Analysis of operating conditions for pressure components of steam boilers

• Autorzy: Węglowski B. , Ocłoń P.

Warianty tytułu

PL

Analiza warunków pracy elementów ciśnieniowych kotła parowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The analysis of stress state for a steam boiler drum is described in this paper. The measurements of the temperature distribution along the circumference of the drum are carried out at first. Next, the temperature distribution inside the wall of boiler drum is determined using inverse methods for solving heat conduction problems. During the operation of the boiler, the temperature field for the cross section of the drum varies in time. Therefore the calculations are carried out at each time level, when the results of measurements were obtained. Furthermore, the time dependant pressure loads must be taken into account during the analysis. As a result of the structural analysis of boiler drum construction, the values of principal stresses: the circumferential, the axial and the radial are determined using Finite Element Method (FEM). The equivalent Von Misses stress is calculated on the basis of principal stresses and its value is monitored during the operation cycle to not exceed the yield stress of material.

PL

W pracy przedstawiono metodykę obliczeń naprężeń dla elementów ciśnieniowych kotłów parowych. Na przykładzie walczaka kotła parowego OP210 zaprezentowano mapy naprężęń obwodowych, osiowych i promieniowych w czasie zmiennych warunków pracy kotła. Obciążenia termiczne walczaka uzyskano przez rozwiązanie zagadnienia odwrotnego przewodzenia ciepła, przy znanych temperaturach ścianki zewnętrznej elementu ciśnieniowego. Natomiast obciążenia od ciśnienia wyznaczono na podstawie zmierzonych wartości ciśnienia panującego w walczaku. Dla wybranych trzech przypadków obliczeniowych przeanalizowano rozkłady temperatur, naprężeń głównych oraz naprężeń zredukowanych w przekroju poprzecznym walczaka.

Słowa kluczowe

EN

boiler drum; finite element method; stress monitoring

PL

walczak kotła parowego; metoda elementów skończonych; monitorowanie naprężeń

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2012
• Tom: Nr 6
• Strony: 99--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Węglowski B.

• Wydział Mechaniczny Politechniki Krakowskiej, Al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków
• Wydział Mechaniczny Politechniki Krakowskiej, Al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków

autor

Ocłoń P.

• Wydział Mechaniczny Politechniki Krakowskiej, Al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków

Bibliografia

• [1] Taler J.: Theory and practice of identification of heat transfer processes. (in Polish) Ossolineum, Wrocław(1995).
• [2] Rop P.: Drum Plus: a drum type HRSG with Benson benefits. Modern Power Systems Vol. 30 (2010), pp. 35-40.
• [3] TRD: Technische Regeln für Dampfkessel. Carl Heymans Verlag, Köln und Beuth-Verlag, Berlin, (2002).
• [4] Węglowski B.: Analysis of boilers operation under transient conditions. In: Taler J (ed) Thermal and flow processes in large steam boilers. Modeling and monitoring. PWN, Warsaw, pp 385-404 (2011).
• [5] Taler J.: Analytical solution of the over-determined inverse heat conduction problem with an application to monitoring thermal stresses. Heat and Mass Transfer, Vol. 33: (1997), pp. 209-218.
• [6] Taler J.: A semi-numerical method for solving inverse heat conduction problems. Heat and Mass Transfer, Vol 31, (1996), pp. 105-111.
• [7] Taler J.: A new space marching method for solving inverse heat conduction problems. Forschung im Ingenieurwesen, Vol. 64, (1999), pp. 296-306.
• [8] Duda P., Taler J.: Experimental verification of space marching methods for solving inverse heat conduction problems. Heat and Mass Transfer, Vol. 36, (2000), pp. 325-331.
• [9] Taler J.: A numerical method for the solution of the transient nonlinear inverse heat conduction, XVI Polish Conference on Thermodynamics in Kołobrzeg – Koszalin, Poland Vol. II, (1996), pp: 413-424 (in Polish).
• [10] Taler J., Węglowski B., Sobota T., Jaremkiewicz M., Taler D.: Inverse space marching method for determining temperature and stress distributions in pressure components. In: Marco Aurélio dos Santos Bernardes (ed) Developments in heat transfer. Intech, Rijeka, Croatia, (2011), pp 273 – 292.
• [11] Taler J., Węglowski B., Zima W., Grądziel S., Zborowski M.: Analysis of thermal stresses in boiler drum during start-up. Transactions of the ASME, Journal of Pressure Vessel Technology Vol. 121, pp 84-93.
• [12] ANSYS Theory Reference v12.1.