Причины вибрации и шума в оболочке и теплообменниках трубки и профилактические меры

Вибрация теплообменника

По мере увеличения масштаба производства размер теплообменника, скорость потока жидкости и пролета поддержки все увеличиваются, даже за пределами допустимых пределов, тем самым снижая жесткость пакета трубки и увеличивая потенциал вибрации.

Вибрация может вызвать утечку трубки, износ, усталость, перелом и даже сопровождающий шум ушей, который не только снижает срок службы оборудования, но также наносит ущерб здоровью людей. Как только произошел инцидент, вибрация часто требуется много времени для анализа и восстановления. Из -за сложности факторов, влияющих на вибрацию, сложность оценки величины эффекта демпфирования и сложности в определении скорости износа трубки, которые еще не могут быть описаны простыми математическими уравнениями, можно сказать, что теоретический Методы расчета, используемые до сих пор, не могут быть использованы для точного анализа вибрации в инженерной практике. Существующие коды для теплообменников также не имеют четких правил по методам анализа вибрации и рекомендациях по проектированию для предотвращения вибрации. Тем не менее, было доказано, что если существующие результаты исследований могут быть использованы для проведения необходимых оценок и анализа вибрации во время дизайна, и могут быть приняты некоторые меры по предотвращению вибрации, то в основном можно избежать некоторых разрушительных вибраций.
Причины вибрации, вызванной жидкостью,

Парень трубки теплообменника принадлежит эластомеру и нарушается жидкостью, протекающей через него, оставляя его равновесное положение, трубка производит вибрацию, эта вибрация называется вибрацией, вызванной потоком. Фактически, каждый теплообменник в работе с более или менее вибрацией источником вибрации могут быть сторона оболочки или сторона трубки потока жидкости, вызванного вибрацией; колебания или пульсацию скорости жидкости, вызванные вибрацией; через трубу или поддержку распространения мощности механической вибрации и так далее. Иногда источники вибрации могут быть больше, и один или несколько из них могут быть основным источником вибрации. Существуют источники вибрации, которые относительно легко предсказать, в то время как вибрация, вызванная жидкостью, труднее предвидеть.

Некоторый экспериментальный и эксплуатационный опыт показал, что вибрации в теплообменниках в основном вызваны потоком жидкости на стороне оболочки, причем вибрации, вызванные потоком жидкости на стороне трубки, часто незначительны. В целом, в жидкости на стороне оболочки продольный поток, параллельный направлению оси трубки, возбуждается небольшой амплитудой вибрации, вибрацией, вызванной вероятностью структурного повреждения, но также намного меньше поперечного потока. Следовательно, это вибрация, вызванная поперечным потоком, который вызывает большую обеспокоенность.

Были распознаны три различные причины вибрации, вызванной жидкостью: вихревое выпадение, турбулентное дрожание и эластичное вращение жидкости (или эластичная нестабильность жидкости).



(1) Проливание вихря

Когда жидкость протекает поперечно через один цилиндр, на большом чисел Рейнольдса, трубка после потока хвоста в образовании вихревого вихря Кармен (Карман) (или вихревой улицы Кармен), так что два столбца вихрей в противоположных направлениях чередованы периодически, что приводит к определенной частоте выброса. Когда жидкость протекает в боковом направлении через пакет, за пакетом создается тот же вихрек Кармана, а для маленьких пучков шага это явление происходит только в первых нескольких рядах на периферии пакета, для больших пучков шага это может возникнуть по всему пучению. При проливании вихря, жидкость оказывает чередующуюся положительную и отрицательную силу на круглую трубку, частота этой силы такая же, как и частота выпадения вихря, что заставляет круглую трубку вибрировать перпендикулярно направлению потока при или рядом с вихрем или рядом с вихрем частота проливания. Если частота вибрации круглой трубки равна множественной или приблизительной частоте выпадения вихря, вихрь равномерно проливается в одно и то же время вдоль полного пролета цилиндра (круглой трубки) на той же частоте, с частотой выброса и частота вибрации, синхронизированный, который известен как резонанс.

Само вихревое проливание также может создать определенный звук. Это связано с тем, что при определенных условиях он возбудит стоящую волну некоторого порядка между двумя стенами газовой камеры, перпендикулярной как трубке, так и направлению потока, как показано на диаграмме ниже. Эта стоящая волна отражается взад -вперед между стенами, где расположен пучок трубки, и не распространяется наружу энергии, в то время как вихревое выпадение постоянно вводит энергию. Когда частота стоячей волны и частота выливания вихря связаны, индуцируется сильная акустическая стоячая вибрация газовой камеры - вибрация газа, которая генерирует много шума.
(2) эластичное вращение жидкости

Когда газ протекает в боковом направлении через пучок трубки, силы жидкости, генерируемые асимметрией жидкости, могут привести к мгновенному смещению трубки в пакете из его исходного положения, тем самым чередующее поле потока и уничтожение равновесия в соседние трубки, заставляя их также перемещаться и в состоянии вибрации. Если не хватает демпфирования, чтобы рассеять энергию, амплитуда увеличится до тех пор, пока трубки не попадут друг на друга и не приведут к повреждению, такая вибрация называется эластичной вибрацией жидкости. В отличие от первого, вихревое выпадение является нестабильным явлением, которое происходит за трубкой и заставляет вибрировать трубку. Это гидродинамическое явление, которое вообще не зависит от движения трубки, в то время как эластичное вращение жидкости не определяется каким -либо нестабильным явлением, но генерируется взаимодействием поля потока соседних труб.

(3) бурный джиттер

Турбулентный поток жидкости во всех направлениях в широком диапазоне частот имеет компоненты случайных колебаний, когда жидкость вниз по течению или боковой поток вокруг внешней части трубки, эти турбулентные компоненты к энергии передачи трубки, что приводит к случайной вибрации трубки, это Вид турбулентности, генерируемой со стороны оболочки потока жидкости через пучок трубки, вызванную вибрацией трубки, является наиболее распространенной формой вибрации, когда основная частота этих турбулентных колебаний и внутренняя частота трубки совпадает, тогда типичная Резонанс происходит. Если жидкость на стороне оболочки представляет собой газ, основная частота вибрации турбулентного дрожания также может производить акустический резонанс с определенной скоростью.

Приведенные выше три исследования показывают, что вибрация пакета трубки тесно связана как с внутренней частотой трубки, так и с частотой акустической вибрации газовой камеры.

Прогноз и профилактика вибрации

Опасности, вызванные вибрацией, настолько велики, что следует учитывать во время дизайна, чтобы минимизировать потенциал вибрации, вызванной жидкостью. Устранение всех возможностей возбуждения пучка труб с теплообменниками является наиболее фундаментальным способом предотвращения вибрации, и, следовательно, прогнозирование или калибровка вибрации оболочки и теплообменников труб, должна быть выполнена в качестве важной части обеспечения безопасной работы теплообменника.

Тем не менее, вибрация не обязательно наносит механический повреждение, и многие теплообменники вибрируют, но не имеют несчастных случаев. Это, конечно, не означает, что вибрация может быть проигнорирована. Когда прогнозируемые результаты, вероятно, будут происходить вибрацией, могут быть приняты некоторые из следующих мер по предотвращению вибрации и демпфирования.

(1) Уменьшите скорость потока на стороне оболочки. Если скорость потока на стороне оболочки постоянна, расстояние трубы может быть увеличено. Этот метод является более возможным, когда в конструкции есть предел падения давления, но он увеличит диаметр оболочки или увеличит длину трубки.

Если оригинальный впускной и розеток, расположенный на обоих концах оболочки (текущий текущий поток через оболочку сразу вокруг складывающейся пластины) на входе посередине, розетка на обоих концах теплообменника разделенного потока, жидкость будет быть разделенным на две половины от любого конца оттока оболочки, как показано на рисунке ниже, может значительно уменьшить скорость поперечного потока.
(2) Увеличьте присущую частоту трубки. Врученная частота трубки обратно пропорциональна квадрату опорного промежутка, поэтому уменьшение опорной промежутки трубки является наиболее эффективным способом увеличения неотъемлемой частоты трубки.

Если трубка не выстроена на выемке подтяжной перегородки, то пролеты, которые первоначально поддерживались только на каждом интервале перегородки, могут быть сокращены, увеличивая неотъемлемая частота. Этот метод, как утверждается, является наиболее эффективным решением проблемы вибрации и показан на диаграмме ниже. При необходимости, между двумя сложенными пластинами может быть добавлена ​​промежуточная опорная пластина (опорная пластина с обоими концами) может быть добавлена ​​между двумя сложенными пластинами, что не влияет на падение давления, но оказывает полезное влияние на теплопередачу. Внутренняя частота также может быть увеличена путем изменения трубки или увеличения толщины стенки, но эффект не является значительным.
(3) Увеличить частоту вибрации звука. Вставьте демпфирующую вибрационную пластину в оболочку, так что его направление ширины, параллельное направлению поперечного потока и его направления длины, параллельно оси трубки, так что частота вибрации звука может быть увеличена, чтобы она не соответствовала Частота вихревого проливания и вибрации турбулентного дрожания. Положение демпфирующей пластины вибрации должно быть на волновой животе звуковой формы стояния.

(4) Из структуры увеличьте толщину сложенной пластины или промежуточной опорной пластины, когда зазор отверстия может уменьшить эффект сдвига на трубку и увеличить демпфирование системы. Обработка камеры с обеих сторон перегородки с отверстием оказывает определенное влияние на уменьшение повреждения вибрации.

В дополнение к структурному вниманию, чтобы избежать вибрации, внимание также должно быть уделено операционному теплообменнику в отношении некоторых из его влиятельных факторов, например: не позволяя скорости потока диаметра оболочки превышать пределы, разрешенные анализом вибрации, даже для Короткие периоды времени наносят ущерб сроку службы теплообменника.
Источник: воспроизведение
Отказ от ответственности. Эта статья воспроизводится из Интернета и защищена авторским правом первоначальным автором. Если есть какие -либо проблемы с авторским правом, пожалуйста, свяжитесь с нами, и мы удалим контент с первой возможностью.