DE2314954B2

DE2314954B2 - Anordnung zur laufenden Ermittlung und Überwachung der Lebensdauer von dickwandigen Bauelementen

Info

Publication number: DE2314954B2
Application number: DE2314954A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 6804 Ilvesheim Buchwald; Ludwig Dr.-Ing. 6901 Leutershausen Busse
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1973-03-26
Publication date: 1978-06-29
Also published as: FR2223761B1; CH574142A5; FR2223761A1; GB1425280A; DE2314954A1; DE2314954C3; US3950985A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur laufenden Ermittlung und Überwachung der Lebensdauer von thermisch belastbaren, dickwandigen Bauelementen, z. B. dicke Wellen, dickwandige Rohre, Turbinenteile sowie Ventile von thermischen Maschinen, durch Erzeugen von elektrischen Signalen aus die Lebensdauer beeinflussenden Größen, wie z. B. Bauteiltemperaturen und anderen gemessenen Werten, wobei das resultierende Signal gemäß einer nichtlinearen, auf das Bauteil abgestimmten, elektronisch nachgebildeten Kennlinie verändert und unter Verwendung ejnes Impulsgebers in Impulse mit einer dem Lehensdauerverbrauch entsprechenden Frequenz umgeformt und einem Zähler zugeführt wird.

Ein bekannter Beanspruchungs-Überwacher dient zur Bestimmung der verbrauchten Lebensdauer eines Triebwerkes, Gerätes oder dergleichen, bei dem die verbrauchte Lebensdauer von der Zeit und wenigstens einem anderen Parameter abhängig ist (DE-OS 20 05 904). Diese Parameter können von der Temperatur, der Geschwindigkeit, der Vibration, der Belastung, vom Lagerverschleiß, von mangelhafter Schmierung, Startzahl, Stärke und Anzahl von Wärmeschocks auf die Turbinenschaufeln, vom Bremsdruck und von der Strahlungseinwirkung abgeleitet sein. Die Lebensdauer des Triebwerkes oder Gerätes steht hierbei zu den betreffenden Parametern über empirisch ermittelte Kennlinien in Beziehung. Dieser bekannte Beanspruchungs-Überwacher kann zwar den Einfluß einer Vielzahl von Parametern auf die Lebensdauer berücksichtigen, er ist jedoch nicht geeignet, den Einfluß von Spannungsspitzen zu berücksichtigen, die beim Aufheizen oder Abkühlen von dickwandigen Bauelementen, also beim Inbetriebnehmen oder Abschalten von thermischen Maschinen, deren Bestandteile diese Bauelemente sind, auftreten.

Eine andere bekannte Meßeinrichtung zur Betriebsüberwachung von unter Druck stehenden Behältern und/oder Rohrleitungen (DT-OS 19 05 482) ist ebenfalls nicht geeignet, den Einfluß von Spannungsspitzen, die beim Anwärmen oder Abkühlen in dickwandigen Bauelementen auftreten, auf die Lebensdauer solcher Bauelemente zu erfassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine genaue Erfassung der beim Aufheizen oder Abkühlen in dickwandigen Bauelementen auftretenden instationären Wärmespannungen sowie ihre Berücksichtigung bezüglich der Lebensdauer möglich ist. Darüber hinaus sollen außer den genannten thermischen Spannungen auch andere bei den jeweils herrschenden Betriebsverhältnissen auftretenden Einflüsse, die sich auf die Lebensdauer auswirken können,

berücksichtigt werden können, wie rein mechanische Spannungen, die beispielsweise infolge von Fliehkraftwirkung oder Innendruck auftreten können. Dabei soll stets der Einfluß des Temperaturniveaus, welchem das Bauelement ausgesetzt ist, für die Errrittlung der Lebensdauer Berücksichtigung finden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist nun erfindungsgemäß gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) an dem zu überwachenden Bauelement werden ein erstes Temperatursignal #i der Oberfläche, ein zweites Temperatursignal i?2 der neutralen Faser und das der Wärmespannung entsprechende Temperturdifferenzsignal Δϋ· dieser beiden Temperatursignale οι, 1>2 ermittelt,

b) das Temperaturdifferenzsignal Δϋ· wird einer '' elektronischen Schaltung zugeführt, die aus .dem Temperaturdifferenzsignal und den Größen anderer erfaßter mechanischer Spannungen o,_mch ein der Vergleichsspannung

Ov

, O_mcch)

20

entsprechendes Signal bildet,

c) in einem Funktionsgenerator zur Nachbildung der Kurve konstanter Standzeit ob— f{&) bei Auslegungsbedingungen des Bauelementes wird das ^2j erste Temperatursignal #i der Oberfläche eingegeben und ein Ausgangssignal erzeugt, welches jener Zeitstandfestigkeit ob entspricht, die der gemessenen Temperatur der Oberfläche zugeordnet ist,

d) in einer Schaltung wird die Differenz ^i(l

Δο = Ov — ob

ermittelt und das resultierende Signal Δο als Maß für die Beanspruchung dem Impulsgeber mit nachgeschaltetem Zähler zugeführt, wobei die ^Jj elektronisch nachgebildete Kennlinie des nichtlinearen Impulsgebers dem Verhältnis der Kurven konstanter Standzeit entspricht.

Es wird also aus den Temperaturen der Oberfläche und der neutralen Faser des Bauelementes ein Temperaturdifferenzsignal gebildet, dessen Größe ein Maß für die im Bauelement herrschende Wärmespannung ist. Aus dem Temperaturdifferenzsigrial und aus den Größen von anderen erfaßten mechanischen Spannungen wird in einer elektronischen Schaltung unter Benutzung von aus der Festigkeitslehre bekannten Hypothesen eine Vergleichsspannung σ ν bzw. ein dieser Vergleichsspannung entsprechendes elektrisches Signal gebildet, das ein Maß für die gesamte Belastung des Bauelementes ist. Gleichzeitig wird in einem Funktionsgenerator die Kurve konstanter Standzeit σβ in Abhängigkeit von der Bauteiltemperatur nachgebildet Aus dieser Kurve wird nun jene ZeitstandfoL;tigkeit Ob abgegriffen, die bei der gemessenen Oberfl ächentemperatur des Bauelementes für eine konstante Standzeit vorhanden ist und ausgenutzt werden kann. Diese Zeitstandfestigkeit ob wird als elektrisches Signal abgegeben und einer weiteren Schaltung zugeführt.

In dieser weiteren Schaltung wird nun die Differenz Δο zwischen der Vergleichsspannung ov und der Zeitstandfestigkeit ob ermittelt, die ein Maß ist für die Beanspruchung des Bauelementes. Das resultierende Signal, welches der Differenz Δο entspricht, wird nun dem Impulsgeber zugeleitet, dem ein Zähler nachgeschaltet ist.

Der Impulsgeber formt das zugeführte resultierende Signal in Impulse um, die vom nachgeschalteten Zähler gezählt werden und ein Maß für die verbrauchte Lebensdauer des Bauelementes sind. Die Umformung des zugeführten resultierenden Signals in Impulse geschieht hierbei gemäß einer im Impulsgeber nachgebildeten Kennlinie, die die Impulswahl in Abhängigkeit vom gegenseitigen Verhältnis von Kurven mit konstanter, aber untereinander verschiedener Standzeit darstellt.

Wie sich aus vorstehendem ergibt, lassen sich mit der Anordnung gemäß der Erfindung durch instationäre Temperaturen eines Bauelementes ausgelöste mechanische Spannungen auf einfache Weise erfassen und ihr Einfluß auf die Lebensdauer zusammen mit anderen die Lebensdauer beeinflussenden Parametern ohne großen Aufwand und genau darstellen.

Das Temperaturdifferenzsignal kann auf verschiedene Weise gewonnen werden, am einfachsten ist es jedoch, wenn dieses durch Gegeneinanderschaltung der die Oberflächentemperatur und die Temperatur an der neutralen Faser erfassenden Thermoelemente ermittelt wird.

Um Rückwirkungen zu vermeiden, ist vorteilhaft das Temperaturdifferenzsignal bzw. das erste Temperatursignal jeweils über einen Trennverstärker der elektronischen Schaltung bzw. dem Funktionsgenerator zuführbar.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zur Förderung der Genauigkeit des Impulsgebers bei Nennbetrieb oder in dessen Nähe eine vom resultierenden Signal gesteuerte Umschalteinrichtung vorgesehen ist, die aus verschiedenen Eingängen des Impulsgebers jenen Eingang mit der Schaltung verbindet, der bei dem anstehenden resultierenden Signa! eine Impulszahl auslöst, die innerhalb einer einzigen Dekade liegt, wobei die LJmschalteinrichtung gleichzeitig von den verschiedenen Eingängen des Zählers jenen Eingang mit dem Impulsgeber verbindet, welcher die Impulszählung in einer solchen Dekade auslöst, die der Größe des resultierenden Signals entspricht.

Der Impulsgeber besitzt also verschiedene Eingänge, die derart selbsttätig angewählt werden, daß die abgegebenen Impulse innerhalb einer Dekade, also zwischen Null und Zehn, liegen, wodurch die Genauigkeit des Impulsgebers im Bereich niedriger Impulszahlen, also bei Nennbetrieb, erhöht wird. Um nun bei hohen Belastungen trotzdem zu einem richtigen Zählergebnis im Zähler zu kommen, besitzt dieser ebenfalls verschiedene Eingänge, die jeweils einer Zähldekade zugeordnet sind und ebenfalls über die Umschalteinrichtung ansteuerbar sind. Es wird hierbei jeweils jener Eingang des Zählers gewählt, der, obwohl der Impulsgeber immer in der gleichen Dekade arbeitet, die Zählung in einer Dekade durchführt, die der Größe des dem Impulsgeber zugeführten resultierenden Signals entspricht.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Standzeitdiagramm eines Bauelements mit Kurven verschiedener konstanter Standzeiten,

F i g. 2 die Anordnung der Meßstellen für die Gewinnung des ersten Temperatursignals der Oberfläche und des zweiten Temperatursignals der neutralen Faser an einem von außen beheizbaren Rotor,

Fig. 3 die Anordnung der Meßstellen für die Gewinnung des ersten Temperatursignals der Oberflä-

ehe sowie des zweiten Temperatursignals der neutralen Faser an einem innen beheizten Turbinengehäuse oder einem innen beheizten Rohr und

Fig.4 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.

In dem Standzeitdiagramm des Bauelements gemäß Fig. 1 ist die Zeitstandfestigkeit ob (kp/mm²) in Abhängigkeit der Temperatur sowie mit vier verschiedenen, konstanten Standzeiten (Lebensdauer in Stunden) als Parameter aufgetragen. Aus diesem Standzeitdiagramm ergibt sich nun, daß für ein Bauelement, das z. B. für eine Nennbelastung von 10 kp/mm² bei 500⁰C ausgelegt ist, nach der Nenn-Standzeitkurve 1 eine Lebensdauer von 100 000 Stunden zu erwarten ist (siehe den Punkt 2 auf der Nenn-Standzeitkurve 1, für den das Bauelement ausgelegt ist). Wird das Bauelement dagegen im Betrieb mit 10 kp/mm² und 55O⁰C belastet (Punkt 21), so beträgt seine Lebensdauer gemäß der Standzeitkurve 3 lediglich 10 000 Stunden. Ebenfalls nur 10 000 Stunden beträgt die Lebensdauer des Bauelements bei einer Belastung von 15 kp/mm² und einer Temperatur von 500° C. Dieser Belastungsfall entspricht dem Punkt 22 auf der Standzeitkurve 3, welchem eine Lebensdauer von 10 000 Stunden zugeordnet ist. Wie sich aus vorstehendem ergibt, ist eine Betriebsdauer des Bauelements von 10 000 Stunden bei 10 kp/mm² und 550⁰C (Punkt 21 in F i g. 1) oder eine Betriebsdauer von 10 000 Stunden bei 15 kp/mm² und 500°C (Punkt 22) äquivalent einer Betriebsdauer von 100 000 Stunden bei 10 kp/mm² und 500°C (Punkt 2 in F i g. 1). Mit anderen Worten bedeutet dies für das vorliegende Beispiel, daß die Betriebszeit bei Überbeanspruchung die gleiche Materialermüdung wie die lOfache Betriebszeit bei Nenndaten bewirkt, d. h., wird die Betriebszeit bei Überbeanspruchung (Punkt 21 oder 22) mit dem Faktor 10 multipliziert, so ergibt sich die äquivalente Betriebszeit des Bauelementes bezogen auf die Nenn- oder Auslegungsdaten (Punkt 2).

Diese Aussagen gelten exakt nur für statische Spannung und stationäre Temperatur, denn unter diesen Voraussetzungen sind die Standzeitkurven aufgenommen. Für wechselnde Beanspruchungen im Bereich hoher Temperaturen gilt näherungsweise die Minersche Hypothese der linearen Schadensakkumulation, sofern die Anzahl der Spannungszyklen und der damit verbundenen Spannungsamplituden keine überwiegende Zerrüttungsschädigung verursachen. Nach der Minerschen Regel bewirkt die Beanspruchung infolge Spannung und Temperatur zunächst eine Ermüdungsgeschwindigkeit des Werkstoffs, aus der durch Integration über die Beanspruchungsdauer die Ermüdung bzw. der Verbrauch an Lebensdauer des gefährdeten Bauelements ermittelbar ist. Die Regel lautet formal

dtlt (σ, ti) =

darin bedeuten /(σ, #) die Standzeit bei stationärer Spannung σ und Temperatur ϋ· und 1/f(o, ϋ·) die Ermüdungsgeschwindigkeit. Bezeichnet man die Standzeit bei Auslegungsspannung ONcnn und Auslegungstemperatur ftuenn mit tNonn, dann ergibt sich die akkumulierte äquivalente Betriebszeit <*,„ bei veränderlichen Betriebszuständen o, ϋ· aus

In Übereinstimmung mit der Minerschen Regel ist die Lebensdauer des Bauteils abgelaufen, wenn t_iqu gleich tNcnn ist. Formal werden somit die Zeitabschnitte mit einem von der jeweiligen Beanspruchung (Temperatur und Spannung) abhängigen Faktor gewichtet bzw. multipliziert und addiert.

Wie bereits erwähnt, ist in Fig. 1 ein Standzeitdiagramm dargestellt, in dem vier Kurven 1, 3, 15, 16 konstanter Standzeit in Abhängigkeit von der Spannung K) Os und Temperatur ϋ aufgetragen sind.

Die Nenn-Standzeitkurve 1 enthält insbesondere den Auslegungspunkt 2 des Bauelements. Alle Punkte einer ausgewählten Kurve konstanter Standzeit, beispielsweise die Kurve 3, ergeben den gleichen Faktor

und gleiche Ermüdungsgeschwindigkeit. Die Kurven konstanter Standzeit von ferritischen warmfesten Stählen verlaufen in dem hier interessierenden Temperaturbereich nahezu parallel, so daß der Differenz Δα zwischen der momentanen Spannung σ und derjenigen auf der Nenn-Standzeitkurve 1 bei momentaner Betriebstemperatur ϋ nichtlinear ein Faktor

,_r tNcnn/t(o, ϋ)

zugeordnet ist. In dem dargestellten Fall (Punkt 3' auf der ausgewählten Kurve 3) entspricht der Differenz Ao = 5 kp/mm² genau eine Dekade der Standzeiten und der Faktor ergibt sich zu

tNcnn/t{0,O·) = 10.

Der parallele Verlauf der Kurven kontanter Standzeit erlaubt dabei eine besonders einfache technische Darstellung des genannten Faktors.

Die F i g. 2 bis 4 zeigen eine Anordnung zur Zählung der äquivalenten Betriebsstunden eines Bauelementes einmal am Beispiel einer außen beheizten Welle (siehe F i g. 2), zum anderen am Beispiel eines innen beheizten Turbinengehäuses oder eines innen beheizten Rohres (siehe F i g. 3). Die augenblicklichen thermischen Spannungen in der Oberfläche, deren Höchstwerte hier beim Aufheizen oder Abkühlen auftreten, werden durch die Temperaturdifferenz Δϋ zwischen der Oberfläche 4 und der neutralen Faser 5 erfaßt, da diese Temperaturdifferenz ein Maß ist für die entstehenden thermischer Spannungen. Hierzu wird mittels eines Thermoelementes 4' die Temperatur der Oberfläche 4 des Bauelementes in Form eines ersten Temperatursignals ϋ\ erfaßt während durch das Thermoelement 5' ein zweites Temperatursignal #2 geliefert wird, das die Temperatui an der neutralen Faser 5 abbildet. Beide Thermoelemente sind hierbei so gegeneinander geschaltet, daß vor ihnen auch ein Temperaturdifferenzsignal Δϋ abgenommen werden kann, welches der Temperaturdifferem zwischen der Oberfläche 4 und der neutralen Faser £ entspricht.

Über vorgeschaltete Trennverstärker 6 bzw. 7 wire das Temperaturdifferenzsignal Δϋ in die elektronische Schaltung 8 und das erste Temperatursignal ϋ\ dei Oberfläche in einen Funktionsgenerator 9 eingeleitet.

In der elektronischen Schaltung 8 wird aus den Temperaturdifferenzsignal Δϋ und anderen Meßwer ten, die z. B. thermische Eigenspannungen odei Fliehkraftspannungen Omcch der Bauelemente repräsen tieren, ein elektrisches Signal gebildet, welches einei mechanischen Vergleichsspannung o_v entspricht. Diesi Vergleichsspannung wird hierbei mit Hilfe von aus dei Festigkeitslehre bekannten Festigkeitstheorien aus den

die thermische Spannung darstellenden Temperaturdifferenzsigna! Δ& und den die anderen mechanischen Spannungen o_meci. darstellenden Signalen gebildet. Hierbei werden sämtliche Spannungskomponenten berücksichtigt, so daß gilt

Hierbei können die zusätzlichen mechanischen Spannungen o_nmi als konstante Größen oder als variable Größen der elektronischen Schaltung 8 zugeführt werden Die Gewinnung und die Zufuhr dieser Signale ist in den Figuren nicht dargestellt.

Im Funktionsgenerator 9 wird die Nenn-Standzeitkurve 1 elektronisch nachgebildet, die auch den Punkt 2 enthält, für den das Bauelement ausgelegt ist (vgl. Fig. 1). Der Funktionsgenerator 9 wird hierbei von dem die Temperatur der Oberfläche abbildenden ersten Temperatursignal d-\ gesteuert, so daß ein Ausgangssignal abgegeben wird, das ein Maß ist für jene Zeitstandfestigkeit o« die gemäß der Nenn-Standzeitkurve 1 der gemessenen Oberflächentemperatur zugeordnet ist.

Das Ausgangssi|;nal des Funktionsgenerator 9 sowie das in der elektronischen Schaltung 8 gebildete und der Vergleichsspannurg ο ν entsprechende Signal werden einer Schaltung 13 zugeführt und die Differenz

Δα = αν - ob

gebildet, die als resultierendes Signal ein Maß für die Beanspruchung des Bauelementes ist. Dieses resultierende Signal wird dem Impulsgeber 10 mit nachgeschaltetem Zähler 11 zugeführt, wobei die im Zähler 11 gezählten Impulse gleichbedeutend sind mit äquivalenter Betriebsdauer in Stunden.

Die Umformung des resultierenden Signals Δα in Impulse wird im lmpulsgaber 10 gemäß einer elektronisch nachgebildeten Kennlinie 17 durchgeführt. Diese Kennlinie entspricht dem Verhältnis der Kurven 1,3,15, 16 konstanter Standzeit gemäß Fi g. 1. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bedeutet dies, daß bei Betrieb des Bauelement!; mit Werten die auf der Nenn-Standzeitkurve 1 liegen, d. h., wenn Ao = Q ist, der Impulsgeber auf einen Impuls pro Stunden normiert ist und folglich mit jedem Impuls den Abiaul einer äquivalenten Betriebsstunde angibt, die dann im Zähler 11 gezählt wird. Weicht jedoch der augenblickliche Betriebszustand des Bauelements von der Nenn-Standzeitkurve: 1 ab, so daß eine Differenz aiftritt, beispielsweise 4o' = 5 kp/mm², wie es einem Betriebszustand gemäß Punkt 3' auf der Kurve 3 entsprechen würde (vgl. Fig. 1), so liefert der Impulsgeber mehr Impulse pro Stunde. Im vorliegenden Beispiel mit do = 5 würde der Impulsgeber zehn Impulse abgeben. Würde nun deir augenblickliche Arbeitszustand des Elauelements dem Punkt 18 der Kurve 15 entsprechen und somit ein zl<i =10 gegeben sein, so würde der Impulsgeber hundert Impulse pro Stunde abgeben und somit zum Ausdruck bringen, daß eine Stunde Betriebsdauer des Bauelementes mit den Werten des Punktes 18 die gleiche Ermüdung des Materials hervorruft wie hundert Betriebsstunden des Bauelements bei Nenndaten, die durch den Punkt 2 bezeichnet sind. Dieser Zusammenhang ist aus dem Diagramm zu erkennen, das in den schematisch dargestellten Impulsgeber 10 eingezeichnet ist.

Im nachgeschalteten Zähler 11 werden schließlich die Impulse, die gleichbedeutend den äquivalenten Betriebsstunden sind, gezählt, und dieser Zähler liefert somit die gewünschte Aussage über den Fortschritt der Werkstoffermüdung des betreffenden Bauelements.

κι Da davon ausgegangen werden kann, daß das Bauelement über den größten Teil seiner Lebensdauer mit Nenndaten belastet ist, wird der Impulsgeber 10 meist in einem Bereich um 1 Impuls pro Stunde arbeiten. Der Arbeitsbereich des Impulsgebers 10 muß sich jedoch zur Erfassung sämtlicher Betriebszustände über mehrere Dekaden erstrecken. Um nun große Ungenauigkeiten beim Arbeiten im unteren Bereich, also im Bereich um 1 Impuls pro Stunde, zu vermeiden, weisen der Impulsgeber 10 und der Zähler 11 jeweils verschiedene Eingänge auf, die von einer Umschalteinrichtung 12 angewählt werden. Die Umschalteinrichtung 12 wird vom resultierenden Signal Δο derart gesteuert, daß das resultierende Signal Δο jeweils einem solchen Eingang des Impulsgebers zugeführt wird, an dem ein Arbeiten des Impulsgebers innerhalb einer einzigen Dekade, die von 1 Impuls pro Stunde bis 10 Impulse pro Stunde reicht, bewirkt wird.

Damit jedoch der Zähler 11 jene Impulszahlen registriert, die dem resultierenden Signal Δο durch die Kennlinie 17 des Impulsgebers 10 tatsächlich zugeordnet sind, weist der Zähler 11 ebenfalls verschiedene Eingänge auf, die von der Umschalteinrichtung 12 ebenfalls ausgewählt werden. Hierbei wird von der Umschalteinrichtung 12 die Auswahl der Eingänge des Zählers derart getroffen, daß, obwohl der Impulsgeber immer in einer Dekade bis 10 Impulse pro Stunde arbeitet, die Impulse im Zähler in der richtigen Dekade gezählt werden. Mit anderen Worten bedeutet dies, der Impulsgeber arbeitet immer in einem Bereich bis 10

■to Impulse pro Stunde, der Zähler dagegen arbeitet über mehrere Dekaden.

Im Falle unseres Ausführungsbeispiels, bei dem das Bauelement z. B. mit den Daten des Punktes 18 (vgl. F i g. 1) betrieben wird, ergibt sich ein Δο = 10 und somit

gemäß der Kennlinie 17 des Impulsgebers 10 eine zugeordnete Impulszahl von 100 Impulsen pro Stunde. Da jedoch der Impulsgeber 10 nur innerhalb einer einzigen Dekade bis 10 Impulse pro Stunde arbeiten kann, werden im vorliegenden Fall vom Impulsgeber 10 lediglich 10 Impulse pro Stunde abgegeben. Um nun im Zähler 11 die richtige Irnpulszahl von 100 Impulsen pro Stunde zu zählen, wird von der Umschalteinrichtung 12 ein solcher Eingang des Zählers 11 angewählt, der bei 10 eingegebenen Impulsen die Zählung von 100 Impulsen, also in der richtigen Dekade bewirkt. Es wird somit erreicht, daß der Impulsgeber jeweils innerhalb eines kleinen Bereichs und somit genau arbeiten kann und trotzdem die richtige Anzahl von Impulsen vom Zähler gezählt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

25 Patentansprüche:

1. Anordnung zur laufenden Ermittlung und Überwachung der Lebensdauer von thermisch belastbaren, dickwandigen Bauelementen, z. B. dicke Wellen, dickwandige Rohre, Turbinenteile sowie Ventile von thermischen Maschinen, durch Erzeugen von elektrischen Signalen aus die Lebensdauer beeinflussenden Größen, wie z. B. Bauteiltemperaturen und anderen gemessenen Werten, wobei das resultierende Signal gemäß einer nichtlinearen, auf das Bauteil abgestimmten, elektronisch nachgebildeten Kennlinie verändert und unter Verwendung eines Impulsgebers in Impulse mit einer dem Lebensdauerverbrauch entsprechenden Frequenz umgeformt und einem Zähler zugeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) an dem zu überwachenden Bauelement werden ein erstes Temperatursignal ϋι der Oberfläche (4), ein zweites Temperatursignal #2 der neutralen Faser (5) und das der Wärmespannung entsprechende Temperaturdifferenzsignal Δϋ dieser beiden Temperatursignale ϋ\, #2 ermittelt,

b) das Temperaturdifferenzsignal Δϋ wird einer elektronischen Schaltung (8) zugeführt, die aus dem Temperaturdifferenzsignal Δϋ· und den Größen anderer erfaßter mechanischer Spannungen a,„cch ein der Vergleichsspannung

Ov = ί{Δϋ, Omcch)

entsprechendes Signal bildet,

c) in einem Funktionsgenerator (9) zur Nachbildung der Kurve konstanter Standzeit Ob=- ί(ϋ) bei Auslegungsbedingungen des Bauelementes wird das erste Temperatursignal ϋ\ der Oberfläche eingegeben und ein Ausgangssignal erzeugt, welches jener Zeitstandfestigkeit a_B entspricht, die der gemessenen Temperatur der ⁴⁽⁾ Oberfläche zugeordnet ist,

d) in einer Schaltung (13) wir die Differenz

Ao = Ov — ob

ermittelt und das resultierende Signal Δα als Maß für die Beanspruchung dem Impulsgeber (10) mit nachgeschaltetem Zähler (11) zugeführt, wobei die elektronisch nachgebildete Kennlinie (17) ders nichtlinearen Impulsgebers (10) dem Verhältnis der Kurven (1, 2, 15, 16) konstanter Standzeit entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturdifferenzsignal Δϋ durch Gegeneinanderschaltung der die Oberflächentemperatur und die Temperatur an der neutralen Faser erfassenden Thermoelemente (4', 5') wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturdifferenzsignal Δϋ bzw. das erste Temperatursignal ϋ\ jeweils über ω einen Trennverstärker (6, 7) der elektronischen Schaltung (8) bzw. dem Funktionsgenerator (9) zuführbar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung der μ Genauigkeit des Impulsgebers (10) bei Nennbetrieb oder in dessen Nähe eine vom resultierenden Signal Δο gesteuerte Umschalteinrichtung (12) vorgesehen ist, die aus verschiedenen Eingängen des Impulsgebers (10) jenen Eingang mit der Schaltung (13) verbindet, der bei dem anstehenden resultierenden Signal Δα eine Impulszahl auslöst, die innerhalb einer einzigen Dekade liegt, wobei die Umschalteinrichtur.g (12) gleichzeitig von den verschiedenen Eingängen des Zählers (11) jenen Eingang mit dem Impulsgeber (10) verbindet, welcher die Impulszählung in einer solchen Dekade auslöst, die der Größe des resultierenden Signals Δα entspricht.