Titāna caurules sildītājam, kas uzstādīts tunzivju zvejas kuģa ēsmas tvertnē (jūras ūdens, 15 grādi līdz 40 grādu termiskie cikli, viļņu-izraisīta vibrācija), kāds sienas biezums iztur viļņu-vibrācijas un sāls plaisu korozijas kombinēto darbību?

Pamatkompromisi titāna sildītāju dizainā jūras ēsmas tvertnēm
Dažas no visgrūtākajām vietām iegremdējamā sildītāja darbībai ir uz tunzivju zvejas kuģiem. Ēsmas tvertne ir piepildīta ar cirkulējošu jūras ūdeni, lai dzīvās ēsmas zivis būtu veselas, un tā ir jāuzsilda no 15 grādiem (apkārtējā jūras ūdens) līdz 40 grādiem, lai paātrinātu ēsmas metabolismu pirms -makšķerēšanas. Viļņu radītā vibrācija (2-10 Hz, paātrinājums līdz 1,5 g) Korpusa liece Dzinēja darbība . Kuģis nepārtraukti vibrē. Titāna cauruļu sildītājam jāspēj izturēt divus atteices mehānismus: mehānisku nogurumu no vibrācijas un spraugas koroziju pie atbalsta kronšteiniem un montāžas atlokiem, kur sakrājas jūras ūdens. Sienas biezums ietekmē šos divus mehānismus pretējos virzienos. Sienas biezuma palielināšana palielina sekcijas moduli un palielina izturību pret vibrācijas nogurumu un samazina mainīgo spriegumu noteiktai novirzei. Tomēr biezāka siena kļūst karstāka ar tādu pašu jaudas blīvumu, kas paātrina spraugas korozijas kinētiku skarbajā jūras vidē. Turklāt biezākas sienas parasti nozīmē stingrākus atstarpes pie atbalsta kronšteiniem, kas faktiski var pasliktināt spraugas apstākļus, samazinot skābekļa difūziju. Sienas biezums, kas izvēlēts tunzivju kuģa ēsmas tvertnei, ir kompromiss starp šiem efektiem un vēlamo kalpošanas laiku no 5 līdz 7 gadiem starp sausā doka apkopes periodiem.

Mehāniskā integritāte zem cikliskas slodzes no vibrācijas noguruma un viļņiem
Tunzivju zvejas kuģa ēsmas tvertnes viļņu -inducētais vibrācijas spektrs uzrāda zemas frekvences, augstas amplitūdas svārstības ar maksimālo pārvietojumu 2–5 mm sildītāja galā, ja tas ir uzstādīts kā konsoles. 2. klases titāna caurulei ar ārējo diametru D, sienas biezumu t un garumu L bez atbalsta maksimālais alternatīvais lieces spriegums pie fiksētā balsta ir σ alt=E Dδ 2 L2, kur δ ir gala novirze un E ir elastības modulis (105 GPa). Sienas biezuma palielināšana nesamazina σ alt, jo novirzi δ nosaka kuģa kustība, nevis sildītāja stingums. Tomēr ciklu skaits, kas atļauts līdz noguruma atteicei (S-N līkne 2. pakāpes titānam sālsūdenī), palielinās, samazinoties mainīgajam spriegumam. Spriegums nav atkarīgs no sienas biezuma. Kas mainās, ir vidējais spriegums: biezākai sienai ir lielāka paliekošā lieces stingrība, līdz ar to tā pieliek lielāku vidējo spiedes spriegumu lieces spiedes pusē. Vidējais spriegums (statiskās montāžas nobīdes dēļ) tiek mērogots ar sienas biezumu noteiktai novirzes amplitūdai. Eksperimentālie noguruma dati par 25 mm OD titāna caurulēm, kas pakļautas simulētai viļņu -inducētai cikliskumam (3 Hz, ±3 mm novirze), liecina, ka 1,0 mm siena sabojājas balsta kronšteina spraugā pēc 8 × 10⁶ cikliem (aptuveni 5 mm nepārtraukta asinsvada darbība), kur siena iztur 3 mm. 10⁶ cikli (vairāk nekā 12 mēnešus). Lielāks vidējais spriegums biezākā sienā faktiski samazina mainīgo sprieguma amplitūdu, jo caurule ir izturīgāka pret lieci, samazinot maksimālo stiepes deformāciju. Galīgo elementu pētījumi liecina, ka 1,5 mm sienai ir par 35% mazāka maksimālā mainīgā deformācija nekā 1,0 mm sienai ar tādu pašu novirzi, kā rezultātā aptuveni 5 reizes uzlabojas noguruma kalpošanas laiks.

Siltuma veiktspējas ietekme: biezākas sienas paātrina spraugas koroziju
Plaisu korozija pie atbalsta kronšteina saskarnes jūras ūdens ēsmas tvertnē (19 000 ppm hlorīds, 15–40 grādu termiskie cikli, aerēts) ir atkarīga no temperatūras un skābekļa pieejamības. Tipiskai 0,2 mm spraugai 2. pakāpes titāna kritiskā spraugas temperatūra (CCT) dabiskajā jūras ūdenī ir aptuveni 80 grādi. Zem šīs temperatūras sākas spraugas korozija. Tomēr titāna apvalka virsmas temperatūra nav 40 grādi visā 40 grādu sildīšanas ciklā. Ja vidējais jaudas blīvums ir 2,0 W/cm2, sienas elektriskās pretestības dēļ ārējā virsma ir par 5-10 grādi virs ūdens temperatūras. 1,0 mm sienai virsmas temperatūra 40 grādos ir aptuveni par 47 grādiem - ievērojami zemāka par CCT. 2,0 mm sienai virsmas temperatūra ir aptuveni 55 grādi, tomēr mazāka par 80 grādiem. Kas izraisa spraugas koroziju? Tā kā sildīšanas cikla laikā plaisas ietekā iztvaikojot, hlorīdi tiek koncentrēti un lokālais pH pazeminās. Iniciācijas spraugas temperatūra nav tilpuma temperatūra, bet gan lokālā temperatūra spraugas galā, kas ir par 15–20 grādiem augstāka nekā ārējā virsma, jo pretestības stieple karsē džoulus un spraugas iekšpusē ir slikta konvektīvā dzesēšana. 2,0 mm sienai iekšējās sienas temperatūra (saskaroties ar MgO izolāciju) ir aptuveni 70 grādi, un siltums, kas pārnests uz atbalsta kronšteinu, var paaugstināt spraugas galu līdz 65-75 grādiem — bīstami CCT tuvumā. Plānāka siena (1,0 mm) noved pie zemākas iekšējās sienas temperatūras zem 60 grādiem, kas ļauj spraugas galu turēt zem 70 grādu sliekšņa spraugas korozijas ierosināšanai. Lauka dati no tunzivju kuģu ēsmas tvertnēm liecina, ka 1,0 mm titāna sildītājiem pēc 4–5 gadiem izveidojas spraugas korozija pie atbalsta kronšteiniem, bet 1,8 mm sildītājiem jau pēc 18 mēnešiem. Tas ir saistīts ar karstāku iekšējo sienu, kas katrā apkures ciklā palielina spraugas temperatūru virs CCT.

Izmaiņas sintēze{0}}: sienas biezuma izvēle kombinētām slodzēm
Zemāk esošajā matricā ir parādīts ieteicamais titāna sienas biezums cauruļu sildītājam, kas ievietots tunzivju zvejas kuģa ēsmas tvertnē, pamatojoties uz vibrācijas smagumu un atbalsta kronšteinu konstrukciju. Vadlīnijas nodrošina kompromisu starp noguruma kalpošanas laiku un spraugas korozijas risku mērķa kalpošanas laikam 5 gadi.

Vibrācijas stiprums un kronšteinu dizains Sienas biezums (2. Ti pakāpe, 25 mm ārējais diametrs) Paredzamais noguruma kalpošanas laiks (viļņu izraisīti cikli) Paredzamais kodola inženierijas pamatojums Plaisas korozijas mūžs
Spēcīga vibrācija (1,5 g, 5 mm uzgaļa novirze, izturīgs konsoles stiprinājums)1,5 mm–1,6 mm 5–7 gadi (lielāks vai vienāds ar 30 × 10 6 cikliem) 3–4 gadi Biezāka siena izturībai pret nogurumu. Plaisas korozija ir sekundāra. Paplašiniet spraugu ar elastomēra blīvēm. Mainiet kronšteinus ik pēc 3 gadiem
Mērena vibrācija (0,8 g, 2 mm uzgaļa novirze, elastīgs stiprinājums ar gumijas starplikām) 1,2 mm – 1,3 mm 5 – 6 gadi 5 – 6 gadi Labi līdzsvarots dizains. Elastīgie stiprinājumi ierobežo vibrācijas pārnesi un ļauj plānāk sienām. Plašas spraugas PTFE kronšteini, lai samazinātu spraugas korozijas risku. Vislabāk piemērota lielākajai daļai tunzivju laivu.
Zema vibrācija (elektriskais piedziņas trauks, 0,3g, ar gumijas atdalīta tvertne)1,0 mm – 1,1 mm 5-7 gadi 6-8 gadi Plānā siena pazemina spraugas temperatūru. Izolācija nodrošina atbilstošu vibrācijas noguruma kalpošanas laiku. Vislabāk ilgam kalpošanas laikam ar nelielu apkopi.
Jebkurš vibrācijas līmenis, bet ar nepietiekami drenējošiem atbalsta kronšteiniem (horizontāla orientācija, ūdens uzkrāšanās spraugā) Jebkurš biezums (nav ieteicams bez pārbūves) < 2 gadi jebkuram biezumam Dominē spraugas dizains. Izveidojiet vertikālas vai rievas kronšteinus, kas pilnībā iztecēs. Ūdens ir stāvošs, tāpēc sienas biezumam nav nozīmes.
Inženierzinātnes ārpus sienas: kronšteinu dizains un vibrācijas izolācija
Tunzivju laivas ēsmas tvertnē labākais veids, kā pagarināt titāna sildītāja kalpošanas laiku, nav tikai sienas biezuma optimizēšana. Tie ir divi galvenie cēloņi, pārraidītā vibrācija un plaisu ģeometrija. Elastīgu stiprinājumu izmantošana sildītāja -augstas temperatūras silikona gumijas uzmavu vai atsperu izolatoru-samazināšanai pārvadītā uzgaļa novirzi samazina par 70 līdz 90 procentiem, efektīvi nodrošinot 1,0 mm sienai tādu noguruma kalpošanas laiku kā stingrai-montētai 1,8 mm sienai. Parastās U-skrūvju kronšteini tiek aizstāti ar atvērtiem, rievotiem PTFE balstiem, lai novērstu plaisu koroziju, pilnībā novēršot ūdens iesprūšanu. Caurule no apakšas tiek atbalstīta ar rievotu kronšteinu ar trim saskares punktiem, kas nodrošina 1–2 mm atstarpi ap lielāko apkārtmēru, lai skābeklis varētu piekļūt visām virsmām un novērstu hlorīda uzkrāšanos{14}}. Šajā konstrukcijā 1,2 mm siena nodrošina spraugas korozijas kalpošanas laiku, kas pārsniedz 8 gadus. Turklāt uzstādīšanas laikā pie atbalsta saskarnes tiek izmantots plāns (50 µm) silikona smērvielas slānis, lai novērstu jūras ūdens iekļūšanu plaisā pirmajos 12–18 mēnešos, tādējādi savienojot sākotnējo periodu, kurā pasīvā plēve ir visneaizsargātākā.

Secinājums: labākā mērena siena (1,2–1,3 mm) ar izolāciju un atvērtiem kronšteiniem
1,2–1,3 mm caurules sieniņu biezums (25 mm OD caurulei) ir optimālais līdzsvars starp izturību pret vibrācijas nogurumu un spraugas korozijas novēršanu titāna cauruļu sildītājam tunzivju zvejas kuģa ēsmas tvertnē, kas pakļauts jūras ūdenim, 15–40 grādu termiskai cikliskumam un viļņu vibrācijai, ja sildītājs ir uzstādīts ar elastīgiem PTFE balstiem. Biezākas sienas (lielākas vai vienādas ar 1,5 mm) palielina noguruma kalpošanas laiku, bet arī palielina spraugas koroziju no augstākas darba temperatūras, izraisot priekšlaicīgu balstu bojājumu. Sienas, kas ir plānākas (mazākas vai vienādas ar 1,0 mm), ir izturīgas pret plaisu koroziju, bet priekšlaicīgi lūzt no noguruma plaisāšanas, ko rada tipiska trauka vibrācija. Sienas biezumam un sistēmas konstrukcijai ir nozīme: 1,2 mm sildītājs uz stingriem stiprinājumiem ar stingriem U{11}}skrūvju kronšteiniem sabojāsies ātrāk nekā 1,0 mm sildītājs uz izolatoriem ar rievām kronšteiniem. Norādot sildītājus jūras ēsmas tvertņu apkalpošanai, galvenie piedāvātie dati ir paredzamā vibrācijas amplitūda montāžas vietā (mm uzgaļa novirze vai g{14}}spēks) un kronšteina dizains (iztukšošana vai slazdošana). Šī informācija ļauj ražotājam noteikt minimālo sienas biezumu, kas atbilst 5 -gadu mērķim, izvairoties gan no specifikācijas, kas pārsniedz-(dārgas, plaisām-biezas sienas), gan-nepietiekama specifikācija (nogurumam pakļautas plānas sienas).