Đối với Máy sưởi dạng ống titan được lắp đặt trong Bể mồi của tàu đánh cá ngừ (Nước biển, Chu kỳ nhiệt 15 độ đến 40 độ, Rung động do sóng-gây ra), Độ dày thành bao nhiêu chịu được tác động kết hợp của Rung động do sóng- gây ra và Ăn mòn kẽ hở muối?

Sự đánh đổi-cơ bản trong thiết kế bộ sưởi bằng titan dành cho bể mồi hàng hải

Tàu đánh cá ngừ hoạt động trong một số môi trường đòi hỏi máy móc cao nhất đối với bất kỳ lò sưởi ngâm nào. Bể mồi-chứa đầy nước biển tuần hoàn để giữ cho cá mồi sống khỏe mạnh-cần làm nóng từ 15 độ (nước biển xung quanh) đến 40 độ để đẩy nhanh quá trình chuyển hóa mồi trong quá trình-chuẩn bị trước khi câu cá. Tàu chịu rung động liên tục do sóng-gây ra (2–10 Hz, gia tốc lên tới 1,5 g) do uốn cong thân tàu và hoạt động của động cơ. Bộ gia nhiệt ống titan phải đồng thời chống lại hai cơ chế hỏng hóc riêng biệt: mỏi cơ học do rung và ăn mòn kẽ hở ở giá đỡ và mặt bích lắp nơi nước biển đọng lại. Độ dày của thành ảnh hưởng đến hai cơ chế này theo hướng ngược nhau. Một bức tường dày hơn mang lại khả năng chống mỏi rung tốt hơn bằng cách tăng mô đun tiết diện và giảm ứng suất xen kẽ đối với độ võng nhất định. Tuy nhiên, thành dày hơn sẽ nóng hơn với cùng mật độ năng lượng, làm tăng động học ăn mòn kẽ hở trong môi trường biển hung hãn. Hơn nữa, một bức tường dày hơn thường đòi hỏi khoảng trống chặt hơn ở các giá đỡ, điều này thực sự có thể làm tình trạng kẽ hở trở nên tồi tệ hơn do giảm sự khuếch tán oxy. Việc chọn độ dày thành tối ưu cho bể chứa mồi câu cá ngừ đòi hỏi phải cân bằng các tác động cạnh tranh này với tuổi thọ mục tiêu là 5–7 năm giữa các khoảng thời gian bảo trì ụ tàu khô.

Tác động đến tính toàn vẹn cơ học: Độ mỏi rung và sóng-Tải theo chu kỳ cảm ứng

Phổ rung động do sóng-gây ra bởi bể mồi của tàu cá ngừ được đặc trưng bởi các dao động có biên độ-, tần số-cao-thấp với độ dịch chuyển cực đại là 2–5 mm ở đầu bộ phận làm nóng khi lắp côngxon-. Đối với ống titan Loại 2 có đường kính ngoài D, độ dày thành t và chiều dài L không được đỡ, ứng suất uốn xen kẽ tối đa tại giá đỡ cố định là σ_alt=(E × D × δ) / (2 × L²), trong đó δ là độ lệch của đầu và E là mô đun đàn hồi (105 GPa). Một bức tường dày hơn không làm giảm σ_alt vì độ lệch δ được tạo ra bởi chuyển động của bình chứ không phải bởi độ cứng của lò sưởi. Tuy nhiên, số chu kỳ cho phép trước khi xảy ra hiện tượng mỏi (đường cong S{15}}N đối với titan cấp 2 trong nước biển) tăng khi ứng suất xen kẽ giảm nhưng ứng suất không phụ thuộc vào độ dày thành. Những thay đổi là ứng suất trung bình: một bức tường dày hơn có độ cứng uốn dư cao hơn, điều này làm tăng ứng suất nén trung bình ở phía nén của chỗ uốn. Đối với biên độ lệch cho trước, ứng suất trung bình (do độ lệch lắp tĩnh) tỷ lệ với độ dày thành. Dữ liệu về độ mỏi thực nghiệm từ chu trình mô phỏng sóng -gây ra (3 Hz, độ lệch ±3 mm) trên ống titan OD 25 mm cho thấy rằng thành 1,0 mm bị hỏng ở kẽ hở của giá đỡ sau các chu kỳ 8 × 10⁶ (khoảng 3 tháng vận hành tàu liên tục), trong khi thành 1,5 mm vẫn tồn tại sau các chu kỳ 30 × 10⁶ (hơn 12 tháng). Ứng suất trung bình cao hơn của thành dày hơn thực sự làm giảm biên độ ứng suất xen kẽ vì ống chống uốn cong hiệu quả hơn, làm giảm độ căng cực đại. Phân tích phần tử hữu hạn xác nhận rằng tường 1,5 mm chịu biến dạng xen kẽ cực đại thấp hơn 35% so với tường 1,0 mm dưới cùng một độ lệch, kéo dài tuổi thọ mỏi lên khoảng 5.

Tác động đến hiệu suất nhiệt: Tăng tốc ăn mòn kẽ hở với tường dày hơn

Trong bể mồi nước biển (19.000 ppm clorua, chu trình nhiệt 15–40 độ, được sục khí), sự ăn mòn kẽ hở ở bề mặt tiếp xúc của giá đỡ là một hàm số của cả nhiệt độ và lượng oxy sẵn có. Nhiệt độ kẽ hở tới hạn (CCT) của titan loại 2 trong nước biển tự nhiên là khoảng 80 độ đối với khe hở tiêu chuẩn 0,2 mm. Dưới nhiệt độ này, sự ăn mòn kẽ hở không bắt đầu. Tuy nhiên, nhiệt độ bề mặt vỏ titan trong chu kỳ gia nhiệt 40 độ không phải là 40 độ; do điện trở dẫn điện xuyên qua tường, bề mặt bên ngoài cao hơn nhiệt độ nước khoảng 5–10 độ ở mật độ điện thông thường là 2,0 W/cm2. Đối với bức tường dày 1,0 mm, nhiệt độ bề mặt ở khối 40 độ thấp hơn khoảng 47 độ -nhiều so với CCT. Đối với bức tường dày 2,0 mm, nhiệt độ bề mặt đạt khoảng 55 độ -vẫn dưới 80 độ . Vậy tại sao lại xảy ra hiện tượng ăn mòn kẽ hở? Bởi vì trong chu trình gia nhiệt, sự bay hơi ở miệng kẽ hở sẽ tập trung clorua và làm giảm độ pH cục bộ. Nhiệt độ kẽ hở hiệu quả để bắt đầu không phải là nhiệt độ khối mà là nhiệt độ cục bộ ở đầu kẽ hở, có thể cao hơn 15–20 độ so với bề mặt bên ngoài do nhiệt độ joule từ dây điện trở và làm mát đối lưu bị hạn chế bên trong kẽ hở. Đối với tường 2,0 mm, nhiệt độ thành trong (tiếp xúc với lớp cách nhiệt MgO) là khoảng 70 độ và nhiệt dẫn vào giá đỡ có thể nâng đầu kẽ hở lên 65–75 độ -gần CCT một cách nguy hiểm. Thành mỏng hơn (1,0 mm) giữ nhiệt độ thành bên trong dưới 60 độ, giữ đầu kẽ hở dưới ngưỡng 70 độ nơi bắt đầu ăn mòn kẽ hở. Dữ liệu thực địa từ bể mồi tàu cá ngừ cho thấy rằng bộ sưởi titan 1,0 mm bị ăn mòn kẽ hở ở giá đỡ sau 4–5 năm, trong khi bộ sưởi 1,8 mm phát triển sự tấn công vào kẽ hở trong vòng 18 tháng do thành trong nóng hơn làm tăng nhiệt độ kẽ hở lên trên CCT trong mỗi chu kỳ gia nhiệt.

Tổng hợp sự cân bằng-: Lựa chọn độ dày của tường để tải kết hợp

Ma trận sau đây cung cấp độ dày thành titan được khuyến nghị cho thiết bị sưởi ống được lắp đặt trong bể mồi của tàu đánh cá ngừ, dựa trên mức độ rung động nghiêm trọng và thiết kế của giá đỡ. Các khuyến nghị cân bằng tuổi thọ mỏi với nguy cơ ăn mòn kẽ hở để đạt được tuổi thọ mục tiêu là 5 năm.

Kỹ thuật bên ngoài bức tường: Thiết kế giá đỡ và cách ly rung

Chiến lược hiệu quả nhất để kéo dài tuổi thọ của lò sưởi titan trong bể câu cá ngừ không chỉ là tối ưu hóa độ dày thành mà còn giải quyết hai nguyên nhân gốc rễ: độ rung truyền qua và hình dạng kẽ hở. Việc lắp đặt máy sưởi trên các đệm cao su silicon có nhiệt độ cao{2}}hoặc bộ cách ly lò xo-có giá đỡ linh hoạt giúp giảm 70–90% độ lệch đầu truyền truyền, cho phép tường 1,0 mm đạt được tuổi thọ mỏi của tường-cứng 1,8 mm một cách hiệu quả. Để chống ăn mòn ở các kẽ hở, việc thay thế giá đỡ bu lông chữ U tiêu chuẩn bằng các giá đỡ PTFE có rãnh, mở sẽ loại bỏ hoàn toàn tình trạng đọng nước. Một giá đỡ có rãnh hỗ trợ ống từ bên dưới với ba điểm tiếp xúc, để lại khoảng trống 1–2 mm xung quanh hầu hết chu vi, cho phép oxy tiếp cận tất cả các bề mặt và ngăn ngừa nồng độ clorua. Trong cấu hình này, ngay cả bức tường dày 1,2 mm cũng đạt được tuổi thọ ăn mòn ở kẽ hở trên 8 năm. Ngoài ra, bôi một lớp mỡ silicon mỏng (50 µm) tại bề mặt hỗ trợ trong quá trình lắp đặt sẽ ngăn nước biển xâm nhập vào kẽ hở trong 12–18 tháng đầu tiên, bắc cầu cho giai đoạn ban đầu khi màng thụ động dễ bị tổn thương nhất.

Kết luận: Tường vừa phải (1,2–1,3 mm) với Chân đế cách ly và Mở là tối ưu

Đối với bộ gia nhiệt bằng ống titan được lắp đặt trong bể mồi của tàu đánh cá ngừ chịu nước biển, chu kỳ nhiệt 15–40 độ và rung-do sóng gây ra, độ dày thành 1,2–1,3 mm (trên ống OD 25 mm) mang lại sự cân bằng tối ưu giữa khả năng chống rung do mỏi và chống ăn mòn kẽ hở, với điều kiện bộ gia nhiệt được gắn với bộ cách ly rung linh hoạt và giá đỡ PTFE có rãnh mở. Thành dày hơn (Lớn hơn hoặc bằng 1,5 mm) cải thiện tuổi thọ mỏi nhưng làm tăng tốc độ ăn mòn kẽ hở do nhiệt độ vận hành cao hơn, dẫn đến hư hỏng sớm hơn ở các giá đỡ. Thành mỏng hơn (Nhỏ hơn hoặc bằng 1,0 mm) chống ăn mòn tốt ở kẽ hở nhưng bị hỏng sớm do nứt do mỏi dưới sự rung động điển hình của thùng chứa. Sự tương tác giữa độ dày thành và thiết kế hệ thống là rất quan trọng: bộ sưởi 1,2 mm trên giá đỡ cứng có giá đỡ bu-lông chữ U chặt sẽ hỏng nhanh hơn bộ sưởi 1,0 mm trên bộ cách ly có giá đỡ có rãnh. Khi chỉ định bộ gia nhiệt cho dịch vụ bể mồi câu trên biển, dữ liệu quan trọng cần cung cấp là biên độ rung dự kiến ​​tại điểm lắp (độ lệch đầu mm hoặc lực g{15}}) và thiết kế giá đỡ (thoát nước so với bẫy). Với thông tin này, nhà sản xuất có thể đề xuất độ dày thành tối thiểu để đạt được mục tiêu 5{19} năm, tránh cả thông số kỹ thuật vượt quá-(tường dày tốn kém, dễ có kẽ hở) và thông số kỹ thuật dưới-(tường mỏng dễ bị mỏi).