Πώς να σχεδιάσετε έναν εναλλάκτη PTFE για μια εφαρμογή πλοίου με έντονο Pitching και Rolling;

Εναλλάκτης θερμότητας για συνεχή λειτουργία
Ένας εναλλάκτης θερμότητας σε ένα πλοίο δεν είναι ποτέ ακίνητος. Το σκάφος κυλά συνεχώς, σκάει, χασμουριέται και ανεβαίνει καθώς ανταποκρίνεται στο φορτίο κυμάτων και στις ποικίλες θαλάσσιες καταστάσεις. Αυτές οι κινήσεις τοποθετούν όλο τον εγκατεστημένο εξοπλισμό σε ένα σταθερό και πολλαπλών{2}}περιβάλλον κόπωσης και κάθε εξάρτημα εντός του εξοπλισμού γίνεται ένα δυναμικό τεστ μεγάλης διάρκειας-.

Μια κανονική ελαφρά υποστηριζόμενη οριζόντια δέσμη σωλήνων θα καταστραφεί γρήγορα κάτω από τέτοιες συνθήκες από επαναλαμβανόμενα χτυπήματα, κραδασμούς και στήριγμα. Επομένως, ένας εναλλάκτης PTFE κατάλληλος για θαλάσσια λειτουργία πρέπει να σχεδιαστεί ως ένα δομικά ολοκληρωμένο σύστημα με τα εσωτερικά εξαρτήματά του περιορισμένα και τα εξωτερικά του μέρη εγκατεστημένα ως μια ενιαία άκαμπτη μηχανική μονάδα.

Μια σωστά σχεδιασμένη συσκευή κύλισης στο πλοίο εναλλάκτη PTFE πρέπει να θεωρείται πλοίο μέσα σε πλοίο. Κάθε σωλήνας και κάθε δομή στήριξης πρέπει να προστατεύονται για συνεχή φόρτιση τύπου καταιγίδας.

Ο εναλλάκτης πρέπει να είναι ένα ισχυρό, αυτοτελές μπλοκ, στερεωμένο στο εσωτερικό του σαν το κύτος ενός πλοίου, για να αντέχει τον αδιάκοπο σεισμό- αργής κίνησης της ωκεάνιας κίνησης.

Γιατί μια ειδική σχεδιαστική φιλοσοφία είναι απαραίτητη για την κίνηση στο πλοίο
Πολλαπλές-Αξονικές δυναμικές συνθήκες φόρτωσης
Σε αντίθεση με τις χερσαίες-εγκαταστάσεις, τα θαλάσσια συστήματα υπόκεινται σε περίπλοκα μοτίβα κίνησης, όπως:

Ρολό (περιστροφή-από την πλευρά σε-πλευρά)

Ρολό (πλευρική περιστροφή)

Κάθετη μετάφραση (heave)

Εκτροπή (περιστροφή γύρω από οριζόντιο άξονα)

Ξαφνικά κρούσματα σε βαριά κύματα

Οι κινήσεις αυτές ελέγχονται από τις παραμέτρους ευστάθειας του σκάφους (π.χ. μετακεντρικό ύψος). Αυτά καθορίζουν την περίοδο κύλισης και τη γωνιακή επιτάχυνση. Οι μεγάλες γωνίες κυλίνδρων μπορούν να δημιουργήσουν μεγάλες αδρανειακές δυνάμεις εντός των περιβλημάτων του εξοπλισμού.

Τα εξαρτήματα εσωτερικών εναλλάκτη χωρίς ειδική τροποποίηση σχεδιασμού ενδέχεται να υπόκεινται σε:

Ταρακώματα και δόνηση σωλήνα

κόπωση ράγισμα του διαφράγματος

Χαλαρά άκρα δεσίματος

Κάμψη της πλάκας στήριξης

Κρουστική φόρτιση γειτονικών σωλήνων

Η προτιμώμενη σχεδίαση είναι η κατακόρυφη διαμόρφωση σωλήνα U-
Σταθερότητα Βαρύτητα-Υποβοηθούμενη κίνηση
Ένας κατακόρυφος προσανατολισμός είναι ιδιαίτερα επιθυμητός για εφαρμογές στο πλοίο. Σε αυτή τη διάταξη, η ροή του ρευστού προς τα πάνω εγγυάται ότι το κέλυφος είναι πάντα πλήρως πλημμυρισμένο και η επίδραση της βαρύτητας θα βοηθήσει στη σταθεροποίηση της κατανομής του ρευστού μέσα στο δοχείο κατά την κίνηση του σκάφους.

Τα πλεονεκτήματα του κατακόρυφου προσανατολισμού περιλαμβάνουν:

Μείωση των πλευρικών φαινομένων ολίσθησης

Βελτιωμένη σταθερότητα φάσης

Μειωμένος κίνδυνος δημιουργίας θύλακα ατμού

Πιο συνεπής διασπορά θερμότητας υπό συνθήκες κλίσης

Το U-Tube Bundle αφαιρεί το σταθερό στρες του Tubesheet
Στη θαλάσσια υπηρεσία, είναι σύνηθες να επιλέγετε μια δέσμη σωλήνων U-, καθώς επιτρέπει:

Ανεξάρτητη θερμική διαστολή σωλήνων

Αφαίρεση σταθερής συγκέντρωσης στρες σε φύλλο σωλήνα

μειωμένα φορτία θερμικής κόπωσης

Καλύτερη ανοχή στη δομική κίνηση

Η μηχανική συμμόρφωση του αιωρούμενου τμήματος κάμψης U- είναι πλεονεκτική κατά τη διάρκεια συνδυασμένης θερμότητας και μηχανικού κύκλου.

Εσωτερική ενίσχυση κατά της κίνησης του πλοίου
Η στενή απόσταση των στηρίξεων σωλήνων αποτρέπει τη ζημιά από κραδασμούς.
Υπό ισχυρές συνθήκες κύλισης, η κίνηση του πλοίου αυξάνει σημαντικά την πιθανότητα αλληλεπίδρασης σωλήνα-σε-σωλήνα. Για να αντισταθμιστεί αυτό, οι πλάκες στήριξης σωλήνων πρέπει να βρίσκονται πιο κοντά σε σχέση με τους εναλλάκτες ξηράς.

Σημαντικά σχεδιαστικά εφέ είναι:

Μικρότερη απόσταση σωλήνων χωρίς υποστήριξη

Η φυσική συχνότητα δόνησης σωλήνα αυξήθηκε

Εμφανίσεις κυλίνδρων ταλάντωσης χαμηλότερου πλάτους

Παροδική φόρτιση: αποτροπή χτυπήματος του σωλήνα

Τα στηρίγματα είναι αρκετά κοντά ώστε οι σωλήνες να λειτουργούν ως περιορισμένη δέσμη και όχι ως ανεξάρτητα εύκαμπτα μέρη.

Συστήματα στιβαρών διαφράξεων και κρίκων
Τα διαφράγματα και οι ράβδοι σύνδεσης πρέπει να είναι σχεδιασμένα ώστε να έχουν ισχυρή αντίσταση στην κόπωση από την κυκλική κίνηση του πλοίου.

Απαιτήσεις σχεδιασμού:

Ενισχυμένο δομικό πάχος διαφραγμάτων

Σετ ράβδους κλειδώματος

Συσκευές κλειδώματος κατά της χαλάρωσης

Ενισχυμένο σημείο συγκόλλησης και στερέωσης

Επιλογή αντικραδασμικών συνδετήρων

Ο εξοπλισμός πλοίων πρέπει να είναι υψηλής ακεραιότητας και οι νηογνώμονες όπως οι DNV, ABS και Lloyd's Register θέτουν αυστηρά κριτήρια. Η μικρο-κίνηση μπορεί να προκαλέσει χαλάρωση των συνδετήρων και για να αποφευχθεί αυτό πρέπει να χρησιμοποιηθούν μηχανικά συστήματα ασφάλισης ή σύρματος ασφαλείας.

Ισοδύναμη σεισμική τοποθέτηση για ναυτική υπηρεσία
Συνεχές Σεισμικό Φορτίο Κινήσεων Πλοίων
Η τοποθέτηση του εξοπλισμού στο πλοίο θεωρείται συχνά με τρόπο συγκρίσιμο με τον σεισμικό σχεδιασμό των επίγειων κατασκευών. Τα φορτία επιτάχυνσης και κρούσης του κυλίνδρου είναι ίσες δυνάμεις αδράνειας που πρέπει να μεταδοθούν μέσω της δομής στήριξης.

Οι αυξανόμενες εκτιμήσεις σχεδιασμού περιλαμβάνουν:

Μέγιστα φορτία σε γωνίες κύλισης και βήματος

Βελτίωση δυναμικής επιτάχυνσης

Φόρτωση κόπωσης κατά τη διάρκεια ζωής ενός πλοίου

Φόρτιση κραδασμών λόγω κρούσης κυμάτων

Κατασκευή πλαισίου βάσης βαρέως τύπου
Ο πλήρης εναλλάκτης θα εγκατασταθεί σε ένα άκαμπτο,-πλαίσιο στήριξης κλάσης πλοίου, σχεδιασμένο για την κατανομή των φορτίων στη δομή του σκάφους.

Κοινά χαρακτηριστικά είναι:

Ενισχυμένα δομικά στοιχεία-

Κουφώματα, ατσάλι, συγκολλημένες βάσεις

Αντικραδασμικά επιθέματα στήριξης.

Πλάκες βάσης διανομής φορτίου

Δομική σύνδεση-σε σημεία στο πλαίσιο της γάστρας

Ο στόχος είναι να αποτραπούν οι τοπικές συγκεντρώσεις καταπόνησης και να παρέχεται ομοιόμορφη μεταφορά του φορτίου στο δομικό πλέγμα του σκάφους.

Marine Operation Life Fatigue
Μακροπρόθεσμη-φόρτωση κόπωσης σε συνεχή κίνηση
Ακόμα κι αν οι στιγμιαίες δυνάμεις είναι εντός αποδεκτών ορίων, η κυκλική φόρτιση για χιλιάδες ώρες μπορεί να προκαλέσει ζημιά από κόπωση:

Στηρίγματα σωλήνων

Συγκολλημένες αρθρώσεις

Υποδοχές βραχίονα

Συγκροτήματα ραβδώσεων-

Τοποθέτηση διεπαφών

Η ανάλυση της ζωής της κόπωσης γίνεται μια βασική πτυχή της διαδικασίας σχεδιασμού, ιδίως για τα πλοία που λειτουργούν σε ακραίες θαλάσσιες καταστάσεις.

Αντήχηση: Γιατί είναι σημαντικό να αποφεύγεται
Οι εγγενείς συχνότητες των εσωτερικών δομών θα πρέπει να είναι καλά διαχωρισμένες από τις κύριες συναρπαστικές συχνότητες κίνησης του πλοίου. Οι συνθήκες συντονισμού μπορεί να κάνουν μικρές κινήσεις και να τις ενισχύουν σε καταστροφικές ταλαντώσεις.

Οι στρατηγικές σχεδιασμού είναι:

Αυξημένη ακαμψία στη δομή

Οι περίοδοι δεν μειώνονται

Προσθήκη διεπαφών απόσβεσης

Βελτιστοποίηση μαζικής διανομής

Επιλογή Υλικών & Πολυμερών για Συστήματα PTFE
Το PTFE Flexibility βοηθά στη θαλάσσια κίνηση
Τα υλικά σωλήνων PTFE έχουν ένα ενσωματωμένο-πλεονέκτημα στις ναυτιλιακές ρυθμίσεις, καθώς είναι:

• Εξαιρετική χημική αντοχή

Ευελιξία κάτω από κυκλικά φορτία

Αντοχή στη θαλάσσια ατμοσφαιρική διάβρωση

Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια μειώνει τους κινδύνους ρύπανσης

Ωστόσο, το PTFE χρειάζεται μηχανικούς περιορισμούς για να αποφευχθεί η υπερβολική κίνηση υπό δυναμικά φορτία.

Θερμικό-φαινόμενο μηχανικής σύζευξης
Ο συνδυασμός θερμικής διαστολής και κίνησης του πλοίου έχει ως αποτέλεσμα περίπλοκες συνθήκες φόρτωσης. Η ευελιξία του σωλήνα U- επιτρέπει τη θερμική διαστολή και τα δομικά στηρίγματα φροντίζουν για τη μηχανική κίνηση, και ως εκ τούτου τη σταθερότητα του συστήματος κατά τη λειτουργία.

Συμμόρφωση με τους Νηογνώμονες
Απαιτούμενα Κριτήρια Ναυτικού Σχεδιασμού
Οι εναλλάκτες PTFE για εφαρμογές στο πλοίο πρέπει να πληρούν τα πρότυπα του νηογνώμονα που μπορεί να περιλαμβάνουν:

Επαλήθευση δομικής ακεραιότητας (DNV, ABS, Lloyd's Register)

Έγκριση ανάλυσης κραδασμών και κόπωσης

Προσόντα κρουστικού φορτίου

Απαιτήσεις για ιχνηλασιμότητα υλικού

Πρότυπα συγκόλλησης και κατασκευής

Αυτές οι απαιτήσεις προσδιορίζουν ότι ο εξοπλισμός μπορεί να αντέξει τη διάρκεια ζωής του σκάφους σε συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Περίληψη
Ένας εναλλάκτης PTFE πλοίου για σοβαρή ρίψη και κύλιση είναι βασικά μια σκληρή, κάθετα τοποθετημένη, εσωτερικά ενισχυμένη θερμική μηχανή. Η συνεχής πολυ-φόρτωση κούρασης πραγματοποιείται από μια δομή U-σωλήνας, στενά τοποθετημένα στηρίγματα σωλήνων, ενισχυμένα συστήματα διαφράγματος και ένα καλά κατασκευασμένο πλαίσιο στερέωσης.

Η τεχνική σχεδίασης κύλισης στο πλοίο εναλλάκτης PTFE μετατρέπει τον εναλλάκτη σε ένα ενιαίο δομικό σύστημα που μπορεί να χειριστεί τη συνεχή κίνηση, τα περιστασιακά φορτία κρούσης και τη μακροπρόθεσμη δονητική φθορά του θαλάσσιου περιβάλλοντος.