Tuunikalapüügilaeva söödapaaki paigaldatud titaantoru küttekeha puhul (merevesi, 15-40 kraadised termilised tsüklid, laine{2}}indutseeritud vibratsioon), milline seinapaksus peab vastu laine{3}}vibratsiooni ja soolalõhe kombineeritud toimele?

Põhilised kompromissid meresöödapaakide titaanküttekeha disainis
Mõned kõige raskemad kohad sukelsoojendi töötamiseks on tuunipüügilaevade pardal. Söödapaak on täidetud tsirkuleeriva mereveega, et elusad söödakalad oleksid terved, ja seda tuleb soojendada 15 kraadilt (ümbritsev merevesi) 40 kraadini, et kiirendada sööda ainevahetust püügieelsel-ettevalmistamisel. Lainetest tulenev vibratsioon (2-10 Hz, kiirendused kuni 1,5 g) Kere painde Mootori tegevus . Laev vibreerib pidevalt. Titaantoru kütteseade peab taluma kahte rikkemehhanismi: mehaaniline väsimus vibratsioonist ja pragukorrosioon tugiklambrites ja kinnitusäärikutes, kuhu merevesi koguneb. Seina paksus mõjutab neid kahte mehhanismi vastassuunas. Seina paksuse suurendamine suurendab ristlõike moodulit ja suurendab vastupidavust vibratsiooni väsimusele ning vähendab vahelduvat pinget antud läbipainde korral. Kuid paksem sein muutub kuumaks sama võimsustiheduse korral, mis kiirendab pragude korrosioonikineetikat karmis merekeskkonnas. Samuti tähendavad paksemad seinad tavaliselt tugiklambrite kitsamat vahet, mis võib hapniku difusiooni vähendamise kaudu halvendada pragude tingimusi. Tuunipüügilaeva söödapaagi seinapaksus on kompromiss nende mõjude ja kuivdoki hooldusperioodide vahelise soovitud 5–7-aastase kasutusea vahel.

Mehaaniline terviklikkus vibratsiooniväsimisest ja lainetest tingitud tsüklilise koormuse korral
Tuunipüügilaeva peibutuspaagi laine{0}}indutseeritud vibratsioonispekter näitab madala sagedusega kõrge amplituudiga võnkumisi, mille maksimaalne nihe on 2–5 mm küttekeha otsas, kui see on paigaldatud konsoolina. 2. klassi titaantoru välisläbimõõduga D, seina paksusega t ja toestamata pikkusega L puhul on fikseeritud toe maksimaalne alternatiivne paindepinge σ alt=E Dδ 2 L2, kus δ on otsa läbipaine ja E on elastsusmoodul (105 GPa). Seina paksuse suurendamine ei vähenda σ alt, kuna läbipaine δ on tingitud anuma liikumisest, mitte küttekeha jäikusest. Kuid väsimuse katkemiseni lubatud tsüklite arv (S-N kõver 2. astme titaani jaoks soolases vees) suureneb vahelduva pinge vähenemisega. Pinge ei sõltu seina paksusest. Muutub keskmine pinge: paksemal seinal on suurem paindejäikus, mistõttu see avaldab suuremat keskmist survepinget painde survepoolele. Keskmine pinge (staatilise paigaldusnihke tõttu) skaala seina paksusega antud läbipainde amplituudi puhul. Eksperimentaalsed väsimusandmed 25 mm läbimõõduga titaantorude kohta, mis on allutatud simuleeritud laine{18}}indutseeritud tsüklile (3 Hz, ±3 mm läbipaine), näitavad, et 1,0 mm sein puruneb tugiklambri pilus pärast 8 × 10⁶ tsüklit (umbes 3 mm pidevat veresoone töötamist 0 × 1 võrra). 106 tsüklit (üle 12 kuu). Kõrgem keskmine pinge paksemas seinas vähendab tegelikult vahelduva pinge amplituudi, kuna toru on paindumiskindlam, vähendades seega maksimaalset tõmbepinget. Lõplike elementide uuringud näitavad, et 1,5 mm seinal on sama läbipainde korral 35% väiksem vahelduv tipppinge kui 1,0 mm seinal, mille tulemuseks on umbes 5-kordne väsimuse kestus.

Mõju soojustõhususele: paksemad seinad kiirendavad pragude korrosiooni
Lõhekorrosioon tugiklambri liidesel merevee söödapaagis (19 000 ppm kloriidi, 15–40 kraadised termilised tsüklid, aereeritud) sõltub temperatuurist ja hapniku kättesaadavusest. Tüüpilise 0,2 mm praovahe korral on 2. klassi titaani kriitiline lõhetemperatuur (CCT) looduslikus merevees ligikaudu 80 kraadi. Sellest temperatuurist madalamal algab lõhekorrosioon. Titaanümbrise pinna temperatuur ei ole aga kogu 40-kraadise kuumutustsükli jooksul 40 kraadi. Keskmise võimsustiheduse 2,0 W/cm2 korral on välispind seina läbiva elektritakistuse tõttu 5-10 kraadi kõrgem kui vee temperatuur. 1,0 mm seina puhul on pinna temperatuur 40-kraadise mahu juures umbes 47 kraadi - oluliselt madalam kui CCT. 2,0 mm seina puhul on pinnatemperatuur umbes 55 kraadi, siiski alla 80 kraadi. Mis põhjustab pragude korrosiooni? Kuna kuumutamistsükli ajal lõhe suudmes kloriidid kontsentreeritakse ja kohalik pH väheneb aurustumisega. Initsiatsiooniprao temperatuur ei ole mahutemperatuur, vaid kohalik temperatuur praootsas, mis on 15-20 kraadi kõrgem välispinnast džauli kuumenemise tõttu takistusjuhtmest ja halva konvektiivjahutuse tõttu prao sees. 2,0 mm seina puhul on siseseina temperatuur (kontaktis MgO isolatsiooniga) umbes 70 kraadi ja tugiklambrisse kantud soojus võib tõsta praootsa 65-75 kraadini - CCT lähedal ohtlikult. Õhem sein (1,0 mm) viib madalama siseseina temperatuurini alla 60 kraadi, mis hoiab praootsa allpool 70 kraadi künnist pragukorrosiooni tekkeks. Tuunikalaevade peibutusmahutitest saadud väliandmed näitavad, et 1,0 mm titaansoojenditel tekib tugiklambrites pragukorrosioon 4–5 aasta pärast ja 1,8 mm küttekehadel juba 18 kuuga. Selle põhjuseks on kuumem sisesein, mis tõstab iga küttetsükli ajal lõhe temperatuuri CCT-st kõrgemale.

Kauba süntees-väljas: seina paksuse valik kombineeritud koormuste jaoks
Allolev maatriks näitab tuunipüügilaeva peibutuspaaki asetatud torusoojendi titaanseina soovitatavat paksust vibratsiooni tugevuse ja tugiklambrite konstruktsiooni alusel. Juhised pakuvad kompromissi väsimuse ja pragude korrosiooniriski vahel eesmärgipäraseks kasutuseaks 5 aastat.

Vibratsiooni tugevus ja klambri konstruktsioon Seina paksus (2. klass Ti, 25 mm OD) Eeldatav väsimuse eluiga (lainete indutseeritud tsüklid) Eeldatav südamiku ehituslik põhjendus pragude korrosiooni eluiga
Tugev vibratsioon (1,5 g, 5 mm otsa läbipaine, vastupidav konsoolkinnitus)1,5 mm – 1,6 mm 5–7 aastat (30 × 10 6 tsüklit või rohkem) 3–4 aastat Väsimuskindluse tagamiseks paksem sein. Lõhekorrosioon on teisejärguline. Laiendage vahet elastomeersete tihenditega. Vahetage klambreid iga 3 aasta tagant
Mõõdukas vibratsioon (0,8 g, 2 mm otsa läbipaine, painduv kinnitus kummist tihenditega) 1,2 mm – 1,3 mm 5 – 6 aastat 5 – 6 aastat Hästi tasakaalustatud disain. Paindlikud kinnitused piiravad vibratsiooni ülekandumist ja võimaldavad õhemat seina. Laia vahega PTFE-klambrid pragude korrosiooniriski vähendamiseks. Parim enamiku tuunikalaevade jaoks.
Madal vibratsioon (elektriajamiga anum, 0,3g, kummieraldusega paak)1,0 mm – 1,1 mm 5-7 aastat 6-8 aastat Õhuke sein alandab prao temperatuuri. Isolatsioon tagab sobiva vibratsiooniväsimuse. Parim pika kasutusea jaoks vähese hooldusega.
Mis tahes vibratsioonitase, kuid ebapiisavalt tühjendavate tugiklambritega (horisontaalne orientatsioon, vee kogunemine pilusse) Igasugune paksus (ilma ümberkujundamiseta pole soovitatav) < 2 aastat mis tahes paksuse korral Domineerib pragude disain. Tehke vertikaalsed või piludega sulgud, mis voolavad täielikult ära. Vesi on seisev, mistõttu seina paksus ei oma tähtsust.
Insenerid väljaspool seina: kronsteini disain ja vibratsiooniisolatsioon
Tuunikala paadi söödapaagis ei ole parim viis titaanist küttekeha eluea pikendamiseks mitte ainult seina paksuse optimeerimine. Need on kaks algpõhjust, edastatud vibratsioon ja pragude geomeetria. Painduvate kinnituste kasutamine küttekeha -kõrge temperatuuriga silikoonkummist tihendite või vedruisolaatorite paigaldamiseks-vähendab ülekantavat otsa läbipaindet 70–90 protsenti, tagades 1,0 mm seinale tõhusalt sama vastupidavuse kui jäigale-monteeritud 1,8 mm seinale. Tavalised U-poltklambrid asendatakse avatud, piludega PTFE-tugedega, et vältida pragude korrosiooni, kõrvaldades täielikult vee kinnijäämise. Altpoolt toetab toru kolme kontaktpunktiga piludega kronstein, mis võimaldab suurema osa ümbermõõdu ümber jätta 1–2 mm vahe, et hapnik pääseks kõikidele pindadele ja takistaks kloriidi{14}}kuhjumist. Selles konstruktsioonis annab 1,2 mm sein pragukorrosioonile üle 8 aasta. Lisaks kasutatakse paigaldamise ajal õhukest (50 µm) silikoonmäärdekihti tugiliideses, et vältida merevee tungimist lõhesse esimese 12–18 kuu jooksul, sillades seega esialgse perioodi, mille jooksul passiivne kile on kõige haavatavam.

Järeldus: parim mõõdukas sein (1,2–1,3 mm) koos isolatsiooni ja avatud sulgudega
1,2–1,3 mm toru seinapaksus (25 mm läbimõõduga toru puhul) on optimaalne tasakaal vibratsiooniväsimuse vastupidavuse ja lõhekorrosiooni vältimise vahel tuunipüügilaeva söödapaagis, mis on avatud mereveele, 15–40-kraadisele termilisele tsüklile ja lainevibratsioonile, eeldusel, et küttekehale on paigaldatud painduvad PTFE-vibratsioonid. Paksemad seinad (suurem kui 1,5 mm või sellega võrdne) pikendavad tööiga, kuid suurendavad ka kõrgemast töötemperatuurist tulenevat pragukorrosiooni, mis põhjustab tugede enneaegset riket. Seinad, mis on õhemad (vähem kui 1,0 mm või sellega võrdsed), on pragukorrosioonile vastupidavad, kuid purunevad enneaegselt väsimuspragude tõttu anuma tüüpilise vibratsiooni korral. Seina paksus ja süsteemi konstruktsioon on olulised: 1,2 mm küttekeha jäikadel alustel, millel on tihedad U{11}}poltklambrid, läheb rikki kiiremini kui 1,0 mm küttekeha piludega klambritega isolaatoritel. Soojendite määramisel meresöödapaakide teenindamiseks on pakutavateks võtmeandmeteks eeldatav vibratsiooni amplituud paigalduskohas (mm otsa läbipaine või g{14}}jõud) ja kronsteini konstruktsioon (tühjendamine vs. kinnijäämine). See teave võimaldab tootjal määrata minimaalse seinapaksuse, mis vastab 5-aastasele eesmärgile, vältides nii spetsifikatsiooni üle-(kulukad, pragudele{19}}paksud seinad) kui ka spetsifikatsiooni alla-(väsimuskindlad õhukesed seinad).