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Rissdetektion durch Spannungsverlagerung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000027943D
Original Publication Date: 2004-May-25
Included in the Prior Art Database: 2004-May-25
Document File: 1 page(s) / 25K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Aufgrund der zyklischen Belastungen (Temperatur, Fliehkraft, Gasdruck) beim Betrieb von Turbinen und Verdichtern kann es an bestimmten Bauteilen zur Rissbildung durch Materialermuedung kommen. Die Schaufelblaetter von Turbinen- bzw. Verdichterschaufeln sind aufgrund hoher thermischer oder mechanischer Belastungen besonders hoch beansprucht und entsprechend anrissgefaehrdet. Die Risse bilden sich senkrecht zur Hauptbeanspruchungsrichtung (Fliehkraft- bzw. Radialrichtung) aus. Sie koennen im weiteren Betrieb wachsen und unter Umstaenden innerhalb weniger Lastwechsel zum endgueltigen Versagen beispielsweise einer Turbinen- bzw. Verdichterschaufel fuehren. Das Risswachstum haengt dabei vorrangig von dem Beanspruchungszustand und der Geometrie des Bauteils ab. Ueblicherweise werden die Schaufeln bei einer Revision geprueft und rissbehaftete Schaufeln werden ausgetauscht. Mit Hilfe von Messungen der Steifigkeitsaenderung (Spannungs-/Dehnungsverhalten, Beanspruchungshysteresen) ist es moeglich, schon die Anrissbildung zu erkennen, die sich anschliessende Rissausbreitung zu ueberwachen und damit den Betrieb einer rissbehafteten Turbinenschaufel kontrolliert bis zu einer definierten kritischen Risslaenge zuzulassen. Als Referenz kann dabei die entsprechende ungerissene Schaufel dienen, bei der die Hysteresekurve keinen Knick aufweist. Aufgrund der Rissbildung veraendert sich der Verlauf der Beanspruchungshysteresen im Vergleich zu denen der ungerissenen Schaufel. Exemplarisch ist der Einfluss einer Rissbeschaedigung in Abb. 1 in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm dargestellt. Wird die Hysterese mit Dehnmessstreifen (DMS) vor der Rissspitze aufgenommen, erfaehrt die Hysterese im Moment des Rissoeffnens einen deutlichen Knick zu erhoehten Dehnungen (Abb. 1a). Wird die Hysterese hinter der Rissspitze aufgenommen, so erfaehrt sie im Moment des Rissoeffnens eine deutliche Veraenderung zu geringeren Dehnungen (Dehnungsschatten) (Abb. 1b).

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S

Rissdetektion durch Spannungsverlagerung

Idea: Dr. Michael Dankert, DE-Muelheim; Dr. Rostislav Teteruk, DE-Muelheim

Aufgrund der zyklischen Belastungen (Temperatur, Fliehkraft, Gasdruck) beim Betrieb von Turbinen und Verdichtern kann es an bestimmten Bauteilen zur Rissbildung durch Materialermuedung kommen. Die Schaufelblaetter von Turbinen- bzw. Verdichterschaufeln sind aufgrund hoher thermischer oder mechanischer Belastungen besonders hoch beansprucht und entsprechend anrissgefaehrdet. Die Risse bilden sich senkrecht zur Hauptbeanspruchungsrichtung (Fliehkraft- bzw. Radialrichtung) aus. Sie koennen im weiteren Betrieb wachsen und unter Umstaenden innerhalb weniger Lastwechsel zum endgueltigen Versagen beispielsweise einer Turbinen- bzw. Verdichterschaufel fuehren. Das Risswachstum haengt dabei vorrangig von dem Beanspruchungszustand und der Geometrie des Bauteils ab. Ueblicherweise werden die Schaufeln bei einer Revision geprueft und rissbehaftete Schaufeln werden ausgetauscht.

Mit Hilfe von Messungen der Steifigkeitsaenderung (Spannungs-/Dehnungsverhalten, Beanspruchungshysteresen) ist es moeglich, schon die Anrissbildung zu erkennen, die sich anschliessende Rissausbreitung zu ueberwachen und damit den Betrieb einer rissbehafteten Turbinenschaufel kontrolliert bis zu einer definierten kritischen Risslaenge zuzulassen. Als Referenz kann dabei die entsprechende ungerissene Schaufel dienen, bei der die Hysteresekurve keinen Knick aufweist. Aufgrund der Rissbild...