der zu prüfende Bereich (5) wird ganz oder teilweise präpariert, entlang des präparierten Bereiches (5) wird eine zerstörungsfreie Mess werte- und/oder Messbildaufnahme des Werkstoffgefüges vorgenommen,
- - aus den Messwerten- und/oder Messbildern wird die jeweilige Mikroporen dichte für die einzelnen Abschnitte des zu prüfenden Bereiches (5) als Maß für die Schädigung ermittelt und daraus werden die entsprechenden Schädi gungsklassen und/oder Schädigungsmerkmale bestimmt, die maßgenau auf den zu prüfenden Bereich (5) übertragen werden,
- - die Darstellung der Verteilung der Schädigungsklassen für die einzelnen Abschnitte des Bereiches (5) ergibt ein topografisches Bild, aus dem der Schädigungsgrad des Werkstoffs, sowie das Schädigungsmaximum und das Schädigungsminimum bestimmt werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die zerstörungs
freie Messwert- und/oder Messbildaufnahme durch ein Gefügeabdruckverfah
ren, ein Thermografieverfahren oder ein Ultraschallverfahren erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass bei der
Messwert- und/oder Messbildaufnahme durch ein Gefügeabdruckverfahren der
zu prüfende Bereich (5) durch Polieren der Oberfläche präpariert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das hochbean
spruchte Maschinenteil der Läufer einer Dampfturbine, einer Gasturbine oder
eines Verdichters ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die zu prüfenden
Bereiche (5) des jeweiligen Maschinenteils die Radscheibe des Hochdruck-
und/oder Mitteldruckeingangsteiles oder die Schweißnähte der Welle des Läu
fers einer Dampfturbine sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die zu prüfende
Bereiche (5) einer Null-Messung unterzogen werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997111107 DE19711107C2 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschinenteil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997111107 DE19711107C2 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschinenteil |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19711107A1 DE19711107A1 (de) | 1998-09-10 |
DE19711107C2 true DE19711107C2 (de) | 2003-12-18 |
Family
ID=7823687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997111107 Expired - Fee Related DE19711107C2 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschinenteil |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19711107C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7090393B2 (en) * | 2002-12-13 | 2006-08-15 | General Electric Company | Using thermal imaging to prevent loss of steam turbine efficiency by detecting and correcting inadequate insulation at turbine startup |
CN107782786B (zh) * | 2017-09-27 | 2024-05-28 | 重庆交通大学 | 一种基于脉冲微波致热测振的钢结构锈蚀检测装置及方法 |
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-
1997
- 1997-03-06 DE DE1997111107 patent/DE19711107C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE19711107A1 (de) | 1998-09-10 |
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Legal Events
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