Αιτίες δονήσεων και θορύβου σε εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνα και προληπτικά μέτρα

Δόνηση εναλλάκτη θερμότητας

Καθώς αυξάνεται η κλίμακα παραγωγής, το μέγεθος του εναλλάκτη θερμότητας, ο ρυθμός ροής του υγρού και το εύρος της στήριξης αυξάνονται, ακόμη και πέρα ​​από τα επιτρεπόμενα όρια, μειώνοντας έτσι την ακαμψία της δέσμης του σωλήνα και αυξάνοντας τις δυνατότητες κραδασμών.

Ο δόνηση μπορεί να προκαλέσει διαρροή σωλήνα, φθορά, κόπωση, κάταγμα και ακόμη και συνοδευτικό θόρυβο σχισίματος αυτιών, ο οποίος όχι μόνο μειώνει τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού, αλλά είναι επίσης επιζήμια για την υγεία των ανθρώπων. Μόλις συμβεί ένα περιστατικό, ο δόνηση συχνά διαρκεί πολύ χρόνο για να αναλύσει και να επισκευαστεί. Λόγω της πολυπλοκότητας των παραγόντων που επηρεάζουν τη δόνηση, τη δυσκολία εκτίμησης του μεγέθους του αποτελέσματος απόσβεσης και της δυσκολίας στον προσδιορισμό του ρυθμού φθοράς και βλάβης του σωλήνα, που δεν μπορούν ακόμη να περιγραφούν με απλές μαθηματικές εξισώσεις, μπορεί να ειπωθεί ότι η θεωρητική Οι μέθοδοι υπολογισμού που χρησιμοποιούνται μέχρι στιγμής δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση των κραδασμών με ακρίβεια στην πρακτική της μηχανικής. Οι υφιστάμενοι κωδικοί για τους εναλλάκτες θερμότητας δεν διαθέτουν επίσης σαφείς κανονισμούς σχετικά με τις μεθόδους ανάλυσης κραδασμών και τις κατευθυντήριες γραμμές σχεδιασμού για την πρόληψη των κραδασμών. Ωστόσο, έχει αποδειχθεί ότι εάν τα υπάρχοντα αποτελέσματα της έρευνας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πραγματοποίηση των απαραίτητων εκτιμήσεων και των αναλύσεων των κραδασμών κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού και μπορούν να ληφθούν ορισμένα μέτρα πρόληψης των κραδασμών, τότε μπορούν να αποφευχθούν ορισμένοι καταστροφικοί δονήσεις.
Αιτίες δονήσεων που προκαλούνται από υγρά

Η δέσμη σωλήνα του εναλλάκτη θερμότητας ανήκει στο ελαστομερές και διαταράσσεται από το υγρό που ρέει μέσα από αυτό, αφήνοντας τη θέση ισορροπίας του, ο σωλήνας παράγει δόνηση, αυτή η δόνηση ονομάζεται δόνηση που προκαλείται από ροή. Στην πραγματικότητα, κάθε εναλλάκτης θερμότητας στο έργο των περισσότερων ή λιγότερο κραδασμών, η πηγή δόνησης μπορεί να είναι η πλευρά του κελύφους ή η πλευρά του σωλήνα της ροής ρευστού που προκαλείται από δόνηση. Οι διακυμάνσεις της ταχύτητας του υγρού ή η παλμός που προκαλούνται από δόνηση. μέσω του σωλήνα ή της υποστήριξης της διάδοσης της μηχανικής δόνησης ισχύος και ούτω καθεξής. Μερικές φορές οι πηγές δόνησης μπορεί να είναι περισσότερες, και μία ή περισσότερες από αυτές μπορεί να είναι η κύρια πηγή δόνησης. Υπάρχουν πηγές κραδασμών που είναι σχετικά εύκολο να προβλεφθούν, ενώ η δόνηση που προκαλείται από υγρά είναι πιο δύσκολο να προβλεφθεί.

Ορισμένες πειραματικές και επιχειρησιακές εμπειρίες έχουν δείξει ότι οι δονήσεις σε εναλλάκτες θερμότητας προκαλούνται κυρίως από τη ροή του υγρού στην πλευρά του κελύφους, με δονήσεις που προκαλούνται από ροή υγρών στην πλευρά του σωλήνα συχνά αμελητέα. Γενικά, στο υγρό από την πλευρά του κελύφους, η διαμήκη ροή παράλληλη προς την κατεύθυνση του άξονα του σωλήνα διεγείρεται από το μικρό εύρος της δόνησης, η δόνηση που προκαλείται από την πιθανότητα δομικής βλάβης, αλλά και πολύ μικρότερη από την εγκάρσια ροή. Ως εκ τούτου, είναι η δόνηση που προκαλείται από εγκάρσια ροή που προκαλεί μεγαλύτερη ανησυχία.

Έχουν αναγνωριστεί τρεις διαφορετικές αιτίες δονήσεων που προκαλούνται από υγρό: η απόρριψη στροβίλων, η ταραχώδη ελαστική περιστροφή και η ελαστική περιστροφή του υγρού (ή η ελαστική αστάθεια του υγρού).



(1) Έξοδος Vortex

Όταν το υγρό ρέει εγκάρσια μέσω ενός μόνο κυλίνδρου, σε έναν μεγάλο αριθμό Reynolds, ο σωλήνας μετά τη ροή της ουράς στο σχηματισμό της στροβιλισμού Carmen (Karman) (ή Carmen Vortex Street) έτσι ώστε οι δύο στήλες των στροβίλων σε αντίθετες κατευθύνσεις εναλλάσσονται Περιοδικά, με αποτέλεσμα μια συγκεκριμένη συχνότητα απόρριψης. Όταν το υγρό ρέει πλευρικά μέσα από τη δέσμη, η ίδια στροβίλου Karman δημιουργείται πίσω από τη δέσμη και για μικρές δέσμες βήματος αυτό το φαινόμενο συμβαίνει μόνο στις πρώτες σειρές στην περιφέρεια της δέσμης, για μεγάλες δέσμες βήματος μπορεί να συμβεί σε όλη τη δέσμη. Όταν η απόρριψη στροβίλου, το υγρό ασκεί μια εναλλασσόμενη θετική και αρνητική δύναμη στον κυκλικό σωλήνα, η συχνότητα αυτής της δύναμης είναι η ίδια με τη συχνότητα απόρριψης του στροβίλου, γεγονός που προκαλεί τη δόνηση του κυκλικού σωλήνα που δονείται κάθετα προς την κατεύθυνση της ροής σε ή κοντά στη στροβίλου Συχνότητα απόρριψης. Εάν η συχνότητα κραδασμών του κυκλικού σωλήνα είναι ίση με πολλαπλή ή κατά προσέγγιση της συχνότητας απόρριψης στροβίλων, η στροβίλου ρίχνεται ομοιόμορφα ταυτόχρονα κατά μήκος του πλήρους έκτασης του κυλίνδρου (κυκλικός σωλήνας) στην ίδια συχνότητα, με τη συχνότητα απόρριψης και τη συχνότητα των κραδασμών συγχρονισμένη, η οποία είναι γνωστή ως συντονισμός.

Η ίδια η απόρριψη του Vortex μπορεί επίσης να παράγει έναν συγκεκριμένο ήχο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπό ορισμένες συνθήκες θα διεγείρει ένα σταθερό κύμα κάποιας τάξης μεταξύ των δύο τοιχωμάτων του θαλάμου αερίου, κάθετα τόσο στον σωλήνα όσο και στην κατεύθυνση της ροής, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Αυτό το μόνιμο κύμα αντανακλάται μεταξύ των τοίχων όπου βρίσκεται η δέσμη σωλήνων και δεν εξαπλώνεται ενέργεια προς τα έξω, ενώ η απόρριψη στροβίλων εισέρχεται συνεχώς ενέργεια. Όταν η συχνότητα σταθερού κύματος και η συχνότητα αποβολής στροβίλου συζευγνύονται, προκαλείται μια ισχυρή δόνηση ακουστικού κύματος του θαλάμου αερίου - η δόνηση αερίου - η οποία παράγει πολύ θόρυβο.
(2) υγρή ελαστική περιστροφή

Όταν ένα αέριο ρέει πλευρικά μέσω μιας δέσμης σωλήνα, οι δυνάμεις υγρού που παράγονται από την ασυμμετρία του υγρού μπορεί να προκαλέσει μια σωλήνα στη δέσμη να μετατοπιστεί στιγμιαία από την αρχική του θέση, εναλλάσσοντας έτσι το πεδίο ροής και καταστρέφοντας την ισορροπία στους γειτονικούς σωλήνες, προκαλώντας τους να μετατοπιστούν και σε κατάσταση δόνησης. Εάν δεν υπάρχει αρκετή απόσβεση για να διαλυθεί η ενέργεια, το εύρος θα αυξηθεί έως ότου οι σωλήνες να χτυπήσουν ο ένας τον άλλον και να προκαλέσουν βλάβη, τέτοιες δόνηση ονομάζεται υγρό ελαστικό δόνηση. Σε αντίθεση με το πρώτο, το Vortex Shedding είναι ένα ασταθές φαινόμενο που εμφανίζεται πίσω από το σωλήνα και προκαλεί τη δόνηση του σωλήνα. Πρόκειται για ένα υδροδυναμικό φαινόμενο που δεν εξαρτάται καθόλου από την κίνηση του σωλήνα, ενώ η ελαστική περιστροφή του υγρού δεν προσδιορίζεται από κανένα ασταθές φαινόμενο, αλλά παράγεται από την αλληλεπίδραση των πεδίων ροής των παρακείμενων σωλήνων.

(3) τυρβώδη jitter

Η στροβιλώδη ροή του υγρού προς όλες τις κατευθύνσεις σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων έχει τυχαία εξαρτήματα διακύμανσης, όταν το υγρό κατάντη ή πλευρική ροή γύρω από το εξωτερικό του σωλήνα, αυτά τα τυρβώδη συστατικά στην ενέργεια μεταφοράς σωλήνα, με αποτέλεσμα τυχαία δόνηση του σωλήνα, αυτό Το είδος της αναταραχής που παράγεται από την πλευρά του κελύφους της ροής του υγρού μέσω της δέσμης σωλήνων που προκαλείται από τη δόνηση του σωλήνα, είναι η πιο κοινή μορφή δόνησης, όταν η κύρια συχνότητα αυτών των τυρβώδεις διακυμάνσεις και η εγγενής συχνότητα του σωλήνα συμπίπτουν, τότε ένα τυπικό συμβαίνει συντονισμός. Εάν το υγρό στην πλευρά του κελύφους είναι ένα αέριο, η κύρια συχνότητα της δόνησης τυρβώδους jitter μπορεί επίσης να παράγει ακουστικό συντονισμό σε μια ορισμένη ταχύτητα.

Οι παραπάνω τρεις μελέτες δείχνουν ότι η δόνηση της δέσμης του σωλήνα συνδέεται στενά τόσο με την εγγενή συχνότητα του σωλήνα όσο και με τη συχνότητα ακουστικής δόνησης του θαλάμου αερίου.

Πρόβλεψη και πρόληψη κραδασμών

Οι κίνδυνοι που προκαλούνται από τους κραδασμούς είναι τόσο μεγάλοι που πρέπει να δοθεί η σκέψη στο χρόνο σχεδιασμού για να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα για δόνηση που προκαλείται από υγρό. Η εξάλειψη όλων των δυνατοτήτων διέγερσης της δέσμης σωλήνων εναλλάκτη θερμότητας είναι ο πιο θεμελιώδης τρόπος για την πρόληψη των κραδασμών και επομένως η πρόβλεψη ή η βαθμονόμηση της δόνησης των εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνων θα πρέπει να γίνει ως σημαντικό μέρος της εξασφάλισης της ασφαλούς λειτουργίας του εναλλάκτη θερμότητας.

Ωστόσο, η δόνηση δεν προκαλεί απαραιτήτως μηχανική βλάβη και πολλοί εναλλάκτες θερμότητας δονείται αλλά δεν έχουν ατυχήματα. Αυτό δεν σημαίνει, φυσικά, ότι ο δόνηση μπορεί να αγνοηθεί. Όταν τα προβλεπόμενα αποτελέσματα είναι πιθανό να συμβούν δόνηση, μπορούν να ληφθούν μερικά από τα ακόλουθα μέτρα πρόληψης και απόσβεσης των κραδασμών.

(1) Μειώστε τον ρυθμό ροής στην πλευρά του κελύφους. Εάν ο ρυθμός ροής στην πλευρά του κελύφους είναι σταθερός, η απόσταση σωλήνα μπορεί να αυξηθεί. Αυτή η μέθοδος είναι πιο εφικτή όταν υπάρχει ένα όριο πτώσης πίεσης στο σχεδιασμό, αλλά θα αυξήσει τη διάμετρο του κελύφους ή θα αυξήσει το μήκος του σωλήνα.

Εάν η αρχική ενιαία είσοδος και έξοδος που βρίσκεται και στα δύο άκρα του κελύφους (ροή υγρού μέσα από το κέλυφος ταυτόχρονα γύρω από την πτυσσόμενη πλάκα) στην είσοδο στη μέση, η έξοδος και στα δύο άκρα του εναλλάκτη θερμότητας διαχωρισμού, το υγρό θα να χωριστεί σε δύο μισά από κάθε άκρο της εκροής του κελύφους, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, μπορεί να μειώσει σημαντικά την ταχύτητα διασταυρούμενης ροής.
(2) Αυξήστε την εγγενή συχνότητα του σωλήνα. Η εγγενή συχνότητα του σωλήνα είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο του διαστήματος υποστήριξης, μειώνοντας έτσι το εύρος στήριξης του σωλήνα είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για την αύξηση της εγγενούς συχνότητας του σωλήνα.

Εάν ο σωλήνας δεν είναι παραταγμένος στην εγκοπή του υποκλασμένου διαφυγίου, αυτά τα διαστήματα που υποστηρίχθηκαν αρχικά μόνο σε κάθε διάστημα του διαφράγματος μπορούν να μειωθούν, αυξάνοντας την εγγενή συχνότητα. Αυτή η μέθοδος ισχυρίζεται ότι είναι η πιο αποτελεσματική λύση στο πρόβλημα των κραδασμών και παρουσιάζεται στο παρακάτω διάγραμμα. Εάν απαιτείται, μπορεί να προστεθεί μια ενδιάμεση πλάκα στήριξης (μια πλάκα στήριξης με τα δύο άκρα) μπορεί να προστεθεί μεταξύ των δύο διπλωμένων πλακών, η οποία δεν έχει καμία επίδραση στην πτώση της πίεσης, αλλά έχει ευεργετική επίδραση στη μεταφορά θερμότητας. Η εγγενής συχνότητα μπορεί επίσης να αυξηθεί με την αλλαγή του σωλήνα ή την αύξηση του πάχους του τοιχώματος, αλλά το αποτέλεσμα δεν είναι σημαντικό.
(3) Αυξήστε τη συχνότητα κραδασμών ήχου. Εισάγετε την πλάκα υγρασίας δόνησης στο κέλυφος, έτσι ώστε η κατεύθυνση πλάτους του παράλληλη προς την κατεύθυνση της διασταυρούμενης ροής και της κατεύθυνσης μήκους του παράλληλα με τον άξονα του σωλήνα, έτσι ώστε η συχνότητα δόνησης ήχου να μπορεί να αυξηθεί, έτσι ώστε να μην είναι συνεπής με Η συχνότητα της εκτόξευσης στροβίλων και της ταραχώδους δόνησης jitter. Η θέση της πλάκας υγρασίας των κραδασμών θα πρέπει να βρίσκεται στην κοιλιά κύματος της κυματομορφής της ήχου δόνησης.

(4) Από τη δομή, αυξήστε το πάχος της διπλωμένης πλάκας ή της ενδιάμεσης πλάκας στήριξης, όταν το χάσμα οπών είναι βέβαιο, μπορεί να μειώσει τη διατμητική επίδραση στον σωλήνα και να αυξήσει την απόσβεση του συστήματος. Η μηχανική κατεργασία και στις δύο πλευρές της διάτρησης πλάκας διαφράγματος έχει μια ορισμένη επίδραση στη μείωση της βλάβης των κραδασμών.

Εκτός από τη δομική προσοχή για να αποφευχθεί η δόνηση, πρέπει επίσης να δοθεί προσοχή στον εναλλάκτη θερμότητας που λειτουργούν σε σχέση με ορισμένους από τους σημαντικούς παράγοντες του, για παράδειγμα: να μην επιτρέπεται ο ρυθμός ροής διαμέτρου κελύφους να υπερβαίνει τα όρια που επιτρέπονται από την ανάλυση των κραδασμών, ακόμη και για σύντομες χρονικές περιόδους, είναι επιζήμια για τη διάρκεια ζωής του εναλλάκτη θερμότητας.
Πηγή: αναπαραγωγή
Αποποίηση ευθυνών. Αυτό το άρθρο αναπαράγεται από το Διαδίκτυο και προστατεύεται από τον αρχικό συγγραφέα. Εάν υπάρχουν ζητήματα πνευματικής ιδιοκτησίας, επικοινωνήστε μαζί μας και θα καταργήσουμε το περιεχόμενο με την πρώτη ευκαιρία.