Punca getaran dan bunyi bising dalam penukar haba dan tiub dan langkah pencegahan

Getaran penukar haba

Apabila skala pengeluaran meningkat, saiz penukar haba, kadar aliran cecair dan rentang sokongan semua meningkat, walaupun di luar had yang dibenarkan, dengan itu mengurangkan ketegaran ikatan tiub dan meningkatkan potensi getaran.

Getaran boleh menyebabkan kebocoran tiub, haus, keletihan, patah dan bahkan mengiringi bunyi bising telinga, yang bukan sahaja mengurangkan kehidupan peralatan, tetapi juga memudaratkan kesihatan rakyat. Sebaik sahaja kejadian telah berlaku, getaran sering mengambil masa yang lama untuk menganalisis dan membaiki. Oleh kerana kerumitan faktor -faktor yang mempengaruhi getaran, kesukaran untuk menganggarkan magnitud kesan redaman dan kesukaran dalam menentukan kadar haus dan kerosakan tiub, yang belum dapat diterangkan oleh persamaan matematik yang mudah, dapat dikatakan bahawa teoritis Kaedah pengiraan yang digunakan setakat ini tidak boleh digunakan untuk menganalisis getaran dengan tepat dalam amalan kejuruteraan. Kod sedia ada untuk penukar haba juga tidak mempunyai peraturan yang jelas mengenai kaedah analisis getaran dan garis panduan reka bentuk untuk pencegahan getaran. Walau bagaimanapun, telah terbukti bahawa jika hasil penyelidikan yang sedia ada boleh digunakan untuk membuat anggaran dan analisis getaran yang diperlukan semasa reka bentuk, dan beberapa langkah pencegahan getaran boleh diambil, maka beberapa getaran merosakkan kebanyakannya dapat dielakkan.
Punca getaran yang disebabkan oleh bendalir

Bundle tiub penukar haba tergolong dalam elastomer dan terganggu oleh bendalir yang mengalir melaluinya, meninggalkan kedudukan keseimbangannya, tiub menghasilkan getaran, getaran ini dipanggil getaran yang disebabkan oleh aliran. Malah, setiap penukar haba dalam kerja getaran lebih kurang, sumber getaran mungkin bahagian shell atau tiub aliran bendalir yang disebabkan oleh getaran; turun naik halaju cecair atau denyutan yang disebabkan oleh getaran; melalui paip atau penyebaran sokongan getaran mekanikal kuasa dan sebagainya. Kadang -kadang sumber getaran mungkin lebih, dan satu atau lebih daripada mereka mungkin menjadi sumber utama getaran. Terdapat sumber getaran yang agak mudah untuk diramal, sementara getaran yang disebabkan oleh cecair lebih sukar untuk dijangka.

Sesetengah pengalaman eksperimen dan operasi telah menunjukkan bahawa getaran dalam penukar haba terutamanya disebabkan oleh aliran cecair di bahagian shell, dengan getaran yang disebabkan oleh aliran bendalir di bahagian tiub sering diabaikan. Secara umum, dalam cecair sisi shell, aliran longitudinal selari dengan arah paksi tiub teruja dengan amplitud kecil getaran, getaran yang disebabkan oleh kebarangkalian kerosakan struktur, tetapi juga lebih kecil daripada aliran melintang. Oleh itu, ia adalah getaran yang disebabkan oleh aliran melintang yang lebih membimbangkan.

Tiga punca getaran yang disebabkan oleh bendalir telah diiktiraf: Vortex Shedding, turbulent jittering dan putaran elastik cecair (atau ketidakstabilan elastik cecair).



(1) Vortex menumpahkan

Apabila bendalir mengalir melintang melalui satu silinder, pada nombor Reynolds yang besar, tiub selepas aliran ekor dalam pembentukan vorteks Carmen (Karman) (atau Carmen Vortex Street) supaya kedua -dua tiang vorteks dalam arah yang bertentangan secara berkala, mengakibatkan kekerapan penumpahan tertentu. Apabila bendalir mengalir secara meluas melalui bundle, vorteks karman yang sama dicipta di belakang bundle dan untuk bundle padang kecil fenomena ini hanya berlaku di beberapa baris pertama di pinggir bundle, untuk berkas padang besar ia boleh berlaku sepanjang bundle. Apabila vorteks menumpahkan, bendalir menghasilkan daya positif dan negatif yang bergantian pada tiub bulat, kekerapan daya ini adalah sama dengan kekerapan vorteks yang menyebabkan tiub bulat untuk bergetar berserenjang ke arah aliran di atau berhampiran vorteks frekuensi penumpahan. Sekiranya kekerapan getaran tiub bulat sama dengan pelbagai atau anggaran kekerapan vorteks, vorteks ditumpahkan secara seragam pada masa yang sama sepanjang tempoh penuh silinder (tiub bulat) pada kekerapan yang sama, dengan kekerapan penumpahan dan kekerapan getaran disegerakkan, yang dikenali sebagai resonans.

Vortex menumpahkan sendiri juga boleh menghasilkan bunyi tertentu. Ini disebabkan oleh fakta bahawa dalam keadaan tertentu ia akan merangsang gelombang berdiri beberapa perintah di antara kedua -dua dinding ruang gas, berserenjang dengan kedua -dua tiub dan arah aliran, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Gelombang berdiri ini dicerminkan ke belakang dan sebagainya di antara dinding di mana bundle tiub terletak dan tidak menyebarkan tenaga ke luar, manakala vorteks menumpahkan sentiasa memasukkan tenaga. Apabila kekerapan gelombang berdiri dan kekerapan vorteks ditambah digabungkan, getaran gelombang berdiri akustik yang kuat dari ruang gas diinduksi - getaran gas - yang menghasilkan banyak bunyi.
(2) putaran elastik cecair

Apabila gas mengalir secara lisan melalui bundle tiub, daya bendalir yang dihasilkan oleh asimetri bendalir boleh menyebabkan tiub dalam bundle segera dipindahkan dari kedudukan asalnya, dengan itu menggantikan medan aliran dan memusnahkan keseimbangan ke tiub bersebelahan, menyebabkan mereka juga dipindahkan dan dalam keadaan getaran. Sekiranya tidak ada redaman yang mencukupi untuk menghilangkan tenaga, amplitud akan meningkat sehingga tiub memukul satu sama lain dan menyebabkan kerosakan, getaran tersebut dipanggil getaran elastik cecair. Tidak seperti bekas, Vortex Shedding adalah fenomena yang tidak stabil yang berlaku di belakang tiub dan menyebabkan tiub bergetar. Ia adalah fenomena hidrodinamik yang tidak bergantung kepada gerakan tiub sama sekali, sementara putaran elastik cecair tidak ditentukan oleh sebarang fenomena yang tidak stabil, tetapi dihasilkan oleh interaksi medan aliran tiub bersebelahan.

(3) jitter bergelora

Aliran bendalir bergelora di semua arah dalam pelbagai frekuensi mempunyai komponen turun naik secara rawak, apabila aliran hiliran cecair atau sisi di sekeliling tiub, komponen bergelora ini ke tenaga pemindahan tiub, mengakibatkan getaran rawak tiub, ini Jenis pergolakan yang dihasilkan oleh bahagian shell aliran bendalir melalui bundle tiub yang disebabkan oleh getaran tiub, adalah bentuk getaran yang paling biasa, apabila kekerapan utama turun naik turbulen ini dan kekerapan intrinsik tiub bertepatan, maka tipikal resonans berlaku. Jika cecair di bahagian shell adalah gas, kekerapan utama getaran jitter bergelora juga boleh menghasilkan resonans akustik pada halaju tertentu.

Tiga kajian di atas menunjukkan bahawa getaran tiub tiub berkait rapat dengan kedua -dua kekerapan intrinsik tiub dan kekerapan getaran akustik ruang gas.

Ramalan dan Pencegahan Getaran

Bahaya yang disebabkan oleh getaran sangat besar sehingga pertimbangan harus diberikan pada masa reka bentuk untuk meminimumkan potensi getaran yang disebabkan oleh bendalir. Menghapuskan semua kemungkinan pengujaan tiub penukar haba adalah cara yang paling asas untuk mencegah getaran, dan oleh itu meramalkan atau menentukur getaran shell dan tiub penukar haba perlu dilakukan sebagai bahagian penting dalam memastikan operasi yang selamat dari penukar haba.

Walau bagaimanapun, getaran tidak semestinya menyebabkan kerosakan mekanikal, dan banyak penukar haba bergetar tetapi tidak mempunyai kemalangan. Ini tidak bermakna, tentu saja, getaran itu boleh diabaikan. Apabila keputusan yang diramalkan mungkin berlaku getaran, beberapa pencegahan getaran berikut dan langkah -langkah redaman boleh diambil.

(1) Kurangkan kadar aliran di bahagian shell. Jika kadar aliran di bahagian shell adalah malar, jarak paip boleh ditingkatkan. Kaedah ini lebih baik apabila terdapat had penurunan tekanan dalam reka bentuk, tetapi ia akan meningkatkan diameter shell atau meningkatkan panjang tiub.

Sekiranya salur masuk dan salur tunggal yang terletak di kedua-dua hujung shell (aliran bendalir melalui cangkang sekaligus di sekitar plat lipat) ke dalam salur masuk di tengah, outlet di kedua-dua hujung penukar haba aliran split, bendalir akan Dibahagikan kepada dua bahagian dari kedua-dua hujung aliran keluar shell, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, dapat mengurangkan halaju aliran silang.
(2) Meningkatkan kekerapan tiub yang wujud. Kekerapan yang wujud dari tiub berkadar songsang dengan kuadrat rentang sokongan, jadi mengurangkan rentang sokongan tiub adalah cara yang paling berkesan untuk meningkatkan kekerapan tiub yang wujud.

Sekiranya tiub itu tidak dibarisi pada takik bungkuk, rentang yang pada asalnya disokong hanya pada setiap selang baffle boleh dipendekkan, meningkatkan kekerapan yang wujud. Kaedah ini dikatakan sebagai penyelesaian yang paling berkesan untuk masalah getaran dan ditunjukkan dalam rajah di bawah. Sekiranya diperlukan, plat sokongan pertengahan (plat sokongan dengan kedua -dua hujung dipotong) boleh ditambah di antara kedua -dua plat dilipat, yang tidak memberi kesan ke atas penurunan tekanan tetapi mempunyai kesan yang baik pada pemindahan haba. Kekerapan intrinsik juga boleh ditingkatkan dengan mengubah tiub atau meningkatkan ketebalan dinding, tetapi kesannya tidak penting.
(3) Meningkatkan kekerapan getaran bunyi. Masukkan plat pelembab getaran di dalam shell, supaya arah lebarnya selari dengan arah aliran silang dan arah panjangnya selari dengan paksi tiub, supaya kekerapan getaran bunyi dapat ditingkatkan, sehingga tidak konsisten dengan Kekerapan vorteks penumpahan dan getaran jitter bergelora. Kedudukan plat pelembab getaran harus berada di perut gelombang gelombang bentuk getaran bunyi.

(4) Dari struktur, meningkatkan ketebalan plat dilipat atau plat sokongan pertengahan, apabila jurang lubang pasti, dapat mengurangkan kesan ricih pada tiub dan meningkatkan redaman sistem. Chamfers pemesinan di kedua -dua belah plat baffle mempunyai kesan tertentu untuk mengurangkan kerosakan getaran.

Di samping perhatian struktur untuk mengelakkan getaran, perhatian juga harus dibayar kepada penukar haba operasi berkenaan dengan beberapa faktor berpengaruhnya, contohnya: tidak membenarkan kadar aliran diameter shell melebihi had yang dibenarkan oleh analisis getaran, walaupun untuk Tempoh masa yang singkat, merugikan hayat perkhidmatan penukar haba.
Sumber: Pembiakan
Penafian. Artikel ini diterbitkan semula dari Internet dan hak cipta oleh pengarang asal. Sekiranya terdapat sebarang masalah hak cipta, sila hubungi kami dan kami akan mengeluarkan kandungan pada peluang pertama.