Projektbeispiel: Thermisch / Strukturmechanisch gekoppelte Analyse eines Dampfkessels
Internes Projektbeispiel der Gruner SimKon Solutiond GmbH
Dampfkessel unterliegen während der Aufheizphase hohen thermischen Spannungen. Je schneller aufgeheizt wird, desto höher sind die Spannungen.
Für einen exemplarischen Dampfkessel wurde ein FE-Modell erstellt und die Aufheizphase wurde simuliert.
Zunächst wurden anhand einer thermisch transienten Analyse die Temperaturfelder zu verschiedenen Zeiten während der Aufheizphase ermittelt. Im Unterschied zu einer thermisch stationären Berechnung (eingefahrener Zustand) werden bei einer thermisch transienten Berechnungen die thermischen Trägheiten (Wärmekapazitäten) berücksichtigt.
Dampfkessel
Anschließend wurden die Temperaturfelder auf das struktumechanische Modell übertragen und die thermischen Spannungen zu den verschiedenen Zeitpunkten ermittelt (gekoppelte Berechnung).
In dieser Phase können auch weitere Lasten wie z.B. Eigengewicht, Innendruck oder Flanschlasten berücksichtigt und die resultierenden Spannungen mit den thermischen Spannungen überlagert und bewertet werden.
Falls erforderlich kann der Dampfkessel geometrisch optimiert oder die Aufheizphase angepasst werden (z.B. langsameres Aufheizen bei Überlastung).
Temperaturverlauf im Dampfkessel während der Aufheizphase
Verformungen im Dampfkessel während der Aufheizphase
(Verformungen stark überhöht dargestellt)
Spannungen im Dampfkessel während der Aufheizphase
(Verformungen stark überhöht dargestellt)