換熱設(shè)備第講振動(dòng)及防止

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

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

傳熱管的碰撞、磨損2管子的疲勞破壞（微動(dòng)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(qiáng)烈的噪聲5增加了殼程的壓力降第五頁(yè)，共六十五頁(yè)。7工程中實(shí)例楊子石化公司鈦冷凝器的失效

PTA裝置12臺(tái)鈦冷凝器(總價(jià)值1個(gè)億)，經(jīng)過(guò)十年左右的運(yùn)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(chǎng)生產(chǎn)和循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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?yàn)楣苁駝?dòng)引起的疲勞失效。第六頁(yè)，共六十五頁(yè)。8工程中實(shí)例第七頁(yè)，共六十五頁(yè)。9工程中實(shí)例第八頁(yè)，共六十五頁(yè)。10工程中實(shí)例第九頁(yè)，共六十五頁(yè)。11流致振動(dòng)注意：第十頁(yè)，共六十五頁(yè)。12機(jī)械振動(dòng)常見(jiàn)故障原因一般有；不平衡、不對(duì)中、弓軸、支撐松動(dòng)故障、齒輪故障、轉(zhuǎn)子摩擦、滾動(dòng)軸承故障等不同于機(jī)械振動(dòng)，流致振動(dòng)是指物體或結(jié)構(gòu)被流體激發(fā)的振動(dòng)，即工程結(jié)構(gòu)往往會(huì)由于流體特殊的力學(xué)作用而產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象。第十一頁(yè)，共六十五頁(yè)。13流致振動(dòng)關(guān)系圖第十二頁(yè)，共六十五頁(yè)。14流致振動(dòng)的分類(lèi)第十三頁(yè)，共六十五頁(yè)。15第十四頁(yè)，共六十五頁(yè)。16微動(dòng)疲勞第十五頁(yè)，共六十五頁(yè)。17微動(dòng)疲勞微動(dòng)磨損：兩構(gòu)件在接觸面上很小的，反復(fù)的相對(duì)滑動(dòng)，造成構(gòu)件表面的機(jī)械損傷?？紕?dòng)疲勞研究就是：在原有結(jié)構(gòu)疲勞問(wèn)題中進(jìn)一步考慮微動(dòng)磨損的影響第十六頁(yè)，共六十五頁(yè)。18微動(dòng)疲勞第十七頁(yè)，共六十五頁(yè)。19微動(dòng)疲勞第十八頁(yè)，共六十五頁(yè)。20微動(dòng)疲勞影響疲勞強(qiáng)度的主要原因微動(dòng)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(qiáng)度因子外，還有剪切型應(yīng)力強(qiáng)度因子，加速了裂紋的擴(kuò)展第十九頁(yè)，共六十五頁(yè)。21傳熱管的磨損第二十頁(yè)，共六十五頁(yè)。22傳熱管的磨損第二十一頁(yè)，共六十五頁(yè)。23第二十二頁(yè)，共六十五頁(yè)。24第二十三頁(yè)，共六十五頁(yè)。25傳熱管的磨損第二十四頁(yè)，共六十五頁(yè)。26傳熱管的磨損第二十五頁(yè)，共六十五頁(yè)。27傳熱管的磨損第二十六頁(yè)，共六十五頁(yè)。28傳熱管的磨損第二十七頁(yè)，共六十五頁(yè)。29傳熱管的磨損第二十八頁(yè)，共六十五頁(yè)。30傳熱管的磨損第二十九頁(yè)，共六十五頁(yè)。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(yè)，共六十五頁(yè)。32橫向流誘發(fā)振動(dòng)的機(jī)理第三十一頁(yè)，共六十五頁(yè)。33橫向流誘發(fā)振動(dòng)的原因(1)1

卡曼漩渦第三十二頁(yè)，共六十五頁(yè)。34橫向流誘發(fā)振動(dòng)的原因(1)1

卡曼漩渦第三十三頁(yè)，共六十五頁(yè)。35橫向流誘發(fā)振動(dòng)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(wú)因次，可查下圖第三十四頁(yè)，共六十五頁(yè)。36橫向流誘發(fā)振動(dòng)的原因(1)第三十五頁(yè)，共六十五頁(yè)。37當(dāng)卡曼漩渦脫落的頻率等于管子的自振頻率時(shí)，管子便發(fā)生劇烈的振動(dòng)注意！第三十六頁(yè)，共六十五頁(yè)。38第三十七頁(yè)，共六十五頁(yè)。39橫向流誘發(fā)振動(dòng)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(dòng)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(yè)，共六十五頁(yè)。40橫向流誘發(fā)振動(dòng)的原因(2)紊流抖振動(dòng)的頻率(經(jīng)驗(yàn)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(yè)，共六十五頁(yè)。41橫向流誘發(fā)振動(dòng)的原因(3)聲振動(dòng)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(dòng)方向與管子軸線(xiàn)都垂直的地方會(huì)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(qiáng)烈噪聲，甚至使殼體破壞第四十頁(yè)，共六十五頁(yè)。42橫向流誘發(fā)振動(dòng)的原因(3)聲學(xué)駐波示意圖第四十一頁(yè)，共六十五頁(yè)。43橫向流誘發(fā)振動(dòng)的原因(3)聲學(xué)駐波第四十二頁(yè)，共六十五頁(yè)。

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

44第四十三頁(yè)，共六十五頁(yè)。45橫向流誘發(fā)振動(dòng)的原因(4)流體彈性激振首先是因?yàn)楣茏拥倪\(yùn)動(dòng)而造成激振頻率不僅與流速有關(guān)，還與周?chē)茏拥墓舱耦l率有關(guān)。流體彈性激振屬于自激振動(dòng)，一旦開(kāi)始，振幅將急劇增大。管子開(kāi)始振動(dòng)的流體速度稱(chēng)為臨界橫流速度Vc第四十四頁(yè)，共六十五頁(yè)。46橫向流誘發(fā)振動(dòng)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(duì)數(shù)衰減率，與材料、支撐、流體有關(guān)，無(wú)因次m-管子單位長(zhǎng)度有效質(zhì)量

kg/mρs-殼程流體的密度

kg/m3第四十五頁(yè)，共六十五頁(yè)。47橫向流誘發(fā)振動(dòng)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(shí)，在尾流中可觀(guān)察到射流對(duì)的出現(xiàn)。（很高時(shí)

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

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

（很高時(shí)

V/fnd0>75）第四十七頁(yè)，共六十五頁(yè)。49管子的自振頻率幾個(gè)概念自振頻率（固有頻率）基頻第四十八頁(yè)，共六十五頁(yè)。50管子的自振頻率-單跨管第四十九頁(yè)，共六十五頁(yè)。51管子的自振頻率-單跨管X=0時(shí),y(0)=y’(0)=0X=l時(shí),y(l)=y’(l)=0第五十頁(yè)，共六十五頁(yè)。52管子的自振頻率-多跨管實(shí)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(jiǎn)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(yè)，共六十五頁(yè)。53振動(dòng)的判據(jù)1

準(zhǔn)確確定振動(dòng)計(jì)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(shí)際上,要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)換熱管的振動(dòng)很困難，況且各種振動(dòng)機(jī)理可能聯(lián)合作用，為可靠起見(jiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)要防止各種激振第五十二頁(yè)，共六十五頁(yè)。54振動(dòng)的判據(jù)第五十三頁(yè)，共六十五頁(yè)。553振動(dòng)的判據(jù)第五十四頁(yè)，共六十五頁(yè)。56防振措施第五十五頁(yè)，共六十五頁(yè)。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(lái)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?yè)，共六十五頁(yè)。58防振措施(1)第五十七頁(yè)，共六十五頁(yè)。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(shí)）c)

管子間隙處插入板條或桿狀物（對(duì)U型管很實(shí)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(yè)，共六十五頁(yè)。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(xiàn)的縱向隔板或多孔板，可以有效降低噪聲

。第五十九頁(yè)，共六十五頁(yè)。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(chǎng)，抑制或消弱周期性漩渦第六十頁(yè)，共六十五頁(yè)。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(qiáng)化傳熱、減少污垢，減少殼程壓力降第六十一頁(yè)，共六十五頁(yè)。63防振措施(4)第六十二頁(yè)，共六十五頁(yè)。641管殼式換熱器中橫向流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)的主要原因是什么？2聲振動(dòng)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(yè)，共六十五頁(yè)。65

謝謝！Thank

you

！華東理工機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院第六十四頁(yè)，共六十五頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)2。2管子的疲勞破壞（微動(dòng)疲勞）。右的運(yùn)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?yàn)楣苁駝?dòng)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(dòng)現(xiàn)象?？紕?dòng)疲勞研究就是：在原有結(jié)構(gòu)疲勞問(wèn)題中進(jìn)一步考慮微。的波動(dòng)作用力，紊