EN
Chladiace systémy námorných motorov predstavujú srdce a dušu pohonných a systémov výroby energie na lodi. V ére stále vyšších výkonových hustôt a prísnejších emisných požiadaviek sa význam a výzvy spojené s tepelným riadením motorov rozšírili. Rozšírenie používania výmenníkov tepla doskového typu (PHE) ako optimálnej voľby pre chladenie motorov – vzhľadom na ich účinnosť pri výmene tepla a kompaktné rozmery, spolu s potrebou presne zosúladiť všetky hydraulické, materiálové a prevádzkové vlastnosti systému – za účelom zvýšenia životnosti, sa stalo štandardnou praxou.
Prečo výmenníky tepla s doskovými platňami pre námorné motory?
Oproti tradičnému plášťovo-rúrkovému výmenníku tepla výmenník tepla s doskovými platňami (PHE) prenáša až päťkrát vyšší koeficient prenosu tepla v dôsledku indukovanej turbulencie z vlnitých platní. Účinnosť PHE má priamo za následok výrazne menšie rozmery a hmotnosť, čo je kritický faktor pre námorné motory s obmedzeným priestorom. Vďaka modulárnej konštrukcii sa ľahko môžu pridať ďalšie platne, ak je potrebný vyšší prenos tepla spôsobený zmenou záťaže motora alebo požiadavkami na chladiaci systém. Malý rozdiel teplôt v PHE umožňuje lepšie chladenie chladiacej vody a mazacieho oleja, čím sa optimalizuje výkon a životnosť spaľovacieho systému motora.
Kľúčové body integrácie v chladiacom okruhu
Morské motory majú dvojčasťový chladiaci systém, ktorý sa skladá z okruhu čistej vody s vysokou teplotou na chladenie bloku motora a okruhu morskej vody s nízkou teplotou na odvádzanie tepla preneseného z čistej vody prostredníctvom stredného chladiča. Doskové výmenníky tepla môžu v tomto systéme plniť dve úlohy: buď ako hlavný chladič vodného plášťa motora, alebo ako chladič mazacej olejovej zmesi. Ako hlavný chladič vodného plášťa motora prenáša PHE teplo z okruhu čistej vody do morskej vody a udržuje teplotu vodného plášťa v prevádzkovom rozsahu 75 °C až 85 °C.
PHE ako chladič mazacej olejovej zmesi reguluje teplotu mazacej olejovej zmesi na hodnote rovnajúcej sa alebo nižšej ako je špecifikovaná teplota, aby sa udržala správna viskozita.
Okrem chladenia chladiacej kvapaliny a mazacej oleja sa PHE používajú tiež na chladenie nábežného vzduchu turbodúchadla v podobnom okruhu, aby sa zvýšila hustota vzduchu vstupujúceho do motora a tým sa zlepšila účinnosť spaľovania. Každé z týchto použití má rôzne tlaky, teploty a charakteristiky znečistenia, ktoré určujú veľkosť systému.
Materiálové a konštrukčné aspekty pre námorné použitie
Vzhľadom na korozívne prostredie morskej vody v námornej aplikácii je kritické starostlivé vybratie vhodných materiálov dosiek. Titan ponúka najlepšiu ochranu proti chloridovej bodkovej korozií, korozií v štrbinách a galvanickej korozií, ktoré sa zvyčajne vyskytujú pri teplom, chlorovanej morskej vode. Na strane čistej vody PHE sa často môže špecifikovať nehrdzavejúca oceľ 316L za výrazne nižšiu cenu a zároveň poskytuje dobrú odolnosť voči korozií. Pre viac korozívne prúdy čistej vody alebo mazacieho oleja sa môžu špecifikovať zliatiny 254 alebo duplexná oceľ pre vyššiu pevnosť a odolnosť voči korozií. Výber materiálu tesniacich tesnení tiež musí zohľadniť kombináciu faktorov, ako sú cyklické teploty, chemické zloženie kvapaliny a účinok kompresného deformovania.
Bežne používané materiály pre PHE sú akrylonitril-butadiénový kaučuk (nitril), EPDM a FKM (Viton), pričom každý z nich má iný rozsah prevádzkových teplôt a odolnosť voči špecifickým chemikáliám tekutín. Je potrebné poznamenať, že pokles tlaku cez PHE by mal byť obmedzený približne na 1–2 bar pre obidva okruhy, aby sa zabránilo preťaženiu čerpadla alebo podmienkam nízkeho prietoku.
Hydraulika systému a osvedčené postupy inštalácie
Správne využitie balíka platní PHE je komplexnejšie. Hydraulika a návrh systému majú významný vplyv na správnu prevádzku výmenníka tepla. Mala by byť navrhnutá tak, aby sa znížil objem potrubia a zároveň sa zabezpečil ľahký prístup k balíku platní za účelom údržby. Optimálna orientácia a umiestnenie PHE by mali minimalizovať dĺžku potrubia a umožniť ľahký prístup na čistenie balíka platní, keďže PHE je potrebné vypustiť, aby bolo možné vybrať balík platní.
Štandardný postup vyžaduje zvislé umiestnenie PHE, aby sa zabezpečil správny odvod oboch okruhov a odvzdušnenie zachyteného vzduchu. Do oboch prúmov kvapaliny pred vstupom do PHE sa mali zahrnúť filtráky na ochranu dosiek a tesniacich tesnení pred kontaminantmi a poškodením. Teploty a tlaky sa mali monitorovať v oboch okruhoch pomocou vhodne umiestnených manometrov a tepelné rozšírenie oboch kvapalinových okruhov sa malo zohľadniť buď pomocou expanzných slučiek, alebo flexibilných potrubných spojov, aby sa predišlo nadmernej napäťovej záťaži skrutiek PHE. Pri plavidlách s viacerými motormi a ich príslušnými PHE sa mali použiť uzatváracie klapky, ktoré umožnia izoláciu a údržbu jedného PHE bez nutnosti vypnutia plavidla z prevádzky.
Monitorovanie výkonu a integrácia údržby
Integrácia systému PHE nie je operácia typu „nainštaluj a zabudni“, ale vyžaduje monitorovanie prevádzkových parametrov PHE, aby sa zabezpečilo, že dosahuje návrhovú účinnosť. Indikátormi problémov sú významné odchýlky od požadovaných nastavení teploty výstupnej kvapaliny, zvyšujúci sa tlakový pokles v ktorejkoľvek z okruhov a sledovanie množstva morskej vody, ktorá sa dostáva do okruhu sladkej vody. Ak sa zaznamená zhoršenie výkonu, chemické čistenie PHE obnoví pôvodnú účinnosť prenosu tepla pri organickom znečistení, zatiaľ čo čistenie vysokotlakovou vodou pri vysokých teplotách sa používa na odstránenie usadenín. Zavedením plánovaného pravidelného údržbového programu, ktorý sa vykonáva súbežne s údržbou motora, sa dá zníži množstvo nepredvídaných výpadkov a predĺži sa efektívna životnosť materiálu platní a tesnení.
Záver
Výber doskových výmenníkov tepla pre námorné motory zabezpečuje optimálne podmienky, čo zaručuje najvyšší stupeň prenosu tepla v najmenšom možnom priestore a zároveň umožňuje výnimočnú flexibilitu z hľadiska kapacity. Skupina SME sa už viac ako dvadsať rokov aktívne zaoberá námorným strojárstvom a má záruku ISO certifikovaného systému kvality pre celé chladiace systémy, čo zaisťuje dôkladnú kontrolu, aj pri realizácii retrofitov. Navyše 5 000 m² veľká výrobná prevádzka s vyše stovkou inžinierov a technikov umožňuje spoločnosti SME realizovať všetky vaše námorné projekty pod heslom „Beyond Concern“, čím vám pomáha a obsluhuje približne tisíc lodí ročne pomocou systémov a originálnych náhradných dielov. Skupina SME je ideálnym partnerom na optimalizáciu výkonu aj životnosti chladiacich systémov vašich námorných motorov; neváhajte nás kontaktovať, aby sme spolu preštudovali podrobnosti vašich ďalších projektov a poskytli vám ponuku pre námorný chladiaci systém.