Kriechen in Kraftwerkskomponenten messen
Die digitale Bildkorrelation (DIC) ist eine berührungsfreie Methode zur Überprüfung von Materialien und struktureller Integrität. Um DIC aber auch bei Hochtemperaturkriechen (HTC) anwenden zu können, müssen zwei Probleme überwunden werden: die Langzeitstabilität des Speckle-Musters und die Genauigkeit des Messsystems. Das Projekt HTCSENSOR (Development of a portable 3D deformation sensor for high temperature creep measurement) befasste sich mit diesen Herausforderungen, indem es einen HTC-Sensor und die dazugehörigen Algorithmen entwickelte, mit denen sich die Kriechdehnungsrate messen und die verbleibende Lebensdauer des Bauteils schätzen lässt. Die Forscher entwickelten einen HTC-Sensor bestehend aus einem Schutzmechanismus und einer Messeinheit. Inertes Argongas wurde verwendet, um den abgedichteten Raum zum Schutz der Materialien vor Oxidation und anderen Verunreinigungen zu füllen. Mit einem Silberring (anstelle des üblicherweise verwendeten Kupfer-O-Rings) wird sichergestellt, dass die mechanische Abdichtung über einen längeren Zeitraum hält. Am Inspektionsbereich des Dampfrohres wurden Mikrovertiefungen erzeugt, was als Speckle-Muster für die DIC fungiert. Das Inertgas und die mechanische Abdichtung gewährleisten, dass das Speckle-Muster seine Stabilität während der gesamten Lebensdauer des Sensors beibehält. Auch ein Kameramechanismus wurde entwickelt, der auf der mechanischen Dichtungsvorrichtung schnell positioniert werden kann. Dies gewährleistet die Stabilität des Messsystems, ohne dass die ganze Zeit eine Kamera installiert sein muss. Darüber hinaus wurden Beurteilungsalgorithmen für die verbleibende Lebensdauer basierend auf mechanischen Schädigungsmodellen entwickelt und sowohl anhand der unmittelbaren Kriechdehnungsrate als auch der akkumulierten Dehnung berechnet. Die Ergebnisse wurden in das Bewertungsmodul für die verbleibende Lebensdauer eingespeist, wodurch die Wissenschaftler die verbleibende Lebensdauer der Komponenten unter hohen Temperaturen bewerten konnten. Schließlich entwickelte das Projekt ein DIC-Software-Paket, das erweiterte Algorithmen für die digitale Bildkorrelation zur Messung der Verformung umfasst und Genauigkeit und Geschwindigkeit der Messung verbessern soll. Da Kriechen über lange Zeiträume bei hoher Temperatur gekennzeichnet ist, wird es mehrere Jahre dauern, den entwickelten HTC-Sensor vollständig zu demonstrieren. Die vorläufigen Ergebnisse haben allerdings gezeigt, dass der HTC-Sensor und das System die Anforderungen für die Pipeline-Kriechmessung bei hoher Temperatur erfolgreich erfüllen. HTCSENSOR löste erfolgreich das grundlegende Problem der Messung von Oxidation bei Hochtemperaturkriechen unter Verwendung von DIC in einem Kraftwerk. Damit hat das System ein großes Potenzial für die Anwendung auf dem Energieerzeugungssektor sowie in Chemieanlagen.
Schlüsselbegriffe
Kriechen, digitale Bildkorrelation, Hochtemperaturkriechen, Speckle-Muster, HTCSENSOR, Algorithmen, Argongas, Silberring