CH627012A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der verbrauchten Lebens- bzw. Nutzungsdauer eines Turbomaschinenteils sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens und ist vorzugsweise anwendbar zum Bestimmen des Lebens- bzw. Nutzungsdauerverbrauchs eines Turbomaschinenrotors, der einer zyklischen Beanspruchung unterworfen ist.

Die Langzeitzuverlässigkeit und -Verfügbarkeit von Turbinen erfordert eine intensive Beachtung und Erkennung der Tatsache, dass thermische Zyklen bzw. Betriebsabläufe die «Lebensdauer» bzw. Nutzungsdauer von Dampfturbinenkomponenten beeinflussen bzw. verkürzen. Auf sich drehende und stationäre Turbinenteile ausgeübte übermässige thermische Übergänge während der Anlaufvorgänge, während grösserer Laständerungen und während Abschaltungen können in erheblichem Masse die Lebensdauer dieser Komponenten reduzieren. Da der Einfluss eines jeden thermischen Zyklus gewöhnlich selbst klein ist, sind die Einflüsse während des Falles bzw. Auftretens nicht leicht für die Bedienungspersonen der Anlage ersichtlich und erkennbar, und sie können nicht in passender Weise bei den täglichen Betriebsentscheidungen berücksichtigt werden. Jedoch können die langzeitigen kumulativen Einflüsse solcher Zyklen zu ausgedehnten und aufwendigen Zwangsausfällen führen, die grössere Reparaturen oder Komponentenerneuerungen erforderlich machen.

Vor dem Zeitpunkt der vorliegenden Erfindung erfolgte das Regulieren des Lebensdauerverbrauchs infolge einer niedrigen Zyklusermüdung, die durch thermische Belastung begründet wurde, durch Zuordnen eines Sollwerts für jeden Anlauf-Abschalt-Zyklus. Es wurde ein Versuch unternommen, um die nominelle Oberflächenspannung während des Anlaufens bzw. Inbetriebsetzens zu steuern, und zwar durch eine Temperaturanstiegssteuerung oder eine Steuerung der berechneten Spannung in der Weise, dass der Spitzenspannungswert kleiner als die Hälfte des zulässigen Spannungsbereichs für den Sollwert-Lebensdauerverbrauch ist. Diese Lösung geht in fehlerhafter Weise von symmetrischen Anlauf-Abschalt-Spannungszyklen aus und ignoriert Zyklen, die durch Kesselausbrüche, Änderungen in Dampfeinlassarten (Vollbogen bis Teilbogen) oder grossen Änderungen der stationären Last begründet werden. Diese

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Lösung erfordert auch ein Mass an Planung und Aufzeichnungen, was in vielen Anlagen nicht durchführbar ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, die Turbinenbetriebsbedingungen, die zur Bildung von Rotoroberflächenspannungen bzw. -belastungen führen, zu überwachen und 5 für jeden Beanspruchungszyklus einen Spannungsbereich zu berechnen und die den Spannungsbereichen äquivalenten prozentualen Lebensdauerverbrauche aufzusummieren. Die Ausgabeinformation ist wertvoll bei der Planung der Anlagenlast-verteilung und erweist sich als nützlich beim Betrieb durch her- 10 vorhebende bzw. betonende Betriebspraktiken oder bei Problemen, die grosse zyklische Lebensdauerverbrauchswerte begründen.

Die US-PS 3 950 985 ist ein Beispiel für eine bekannte Anwendungs- bzw. Betriebsweise. Gemäss diesem Patent wer- 15 den äquivalente Stunden der Betriebszeit für eine thermische Kraftanlage durch tatsächliche Betriebsbelastungen bzw. -Spannungen in Abhängigkeit von Betriebstemperaturen bestimmt. Die dort beschriebene Vorrichtung sorgt für ein Summieren einer auf der Grundlage der tatsächlichen Turbi- 20 nentemperatur berechneten Beanspruchung mit einer Kurve, die bei dieser Temperatur die Konstantbetrieb-Lebensdauer darstellt. Wenn die Ausgangsgrösse des Summierglieds eine höhere Beanspruchung angibt, als es unter Konstantbetrieb-Lebensdauerbedingungen zulässig ist, dann bewirkt eine 25

Schaltvorrichtung ein Ausgangssignal eines Impulsgenerators, um einen äquivalent höheren Lebensdauerverbrauch abzugeben bzw. anzuzeigen. Eine digitale Vorrichtung zählt die äquivalenten Stunden der verbrauchten bzw. ausgenutzten Lebensdauer. Während die bekannte Vorrichtung zum Bestimmen des Kom- 30 ponenten-Lebensdauerverbrauchs infolge eines Kriechens bzw. Veränderns bei variierenden Betriebstemperaturen brauchbar ist, lassen sich mit der Vorrichtung keine kleinen zyklischen Ermüdungsbeanspruchungen erkennen, bei denen die resultierende Spannung entweder positiv oder negativ sein 35 kann, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Komponente einen Erwärmungs- oder Abkühlungsteil des Zyklus durchläuft.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der kummulativen Einflüsse von zyklischen Belastungen bzw. 40 Spannungen auf die Lebensdauer eines Turbomaschinenteils zu schaffen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während jedes Beanspruchungszyklus die Temperatur des Turbomaschinenteils gemessen und daraus die maximale Erwärmungs- und 45 die maximale Abkühlungsspannung und der diesen beiden maximalen Spannungen entsprechende Spannungsbereich errechnet und an einer vorausberechneten Kurve, die den Lebensdauerverbrauch in Abhängigkeit von den Spannungsbereichen darstellt, der dem Beanspruchungszyklus zugeordnete so Lebensdauerverbrauch abgelesen wird und zum Bestimmen des gesamten Lebensdauerverbrauchswerte aller Zyklen akkumuliert werden.

Zum Messen der Temperatur in einem Turbomaschinengehäuse sowie der physikalischen Eigenschaften des Rotormate- 55 rials und insbesondere der Oberflächenspannung eines Rotors kann eine Berechnung gemäss dem US-Patent 3 446 224 verwendet werden. Mit zyklischen Spannungswerten ist gemeint,

dass die Rotorspannungen positive oder negative Werte annehmen können, je nachdem ob die Spannungen durch eo Erwärmen oder durch Abkühlen erzeugt werden, wobei nur solche Spannungswerte berücksichtigt werden, die ausserhalb einem vorgegebenen Bereich von 700 kg/cm2 liegen. In einem Betriebszyklus ergeben sich praktisch immer eine maximale positive Spannung und eine maximale negative Spannung, 65 wobei diese zwei Werte dazu benutzt werden, um einen Spannungsbereich für den Zyklus zu bestimmen. Der Spannungsbereich für jeden Zyklus wird dann mit einer berechneten Kurve

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in Beziehung gebracht, die die Abhängigkeit zwischen dem Spannungsbereich und dem prozentualen Lebensdauerverbrauch angibt, was ermöglicht, den prozentualen Lebensdauerverbrauch zu bestimmen. Dieser kann dann in einem Permanentzähler gespeichert werden, der den Lebensdauerverbrauch des Rotors akkumuliert und speichert.

Die Erfindung wird nachfolgend an einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in einer graphischen Darstellung eine Kurve, die die Abhängigkeit zwischen der Spannung sowie der Zeit anzeigt und das Auftreten eines einzelnen Spannungszyklus eines Turbomaschinenbetriebes wiedergibt,

Figur 2 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung, die zum Durchführen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann,

Figur 3 in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Spannungsbereich und dem zyklischen Lebensdauerverbrauch des Rotors und

Figuren 4 und 4A Flussdiagramme, die das Verfahren zum Berechnen des akkumulierten Lebensdauerverbrauchs für Eingabespannungswerte aufzeigen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es erforderlich, einen Betriebszustand der Vorrichtung zu überwachen, für die es erwünscht ist, die Grösse an verbrauchter Lebens- bzw. Nutzungsdauer zu bestimmen. Beispielsweise besteht beim Überwachen der verbrauchten Lebensdauer eines Turbomaschinenrotors der erste Schritt des Verfahrens darin, die Temperatur des den Rotor umgebenden Fluids oder Gases zu erfassen, was durch Feststellung der Temperatur an der Innenwandung des Turbomaschinengehäuses erfolgen kann. Nach dem Bestimmen der Temperatur innerhalb des Turomaschinengehäuses ist es dann möglich, unter Berücksichtigung bekannter Materialeigenschaften des Rotors für diesen eine Oberflächenbelastung bei der jeweiligen Temperatur zu berechnen bzw. zu bestimmen oder für den Rotor über eine Zeitperiode ein Oberflächenbelastungsprofil zu erstellen, wie es beispielsweise in Figur 1 dargestellt ist. Oberflächenbelastungsberechnungen können in Übereinstimmung mit irgendwelchen bekannten Methoden und Vorrichtungen durchgeführt werden, beispielsweise nach dem Verfahren sowie der Vorrichtung aus dem US-Patent 3 446 224, wobei insbesondere auf die Figuren 1 sowie 4 und auf Spalte 4, Zeilen 43 bis 75, Bezug genommen wird.

In Figur 1 der vorliegenden Beschreibung ist der Verlauf der Oberflächenspannung in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, um einen Zyklus desjenigen Typs aufzuzeigen, wie er während des Betriebes auftreten kann. Ein solcher Zyklus enthält einen Kühlungshalbzyklus und einen Erwärmungshalbzyklus. Beispielsweise kann an einem gewissen Punkt während des Turbinenbetriebes eine Laständerung oder ein Kesselausbruch in einem Turbomaschinenrotor die positive Erwärmungsspannung in eine negative Kühlungsspannung oder umgekehrt ändern. Um die Spannungsnullinie wird eine «Tot-band»-Zone definiert, so dass relativ kleine Änderungen in der Spannungsrichtung nicht in die zyklische Zählung eingehen. Wenn die Oberflächenspannung unterhalb des Totbandes ins Negative geht (Punkt A), werden die negativen Spannungswerte berechnet, um für den Halbzyklus eine maximale negative Spannungsspitze (MAX-NEG) zu erhalten. Der negative Halbzyklus ist beendet, wenn die Spannungskurve durch die Totbandzone verläuft und in den positiven Spannungshalbzyklus eintritt (Punkt B). Da die Oberflächenspannung über dem Totband positiv wird, werden die positiven Spannungswerte berechnet, um für diesen Halbzyklus eine maximale positive Spannungsspitze (MAX-POS) zu erhalten. Der positive Haibzy-klus ist beendet, wenn die Spannungskurve jenseits des Totbandes wieder negativ wird. Nach Beendigung eines vollen Zyklus

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werden die maximale positive Spannung und die maximale negative Spannung in absoluten Grössen addiert, um den Spannungsbereich SR für den vollen Zyklus zu bestimmen.

Der Spannungsbereich Sr bestimmt das Verbrauchsmass an zyklischer Lebens- bzw. Nutzungsdauer für den entsprechenden Zyklus. Unter kurzer Bezugnahme auf Figur 3, in der der Spannungsbereich SR in Abhängigkeit von dem prozentualen zyklischen Lebensdauerverbrauch aufgetragen ist, zeigt die dargestellte Kurve den theoretischen Lebensdauer- bzw. Nutzungsdauerverbrauch für einen bestimmten Rotor. Wie es noch detaillierter beschrieben wird, lässt sich mit dem aus Figur 1 bestimmten Spannungsbereich in Figur 3 der prozentuale zyklische Lebensdauerverbrauch für den bestimmten Zyklus bestimmen. Der prozentuale Lebensdauerverbrauch für jeden Zyklus wird dann in einem permanenten Zähler akkumuliert und gespeichert, um für einen bestimmten Rotor den gesamten Lebensdauerverbrauch anzuzeigen.

Figur 2 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen der vorliegenden Erfindung. Eiae Turbomaschine 11 enthält ein Turbomaschinengehäuse 13, das einen Turbinenrotor 15 umgibt. Der ringförmige Bereich 17 zwischen derTurbinenummantelung bzw.-hülle und dem Rotor ist mit einem antreibenden Fluid gefüllt. Das Antriebsfluid kann Gas von einer Brennkammer oder Dampf sein. Die Temperatur an der Innenwandung der Turbinenummantelung wird mit einem Temperaturfühler 19 gemessen, der ein Temperatursignal zu einem Temperatur/ Spannung-Konverter (T/V) 21 leitet. Dieser Konverter ist ein elektronischer Messwertwandler, der eine Ausgangsspannung bildet, welche proportional zu der von dem Temperaturfühler 19 erfassten Temperatur ist. Die Ausgangsspannung des Konverters 21 wird in einen Spannungsberechner 23 eingegeben, der eine Ausgangsspannung bildet, welche proportional zur Rotoroberflächenspannung ist, und zwar auf der Grundlage des für die tatsächliche Temperatur repräsentativen Spannungseingangssignals. Eine solche Vorrichtung ist im US-Patent 3 561 216 bzw. im US-Patent 3 832 893 dargestellt. Das Spannungsausgangssignal kann entweder positiv oder negativ sein, wie es in Verbindung mit Figur 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde. Das Ausgangssignal des Spannungsberechners 23 wird einer den maximalen positiven Wert speichernden Speicherschaltung 25 und einer den maximalen negativen Wert speichernden Speicherschaltung 27 sowie einem Spannungskomparator 29 eingegeben.

Jede Speicherschaltung kann ein Eingangsregister aufweisen, das den maximalen Wert des entsprechend positiven oder negativen Eingangssignals für die entsprechend positive oder negative Speicherschaltung speichert. Jede Speicherschaltung kann auch ein Ausgangsregister enthalten, das den gespeicherten Dateninhalt für eine Übertragung zu der zu beschreibenden zyklischen Zählerschaltung zur Verfügung stellt. Die Speicherschaltung kann auch geeignete Analag/Digital-Wandler und Digital/Analog-Wandler enthalten, um die Speicherschaltung zu einer Funktionsweise in der beschriebenen Art zu befähigen, was dem Fachmann geläufig ist. Andererseits können die Elemente bzw. Schaltungen 25 und 27 nachlaufende bzw. abtastende Verstärker sein, die die maximalen Spannungswerte entweder in der positiven oder negativen Richtung speichern.

Der Spannungskomparator 29 ist elektronisch so voreingestellt, dass immer dann eine Ausgangsspannung gebildet wird, wenn der negative Halbzyklus des Spannungsbereichs eingeleitet wird, das heisst der Spannungskomparator wird immer dann auf ein Ein-Signal eingestellt, wenn dem negativen Totbandgrenzwert (beispielsweise 351,5 kg/cm2 bzw. 5000 psi) eine mehr negative Eingangsgrösse folgt. Während die vorliegende Erfindung so beschrieben ist, dass die Komparatorausgangs-grösse während des Einleitens eines negativen Halbzyklus erscheint, ist es auch möglich, die Systemlogik umzukehren, so dass der Komparator bei der Einleitung des positiven Halbzyklus ein Signal abgibt, und eine solche Abwandlung kann der Fachmann ohne weiteres durchführen. Der Spannungskomparator 29 fungiert in der Weise, dass er die Speicherschaltungen 25 und 27 zurücksetzt, und zwar entweder durch Verschieben von Daten von einem Eingangsregister zu einem Ausgangsregister in einer digitalen Speicherschaltung oder durch Zurücksetzen von nachlaufenden bzw. abtastenden Verstärkern auf Null in einer analogen Speicherschaltung. Der Spannungskomparator 29 wird auch benutzt, um einen Zähler 51 anzusteuern, damit dieser die gespeicherte Information empfangen kann, wie es noch erläutert wird. Der Spannungskomparator 29 wird immer dann in den Aus-Zustand gesetzt, wenn der positive Grenzwert des Totbands überschritten ist.

Die entsprechenden Ausgangsgrössen bzw. -signale von der Positivmaximum-Speicherschaltung und der Negativmaximum-Speicherschaltung werden einem Summierverstärker 41 zugeführt. Die Ausgangsgrösse der Negativmaximum-Speicherschaltung 27 wird in einem Umkehrverstärker 43 von einem negativen in einen positiven Zustand gebracht. Die zwei Eingangssignale des Summierverstärkers 41 sorgen für das Erzeugen eines Ausgangssignals, das proportional für den Spannungsbereich SR für den Zyklus ist. Der Spannungsbereich für jeden Zyklus ist die Bestimmungsgrösse für den zyklischen Lebensdauer- bzw. Nutzungsdauerverbrauch während jedes Zyklus.

Figur 3 zeigt in einer graphischen Darstellung den Spannungsbereich in Abhängigkeit von dem prozentualen zyklischen Lebensdauerverbrauch. Die Kurve beinhaltet eine theoretische Berechnung für einen bestimmten Rotor, nämlich den Zusammenhang zwischen dem Belastungsbereich zu dem prozentualen Lebensdauerverbrauch für jeden Zyklus. Die Kurve basiert auf der Rotorgeometrie sowie dem Material und kann durch den folgenden Ausdruck angenähert werden: Prozentualer Lebensdauerverbrauch = Co + Ci (Sr) + Ci (Sr)2 + Ci (Sr)3 immer dann, wenn Sr grösser als der Schwellwertbetrag ist.

Unterhalb des Schwellwertbetrages ergibt sich keine Zäh-lerausgangsgrösse. Somit wird der in der zuvor beschriebenen Weise erzielte Spannungsbereich (SR) mit der in Figur 3 dargestellten theoretischen Kurve verglichen, um den prozentualen zyklischen Lebensdauerverbrauch zu erzielen. Der Schwellwertbetrag wird auf der Grundlage eines für einen bestimmten Rotor berechneten zulässigen Spannungsbereiches festgesetzt. Wenn der tatsächliche Spannungsbereich kleiner als der Schwellwert-Spannungsbereich ist, findet keine Zählung statt.

Die in Figur 3 dargestellte Kurve kann einem Rechner 45 für den zyklischen Lebensdauerverbrauch eingegeben werden. Der Rechner 45 simuliert in elektronischer Weise die graphische Darstellung aus Figur 3 und vergleicht die Eingangsgrösse des tatsächlichen Spannungsbereiches mit der simulierten Grösse, um einen prozentualen Wert für den Nutzungsdauerbzw. Lebensdauerverbrauch auszugeben.

Die Ausgangsgrösse von dem Rechner für den zyklischen Lebensdauerverbrauch wird einem nicht flüchtigen Zähler 51 eingegeben, der die Zählwerte des zyklischen Lebensdauerverbrauchs akkumuliert und aufspeichert. Ein nicht flüchtiger Zähler ist ein solcher, der die Zählwerteingabe ständig hält, und zwar auch unter Bedingungen einer ausfallenden Netz- bzw. Spannungsversorgung. Der Zähler ist mit dem Spannungskomparator 29 über eine Verzögerungsschaltung 53 verknüpft, so dass ausreichend Zeit zum Freigeben von Daten durch die Speicherschaltung zur Verfügung steht und die Ausgangsdaten vorliegen, wenn die Zählerr 51 angesteuert bzw. eingeschaltet ist.

Die genannte Schaltung kann ferner wie folgt beschrieben werden: Mittel zum Messen der Temperatur in dem an die Rotoroberfläche angrenzenden Bereich (Temperaturfühler 19 und Temperatur/Spannung-Konverter 21); Mittel zum Berechnen der Rotorspannung (Konverter bzw. Messwertwandler 23

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für die Umsetzung des elektrischen Spannungswertes in den chen-Kästchen und die zugeordneten Kennzeichen-Signale mechanischen Spannungswert); Mittel zum Speichern einer beinhalten logische Mittel, um sicherzustellen, dass vor einem maximalen positiven und einer maximalen negativen mechani- Bericht bezüglich einer Spannungsbereich-Berechnung ein sehen Spannung für jeden Zyklus (Speicherschaltungen 25 und Zyklus stattgefunden hat.

27); Mittel zum Bestimmen des Auftretens eines Zyklus (Kom- 5 Beim Durchführen der vorliegenden Erfindung werden die parator 29); Mittel zum Bestimmen eines Spannungsbereichs folgenden Verfahrensschritte angewendet:

für jeden Zyklus (Summierverstärker 41); Mittel zum Bestim- 1. Abtasten der Temperatur in einem Turbomaschinengemen des Nutzungsdauer- bzw. Lebensdauerverbrauchs für häuse in einem an die Rotoroberfläche angrenzenden Bereich; jeden Zyklus (Lebensdauerverbrauch-Rechner 45) und Mittel 2. Bestimmen einer Rotorbelastung bzw. -Spannung von der zum Akkumulieren bzw. Aufspeichern des gesamten Lebens- i o Temperatur ;

dauerverbrauchs für den Rotor (Zähler 51). Während die vor- 3. Feststellen, ob die Rotorspannung innerhalb oder ausser-

stehende Erfindung zum Bestimmen des Rotor-Lebensver- halb der Totbandzone liegt;

brauchs beschrieben wurde, ist es klar, dass sie auch für andere 4. Speichern einer maximalen negativen Spannung und

Turbinenteile einschliesslich von Rotorschaufeln und Umhül- einer maximalen positiven Spannung für jeden thermischen lungen benutzt werden kann. 15 Zyklus;

In den Figuren 4 und 4A ist ein Flussdiagramm dargestellt, 5. Kombinieren bzw. Zusammenfassen der absoluten Werte das das erfindungsgemässe Verfahren und auch ein Programm der maximalen negativen Spannung und der maximalen positi-

erläutert, welches mit einer der Fachwelt bekannten Rechner- ven Spannung, um für jeden Zyklus einen Spannungsbereich zu technologie kombiniert werden kann. Vor dem Beginn des bestimmen;

Flussdiagramms aus Figur 4 erfolgen die Schritte zum Messen 20 6. Vergleichen des Spannungsbereichs mit einem Schwell-

der Temperatur einer Turbomaschine und zum hieraus erfol- wert-Spannungsbereich;

genden Berechnen einer positiven oder negativen Oberflä- 7. Bestimmen des zyklischen Lebensdauerverbrauchs für chenspannung (± Sur ST). Ohne sich in besonderer Weise mit jeden Zyklus;

dem zu befassen, was aus dem Flussdiagramm ersichtlich ist, 8. Akkumulieren bzw. Aufspeichern der zyklischen Lebens-

wird die eingegebene Oberflächenspannung (± Sur ST) über- 25 dauerverbrauchsentwicklung des Rotors.

prüft, um festzustellen, ob sie aus dem Totband herausfällt oder Abwandlungen können logische Modifikationen enthalten, nicht. Danach wird die Oberflächenspannung entweder einem durch die ein Belastungs- bzw. Spannungszyklus während des ersten Kanal zum Speichern einer maximalen negativen Ober- Einleitens des Erwärmungs-(Positiv-)Halbzyklus statt während flächenspannung oder einem zweiten Kanal zum Speichern des Einleitens des Abkühlungs-(Negativ-)Halbzyklus gemäss einer maximalen positiven Oberflächenspannung eingegeben. 30 der Darstellung gezählt wird. Die Erfindung ist nicht auf Roto-Die gespeicherten Werte werden gehalten, bis ein neuer Halb- ren beschränkt und kann auch zum Bestimmen des Lebenszyklus begonnen wird, wonach eine Spannungsbereich SR dauer- bzw. Nutzungsdauerverbrauchs anderer Turbomaschi-Berechnung durchgeführt wird, wie es in den Figuren 4 und 4A nenteile benutzt werden, wie von Hüllen bzw. Mantelflächen, dargestellt ist. In Figur 4A ist festzustellen, dass dann, wenn die Gehäusen, Schaufeln und Schaufelrädern. Während die sich Spannungsbereichberechnung beginnt, MAX-POS und 35 ergebende Ausgangsgrösse des Zählers den prozentualen MAX-NEG auf Null zurückgesetzt werden. Bei der Berech- Lebensdauerverbrauch angibt, kann eine Benutzung auch in nung des Spannungsbereiches wird die Frage gestellt, ob der der Weise erfolgen, dass der Prozentsatz der noch zur Verfü-Spannungsbereich minus dem Schwellwert aus Figur 3 positiv gung stehenden Lebensdauer bzw. Nutzungsdauer oder irgendist. Wenn die Frage bejaht wird, wird eine Zählung des berech- eine andere Angabe der Grösse der benutzten oder verbleiben-neten Lebensdauerverbrauchs durchgeführt. Wenn die Frage 40 den Komponentenlebensdauer angezeigt wird. Schliesslich ist verneint wird, erfolgt keine Zählung. Während bei dem vorlie- . festzustellen, dass die Spannung durch eine Materialkonstante genden Beispiel angenommen wird, dass ein Belastungs- bzw. in einfacher Weise in eine Beziehung zur Deformierung bzw. Spannungszyklus an dem negativen Halbzyklus beginnt, ist es Dehnung gebracht werden kann und dass es nicht unbedingt einem Fachmann klar, dass der Spannungszyklus auch an dem notwendig ist, die Temperatur zum Messen zyklischer Bean-positiven Halbzyklus begonnen werden kann. Das Kennzei- 45 spruchungen zu benutzen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Bestimmen der verbrauchten Lebensbzw. Nutzungsdauer eines Turbomaschinenteils bei zyklischer Beanspruchungen, dadurch gekennzeichnet, dass während jedes Beanspruchungszyklus die Temperatur des Turbomaschinenteils gemessen und daraus die maximale Erwärmungs- und die maximale Abkühlungsspannung und der diesen beiden maximalen Spannungen entsprechende Spannungsbereich errechnet und an einer vorausberechneten Kurve, die den Lebensdauerverbrauch in Abhängigkeit von den Spannungsbereichen darstellt, der dem Beanspruchungszyklus zugeordnete Lebensdauerverbrauch abgelesen wird und zum Bestimmen des gesamten Lebensdauerverbrauchs des Turbomaschinenteils die Lebensdauerverbrauchswerte aller Zyklen akkumuliert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Messen der Temperatur des Turbomaschinenteils in Abhängigkeit davon, ob der Turbomaschinenteil erwärmt oder abgekühlt wird, ein positiver oder negativer Spannungshalbzyklus gebildet und daraus eine maximale positive oder eine maximale negative Spannung für den Erwärmungs- bzw. Abkühlungshalbzyklus berechnet und die maximale positive Spannung für jeden Zyklus gespeichert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der berechneten maximalen Spannungen mit einem ein vorgewähltes Totband einschliessenden Grenzwert verglichen wird, um festzustellen, ob der Spannungswert ausgewertet wird oder nicht.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spannungsbereich mit einem vorgewählten Schwell-wert-Spannungsbereich verglichen wird, um festzustellen, ob der Spannungsbereich ausgewertet wird oder nicht.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der errechnete Spannungsbereich mit einer vorausberechneten Kurve, die den prozentualen Lebensdauerverbrauch in Abhängigkeit von den Spannungsbereichen darstellt, verglichen wird, um für jeden Zyklus den zugeordneten prozentualen Lebensdauerverbrauch abzulesen, und dass der prozentuale Lebensdauerverbrauch für jeden Zyklus akkumuliert wird, um den gesamten prozentualen Lebensdauerverbrauch für den Turbomaschinenteil zu bestimmen.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbomaschinenteil der Turbomaschinenrotor ist.
7. 7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (19) zum Messen der Temperatur des Turbomaschinenteils (11,13), durch Mittel (23) zum Berechnen der Spannung in dem Turbomaschinenteil (11, 13) aus der gemessenen Temperatur, wobei die berechnete Spannung in Abhängigkeit davon, ob ein Erwärmungshalbzyklus oder ein Abkühlungshalbzyklus stattfindet, positiv oder negativ ist, durch Mittel (29) zum Bestimmen des Auftretens eines Zyklus, durch Mittel (25,27) zum Speichern einer maximalen negativen Spannung und einer maximalen positiven Spannung für jeden Zyklus, durch Mittel (41) zum Berechnen eines Spannungsbereichs (SR) für jeden Zyklus durch Aufsummieren der Beträge der maximalen positiven Spannung und der maximalen negativen Spannung, durch Mittel (45) zum Vergleichen des Spannungsbereichs für jeden Zyklus mit einer Kurve, die eine berechnete Abhängigkeit zwischen dem Spannungsbereich (Sr) und dem Lebensdauerverbrauch darstellt, um für jeden Zyklus den Lebensdauerverbrauch zu bestimmen, und durch Mittel (51) zum Akkumulieren des Lebensdauerverbrauchs für jeden Zyklus, um einen Gesamtlebensdauerverbrauch für den Turbomaschinenteil (11,13) zu bestimmen.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (29) zum Bestimmen des Auftretens eines Zyklus einen Spannungskomparatur aufweisen, der immer dann ein Ausgangssignal hat, wenn eine maximale positive und negative

   Spannung gespeichert sind und der Spannungswert ein vorge-gebenesTotband kreuzt bzw. durchläuft.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (29) zum Bestimmen des Auftretens eines Zyklus eine logische Schaltung aufweisen, die immer dann ein Ausgangssignal hat, wenn eine maximale positive und negative Spannung gespeichert sind und der Spannungs wert ein vorgegebenes Totband kreuzt bzw. durchläuft.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zum Messen einer Eingangsspanung im Vergleich zu einem Totband der Spannung, um zu bestimmen, ob die Eingangsspannung gespeichert werden soll.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zum Vergleichen des Spannungsbereichs mit einem Schwellwert-Spannungsbereich, um zu bestimmen, ob der Spannungsbereich ausgewertet werden soll.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die akkumulierten Mittel (51) ein Zähler mit einem nicht flüchtigen Speicher sind.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgrösse der akkumulierten Mittel (51) der prozentuale Lebensdauerverbrauch des Turbomaschinenteils (11, 13) ist.