Korrosion an Flügeln einer Flüssigmetallpumpe durch geschmolzene Salze

Ein katastrophaler Ausfall einer Flüssigmetallpumpe in einem Salzschmelzenreaktor hat ein Muster beschleunigter Korrosion an den Laufradschaufeln offenbart. Die heißen Salze in Kombination mit zyklischen mechanischen Belastungen führten zu einem vorzeitigen Materialabbau. Dieser Fall veranschaulicht die Herausforderungen der Ermüdung in extremen Umgebungen, wo die Synergie zwischen chemischem Angriff und mechanischer Spannung die Lebensdauer von Komponenten verkürzt.

CFD-Simulation und Spannungsanalyse zur Vorhersage von Ausfällen 🔬

Um dieses Problem anzugehen, wurde ein multidisziplinärer Arbeitsablauf eingesetzt. Zunächst wurde die numerische Strömungsmechanik (CFD) mit Ansys CFX modelliert, um das Strömungsmuster des Flüssigmetalls und die Temperaturverteilung auf der Schaufeloberfläche zu simulieren. Die Ergebnisse zeigten Zonen hoher Geschwindigkeit und Rezirkulation, in denen sich die Salze konzentrieren. Anschließend wurden die thermischen und Drucklasten in ein Finite-Elemente-Modell in Siemens NX importiert, um die Vergleichsspannungen zu berechnen. Die Überlagerung dieser hochbeanspruchten Zonen mit den Bereichen höchster Salzkonzentration identifizierte die kritischen Punkte für die Initiierung von Korrosionsermüdung.

3D-Visualisierung und Validierung mit realen Tests 🛠️

Die dreidimensionale Rekonstruktion des Verschleißes mittels Volume Graphics ermöglichte den Vergleich des simulierten Erosionsprofils mit der tatsächlich ausgefallenen Schaufel. Die Korrelation lag bei über 85 % und validierte damit das Vorhersagemodell. Diese Methodik zeigt, dass die Integration von CFD und Spannungsanalyse nicht nur den Ausfall erklärt, sondern auch eine Neugestaltung der Schaufelgeometrie ermöglicht, um Salzstagnationspunkte zu reduzieren und so die Lebensdauer der Komponente unter extremen Betriebsbedingungen zu verlängern.

Welche Materialeigenschaften würdest du zuweisen?