Das Auswertungsprogramm BAUBAP ist ein Programm zur Off-Line-Auswertung von Temperatur- und Druckmeßdaten hochbeanspruchter Dampferzeugerbauteile.
Die aktuelle Programmversion 2.0 von BAUBAP befindet sich seit geraumer Zeit an einem Kraftwerk der Volkswagen AG im Einsatz. Das dort installierte Programm ist zusammen mit den anlagenspezifischen Rahmenbedingungen vom TÜV-Nord abgenommen. Für den Einsatz in diesem speziellen Kraftwerk läuft BAUBAP unter einer grafischen Benutzeroberfläche für WINDOWS-NT. Diese Oberfläche läßt sich jedoch auch mit relativ geringen Änderungsaufwand unter den Betriebssystemen Windows 3.x, Windows 95, Windows 98 , Unix und Linux einsetzen. Für das Betriebssystem DOS existiert eine eigenständige Oberfläche. Damit ist BAUBAP auf einer Vielzahl von Betriebsystemen einsetzbar.
Programmbeschreibung
BAUBAP errechnet aus Temperatur- und Druckmeßdaten die Bauteilbeanspruchungen aus der Betriebsbelastung und den thermischen Belastungen durch Lastwechsels des Dampferzeugers. Aus diesen Beanspruchungen werden die Bauteilerschöpfungszuwächse an Lastwechselerschöpfung und Zeitstandserschöpfung ermittelt und zu der vorangegangenen Lebensdauererschöpfung addiert. Parallel dazu wird zu jedem Bauteil eine Beanspruchungsstatistik erstellt. Die Berechnungsverfahren sind durch die technischen Regel für Dampfkessel (TRD) vorgegeben und mit BAUBAP programmtechnisch umgesetzt worden.
Für die einzelnen Berechnungsaufgaben sind folgende Regeln maßgebend :
| - | TRD 301 Anlage 1 für die Berechnung der Wechselbeanspruchung durch schwellenden Innendruck bzw. durch kombinierte Innendruck- und Temperaturänderungen. |
| - | TRD 303 Anlage 1 für die Berechnung vun Kugelschalen mit Ausschnitten gegen Dehnungswechselbeanspruchung der Lochränder innen. |
| - | TRD 508 Anlage 1 für die Berechnung der Erschöpfungen an Lebensdauer aus Zeitstands- und Wechselbeanspruchung. |
Darüberhinaus sind folgende Vereinbarungen der VGB ( Vereinigung der Großkraftwerksbetriebe ), der VdTÜV ( Vereinigung der Technischen Überwachnungsvereine ) und des FDBR ( Fachverband Dampfkessel, Behälter- und Rohrleitungsbau ) berücksichtigt :
| - | Vereinbarung 1/87 Verfahren zur Zählung von Lastwechseln aus beliebigen Last-Über-Zeit-Verläufen. |
| - | Vereinbarung 3/87 Rechenprogramme für die Ermittlung des rechnerischen Erschöpfungsgrades druckführender Bauteile gemäß TRD 508 |
Berechnungen
Von BAUBAP können unterschiedliche Kombinationen an
Temperaturmeßdaten mit dem Innendruck berücksichtigt werden.
Aus den
Temperaturmeßdaten werden die Temperatur an der Innenfaser, die
mittlere Wandtemperatur und die Wandtemperaturdifferenz bestimmt,
soweit sie nicht unmittelbar als Meßdaten vorliegen.
Die mittlere Wandtemperatur stellt zusammen mit einem Zuschlag für
Temperaturschieflagen und Meßunsicherheiten die
Betriebstemperatur des
Bauteils dar.
Aus den Druckdaten werden zusammen mit der Bauteilgeometrie die
Druckspannungen berechnet. Wenn die Betriebstemperatur über der
Fließgrenze des Bauteilwerkstoffes liegt, wird mit der
Druckspannung
und der Betriebstemperatur die um 20% verringerte
Zeitstandsfestigkeitszeit bestimmt. Diese liefert mit der Zeit des
Meßzyklus den Zuwachs an Zeitstandserschöpfung, der auf die
Erschöpfung
aus Zeitstandsbeanspruchung und auf die Gesamterschöpfung der
Bauteillebensdauer aufsummiert wird. Die Meßzykluszeit wird
gleichzeitig in der entsprechenden Klasse der
Zeitstandsbeanspruchungsstatistik aufsummiert.
Aus der Wandtemperaturdifferenz, der Formzahl für
Wärmespannungen und
temperaturabhängigen Werkstoffwerten, welche auf Basis der
Innenfasertemperatur ermittelt werden, wird die thermische
Lochrandspannung berechnet. Die thermische Lochrandspannung bildet
zusammen mit der mechanischen Lochrandspannung aus Druck,
Geometriedaten und Formzahlen die Gesamtlochrandspannung.
Der Verlauf der Gesamtlochrandspannung wird über der Zeit verfolgt
und
lastwechselrelevante Extremwerte herausgefiltert.
Die Überprüfung auf Lastwechselrelevanz erfolgt nach dem
Dauerfestigkeitskriterium der Spannungschwingbreite für 106
Lastwechseln bei der maßgeblichen Temperatur. Diese wird mit der
zuvor
berechneten Spannungsschwingbreite verglichen.
Die Lastwechselzählung wird mit einem modifizierten
Rain-Flow-Verfahren
durchgeführt. Bei Erkennung einer Spannungsschwingbreite die zur
Erschöpfung durch Lastwechselbeanspruchung beiträgt wird die
Anrißlastwechselzahl berechnet und der damit verbundene Zuwachs
an
Erschöpfung zur Erschöpfung aus Lastwechselbeanspruchung und
zur
Gesamterschöpfung addiert. Dieser Zuwachs wird gemäß
des
Spannungsverlaufes fortlaufend korregiert.
Gleichzeitig erfolgt die Überprüfung auf Schließung
einer
Spannungshystereseschleife. Ist eine Hystereseschleife geschlossen und
die Anzahl der Extremwerte in der Extremwertfolge übersteigt zwei,
liegt ein vollständiger Lastwechsel vor. Der Lastwechsel wird dann
in
der entsprechenden Klasse der Lastwechselbeanspruchungsstatistik
aufsummiert und der momentane Erschöpfungszuwachs entsprechend
korregiert. Falls lediglich zwei Extrema in der Extremwertfolge
vorliegen, erfolgt eine Restextremwertfolgenbewertung in Höhe
eines
halben Lastwechsel und dessen Aufsummation in der
Lastwechselbeanspruchungsstatistik.
Ausgaben
Nach Abarbeitung der gesamten Meßdatenfolge werden für jedes Bauteil folgende Daten in einer Ergebnissammeldatei abgelegt :
| - | Die Erschöpfung aus Lastwechseln |
| - | Die Erschöpfung aus Zeitstandsbeanspruchung |
| - | Die Gesamterschöpfung |
| - | Die Statistik der Zeitstandsbeanspruchungen |
| - | Die Statistik der Lastwechselbeanspruchungen |
| - | Die Gesamtauswertungszeit |
| - | Die Fehlzeiten wegen Meßstellenstörungen und Meßstellenausfällen |
| - | Die Restextremwertfolge |
| - | Die drei größten Lastwechsel im Auswertungszeitraum |
| - | Alle Lastwechsel im Auswertungszeitraum deren Spannungsschwingbreite 1000 N/mm² übersteigt. |
Diese Daten werden dem Programm bei folgenden Auswertungsrechnungen als Beanspruchungsvorgeschichte wieder zur Verfügung gestellt. (Optional)
Auf Anforderung erstellt BAUBAP eine Ausgabedatei der obigen Daten mit einigen Bauteilinformationen. Die Ausgabedatei kann anschließend seperat ausgedruckt werden.
Für Detailuntersuchungen kann für ein einzelnes Bauteil eine seperate Auswertungsrechnung vorgenommen werden. Hierbei wird anstelle der Aktualisierung der Ergebnissammeldatei eine andere Datei erstellt. Diese enthält folgende Daten :
| - | Verlauf der Wandtemperaturdifferenz |
| - | Verlauf der Gesamtlochrandspannung |
| - | Verlauf der thermischen Lochrandspannung |
| - | Verlauf der Druckspannung |
| - | Verlauf des Zuwachses an Erschöpfung aus Zeitstandsbeanspruchung |
| - | Verlauf des Zuwachses an Erschöpfung aus Lastwechselbeanspruchung |
| - | Verlauf des Zuwachses der Bauteillebensdauer-Gesamterschöpfung |
| - | Die Folge der lastwechselrelevanten Extremwerte |
| - | Die aktuelle Anzahl an gespeicherten Extremwerten |
Die Ergebnissammeldatei mit der Beanspruchungsvorgeschichte bleibt dabei unverändert.