DE10113216B4 - Verfahren zur Messung des Kriechens eines hohlzylindrischen Bauteils bei hoher Temperatur und hohem Innendruck und Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Messung des Kriechens eines hohlzylindrischen Bauteils bei hoher Temperatur und hohem Innendruck und Verwendung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Messung des Kriechens eines hohlzylindrischen Bauteils bei hoher Temperatur und hohem Innendruck mit den Schritten,
– auf dem zu überwachenden hohlzylindrischen Bauteil werden in axialer und in Umfangsrichtung Markierungen angebracht oder eine ausreichend charakteristische Oberflächentextur gesucht,
– diese Markierungen oder die Oberflächentextur werden kontinuierlich optisch beobachtet und so die Entfernung zwischen bestimmten Punkten auf der Oberfläche kontinuierlich gemessen,
– aus der gleichzeitig gemessenen Wandtemperatur und dem gemessenen Innendruck wird die dadurch bewirkte Änderung der Entfernung der beobachteten Punkte berechnet, wobei zur Erhöhung der Genauigkeit die berechneten Spannungsverteilungsverhältnisse in bestimmten Richtungen genutzt werden, wobei bei dem hohlzylindrischen Bauteil die Axialspannung die Hälfte der Spannung in Umfangsrichtung zufolge des Innendrucks ist,
– aus der Differenz zwischen den gemessenen und berechneten Entfernungen wird das Kriechen des hohlzylindrischen Bauteils und auch die Kriechgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt,
– bei Umgebungstemperatur in drucklosem Zustand wird jeweils das Kriechen kalibriert,

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Kriechens eines hohlzylindrischen Bauteils bei hoher Temperatur und hohem Innendruck gemäß Patentanspruch 1 und eine Verwendung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 3.
  • Zum Stand der Technik findet man im Lexikon der Physik, Herrmann Franke (Hrsg.), Franckh'schen Verlagsbuchhandlung Stuttgart, Band 2: I-R, 3. Auflage 1969, Seiten 883 und 884, und im Handbuch für experimentelle Spannungsanalyse, Prof. Dr.-Ing. Christof Rohrbach (Hrsg.), VDI-Verlag GmbH 1989, ISBN 3-18-400347-7, Seiten 809–825, Hinweise auf einzelne Verfahrensschritte aber nicht die angeführte Kombination der verschiedenen Messverfahren und deren Kalibrierung.
  • In US 4 591 996 wird zwar die Speckle-Interferometrie angewendet, aber das Patent konzentriert sich auf die Bestimmung der Spannungen und Dehnungen, und ein System nach diesem Patent würde zwangsläufig die Kriechdehnung einer erhöhten Spannung zuordnen. Es ist also die Kombination von z. B. mit der Speckleinterferometrie oder einem anderen optischen Verfahren gemessener Oberflächendehnung mit der aus Innendruck und Temperatur berechneten elastischen Dehnung, die eine Bestimmung des Kriechens und der Kriechgeschwindigkeit erlaubt. Die Messung im kalten und drucklosen Zustand dient der Kalibrierung der bleibenden Verformung.
  • DE 33 09 951 A1 beschreibt ein Verfahren mit ganz speziellen Messgittern und genau entsprechenden Fasern, wodurch die Auswertung stark vereinfacht wird aber nicht das Kriechen ermittelt werden kann.
  • Das Objektrasterverfahren nach tm – Technisches Messen, 67, 2000, Seiten 267–273 und die Verformungsmessung nach tm – Technisches Messen, 62, 1995, Seiten 3–7, wären viel zu ungenau, um zur Kriechdehnungsmessung verwandt zu werden und geben auch keine Hinweise, wie das Kriechen berechnet werden kann.
  • Ähnliches gilt für DE 197 07 968 C2 , wobei das dort beschriebene Verfahren zudem auf mechanisch-dynamische Eigenschaften spezialisiert ist, und auch für DE 25 26 753 B2 , wobei das dort beschriebene Verfahren nicht die nötige Auflösung erreichen würde.
  • DE 693 24 360 T2 basiert (Seite 5, Zeilen 30ff) „auf der Wellentheorie der plastischen Verformung, gemäß derer die plastische Verformung und ein nachfolgender Bruch als Wellenprozess auftreten" und hat damit eine völlig andere Grundlage und auch eine andere Zielsetzung, nämlich einen Bruch samt Ort vorherzusagen.
  • DE 197 07 968 C2 befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Untersuchung der mechanisch-dynamischen Eigenschaften eines Werkstücks, wobei das Werkstück entlang einer ersten Richtung einer zyklischen Zug- und/oder Druckbeanspruchung ausgesetzt wird und die Kraft und Wegstrecken erfasst werden; beides trifft auf das hier unter Schutz gestellte Verfahren nicht zu.
  • DE 42 00 173 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des Dehnungsverhaltens von Prüflingen dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling mit in Zugbelastungsrichtung in definierten Abständen hintereinander angeordneter Farbmarkierung einer definierten Breite ausgestattet wird, deren zugbelastungsbedingte Teiländerung mittels einer hoch auflösenden Zeilenkamera je für sich registriert wird. Diese Farbmarkierungen würden bei höheren Temperaturen i. allg. zerstört werden, auch wäre das Kriechen allein damit nicht berechenbar.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bauteile, die bei hohen Temperaturen hohen Drücken ausgesetzt sind, bezüglich des Kriechens kontinuierlich zu überwachen. Derzeit werden solche Aufweitungsmessungen nur diskontinuierlich durchgeführt. Dadurch kann die Aufweitung nur summarisch erfasst und nicht unmittelbar bestimmten Betriebszuständen zugeordnet werden.
  • Außerdem kann nicht aufgrund der momentanen Kriechgeschwindigkeit Einfluss auf den Betrieb genommen werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.
    •
  • Es werden also,
    • – auf dem zu überwachenden Bauteil Markierungen angebracht oder eine ausreichend charakteristische Oberflächentextur gesucht,
    • – diese Markierungen oder die Oberflächentextur werden kontinuierlich optisch beobachtet und so die Entfernung zwischen bestimmten Punkten auf der Oberfläche kontinuierlich gemessen,
    • – aus der gleichzeitig gemessenen Wandtemperatur und dem gemessenen Innendruck wird die dadurch bewirkte Änderung der Entfernung der beobachteten Punkte berechnet und dabei zur Erhöhung der Genauigkeit die Tatsache berücksichtigt, dass bei einem hohlzylindrischen Bauteil die Axialspannung die Hälfte der Spannung in Umfangsrichtung zufolge des Innendrucks ist,
    • – aus der Differenz zwischen den gemessenen und berechneten Entfernungen kann das Kriechen des Bauteils und auch die Kriechgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt und überwacht werden,
    • – bei Umgebungstemperatur in drucklosem Zustand kann jeweils das Kriechen kalibriert werden.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Messung des Kriechens eines hohlzylindrischen Bauteils bei hoher Temperatur und hohem Innendruck mit den Schritten, – auf dem zu überwachenden hohlzylindrischen Bauteil werden in axialer und in Umfangsrichtung Markierungen angebracht oder eine ausreichend charakteristische Oberflächentextur gesucht, – diese Markierungen oder die Oberflächentextur werden kontinuierlich optisch beobachtet und so die Entfernung zwischen bestimmten Punkten auf der Oberfläche kontinuierlich gemessen, – aus der gleichzeitig gemessenen Wandtemperatur und dem gemessenen Innendruck wird die dadurch bewirkte Änderung der Entfernung der beobachteten Punkte berechnet, wobei zur Erhöhung der Genauigkeit die berechneten Spannungsverteilungsverhältnisse in bestimmten Richtungen genutzt werden, wobei bei dem hohlzylindrischen Bauteil die Axialspannung die Hälfte der Spannung in Umfangsrichtung zufolge des Innendrucks ist, – aus der Differenz zwischen den gemessenen und berechneten Entfernungen wird das Kriechen des hohlzylindrischen Bauteils und auch die Kriechgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt, – bei Umgebungstemperatur in drucklosem Zustand wird jeweils das Kriechen kalibriert,
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zur Messung der Entfernung die Speckle-Interferometrie verwendet wird.
  3. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Überwachung des hohlzylindrischen Bauteils.
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