EP0122578A2 - Fatigue monitoring method of components, for example in a nuclear power station - Google Patents
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- EP0122578A2 EP0122578A2 EP84103962A EP84103962A EP0122578A2 EP 0122578 A2 EP0122578 A2 EP 0122578A2 EP 84103962 A EP84103962 A EP 84103962A EP 84103962 A EP84103962 A EP 84103962A EP 0122578 A2 EP0122578 A2 EP 0122578A2
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Definitions
- the invention relates to a method for monitoring the fatigue of preferably thermally and / or mechanically stressed components, such as e.g. those in nuclear power plants or aircraft, with sensors attached to the outside of the monitored components.
- the object of the invention is to provide a method for monitoring component fatigue, e.g. in a nuclear power plant, which enables continuous monitoring of operations based on actual measurement data.
- this object is achieved by a method which, on the one hand, is characterized in that the measured values measured by sensors on the components to be monitored arrive in a certain time cycle at a process computer which contains a first arithmetic unit which also uniformly measures the measured course of the measured values dissolves different weighting factors applied to elementary courses such that a superposition of these preferably triangular elementary courses weighted with the weighting factors approximates the actually measured course of the respective measured values, that the values stored in at least one first memory for the elementary voltage courses generated by these elementary courses of the measured values are retrieved from these elementary courses of the measured values and in a second arithmetic unit by superimposing these elementary voltage courses of the actual weighted with the above-mentioned weighting factors he voltage curve is approximated and stored in a second memory, that a third arithmetic unit further calculates the partial utilization factor of the component resulting from an evaluation cycle from this stored, approximate voltage curve using voltage-dependent fatigue curves stored in a third memory and outputs it to a
- This method which is very complicated per se, is simplified in that the calculations are not carried out for the actually measured course of the measured values, but for "elementary courses", so-called elementary transients, as the superimposition of which - when using certain weighting factors - the actually measured temperature course can be approximated.
- the actually occurring tensile stress curve can also be represented as a corresponding superposition of elementary tensile stress curves that are provided with the same weighting factors and that correspond to the elementary temperature curves.
- the approximate comparison voltage curve determined by this superimposition is then processed with the aid of the known rainflow or reservoir algorithm, that is to say converted into degrees of partial utilization. In this way, the partial degrees of utilization resulting during the evaluation cycles can be added up to the respective latest total degree of utilization, a characteristic value for the fatigue of a component.
- mechanical measurement values measured on the component can also be converted into partial utilization rates.
- the invention is applicable not only in the power plant area described by way of example, but also in other areas. Another example is the fatigue check of aircraft components etc.
- Figure 1 shows a flow diagram for the method for monitoring the fatigue of components in a nuclear power plant.
- the basis for the fatigue analysis is the material-specific, empirically determined fatigue curve, as shown, for example, in FIG. 2.
- the individual reference stress ranges ⁇ ⁇ v are the maxi times the permissible number N of load changes.
- the material fatigue caused by n equal load change fluctuations is determined by the "utilization factor" expressed.
- the total utilization factor Ug es results as the sum of the individual partial utilization factors U i according to the formula
- n i is, based on the associated comparison voltage change ⁇ vi , the number of load changes actually occurring, and N i is the maximum number of load changes resulting from the curve according to FIG. 2.
- thermo backward analysis thermo backward analysis
- the temperatures are measured using suitable sensors (13), which in the example are arranged on a pipe section (14).
- the monitoring device according to the invention makes use of a particularly simple calculation of the voltage distribution, which is therefore described in detail below:
- the invention makes use of this superposition principle in that it approximates complex temperature profiles from elementary triangular temperature profiles, so-called "elementary transients", according to a modular principle.
- An attempt is made to use the externally measured temperature curve R (boundary condition) as a superposition of appropriately weighted elementary transients ... (Fig. 6) of the inner surface resulting surface temperatures R i of the inner surface, ie
- the temperature field T belonging to the surface temperature R is then approximately through given.
- the elementary transients T i which are used here are due to the temperature profile occurring on the inside of the corresponding component (for example a pipe section (14) according to FIG. 3) defined as shown in Figs. 4 and 5.
- i denotes the point on the inside opposite the measuring point i
- E ( I ) the temperature profile on the inside
- (x, t) the dependence on the coordinates of place and time.
- T ( I ) shows how an evenly piece-wise linear internal temperature curve T ( I ) (represented by a continuous line), elementary transients T 1 (I) , T 2 (I) , T 3 (I) , shifted in time with respect to one another and differently weighted, T 4 (I) can be obtained, the courses of which have the shape of simple triangles on the inside, as shown in FIG. 4.
- the “response” to an elementary transient T E ( I ) at a point x on the inside of a component is the temperature curve E (A) according to FIG. 8 in the opposite Point y on the outside. Accordingly, a "response” to the temperature profile according to FIG. 6 can be determined by superposition of the "answers" T 1 (A) - T 4 (A) according to FIG. 9.
- the temperature-backward analysis mentioned uses a measured outside temperature curve to determine the corresponding inside temperature curve according to the following scheme:
- the outside temperature T (A) is approximately represented as a superposition of answers E i (A), i.e. of elementary curves or elementary transients for the outer surface at location i : Pictured, the measured curve of the outside temperature would be replaced by a large number of overlapping, time-shifted and differently weighted triangular element temperature curves.
- the individual weightings r i are determined in such a way that the best possible approximation to the actually measured profile of the outside temperature is achieved.
- Equation (8) can be described as follows: D is a linear differential operator. This system is known to be uniquely solvable with given displacements or given forces in the peripheral area taking into account the body balance conditions.
- the elementary reference stress curves corresponding to the elementary transients T i of the temperature of the inner surface are stored in the block-specific voltage file for unit load cases, block 3 in FIG. 1. From this voltage file for unit load cases, the reference voltage curves stored for the respective temperature transient are called up and multiplied in component 2 by the associated weighting factors. The actual stress curve is determined in block 4 from the elementary stress curves retrieved in the voltage file 3 and weighted in block 2.
- the degree of utilization is calculated in block 5 with the aid of a specific algorithm.
- This algorithm is known as the "rainflow" or reservoir algorithm. It is essentially based on the fact that the determined voltage curve is broken down into a finite number of simple-period processes. (See K. Roik, lectures on steel construction, Wilhelm Ernst and Son Verlag, 1978, p. 69). A material-dependent partial utilization factor is stored in a memory FAT for each of these processes.
- the partial utilization factor U i to be used for the individual periodic elementary cycle which is used to determine the entire utilization factor according to equation (2), then results in block 5 using the rainflow algorithm. comes in.
- the result is the cumulative time profile of the overall degree of utilization, which is transferred to peripheral devices.
- the part of the fatigue monitoring of a certain component described up to now by continuously updating the degree of utilization can be summarized as follows: On the basis of the measurement data which record the outside temperatures, the internal temperatures are first calculated back; the internal temperature curve is broken down into weighted "elementary transients". The individual elementary transients obtained when the temperature profile is divided are individually assigned voltage transients previously calculated from a file and superimposed on a voltage profile. From the superposed stress curve, partial degrees of utilization and the degree of utilization are calculated from the rainflow method using predefined fatigue curves. The replacement of the monitored component can be planned in good time before the overall degree of utilization reaches its highest permissible limit, namely the value 1.
- the corresponding load cases are identified in block 8 on the basis of various system-specific operating signals, which can essentially be seen in the control room 7 in the exemplary embodiment of a nuclear power plant 1.
- Typical load cases of this type are, for example: slow start-up, rapid shutdown, etc.
- the voltage file shown in block 9 contains the corresponding reference voltage curves. This means: For each load case identified on the basis of certain operating signals or operating signal combinations, the associated voltages are taken from block 9 from the voltage file and compiled in block 10 to form a voltage curve.
- the Data that are stored in the voltage file in block 9 have been determined on the basis of theoretical considerations and / or calculations, or have been measured in the past for special load cases. It is a matter of previously known - calculated or measured - voltage profiles for special load cases, from which the voltage profile is composed in block 10.
- the flow of information leads again from block 10 to block 5, where the associated partial utilization rate is calculated from this comparison voltage curve with the aid of the rainflow or reservoir algorithm.
- the calculation of the degree of partial utilization in block 5 by way of blocks 7 to 10, i.e. based on the load case identification and the voltage data determined for identified load cases based on previous processes and / or calculations, thus runs parallel to the determination of the degree of utilization via the component to be monitored directly measured temperature and other mechanical data and their processing in blocks 2 to 5.
- the operating data are recorded in a block 11 and stored in a data memory, a so-called log book, indicated by block 12 in FIG. 1.
- a data memory a so-called log book, indicated by block 12 in FIG. 1.
- the results of the calculation of the stress distribution in block 4 and the formation of the stress curve in block 10 are continuously compared on the basis of the load case identification in block 8 and the determination of the degree of utilization is based on the most unfavorable value to ensure maximum security. This makes it possible to determine the superimposition of voltages for the monitored modules that occurs during certain load cases that can be identified in the load case.
- the data determined in this way can be used to obtain data for module-related, life-extending operating modes of the system.
- the measured values relevant to the subject of the application come from three different sources, namely the temperature sensors 13, 20, the mechanical sensors 15, 21 and the sensors 22, the control room 7, from which the nuclear power plant 1 is controlled.
- the temperature sensors 13, 20 provide the measured values which are required for the temperature backward analysis described above.
- the mechanical sensors 15, 21 stand for such signal transmitters or sensors, which allow information about mechanical loads, such as e.g. Measuring instruments for internal pressure, flow speed, level indicators etc.
- the operating signals emitted by the sensors 22 of the control room 7 can be used to determine the current operating state (load case) of the operating system 1 or power plant.
- a first memory FIFO 1 37 First In / First Out
- a second memory FIFO 11 38 are connected to the unit for measured value acquisition MWE 34 via a data bus 36.
- the data that is first read in time is also read out first in time.
- the memories 37, 38 are buffer memories.
- the first memory 37 is in alternating connection with the computing unit LCID 39 (load case identification), which is used to identify the individual load cases.
- the basis for the identification of the individual load cases are the operating signals coming from the sensors 22 of the control room 7.
- the computing unit LCID 39 determines, based on the load cases identified in this way, from the voltage file for specified load cases LCL 9, comparison voltage values for identified load cases, and component-dependent as well as various weighting factors for these comparison voltage values, which are determined by various sensors, and places them in one of the computing units HSP / VSP 40 for later superposition not represented RAM.
- the temperature and voltage measurement values prepared by the measurement value acquisition MWE 34 go directly to the second memory FIFO 11 38 and from there to the voltage file for unit load cases 3, which are the memories TLL (Thermal Load Library) 41 for thermal load cases and the memory MLL 42 (Mechanical Load Library) for mechanical load cases.
- TLL Thermal Load Library
- MLL 42 Mechanism Load Library
- the computing unit VSP 40 determines the resulting voltage curve by superimposing it and stores it in the STACK HSP VSP 43 memory. This is divided into two storage units 44 and 45 for the main voltages (HSP) and the determined comparison voltages (VSP).
- the resulting reference stress curve stored in the memory unit 44 of the working memory STACK HSP VSP 43 is calculated in the third arithmetic unit RFL (rainflow) 46 with the aid of the material-related fatigue curves (cf. FIG. 2) stored in the memory FAT (fatigue) 47 with the rainflow mentioned above. or reservoir algorithm processed.
- the resulting partial utilization levels are added to the utilization level already stored in the RAM USE 1 48 memory.
- the process computer 30 is connected to the console CO 35, which has the usual peripheral devices (printer, writer, etc.) and can be read in the degree of utilization and the accumulated crack lengths.
- the console 35 which is usually in the control room 7, allows the replacement of components that have been used in foreseeable periods to be planned in good time. It also enables the operating system to be operated in the way that is most gentle on the most vulnerable or most worn components.
Abstract
Die Überwachung der Ermüdung von Bauteilen, z.B. in Kernkraftwerken erfolgt dadurch, daß die von Sensoren (13) an den Bauteilen (14) gemessenen Meßwerte an einen Prozeßrechner (33) gelangen, der aus den Meßwerten und anhand einer Datei (LCL) spezifizierter Lastfälle Gewichtungsfaktoren (ri) zur Beaufschlagung der mechanischen Einheitslastfälle oder/und direkt lastfallspezifische Vergechsspannungen ermittelt. Ferner werden nach Maßgabe der von einem Meßdatenerfassungsteil (MWE) im Arbeitsspeicher (FIFO II) abgelegten Meßdaten unter Benutzung zweier Einheitslastfall-Bibliotheken (TLL, MLL) Vergleichsspannungswerte berechnet. Eine weitere Recheneinheit (RFL) errechnet aus dem Vergleichsspannungsverlauf unter Verwendung der in einem Festspeicher (FAT) stehenden Ermüdungskurven den sich während eines Auswertungszyklus ergebenden Teilausnutzungsgrad des Bauteils.Monitoring component fatigue, e.g. In nuclear power plants, the measurement values measured by sensors (13) on the components (14) are sent to a process computer (33), which uses the measurement values and a load file (LCL) to specify weighting factors (ri) for loading the mechanical load cases or / and directly determined load case-specific reference stresses. Furthermore, reference voltage values are calculated in accordance with the measurement data stored in the working memory (FIFO II) by a measurement data acquisition part (MWE) using two standard load case libraries (TLL, MLL). A further arithmetic unit (RFL) calculates the partial utilization factor of the component resulting from an evaluation cycle from the comparison voltage curve using the fatigue curves in a fixed memory (FAT).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Ermüdung von vorzugsweise thermisch und/oder mechanisch belasteten Bauteilen, wie z.B. solchen in Kernkraftwerken oder Flugzeugen, mit außen an den überwachten Bauteilen angebrachten Sensoren.The invention relates to a method for monitoring the fatigue of preferably thermally and / or mechanically stressed components, such as e.g. those in nuclear power plants or aircraft, with sensors attached to the outside of the monitored components.
Die seitherige Ermüdungsanalyse für einzelne Bauteile, wie z.B. für 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.The fatigue analysis since then for individual components, e.g. for a feed water connection in a nuclear power plant is based on load case specifications, which, in addition to thermal and mechanical load data, contain assumptions about the frequency of mechanical load cases to be expected. The disadvantage of such a specification lies in the theoretical assumptions, which often do not correspond to the stresses actually determined during operation by measurement.
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.On the other hand, an exact fatigue analysis is desired in order to be able to predict as precisely as possible when a certain component has reached its maximum degree of utilization and must be replaced accordingly.
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.The object of the invention is to provide a method for monitoring component fatigue, e.g. in a nuclear power plant, which enables continuous monitoring of operations based on actual measurement data.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, das einerseits 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 den gemessenen Verlauf der Meßwerte in einheitliche mit unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren beaufschlagte Elementarverläufe auflöst, derart, daß eine Überlagerung dieser mit den Gewichtungsfaktoren gewichteten vorzugsweise dreieckigen Elementarverläufe eine Annäherung an den tatsächlich gemessenen Verlauf der jeweiligen Meßwerte ergibt, daß die in mindestens einem ersten Speicher gespeicherten Werte für die von diesen Elementarverläufen der Meßwerte erzeugten elementaren Spannungsverläufe von diesen Elementarverläufen der Meßwerte abgerufen werden und in einer zweiten Recheneinheit durch Überlagerung dieser mit den obengenannten Gewichtungsfaktoren gewichteten elementaren Spannungsverläufe der tatsächliche Spannungsverlauf angenähert und in einen zweiten Speicher abgespeichert wird, daß ferner eine dritte Recheneinheit aus diesem abgespeicherten, angenäherten Spannungsverlauf unter Verwendung von in einem dritten Speicher stehenden, spannungsabhängigen 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 hinzuaddiert wird und einen neuen Wert für den Gesamtausnutzungsgrad bildet.According to the invention, this object is achieved by a method which, on the one hand, is characterized in that the measured values measured by sensors on the components to be monitored arrive in a certain time cycle at a process computer which contains a first arithmetic unit which also uniformly measures the measured course of the measured values dissolves different weighting factors applied to elementary courses such that a superposition of these preferably triangular elementary courses weighted with the weighting factors approximates the actually measured course of the respective measured values, that the values stored in at least one first memory for the elementary voltage courses generated by these elementary courses of the measured values are retrieved from these elementary courses of the measured values and in a second arithmetic unit by superimposing these elementary voltage courses of the actual weighted with the above-mentioned weighting factors he voltage curve is approximated and stored in a second memory, that a third arithmetic unit further calculates the partial utilization factor of the component resulting from an evaluation cycle from this stored, approximate voltage curve using voltage-dependent fatigue curves stored in a third memory and outputs it to a further memory, in which the partial degree of utilization is added to the total degree of utilization stored therein and forms a new value for the total degree of utilization.
Im konkreten Fall bedeutet dies z.B., daß entlang des Umfangs eines Bauteils, beispielsweise eines Speisewasserstutzens in einem Kernkraftwerk, Temperatursensoren angeordnet sind. Aufgrund der örtlichen Temperaturverteilung und/oder des zeitlichen Temperaturverlaufs werden nun die entsprechenden Temperaturverläufe im Inneren dieses Bauteils berechnet (Temperatur-Rückwärts-Analyse). Auf der Grundlage dieser für das Innere des Bauteils errechneten Temperaturen lassen sich rechnerisch die Zugspannungsverläufe im Wandmaterial des Bauteils ermitteln. Dieses an sich sehr komplizierte Verfahren wird dadurch vereinfacht, daß die Berechnungen nicht für den tatsächlich gemessenen Verlauf der Meßwerte erfolgen, sondern für "Elementarverläufe", sogenannten Elementartransienten, als deren Überlagerung - bei Verwendung bestimmter Gewichtungsfaktoren - der tatsächlich gemessene Temperaturverlauf näherungseise dargestellt werden kann. Infolge der Linearität des für die Berechnung der Spannungsverläufe aus den Temperaturverläufen geltenden Gleichungssystems läßt sich auch der tatsächlich auftretende Zugspannungsverlauf als entsprechende, d.h. mit denselben Gewichtungsfaktoren versehene Überlagerung elementarer Zugspannungsverläufe darstellen, die den elementaren Temperaturverläufen entsprechen. Der durch diese Überlagerung ermittelte - angenäherte - Vergleichsspannungsverlauf wird dann mit Hilfe des bekannten Rainflow- oder Reservoir-Algorithmus abgearbeitet, d.h. in Teilnutzungsgrade umgerechnet. Auf diese Art lassen sich die während der Auswertungszyklen ergebenden Teilausnutzungsgrade zum jeweiligen neuesten Gesamtausnutzungsgrad, einem für die Ermüdung eines Bauteils charakteristischen Wert, aufaddieren.In the specific case, this means, for example, that temperature sensors are arranged along the circumference of a component, for example a feed water connection in a nuclear power plant. Because of the local temperature distribution and / or the temperature profile over time the corresponding temperature profiles inside this component are now calculated (temperature backward analysis). On the basis of these temperatures calculated for the interior of the component, the tensile stress profiles in the wall material of the component can be calculated. This method, which is very complicated per se, is simplified in that the calculations are not carried out for the actually measured course of the measured values, but for "elementary courses", so-called elementary transients, as the superimposition of which - when using certain weighting factors - the actually measured temperature course can be approximated. As a result of the linearity of the system of equations applicable to the calculation of the stress curves from the temperature curves, the actually occurring tensile stress curve can also be represented as a corresponding superposition of elementary tensile stress curves that are provided with the same weighting factors and that correspond to the elementary temperature curves. The approximate comparison voltage curve determined by this superimposition is then processed with the aid of the known rainflow or reservoir algorithm, that is to say converted into degrees of partial utilization. In this way, the partial degrees of utilization resulting during the evaluation cycles can be added up to the respective latest total degree of utilization, a characteristic value for the fatigue of a component.
In ähnlicher Weise, wie im vorstehenden Absatz anhand von Temperaturmeßwerten erläutert, lassen sich auch am Bauteil gemessene mechanische Meßwerte in Teilausnutzungsgrade umwandeln.In a similar way, as explained in the preceding paragraph on the basis of temperature measurement values, mechanical measurement values measured on the component can also be converted into partial utilization rates.
Parallel dazu kann andererseits vorgesehen sein, daß neben den unmittelbar an dem zu überwachenden Bauteil abgegriffenen Meßwerten auch Betriebsdaten, die - beispielsweise von einer Warte oder einem Stellpult aus - das Betriebssystem steuern zu dem das zu überwachende Bauteil gehört, zur Lastfallidentifizierung herangezogen werden. Derartige Lastfälle in einem Kernkraftwerk sind beispielsweise "Anfahren", "Schnellabschaltung" usw. Diesen einzelnen Lastfällen kann man nun bestimmte - empirisch festgestellte 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 Einheitslastfällen ein Vergleichsspannungsverlauf entsteht, der mit Hilfe des Rainflow-Algorithmus ebenfalls wieder in einen Teilausnutzungsgrad umgerechnet werden kann.In parallel, on the other hand, it can be provided that, in addition to the measured values tapped directly on the component to be monitored, operating data which control the operating system to which the component to be monitored belongs, for example from a control room or control panel, are used for load case identification. Such load cases in a nuclear power plant are, for example, "start-up", "rapid shutdown", etc. These individual load cases can now be assigned certain reference voltage curves - empirically determined or calculated or estimated on the basis of assumptions - so that when identifying such load cases by possible additional superimposition With suitably weighted mechanical standard load cases, a reference stress curve is created, which can also be converted back into partial utilization with the help of the rainflow algorithm.
Die Vorteile des Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- - Die einheitliche Vorgehensweise führt bei allen Bauteilen 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 möglich, rechtzeitig durch eine neu festzulegende Schonfahrweise die Lebensdauer einzelner, gefährdeter 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 rechnerischen Ausnutzung von 1,0 die Anlage weiter zu betreiben.
- - 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.
- - The uniform procedure leads to comparable results for all components and provides information on critical components.
- - The chronological recording of the individual operating processes and the continuous temperature measurements lead to the precise determination of the degrees of utilization.
- - If a critical tendency is detected during the monitoring, it is possible to increase the service life of individual, endangered components in good time through a newly defined gentle mode of operation.
- - Advertisements during ultrasound tests can be tracked continuously.
- - By monitoring the crack growth, one is able to continue operating the system even when the calculated utilization of 1.0 is reached.
- - This monitoring also enables a targeted and thus economical process of any repair measures that may be required.
- - Continuous operational monitoring leads to complete operational data acquisition (log book).
- - The operational monitoring system enables, for example, a more precise and, above all, more economical implementation of voltage and fatigue analyzes for all areas in power plants.
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.The invention is applicable not only in the power plant area described by way of example, but also in other areas. Another example is the fatigue check of aircraft components etc.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichungen beschrieben.An embodiment of the invention and its advantageous development is described below with reference to the accompanying drawings.
Es stellen dar:
- Fig. 1 ein Ablaufschema des Verfahrens,
- Fig. 2 eine Ermüdungskurve für den Bauteil (materialspezifische Ermüdungskurve),
- Fig. 3 die schematische Anordnung mehrerer Temperatursensoren entlang des äußeren Umfangs eines rohrförmigen Bauteils,
- Fig. 4 den zeitlichen Verlauf einer Elementartransiente,
- Fig. 5 den örtlichen Verlauf einer Elementartransiente,
- Fig. 6 die zeitliche Überlagerung mehrerer gewichteter Elementartransienten,
- Fig. 7 eine weitere Darstellung einer Elementartransiente an einem Punkt x der Innenseite eines Bauteils,
- Fig. 8 der sich daraus als "Antwort" ergebende Verlauf der Temperatur in dem dem genannten Punkt x auf der Innenseite gegenüberliegenden Punkt y an der Außenseite,
- Fig. 9 die durch Überlagerung von Antworten gemäß Fig. 8 entstehende Antwort auf überlagerte Elementartransienten nach Fig. 6,
- Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels.
- 1 is a flow chart of the method,
- 2 shows a fatigue curve for the component (material-specific fatigue curve),
- 3 shows the schematic arrangement of a plurality of temperature sensors along the outer circumference of a tubular component,
- 4 shows the time course of an elementary transient,
- 5 shows the local course of an elementary transient,
- 6 shows the temporal superimposition of several weighted elementary transients,
- 7 shows a further illustration of an elementary transient at a point x on the inside of a component,
- 8 the resultant "temperature response" in the point y on the outside opposite the point x mentioned on the inside,
- 9 shows the response to superimposed elementary transients according to FIG. 6 resulting from the superimposition of responses according to FIG. 8, FIG.
- Fig. 10 is a block diagram of an embodiment.
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 Ermüdungskurve, wie z.B. Fig. 2 zeigt. In ihr ist den einzelnen Vergleichsspannungsschwingbreiten Δ δv die jeweils maximal zulässige Anzahl N der Lastwechsel zugeordnet. Die durch n gleiche Lastwechselschwankungen bewirkte Materialermüdung wird durch den "Ausnutzungsgrad" (Usage Factor)
Im einzelnen ergeben sich die Erfordernisse dieser Feststellungen beim Betrieb von Reaktorsystemen aus dem ASME-Code, Sec. III (Stress Categories). Durch die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung kann jeweils der Gesamtausnutzungsgrad zu einem bestimmten Zeitpunkt festgestellt werden.In detail, the requirements of these findings when operating reactor systems result from the ASME code, Sec. III (Stress Categories). The overall degree of utilization can be determined at a specific point in time by the monitoring device according to the invention.
Das in Figur 1 symbolisch mit 1 gekennzeichnete Betriebssystem, z.B. ein Kernkraftwerk, gibt bestimmte Meßwerte ab. Es folgt dann im Kästchen 2 die Meßwerterfassung und die Gewichtung der Einheitslastfälle:The operating system symbolically marked with 1 in FIG. 1, e.g. a nuclear power plant, gives certain measurements.
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 Spannungsverläufe 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 Verlauf durch geeignete Sensoren gemessen werden kann, die Temperaturverteilung in der gesamten Struktur und daraus wiederum die Spannungsverteilung berechenbar ist.The most important measured values, on the basis of which the stress distribution and then the degree of utilization are calculated the net are the temperatures. it is in general - for example in the absence of suitable long-term stable strain gauges - it is not possible to measure the stress curves in the material directly and to determine the degree of utilization. The calculation is therefore carried out on the basis of a temperature backward analysis (thermal backward analysis), which assumes that the temperature distribution in the entire structure, and in turn the voltage distribution, is derived from the outside temperatures, the temporal and spatial course of which can be measured by suitable sensors is predictable.
Die Messung der Temperaturen erfolgt dabei, wie schematisch in Fig. 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:As is shown schematically in FIG. 3, the temperatures are measured using suitable sensors (13), which in the example are arranged on a pipe section (14). The monitoring device according to the invention makes use of a particularly simple calculation of the voltage distribution, which is therefore described in detail below:
Allgemein gilt die Wärmeleitungsgleichung
Die Erfindung macht sich dieses Superpositionsprinzip zunutze, indem sie nach einem Baukastenprinzip komplexe Temperaturverläufe approximativ aus elementaren dreieckigen Temperaturverläufen, sog. "Elementartransienten", zusammensetzt. Dabei wird versucht, den außen gemessenen Temperaturverlauf R (Randbedingung) als Superposition von sich aus geeignet gewichteten Elementartransienten 
Die Elementartransienten Ti, die hier verwendet werden, sind durch den auf der Innenseite des entsprechenden Bauteils (z.B. eines Rohrabschnittes (14) nach Fig. 3) auftretenden Temperaturverlauf
In diesen Abbildungen 4 bis 6 bezeichnet i den der Meßstelle i gegenüberliegenden Punkt an der Innenseite, E(I) den Temperaturverlauf an der Innenseite und (x, t) die Abhängigkeit von den Koordinaten Ort und Zeit.In these figures 4 to 6, i denotes the point on the inside opposite the measuring point i, E ( I ) the temperature profile on the inside and (x, t) the dependence on the coordinates of place and time.
Fig. 6 zeigt, wie ein gleichmäßig stückweiser linearer Innentemperaturverlauf T(I) (dargestellt durch eine durchgehende linie), durch Superposition zeitlich gegeneinander verschobener und unterschiedlich gewichteter Elementartransienten T1 (I), T2 (I), T3 (I), T4 (I) gewonnen werden kann, deren Verläufe an der Innenseite die Form einfacher Dreiecke, wie in Fig. 4 dargestellt, haben.6 shows how an evenly piece-wise linear internal temperature curve T ( I ) (represented by a continuous line), elementary transients T 1 (I) , T 2 (I) , T 3 (I) , shifted in time with respect to one another and differently weighted, T 4 (I) can be obtained, the courses of which have the shape of simple triangles on the inside, as shown in FIG. 4.
Wie aus den Fig. 7 bis 9 ersichtlich, ergibt sich als "Antwort" auf eine Elementartransienten TE(I) in einem Punkt x auf der Innenseite eines Bauteils (Fig.7) der Temperaturverlauf E(A) gemäß Fig. 8 im gegenüberliegenden Punkt y an der Außenseite. Entsprechend läßt sich durch Superposition der "Antworten" T1 (A) - T4 (A) gemäß Fig. 9 eine "Antwort" auf den Temperaturverlauf nach Fig. 6 ermitteln.As can be seen from FIGS. 7 to 9, the “response” to an elementary transient T E ( I ) at a point x on the inside of a component (FIG. 7) is the temperature curve E (A) according to FIG. 8 in the opposite Point y on the outside. Accordingly, a "response" to the temperature profile according to FIG. 6 can be determined by superposition of the "answers" T 1 (A) - T 4 (A) according to FIG. 9.
Die erwähnte Temperatur-Rückwärts-Analyse ermittelt aus einem gemessenen Außentemperaturverlauf den entsprechenden Innentemperaturverlauf nach folgendem Schema: Zunächst wird die Außentemperatur T(A)näherungsweise als Superposition von Antworten Ei (A) d.h. von Elementarverläufen bzw. Elementartransienten für die Außenoberfläche am Ort i dargestellt:
Bei dieser Approximation wird der Fehler im quadratischen Mittel minimiert. Mathematisch ausgedrückt bedeutet dies, daß das Integral
Aufgrund der Linearität der Wärmeleitungsgleichung (3) kann jetzt auf den Temperaturverlauf an der Innenseite geschlossen werden:
Aus der durch den Innentemperaturverlauf eindeutig bestimmten Temperaturverteilung läßt sich nun der zugehörige Spannungszustand nach dem verallgemeinerten Hooke'schen Gesetz wie folgt bestimmen:
Die Materialwerte E, α und µ werden als konstant vorausgesetzt. Löst man die ersten drei Gleichungen nach T auf, faßt die Großen u, v, w sowie die δ's und die τ's zu einem Vektor s zusammen und bezeichnet ferner mit T den Vektor (T, T, T, 0, 0, 0), so läßt sich Gleichung (8) wie folgt umschreiben:
Daraus ergibt sich: Läßt sich das Temperaturfeld T gemäß Gleichung (5) als Superposition von Elementartransienten Ti darstellen und ist für jedes Ti der daraus resultierende Spannungszustand si bekannt, so läßt sich auch die Gleichung (9) durch Superposition lösen, nämlich in der Form
Die den Elementartransienen Ti der Temperatur der Innenoberfläche entsprechenden elementaren Vergleichsspannungsverläufe sind in der bausteinspezifischen Spannungsdatei für Einheitslastfälle, in Fig. 1, Block 3 gespeichert. Aus dieser Spannungsdatei für Einheitlastfälle werden die für die jeweilige Temperaturtransiente bausteinspezifisch gespeicherten Vergleichsspannungsverläufe abgerufen und im Bauteil 2 mit den zugehörigen Gewichtungsfaktoren multipliziert. Aus den in der Spannungsdatei 3 abgerufenen, und in Block 2 gewichteten elementaren Spannungsverläufen wird in Block 4 durch Überlagerung der tatsächliche Spannungsverlauf ermittelt.The elementary reference stress curves corresponding to the elementary transients T i of the temperature of the inner surface are stored in the block-specific voltage file for unit load cases,
Aus diesem so in Block 4 ermittelten 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 der ermittelte Spannungsverlauf in eine endliche Anzahl einfachperiodischer Vorgänge zerlegt wird. (Vgl. K. Roik, Vorlesungen über Stahlbau, Verlag Wilhelm Ernst und Sohn, 1978, S. 69). Für jedes dieser Vorgänge ist in einem Speicher FAT ein materialabhängiger Teilausnutzungsfaktor abgespeichert.From this voltage curve thus determined in block 4, the degree of utilization is calculated in
Aus der für das Bauteil bzw. für das Material geltenden Ermüdungskurve nach Figur 2 ergibt sich dann im Block 5 unter Anwendung des Rainflow-Algorithmus der für den einzelnen periodischen Elementarzyklus anzusetzende Teilausnutzungsfaktor Ui, der in die Bestimmung des gesamten Ausnutzungsfaktors nach Gleichung (2) eingeht. In Block 6 fällt das Ergebnis, der aufsummierte zeitliche Verlauf des Gesamtausnutzungsgrades an, der an Periphergeräte transferiert wird.From the fatigue curve according to FIG. 2, which applies to the component or the material, the partial utilization factor U i to be used for the individual periodic elementary cycle, which is used to determine the entire utilization factor according to equation (2), then results in
Den bis jetzt beschriebenen Teil der Ermüdungsüberwachung eines bestimmten Bauteils durch laufende Fortschreiburg des Ausnutzungsgrades kann man zusammenfassend 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. Den bei der Aufteilung des Temperaturverlaufs gewonnenen einzelnen Elementartrasienten werden aus einer Datei vorab gerechnete Spannungstransienten einzeln zugeordnet und zu einem Spannungsverlauf superponiert. Aus dem superponierten Spannungsverlauf werden nach der Rainflow-Methode anhand vorgegebener Ermüdungskurven Teilausnutzungsgrade und daraus der Ausnutzungsgrad errechnet. Rechtzeitig bevor der Gesamtausnutzungsgrad seine oberste zulässige Grenze, nämlich den Wert 1 erreicht, kann der Austausch des überwachten Bauteils geplant werden.The part of the fatigue monitoring of a certain component described up to now by continuously updating the degree of utilization can be summarized as follows: On the basis of the measurement data which record the outside temperatures, the internal temperatures are first calculated back; the internal temperature curve is broken down into weighted "elementary transients". The individual elementary transients obtained when the temperature profile is divided are individually assigned voltage transients previously calculated from a file and superimposed on a voltage profile. From the superposed stress curve, partial degrees of utilization and the degree of utilization are calculated from the rainflow method using predefined fatigue curves. The replacement of the monitored component can be planned in good time before the overall degree of utilization reaches its highest permissible limit, namely the
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, die im Ausführungsbeispiel eines Kernkraftwerkes 1 im wesentlichen der Warte 7 entnehmbar sind, werden im Block 8 die entsprechenden Lastfälle identifiziert. Solche typischen Lastfälle sind z.B.: Langsames Anfahren, Schnellabschaltung usw. Für derartig indentifizierte Lastfälle enthält die im Block 9 dargestellte Spannungsdatei die entsprechenden Vergleichsspannungsverläufe. 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 zu einem Spannungsverlauf zusammengestellt. Die Daten, die in der Spannungsdatei im Block 9 gespeichert sind, sind aufgrund theoretischer Überlegungen und/oder Berechnungen ermittelt 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 zusammengesetzt wird. Vom Block 10 führt der Informationsfluß wieder in den Block 5, wo aus diesem Vergleichsspannungsverlauf mit Hilfe der Rainflow- bzw. Reservoir-Algorithmus der zugehörige Teilausnutzungsgrad berechnet wird. Die Berechnung des Teilausnutzungsgrades im Block 5 auf dem Wege über die Blöcke 7 bis 10, 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 über die direkt am zu überwachenden Bauteil gemessenen Temperatur- und sonstigen mechanischen Daten und ihre Verarbeitung in den Blöcken 2 bis 5.Parallel to the determination of the degree of utilization described so far, a second fatigue monitoring for components is running, the stress of which cannot be determined or can only be inadequately determined by outside temperature measurements. The corresponding load cases are identified in
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 Datenspeicher, einem sogenannten Logbuch, angedeutet durch Block 12 in Fig. 1, abgespeichert. Ergänzend kann man vorsehen (nicht 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. Hierdurch wird es möglich, die während bestimmter, der Lastfallidentifikation entnehmbarer Lastfälle auftretende Überlagerungen von Spannungen für die überwachten Bausteine zu ermitteln.Both from the measured value acquisition in
Aus den so ermittelten Daten lassen sich Daten für bausteinbezogene, lebensdauerverlängernde Betriebsweisen der Anlage gewinnen.The data determined in this way can be used to obtain data for module-related, life-extending operating modes of the system.
Fig. 10 zeigt die schaltungsmäßige Realisierung der Erfindung.10 shows the circuit implementation of the invention.
Die für den Anmeldungsgegenstand relevanten Meßwerte stammen bei einem Kernkraftwerk aus drei verschiedenen Quellen, nämlich den Temperaturfühlern 13, 20, den mechanischen Sensoren 15, 21 sowie den Sensoren 22, der Warte 7, von der aus das Kernkraftwerk 1 gesteuert wird.In a nuclear power plant, the measured values relevant to the subject of the application come from three different sources, namely the
Die Temperaturfühler 13, 20 liefern die Meßwerte, die für die oben beschriebene Temperatur-Rückwärts-Analyse benötigt werden. Die mechanischen Sensoren 15, 21 stehen für solche Signalgeber oder Meßfühler, die Aufschlüsse über mechanische Beanspruchungen gestatten, wie z.B. Meßinstumente für Innendruck, Strömungsgeschwindigkeit, Füllstandsanzeigen etc. Die von den Sensoren 22 der Warte 7 ausgehenden Bedienungssignale können zur Feststellung des augenblicklichen Betriebszustandes (Lastfall) des Betriebssystems 1 bzw. Kraftwerkes herangezogen werden.The
Von diesen in Fig. 10 mit 20, 21, 22 bezeichneten drei Einheiten gehen jeweils Leitungen an den Prozeßrechner 33, und zwar nach evtl. erforderlicher A/D-Wandlung an die Einheit zur Meßwerterfassung MWE 34. In der Einheit zur Meßwerterfassung MWE 34 werden die von den Temperatursensoren 13, 20 und den mechanischen Sensoren 15, 21 übermittelten Meßwerte bzw. die von den Sensoren 22 der Warte 7 abgegebenen Betriebssignale aufbereitet, geglättet, klassiert, auf Plausibilität untersucht. In beispielsweise bei der Plausibilitätskontrolle erfaßten unklaren oder kritischen Fällen werden von dort direkt Meldungen an eine sogenannte Konsole CO 35, die in der Warte 7 stehen kann, ausgegeben.From these three units, designated 20, 21, 22 in FIG. 10, lines each go to the
Innerhalb der in Fig. 10 dargestellten Prozeßrechnereinheit sind auf der linken Seite ROM (Read Only Memory) Daten- und Programmspeicher und auf der rechten Seite RAM (Random Access Memory) Arbeitsspeicher eingezeichnet. Mit der Einheit zur Meßwerterfassung MWE 34 sind über einen Datenbus 36 ein erster Speicher FIFO 1 37 (First In/First Out) und ein zweiter Speicher FIFO 11 38 verbunden. Die jeweils zeitlich zuerst eingelesenen Daten werden auch zeitlich zuerst ausgelesen. Die Speicher 37, 38 sind Pufferspeicher. Der erste Speicher 37 steht in Wechselverbindung mit der Recheneinheit LCID 39 (Load-Case-Identifikation), die zur Identifizierung der einzelnen Lastfälle dient.Within the process computer unit shown in FIG. 10, data and program memories are shown on the left side ROM (read only memory) and RAM (random access memory) working memory on the right side. A
Grundlage für die Identifizierung der einzelnen Lastfälle sind die von den Sensoren 22 der Warte 7 eingehenden Betriebssignale. Die Recheneinheit LCID 39 ermittelt aufgrund der so identifizierten Lastfälle aus der Spannungsdatei für spezifizierte Lastfälle LCL 9 Vergleichsspannungswerte zu identifizierten Lastfällen, und bauteilabhängige sowie durch diverse Sensoren bestimmte Gewichtungsfaktoren für diese Vergleichsspannungswerte und legt diese für die spätere Superposition in einen der Recheneinheit HSP/VSP 40 zugeordneten nicht dargestellen Arbeitsspeicher ab.The basis for the identification of the individual load cases are the operating signals coming from the
Die von der Meßwerterfassung MWE 34 aufbereiteten Temperatur- und Spannungsmeßwerte gelangen direkt in den zweiten Speicher FIFO 11 38 und von dort an die Spannungsdatei für Einheitslastfälle 3, die die Speicher TLL (Thermal Load Library) 41 für thermische Lastfälle und den Speicher MLL 42 (Mechanical Load Library) für mechanische Lastfälle beinhaltet. Im Speicher TLL 41 sind diejenigen Vergleichsspannungsverläufe gespeichert, die den einzelnen thermischen Elementartransienten zugeordnet sind. In dem Speicher MLL 42 sind diejenigen Vergleichsspannungsverläufe gespeichert, die den mechanischen Elementartrasienten zugeordnet sind. Unter Benutzung der von der Recheneinheit LCID 39 abgelegten Daten und der für mechanische und thermische Einheitslastfälle in den Speichern MLL bzw. TLL stehenden Spannungswerte ermittelt dann die Recheneinheit VSP 40 (für die Haupt- und Vergleichsspannungen) den resultierenden Spannungsverlauf durch Überlagerung und speichert ihn in dem Speicher STACK HSP VSP 43 ab. Dieser ist in zwei Speichereinheiten 44 und 45 für die Hauptspannungen (HSP) und die ermittelten Vergleichsspannungen (VSP) unterteilt.The temperature and voltage measurement values prepared by the measurement
Der in der Speichereinheit 44 des Arbeitsspeichers STACK HSP VSP 43 gespeicherte resultierende Vergleichsspannungsverlauf wird in der dritten Recheneinheit RFL (Rainflow) 46 mit Hilfe der im Speicher FAT (Fatigue) 47 abgespeicherten materialbahängigen Ermüdungskurven (vgl. Fig. 2) mit dem oben erwähnten Rainflow- oder Reservoir-Algorithmus abgearbeitet. Die dabei anfallenden Teilausnutzungsgrade werden zu dem im Speicher RAM USE 1 48 bereits gespeicherten Ausnutzungsgrad aufaddiert.The resulting reference stress curve stored in the
Darüber hinaus kann, ausgehend von einer anderweitig, etwa durch Ultraschallprüfung, gemessenen Rißtiefe an der Innenwand, oder ausgehend von einer etwa aus Erfahrungswerten angenommenen oder postulierten Rißtiefe unter Zugrundelegung der in der Recheneinheit HSP/VSP 40 während des Betriebes des Betriebssystems anfallenden Hauptspannungen, d.h. der in den drei Koordinatenachsen anfallenden Spannungen, das Rißwachstum ausgerechnet werden. Hierzu werden diese in der Recheneinheit HSP/VSP anfallenden Hauptspannungen in der Speichereinheit STACK HSP 44 des Speichers STACK HSP/VSP 43 abgespeichert und von dort von einer zweiten Recheneinheit RFL II abgerufen und unter Zugrundelegung der im Speicher RWK 50 abgespeicherten, spannungsabhängigen Rißwachstumskurven abgearbeitet. Das Rechenergebnis, der Rißzuwachs je Belastungseinheit wird den bisher im Speicher RAM USE 11 51 gespeicherten Rißlängen hinzuaddiert.In addition, starting from a crack depth on the inner wall measured otherwise, for example by ultrasound testing, or starting from a crack depth assumed or postulated from empirical values, on the basis of those occurring in the computing unit HSP /
Der Prozeßrechner 30 steht mit der Konsole CO 35 in Verbindung, die die üblichen Peripheriegeräte (Drucker, Schreiber etc.) aufweist und in der Ausnutzungsgrad sowie die aufgelaufenen Rißlängen ablesbar sind. Die meist in der Warte 7 stehende Konsole 35 erlaubt es, rechtzeitig den Ersatz in vohersehbaren Zeiträumen ausgenutzter Bauteile zu planen. Sie ermöglicht es auch, das Betriebssystem so zu fahren, wie das für die am gefährdesten, bzw. am meisten abgenützten Bauteile am schonensten ist.The process computer 30 is connected to the
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sensoren (13, 15, 20, 21, 22) an den zu überwachenden Bauteilen (14) in einem bestimmten Zeittakt gemessenen Meßwerte an einen Prozeßrechner (33) gelangen, der eine erste Recheneinheit (LCID) (39) enthält, die aus den Meßwerten und anhand einer Spannungsdatei (LCL) (9) spezifizierter Einheitlastfälle Gewichtungsfaktoren zur Beaufschlagung der mechanischen Einheitslastfälle oder/und direkt lastfallspezifische Vergleichsspannungen ermittelt und in einem Arbeitsspeicher ablegt, daß ferner eine zweite Recheneinheit (HSP VSP)(40) nach Maßgabe der durch die erste Recheneinheit (LCID) (39) bestimmten Vergleichsspannungen und/oder auf Grund der von einem Meßdatenerfassungsteil (MWE) (34) im Arbeitsspeicher (FIFO 11) (38) abgelegten Meßdaten nach Auflösung derselben in entsprechend gewichteten Einheitswerten diesen unter Benutzung zweier Einheitslastfall-Bibliotheken (TLL, MLL) (3, 41, 42) Vergleichsspannungswerte zuordnet und gewichtet und im Zeittakt in einem zweiten Speicher (STACK VSP) (43, 45) ablegt, daß weiter eine dritte Recheneinheit (RFL) (46) den Speicher (STACK VSP) steuert und aus dem Vergleichsspannungsverlauf unter Verwendung von in einem Speicher (FAT) stehenden Ermüdungskurven den sich während eines Auswertungszyklus ergebenden Teilausnutzungsgrad des Bauteils errechnet, und dieser Wert dem in einem weiteren Arbeitsspeicher (RAM USE I) (48) stehenden bisherigen Ausnutzungsgrad hinzuaddiert wird, woraus sich der aktuelle Gesamtnutzungsgrad (Uges) ergibt.1. Method for monitoring the fatigue of components which are preferably thermally and / or mechanically loaded, such as, for example, those in nuclear power plants or aircraft with sensors attached to the outside of the components to be monitored,
characterized in that the measured values measured by the sensors (13, 15, 20, 21, 22) on the components to be monitored (14) in a certain time cycle reach a process computer (33) which has a first computing unit (LCID) (39 ), which determines weighting factors for applying mechanical unit load cases or / and directly load-specific reference voltages from the measured values and a voltage file (LCL) (9) to specified mechanical load cases and / or stores them in a working memory that a second arithmetic unit (HSP VSP) (40) in accordance with the reference voltages determined by the first arithmetic unit (LCID) (39) and / or on the basis of the measurement data stored in the working memory (FIFO 11) (38) by a measurement data acquisition part (MWE) (34) after the same has been resolved in appropriately weighted unit values Using two unit load case libraries (TLL, MLL) (3, 41, 42) assigns and compares reference voltage values and in time intervals in a second memory (STACK VSP) (43, 45) stores that further a third computing unit (RFL) (46) controls the memory (STACK VSP) and from the comparison stress curve using fatigue curves in a memory (FAT) during the a partial utilization factor of the component resulting from an evaluation cycle, and this value is added to the previous utilization factor in a further working memory (RAM USE I) (48) is what gives the current total degree of utilization ( U tot).
dadurch gekennzeichnet , daß die Sensoren (13, 20) Temperaturfühler sind, die auf der Außenseite des zu überwachenden und im Bereich der Temperaturfühler isolierten Bauteils (14) angeordnet sind und daß die in einem ersten Speicher (TLL) (41) gespeicherten elementaren Spannungsverläufe solche sind, die thermischen Einheitsverläufen entsprechen.2. The method according to claim 1,
characterized in that the sensors (13, 20) are temperature sensors which are arranged on the outside of the component (14) to be monitored and insulated in the area of the temperature sensors, and in that the elementary voltage profiles stored in a first memory (TLL) (41) are such are that correspond to thermal unit curves.
dadurch gekennzeichnet , daß die Sensoren (15, 21) mechanische Sensoren sind und daß die in einem ersten Speicher (MLL) (42) gespeicherten elementaren Spannungsverläufe solche sind, die mechanischen Einheitslastfällen entsprechen.3. The method according to claim 1,
characterized in that the sensors (15, 21) are mechanical sensors and that the elementary voltage profiles stored in a first memory (MLL) (42) are those which correspond to mechanical unit load cases.
dadurch gekennzeichnet , daß ferner die genannte erste Recheneinheit (LCID) (39) aus den Betriebssignalen, die von einer Warte (7) an das Betriebssystem (1), dessen Bestandteil das zu überwachende Bauteil ist, abgegeben werden, den jeweils bestimmten Lastfall des Betriebssystems identifiziert, daß ferner der genannten ersten Recheneinheit ein vierter Speicher (LCL) (9) zugeordnet ist, in dem der diesem identifizierte Lastfall zuordenbare Spannungsverlauf bauteilspezifisch gespeichert ist und daß die den identifizierten Lastfällen bauteilspezifisch zuordenbaren Spannungsverläufe über einen Pufferspeicher an die zweite Recheneinheit (HSP VSP) (40) gelangen und daß diese daraus durch Überlagerung den tatsächlichen Vergleichsspannungsverlauf annähert, der in dem genannten zweiten Speicher (STACK HSP VSP) (43) abgespeichert wird.4. The method according to claim 1 or one of the following,
characterized in that the said first arithmetic unit (LCID) (39) from the operating signals, which are output from a control room (7) to the operating system (1), of which the component to be monitored is a part, the operating system load case determined in each case identifies that a fourth memory (LCL) (9) is also assigned to said first arithmetic unit, in which the load curve that can be assigned to this identified load case is stored in a component-specific manner and that the voltage curves that can be assigned to the identified load cases in a component-specific manner are transferred to the second arithmetic unit (HSP VSP.) via a buffer memory ) (40) and that this results from the superposition of the actual reference voltage curve, which in the second Memory (STACK HSP VSP) (43) is saved.
dadurch gekennzeichnet , daß die während bestimmter, durch die Warte (22) ermittelter Lastfälle den durch die Meßdaten der Sensoren (13, 15, 20, 21) bauteilspezifisch ermittelten und über die Recheneinheit (HSP VSP) (40) errechneten überlagerten Spannungsverteilungen ermittelt und zusammen mit dem Lastfall gespeichert werden.5. The method according to claim 1,
characterized in that, during certain load cases determined by the control room (22), the superimposed voltage distributions determined by the measurement data from the sensors (13, 15, 20, 21) and specific to the component and calculated by the computing unit (HSP VSP) (40) are determined and combined be saved with the load case.
dadurch gekennzeichnet , daß die bauteilspezifisch für bestimmte Lastfälle errechneten überlagerten Spannungsverteilungen über die Recheneinheit (RFL 1)(46) in bauteilspezifische Teilnutzungsgrade umgerechnet und im Rahmen einer Betriebsdatenerfassung (11) dokumentiert werden.6. The method according to claim 5,
characterized in that the component-specific overlaid voltage distributions calculated for specific load cases are converted into component-specific degrees of utilization by the computing unit (RFL 1) (46) and documented as part of an operating data acquisition (11).
dadurch gekennzeichnet , daß die in der Betriebsdatenerfassung (11) dokumentierten für bestimmte Lastfälle bauteilspezifisch ermittelten überlagerten Spannungsverteilungen als solche und in ihrer Häufigkeit in einer separaten Datei für spezifizierte Lastfälle eingespeichert werden.7. The method according to claim 5,
characterized in that the superimposed voltage distributions documented in the operating data acquisition (11) for specific load cases and stored as such and their frequency are stored in a separate file for specified load cases.
dadurch gekennzeichnet , daß die in der Recheneinheit (HSP VSP) (40) anfallenden gewichteten Hauptspannungen in einem Speicher (STACK HSP VSP) (43, 44) abgespeichert und von der Recheneinheit (RFL 11) (49) unter Verwendung von in einem Speicher (RWK) (50) abgespeicherten spannungsabhängigen Rißwachstumskurven in sich während eines Auswertezyklus ergebenen Rißwachstumswerten umgerechnet werden und diese Rißwachstumswerte den in einem Speicher (RAM USE 11) (51) abgespeicherten Rißlängen hinzuaddiert werden.8. The method according to claim 1 or 4,
characterized in that the weighted main voltages occurring in the arithmetic unit (HSP VSP) (40) are stored in a memory (STACK HSP VSP) (43, 44) and are processed by the arithmetic unit (RFL 11) (49) using in a memory ( RWK) (50) stored stress-dependent crack growth curves in themselves during an evaluation cycle resultant crack growth values are converted and these crack growth values are added to the crack lengths stored in a memory (RAM USE 11) (51).
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