Optimization of thick-walled element heating operation based on total stresses using Levenberg-Marquardt method

• Autorzy: Duda P. , Rząsa D.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja procesu nagrzewania elementów grubościennych z uwagi na naprężenia sumaryczne przy wykorzystaniu metody Levenberga-Marquardta

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Power unit devices such as collectors, separators or steam gate valves operate in aggressive environment. During heating and cooling operations they are exposed to sudden temperature and pressure changes, which originate high stress concentration at certain points. Additionally, the cyclic character of loading causes material fatigue, known as low-cyclic fatigue. This phenomenon may lead to the formation of fracture. Manufacturers of steam boilers advise on how to ensure proper heating processes. Efforts are made to develop an appropriate method for determining optimum operating parameters during start-up and shut-down phase of power units. A new optimization method based on the assumption that the maximum total stresses in the whole construction should be equal to the allowable stresses is presented. Developed methods are of great practical significance. They can greatly enhance the performance of power units by reducing duration of all transient operations and extending their longevity.

PL

Urządzenia energetyczne takie jak kolektory, separatory czy zasuwy parowe pracują w agresywnym środowisku. Podczas procesu rozruchów i odstawień bloków są narażone na nagłe zmiany temperatury i ciśnienia, co powoduje duże naprężenia w konstrukcji. Ponadto, zmienny charakter obciążenia powoduje zmęczenie materiału, które znane jest jako zmęczenie niskocyklowe. Zjawisko to prowadzi do powstania pęknięć w strukturze. Producenci kotłów parowych podają, jak przeprowadzić prawidłowy proces nagrzewania. Podejmowane są próby znalezienia odpowiednich metod, pozwalających na wyznaczenie prawidłowych parametrów pracy podczas rozruchów i odstawień kotłów. W pracy przedstawiono nowatorską procedurę optymalizacyjną, która zakłada, że naprężenia całkowite, powstające podczas procesów nagrzewania i ochładzania, nie przekroczą wartości dopuszczalnych. Przedstawiona metoda ma bardzo duże znaczenie praktyczne. Pozwala zoptymalizować procesy rozruchów i odstawień przez skrócenie czasu nagrzewania i ochładzania, zwiększając jednocześnie żywotność urządzeń energetycznych.

Słowa kluczowe

EN

power unit; heating process; optimization; Levenberg-Marquardt method

PL

blok energetyczny; proces nagrzewania; optymalizacja; metoda Levenberga-Marquardta; rozruch

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Maszyn Przepływowych PAN ; Komitet Problemów Energetyki Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Archiwum Energetyki
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 1/2
• Strony: 51--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz.

Twórcy

autor

Duda P.

autor

Rząsa D.

• Cracow University of Technology. Department of Mechanical Engineering, Kraków,

Bibliografia

• [1] Taler J., Duda P.: Solving Direct and Inverse Heat Conduction Problems. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2006.
• [2] Taler J., Dzierwa R: A new method for determining allowable medium temperature during heating and cooling of thick walled boiler components. Proc. Congress on Thermal Stresses, Taipei 2007.
• [3] Duda P., Dwornicka R.: Optimization of heating and cooling operations of steam gate valve Proc. Int. Conf. on Engineering Optimization EngOpt 2008, J. Herskovits (eds.), 52 (on CD 8 pages), Rio de Janeiro 2008.
• [4] TRD 301, Technische Regeln für Dampfkessel (Technical rules for steam boilers). Carl Heymans Verlag, Köln und Beuth-Verlag, Berlin 1986, 98-138 (in German).
• [5] Duda P., Rząsa D.: Optimization of steam gate valve heating operation using Levenberg--Marquardt method. Proc. 8th Int. Congress on Thermal Stresses, Vol. 2, Urbana - Champaign 2009, USA, 399-402.
• [6] Richter F.: Physikalische Eigenschaften von Stählen und ihre Temperaturabhängigkeit (Physical properties of steels as a function of temperature). Mannesmann Forschungberichte 930, Dusseldorf 1983 (in German).
• [7] Seber G.A.F., Wild C.J.: Nonlinear Regression. John Wiley & Sons, New York 1989.
• [8] Press W.H., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Flannery B.P.: Numerical Recipes. The Art of Scientific Computing. Cambridge University Press, Cambridge 1997.