Hvordan designe en PTFE-veksler for en applikasjon ombord med alvorlige pitching og rullering?

En varmeveksler for kontinuerlig drift
En varmeveksler på et skip er aldri stasjonær. Fartøyet ruller, pitcher, girer og hiver hele tiden mens det reagerer på bølgebelastning og varierende havtilstander. Disse bevegelsene plasserer alt installert utstyr i et konstant-utmattelsesmiljø i flere retninger, og hvert utstyrsstykke blir en dynamisk-langvarig stresstest.

En normal lett støttet horisontal rørbunt ville raskt bli skadet under slike forhold ved gjentatte slag, vibrasjoner og støttefretting. Derfor må en PTFE-veksler som er egnet for marin drift, utformes som et strukturelt integrert system med interne komponenter begrenset og eksterne deler installert som en enkelt stiv mekanisk enhet.

En riktig utformet PTFE-veksler ombord rullende innretning må betraktes som et skip inne i et skip. Hvert rør og hver støttestruktur må beskyttes for kontinuerlig stormbelastning.

Veksleren må være en sterk, selvstendig- blokk, avstivet på innsiden som skroget på et skip, for å motstå det uopphørlige sakte-jordskjelvet i havbevegelser.

Hvorfor en spesiell designfilosofi er nødvendig for bevegelse ombord
Multi-aksiale dynamiske belastningsbetingelser
I motsetning til landbaserte-installasjoner, utsettes marine systemer for kompliserte bevegelsesmønstre, inkludert:

Rull (rotasjon fra side-til-side)

Rull (lateral rotasjon)

Vertikal oversettelse (heave)

Yaw (rotasjon om en horisontal akse)

Plutselige smellhendelser i kraftige bølger

Disse bevegelsene styres av fartøyets stabilitetsparametre (f.eks. metasentrisk høyde). Disse bestemmer rulleperioden og vinkelakselerasjonen. Store rullevinkler kan generere store treghetskrefter inne i utstyrets kabinetter.

Komponenter av interne vekslere uten spesifikk designendring kan være underlagt:

Frettings og rørvibrasjoner

tretthetssprekker av baffel

Løse trekkstangender

Bøyning av støtteplate

Slagbelastning av nærliggende rør

Foretrukket design er vertikal U-rørkonfigurasjon
Stabilitet Gravity-Assistert bevegelse
En vertikal orientering er spesielt ønsket for bruk om bord. I dette arrangementet garanterer strømmen av væske oppover at skallet alltid er fullstendig oversvømmet, og effekten av tyngdekraften vil bidra til å stabilisere distribusjonen av væske inne i fartøyet under fartøyets bevegelse.

Fordeler med vertikal orientering inkluderer:

Reduksjon av sideslagseffekter

Forbedret fasestabilitet

Redusert risiko for dannelse av damplomme

Mer konsistent varmespredning under vippeforhold

U-Rørbunt fjerner fast rørplatespenning
I marine tjenester er det vanlig å velge en U-rørbunt siden den tillater:

Uavhengig termisk utvidelse av rør

Fjerning av fast rørplatespenningskonsentrasjon

reduserte termiske utmattelsesbelastninger

Bedre toleranse for strukturelle bevegelser

Den mekaniske ettergivenheten til det flytende U-bendsegmentet er fordelaktig under kombinert varme og mekanisk sykling.

Innvendig forsterkning mot skipsbevegelse
Tett avstand mellom rørstøttene forhindrer vibrasjonsskader.
Under sterke rulleomstendigheter øker bevegelsen til skipet betraktelig sannsynligheten for rør-til-rørinteraksjon. For å kompensere for dette må rørstøtteplatene plasseres nærmere enn i landbaserte vekslere.

Viktige designeffekter er:

Mindre røravstand uten støtte

Rørvibrasjonens naturlige frekvens økte

Oscillasjonsrulleforekomster med lavere amplitude

Forbigående belastning: forebygging av slangeslag

Støttene er nær nok til at rørene fungerer som en avgrenset bunt i stedet for som uavhengige fleksible deler.

Solide baffel- og trekkstangsystemer
Baffler og strekkstenger må være utformet for å ha sterk motstand mot utmatting fra sykliske skipsbevegelser.

Designkrav:

Forbedret strukturell tykkelse på ledeplater

Låsende trekkstangsett

Låseanordninger mot å løsne

Forsterket sveis og festepunkt

Utvalg av vibrasjonsbestandige festemidler

Marint utstyr må være av høy integritet og klassifikasjonsselskaper som DNV, ABS og Lloyd's Register setter strenge kriterier. Mikro-bevegelse kan føre til at festemidler løsner, og mekaniske låse- eller sikkerhetswiresystemer må brukes for å unngå dette.

Ekvivalent seismisk montering for Marine Service
Kontinuerlig seismisk belastning av skipsbevegelser
Montering av skipsutstyr anses ofte på en måte som kan sammenlignes med den seismiske utformingen av terrestriske strukturer. Rulleakselerasjonen og smellelastene er like treghetskrefter som må overføres via bærekonstruksjonen.

Økende designhensyn inkluderer:

Toppbelastninger på rulle- og stigningsvinkler

Dynamisk akselerasjonsforbedring

Tretthetsbelastning i løpet av et skips levetid

Sjokkbelastning på grunn av bølgepåvirkning

Heavy Duty Base Frame Construction
Den komplette veksleren skal installeres på en stiv, skips-klassifisert støtteramme, designet for fordeling av laster inn i fartøyets struktur.

Vanlige kjennetegn er:

Gusset-forsterkede strukturelle elementer

Rammer, stål, sveisede underlag

Anti-monteringsputer.

Lastfordelende bunnplater

Strukturelt bindepunkt-peker mot skrogrammene

Målet er å forhindre lokale spenningskonsentrasjoner og å gi en jevn overføring av last inn i det strukturelle gitteret til fartøyet.

Marine Operation Life Fatigue
Langvarig-tretthetsbelastning i kontinuerlig bevegelse
Selv om øyeblikkelige krefter er innenfor akseptable grenser, kan syklisk belastning over tusenvis av timer forårsake tretthetsskader:

Rørstøtter

Sveisede skjøter

Brakett koblinger

Stag-sammenstillinger

Montering av grensesnitt

Utmattelseslevetidsanalyse er i ferd med å bli et sentralt aspekt av designprosessen, spesielt for fartøyer som opererer i ekstreme havtilstander.

Resonans: hvorfor det er viktig å unngå
De iboende frekvensene til interne strukturer bør være godt atskilt fra de viktigste spennende frekvensene for skipsbevegelse. Resonansforhold kan ta mindre bevegelser og forsterke dem til destruktive svingninger.

Designstrategier er:

Økt stivhet i strukturen

Perioder ikke redusert

Tillegg av dempende grensesnitt

Optimalisering av massedistribusjon

Material- og polymerutvalg for PTFE-systemer
PTFE-fleksibilitet hjelper marin bevegelse
PTFE-rørmaterialer har en innebygd-fordel i maritime omgivelser ved at de er:

• Utmerket kjemikaliebestandighet

Fleksibilitet under sykliske belastninger

Motstand mot marin atmosfærisk korrosjon

Lav overflateenergi reduserer risikoen for begroing

PTFE trenger fortsatt mekanisk begrensning for å unngå overdreven bevegelse under dynamiske belastninger.

Termisk-mekanisk koblingseffekt
Kombinasjonen av varmeekspansjon og skipsbevegelse resulterer i komplekse belastningsforhold. U--fleksibiliteten tillater termisk ekspansjon, og de strukturelle støttene tar seg av mekanisk bevegelse, og dermed systemets stabilitet under drift.

Overholdelse av klassifikasjonsselskaper
Nødvendige marine designkriterier
PTFE-vekslere for bruk om bord må tilfredsstille standardene til klassifiseringsselskapet som kan omfatte:

Verifisering av strukturell integritet (DNV, ABS, Lloyd's Register)

Godkjenning av vibrasjons- og utmattelsesanalyse

Støtbelastningskvalifisering

Krav til materialsporbarhet

Sveise- og fabrikasjonsstandarder

Disse kravene spesifiserer at utstyr kan tåle fartøyets operative levetid under spesifiserte miljøforhold.

Sammendrag
En PTFE-veksler ombord for kraftig stigning og rulling er i utgangspunktet en tøff, vertikalt montert, internt avstivet termisk maskin. Kontinuerlig multi-aksial utmattingsbelastning styres av en U--rørstruktur, tettliggende rørstøtter, forsterkede baffelsystemer og en grundig konstruert monteringsramme.

Teknikken for PTFE-veksler ombord med rullende design ombord konverterer veksleren til et enkelt strukturelt system som kan håndtere den kontinuerlige bevegelsen, sporadiske smellebelastningene og langvarig-vibrasjonsslitasje i det maritime miljøet.