Grundsätzliche Zusammenhänge zum Werkstoffverhalten von schwingend beanspruchten Bauteilen in Wasserkraftanlagen

Gerhard Heck

Grundsätzliche Zusammenhänge zum Werkstoffverhalten von schwingend beanspruchten Bauteilen in Wasserkraftanlagen

Translated title of the contribution: Fundamental correlations of the material behaviour of cyclic loaded components of water power plants

Gerhard Heck

Research output: Thesis › Doctoral Thesis

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Abstract

The loading of rotating electrical machines (generators) are of versatile nature and are generated by magnetic and mechanical forces. The strength behaviour of the single components is determined by the appearance of elastic-plastic cyclic deformation at different, sometimes partially local, areas. If these local high stresses exceed the yield strength or ultimate strength of the involved material damages of different extent will appear. Damages of bulb-type generators of the Austrian Danube water power plant “Altenwörth” were the motivation for investigations to study the low cycle fatigue behaviour of welded components. Due to the damages detected high interest was focused on the influence of superposed cycles. The influence of superposed cycles on decreasing life time was proved on fatigue tests of non-welded and butt welded specimens as well as on fillet welded specimens. The comparison of the own test results with data of specifications, regulations and calculation programs showed that these specifications, regulations and calculation programs apply to specific products. Therefore the limiting values do not apply for a general technical and economical dimensioning. As a consequence of these not satisfactory results continuing investigations will be conducted in co-operation with the Materials Centre Leoben to determine exact design data for highly stressed components of generators.

Translated title of the contribution	Fundamental correlations of the material behaviour of cyclic loaded components of water power plants
Original language	German
Qualification	Dr.mont.
Supervisors/Advisors	Kneißl, Albert, Assessor A (internal) Maurer, Karl Leopold, Assessor B (internal), External person
Publication status	Published - 2011

Bibliographical note

embargoed until null

Keywords

Water power stations
Turbines
Generators
Low-cycle fatigue
Superposition of oscillations
Strain controlled
Strain amplitude
Cycles to crack initiation
Cycles to failure
da/dN-curve
FKM-Regulation
ASME Code
Fatigue strength
Fatigue ε-N curve

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Cite this

@phdthesis{185af5011b7f4216bcf3e7954e1fe075,

title = "Grunds{\"a}tzliche Zusammenh{\"a}nge zum Werkstoffverhalten von schwingend beanspruchten Bauteilen in Wasserkraftanlagen",

abstract = "Die Beanspruchungen rotierender elektrischer Maschinen (Generatoren) sind vielf{\"a}ltiger Natur und generieren sich aus magnetischen und mechanischen Kr{\"a}ften. Das Festigkeitsverhalten der einzelnen Komponenten wird durch das Auftreten elasto-plastischer Wechselverformungen an verschiedenen, zum Teil {\"o}rtlich begrenzten Stellen, bestimmt. {\"U}berschreiten diese {\"o}rtlich begrenzten hohen Beanspruchungen die Flie{\ss}grenze oder die Trennfestigkeit des beteiligten Werkstoffes, sind meist Sch{\"a}den unterschiedlichen Ausma{\ss}es die Folge. Sch{\"a}den an den Rohrturbinengeneratoren des {\"o}sterreichischen Donaukraftwerkes „Altenw{\"o}rth“ wurden zum Anlass f{\"u}r Untersuchungen genommen, um das Schwingfestigkeitsverhalten geschwei{\ss}ter Bauteile im Bereich der Kurzzeitfestigkeit zu studieren. In Hinblick auf die festgestellten Sch{\"a}den war der Einfluss einer Schwingungs{\"u}berlagerung (Grund- und {\"U}berschwingung) von besonderem Interesse. Anhand von dehnungsgesteuerten Schwingversuchen an ungeschwei{\ss}ten und geschwei{\ss}ten Flachproben sowie an geschwei{\ss}ten Kehlnahtproben konnte der Einfluss der Schwingungs{\"u}berlagerungen auf die Lebensdauerverk{\"u}rzung gezeigt werden. Ein Vergleich der eigenen Versuchsergebnisse mit Daten aus Normen, Regelwerken und Rechenprogrammen zeigte, dass sich die angef{\"u}hrten Normen, Regelwerke aber auch Rechenprogramme jeweils auf ein bestimmtes Produkt beziehen. Die angef{\"u}hrten Grenzwerte sind daher f{\"u}r eine verallgemeinernde technisch und wirtschaftlich korrekte Auslegung nur bedingt anwendbar. Als Konsequenz aus diesen nicht zufrieden stellenden Ergebnissen werden weiterf{\"u}hrende Untersuchungen zur Ermittlung exakter Auslegungsdaten f{\"u}r hoch beanspruchte Komponenten von Generatoren in Zusammenarbeit mit dem Materials Center Leoben durchgef{\"u}hrt.",

keywords = "Wasserkraftanlagen, Turbinen, Generatoren, Kurzzeitfestigkeit, Schwingungs{\"u}berlagerung, Dehnungsgesteuert, Dehnungsamplitude, Anrisslastspielzahl, Bruchlastspielzahl, Rissfortschrittskurve, FKM-Richtlinie, ASME Code, Erm{\"u}dungsfestigkeit, Dehnungsw{\"o}hlerlinie, Water power stations, Turbines, Generators, Low-cycle fatigue, Superposition of oscillations, Strain controlled, Strain amplitude, Cycles to crack initiation, Cycles to failure, da/dN-curve, FKM-Regulation, ASME Code, Fatigue strength, Fatigue ε-N curve",

author = "Gerhard Heck",

note = "gesperrt bis null",

year = "2011",

language = "Deutsch",

}

TY - BOOK

T1 - Grundsätzliche Zusammenhänge zum Werkstoffverhalten von schwingend beanspruchten Bauteilen in Wasserkraftanlagen

AU - Heck, Gerhard

N1 - gesperrt bis null

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Die Beanspruchungen rotierender elektrischer Maschinen (Generatoren) sind vielfältiger Natur und generieren sich aus magnetischen und mechanischen Kräften. Das Festigkeitsverhalten der einzelnen Komponenten wird durch das Auftreten elasto-plastischer Wechselverformungen an verschiedenen, zum Teil örtlich begrenzten Stellen, bestimmt. Überschreiten diese örtlich begrenzten hohen Beanspruchungen die Fließgrenze oder die Trennfestigkeit des beteiligten Werkstoffes, sind meist Schäden unterschiedlichen Ausmaßes die Folge. Schäden an den Rohrturbinengeneratoren des österreichischen Donaukraftwerkes „Altenwörth“ wurden zum Anlass für Untersuchungen genommen, um das Schwingfestigkeitsverhalten geschweißter Bauteile im Bereich der Kurzzeitfestigkeit zu studieren. In Hinblick auf die festgestellten Schäden war der Einfluss einer Schwingungsüberlagerung (Grund- und Überschwingung) von besonderem Interesse. Anhand von dehnungsgesteuerten Schwingversuchen an ungeschweißten und geschweißten Flachproben sowie an geschweißten Kehlnahtproben konnte der Einfluss der Schwingungsüberlagerungen auf die Lebensdauerverkürzung gezeigt werden. Ein Vergleich der eigenen Versuchsergebnisse mit Daten aus Normen, Regelwerken und Rechenprogrammen zeigte, dass sich die angeführten Normen, Regelwerke aber auch Rechenprogramme jeweils auf ein bestimmtes Produkt beziehen. Die angeführten Grenzwerte sind daher für eine verallgemeinernde technisch und wirtschaftlich korrekte Auslegung nur bedingt anwendbar. Als Konsequenz aus diesen nicht zufrieden stellenden Ergebnissen werden weiterführende Untersuchungen zur Ermittlung exakter Auslegungsdaten für hoch beanspruchte Komponenten von Generatoren in Zusammenarbeit mit dem Materials Center Leoben durchgeführt.

AB - Die Beanspruchungen rotierender elektrischer Maschinen (Generatoren) sind vielfältiger Natur und generieren sich aus magnetischen und mechanischen Kräften. Das Festigkeitsverhalten der einzelnen Komponenten wird durch das Auftreten elasto-plastischer Wechselverformungen an verschiedenen, zum Teil örtlich begrenzten Stellen, bestimmt. Überschreiten diese örtlich begrenzten hohen Beanspruchungen die Fließgrenze oder die Trennfestigkeit des beteiligten Werkstoffes, sind meist Schäden unterschiedlichen Ausmaßes die Folge. Schäden an den Rohrturbinengeneratoren des österreichischen Donaukraftwerkes „Altenwörth“ wurden zum Anlass für Untersuchungen genommen, um das Schwingfestigkeitsverhalten geschweißter Bauteile im Bereich der Kurzzeitfestigkeit zu studieren. In Hinblick auf die festgestellten Schäden war der Einfluss einer Schwingungsüberlagerung (Grund- und Überschwingung) von besonderem Interesse. Anhand von dehnungsgesteuerten Schwingversuchen an ungeschweißten und geschweißten Flachproben sowie an geschweißten Kehlnahtproben konnte der Einfluss der Schwingungsüberlagerungen auf die Lebensdauerverkürzung gezeigt werden. Ein Vergleich der eigenen Versuchsergebnisse mit Daten aus Normen, Regelwerken und Rechenprogrammen zeigte, dass sich die angeführten Normen, Regelwerke aber auch Rechenprogramme jeweils auf ein bestimmtes Produkt beziehen. Die angeführten Grenzwerte sind daher für eine verallgemeinernde technisch und wirtschaftlich korrekte Auslegung nur bedingt anwendbar. Als Konsequenz aus diesen nicht zufrieden stellenden Ergebnissen werden weiterführende Untersuchungen zur Ermittlung exakter Auslegungsdaten für hoch beanspruchte Komponenten von Generatoren in Zusammenarbeit mit dem Materials Center Leoben durchgeführt.

KW - Wasserkraftanlagen

KW - Turbinen

KW - Generatoren

KW - Kurzzeitfestigkeit

KW - Schwingungsüberlagerung

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KW - Rissfortschrittskurve

KW - FKM-Richtlinie

KW - ASME Code

KW - Ermüdungsfestigkeit

KW - Dehnungswöhlerlinie

KW - Water power stations

KW - Turbines

KW - Generators

KW - Low-cycle fatigue

KW - Superposition of oscillations

KW - Strain controlled

KW - Strain amplitude

KW - Cycles to crack initiation

KW - Cycles to failure

KW - da/dN-curve

KW - FKM-Regulation

KW - ASME Code

KW - Fatigue strength

KW - Fatigue ε-N curve

M3 - Dissertation

ER -