Kuidas kujundada PTFE-vahetajat tõsise kallutamise ja veeremisega laevarakenduse jaoks?

Soojusvaheti pidevaks tööks
Laeval olev soojusvaheti ei ole kunagi paigal. Laev veereb, kaldub, kaldub ja õõtsub pidevalt, reageerides lainekoormusele ja mereseisundi muutumisele. Need liigutused asetavad kõik paigaldatud seadmed pidevasse ja mitmesuunalisse väsimuskeskkonda ning igast seadmest saab pika-dünaamilise stressitesti.

Tavaline kergelt toestatud horisontaalne torukimp saaks sellistes tingimustes kiiresti kahjustada korduva laksu, vibratsiooni ja toestusvigastuse tõttu. Seetõttu tuleb laevanduses kasutamiseks sobiv PTFE soojusvaheti projekteerida struktuurselt integreeritud süsteemina, mille sisemised komponendid on piiratud ja selle välisosad on paigaldatud ühe jäiga mehaanilise üksusena.

Korrektselt konstrueeritud PTFE soojusvaheti laeva pardal oleva kalderullimise seadet tuleb käsitleda laeva sees olevana. Iga toru ja iga tugikonstruktsioon peab olema kaitstud pideva tormi laadimise eest.

Vaheti peab olema tugev, iseseisev plokk{0}}, mis on seest kinnitatud nagu laeva kere, et taluda ookeani liikumise lakkamatut-aeglast maavärinat.

Miks on laeva pardal liikumiseks vaja erilist disainifilosoofiat?
Mitme-telje dünaamilise laadimise tingimused
Erinevalt maapealsetest{0}}paigaldistest alluvad meresüsteemidele keerulised liikumismustrid, sealhulgas:

Roll (külg-küljele-pööramine)

Rull (külgsuunaline pöörlemine)

Vertikaalne tõlge (heave)

Lengerdus (pöörlemine ümber horisontaaltelje)

Äkilised põrutusjuhtumid tugevates lainetes

Neid liikumisi juhivad laeva stabiilsusparameetrid (nt metatsentriline kõrgus). Need määravad veeremisperioodi ja nurkkiirenduse. Suured pöördenurgad võivad tekitada seadme korpuses suuri inertsiaaljõude.

Konkreetse konstruktsioonimuudatuseta sisevahetite komponendid võivad olla allutatud:

Ribad ja torude vibratsioon

deflektori väsimuspragunemine

Lahtised roolivarda otsad

Tugiplaadi painutamine

Naabertorude löökkoormus

Eelistatud kujundus on vertikaalne U-toru konfiguratsioon
Stabiilsus Gravitatsioon{0}}Assisted Motion
Vertikaalne suund on eriti soovitatav laevarakenduste jaoks. Sellise paigutuse korral tagab vedeliku ülesvool, et kest on alati täielikult üle ujutatud ja gravitatsiooni mõju aitab stabiliseerida vedeliku jaotumist anumas anuma liikumise ajal.

Vertikaalse orientatsiooni eelised hõlmavad järgmist:

Külgmiste libisemismõjude vähendamine

Täiustatud faasi stabiilsus

Vähendatud aurutasku tekkerisk

Pidevam soojuse hajumine kallutamise tingimustes

U-torukomplekt eemaldab fikseeritud torulehe pinge
Mereteenustes valitakse U{0}}torude komplekt, kuna see võimaldab:

Torude iseseisev soojuspaisumine

Fikseeritud torulehe pingekontsentratsiooni eemaldamine

vähendatud termilised väsimuskoormused

Parem taluvus struktuurse liikumise suhtes

Ujuva U-painde segmendi mehaaniline vastavus on kasulik kombineeritud kuumuse ja mehaanilise tsükli ajal.

Sisemine tugevdus laeva liikumise vastu
Torude tugede tihe vahemaa hoiab ära vibratsioonikahjustused.
Tugeva veeremise tingimustes suurendab laeva liikumine märkimisväärselt torude -to-vaheliste interaktsioonide tõenäosust. Selle kompenseerimiseks peavad toru tugiplaadid olema paigutatud lähemale kui maapealsete soojusvahetite puhul.

Olulised disainiefektid on:

Väiksem torude vahe ilma toeta

Toru vibratsiooni loomulik sagedus tõusis

Väiksema amplituudiga võnkerulli esinemised

Mööduv laadimine: torulaksu vältimine

Toed on piisavalt lähedal, et torud toimiksid pigem piiratud kimbuna kui iseseisvate painduvate osadena.

Tugevad deflektori- ja roolivardasüsteemid
Deflektorid ja kinnitusvardad peavad olema konstrueeritud nii, et neil oleks tugev vastupidavus laeva tsüklilisest liikumisest tingitud väsimusele.

Disaininõuded:

Deflektorite suurem struktuurne paksus

Lukustusvarraste komplektid

Lukustusseadmed lahtituleku vastu

Tugevdatud keevisõmblus ja kinnituskoht

Vibratsioonikindlate kinnitusdetailide valik

Laevavarustus peab olema kõrge terviklikkuse ja klassifikatsiooniühingud, nagu DNV, ABS ja Lloyd's Register, seavad ranged kriteeriumid. Mikro-liikumine võib põhjustada kinnitusdetailide lõdvenemist ja selle vältimiseks tuleb kasutada mehaanilisi lukustus- või turvajuhtmesüsteeme.

Samaväärne seismiline paigaldus mereteenistuse jaoks
Laeva liikumiste pidev seismiline koormus
Laevaseadmete paigaldamist käsitletakse sageli viisil, mis on võrreldav maapealsete struktuuride seismilise konstruktsiooniga. Rulli kiirendus ja põrutuskoormused on võrdsed inertsiaalsed jõud, mis peavad kanduma tugikonstruktsiooni kaudu.

Kasvavad disainikaalutlused hõlmavad järgmist:

Maksimaalsed koormused kalde- ja kaldenurkadele

Dünaamilise kiirenduse suurendamine

Väsimuskoormus laeva kasutusea jooksul

Löökkoormus lainelöögi tõttu

Tugev alusraami konstruktsioon
Täielik soojusvaheti paigaldatakse jäigale,{0}}laevaklassi tugiraamile, mis on ette nähtud koormuse jaotamiseks anuma konstruktsiooni.

Ühised omadused on järgmised:

Gusset{0}}tugevdatud konstruktsioonielemendid

Raamid, teras, keevitatud alused

Vibratsioonivastased{0}}kinnituspadjad.

Koormust jaotavad alusplaadid

Struktuurne side{0}}punktides kere raamiga

Eesmärk on vältida lokaalseid pingekontsentratsioone ja tagada ühtlane koormuse ülekanne laeva konstruktsioonivõrku.

Mereoperatsiooni eluväsimus
Pikaajaline{0}}väsimust tekitav koormus pideval liikumisel
Isegi kui hetkelised jõud on vastuvõetavates piirides, võib tuhandete tundide kestev tsükliline koormus põhjustada väsimuskahjustusi:

Torude toed

Keevisliited

Klambri pistikud

Roots{0}}varraste komplektid

Liideste paigaldamine

Väsimuse eluea analüüsist on saamas projekteerimisprotsessi põhiaspekt, eriti äärmuslikes mereoludes töötavate laevade puhul.

Resonants: miks seda on oluline vältida?
Sisestruktuuride omased sagedused peaksid olema hästi eraldatud laeva liikumise peamistest põnevatest sagedustest. Resonantsolukorrad võivad võtta väiksemaid liigutusi ja võimendada need hävitavateks võnkumisteks.

Disainistrateegiad on järgmised:

Konstruktsiooni suurenenud jäikus

Perioodid ei vähene

Summutavate liideste lisamine

Massi jaotuse optimeerimine

Materjalide ja polümeeride valik PTFE-süsteemide jaoks
PTFE paindlikkus toetab mere liikumist
PTFE torumaterjalidel on merekeskkonnas{0}}ehitatud eelised, kuna need on järgmised:

• Suurepärane keemiline vastupidavus

Paindlikkus tsükliliste koormuste korral

Vastupidavus mereatmosfääri korrosioonile

Madal pinnaenergia vähendab saastumise ohtu

PTFE vajab siiski mehaanilist piirangut, et vältida liigset liikumist dünaamiliste koormuste korral.

Termiline{0}}mehaaniline sidestusefekt
Soojuspaisumise ja laeva liikumise kombinatsioon põhjustab keerukaid laadimisolusid. U-toru paindlikkus võimaldab soojuspaisumist ja struktuursed toed hoolitsevad mehaanilise liikumise ja seega ka süsteemi stabiilsuse eest töötamise ajal.

Vastavus klassifikatsiooniühingutele
Nõutavad mereprojekti kriteeriumid
Laevarakendustes kasutatavad PTFE-vahetid peavad vastama klassifikatsiooniühingu standarditele, mis võivad hõlmata järgmist:

Struktuuri terviklikkuse kontrollimine (DNV, ABS, Lloyd's Register)

Vibratsiooni- ja väsimusanalüüsi kinnitamine

Löökkoormuse kvalifikatsioon

Materjali jälgitavuse nõuded

Keevitus- ja valmistamisstandardid

Need nõuded täpsustavad, et seadmed peavad kindlaksmääratud keskkonnatingimustes vastu pidama laeva kasutusiga.

Kokkuvõte
Laeva pardal olev PTFE-vaheti, mis on ette nähtud tugevaks kallutamiseks ja veeremiseks, on põhimõtteliselt vastupidav, vertikaalselt paigaldatud, sisemiselt toestatud termomasin. Pidevat mitme-aksiaalset väsimuskoormust juhib U-toru struktuur, tihedalt asetsevad torutoed, tugevdatud deflektorisüsteemid ja põhjalikult konstrueeritud kinnitusraam.

PTFE soojusvaheti laeva pardal kallutatud valtsimistehnika muudab soojusvaheti üheks konstruktsioonisüsteemiks, mis suudab taluda pidevat liikumist, aeg-ajalt põrutavaid koormusi ja pikaajalist{0}}vibratsioonilist kulumist merekeskkonnas.