模塊包含全部信號調(diào)節(jié)和數(shù)字化所需的電子 設(shè)備以及保護(hù)系統(tǒng)，所述保護(hù)系統(tǒng)的用途是在到第一處理單元的連接中斷時(shí)存儲數(shù)據(jù)。一 方面其與測量設(shè)備或用于冷端補(bǔ)償?shù)碾娎|接線箱連接，另一方面例如通過以太網(wǎng)連接到第 一處理單元。
[0027] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，第一處理單元具有數(shù)據(jù)存儲器和/或評估單元（其中 執(zhí)行了用于評估測量值的軟件）和/或通信接口和/或顯示裝置。第一處理單元導(dǎo)致測 量值的數(shù)據(jù)減少并存儲減少后的測量值。此外對測量值進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，即在運(yùn)行時(shí)在線評 估并顯示有關(guān)部件狀態(tài)的信息或者例如通過電子郵件將警報(bào)傳送給設(shè)備人員。例如通過 UDP( "用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議"）也可實(shí)時(shí)地將測量值傳輸給所有經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與第一處理單元連接 的站點(diǎn)。第一處理單元既與信息模塊連接（其中例如通過光纖或電纜來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸），也 與數(shù)據(jù)和分析服務(wù)器連接。第一處理單元配備了附加的電源，以便為其本身和信息模塊供 電。此外第一處理單元還具有報(bào)警系統(tǒng)，以便例如用控制室中閃爍的警報(bào)燈來顯示系統(tǒng)故 障。
[0028] 信息模塊和第一處理單元都被布置在輻射劑量較低并且最大溫度不超過60°C位 置處的安全殼內(nèi)，優(yōu)選共同布置在易于操作的小盒內(nèi)。如果超過最高溫度，則會自己觸發(fā)警 報(bào)并使信息模塊和處理單元組成的系統(tǒng)關(guān)閉。
[0029] 在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，所述裝置具有第二處理單元用于采集和評估代表核 電技術(shù)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)的信號（"全局疲勞監(jiān)測"）。運(yùn)行參數(shù)或信號（例如壓力測量值、 流體溫度或閥門位置）根據(jù)設(shè)備的過程控制技術(shù)來獲悉、分析并且在減少數(shù)據(jù)后連同用測 量設(shè)備記錄的測量值一并存儲。從而可確定運(yùn)行參數(shù)與部件的熱應(yīng)力之間的關(guān)系。第二處 理單元被布置在安全殼外。
[0030] 就方法而言，此任務(wù)通過具有權(quán)利要求9所述特征的、用于對核電技術(shù)設(shè)備部件 進(jìn)行疲勞監(jiān)測和疲勞評估的方法得以實(shí)現(xiàn)。
[0031] 用于對核電技術(shù)設(shè)備的部件進(jìn)行疲勞監(jiān)測和疲勞評估的方法主要涉及按規(guī)定使 用上述設(shè)備，從而使得首先提及這方面的實(shí)施形式。
[0032] 在用于進(jìn)行疲勞監(jiān)測和疲勞評估的方法中，要確定核電技術(shù)設(shè)備的部件的溫度測 量值，根據(jù)該溫度測量值來確定溫度循環(huán)并根據(jù)溫度循環(huán)來評估部件的疲勞程度。
[0033] 因此第一個(gè)步驟就是，在評估單元中讀入借助于第一測量設(shè)備獲得并在第一處理 單元中處理過的溫度測量值以及例如來自第二處理單元的壓力測量值，并且確定溫度循 環(huán)。第二個(gè)步驟就是評估疲勞狀態(tài)，其中特別確定機(jī)械應(yīng)力以對其進(jìn)行評估。
[0034] 將溫度和壓力循環(huán)減小到轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即通過交替極值的時(shí)間序列替代測量值曲線， 所述交替極值的時(shí)間序列通過雨流遲滯計(jì)數(shù)法或借助雨流算法來進(jìn)行分析。這種情況下 會識別溫度和壓力循環(huán)，即使其主要是較小的波動也可實(shí)現(xiàn)。閉合循環(huán)被記錄在所述的 類過渡矩陣（KlassenUbergangsmatrix)中，方式是構(gòu)成循環(huán)的兩個(gè)極值屬于一個(gè)值類 (Werteklasse)。最后在類過渡矩陣中示出，在觀察期間各個(gè)測量值從一個(gè)值類波動到另一 個(gè)值類的頻率。
[0035] 剩余的不能推斷出循環(huán)的極值，其被存儲在所謂的剩余值序列中，以便在積累其 它測量值時(shí)能夠推斷出新的循環(huán)。保守地說，對疲勞同樣至關(guān)重要的溫度變化速度在快速 評估時(shí)不予考慮，即對循環(huán)進(jìn)行評估時(shí)由于活塞流預(yù)計(jì)會有理想的熱沖擊過程，即溫度變 化時(shí)間為0秒。
[0036] 所確定的溫度循環(huán)為進(jìn)行應(yīng)力和疲勞評估的起始點(diǎn)，該評估是借助已知的解析方 程進(jìn)行的。另外還會出現(xiàn)熱應(yīng)力，其又會導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力，所述熱應(yīng)力是由于溫度分層（即部 件內(nèi)不同的溫度）或由于熱沖擊（即材料或部件內(nèi)快速的驟變）引起的，這些熱應(yīng)力在疲 勞評估時(shí)必須予以考慮。溫度分層特別是在彎曲或成弓形的部件節(jié)段會導(dǎo)致張力升高，而 熱沖擊主要發(fā)生在焊縫區(qū)域中。
[0037] 這時(shí)根據(jù)出現(xiàn)的溫度差、彈性模量和熱膨脹系數(shù)來確定機(jī)械應(yīng)力或負(fù)載并 將這些參數(shù)乘以與組件的幾何形狀（例如與管彎頭或焊縫）有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù) (Spannungskonzentrationsfaktor)相乘。這些應(yīng)力集中系數(shù)是已知的并且例如可從KTA 代碼中獲悉。通過乘以同樣已知的系數(shù)也將可能的塑性變形產(chǎn)生的影響考慮進(jìn)去。
[0038] 基于由此得到的機(jī)械應(yīng)力和其出現(xiàn)的頻率，分別為溫度分層和熱沖擊確定循環(huán)加 載的部件的疲勞利用率，而后將其合算成總疲勞利用率，根據(jù)該總疲勞利用率來評估部件 是否易疲勞。疲勞利用率可被理解成已出現(xiàn)的循環(huán)與允許的循環(huán)的比率。這時(shí)允許的循環(huán) 根據(jù)材料特定的沃勒曲線得出，所述沃勒曲線以雙對數(shù)圖示描述了在機(jī)械應(yīng)力與（會導(dǎo)致 失效的）循環(huán)數(shù)之間的關(guān)系。
[0039] 由溫度分層引起的應(yīng)力主要是軸向應(yīng)力，而切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力很小可以忽略不 計(jì)。這些應(yīng)力的計(jì)算如下：
[0040] Δ σ V= Δ σ axial= f SN · fKK · 〇, 92 · Et · α τ · Δ T
[0041] 其中fSN為與焊縫有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，fKK為與部件彎曲程度有關(guān)的應(yīng)力集中系 數(shù)，E t為彈性模量，α 1為熱膨脹系數(shù)，ΛΤ為由溫度分層所引起的溫度循環(huán)內(nèi)的溫度差。通 過系數(shù)0. 92將熔化區(qū)的影響考慮進(jìn)去。
[0042] 可從所述應(yīng)力確定交變應(yīng)力曲線Sa
[0043]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于對核電技術(shù)設(shè)備的部件進(jìn)行疲勞監(jiān)測和疲勞評估的裝置（2)，所述裝置 (2)具有：至少一個(gè)測量設(shè)備（4)，其用于采集所述部件的溫度測量值；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（6)， 其具有用于進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備（8)、用于處理所述測量值的第一處理單元（10)、與所述 第一處理單元（10)連接的至少一個(gè)信息模塊（12)和數(shù)據(jù)服務(wù)器（14);以及，評估單元 (34)，其中執(zhí)行用于評估所述測量值的軟件。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置（2)，其中所述至少一個(gè)測量設(shè)備（4)具有布置在帶尺 (32)的上表面（30)的至少一個(gè)熱電偶（18)。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置（2)，其中所述帶尺（32)和所述至少一個(gè)熱電偶（18)由 保護(hù)套（36)圍繞。
4. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置（2)，在所述裝置（2)中所述至少一個(gè)熱電偶 (18)的測量線（20a、b)在導(dǎo)槽（38)內(nèi)被引向用于進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備（8)，其中所述導(dǎo)槽 (38)具有至少一個(gè)剛性的第一部分（40)和一個(gè)柔性的第二部分（42)。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置（2)，其中所述測量設(shè)備（4)具有與所述部件 的形狀匹配的絕緣裝置（44)。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置（2)，其中所述至少一個(gè)信息模塊（12)具有至 少一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（46)和/或信號濾波器（48)和/或通信接口（50)和/或數(shù)據(jù) 存儲系統(tǒng)（52)。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置（2)，其中所述第一處理單元（10)具有數(shù)據(jù)存 儲器（54)和/或評估單元（56)和/或通信接口（58)和/或顯示裝置（60)。
8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置（2)，所述裝置（2)具有第二處理單元（16)用 于采集代表運(yùn)行參數(shù)的信號。
9. 一種通過使用前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置來進(jìn)行疲勞監(jiān)測和疲勞評估的方 法，其中確定核電技術(shù)設(shè)備的部件的溫度測量值（Vm)，根據(jù)所述溫度測量值（Vm)來確定溫 度循環(huán)（Zt)并評估所述部件的疲勞程度（F)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中為了評估所述部件的疲勞程度（F)要確定機(jī)械應(yīng)力 (〇 )并從中確定所述部件的疲勞利用率（D)。
11. 如權(quán)利要求9或10中任一項(xiàng)所述的方法，其中借助于雨流算法來分析所述溫度循 環(huán)（Zt)和/或壓力循環(huán)。
12. 如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中確定所述部件的疲勞程度（F)曲線 的趨勢。
13. 如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中在評估所述部件的疲勞狀態(tài)（F)時(shí) 要考慮環(huán)境因素。
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于進(jìn)行疲勞監(jiān)測和疲勞評估的裝置和方法。一種用于對核電技術(shù)設(shè)備的部件進(jìn)行疲勞監(jiān)測和疲勞評估的裝置(2)，具有：至少一個(gè)測量設(shè)備(4)，其用于采集部件溫度測量值；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(6)，其具有用于進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備(8)、用于處理測量值的第一處理單元(10)、至少一個(gè)與第一處理單元(10)連接的信息模塊(12)和數(shù)據(jù)服務(wù)器(14)；以及，評估單元(34)，其中執(zhí)行了用于評估測量值的軟件。一種通過上述裝置(2)來進(jìn)行疲勞監(jiān)測和疲勞評估的方法，其中確定核電技術(shù)設(shè)備的部件的溫度測量值(VM)，根據(jù)溫度測量值(VM)來確定溫度循環(huán)(ZT)并評估部件的疲勞程度(F)。
【IPC分類】G21C17-017
【公開號】CN104733061
【申請?zhí)枴緾N201510150477
【發(fā)明人】克勞斯·艾因茲曼, 貝內(nèi)迪克特·海因茨, 斯蒂芬·貝格霍爾茨
【申請人】阿?，m有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月1日