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1、管壳式换热器产生振动的原因和危害换热器管束的振动是由壳程流体的诱导振动引起的,一般包括旋涡分离、紊流抖振、流体的弹性激振和声共鸣四种形式。其中,弹性激振是最主要的振动形式,并且旋涡分离和紊流抖振对它起一定的促进作用。所以,分析振动的关键是研究流体的弹性激振。流体在换热器内流动存在一个“临界流速”问题,传统的方法是通过基于经验半经验的公式来确定。有学者把换热器内的流体视为非定常不可压缩流体,通过它建立一个关于流场的参数多项式,无论是二维还是三维流动,该多项式的系数只是一个坐标的函数。把此参数多项式带入流体基本方程,利用振荡流体力学理论,就可以求得影响流体弹性不稳定的相关参数和“临界流速”的数值。
2、i%NFj&bbA 参数多项式方法是一种快速的数值计算方法,应用它可以计算各种振幅条件下的流体力做功,通过阻尼稳定性理论,便可以求得平衡振幅,而后得到动应力,最后把动应力与管束的疲劳寿命结合起来。这种方法更加符合工程实际的要求。i-tc4su 目前工程实际中主要采用以下方法预防管束振动。q*Nx0j(E#e)FU. (1)制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。qO3V:O4J|Aq (2)适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之
3、降低。xU9KX6B (3)适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。,dr Clu)j0T/i (4)改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。2mCW/w5G9m (5)在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的
4、。-e/CWf1,hGf2g%v (6)由于压力或温度的作用形成的对管子的轴向压缩载荷,对振动有潜在的影响,对于热物料走壳程的固定管板式换热器和所有多管程固定管板换热器这种影响尤为明显,采用膨胀节便可减少管子的压缩应力。Mx-h:U1d | Y (7)从实际传热和水力经济性考虑,尽可能采用最大的管径。较大的管径,其惯性矩也大,因此对一定长度的管子来说,能有效增加管子的刚度。 管壳式换热器产生振动的原因W*T:L)%J9a1.管束振动频率与气流固有频率接近 C%hL-O0F1d$K2.折流板间距设置不当|qP d1o;n6f3G9U_ 3操作环境不当,调整运行参数,不行换成过热水Azg5j. G
5、g-WJ&U 4蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。+rE q19C5 蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。:g:*G%NHt O52k8G 6蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。x0S6a6Tn*:l37k 解决办法：7c7 ?Lm9kTd%t1将折流板间距放大，或者是使用折流杆，降低压降。 EHjkm,V Xw2、改变蒸汽进口管径或者是有单个进气口改为两个进气口。W*ad!O3如果工艺允许的话可以采用高温热水，或者是采用低压力蒸汽（低压力蒸汽热焓高）。O L.m&VTEm(u 4制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防
6、冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。,2R5wr PZm 5适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之降低。+k/S2I0Sg+P)O/Y 6适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。b2C d9S 4B 7改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。+|v)j9X
7、9u$lK4G4Z8在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的。5n2u ca3GI#s j3o 9由于压力或温度的作用形成的对管子的轴向压缩载荷,对振动有潜在的影响,对于热物料走壳程的固定管板式换热器和所有多管程固定管板换热器这种影响尤为明显,采用膨胀节便可减少管子的压缩应力。KhIp MW ep.H+ 10从实际传热和水力经济性考虑,尽可能采用最大的管径。较大的管径,其惯性矩也大,因此对一定长度的管子来说,能有效增加管子的刚度。 管壳式换热器产生振
8、动的危害管壳式换热器产生振动的危害 asdfg104 发表于 2009-2-18 08:18在管壳式换热器的壳程中，流体横向通过管束时，流体诱发振动的主要成因是：1.卡门旋涡（有声振动或无声振动）；2.紊流抖动（有声振动或无声振动）；3.流体弹性不稳定。,_ aH4nP!o 防振措施：1.改变流速：减少壳程流量，以分流壳程代替单壳程，以双弓形折流板代替单共形折流板，都能降低横流速度，防止振动。但传热效率将有所改变。2.改变换热管的固有频率：减小换热管的跨距；折流板缺口区不布管，是换热管受到所有折流板的支撑；在不影响横流速度的情况下，折流板之间应增设支撑板；在换热管二阶振型的节点位置处增设支撑件
9、；U行管弯管段设置支撑板或支撑条。3.在壳程沿平行于气流的方向插入纵向隔板，以减小特性长度，可提高声频，防止声振动。4.采用杆状或条状支撑，代替折流板。5.在换热管外表面沿周向缠绕金属丝或沿轴向安装金属条，可抑制周期性旋涡的形成。3FH7%AUZo*Cyantinglong 发表于 2009-2-18 08:54换热器管束的振动是由壳程流体的诱导振动引起的,分为：旋涡分离、紊流抖振、流体的弹性激振和声共鸣四种。产生的原因有： jlfmc Zb#j1）.管束振动频率与气流固有频率接近gJdy*l 2).折流板间距设置不当GMK,7u$I 3）操作环境不当,调整运行参数,不行换成过热水l$px3w
10、)_%oVg 4）蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。 %h#O8M0J i*O5） 蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。uuO: u2xU6）蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。-BXM$UQI!|CQ7EGW 主要采用以下方法预防管束振动。x:Z)c%Uho 1)制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。 _Q )U iG0Q8*W#A 2)适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之降低。l
11、bdu G 3)适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。!_3N hU!etY/s*l G/I 4)改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。gP.x6Z; 5)在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的。S6qX
12、0qVE (6)由于压力或温度的作用形成的对管子的轴向压缩载荷,对振动有潜在的影响,对于热物料走壳程的固定管板式换热器和所有多管程固定管板换热器这种影响尤为明显,采用膨胀节便可减少管子的压缩应力。f+m&U,H (_ (7)从实际传热和水力经济性考虑,尽可能采用最大的管径。较大的管径,其惯性矩也大,因此对一定长度的管子来说,能有效增加管子的刚度。0ENx/cT3K1czielcc 发表于 2009-2-18 08:54管子振动F.W?0p5$O2vx2| （一）振动产生的原因2E zpt在管壳式换热器中，由于设置了折流板，故壳程中的流体是以横向即垂直于管子轴线的方向通过管束的。随着设备的大型化
13、以及为了强化传热而尽量增大壳程流速，横向流中流体诱发的换热器振动的事例屡见不鲜。表现为管子与相邻管子或折流板孔内壁撞击，使管子受到磨损、开裂或切断；管子疲劳破坏；管子与管板连接处发生泄漏；壳程内发生强烈的噪声；壳程的压差增大。因而只有在设计制造中注意振动在设备运行中发生的可能，并采取必要的措施才能避免发生。经一些机构的研究表明，横向流诱发的振动原因主要如下。f.rYo-XK1、卡曼旋涡与流体横向流过单个圆柱形物体一样，当其流过管束时，管子背后也有卡曼旋涡产生，如图1-111所示。当卡曼旋涡脱落频率等于管子的自振频率时，管子便发生剧烈的振动。-u*Z_G+KL3w 2、紊流抖振在节径比P/d。1
14、.5的密排管束中，由于没有足够的空间，故难以发生卡曼旋涡脱落的现象。但壳程流体的极度紊流，也会诱发管子的振动。紊流旋涡使管子受到随机的波动作用。而且紊流有一个相当宽的频带。当频带中的某一频率与管子任一振型的自振频率接近或相等时，便会导致大振幅的管子振动。:A1%l6wg)I3、声振动当蒸汽或气体进入壳程后，在与流动方向及管子轴线都成垂直的方向上会形成声学驻波。如果声学驻波的频率与旋涡脱落频率或紊流抖振频率一致时，便激发起声学驻波的振动，从而产生强烈的噪声。he&U#8H%J4、流体弹性激振首先是因为管子的运动而造成的。假若在管束中有一根管子偏离了原先的或静止的位置，且产生了位移，就会改变流场并
15、破坏邻近管子上力的平衡。使这些管子受到波动压力的作用而在它们的自振频率下处于振动状态，激振频率不仅与流速有关，还与周围管子的共振频率有关。即流体诱发的振动是流体流动与管子运动相互之间动力作用的结果。每根管子的振动与其周围管子的运动密切关联，流体弹性振动属于自激振动，振动一旦开始，振幅将急剧地增大。 OY5C F6N?5、射流转换当流体流过节径比小于1.5的单排管时，在尾流中可观察到射流对的出现，如果单排管有充分的时间交替地向上游或下游移动时，射流方向也随之改变。如果射流对的方向变化与管子运动的方向同步，在这种情况下，管子从流体吸收的能量比管子因阻尼消耗的能量大得多，管子的振动会加剧。总的说来，在横流速度较低时，容易产生周期性的卡曼旋涡或紊流旋涡，这时，在换热器中既可能产生管子的振动，也可能产生声振动。
