換熱設(shè)備第講振動及防止

2典型的管殼式換熱器第一頁，共六十五頁。3典型的管殼式換熱器第二頁，共六十五頁。4內(nèi)

容振動帶來的危害橫向流誘發(fā)振動的原因防振措施第三頁，共六十五頁。5振動帶來的危害第四頁，共六十五頁。6振動所帶來的危害1

傳熱管的碰撞、磨損2管子的疲勞破壞（微動疲勞）3

管子與管板連接處發(fā)生泄漏4殼程空間發(fā)生強烈的噪聲5增加了殼程的壓力降第五頁，共六十五頁。7工程中實例楊子石化公司鈦冷凝器的失效

PTA裝置12臺鈦冷凝器(總價值1個億)，經(jīng)過十年左右的運行，均發(fā)生了不同程度的管子泄漏等失效型式

嚴(yán)重影響了化工廠生產(chǎn)和循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行

泄漏還導(dǎo)致冷凝器殼體、膨脹節(jié)、管板、循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備等發(fā)生不應(yīng)有的腐蝕與損壞。失效原因:主要原因為管束振動引起的疲勞失效。第六頁，共六十五頁。8工程中實例第七頁，共六十五頁。9工程中實例第八頁，共六十五頁。10工程中實例第九頁，共六十五頁。11流致振動注意：第十頁，共六十五頁。12機(jī)械振動常見故障原因一般有；不平衡、不對中、弓軸、支撐松動故障、齒輪故障、轉(zhuǎn)子摩擦、滾動軸承故障等不同于機(jī)械振動，流致振動是指物體或結(jié)構(gòu)被流體激發(fā)的振動，即工程結(jié)構(gòu)往往會由于流體特殊的力學(xué)作用而產(chǎn)生的振動現(xiàn)象。第十一頁，共六十五頁。13流致振動關(guān)系圖第十二頁，共六十五頁。14流致振動的分類第十三頁，共六十五頁。15第十四頁，共六十五頁。16微動疲勞第十五頁，共六十五頁。17微動疲勞微動磨損：兩構(gòu)件在接觸面上很小的，反復(fù)的相對滑動，造成構(gòu)件表面的機(jī)械損傷。考動疲勞研究就是：在原有結(jié)構(gòu)疲勞問題中進(jìn)一步考慮微動磨損的影響第十六頁，共六十五頁。18微動疲勞第十七頁，共六十五頁。19微動疲勞第十八頁，共六十五頁。20微動疲勞影響疲勞強度的主要原因微動誘發(fā)了微裂紋的產(chǎn)生在裂紋擴(kuò)展第一階段，除了拉伸型應(yīng)力強度因子外，還有剪切型應(yīng)力強度因子，加速了裂紋的擴(kuò)展第十九頁，共六十五頁。21傳熱管的磨損第二十頁，共六十五頁。22傳熱管的磨損第二十一頁，共六十五頁。23第二十二頁，共六十五頁。24第二十三頁，共六十五頁。25傳熱管的磨損第二十四頁，共六十五頁。26傳熱管的磨損第二十五頁，共六十五頁。27傳熱管的磨損第二十六頁，共六十五頁。28傳熱管的磨損第二十七頁，共六十五頁。29傳熱管的磨損第二十八頁，共六十五頁。30傳熱管的磨損第二十九頁，共六十五頁。31傳熱管的磨損核電站中蒸發(fā)器傳熱管判廢準(zhǔn)則第三十頁，共六十五頁。32橫向流誘發(fā)振動的機(jī)理第三十一頁，共六十五頁。33橫向流誘發(fā)振動的原因(1)1

卡曼漩渦第三十二頁，共六十五頁。34橫向流誘發(fā)振動的原因(1)1

卡曼漩渦第三十三頁，共六十五頁。35橫向流誘發(fā)振動的原因(1)卡曼漩渦自管子脫落的頻率fv=St×V/d0

1/sV-管束中最小自由截面處流速,m/sd0-管子外徑，mSt-斯特羅哈準(zhǔn)數(shù)，無因次，可查下圖第三十四頁，共六十五頁。36橫向流誘發(fā)振動的原因(1)第三十五頁，共六十五頁。37當(dāng)卡曼漩渦脫落的頻率等于管子的自振頻率時，管子便發(fā)生劇烈的振動注意！第三十六頁，共六十五頁。38第三十七頁，共六十五頁。39橫向流誘發(fā)振動的原因(2)紊流抖振(湍流顫振)殼程流體的極度紊流漩渦使管子受到隨機(jī)的波動作用力，紊流有很寬的頻帶

發(fā)生在節(jié)徑比P/d0小于1.5的密排管束第三十八頁，共六十五頁。40橫向流誘發(fā)振動的原因(2)紊流抖振動的頻率(經(jīng)驗公式)V-管束中最小自由截面處流速,m/sd0-管子外徑，ml,

T-管子間距第三十九頁，共六十五頁。41橫向流誘發(fā)振動的原因(3)聲振動發(fā)生在殼程流體為氣體的換熱器中

氣體進(jìn)入殼程后，在與流動方向與管子軸線都垂直的地方會形成聲學(xué)駐波，如駐波與漩渦脫落頻率或紊流抖振頻率一致，便激發(fā)聲學(xué)駐波的振而產(chǎn)生強烈噪聲，甚至使殼體破壞第四十頁，共六十五頁。42橫向流誘發(fā)振動的原因(3)聲學(xué)駐波示意圖第四十一頁，共六十五頁。43橫向流誘發(fā)振動的原因(3)聲學(xué)駐波第四十二頁，共六十五頁。

橫向流誘發(fā)振動的原因(3)聲學(xué)駐波的頻率fv=nC/2D1/sn-駐波階數(shù)，無因次C-在殼程流體中聲音傳播速度D-特征長度，一般指殼體內(nèi)徑

44第四十三頁，共六十五頁。45橫向流誘發(fā)振動的原因(4)流體彈性激振首先是因為管子的運動而造成激振頻率不僅與流速有關(guān)，還與周圍管子的共振頻率有關(guān)。流體彈性激振屬于自激振動，一旦開始，振幅將急劇增大。管子開始振動的流體速度稱為臨界橫流速度Vc第四十四頁，共六十五頁。46橫向流誘發(fā)振動的原因(4)臨界橫流速度Vcβ-參數(shù),與管子排列方式，管子的節(jié)徑比有關(guān)fn-管子自振頻率，1/sδ-管子對數(shù)衰減率，與材料、支撐、流體有關(guān)，無因次m-管子單位長度有效質(zhì)量

kg/mρs-殼程流體的密度

kg/m3第四十五頁，共六十五頁。47橫向流誘發(fā)振動的原因(5)射流轉(zhuǎn)換橫向流體以很高速度流經(jīng)節(jié)徑比很小的管子時，在尾流中可觀察到射流對的出現(xiàn)。（很高時

V/fnd0>75）第四十六頁，共六十五頁。48橫向流誘發(fā)振動的原因(總結(jié))橫向流速低時卡曼漩渦紊流抖振聲振動

（殼程流體為氣體時）橫向流速高時流體彈性激振射流轉(zhuǎn)換引起的管子振動

（很高時

V/fnd0>75）第四十七頁，共六十五頁。49管子的自振頻率幾個概念自振頻率（固有頻率）基頻第四十八頁，共六十五頁。50管子的自振頻率-單跨管第四十九頁，共六十五頁。51管子的自振頻率-單跨管X=0時,y(0)=y’(0)=0X=l時,y(l)=y’(l)=0第五十頁，共六十五頁。52管子的自振頻率-多跨管實際換熱器中的管子都是多跨管（跨距相等）將管子兩端看為固支，中間折流板處看作簡支求解的思路：可利用邊界條件，及折流板支撐處的連續(xù)條件第五十一頁，共六十五頁。53振動的判據(jù)1

準(zhǔn)確確定振動計算所需的參數(shù)如管子自振頻率及阻尼，流體彈性參數(shù)β,St2實際上,要準(zhǔn)確預(yù)測換熱管的振動很困難，況且各種振動機(jī)理可能聯(lián)合作用，為可靠起見，設(shè)計時要防止各種激振第五十二頁，共六十五頁。54振動的判據(jù)第五十三頁，共六十五頁。553振動的判據(jù)第五十四頁，共六十五頁。56防振措施第五十五頁，共六十五頁。57防振措施(1)1

降低流速a)

降低殼程流量或流速（反之也降低生產(chǎn)能力）b)增加管間距來降低流速

(反之殼體直徑增大)c)改變管束的排列角也可降低流速d)

設(shè)置防沖擋板或?qū)Я魍驳谖迨摚擦屙摗?8防振措施(1)第五十七頁，共六十五頁。59防振措施(2)2

改變管子的自振頻率a)

減小管子跨距（最有效方法）b)增大管子彈性模量或慣性矩（不現(xiàn)實）c)

管子間隙處插入板條或桿狀物（對U型管很實用）d)在折流板缺口處不布管e)減小管子與折流板間隙與加厚管板(改變不了頻率，減輕了管子所受折流板割據(jù)作用，增加系統(tǒng)阻尼)第五十八頁，共六十五頁。60防振措施(3)3

設(shè)置消聲隔板在殼程設(shè)置平行于管子軸線的縱向隔板或多孔板，可以有效降低噪聲

。第五十九頁，共六十五頁。61防振措施(4)4抑制周期性的漩渦a)

沿管子周向纏繞金屬絲，或沿軸向設(shè)置金屬條可改變流場，抑制或消弱周期性漩渦第六十頁，共六十五頁。62防振措施(4)4抑制周期性的漩渦b)

采用折流桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折流板可防振，強化傳熱、減少污垢，減少殼程壓力降第六十一頁，共六十五頁。63防振措施(4)第六十二頁，共六十五頁。641管殼式換熱器中橫向流動誘發(fā)振動的主要原因是什么？2聲振動是由什么引起的，一般發(fā)生的介質(zhì)是液體還是氣體？3管殼式換熱器防振的措施有哪些？回顧與思考？第六十三頁，共六十五頁。65

謝謝！Thank

you

！華東理工機(jī)械與動力工程學(xué)院第六十四頁，共六十五頁。內(nèi)容總結(jié)2。2管子的疲勞破壞（微動疲勞）。右的運行，均發(fā)生了不同程度的管子泄漏等失效型式。失效原因:主要原因為管束振動引起的疲勞失效。不平衡、不。流體特殊的力學(xué)作用而產(chǎn)生的振動現(xiàn)象。考動疲勞研究就是：在原有結(jié)構(gòu)疲勞問題中進(jìn)一步考慮微。的波動作用力，紊