DE19711107A1 - Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch beanspruchten Maschinenteil - Google Patents
Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch beanspruchten MaschinenteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Werk
stoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dyna
misch beanspruchten Maschinenteil, wie z. B. dem Läufer einer
Dampfturbine, einer Gasturbine oder eines Verdichters.
Die Einsatzfähigkeit und der Lebensdauerverbrauch eines ro
tierenden thermisch und dynamisch beanspruchten Maschinen
teils, wie z. B. der Läufer einer Dampfturbine, wird durch
kontinuierliche rechnerische Bestimmung des Lebensdauerver
brauchs auf der Grundlage der vorhandenen bzw. zu ermitteln
der Werkstoffkennwerte und der Betriebsparameter ermittelt
(z. B. DE 15 73 665, 27 48 607, 33 14 181). Diese Verfahren
sind jedoch mit großen Fehlern behaftet, da die Ausgangs
werkstoffkennwerte nicht exakt bekannt sind sowie Änderungen
während des Betriebes unterliegen.
Das Ergebnis der kontinuierlichen oder periodischen Schwin
gungsüberwachung wird in die rechnerischen Verfahren einbezo
gen (EP 0 585 623). Eine erkennbare Beeinflussung tritt je
doch erst bei Schäden mit relativ großem Ausmaß, z. B. einem
Makroriß, ein.
Zum Nachweis betriebsbedingter und/oder herstellungsbedingter
Fehler sowie nach Ablauf der rechnerisch ermittelten Lebens
dauer werden herkömmliche zerstörungsfreie Prüfverfahren an
gewandt, wobei die Fehler bereits eine relativ große Ausdeh
nung aufweisen müssen.
Nach Ablauf des rechnerischen Lebensdauerendes kann der Läu
fer der Dampfturbine aus verschiedenen Gründen mit einem
zeitlich zunehmenden Schadensrisiko betrieben werden
(VGB-Richtlinie "Prüfung betriebsbeanspruchter Läufer und
Gehäuse von Dampf- und Gasturbinen", VGB-R512M, 1991).
Je nach Gefährdungsrisiko ist das Ende der rechnerischen Le
bensdauer als Warnsignal für erhöhte Überwachungsmaßnahmen
oder als Zeitpunkt für den Austausch des Läufers zu sehen.
Ein Erkennen der Ermüdung des Werkstoffes des Läufers im
Frühstadium vor Eintreten eines mit den vorgenannten Verfah
ren erkennbaren Fehlers ist bisher nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu entwickeln, bei dem für rotierende thermisch und dynamisch
beanspruchte Maschinenteile eine Ermüdungserkennung des Werk
stoffes im Frühstadium möglich wird. Vor allem soll nach Ab
lauf der rechnerisch ermittelten Lebensdauer eine risikoarme
Entscheidung für den Weiterbetrieb des Maschinenteils möglich
sein.
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die hochbean
spruchten, insbesondere durch Querschnittsänderungen und
Schweißungen gekennzeichneten Bereiche des Maschinenteiles,
wie z. B. die Radscheiben des Hochdruck- und/oder des Mittel
druckeingangsteiles oder die Schweißnähte der Welle des Läu
fers der Dampfturbine, ganz oder teilweise über deren Umfang
präpariert, entlang der präparierten sowie aufgeteilten Be
reiche eine zerstörungsfreie Prüfung durchgeführt, Meßwerte
und/oder Meßbilder von Mikroporen erzeugt, Schädigungs
merkmale und/oder -klassen bestimmt sowie maßgenau erfaßt,
entsprechend der Schädigungsverteilung Schädigungsbereiche
sowie Schädigungsmaximum und -minimum bestimmt werden und
daraus der Schädigungsgrad dem Werkstoffes des Maschinentei
les als topografisches Bild ermittelt wird.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher
erläutert. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 - die Radscheibe am Läufer des Hochdruck-Einganges
der Dampfturbine (schematisch),
Fig. 2 - die Abwicklung der Folienabdrücke mit eingezeichne
ten Schädigungsklassen.
Die Welle 1 des Läufers 2 weist die Radscheibe 3 mit Schaufel
4 im Hochdruck-Eingang der Dampfturbine auf. Die Dampfturbine
nähert sich aufgrund der Einsatzweise dem Ende der rechne
risch ermittelten Lebensdauer. Es soll eine Entscheidung ge
troffen werden, ob und mit welchem Risiko die Dampfturbine
i weiterbetrieben werden kann. Dazu wird der zugängliche Teil
des Läufers 2 der Dampfturbine zugrunde gelegt, der den Be
reich der höchsten Temperatur- und Spannungsbeanspruchung
aufgrund von Rechen-, Meß- und Erfahrungswerten darstellt.
Für den Läufer 2 stellt der Bereich 5 eine markante Stelle
für die Querschnittsänderung zwischen Welle 1 und Radscheibe
3 des Hochdruck-Einganges der Dampfturbine dar.
Der Bereich 5 wird durch Polieren der Oberfläche präpariert.
Danach werden von diesem präparierten Bereich 5 Folienabdrücke
6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13 des Werkstoffgefüges von der
Radscheibe 3 und der Welle 1 genommen.
Nach Abnahme der Folienabdrücke 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13
wird die jeweilige Porendichte ermittelt, daraus die Schädi
gungsklassen bestimmt und maßgenau auf den Bereich 5
übertragen.
Durch diese maßgenaue Übertragung ist die Schädigungsvertei
lung im Bereich 5 aufgrund der festgestellten Schädigungs
klasse festzustellen.
Für Welle 1 und Radscheibe 3 ergibt sich nach Auswertung der
Folienabdrücke folgendes:
Im Folienabdruck 9 sind die Schädigungsklassen 1; 2a; 2b und
3a bis 3b ermittelt worden.
Im Folienabdruck 10 sind die Schädigungsklassen 1; 2a und 2b
ermittelt worden (Fig. 2).
Aus der Schädigungsklassenverteilung leiten sich geometrische
Fig. 14; 15 für den Bereich 5 im Übergang Radscheibe 3 und
Welle 1 ab, die sich wie folgt darstellen:
Aufgrund der Schädigungsklassenverteilung ergibt sich im Fo
lienabdruck 9 die geometrische Fig. 14 mit den Schädigungs
klassen 1 bis 3b beginnend im Übergang 16 zur Radscheibe 3
und im Folienabdruck 10 die geometrische Fig. 15 mit den
Schädigungsklassen 1 bis 2b beginnend im Übergang 16 zur Wel
le 5.
Aus den Fig. 14; 15 ist in Verbindung mit der Schädigungs
klassenverteilung ein Schädigungsgrad des Werkstoffes für die
Welle 1 und die Radscheibe 3 zu ermitteln, der keinen Weiter
betrieb, sondern nur noch ein Wechsel des Läufers 2 zuläßt.
Durch die Erfindung ist es nun möglich, die Ausdehnung einer
Schädigung lückenlos zu bestimmen und daraus auf das Risiko
für einen Weiterbetrieb, für einen begrenzten Weiterbetriebs
zeitraum oder einen Wechsel zu schließen.
Weiterhin ist in Auswertung der Ausdehnung in Verbindung mit
der bisherigen Betriebsweise auf die Art der Schädigung,
z. B. der Schädigungsmerkmale, zu schlußfolgern.
Außerdem ist es möglich, durch eine Null-Messung und weitere
periodische Messungen Schlußfolgerungen für die Instandhal
tung und die Betriebsweise zu treffen.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:
- 1. Es werden Schädigungen nachgewiesen, die mit herkömmlichen zerstörungsfreien Prüfverfahren nicht erfaßbar sind.
- 2. Das Verfahren berücksichtigt die tatsächlichen örtlichen Beanspruchungen in Abhängigkeit vom realen Werkstoff zu stand.
- 3. Die Schädigung wird in einem so frühen Stadium erkannt, daß eine Werkstoffschädigung an den geprüften Stellen rechtzeitig erkannt wird und eine planmäßige Instandhal tung erfolgen kann.
1
Welle
2
Läufer
3
Radscheibe
4
Schaufel
5
Bereich
6
Folienabdruck
7
Folienabdruck
8
Folienabdruck
9
Folienabdruck
10
Folienabdruck
11
Folienabdruck
12
Folienabdruck
13
Folienabdruck
14
geometrische Figur
15
geometrische Figur
16
Übergang
Claims (3)
1. Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an ei
nem rotierenden thermisch und dynamisch beanspruchten Maschi
nenteil, wie z. B. dem Läufer einer Dampfturbine einer
Gasturbine oder eines Verdichters,
gekennzeichnet dadurch,
daß die hochbeanspruchten, insbesondere durch Querschnittsän
derungen und Schweißungen gekennzeichneten Bereiche des Ma
schinenteiles, wie z. B. die Radscheiben des Hochdruck- und/
oder des Mitteldruckeingangsteiles oder die Schweißnähte der
Welle des Läufers der Dampfturbine, ganz oder teilweise über
deren Umfang präpariert, entlang der präparierten sowie auf
geteilten Bereiche eine zerstörungsfreie Prüfung durchge
führt, Meßwerte und/oder Meßbilder von Mikroporen erzeugt,
Schädigungsmerkmale und/oder -klassen bestimmt sowie maßgenau
erfaßt, entsprechend der Schädigungsverteilung Schädigungsbe
reiche sowie Schädigungsmaximum und -minimum bestimmt werden
und daraus der Schädigungsgrad des Werkstoffes des Maschinen
teiles als topografisches Bild ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als
zerstörungsfreie Prüfverfahren ein Gefügeabdruckverfahren,
ein Thermografieverfahren oder ein Ultraschallverfahren ange
wendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch,
daß für die gekennzeichneten Bereiche des Maschinenteiles der
tatsächliche Ausgangszustand des Werkstoffes über die Härte
und über das Gefüge als topografisches Bild sowie durch ein
zerstörungsfreies Prüfverfahren, wie Thermografieverfahren
oder Ultraschall ermittelt wird
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997111107 DE19711107C2 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschinenteil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997111107 DE19711107C2 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschinenteil |
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DE1997111107 Expired - Fee Related DE19711107C2 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffschädigungen an einem rotierenden thermisch und dynamisch hochbeanspruchten Maschinenteil |
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Country | Link |
---|---|
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- 1997-03-06 DE DE1997111107 patent/DE19711107C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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---|---|
DE19711107C2 (de) | 2003-12-18 |
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Legal Events
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