Atomerőművi anyagvizsgálatok (Erőművi berendezések élettartam számításának alapjai)

Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium

Atomerőművi anyagvizsgálatok (Erőművi berendezések élettartam számításának alapjai)

Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


Bevezetés 1. Az erőművek feladata a mindenkori fogyasztói igényeknek megfelelő villamos és hőenergia kielégítése. Az erőművek azonban összetett rendszerek, melyek főberendezésekre bonthatók úgy mint: a tüzelőanyagban kötött energia hőenergiává történő átalakítása (reaktor, kazánok), a hőenergia mechanikai energiává történő átalakítása (gőzturbina), a mechanikai energia villamos energiává történő átalakítása (generátor). Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.

1


Bevezetés 2. A főberendezések bonthatók: pl. kazán esetén kazándob

további

funkcionális

egységekre

pl. turbina esetén álló lapátozat

forrcső rendszer

járó lapátozat

kamrák

turbinaház

ejtőcső rendszer

csapágyak


BME NTI 2014.11.12.


Bevezetés 3. A berendezés élettartama: Az az időtartam, ameddig a berendezés működőképes. Az élettartamot főként műszaki megoldásuk, minőségük, használati módjuk, karbantartásuk és felújításuk határozza meg. [Műszaki Lexikon] A berendezés elhasználódása: A berendezés használhatóságának az idő előrehaladásával bekövetkező csökkenése. Két fő részből, a műszaki elhasználódásból és az erkölcsi avulásból tevődnek össze. [Műszaki Lexikon]


BME NTI 2014.11.12.

2


Alapfogalmak szerkezeti anyag és felépítése: az anyag természete, különbséget téve a vegyi összetétel, a kötési mód és a mikroszerkezet tekintetében igénybevétel: befolyásoló tényezők, amelyek a szerkezeti anyagokra, azok felhasználása során hatnak tulajdonságok: olyan jellemzők, amelyek a szerkezeti anyagok viselkedését különböző igénybevételek mellett leírják Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


Igénybevételek fajtái 1. mechanikai kémiai termikus

biológiai sugárzásból származóak


BME NTI 2014.11.12.

3


Igénybevételek fajtái 2. A felsorolt igénybevételek az anyag károsodását idézhetik elő, melyek a következők lehetnek: törés korrózió szövetszerkezeti elváltozás biológiai anyagkárosodás öregedés Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.12.12.


Szilárdságtani alapok 1. (Mechanikai igénybevétel)

σx  T   τ xy  τ xz  ahol

τ yx σy τ yz

τ zx   τ zy  σ z 

T : feszültségtenzor σ : normál feszültség τ : csúsztatófeszültség


BME NTI 2014.11.12.

4


Szilárdságtani alapok 3. (Mechanikai igénybevétel) Főfeszültségek számítása háromtengelyű feszültségi állapot 3 2 esetén: a σ  I1  σ  I 2  σ  I3  0 egyenlet megoldásai jelentik s értékét, ahol I1, I2, I3 a feszültségtenzor skalár invariánsai. σ x τ yx σ y τ zy σ z τ xz I2    I1  σ x  σ y  σ z τ xy σ y τ yz σ z τ zx σ x

σx I 3  τ xy τ xz

τ yx σy τ yz

τ zx τ zy σz


BME NTI 2014.11.12.


Szilárdságtani alapok 4. (Mechanikai igénybevétel) Általános Hooke – törvény:

σ1 

E  ν    ε1   (ε1  ε 2  ε 3 ) 1 ν  1 2  ν 

σ2 

E  ν   ε 2   (ε1  ε 2  ε 3 ) 1 ν  1 2  ν 

σ3 

E  ν   ε 3   (ε1  ε 2  ε 3 ) 1 ν  1 2  ν 


BME NTI 2014.11.12.

5


Szilárdságtani alapok 5. (Mechanikai igénybevétel)

1  σ1  ν  (σ 2  σ 3 ) E 1 ε 2   σ 2  ν  (σ1  σ 3 ) E 1 ε 3   σ 3  ν  (σ1  σ 2 ) E ε1 

ahol n: Poisson – tényező E: rugalmassági modulus [MPa] Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


Törésmechanikai alapok 1. Griffith eredményei alapján a szerkezeteken bekövetkező törések vonatkozásában az alábbi megállapításokat tehetjük: Sorrend: 1. repedés keletkezése 2. repedés terjedése 3. törés bekövetkezése


BME NTI 2014.11.12.

6


Törésmechanikai alapok 2. A repedés terjedésének kritériuma A repedés terjedésének leírásához az energiaváltozásokat kell vizsgálni. Ha a lemez csak rugalmas alakváltozást szenved, akkor minden egységnyi térfogatában 1 1 σε   σ2 2 2E rugalmas energia van felhalmozva. 1 A teljes ép lemezben tárolt energia: W1   σ2  W  B  L 2E Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


Törésmechanikai alapok 3. Vizsgáljuk meg azt az esetet, amikor a lemezben a húzásra merőlegesen egy 2c hosszúságú repedés van. Így a lemezben tárolt energia:

W2 

1  σ 2  (W  B  L  V) 2E

A repedés következtében felszabadult energia:

ΔWr  W1  W2  V  2  (c  π)  B 2


1  σ2  V 2E

s2 2 Wr  c B E

BME NTI 2014.11.12.

7


Törésmechanikai alapok 4. A repedés növekedése során felszabaduló energia:

2  σ2  c  π  B  dc d ΔWr  E

A repedés felületi energiája:

ΔWγ  2  2c  B  γ

A repedés felületi energiájának változása a repedés növekedése során: d ΔWγ  4  γ  B  dc ahol g: fajlagos felületi energia [J/m2] Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


Törésmechanikai alapok 5. A repedésterjedés feltétele: d ΔWr  d ΔWγ Határesetben:

σ kritikus 

2 γE cπ

σ kritikus  c  π  K IC ahol K: feszültségintenzitási tényező [MPa·m1/2] Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.

8


Törésmechanikai alapok 6. Elemi törési módok:


BME NTI 2014.11.12.


Törésmechanikai alapok 7. Gyors törés:


BME NTI 2014.11.12.

9


Törésmechanikai alapok 8. Rideg törés:


BME NTI 2014.11.12.


Törésmechanikai alapok 9. Szívós törés:


BME NTI 2014.11.12.

10


Kisciklusú fáradás 1. ismétlődő (ciklikus) igénybevétel 104-nél kevesebb igénybevétel hatására eltörik a feszültség a folyáshatár közelében, esetleg felette van makroszkópikus alakváltozással kell számolni


BME NTI 2014.11.12.


Kisciklusú fáradás 2. A repedésterjedés sebességét befolyásoló tényezők: a repedés közeli feszültségmező

terhelő erők nagysága és iránya

a repedés csúcsa előtt elhelyezkedő anyag viselkedése

anyagtulajdonságok a terhelés frekvenciája

szerkezet geometriája repedés alakja, mérete Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.

11


Kisciklusú fáradás 3. A fáradásos repedésterjedést az alábbi módon írhatjuk le:

da ahol a: repedés hossza  c1 (a) n N: ciklusszám dN s: terhelő feszültség da n  c 2  σ(a) K: repedés csúcsa előtti anyagdN részre jellemző feszültségintenda zitási tényező  c 3f(K) dN c1, c2, c3, n: állandók Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


Hőfáradás


BME NTI 2014.11.12.

12


Kúszás 1. Definíció:

A folyáshatárnál kisebb terhelés mellett magas hőmérsékleten, hosszú idő alatt bekövetkező alakváltozás.


BME NTI 2014.11.12.


Kúszás 2. Q

ε 2T

á dε   K  e RT dt

 Q σ  1  C  e R T t Qσ   ln t  ln C   R T

T·(C+ln t) =állandó Larson – Miller összefüggés: T1  C  ln t1   T2  C  ln t 2  Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.

13


Kúszás 3. felsõ áttételes emelõ

felsõ feszítõorsó

kemence

10 próbatest

hõmérséklet szabályozó

fûzérben

alsó feszítõorsó

terhelõ súly kiegyenlítõ súly

olajfék


BME NTI 2014.11.12.


lg Rm

Kúszás 4.

15H1M1F 15H1M1F TU 14-3-460-75

lg t Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.

14


Kúszás 5. (Mechanikai igénybevétel) Méretezés történhet: a. tartamszilárdságra: az a feszültség, amit az anyag törés nélkül megadott ideig biztonságosan elvisel, b. kúszási határra: az az időtartam, amit az anyag törés nélkül elvisel adott feszültség mellett.


BME NTI 2014.11.12.


Kémiai igénybevétel Erőművi főberendezések esetén a kémiai igénybevétel leggyakoribb formája a korrózió. Definíció: Fémfelület korróziója: a szerkezeti anyagnak a környezet hatására végbement és a felületről kiinduló bárminemű elváltozása, amely kémiai, fizikai-kémiai folyamatok eredménye [Műszaki Lexikon] Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.

15


Korrózió (Kémiai igénybevétel) Kémiai korrózió: közvetlen kémiai kölcsönhatás eredménye, a fémion és az elektron kilépés térbelileg nem elválasztva, hanem molekuláris határon belül, elektromos áram keletkezése nélkül megy végbe. Elektrokémiai korrózió: a fémion és az elektron kilépés térbelileg elválasztva elektromos áram keletkezése mellett megy végbe.


BME NTI 2014.11.12.


Korrózió fajtái (Kémiai igénybevétel) Egyenletes korrózió: az érintett felületen egyenletesen megy végbe. következménye: falvastagság csökkenés Helyi korrózió:


a fémfelület meghatározott helyére terjed ki. következmény: lyukadás

BME NTI 2014.11.12.

16


Korróziósebesség 1. (Kémiai igénybevétel) Befolyásoló tényezők: T, pH, k, v Korróziót előidéző gázok (O2, CO2), kloridok. ahol T: hőmérséklet [K] pH: kémhatás [-] k: fajlagos vezető képesség [S/cm] v: a közeg áramlási sebessége [m/s] Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


Korróziósebesség 2. (Kémiai igénybevétel) A korrózió sebességét leíró képlet a KWU néven ismert összefüggés:









Wk  6,25  k c B  e Nν  1  0,175  pH  7,0 1,8  e0,11802 1  f τ  2

ahol wk: korrózió sebesség [g/m2h] kc: geometriai tényező [-] B, N: a szerkezeti anyag króm molibdén tartalmát és a munkaközeg hőmérsékletét figyelembe vevő tényező. f(t): a szerkezeti anyag üzemidejét figyelembe vevő tényező. Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.

17


Kémiai igénybevétel


BME NTI 2014.11.12.


Termikus igénybevétel 1. Növelt hőmérsékletnek kitett anyagokban szerkezeti változások mennek végbe, melyek az alkalmazás szempontjából meghatározó tulajdonságokat hátrányosan befolyásolják.


BME NTI 2014.11.12.

18


Termikus igénybevétel 2. A termikus igénybevétel következményei: mechanikai tulajdonságok romlása szövetszerkezet átalakulása újrakristályosodás diffúziós folyamatok felgyorsulása (pld. kúszás) feszültségmező megváltozása belső járulékos feszültségek kialakulása Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


PÉLDÁK


BME NTI 2014.11.12.

19


A repedés keletkezési folyamata

A Kimutatható károsodás | D A repedés megjelenés | G Átszakadás Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.


A replikavizsgálat értékelése Replika vizsgálat az adott helyen

A replika vizsgálat eredményének értékelése (0 - 5). Az üregek sűrűségének meghatározása Ismételt előkészítés és replika vizsgálat. A falvastagság megmérése. Folyamatos köszörülés a negatív tűréshatárig. Ismételt előkészítés és replika vizsgálat. A replika vizsgálat értékelése. Az üregsűrűség meghatározása. Tovább üzemelés.


Javítás, csere.

BME NTI 2014.11.12.

20


A replikavizsgálat értékelése 0 osztály: Nincs termikus okra visszavezethető szövetszerkezet változás 3 osztály: Időtartam károsodás mikropórus láncok formájában

5 osztály: Szövetszerkezeti sérülések makrorepedések formájában Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.



BME NTI 2014.11.12.

21



BME NTI 2014.11.12.


Főgőzvezeték ívek A főgőzvezeték ívek élettartamát befolyásoló tényezők: anyagminőség geometria R/D hőmérséklet nyomás (feszültség) gyártási eredetű hibák (ovalitás, eltérő falvastagságok) Dr. Gémes György András

BME NTI 2014.11.12.

22

Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium 545 °C

Üzemi hőmérséklet T

Betriebstemperature T

548 °C 139097 h

542 °C 206940 h

Ovalitás U

4%

Unrundheit U 3% 196789 h

5% 149567 h

Falvastagság sz

29,5 mm 156414 h

-40000

-30000

Wanddicke sz

30 mm

-20000

-10000

élettartam rövidülés Lebensdauerverkürzung

30,5 mm 183317 h

0

10000

169487 h


20000

30000

40000

50000

élettartam hosszabodás Lebensdauerverlängerung

BME NTI 2014.11.12.


VÉGE


BME NTI 2014.11.12.

23

Atomerőművi anyagvizsgálatok (Erőművi berendezések élettartam számításának alapjai)

Recommend Documents