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Fichier Détails
| Cartes-fiches | 93 |
|---|---|
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Technique |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 09.09.2019 / 20.02.2020 |
| Lien de web |
https://card2brain.ch/box/20190909_werkstoffe_der_energietechnik
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| Intégrer |
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Welche Wechselwirkungen gibt es zwischen Ermüdung, Kriechen und Korrosion?
Ermüdung-Kriechen: Abplatzen von Wärmedämmschichten (TBC)
Kriechen-Korrosion: Abplatzen der Schutzschicht
Korrosion-Ermüdung: Abplatzen spröder Schutzschichten
In einem Dampfkraftwerk werden Überhitzerrohre (max. Dampftemperatur = 525 °C) aus 10 CrMo 9 10 (niedriglegierter Chromstahl) aufgrund der Schlackenbildung an der Rohroberfläche täglich mit einem Wasserstrahlreiniger (3bar < Druck < 6bar) gesäubert. Welche Probleme können bei diesem Reinigungsverfahren entstehen? Diskutieren Sie diese Probleme!
1. Abreinigen durch Wasserstrahl
2. Abplatzen der schützenden Oxidschicht
3. Neubildung von Oxid
4. Materialverbrauch
5. Abnahme der Wandstärke des Rohres
6. Anstieg der Kriechspannung
7. Kriechbruch des Rohres
Was passiert im Falle von Hochtemperaturkorrosion und inwiefern ist dieser Vorgang problematisch?
Verlust an metallischer Wanddicke (und damit am tragenden Querschnitt)
Begründen Sie, warum ein kleiner thermischer Ausdehnungskoeffizient im Falle thermischer Ermüdungsbeanspruchung von Vorteil ist!
Spannungth = alphath * Delta T * E = Dehnungth * E
Nennen Sie die Formel für die Berechnung der Wärmestromdichte durch Wärmeleitung!
Ist eine hohe oder eine niedrige thermische Leitfähigkeit im Falle von thermischer Ermüdungsbeanspruchung vorteilhaft? Warum?
q* = -q'th * dT/dx
Vorteilhaft ist eine hohe thermische Leitfähigkeit, damit die Wärme "abtransportiert" werden kann.
Was versteht man unter Hochtemperaturermüdung? Nennen Sie hierfür ein Beispiel!
hochfrequente Ermüdungsbeanspruchung: Laufschaufel -> volle Strömung - Windschatten
niederfrequente thermische Ermüdung:
Wärme von außen auf Volumen -> Druck
Kälte von außen auf Volumen -> Zug
Skizzieren Sie die Auswirkungen von Kriechvorgängen auf folgende Bauteile:
a) Turbinenschaufeln
b) Rohre unter Innendruck
c) Rohre unter Eigengewicht
Nennen Sie die wesentlichen Merkmale der Verformung bei tiefen und bei hohen Temperaturen und vergleichen Sie diese!
Der Dampfdruck für eine Turbine soll von 250 bar auf 300 bar erhöht werden. Wie stark erhöht sich die Umfangspannung in einem Sammlerrohr mit einem mittleren Druchmesser von 500 mm und einer Wandstärke von 100 mm?
SigmaU(250) = 25 MPa * 500 mm / 2 * 100 mm = 62,5 MPa
SigmaU(300) = 30 MPa * 500 mm / 2 * 100 mm = 75 MPa
Nennen Sie eine Faustformel für die mittlere Umfangsspannung eines Rohres unter Innendruck!
SigmaU = p * d / 2 * x
p: Druck
d: mittlerer Rohrdurchmesser
x: Rohrdicke
Nennen Sie die kritischen Komponenten einer Dampfturbine, eines Dampferzeugers und einer Gasturbine!
Dampturbine: Rotor, Laufschaufeln
Dampferzeuger: Membranwände, Sammlerrohre, Rohrkrümmer
Gasturbine: Brennkammer und Laufschaufeln
Was sind typische Werte (Temperatur, Druck, Leistung) einer Dampfturbine und einer Gasturbine?
Dampfturbine: 600 °C, 300 bar, 1200 MW
Gasturbine: 1000-1400 °C, 20-25 bar, 100-350 MW
Wie wird thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt? Erstellen Sie hierzu eine schematische Zeichnung!
Turbine - Generator - Verbraucher
Welche Möglichkeiten gibt es den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen?
Welche werkstofftechnischen Anforderungen ergeben sich daraus?
1.) Erhöhung der Eintrittstemperatur:
-> Werkstofftechnische Herausforderung: Kriechen, Ermüdung, Oxidation
2.) Senkung der Austrittstemperatur:
-> oftmals nicht möglich: Kühlwassertemperatur
Was versteht man unter dem Begriff des thermischen Wirkungsgrades?
Nennen Sie die Formel für dessen Berechnung
Verhältnis zwischen reingesteckter Energie und gewonnener elektr. Energie
Wirkungsgrad (eta) = 1 - T2/T1
Was für ein Problem kann bei Stählen mit Chromzusatz im Vergleich zu niedriglegierten Stählen (ohne Chrom) auftreten?
Heißrisse
Zeichnen Sie die Schaltbilder eines Dampfkraftwerks und eines Gasturbinenkraftwerks!
Kann man Spannungsrelaxation nur durch Versetzungsklettern erklären?
Nein, da die Versetzungsstrukturen beim Kriechen erst nach hohen plastischen Verformungen auftreten.
Was kann man einem Spannungsrelaxations-Experiment entnehmen?
Geschwindigkeit der Spannungsabnahme beim Relaxationsversuch ist ein Maß für die Geschwindigkeit der plastischen Verformung.
elastische Dehnung wird nach und nach in plastische Dehnung umgewandelt (totale Dehnung bleibt konstant)
Ist Spannungsrelaxation aus technologischer Sicht wünschenswert oder nicht?
positiv: für Wärmebehandlung zum Abbau von Schweißeigenspannungen oder dort wo es Spannungskonzentrationen an Rissspitzen gibt.
negativ: Verlust an Vorspannkraft einer hohen Temperaturen ausgesetzten Schraubverbindung
Beschreiben Sie den Spannungsrelaxations-Versuch!
Bei hoher Temperatur wird einer Probe eine Dehnung aufgezwingt -> Spannung steigt an -> Dehnung wird konstant gehalten -> Beobachtung, wie die Spannung der Probe als Funktion der Zeit relaxiert.
Wie wachsen Kriechporen und wie erfolgt die Porenkeimbildung?
Kriechporen machen sich im metallographischen Querschliff als kleine Löcher auf Korngrenzen bemerkbar.
Porenkeimbildung: kleine Mengen von Verunreinigungen sind sehr wesentlich beim Entstehen von Kriechporen.
Porenwachstum: Damit ein Hohlraum wachsen kann, müssen Atome abtransportiert werden.
Was ist Diffusionskriechen?
Ein Werkstoff kann sich auch nur durch Diffusion verformen. Triebkraft: spannungsunabhängige thermodynamische Potential der Leerstellen
Nabarro-Herring-Kriechen: Diffusion im ganzen Volumen
Coble-Kriechen: Atome diffundieren über Korngrenzen
Welche mikrostrukturellen Änderungen erfolgen beim Kriechen von Ingenieurwerkstoffen?
- Teilchenvergröberung: härtende Teilchen können bei hohe Temperaturen vergröbern (Ostwald-Reifung). Festigkeitssteigerung nimmt ab. Prozess, der zum tertiären Kriechen beiträgt.
- Kriechporenbildung: Auf den Korngrenzen des Werkstoffes können durch Keimbildung und Wachstum Poren entstehen.
Was versteht man unter stationärem Kriechen?
Gleichgewicht zwischen Verfestigung und Erholung
Wie hängt die Kriechrate von der Spannung und von der Temperatur ab?
Die Kriechrate hängt sehr viel stärker als linear von Spannung und Temperatur ab.
ES = A′ * Spannungn * exp (- Qeff / R*T)
Zeichnen und beschreiben Sie eine Kriechkurve!
- Primäres Kriechen: Hier überwiegt die Verfestigung und die Kriechrate nimmt ab.
- Sekundäres und stationäres Kriechen: Minimale Kriechgeschwindigkeit. Gleichgewicht zwischen Verfestigung und Erholung.
- Tertiäres Kriechen: Hier nimmt aufgrund von Schädigungsprozessen (Kriechporenbildung, Teilchenvergröberung) die Kriechrate zu.
Was ist der Larson/Miller-Parameter?
Er stellt eine Art temperaturkompensierte Zeit dar: PLM = T * (C + log (t))
Damit Versuchsergebnisse, die von verschiedenen Temperaturen stammen, auf einer Kurve im Zeitstandsdiagramm abgebildet werden können.
Zeichnen und beschreiben Sie ein Zeitstandsdiagramm!
Was ist Kriechen?
zeitabhängige plastische Verformung eines Werkstoffs unter konstanter Last
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