DE3314181A1

DE3314181A1 - Verfahren zur ueberwachung der ermuedung von bauteilen, z.b. in kernkraftwerken

Info

Publication number: DE3314181A1
Application number: DE19833314181
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dr. 7000 Stuttgart Braschel; Manfred Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Miksch; Rolf Dipl.-Ing. 8523 Hagenau Schiffer
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1984-10-25
Also published as: ES8703028A1; US4764882A; JPS59206751A; DE3479064D1; EP0122578A2; EP0122578B1; ES531767A0; EP0122578A3; BR8401842A

Description

33H181

- /r f

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Ermüdung von Bauteilen, z.B. in einem Kernkraftwerk .

Die seitherige Ermüdungsanalyse für einzelne Bauteile, z.B. einen Speisewasserstutzen in einem Kernkraftwerk, erfolgt aufgrund von Lastfallspezifikationen, die neben thermischen und mechanischen Belastungsdaten Annahmen über die jeweils zu erwartenden Häufigkeiten mechanischer Belastungsfälle enthalten. Der Nachteil einer solchen Spezifikation liegt in den theoretischen Annahmen, die oft nicht mit den im Betrieb durch Messung tatsächlich festgestellten Beanspruchungen übereinstimmen.

Auf der anderen Seite ist eine genaue Ermüdungsanalyse erwünscht, um möglichst präzise vorhersagen zu können, wann ein bestimmtes Bauteil seinen maximalen Ausnutzungsgrad erreicht hat und demgemäß ausgetauscht werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur überwachung der Ermüdung von Bauteilen, z.B. in einem Kernkraftwerk, zu schaffen, das eine kontinuierliche, auf tatsächlich anfallende Meßdaten gestützte Betriebsüberwachung ermöglicht.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die von Sensoren an den zu überwachenden Bauteilen in einem bestimmten Zeittakt gemessenen Meßwerte an einen Prozeßrechner gelangen, der eine erste Recheneinheit enthält, die aus den Meßwerten Gewichtungsfaktoren ermittelt derart, daß eine überlagerung von mit den Gewichtungsfaktoren gewichteten Elementarverläufen eine Annäherung des Verlaufs der Meßwerte ergibt, daß ferner in mindestens einem ersten Speicher die Werte für die von den Elementarverläufen erzeugten elementaren Spannungsverläufe gespeichert sind, daß ferner eine zweite Recheneinheit durch überlagerung der gewichteten elementaren Spannungsverläufe dem tatsächlichen Spannungsverlauf annähert und in einen zweiten Speicher abspeichert, daß ferner eine dritte Recheneinheit aus diesem Spannungsverlauf und unter Verwendung von in einem dritten Speicher stehenden Ermüdungskurven den sich während eines Auswertungszyklus ergebenden Teilausnutzungsgrad des Bauteils errechnet und an einen weiteren Speicher abgibt, in dem der Teilausnutzungsgrad zu dem darin gespeicherten Gesamtausnutzungsgrad addiert wird und einen neuen Wert für den Gesamtausnutzungsgrad bildet.

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Im konkreten Fall bedeutet dies z.B., daß entlang des Umfangs eines Bauteils, beispielsweise eines Speisewasserstutzens in einem Kernkraftwerk, Temperatursensoren angeordnet sind. Man kann aufgrund der örtlichen Temperaturverteilung und/oder des zeitlichen Temperaturverlaufs nun die entsprechenden Temperaturverlaufe im Inneren dieses Bauteils berechnen (Temperatur-Rückwärts-Analyse). Auf der Grundlage dieser für das Innere des Bauteils errechneten Temperaturen lassen sich rechnerisch die Spannungsverläufe ermitteln. Dies wird dadurch besonders einfach, daß die Berechnungen nicht für den vorliegenden Meßverlauf erfolgen, sondern für sog. "Elementarverläufe" (im folgenden: Elementartransienten) als deren Überlagerung - bei Verwendung bestimmter Ge- ' Wichtungsfaktoren - der tatsächlich gemessene Temperaturverlauf näherungsweise dargestellt werden kann. Infolge der Linearität des für die Berechnung der Spannungsverläufe geltenden Gleichungssystems läßt sich auch der tatsächlich auftretenden Spannungsverlauf als entsprechende, d.h. mit denselben Gewichtungsfaktoren versehene Überlagerung elementarer Spannungsverläufe darstellen, die den elementaren Temperaturverlaufen entsprechen. Der durch diese überlagerung ermittelte - angenäherte - Vergleichsspannungsverlauf wird dann mit Hilfe des bekannten Rainflow- oder Reservoir-Algorithmus abgearbeitet. Auf diese Art werden die sich während

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- r-

der Auswertungszyklen ergebenden Teilausnutzungsgrade berechnet und zum jeweiligen neuesten Gesamtausnutzungsgrad, einem für die Ermüdung eines Bauteils charakteristischen Wert, aufaddiert.

Ähnliches, wie im vorstehenden Absatz für Temperaturverläufe ausgeführt, gilt auch für mechanische Meßwertdaten.

Parallel dazu kann man vorsehen, daß neben den Meßdaten auch Betriebssignale, die - beispielsweise von einer Warte oder einem Stellpult aus - das Betriebssystem steuern und zu dem das zu überwachende Bauteil gehört, zur Lästfallidentxfizierung herangezogen werden. Derartige Lastfälle in einem Kernkraftwerk sind beispielsweise "Anfahren", "Schnellabschaltung" usw. Diesen einzelnen Lastfällen kann man nun bestimmte - empirisch festgestellt oder auf der Grundlage von Annahmen berechnete oder geschätzte - VergleichsSpannungsverläufe zuordnen, so daß bei Identifizierung derartiger Lastfälle durch evtl. zusätzliche Überlagerung mit geeignet gewichteten mechanischen Einheitslastfallen ein Vergleichsspannungsverlauf entsteht,

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der mit Hilfe des Rainflow-Algorithmus ebenso in einen Teilausnutzungsgrad umgerechnet wird.

Die Vorteile des Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:

- Die einheitliche Vorgehensweise führt zu vergleichbaren Ergebnissen und gibt Hinweise auf kritische Bauteile.

Die zeitliche Erfassung der einzelnen Betriebsvorgänge und die kontinuierlichen Temperaturmessungen führen zur genauen Bestimmung der Ausnutzungsgrade.

Sollte bei der überwachung eine kritische Tendenz erkannt werden, ist es müglich, rechtzeitig durch eine neu festzulegende Schonfahrweise die Lebensdauer einzelner Komponenten zu erhöhen.

Anzeigen bei Ultraschall-Prüfungen können gezielt kontinuierlich verfolgt werden.

Durch die Überwachung des Rißwachstums ist man in der Lage, auch bei der Erreichung der rechneri scheren Ausnutzung von 1,0 die Anlage weiter zu betrieben.

Durch diese Überwachung ist auch ein gezielter und damit wirtschaftlicher Ablauf eventuell erforderlicher Reparaturmaßnahmen möglich.

Die kontinuierliche Betriebsüberwachung führt zur lückenlosen Betriebsdatenerfassung (Logbuch).

- Das Betriebsüberwachungssystem ermöglicht z.B. für alle Bereiche in Kraftwerken eine genauere und vor allem auch wirtschaftlichere Durchführung von Spannungs- und Ermüdungsanalysen.

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AO

ß -

Die Erfindung ist nicht nur im beispielhaft beschriebenen Kraftwerksbereich, sondern auch in anderen Bereichen anwendbar. Genannt sei als weiteres Beispiel die Überprüfung der Ermüdung von Bauteilen von Flugzeugen, etc.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildung wird im folgenden anhand der^ beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

10

Figur 1

ein Ablaufschema des Verfahrens;

Figur 2

eine Ermüdungskurve für den Bauteil (materialspezifische Ermüdungskurve);

15

Figur 3

die schematische Anordnung mehrerer Temperatursensoren entlang des äußeren Umfangs eines rohrförmigen Bauteils;

Figur 4a

den zeitlichen Verlauf einer Elementartrans iente;

20

Figur 4b

den örtlichen Verlauf einer Elementartrans iente;

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Figur 4c die zeitliche überlagerung mehrerer

gewichteter Elementartransienten;

Figur 5a eine weitere Darstellung einer Elementartransiente an einem Punkt χ der Innenseite eines Bauteils;

Figur 5b der sich daraus als "Antwort" ergebende Verlauf der Temperatur in dem dem genannten Punkt χ auf der Innenseite gegenüberliegenden Punkt y an der Außenseite;

Figur 5c die durch Überlagerung von Antworten

gemäß Figur 5b entstehende Antwort auf überlagerte Elementartransienten nach Figur 4c;

Figur 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels.

Figur 1 zeigt ein Ablaufschema für das Verfahren zur Überwachung der Ermüdung von Bauteilen in einem Kernkraftwerk. Grundlage für die Ermüdungsanalyse ist die materialspezifische, empirisch ermittelte

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Ermüdungskurve, wie z.B. in Figur 2 zeigt. In ihr ist den einzelnen Vergleichsspannungsschwingbreiten 23 er die jeweils maximal zulässige Anzahl N der Lastwechsel zugeordnet. Die durch η gleiche Lastwechselschwankungen bewirkte Materialermüdung wird durch den "Ausnutzungsgrad" (Usage Factor)

B ₍₁₎

ausgedrückt.

Für verschiedene Lastwechselschwankungen Δσ . ergibt sich der gesamte Ausnutzungsfaktor U als Summe der einzelnen Teilausnutzungsfaktoren U, gemäß der Formel

Ϊ ^üi ⁼ ϊ \

Dabei ist n^ jeweils, bezogen auf die zugehörige Vergleichsspannungsänderung Δσ ,, die Anzahl der tatsächlieh aufgetretenen Lastwechsel, und N. die sich aus der Kurve nach Figur 2 ergebenden maximale Anzahl von Lastwechseln.

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. Im einzelnen ergeben sich die Erfordernisse dieser Feststellungen beim Betrieb von Reaktorsystemen aus dem ASME-Code, Sec.ill (Stress Categories). Durch die er findungsgemäße überwachungseinrichtung kann jeweils der Gesamtausnutzungsgrad zu einem bestimmten Zeitpunkt festgestellt werden.

Das in Figur 1 symbolisch mit 1 gekennzeichnete Kern kraftwerk gibt bestimmte Meßwerte ab. Es folgt dann bei 2 die Meßwerterfassung und die Gewichtung der Einheitslastfälle:

Die wichtigsten Meßwerte, aufgrund derer die Spannungsverteilung und daraus dann der Ausnutzungsgrad berechnet wird, sind die Temperaturen. Es ist nämlich im allgemeinen - z.B. mangels geeigneter langzeitstabiler Dehnmeßstreifen - nicht möglich, die Spannungsverlaufe im Material unmittelbar zu messen und der Bestimmung des Ausnutzungsgrades zugrunde zu legen. Die Berechnung erfolgt deshalb aufgrund einer Temperatur-Rückwärts-Analyse (thermalbackward-analysis), die davon ausgeht, daß sich aus den Außentemperaturen, deren zeitlicher und räumlicher

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- X3 -

Verlauf durch geeignete Sensoren gemessen werden kann, die Temperaturverteilung in der gesamten Struktur und daraus wiederum die Spannungsverteilung berechenbar ist.

Die Messung der Temperaturen erfolgt dabei, wie schematisch in Figur 3 dargestellt, mit geeigneten Sensoren (13), die im Beispiel an einem Rohrstück (14) angeordnet sind. Die erfindungsgemäße überwachungseinrichtung macht sich eine besonders einfache Errechnung der Spannungsverteilung zunutze, die im folgenden daher ausführlich dargestellt wird:

Allgemein gilt die Wärmeleitungsgleichung

a .

Wird a als konstant vorausgesetzt und sind T₁ und T~ Temperaturfelder, also Lösungen der Gleichung (3), die den Randbedingungen R₁ und R₂ genügen, so sind sowohl T = T₁ +T₂ als (für konstantes r) auch T = r.T.| Lösungen von (3), die den Randbedingungen R = R₁ +R₂ bzw. R = r.R₁ genügen. 20

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Die Erfindung macht sich dieses Superpositionsprinzip zunutze, indem sie nach einem Baukastenprinzip komplexe Temperatürverlaufe approximativ aus elementaren Temperaturverläufen, sog. "Elementartransienten", zusammensetzt. Dabei wird versucht, den außen gemessenen Temperaturverlauf R als Superposition von sich zu geeignet gewichteten Elementartransienten T. einstellenden Oberflächentemperaturen R. darzustellen, d.h.

R = Σ T₁ . R₁ (4)

Das zur Oberflächentemperatur R gehörige Temperaturfeld T ist dann näherungsweise durch

T=| T₁T₁ (5)

gegeben.

Die Elementartransienten T., die hier verwendet werden, sind durch den auf der Innenseite des entsprechenden Bauteils (z-.B. eines Rohrabschnittes (14) nach Fig. 3) auftretenden Temperaturverlauf

₁ (x, t)

definiert, wie er in Fig. 4a und 4b dargestellt ist 20

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- yi -

In diesen Abbildungen bezeichnet i den der Meßstelle i gegenüberliegenden Punkt an der Innenseite, E den Temperaturverlauf an der Innenseite und (x, t) die Abhängigkeit von den Koordinaten Ort und Zeit.

Figur 4c zeigt, wie ein gleichmäßig stückweise linearer Innentemperaturverlauf T^ (dargestellt durch eine durchgehende Linie), durch Superposition zeitlich gegeneinander verschobener und unterschiedlich gewichteter Elementartransienten T₁ , T₂ , T₃ ^(I , T₄ ^(I' gewonnen werden kann, deren Verläufe an der Innenseite die Form einfacher Dreiecke wie in Figur 4a haben.

Wie aus Figur 5 ersichtlich, ergibt sich als "Antwort" auf eine Elementartransienten E^ in einem Punkt χ

(A) auf der Innenseite eines Bauteils der Verlauf E gemäß Figur 5b im gegenüberliegenden Punkt y an der Außenseite. Entsprechend läßt sich durch Superposition der "Antworten" T₁ ^K ' - T₄ ^v ' gemäß Figur 5c eine "Antwort" auf den Temperaturverlauf nach Figur 4c ermitteln.

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- ys -

Die erwähnte Temperatur-Rückwärts-Analyse ermittelt aus einem gemessenen Außentemperaturverlauf den entsprechenden Innentemperaturverlauf nach folgendem Schema: Zunächst wird die Außentemperatur näherungsweise als Superposition von Antworten E_± ^(A) dargestellt:

_E (A)
^ri ' ^Ei (6)

(Wie bei Problemen dieser Art üblich, wird bei dieser Approximation der Fehler im quadratischen Mittel minimiert.)

Aufgrund der Linearität der Wärmeleitungsgleichung (3) kann jetzt auf den Temperaturverlauf an der Innenseite geschlossen werden:

= Σ T₁ . E_jL ^(I) (7)

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Aus der durch den Innentemperaturverlauf eindeutig bestimmten Temperaturverteilung läßt sich nun der zugehörige Spannungszustand nach dem verallgemeinerten Hooke'sehen Gesetz wie folgt bestimmen:

__ν._τ+λ.₍Μ ₊ IZ ₊ Hi, _+2μ * ^lax ay az' ^H

°Y	= -y.T+λ	·⁽3Χ	3V 3y	3ζ'
^σζ	■ ^μ(Ιί^Η	• ^(<3Χ ⁺	I?	Jz
^Txy	• 3U _, = U I-— "! ^{ρ 1}SZ	■ 3y⁾
T XZ	3χ'

yz

mit y

Ea

^Λ "

E.ν

(8)

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Die Materialwerte E, α und μ werden als konstant vorausgesetzt. Löst man die ersten drei Gleichungen nach T auf, faßt die Größen u, v, w sowie die o's und die τ's zu einem Vektor s zusammen und bezeichnet ferner mit T den Vektor (T, T, T, o, o, o), so läßt sich Gleichung (8) wie folgt umschreiben:

T = D(s) (9)

Dabei ist D ein linearer Differentialoperator. Dieses System ist bekanntlich bei vorgegebenen Verschiebungen oder vorgegebenen Kräften auf dem Randgebiet unter Berücksichtigung der Körpergleichgewichtsbedingungen eindeutig lösbar.

Daraus ergibt sich: Läßt sich das Temperatürfeld T gemäß Gleichung (5) als Superposition von Elementartransienten T. darstellen und ist für jedes T. der daraus

**- JL

resultierende Spannungszustand s. bekannt, so läßt sich auch die Gleichung (9) durch Superposition lösen, nämlich in der Form

s = ?r.s. (10)

χ 1 1

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Das bedeutet, daß die bei der Temperatur-Rückwärts-Analyse ermittelten Gewichte sich auch direkt bei der überlagerung der einzelnen Spannungsverläufe einsetzen lassen.
5

Die hierfür maßgeblichen Gewichtungsfaktoren werden in Figur 1 im Block 2 ermittelt.

Die den Elementartransienten E. entsprechenden elementaren Vergleichsspannungsverläufe sind in der Spannungsdatei für Einheitslastfälle, in Figur 1 Block 3, gespeichert.

Aus den Gewichtungsfaktoren und den in der Datei 3 enthaltenen elementaren Spannungsverläufen wird in Block 4 durch überlagerung der tatsächliche Spannungsverlauf ermittelt.

Aus diesem Spannungsverlauf wird im Block 5 mit Hilfe eines bestimmten Algorithmus der Ausnutzungsgrad berechnet. Dieser Algorithmus ist als "Rainflow"- oder Reservoir-Algorithmus bekannt. Im wesentlichen basiert er darauf, daß die VergleichsSpannungskurve in eine endliche Anzahl einfachperiodischer Vorgänge zerlegt

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wird. (Vgl. K. Roik, Vorlesungen über Stahlbau, Verlag Wilhelm Ernst und Sohn, 1978, S. 69.)

Aus der für das Bauteil gültigen Ermüdungskurve nach Figur 2 ergibt sich dann der für den einzelnen periodischen Elementarzyklus anzusetzende Teilausnutzungsfaktor U., der in die Bestimmung des gesamten Ausnutzungsfaktors nach Gleichung (2) eingeht. In Block 6 fällt das Ergebnis der zeitl. Verlauf des Gesamtausnutzungsgrades.an, der an Periphergeräte transferiert wird.

Den bis jetzt beschriebenen Teil der Ermüdungsüberwachung eines bestimmten Bauteils durch laufende Fort-Schreibung des Ausnutzungsgrades kann man also zusammenfassend noch einmal wie folgt kennzeichnen: Aufgrund der Meßdaten, die die Außentemperaturen erfassen, wird zunächst auf die inneren Temperaturen zurückgerechnet; der innere Temperaturverlauf wird in gewichtete. "Elementartransienten" zerlegt. Aus dem superponierten Spannungsverlauf werden die Belastungen nach der Rainflow-Methode berechnet und daraus anhand der vorgegebenen Ermüdungskurven der Ausnutzungsgrad bestimmt. Rechtzeitig bevor der Gesamtaus-

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nutzungsgrad seine oberste zulässige Grenze, nämlich den Wert 1, erreicht, kann der Austausch des überwachten Bauteils., geplant werden.

Parallel zu der bis jetzt beschriebenen Ermittlung

des Ausnutzungsgrades läuft noch eine zweite.Ermüdungsüberwachung für Bauteile ab, deren Beanspruchung nicht oder nur unzureichend durch Außentemperaturmessungen festgestellt werden kann. Anhand verschiedener systemspezifischer Betriebssignale werden im Block 8 die

entsprechenden Lastfälle identifiziert. Solche Lastfälle sind z.B.: langsames Anfahren, Schnellabschaltung usw. Für derartig identifizierte Lastfälle enthält die im Block 9 dargestellte Spannungsdatei die

entsprechenden Vergleichsspannungsverlaufe. Das bedeutet: Aus dem Block 9 werden zu jedem aufgrund bestimmter Betriebssignale oder Betriebssignalkombinationen identifizierten Lastfall die zugehörigen Spannungen aus der Spannungsdatei entnommen und im Block 10, ebenfalls durch Superposition der Bildung des

Spannungsverlaufs zugrunde gelegt. Die Daten, die in der Spannungsdatei 9 gespeichert sind, .sind aufgrund theoretischer Überlegungen und/oder Berechnungen er-

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mittelt oder, aber in der Vergangenheit bei speziellen Lastfällen gemessen worden. Es handelt sich also um von früher - berechnet oder gemessen - her bekannte Spannungsverläufe-.für spezielle Lastfälle, aus denen im Block 10 der Spannungsverlauf - ebenfalls wieder durch überlagerung - zusammengesetzt wird- Vom Block 10 führt der Informationsfluß wieder in den Block 5, wo aus diesem.VergleichsSpannungsverlauf mit Hilfe der Rainflow- bzw. Reservoir-Methode der zugehörige Ausnutzungsgrad berechnet wird. Die Berechnung des Ausnutzungsgrades auf dem Wege über die Blöcke 7 bis 10, 5, also aufgrund der Lastfallidentifikation und der für identifizierte Lastfälle aufgrund früherer Abläufe und/oder Berechnungen ermittelten Spannungsdaten läuft also parallel zu der Ermittlung des Ausnutzungsgrades auf direktem Wert über die Temperaturmeßwerte und ihre Verarbeitung in den Blöcken 2 bis

Sowohl.von. der Meßwerterfassung im Block 2 als auch von der Lastfallidentifikation im Block 8 her werden die Betriebsdaten in einem Block 11 erfaßt und in einem Logbuch, angedeutet durch Block 12 in Figur 1, festgehalten. Ergänzend kann man vorsehen (nicht

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gezeigt), daß die Ergebnisse der Berechnung der Spannungsverteilung in Block 4 und der Bildung des Spannungsverlaufs in Block 10 auf der Grundlage der Lastfallidentifikation in Block 8 laufend abgeglichen werden und der Ermittlung des Ausnutzungsgrades der jeweils ungünstigste Wert zugrunde gelegt wird, um maximale Sicherheit zu gewährleisten.

Figur 6 zeigt die schaltungsmäßige Realisierung der Erfindung.

Im Kernkraftwerk werden drei Einheiten unterschieden, die Meßwerte abgeben, nämlich Temperaturfühler(20), mechanische Sensoren (21) sowie die Warte (22), von der aus das Kernkraftwerk gesteuert wird.

Die Temperatursensoren (20) liefern die Meßwerte, die für die oben beschriebene Temperatur-Rückwärts-Analyse benötigt werden. Die mechanischen Sensoren stehen für solche Signalgeber oder Meßfühler, die Aufschlüsse über mechanische Beanspruchungen gestatten wie z.B. Meßinstrumente für Innendruck, Strömungsgeschwindigkeit, Füllstandsanzexgen etc. Die

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von der Warte (22) ausgehenden Bedienungssignale können zur Feststellung des augenblicklichen Betriebszustandes (Lastfall) herangezogen werden.

Von diesen drei Einheiten (20), (21), (22) gehen jeweils Leitungen .an den Prozeßrechner (30), und zwar nach evtl. erforderlicher A/D-Wandlung an die Einheit zur Meßwerterfassung MWE.

Innerhalb der Prozeßrechnereinheit sind die Daten- und Programmspeicher im Bereich ROM (Read Only Memory) , die Arbeitsspeicher im Bereich RAM (Random Access Memory) untergebracht.

In der Einheit zur Meßwerterfassung MWE werden die von den Temperatursensoren, den mechanischen Sensoren übermittelten Meßwerte bzw. die.von der Warte abgegebenen Betriebssignale aufbereitet, geglättet, klassiert, auf Plausibilität untersucht. In kritisehen Fällen werden Meldungen an die.Konsole CO ausgegeben.

Über einen Datenbus sind mit der Einheit.zur Meßwert-

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erfassung MWE ein erster Speicher FIFO I und ein zweiter Speicher FIFO II verbunden (First In/First Out). Die jeweils zeitlich zuerst eingelesenen Daten werden auch zeitlich zuerst ausgelesen. Es sind praktisch Pufferspeicher. Der erste Speicher FIFO .1 steht in Wechselverbindung mit der Recheneinheit LCID, die zur Identifizierung der einzelnen Lastfälle dient (Load-Case-Identifikation).

Grundlage für die Identifizierung der einzelnen Lastfälle sind die von der Warte (22) eingehenden Betriebssignale. LCID ermittelt bauteilabhängig Gewichtungsfaktoren für mechanische Einheitslastfälle und/oder .direkt Vergleichsspannungswerte zu identifizierten Lastfällen und legt diese für die.spätere Superposition in einen zweiten Speicher FIFO II ab.

Die von der Meßwerterfassung MWE aufbereiteten Temper aturmeßwerte gelangen direkt in den FIFO II und von dort an die zweite Recheneinheit VSP. Diese steht mit den beiden "ersten" Speichern TLL und MLL in Verbindung. Der Speicher TLL (Thermal Load Library) hat diejenigen Vergleichsspannungsverläufe

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gespeichert,.die den.einzelnen Elementartransienten zugeordnet sind.

Ähnliches gilt für Meßwerte, die von den mechanischen Sensoren an. die Meßwer.terfassung MWE gegeben werden und von dort direkt in den Speicher. FIFO II gelangen. Unter Benutzung der in FIFO II abgelegten Daten und der für mechanische und thermische Einheitslastfälle im Speicher MLL (Mechanical Load Library) bzw. TLL stehenden Spannungswerte ermittelt dann die Einheit VSP den Spannungsverlauf durch überlagerung und speichert ihn in dem Speicher STACK VSP ab.

Der in dem Arbeitsspeicher STACK VSP gespeicherte Spannungsverlauf wird in der dritten Recheneinheit RFL ("RainjElow") mit Hilfe des oben erwähnten Rainflow- oder Reservoir-Algorithmus abgearbeitet. Die dabei anfallenden Teilausnutzungsgrade werden zu dem im Speicher RAM.USE bereits gespeicherten Ausnutzungsgrad aufaddiert. Im Speicher FAT (Fatigue) sind die materialspezlfischen Ermüdungskurven gespeichert, anhand derer die einzelnen Teilausnutzungsgrade .berechnet werden.

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Der Prozeßrechner 30 steht mit der Konsole CO in Verbindung, die die üblichen Peripheriegeräte (Drucker, Schreiber etc.) aufweist.

- Ende der Beschreibung -

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- Leerseite -

Claims

DREISS, HOSENTHIEN ■&. FUHLENDORF33 1 4 1 8

PATENTANWÄLTE

Beim Europäischen Patent ami zugelassene Vertreter European Patent Attorneys

HANS LANGOSCH Dlpl.-Ing. (1963-1981) UWE DREISS

Dr. jur., Dipl.-Ing., M. Sc.

H¹VNZ HOSENTHIEN " '■■ !ng,DIpI-Ing.

JÖRN FUHLENDORF l, Dipl.-Ing.

Γ 1

DREISS, HOSENTHIEN 8. FUHLENDORF, D-7000 STUTTGART 1

Anmelder:

Dr. Reinhold Braschel
Unterländer Str. 71
Stuttgart 40

D-7000 STUTTGART 1

GEROKSTRASSE 6 TF (0711) 24 57 34/44 TG IDEAPAT
TX 7-22 247 idea d

fur Besucher

Amtl. Akt. Z. Off. Sen No.

Ihr Zeichen Unser Zeichen Datum .1983 D/W Your Ref. Our Ref. Data 2020-001 14.4

Titel: Verfahren zur Überwachung der Ermüdung von Bauteilen, z.B. in Kernkraftwerken

Patentansprüche

•'1 . Verfahren zur Überwachung der Ermüdung von Bauteilen, z.B. in Kernkraftwerken, dadurch gekennzeichnet , daß die von Sensoren (13) an den zu überwachenden Bauteilen (14) in einem bestimmten Zeittakt gemessenen Meßwerte an einen Prozeßrechner (30) gelangen, der eine erste Recheneinheit (LCID) enthält, die aus den Meßwerten und anhand einer Datei (LCL) spezifizierter Lastfälle Gewichtungsfaktoren (r.) zur Beaufschlagung der mechanischen Einheitslastfälle oder/und direkt lastfallspezifische Vergleichsspannungen ermittelt und in einem Arbeits-

-2-

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speicher (FIFO II) ablegt, daß ferner eine zweite Recheneinheit (VSP) nach Maßgabe der durch die erste Recheneinheit (LCID) bestimmten und/oder auf direktem Weg von einem Meßdatenerfassungsteil (MWE) im Arbeitsspeicher (FIFO II) abgelegten Meßdaten unter Benutzung zweier Einheitslastfall-Bibliotheken (TLL, MLL) Vergleichsspannungswerte berechnet und im Zeittakt in einem zweiten Speicher (STACK VSP) ablegt, daß weiter eine dritte Recheneinheit (RFL) den Abspeicher (STACK VSP) steuert und aus dem Vergleichsspannungsverlauf unter Verwendung der in einem Festspeicher (FAT) stehenden Ermüdungskurven den sich während eines Auswertungszyklus ergebenden Teilausnutzungsgrad des Bauteils errechnet, und dieser Wert dem in einem weiteren Arbeitsspeicher (RAM USE) stehenden bisherigen Ausnutzungsgrad hinzuaddiert wird, woraus sich der aktuelle Gesamtnutzungsgrad ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren Temperaturfühler sind, die auf der Außenseite des zu überwachenden Bauteils angeordnet sind und daß die in einem ersten Speicher (TLL) .ge-

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speicherten elementaren Spannungsverläufe solche sind, die thermischen Einheitsverläufen entsprechen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren mechanische Sensoren sind und daß die in einem ersten Speicher (MLL) gespeicherten elementaren Spannungsverläufe solche sind, die mechanischen Einheitslastfällen entsprechen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ferner die genannte erste Recheneinheit (LCID) aus den Betriebssignalen, die von einer Steuerungseinrichtung (22) an das Betriebssystem, dessen Bestandteil das zu überwachende Bauteil ist, abgegeben werden, den jeweils dadurch bestimmten Lastfall des Betriebssystems identifiziert, daß ferner der genannten ersten Recheneinheit ein vierter Speicher (LCL) zugeordnet ist, in dem der diesem Lastfall zuordenbare Spannungsverlauf spezifiziert und gespeichert ist und daß die den identifizierten Lastfällen zuordenbaren Spannungsverläufe über einen Pufferspeicher an die zweite Recheneinheit (VSP) gelangen und daß diese daraus durch Überlagerung den tatsächlichen
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Vergleichsspannungsverlauf annähert, der in dem genannten zweiten Speicher (STACK VSP) abgespeichert wird.
- Ende der Patentansprüche -
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