Làm thế nào để thiết kế một bộ trao đổi PTFE cho ứng dụng trên tàu với độ nghiêng và độ lăn cao?

Bộ trao đổi nhiệt để hoạt động liên tục
Bộ trao đổi nhiệt trên tàu không bao giờ đứng yên. Con tàu liên tục lăn, nghiêng, lắc lư và phập phồng khi phản ứng với tải trọng sóng và các trạng thái biển thay đổi. Những chuyển động này đặt tất cả thiết bị được lắp đặt vào một môi trường mỏi-liên tục và đa chiều, đồng thời mỗi bộ phận thiết bị bên trong sẽ trở thành một bài kiểm tra sức chịu đựng động kéo dài-.

Một bó ống nằm ngang được đỡ nhẹ thông thường sẽ nhanh chóng bị hư hỏng trong những điều kiện như vậy do va chạm lặp đi lặp lại, rung động và làm phiền phần đỡ. Do đó, bộ trao đổi nhiệt PTFE thích hợp cho hoạt động hàng hải phải được thiết kế như một hệ thống tích hợp về mặt cấu trúc với các bộ phận bên trong bị hạn chế và các bộ phận bên ngoài của nó được lắp đặt như một bộ phận cơ khí cứng duy nhất.

Một thiết bị lăn trên tàu trao đổi PTFE được thiết kế chính xác phải được coi là một con tàu bên trong một con tàu. Mọi ống và mọi kết cấu đỡ phải được bảo vệ để chịu tải kiểu bão liên tục.

Bộ trao đổi nhiệt phải là một khối vững chắc,{0}}khép kín, được giằng bên trong giống như thân tàu để chịu được động đất-chuyển động chậm không ngừng do chuyển động của đại dương.

Tại sao cần có triết lý thiết kế đặc biệt cho chuyển động của tàu
Điều kiện tải động đa trục
Không giống như việc lắp đặt trên đất liền, các hệ thống trên biển phải chịu các dạng chuyển động phức tạp bao gồm:

Cuộn (xoay từ bên này sang bên kia)

Cuộn (xoay bên)

Dịch dọc (nâng cao)

Yaw (xoay quanh trục ngang)

Sự cố va đập bất ngờ khi sóng lớn

Những chuyển động này được kiểm soát bởi các thông số ổn định của tàu (ví dụ như chiều cao tâm điểm). Những điều này xác định thời gian cuộn và gia tốc góc. Góc cuộn lớn có thể tạo ra lực quán tính lớn trong vỏ thiết bị.

Các thành phần của bộ trao đổi nội bộ không có sửa đổi thiết kế cụ thể có thể phải chịu:

Frettings và rung động ống

sự nứt mỏi của vách ngăn

Đầu thanh giằng bị lỏng

Uốn tấm đỡ

Tải trọng tác động của các ống lân cận

Thiết kế ưa thích là cấu hình ống chữ U{0}}dọc
Tính ổn định của trọng lực-Chuyển động được hỗ trợ
Hướng dọc được đặc biệt mong muốn cho các ứng dụng trên tàu. Trong cách sắp xếp này, dòng chất lỏng đi lên đảm bảo rằng vỏ luôn ngập hoàn toàn và tác dụng của trọng lực sẽ giúp ổn định sự phân bố chất lỏng bên trong bình trong quá trình chuyển động của bình.

Ưu điểm của định hướng dọc bao gồm:

Giảm hiệu ứng trượt ngang

Tăng cường độ ổn định pha

Giảm nguy cơ tạo túi hơi

Phân tán nhiệt ổn định hơn trong trường hợp nghiêng

U-Gói ống loại bỏ ứng suất cố định của tấm ống
Trong dịch vụ hàng hải, người ta thường chọn bó ống chữ U{0}}vì nó cho phép:

Sự giãn nở nhiệt độc lập của đường ống

Loại bỏ nồng độ ứng suất cố định của tấm ống

giảm tải mệt mỏi nhiệt

Khả năng chịu đựng tốt hơn đối với chuyển động cấu trúc

Sự tuân thủ cơ học của đoạn uốn cong chữ U{0}}nổi là thuận lợi trong quá trình đạp xe cơ học và nhiệt kết hợp.

Gia cố bên trong chống lại chuyển động của tàu
Khoảng cách gần của các giá đỡ ống giúp ngăn ngừa hư hỏng do rung động.
Trong trường hợp cuộn mạnh, chuyển động của tàu làm tăng đáng kể khả năng tương tác giữa ống-với-ống. Để bù đắp cho điều này, các tấm đỡ ống phải được đặt gần nhau hơn so với các bộ trao đổi nhiệt trên đất liền.

Các hiệu ứng thiết kế quan trọng là:

Khoảng cách ống nhỏ hơn mà không cần hỗ trợ

Tần số rung tự nhiên của ống tăng lên

Sự xuất hiện cuộn dao động có biên độ thấp hơn

Tải nhất thời: ngăn ngừa va đập ống

Các giá đỡ đủ gần để các ống hoạt động như một bó giới hạn chứ không phải là các bộ phận linh hoạt độc lập.

Hệ thống vách ngăn và thanh giằng chắc chắn
Các vách ngăn và thanh giằng phải được thiết kế có khả năng chống mỏi tốt do chuyển động theo chu kỳ của tàu.

Yêu cầu thiết kế:

Tăng cường độ dày cấu trúc của vách ngăn

Bộ thanh giằng khóa

Khóa thiết bị chống nới lỏng

Mối hàn gia cố và điểm gắn kết

Lựa chọn ốc vít chống rung

Thiết bị hàng hải phải có tính toàn vẹn cao và được các tổ chức phân loại như DNV, ABS và Lloyd's Register đặt ra các tiêu chí nghiêm ngặt. Chuyển động-vi mô có thể khiến các chốt bị lỏng và phải sử dụng hệ thống khóa cơ học hoặc dây an toàn để tránh điều này.

Gắn địa chấn tương đương cho dịch vụ hàng hải
Tải trọng địa chấn liên tục của chuyển động của tàu
Việc lắp đặt thiết bị trên tàu thường được xem xét theo cách có thể so sánh với thiết kế chống động đất của các công trình trên mặt đất. Gia tốc cuộn và tải trọng đập là các lực quán tính bằng nhau phải được truyền qua kết cấu đỡ.

Việc tăng cường cân nhắc về thiết kế bao gồm:

Tải trọng đỉnh ở góc cuộn và góc nghiêng

Tăng cường khả năng tăng tốc động

Tải trọng mỏi trong thời gian khai thác của tàu

Tải sốc do tác động của sóng

Xây dựng khung cơ sở hạng nặng
Bộ trao đổi nhiệt hoàn chỉnh phải được lắp đặt trên một khung đỡ cứng-được phân loại theo tàu, được thiết kế để phân phối tải trọng vào kết cấu tàu.

Đặc điểm chung là:

Gusset-các phần tử cấu trúc được gia cố

Khung, thép, đế hàn

Miếng đệm chống rung.

Tải tấm đế phân phối

Kết cấu liên kết-điểm với khung thân tàu

Mục đích là để ngăn chặn sự tập trung ứng suất cục bộ và cung cấp sự truyền tải đồng đều vào lưới kết cấu của tàu.

Cuộc sống hoạt động hàng hải mệt mỏi
Mệt mỏi lâu dài khi tải trong chuyển động liên tục
Ngay cả khi lực tức thời nằm trong giới hạn chấp nhận được, tải theo chu kỳ trong hàng nghìn giờ có thể gây ra hư hỏng do mỏi:

Hỗ trợ ống

Mối hàn

Đầu nối khung

Cụm thanh buộc-

Gắn giao diện

Phân tích tuổi thọ mỏi đang trở thành một khía cạnh quan trọng của quá trình thiết kế, đặc biệt đối với các tàu hoạt động ở các trạng thái biển cực đoan.

Cộng hưởng: Tại sao điều quan trọng cần tránh
Các tần số vốn có của các kết cấu bên trong phải được tách biệt rõ ràng khỏi các tần số kích thích chính của chuyển động của tàu. Các trường hợp cộng hưởng có thể tạo ra những chuyển động nhỏ và khuếch đại chúng thành các dao động phá hủy.

Các chiến lược thiết kế là:

Tăng độ cứng trong kết cấu

Thời gian không giảm

Bổ sung các giao diện giảm xóc

Tối ưu hóa phân phối đại chúng

Lựa chọn vật liệu & Polymer cho hệ thống PTFE
PTFE Tính linh hoạt hỗ trợ chuyển động hàng hải
Vật liệu ống PTFE có-lợi ích tích cực trong môi trường hàng hải ở chỗ chúng:

• Kháng hóa chất tuyệt vời

Tính linh hoạt dưới tải tuần hoàn

Khả năng chống ăn mòn khí quyển biển

Năng lượng bề mặt thấp làm giảm nguy cơ tắc nghẽn

Tuy nhiên, PTFE vẫn cần hạn chế cơ học để tránh chuyển động quá mức dưới tải trọng động.

Hiệu ứng ghép nối cơ học nhiệt-
Sự kết hợp giữa giãn nở nhiệt và chuyển động của tàu dẫn đến các tình huống tải phức tạp. Tính linh hoạt của ống chữ U{1}}cho phép giãn nở nhiệt và các giá đỡ kết cấu đảm nhận chuyển động cơ học và do đó đảm bảo độ ổn định của hệ thống trong quá trình vận hành.

Tuân thủ các Hiệp hội phân loại
Tiêu chí thiết kế biển bắt buộc
Bộ trao đổi PTFE cho các ứng dụng trên tàu phải đáp ứng các tiêu chuẩn của tổ chức phân cấp, có thể bao gồm:

Xác minh tính toàn vẹn cấu trúc (DNV, ABS, Đăng ký của Lloyd)

Phê duyệt phân tích độ rung và độ mỏi

Trình độ tải sốc

Yêu cầu về truy xuất nguồn gốc vật liệu

Tiêu chuẩn hàn và chế tạo

Những yêu cầu này quy định rằng thiết bị có thể chịu đựng được thời gian hoạt động của tàu trong các điều kiện môi trường cụ thể.

Bản tóm tắt
Một bộ trao đổi nhiệt PTFE trên tàu dành cho việc nghiêng và lăn trong điều kiện khắc nghiệt về cơ bản là một máy nhiệt bền, được gắn theo chiều dọc, được giằng bên trong. Tải trọng mỏi đa trục-liên tục được quản lý bằng cấu trúc ống chữ U-, các giá đỡ ống cách đều nhau, hệ thống vách ngăn được gia cố và khung lắp được chế tạo kỹ lưỡng.

Kỹ thuật thiết kế cuộn chuyển động trên boong tàu của bộ trao đổi nhiệt PTFE chuyển đổi bộ trao đổi nhiệt thành một hệ thống kết cấu duy nhất có thể xử lý chuyển động liên tục, tải trọng va đập không thường xuyên và-sự mài mòn do rung động lâu dài của môi trường hàng hải.