板式換熱器在船舶輪機(jī)中的應(yīng)用

趙麗莉(天津?yàn)I海博泰海事工程技術(shù)有限公司 天津 300451)

一、前言

在船舶輪機(jī)中，熱交換無(wú)疑是保證輪機(jī)正常使用非常關(guān)鍵的因素，輪機(jī)工作的時(shí)候需要保持一定的溫度才能夠保證機(jī)械的正常運(yùn)行，目前在船舶輪機(jī)中已經(jīng)有非常種設(shè)計(jì)的換熱器，其中板式的就是其中非常重要的一種，是未來(lái)非常具有發(fā)展?jié)摿Φ臋C(jī)械。也正是因?yàn)檫@樣，我們就需要對(duì)輪船中使用的板式散熱器進(jìn)行一些必要的探討研究，通過(guò)這樣的探討研究來(lái)讓我們的板式散熱器使用更有效。

二、板式熱交換器構(gòu)造及特點(diǎn)

工作原理及構(gòu)造型式。熱交換器的原理其實(shí)非常簡(jiǎn)單，基本上都是由許多的通道板和唯一的一片盲板還有端板組成的。而后者是位于熱交換器的兩端，因此對(duì)于熱換器的傳到以及通道的密封是有非常大的幫助，在這個(gè)系統(tǒng)中基本上都是將熱空氣從一個(gè)方向流入到另外一個(gè)方面，而通道板就是存在介質(zhì)的地方，當(dāng)空氣在而這些介質(zhì)基本上都是屬于散熱介質(zhì)，當(dāng)熱的空氣和這些介質(zhì)進(jìn)行接觸的過(guò)程中，就達(dá)到了散熱的目的，當(dāng)然這樣的設(shè)備已經(jīng)在很多行業(yè)中都有非常廣泛的使用，不僅僅是在船舶行業(yè)。

其常見(jiàn)型式如下

1.板翅式換熱器。它是由許多原件共同組成的，在這些原件中無(wú)疑隔板和翅片是最為重要的，是熱交換中最為關(guān)鍵的元素。目前在設(shè)計(jì)的過(guò)程中分為兩種方式，第一種就是逆流式，第二種就是交叉式。兩種方式能夠起到的換熱效果其實(shí)在實(shí)際的使用過(guò)程中都是近乎相同的，但是需要注意不同情況下使用就會(huì)有不同。

2.平行板式換熱器。在這種換熱器中主要是由平行的薄板共同組成的結(jié)構(gòu)，對(duì)于每一個(gè)平板之間都是利用了特殊的封閉材料進(jìn)行阻隔，保證了熱空氣和冷空氣的交換。只有冷熱空氣進(jìn)行有效的交換，才能保證換熱的效果，而板式散熱器就是能夠達(dá)到冷熱交換的高效率，能夠減少交換過(guò)程中的熱量損失，在現(xiàn)在的船舶中使用的比較廣泛，能夠達(dá)到比較好的使用效果，在未來(lái)平行板式換熱器也會(huì)被更多的使用。

3.螺旋板式換熱器。設(shè)計(jì)出來(lái)的效果是螺旋通道，這種螺旋通道是采用的非常薄的金屬板制作而成，而且距離是等距的，這種板式的換熱器的優(yōu)點(diǎn)是表面積大，因此換熱的效果非常明顯。但是由于比起平行板式熱交換器更新，所以使用的也還不是非常多，但是未來(lái)的使用空間也是非常大的。值得我們更多地了解和研究。

三、板式換熱器在船舶輪機(jī)中的應(yīng)用

熱交換器已經(jīng)是船舶中不可缺少的重要設(shè)備之一。比如在主副機(jī)滑油冷卻器、氣缸套淡水冷卻器、燃油加熱器、蒸汽凝水器、給水加熱器等設(shè)備中都要用到換熱器。船舶特殊的工作環(huán)境對(duì)換熱器的要求非?？量?其中特殊環(huán)境包括在海面上不穩(wěn)定等因數(shù),可能遭遇振動(dòng)、沖擊、大角度傾斜及噪音等工況；冷卻介質(zhì)一般是海水，其中含鹽濃度大,工作環(huán)境濕度高，對(duì)板片的腐蝕性很強(qiáng)；船舶本身空間結(jié)構(gòu)很緊湊,對(duì)換熱器所占的空間和質(zhì)量更加嚴(yán)格限制。傳統(tǒng)的換熱器傳熱介質(zhì)往往是水,而船舶用換熱器傳熱介質(zhì)一般是油與水等等。板式換熱器的出現(xiàn)有效的解決了很大一部分問(wèn)題。

1.針對(duì)船舶采用的設(shè)備要求結(jié)構(gòu)緊湊和質(zhì)量小的問(wèn)題

目前在板式換熱器中，已經(jīng)在船舶輪機(jī)使用中普遍認(rèn)為是和傳統(tǒng)的換熱器相比，體積上是非常小的。為此采用了有限元分析法,同時(shí)為了達(dá)到船用設(shè)備的要求,根據(jù)實(shí)際的應(yīng)力應(yīng)變分布將板體不必要的部分去掉或減小,并對(duì)薄弱部位進(jìn)行局部加厚。對(duì)板體采用整體氣割的方法來(lái)減小焊接變形對(duì)強(qiáng)度的影響,然后再組焊內(nèi)側(cè)板及面板,然后進(jìn)行消除殘余應(yīng)力的熱處理。這樣就能夠盡可能的讓設(shè)備的使用在安裝上就更加的節(jié)約空間，更多的帶來(lái)一些好處，也就能夠很好的完成換熱工作，保證船舶正常使用。

2.針對(duì)沖擊性、大傾角搖晃、振動(dòng)等問(wèn)題。

采用了板體底端多點(diǎn)固定法,即對(duì)所有能固定的部位都采用了固定連接,某些重要的特殊部位還采用了加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu),從而增加了設(shè)備的穩(wěn)固性。只有安裝穩(wěn)固性提高，才能保證換熱器的換熱效率和效果，一旦由于振動(dòng)等問(wèn)題出現(xiàn)，就會(huì)影響換熱效果。

3.針對(duì)冷卻介質(zhì)是海水,氮離子濃度很高的問(wèn)題

由于很多輪機(jī)是直接和海水接觸，因此在使用過(guò)程中對(duì)于換熱的介質(zhì)是有非常大的影響,因此目前在輪機(jī)使用上板片通常選用抗腐蝕性能高材料，例如欽材,其質(zhì)量也比不銹鋼小得多。為了保證欽板質(zhì)量,除了進(jìn)行常規(guī)的檢驗(yàn),還要對(duì)板片均進(jìn)行100%普色滲透檢驗(yàn),進(jìn)一步消除抽檢板片時(shí)的誤差。

4.針對(duì)傳熱介質(zhì)問(wèn)題

由于水與油的比熱容相差比較大,在轉(zhuǎn)熱過(guò)程中溫差相差更大,從而使熱傳遞系數(shù)也更大。為了使得產(chǎn)品可靠經(jīng)濟(jì),要確保船舶工況下的油水傳熱性能,來(lái)保證設(shè)備有一定的換熱裕度。只有熱介質(zhì)能夠有效地傳導(dǎo)熱量，才能夠保證換熱的效果能夠達(dá)到。

5.價(jià)格低廉可操作性強(qiáng)

我們都知道板式換熱器具有價(jià)格低廉的特點(diǎn)，這就在我們不論是在生產(chǎn)或者維修的過(guò)程中能夠盡可能的降低成本，增加效益。這就是因?yàn)樗闹谱鞴に嚿蟻?lái)講是非常成熟的，一般我們?cè)谏娴臅r(shí)候僅僅用沖擊加工就可以實(shí)現(xiàn)板式換熱器的生產(chǎn)工作。而我們?cè)诤笃诰S護(hù)的時(shí)候，如果這個(gè)板式換熱器能夠繼續(xù)工作使用也就是它是可維護(hù)的，我們就可以松開其安裝結(jié)構(gòu)中的螺絲即可清洗，如果它是不可維護(hù)的就是已經(jīng)損壞的，那么我們就完全可以換一個(gè)就好了，不用為了而著急。在船舶輪機(jī)中的的應(yīng)用就更加明顯了，價(jià)格低廉完全可以在應(yīng)急的設(shè)備中進(jìn)行準(zhǔn)備。

四、板式換熱器在實(shí)際船舶輪機(jī)中的運(yùn)用（以故障維修為例）

例如在漁業(yè)捕撈的過(guò)程中如果出現(xiàn)了板式熱換器故障，那么這個(gè)時(shí)候就需要將通道板拆下，當(dāng)先在拆卸通道板的過(guò)程中需要注意的就是一定要將相鄰的兩個(gè)通道板拆卸并且對(duì)板式熱換器做以下方式的改進(jìn)：

首先是將齒輪箱的大小改變，將原有的減速比3:1改為目前的4.5：1，使得齒輪箱的空間更大。

其次就是精確螺旋槳的直徑，可以將螺旋槳的直徑改為1.6m，同時(shí)可以降低軸線中心高度，這樣的改進(jìn)是為了配合輪機(jī)的使用，當(dāng)然在改進(jìn)以后，在漁業(yè)捕撈的效果上明顯有所提高，拖網(wǎng)的力度以及漁船的承載力明顯上升，根據(jù)目前的實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的輪機(jī)拖力從29牛頓上升到了53牛頓，因此在性能上有非常大的提高，而且從拖網(wǎng)的速度來(lái)看，也有一定的提高，因此熱換器對(duì)于船舶輪機(jī)的改良在漁業(yè)捕撈方面是值得推廣的，同時(shí)對(duì)其他行業(yè)也具有借鑒作用。

結(jié)束語(yǔ)

總之，板式換熱器在我國(guó)的發(fā)展中具有非常不錯(cuò)的前景，因此對(duì)于板式換熱器相關(guān)技術(shù)的改造以及推廣是非常重要的，同時(shí)船舶輪機(jī)的使用也是板式換熱器的一種嘗試，而將來(lái)應(yīng)用前景將更加的廣泛。

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