Топлообменник, работещ в постоянно движение
Топлообменник, инсталиран на кораб, никога не е в покой. Той непрекъснато изпитва търкаляне, накланяне, завъртане и повдигане, докато плавателният съд реагира на вълново натоварване и промяна на състоянието на морето. Тези движения налагат постоянна, много-посочна среда на умора върху цялото инсталирано оборудване, превръщайки всеки вътрешен компонент в част от дълго-продължителен динамичен стрес тест.
Стандартен, леко поддържан хоризонтален тръбен сноп би се разградил бързо при такива условия поради повтарящи се удари, вибрации и опора. Следователно PTFE топлообменник, предназначен за морски услуги, трябва да бъде проектиран като структурно интегрирана система, с вътрешни компоненти, ограничени и външно монтирани като единична твърда механична единица.
Правилно проектиранPTFE топлообменник на борда на кораба, накланяща се подвижна конструкциятрябва да се третира като кораб в кораб, където всяка тръба и носеща конструкция са осигурени за непрекъснато товарене,-подобно на буря.
Топлообменникът трябва да бъде солиден, самостоятелен-блок, вътрешно закрепен като корпус на кораб, за да издържа на постоянното, бавно-движещо се земетресение на движението на океана.
Защо движението на кораба изисква специална философия на дизайна
Много{0}}аксиална среда за динамично натоварване
За разлика от наземните -инсталации, морските системи са подложени на сложни модели на движение, които включват:
Непрекъснато въртене (въртене от-на-страна)
Наклон (въртене напред-назад)
Heave (вертикален превод)
Yaw (хоризонтално въртене)
Внезапни затръшвания по време на тежко море
Тези движения се влияят от характеристиките на стабилността на съда, включително метацентричната височина, която управлява периода на въртене и ъгловото ускорение. Големите ъгли на накланяне могат да генерират значителни инерционни сили вътре в корпусите на оборудването.
Без специална адаптация на дизайна компонентите на вътрешния обменник могат да изпитат:
Вибрация и фретинг на тръбата
Напукване от умора на преградата
Разхлабване на напречна щанга
Деформация на опорната плоча
Ударно натоварване между съседни тръби
Вертикална U{0}}тръбна конфигурация като предпочитан дизайн
Гравитационна-подпомагана стабилност при движение
Вертикалната ориентация на топлообменника е силно предпочитана за приложения на кораба. В тази конфигурация възходящият флуиден поток гарантира, че черупката остава напълно наводнена, докато гравитацията подпомага стабилизирането на вътрешното разпределение на флуида по време на движение на съда.
Предимствата на вертикалната ориентация включват:
Намален страничен плискащ ефект
Подобрена фазова стабилност
По-нисък риск от образуване на парни джобове
По-равномерно разпределение на топлината при условия на накланяне
U-Tube Bundle елиминира фиксираното напрежение на тръбния лист
AU{0}}тръбен пакет обикновено се избира за морски услуги, защото позволява:
Независимо топлинно разширение на тръбите
Елиминиране на фиксираната концентрация на напрежение в тръбната плоча
Намалено натоварване от термична умора
Подобрена толерантност към структурно движение
Плаващият характер на U-гъвката осигурява механично съответствие, което е от полза при комбинирани термични и механични цикли.
Вътрешна структурна армировка срещу движение на кораба
Плътно разположени тръбни опори предотвратяват повреда от вибрации
Движението на кораба значително увеличава риска от взаимодействие между-{1}}тръба при тежки условия на клатене. За да се смекчи това, опорните плочи на тръбите трябва да бъдат проектирани с намалено разстояние в сравнение с наземните-обменници.
Основните дизайнерски ефекти включват:
Намален обхват на неподдържаната тръба
Повишена естествена честота на вибрациите на тръбата
По-ниска амплитуда на трептене по време на хвърляне
Предотвратяване на удар на тръбата по време на преходно натоварване
Плътно разположените опори гарантират, че тръбите се държат като ограничен сноп, а не като независими гъвкави елементи.
Здрави системи за преграда и напречна щанга
Дефлекторите и свързващите пръти трябва да бъдат проектирани за висока устойчивост на умора при циклично движение на кораба.
Изискванията за проектиране включват:
Увеличена структурна дебелина на преградите
Заключени комплекти на напречна щанга
Заключващи-механизми против разхлабване
Подсилени заварки и точки на закрепване
Избор на-устойчиви на вибрации крепежни елементи
Разхлабването на крепежните елементи поради микро-движение трябва да бъде предотвратено чрез механично заключване или системи с предпазни кабели, тъй като класификационните организации като DNV, ABS и Lloyd's Register налагат строги изисквания за целостта на морското оборудване.
Сеизмично{0}}еквивалентен монтаж за морска служба
Движението на кораба като непрекъснато сеизмично натоварване
Монтирането на корабно оборудване често се третира подобно на сеизмичното проектиране в наземни структури. Комбинацията от ускорение на търкаляне и ударни натоварвания създава еквивалентни инерционни сили, които трябва да бъдат предадени през носещата конструкция.
Съображенията за монтажен дизайн включват:
Пикови натоварвания при накланяне и ъгъл на наклон
Динамично усилване на ускорението
Натоварване от умора през експлоатационния живот на съда
Ударно натоварване при вълнови удари
Конструкция на основната{0}}рамка за тежки условия
Целият топлообменник трябва да бъде монтиран върху твърда носеща рама за кораб-клас, предназначена да разпределя товарите в конструкцията на съда.
Типичните характеристики включват:
Подсилени{0}}конструкционни елементи
Заварени стоманени основни рамки
Антивибрационни монтажни подложки
Натоварване-на фундаментни плочи
Структурна връзка-в точки към рамката на корпуса
Целта е да се предотвратят локализирани концентрации на напрежение и да се осигури плавно прехвърляне на натоварването в конструктивната решетка на съда.
Съображения за уморен живот при морска експлоатация
Непрекъснатото движение предизвиква продължително-натоварване от умора
Дори когато моментните сили остават в допустимите граници, непрекъснатото циклично натоварване в продължение на хиляди часове може да доведе до повреда от умора в:
Тръбни опори
Заварени съединения
Скобни връзки
Сглобки на напречна щанга
Интерфейси за монтаж
Анализът на умората се превръща в основна част от процеса на проектиране, особено за плавателни съдове, работещи в сурови морски условия.
Значение на избягването на резонанс
Естествените честоти на вътрешните структури трябва да бъдат внимателно отделени от доминиращите честоти на възбуждане, генерирани от движението на кораба. Резонансните условия могат да усилят малките движения във вредни трептения.
Стратегиите за дизайн включват:
Увеличаване на структурната твърдост
Намаляване на неподдържаните участъци
Добавяне на затихващи интерфейси
Оптимизиране на разпределението на масата
Съображения за материали и полимери за PTFE системи
Гъвкавостта на PTFE поддържа морското движение
Тръбните материали от PTFE осигуряват присъщо предимство в среди на борда на кораба поради техните:
Висока химическа устойчивост
Гъвкавост при циклично натоварване
Устойчивост на корозия в морска атмосфера
Ниска повърхностна енергия, намаляваща рисковете от замърсяване
Въпреки това, PTFE все още изисква механично задържане, за да се предотврати прекомерно движение при динамично натоварване.
Термични и механични ефекти на свързване
Комбинираното топлинно разширение и движението на кораба създават сложни условия на натоварване. Гъвкавостта на U-тръбата помага да се приспособи към топлинното разширение, докато структурните опори управляват механичното движение, което позволява на системата да остане стабилна при работни условия.
Съответствие на класификационната организация
Задължителни стандарти за морски дизайн
Корабните PTFE топлообменници трябва да отговарят на изискванията на класификационното общество, което може да включва:
Проверка на структурната цялост (DNV, ABS, Lloyd's Register)
Одобрение за анализ на вибрации и умора
Квалификация на ударно натоварване
Изисквания за проследимост на материала
Стандарти за заваряване и производство
Тези разпоредби гарантират, че оборудването може да оцелее през експлоатационния живот на кораба при определени условия на околната среда.
Заключение
Корабният PTFE топлообменник, предназначен за силно накланяне и търкаляне, е основно здрава, вертикално ориентирана термична машина с вътрешна опора. Използването на U-тръбна конфигурация, тясно разположени тръбни опори, подсилени преградни системи и силно проектирана монтажна рамка гарантират оцеляване при непрекъснато много-аксиално натоварване на умора.
ThePTFE топлообменник на борда на кораба, накланяща се подвижна конструкцияподходът трансформира топлообменника в унифицирана структурна система, способна да издържи на постоянното движение, случайни ударни натоварвания и дългосрочна-вибрационна умора, присъщи на морската среда.
Най-надеждното оборудване на кораба в крайна сметка е това, което е проектирано не да устои на океана, а да се движи безопасно с него.
