DD213539B5

DD213539B5 - Method for lifetime monitoring of highly stressed components

Info

Publication number: DD213539B5
Application number: DD24770683A
Authority: DD
Inventors: Juergen Dr Ing Grabig; Andreas Dipl Ing Zarmutek; Bernd Dipl Ing Hahn; Berthold Dipl Ing Goehlert; Helmut Dipl Ing Oek Zahn
Original assignee: Ver Energiewerke Ag
Priority date: 1983-02-04
Filing date: 1983-02-04
Publication date: 1994-09-08
Also published as: DD213539A1

Description

Bei der Bewertung des Schadensmechanismus für die Wechselbeanspruchung bei An- und Abfahrvorgängen von druck- und temperaturbeanspruchten Bauteilen bei Temperaturen bis 45O⁰C werden Druckparameter verwendet (DE 1 573665), wobei aus kontinuierlich berechneten Vergleichsspannungen elastische und überelastische Wechselbeanspruchungen ermittelt und aus den Spannungen die zugehörigen elastischen und plastischen Dehnungen berechnet werden.In the assessment of the damage mechanism for the alternating stress during startup and shutdown of pressure and temperature-stressed components at temperatures up to 45O ⁰ C pressure parameters are used (DE 1 573665), determined from continuously calculated reference stresses elastic and super-elastic alternating stresses and the associated voltages elastic and plastic strains are calculated.

Aus den Dehnungen wurden die zulässigen Anrißlastwechselzahlen und aus deren reziproken Wert Lebensdauerverbräuche definiert. Die Ermittlung des Lebensdauerverbrauches infolge Zeitstanderschöpfung ist nicht relevant.From the strains, the permissible attack load change numbers and from their reciprocal value life cycle consumptions were defined. The determination of the lifetime consumption due to creep is not relevant.

Bei der Bewertung des Schadensmechanismus für die Dauerbelastung bei Temperaturen über 52O⁰C ist von der Zeitstandbeanspruchung auszugehen.When assessing the damage mechanism for the continuous load at temperatures above 52O ⁰ C, the creep stress can be assumed.

Hochtemperaturbeanspruchte Bauteile in Kraftwerken werden entsprechend den gültigen Berechnungsvorschriften für eine Lebensdauer von 10⁵bzw. 2 · 10⁵ Betriebsstunden ausgelegt. Unter Berücksichtigung entsprechender Sicherheitsfaktoren wird dabei die konstante Beanspruchung bei maximalem Betriebsdruck zugrunde gelegt. Im tatsächlichen Betrieb werden diese Bauteile erstens mit anderen Temperaturen beaufschlagt als vorausgesetzt und zweitens ist diese Beaufschlagung über der Betriebszeit weder konstant noch ständig bei maximalem Betriebsdruck. Daraus resultieren dann je nach Betriebsbeanspruchung sowohl höhere als auch niedrigere Lebensdauerwerte als angenommen.High-temperature stressed components in power plants are designed according to the valid calculation regulations for a service life of 10 ⁵ or 2 × 10 ⁵ operating hours. Taking into account the corresponding safety factors, the constant load at maximum operating pressure is taken as the basis. In actual operation, these components are firstly subjected to different temperatures than assumed, and secondly, this loading over the operating time is neither constant nor constantly at maximum operating pressure. This results in both higher and lower lifetime values than assumed, depending on the operating load.

Sowohl zur Einschätzung der Betriebssicherheit als auch zur ökonomischen Ausnutzung der eingesetzten Werkstoffe ist aber die Betriebs-bzw. Lebensdauerüberwachung der kritischen Bauteile anhand der tatsächlichen Betriebsbelastungen unerläßlich.Both for the assessment of operational safety as well as for the economic utilization of the materials used but the operating or. Life cycle monitoring of critical components based on actual operating loads is essential.

In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Lebensdauerüberwachung hochtemperaturbeaufschlagter Bauteile entwickelt.In recent years, various methods have been developed for lifetime monitoring of high temperature stressed components.

Es sind Verfahren zur Bestimmung des Erschöpfungsgrades von Bauteilen auf der Grundlage elektromechanischer Schaltungen bekannt. Prinzipiell wird dabei die gemessene Betriebstemperatur ins Verhältnis zu der aus der theoretischen Lebensdauer resultierenden zulässigen Temperatur gesetzt und ein daraus folgender Lebensdauerverbrauch aufsummiert und in Prozent oder Stunden angezeigt. Der Nachteil dieser sogenannten Lebensdauerzähler ist, daß die angezeigten Lebensdauerverbräuche erstens keine Reproduzierung der Meßwerte und damit keine Bewertung und Analyse der Betriebsweise gestatten und zweitens keine Neuberechnung der Restlebensdauer bei Korrektur der Berechnungsverfahren zu späteren Zeitpunkten zulassen.Methods are known for determining the degree of exhaustion of components based on electromechanical circuits. In principle, the measured operating temperature is set in relation to the permissible temperature resulting from the theoretical service life and a resulting service life consumption is summed up and displayed in percent or hours. The disadvantage of these so-called life counters is that the displayed life consumptions firstly do not allow reproducing the measured values and thus allow no evaluation and analysis of the operation and secondly do not allow a recalculation of the remaining service life at correction of the calculation method at later times.

Weiterhin wurden Verfahren angegeben, die unter Zugrundelegung des gegenwärtigen Erkenntnisstandes zur Spannungs- und Lebensdauerberechnung entsprechende Prozeßüberwachungsfunktionen durchführen.Furthermore, methods have been specified, which perform appropriate process monitoring functions on the basis of the current state of knowledge for voltage and lifetime calculation.

Eine Möglichkeit zur Langzeitüberwachung von Dampferzeugerbauteilen ist angegeben, ohne daß für den praktischen Betrieb anzustrebende Ergebnisse erzielt werden konnten.A possibility for long-term monitoring of steam generator components is given, without that could be achieved for the practical operation desired results.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen bereits Zeitstand- und Wechselermüdungseinflüsse überlagert werden (DD 146359). Dabei werden Druck- und Temperaturmeßwerte zyklisch erfaßt, Druck- und Temperaturbereichen zugeordnet, innerhalb dieser Bereiche klassifiziert und summiert. Die Ableitung eines Signals für die Lebensdauerüberwachung ist jedoch nicht mit den Echtzeitparametern übereinstimmend und daher fehlerbehaftet.Furthermore, methods are known in which already cradle and Wechselermüdungseinflüsse be superimposed (DD 146359). Pressure and temperature measurements are recorded cyclically, assigned to pressure and temperature ranges, classified and summed within these ranges. However, the derivation of a lifetime monitor signal is not consistent with the real-time parameters and therefore erroneous.

Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt, bei der die Betriebstemperaturen in konstanten Zeitzyklen klassifiziert und summiert werden (DD 146776).It is also known an arrangement in which the operating temperatures are classified and summed in constant time cycles (DD 146776).

Dadurch sind über Sekundärauswertungen in gewissem Maße Aussagen zur Betriebsweise und Lebensdauer möglich. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß aufgrund der eingesetzten Relaistechnik die Anzahl der verarbeitbaren Meßstellen gering ist und die Geräte infolge ihrer voluminösen Abmaße für eine kontinuierliche Betriebsüberwachung nicht geeignet sind. Solche wichtigen Servicefunktionen, wie Meßstellenausfall, Grenzwertüberschreitungen usw., die für eine sichere, operative Betriebsführung der Anlage wichtig sind, können nicht signalisiert werden.As a result, statements about operation and service life are possible to a certain extent via secondary evaluations. The disadvantage, however, is that due to the Relaistechnik used, the number of processable measuring points is low and the devices are not suitable due to their voluminous dimensions for continuous operation monitoring. Such important service functions as measuring point failure, limit value overruns, etc., which are important for the safe, operational management of the plant, can not be signaled.

Außerdem ist eine Anordnung auf elektronischer Grundlage angegeben, die eine Vielzahl von Temperaturmeßstellen bei sehr niedrigen Zeitzyklen auswertet und gleichzeitig verschiedene Grenzwertüberwachungsfunktionen ausführt (DD 208424). Von Nachteil ist jedoch, daß zur Einschätzung der Betriebsweise und zur Lebensdauerüberwachung nur die Temperatur zur Verfügung steht und lediglich die Temperaturmeßwerte vorverdichtet werden. Es ist jedoch bekannt, daß eine Schädigung der Werkstoffe gleichermaßen durch mechanische Beanspruchungen, z. B. Innendruck, hervorgerufen wird. Es ist deshalb erforderlich die Gesamtbeanspruchung, bestehend aus mechanischem Anteil und thermischem Anteil, so zu erfassen, daß ihre funktionellen Zuordnungen erfaßt und eine Lebensdauerauswertung, z.B. auf der Grundlage der linearen SchadensakkumulationIn addition, an electronic-based arrangement is provided which evaluates a plurality of temperature measuring points at very low time cycles and simultaneously performs various limit monitoring functions (DD 208424). The disadvantage, however, is that for the assessment of the mode of operation and for life monitoring only the temperature is available and only the Temperaturmeßwerte be pre-compressed. However, it is known that damage to the materials equally by mechanical stresses, z. B. internal pressure caused. It is therefore necessary to detect the total stress, consisting of the mechanical part and the thermal part, so that their functional assignments are detected and a life evaluation, e.g. based on linear damage accumulation

ε = Σ —-^— · θ,; σ = σ(Λ) τ_Β(σ, θ) ^Τ ε = Σ - ^ - · θ ,; σ = σ (Λ) τ _Β (σ, θ) ^Τ

durchgeführt werden kann.can be carried out.

Ziel der Erfindung ist eine kontinuierliche, prozeßrechnerunabhängige Betriebs- und Lebensüberwachung von hochbeanspruchten Bauteilen einschließlich Signalisation von Grenzwertüberschreitungen, lebensdauerwichtigen Zuständen und Meßstellenausfall über diskrete oder separate Informationsdarbietungseinrichtungen unter Erfassung sowohl der thermischen als auch mechanischen Beanspruchungsanteile zu erreichen.The aim of the invention is a continuous, process computer independent operation and life monitoring of highly stressed components including signaling of limit violations, life-critical conditions and measuring point failure via discrete or separate information presentation devices to achieve both thermal and mechanical stress components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die lebensdauerrelevante Zeithäufigkeit in Abhängigkeit thermischer und mechanischer Beanspruchungsanteile zu ermitteln.The invention has for its object to determine the life-time-relevant time frequency as a function of thermal and mechanical stress components.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Temperatur- und Druckmeßwerte paarweise klassifiziert, daraus bereichsspezifische Ausgangssignale erzeugt sowie als temperaturabhängige Druckklassenzeithäufigkeit oder als druckabhängige Temperaturklassenzeithäufigkeit abgebildet werden.This is achieved in that, according to the invention, the temperature and pressure measurement values are classified in pairs, from this area-specific output signals are generated and mapped as temperature-dependent pressure class time frequency or as pressure-dependent temperature class time frequency.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.In one embodiment, the invention is explained in detail. The drawing shows the arrangement for carrying out the method.

Die Meßdaten von η-Temperatur und m-Druckmeßstellen werden zyklisch über einen Multiplexer 1.1; 1.2 an je einen Analog-Digital-Umsetzer 2.1; 2.2 gegeben. Die digitalen Ausgangssignale dieser beiden Umsetzer 2.1; 2.2 gelangen als Adressen an je einen Klassifikator3.1; 3.2. Die Klassifikatoren sind in dieser Anordnung durch Festwertspeicher (PRM) realisiert. Der Klassifikator ist dabei so programmiert, daß einem Eingangsadressenbereich a₀ bis a_x die Temperaturklasse 2 usw. entspricht. Analog entsprechen die Eingangsadressen b_o bis b_x der Druckklasse 1, b_x +1 bis b_y der Druckklasse 2 usw. Die aus dem Analog-Digital-Umsetzer 2.1; 2.2 kommenden digitalen Ausgangssignale (Temperatur- bzw. Druckmeßwerte) werden an Hand der Eingangsadressen ai bzw. fy im Klassifikator 3.1; 3.2 in die entsprechenden Temperatur- bzw. Druckklassen eingeordnet. Die für jedes Meßwertpaar zeitgleich ermittelte Temperatur- und Druckklasse steht in binär kodierter Form an den Ausgängen der Klassifikatoren 3.1; 3.2. Lassen sich Meßwerte nicht in die vorprogrammierten Temperatur- und Druckklassen einordnen, so werden sie von den Klassifikatoren 3.1; 3.2 bei zu hohen Werten als Grenzwertüberschreitung und bei zu niedrigen Werten als Meßstellenausfall registriert und auf der Anzeige 4 mit Kennzeichnung der Meßstellennummer dargestellt. Die Signalisierung der Grenzwertüberschreitung bzw. des Meßstellenausfalls wird im Speicher 5 abgespeichert und bei der durch den Adressenzähler 8 gesteuerten zyklischen Abtastung der Meßstelle angezeigt.The measured data of η-temperature and m-pressure measuring points are cyclically via a multiplexer 1.1; 1.2 to each one analog-to-digital converter 2.1; 2.2 given. The digital output signals of these two converters 2.1; 2.2 arrive as addresses to each classifier3.1; 3.2. The classifiers are realized in this arrangement by read-only memory (PRM). The classifier is programmed so that an input address range a ₀ to a _x corresponds to the temperature class 2 and so on. Analogously, the input addresses b _o to b _x correspond to the pressure class 1, b _x +1 to b _{y of} the pressure class 2, etc. The signals from the analog-to-digital converter 2.1; 2.2 coming digital output signals (temperature or Druckmeßwerte) are based on the input addresses ai and fy in the classifier 3.1; 3.2 classified in the appropriate temperature or pressure classes. The temperature and pressure classes determined simultaneously for each measured value pair are in binary coded form at the outputs of the classifiers 3.1; 3.2. If measured values can not be classified in the preprogrammed temperature and pressure classes, they are taken from the classifiers 3.1; 3.2 if the values are too high, the limit value is exceeded and if the values are too low, it is registered as a measuring point failure and shown on display 4 with identification of the measuring point number. The signaling of the limit value exceeding or the Meßstellenausfalls is stored in the memory 5 and displayed at the controlled by the address counter 8 cyclic sampling of the measuring point.

Die Verknüpfung der im Ergebnis der Klassifizierung entstehenden Temperatur- und Drucklastenpaare erfolgt im Speicher 5. Dazu werden die Speicherplätze des Speichers 5 durch den Meßstellenzähler in η Teilbereiche für η Meßstellen aufgeteilt. Diese Teilbereiche sind nochmals in g Unterbereiche, die genau der Zahl derTemperaturklassen entspricht, aufgespalten. Jeder dieser Einzelbereiche enthält nun wiederum h Unterbereiche, wobei h genau der Anzahl der Druckklassen entspricht. Zur Darstellung derTemperatur-Druck-Klassenpaaresindim Speicher 5 genau η · g · h Bereiche enthalten. Es ist aber auch möglich, die η Teilbereiche des Speichers 5 entsprechend den Ausgangssignalen des Druckklassifikators in h Unterbereiche mit jeweils g Temperaturklassen aufzuspalten. In diesem Fall wäre die Temperaturklasse der niederwertigere Adressenteil. Befindet sich eine Meßstelle 5 zum Zeitpunkt der zyklischen Abfrage im Temperaturbereich kund im Druckbereich 1, so wird der Inhalt des Speicherbereiches mit Adresse sk 1 aus dem Speicher 5 ausgelesen, in einem Register 6 zwischengespeichert, im Rechenglied 7 um 1 erhöht und anschließend wieder in den Speicher 5 unter der Adresse ski eingeschrieben. Dadurch entsteht im Speicher 5 eine Abbildung der n, m Temperatur- und Druckmeßstellen (n = m möglich) mit jeweils g Temperatur- und h Druckbereichen, die am Ende eines Meßablaufes (z.B. 3 Monate) eine Häufigkeitsverteilung der ermittelten Temperatur- und Druckklassenpaare oder umgekehrt wiederspiegelt.The combination of the temperature and pressure load pairs resulting as a result of the classification takes place in the memory 5. For this purpose, the memory locations of the memory 5 are divided by the measuring point counter into η partial ranges for η measuring points. These subregions are again split into g subregions, which corresponds exactly to the number of temperature classes. Each of these individual areas now again contains h subregions, where h corresponds exactly to the number of pressure classes. To represent the temperature-pressure class pair, the memory 5 contains exactly η · g · h ranges. However, it is also possible to split the η subregions of the memory 5 into h subregions with h temperature classes in each case in accordance with the output signals of the pressure classifier. In this case the temperature class would be the lower order address part. If a measuring point 5 is in the pressure range 1 at the time of the cyclic polling in the temperature range, the content of the memory range with address sk 1 is read out of the memory 5, buffered in a register 6, increased by 1 in the computing element 7 and then returned to the memory Memory 5 is inscribed under the address ski. This results in the memory 5 an image of n, m temperature and pressure measuring points (n = m possible) with g temperature and h pressure ranges at the end of a measurement process (eg 3 months) a frequency distribution of the determined temperature and pressure class pairs or vice versa reflects.

Über eine Anschlußsteuerung 10 sind die Daten über einen Lochbandleser bzw. über ein Magnetbandgerät 9 zu übernehmen und rechentechnisch auszuwertenVia a connection controller 10, the data is to be taken over a perforated tape reader or via a magnetic tape device 9 and evaluated by computer technology

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht: The invention achieves the following advantages:

1. Durch die Verknüpfung von Temperatur- und Druckhäufigkeit pro Zeiteinheit sind die jeweiligen Beanspruchungsanteile eindeutig erfaßbar.1. By combining temperature and pressure frequency per unit time, the respective stress components are clearly detectable.

2. Infolge beliebiger Aufrüstbarkeit des Schreib-Lese-Speichers und der hohen Auswertegeschwindigkeit kann jeweils eine hohe Meßstellenanzahl verarbeitet und damit ein beliebig großer Überwachungsumfang realisiert werden.2. As a result of any upgradability of the read-write memory and the high evaluation speed can be processed in each case a high number of measuring points and thus an arbitrarily large extent of surveillance can be realized.

3. Beliebig große Anzahl von Temperatur- und Druckklassen und je nach Anforderung variierbare Klassenbreite.3. Any number of temperature and pressure classes and, depending on requirements, variable class width.

4. Realisierung betriebswichtiger Zusatzfunktionen, wie Signalisation von Grenzwertüberschreitungen, Meßstellenausfall, Kennzeichnung von stark lebensdauerverbrauchenden Betriebsphasen usw.4. Implementation of important additional functions, such as signalisation of limit value overruns, measuring point failure, marking of periods of use that require a lot of service life, etc.

5. Hohe Störsicherheit.5. High interference immunity.

6. Direkte rechentechnische Auswertbarkeit der Geräteausgabeinformationen (Primärdaten) zur Betriebsanalyse, Lebensdauerberechnung, Ausfallwahrscheinlichkeit usw. (Sekundärdaten).6. Direct computational evaluation of device output information (primary data) for operational analysis, service life calculation, probability of failure, etc. (secondary data).

7. Geringes Gewicht, geringes Volumen, Einpassung in vorhandene Anzeige- bzw. Registriersysteme.7. Low weight, low volume, fit into existing display or registration systems.

8. Preisgünstig und herstellungsgünstig durch Verwendung handelsüblicher mikroelektronischer Bauelemente.8. Low cost and low production by using commercially available microelectronic devices.

Claims

A method for life monitoring of highly stressed components, wherein a number of temperature and pressure measured cyclically detected, assigned to areas classified within these ranges and summed, characterized in that the temperature and pressure measurements classified in pairs, from area-specific output signals generated as a temperature-dependent pressure class time frequency or pressure-dependent temperature class time frequency can be mapped.

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