定常運動で動作する熱交換器
船舶に設置された熱交換器は決して停止することがありません。船は波の荷重や海況の変化に反応するため、ローリング、ピッチング、ヨーイング、うねりが継続的に発生します。これらの動きにより、設置されているすべての機器に永続的な多方向疲労環境が課せられ、すべての内部コンポーネントが長時間の動的ストレス テストの一部となります。-
標準的な軽く支持された水平管束は、このような条件下では、繰り返しのたたき、振動、サポートのフレッチングにより急速に劣化します。したがって、海洋サービス向けの PTFE 交換器は、内部コンポーネントが拘束され、単一の剛性の機械ユニットとして外部に取り付けられた、構造的に統合されたシステムとして設計する必要があります。
適切に設計されたPTFE交換器の船上ピッチングローリング設計すべてのチューブと支持構造が継続的な嵐のような荷重に耐えられるように固定されている、船の中の船のように扱う必要があります。{0}}
熱交換器は、海洋の動きによる一定のスローモーション地震に耐えられるよう、船体のように内部で補強された固体の自己完結型ブロックでなければなりません。-
船舶の運動に特別な設計哲学が必要な理由
多軸動的荷重環境
陸上の設備とは異なり、海洋システムは次のような複雑な動作パターンの影響を受けます。{0}
連続ロール（左右の回転）
ピッチ（前後回転）
ヒーブ（縦翻訳）
ヨー（水平回転）
荒波時の突然の衝突現象
これらの動きは、横揺れ周期と角加速度を支配するメタセントリック高さを含む船舶の安定性特性の影響を受けます。ロール角が大きいと、機器の筐体内に大きな慣性力が発生する可能性があります。
専用の設計を適用しないと、内部交換器コンポーネントで次のような問題が発生する可能性があります。
管の振動とフレッティング
バッフル疲労亀裂
タイロッドの緩み
サポートプレートの変形
隣接するチューブ間の衝撃荷重
推奨設計としての垂直 U- チューブ構成
重力-運動中の安定性を支援
船上用途では、垂直熱交換器の向きが強く推奨されます。この構成では、上向きの流体の流れによりシェルが完全に浸水した状態に保たれ、同時に重力が船の運動中の内部流体分布の安定化に役立ちます。
垂直方向の利点は次のとおりです。
横方向のスロッシング効果の低減
位相安定性の向上
蒸気ポケット形成のリスクの低減
傾斜条件下でのより均一な熱分布
U-チューブバンドルによりチューブシートの固定応力を排除
AU- チューブ バンドルは通常、次のことが可能であるため海上サービスに選択されます。
チューブの独立した熱膨張
固定管板の応力集中の解消
熱疲労負荷の軽減
構造的な動きに対する耐性の向上
U ベンド セクションの浮動性により機械的コンプライアンスが提供され、熱サイクルと機械サイクルが組み合わされた場合に有益です。{0}
船の動きに対する内部構造の補強
密集したチューブサポートが振動による損傷を防止
船上の動きにより、激しい横揺れ状態でのチューブ間の相互作用のリスクが大幅に増加します。{0}{1}これを軽減するには、地上の熱交換器と比較して管支持プレートの間隔を狭くして設計する必要があります。-
主な設計効果は次のとおりです。
サポートされていないチューブのスパンを削減
チューブ振動の固有振動数の増加
ロールイベント中の低振幅振動
過渡負荷時のチューブのスラップ防止
狭い間隔で配置されたサポートにより、チューブは独立した柔軟な要素ではなく、拘束された束として動作します。
堅牢なバッフルとタイロッドシステム
バッフルとタイロッドは、船舶の周期的な動きの下で高い疲労耐性が得られるように設計する必要があります。
設計要件には次のものが含まれます。
バッフルの構造的厚さの増加
ロックされたタイロッドアセンブリ
緩み防止ロック機構-
強化された溶接と取り付けポイント
耐振動性-ファスナーの選択
DNV、ABS、ロイド レジスターなどの船級協会は船舶用機器の完全性に対して厳しい要件を課しているため、微小な動きによるファスナーの緩みは、機械的ロックや安全ワイヤー システムによって防止する必要があります。{0}}
耐震性-海上サービス向けの同等の取り付け
継続的な地震荷重としての船舶の運動
船上機器の取り付けは、陸上構造物の耐震設計と同様に扱われることがよくあります。ロール加速と衝突荷重の組み合わせにより、支持構造を通して伝達する必要がある同等の慣性力が生成されます。
取り付け設計の考慮事項は次のとおりです。
ピークロールおよびピッチ角荷重
動的加速度増幅
船舶の耐用年数にわたる疲労荷重
波の衝撃時の衝撃荷重
頑丈なベースフレーム構造-
熱交換器全体は、船舶構造に荷重を分散するように設計された剛性の船級サポート フレームに取り付ける必要があります。{0}
一般的な機能には次のようなものがあります。
ガセット-強化構造部材
溶接鋼製ベースフレーム
防振取り付けパッド-
荷重分散基礎プレート-
船体フレームとの構造的な結合点-
目的は、局所的な応力集中を防ぎ、船舶の構造グリッドへのスムーズな荷重伝達を確保することです。
海洋運用における疲労寿命の考慮事項
継続的な動作により長期的な疲労負荷が促進される-
瞬間的な力が許容範囲内にとどまっている場合でも、数千時間にわたる連続的な繰り返し荷重により、以下の箇所に疲労損傷が生じる可能性があります。
チューブサポート
溶接継手
ブラケット接続
タイロッドアセンブリ
取り付けインターフェース
疲労寿命解析は、特に過酷な海況で運航する船舶の設計プロセスの中核部分となります。
共振回避の重要性
内部構造の固有振動数は、船舶の運動によって生成される主要な励振周波数から慎重に分離する必要があります。共振状態は小さな動きを増幅させて有害な振動を引き起こす可能性があります。
設計戦略には次のものが含まれます。
構造剛性の向上
サポートされていないスパンの削減
ダンピングインターフェイスの追加
質量分布の最適化
PTFE システムの材料とポリマーに関する考慮事項
PTFE の柔軟性が海洋の動きをサポート
PTFE チューブ材料は、次のような理由により船上環境において固有の利点をもたらします。
高い耐薬品性
繰返し荷重下での柔軟性
海洋大気中での耐腐食性
低い表面エネルギーで汚れのリスクを軽減
ただし、PTFE は動的荷重下での過度の動きを防ぐために機械的拘束を依然として必要とします。
熱的および機械的結合の影響
熱膨張と船の動きの組み合わせにより、複雑な荷重条件が発生します。 U- チューブの柔軟性は熱膨張に対応するのに役立ち、構造サポートが機械的動きを管理することで、動作条件全体にわたってシステムの安定性を維持できます。
船級協会のコンプライアンス
必須の海洋設計基準
船上 PTFE 交換器は、次のような船級協会の要件に準拠する必要があります。
構造完全性検証 (DNV、ABS、ロイド レジスター)
振動および疲労解析の承認
衝撃荷重認定
材料のトレーサビリティ要件
溶接および製造の基準
これらの規制により、定められた環境条件下で機器が船舶の運用寿命の間存続できることが保証されます。
結論
激しいピッチングとローリング向けに設計された船上 PTFE 熱交換器は、基本的には頑丈で、垂直方向に配置され、内部に補強された熱機械です。 U- チューブ構成、密に配置されたチューブ サポート、強化されたバッフル システム、および高度に設計された取り付けフレームの使用により、連続的な多軸疲労荷重下でも確実に耐えられます。-
のPTFE交換器の船上ピッチングローリング設計このアプローチにより、熱交換器は、海洋環境に特有の一定の動き、時折の衝撃的な負荷、長期の振動疲労に耐えることができる統合された構造システムに変換されます。{0}}
船上で最も信頼できる設備は、最終的には海に抵抗するのではなく、海とともに安全に移動できるように設計されたものです。
