Przyczyny wibracji i hałasu w skorupce i rurce wymienniki ciepła oraz środki zapobiegawcze

Wibracje wymiennika ciepła

Wraz ze wzrostem skali produkcji wielkość wymiennika ciepła, natężenie przepływu płynu i rozpiętości wsparcia wszystkie wzrosną, nawet poza dopuszczalne granice, zmniejszając w ten sposób sztywność wiązki rurki i zwiększając potencjał wibracji.

Wibracje mogą powodować wyciek rurki, zużycie, zmęczenie, złamanie, a nawet towarzyszący hałasowi rozdzierającym uszę, który nie tylko zmniejsza żywotność sprzętu, ale jest również szkodliwe dla zdrowia ludzi. Po wystąpieniu incydentu wibracja często zajmuje dużo czasu, aby analizować i naprawić. Ze względu na złożoność czynników wpływających na wibracje, trudność w oszacowaniu wielkości efektu tłumienia i trudności w określaniu szybkości zużycia i uszkodzenia rurki, których nie można jeszcze opisać prostymi równaniami matematycznymi, można powiedzieć, że teoretyczne Dotychczasowe zastosowane metody obliczeń nie można zastosować do dokładnej analizy wibracji w praktyce inżynierskiej. Istniejące kody wymienników ciepła nie mają również jasnych przepisów dotyczących metod analizy wibracji i wytycznych projektowych dotyczących zapobiegania wibracjom. Udowodniono jednak, że jeśli istniejące wyniki badań można wykorzystać do dokonania niezbędnych szacunków i analiz wibracji podczas projektowania, a niektóre pomiary zapobiegania wibracjom można wykonać, wówczas można uniknąć pewnych destrukcyjnych wibracji.
Przyczyny wibracji indukowanej płynem

Pakiet rurki wymiennika ciepła należy do elastomeru i jest zaburzony przez przepływający przez niego płyn, pozostawiając pozycję równowagi, rurka wytwarza wibracje, wibracje nazywa się wibracją indukowaną przepływem. W rzeczywistości każdy wymiennik ciepła W pracy o mniej więcej wibracji źródłem wibracji może być strona po stronie skorupy lub rurki przepływu płynu spowodowanego wibracją; Fluktuacje prędkości płynu lub pulsacja spowodowana wibracją; Poprzez rury lub propagację wibracji mechanicznych mocy i tak dalej. Czasami źródła wibracji mogą być więcej, a jedno lub więcej z nich może być głównym źródłem wibracji. Istnieją źródła wibracji, które są stosunkowo łatwe do przewidzenia, podczas gdy wibracje indukowane płynem jest trudniejsze do przewidzenia.

Niektóre doświadczenia eksperymentalne i operacyjne wykazały, że wibracje w wymiennikach ciepła są głównie spowodowane przepływem płynu po stronie skorupy, z wibracjami powodowanymi przez przepływ płynu po stronie rurki, często nieistotne. Ogólnie rzecz biorąc, w płynie po stronie skorupy przepływ wzdłużny równoległy do ​​kierunku osi rurki jest wzbudzony małą amplitudą drgań, wibrację spowodowaną prawdopodobieństwem uszkodzenia strukturalnego, ale także znacznie mniejszego niż przepływ poprzeczny. Dlatego to wibracje spowodowane przepływem poprzecznym są większe.

Rozpoznano trzy różne przyczyny wibracji indukowanych płynem: zrzucanie wiru, burzliwe obrót i płynne obrót sprężystości (lub niestabilność sprężystości płynu).



(1) Zrzucanie wiru

Gdy płyn przepływa poprzecznie przez pojedynczy cylinder, przy dużej liczbie Reynoldsa, rurka po przepływie ogona w tworzeniu wiru Carmen (Karman) (lub ulicy Carmen Vortex) okresowo, co powoduje pewną częstotliwość zrzucania. Gdy płyn przepływa bocznie przez wiązkę, ten sam wir Karman jest utworzony za pakietem, a dla małych wiązek pochylenia to zjawisko występuje tylko w kilku pierwszych rzędach na obrzeżach pakietu, w przypadku dużych wiązek skokowych może wystąpić w całym pakiecie. Podczas zrzucania wiru płyn wywiera naprzemienną siłę dodatnią i ujemną na rurkę okrągłej, częstotliwość tej siły jest taka sama jak częstotliwość zrzucania wiru, co powoduje wibrującą rurkę okrągłej do kierunku przepływu w lub w pobliżu wiru wirowego zrzucanie częstotliwości. Jeśli częstotliwość wibracji rurki okrągłej jest równa wielokrotnej lub przybliżonej częstotliwości zrzucania wiru, wir jest zrzucany jednolicie w tym samym czasie wzdłuż pełnego rozpiętości cylindra (rurki okrągłej) przy tej samej częstotliwości, z częstotliwością zrzucania i zsynchronizowana częstotliwość wibracji, która jest znana jako rezonans.

Samo zrzucanie wiru może również wytworzyć określony dźwięk. Wynika to z faktu, że w pewnych warunkach podnieci fala stojąca pewnego rzędu między dwiema ścianami komory gazowej, prostopadłą do rurki i kierunku przepływu, jak pokazano na poniższym schemacie. Ta fala stojąca jest odbijana między ścianami, w których znajduje się wiązka rurki i nie rozprzestrzenia energii na zewnątrz, podczas gdy zrzucanie wiru stale wprowadza energię. Gdy częstotliwość fali stojącej i częstotliwość zrzucania wiru są sprzężone, indukowane są silne wibracje fali stałej akustycznej w komorze gazowej - wibracje gazowe - które wytwarza dużo hałasu.
(2) Rotacja sprężysty płynów

Gdy gaz przepływa bocznie przez wiązkę rurki, siły płynu wytwarzane przez asymetrię płynu mogą powodować natychmiastowe przesunięcie rurki w pakiecie z pierwotnej pozycji, w ten sposób na przemian pola przepływu i niszcząc równowagę do sąsiednich rur, powodując, że są również przesunięte i w stanie wibracji. Jeśli nie ma wystarczającej ilości tłumienia, aby rozproszyć energię, amplituda wzrośnie, aż rurki nie uderzą się i spowodują uszkodzenie, takie wibracje nazywa się wibracją sprężystą płynu. W przeciwieństwie do tego, zrzucanie wiru jest niestabilnym zjawiskiem, które zachodzi za rurką i powoduje wibrację rurki. Jest to zjawisko hydrodynamiczne, które w ogóle nie zależy od ruchu rurki, podczas gdy rotacja sprężystości płynów nie jest określana przez żadne niestabilne zjawisko, ale jest generowane przez interakcję pól przepływowych przyległych rur.

(3) Turbulent Drupit

Turbulentny przepływ płynu we wszystkich kierunkach we szerokim zakresie częstotliwości ma losowe składniki fluktuacji, gdy płyn w dół lub boczny przepływ wokół zewnętrznej rurki, te turbulentne składniki do energii przenoszenia rurki, co powoduje losowe wibracje rurki, to rodzaj turbulencji generowanej przez stronę skorupy przepływu płynu przez wiązkę rurki spowodowaną wibracją rurki, jest najczęstszą formą wibracji, gdy główna częstotliwość tych turbulentnych fluktuacji i częstotliwość wewnętrzna rurki pokrywają Występuje rezonans. Jeśli płyn po stronie skorupy jest gazem, główna częstotliwość turbulentnego drgania jittera może również powodować rezonans akustyczny z pewną prędkością.

Powyższe trzy badania pokazują, że wibracja wiązki rurowej jest ściśle związana zarówno z częstotliwością wewnętrzną rurki, jak i częstotliwości wibracji akustycznej komory gazowej.

Prognozowanie i zapobieganie wibracji

Zagrożenia spowodowane wibracjami są tak duże, że należy rozważyć w czasie projektu, aby zminimalizować potencjał wibracji indukowanej płynem. Wyeliminowanie wszystkich możliwości wzbudzenia pakietu rurowego wymiennika ciepła jest najbardziej podstawowym sposobem zapobiegania wibracjom, a zatem przewidywanie lub kalibracja wibracji wymiany ciepła i rurki należy wykonać jako ważną część zapewnienia bezpiecznego działania wymiennika ciepła.

Jednak wibracje niekoniecznie powodują uszkodzenie mechaniczne, a wiele wymienników ciepła wibruje, ale nie ma wypadków. Nie oznacza to oczywiście, że wibracje można zignorować. Gdy przewidywane wyniki prawdopodobnie wystąpią wibracje, można podjąć niektóre z następujących miar zapobiegania wibracjom i tłumieniu.

(1) Zmniejsz prędkość przepływu po stronie skorupy. Jeśli natężenie przepływu po stronie skorupy jest stałe, odległość rury można zwiększyć. Ta metoda jest bardziej wykonalna, gdy występuje limit spadku ciśnienia, ale zwiększy średnicę skorupy lub zwiększy długość rurki.

Jeśli oryginalny pojedynczy wlot i wylot znajdujący się na obu końcach skorupy (płyn przepływ przez skorupę wokół składanej płyty) do wlotu na środku, wylot na obu końcach wymiennika ciepła podzielonego, płyn będzie być podzielone na dwie połowy od obu końca odpływu skorupy, jak pokazano na poniższym rysunku, może znacznie zmniejszyć prędkość przepływu.
(2) Zwiększ nieodłączną częstotliwość rurki. Nieodłączna częstotliwość rurki jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu rozpiętości podporowej, więc zmniejszenie rozpiętości rurki jest najskuteczniejszym sposobem na zwiększenie nieodłącznej częstotliwości rurki.

Jeśli rurka nie jest ustawiona na wycięciu skłonionego przegrody, te rozpiętości, które były pierwotnie wspierane tylko w każdym przedziale przegrody, można skrócić, zwiększając nieodłączną częstotliwość. Twierdzono, że ta metoda jest najskuteczniejszym rozwiązaniem problemu wibracji i jest pokazana na poniższym schemacie. W razie potrzeby między dwoma złożonymi płytkami można dodać pośrednią płytkę nośną (płyta nośna z obiema końcami), co nie ma wpływu na spadek ciśnienia, ale ma korzystny wpływ na przenoszenie ciepła. Częstotliwość wewnętrzną można również zwiększyć poprzez zmianę rurki lub zwiększenie grubości ściany, ale efekt nie jest znaczący.
(3) Zwiększ częstotliwość wibracji dźwięku. Włóż płytkę tłumiącą wibracje do skorupy, tak że jej kierunek szerokości równolegle do kierunku przepływu krzyżowego i jego kierunku długości równolegle do osi rurki, aby można było zwiększyć częstotliwość wibracji dźwięku, tak aby nie była zgodna z Częstotliwość zrzucania wiru i burzliwe wibracje drgań. Położenie płyty tłumiący wibracje powinna znajdować się na falowym brzuchu fali wibracji dźwięku.

(4) Ze konstrukcji zwiększ grubość złożonej płyty lub pośredniej płytki podporowej, gdy szczelina otworu jest pewna, może zmniejszyć efekt ścinania na rurkę i zwiększyć tłumienie układu. Skrawki obróbki po obu stronach otworu płytki przegrody mają pewien wpływ na zmniejszenie uszkodzenia wibracji.

Oprócz uwagi strukturalnej, aby uniknąć wibracji, należy również zwrócić uwagę na operacyjny wymiennik ciepła w odniesieniu do niektórych jego wpływowych czynników, na przykład: nie dopuszczając, aby prędkość przepływu o średnicy skorupy przekracza limity dozwolone przez analizę wibracji, nawet dla analizy wibracji, nawet dla analizy wibracji, nawet dla Krótkie okresy, są szkodliwe dla żywotności służby wymiennika ciepła.
Źródło: reprodukcja
Zastrzeżenia. Ten artykuł jest odtwarzany z Internetu i jest chroniony prawem autorskim przez oryginalnego autora. Jeśli wystąpią jakieś problemy z prawem autorskim, skontaktuj się z nami, a my usuniemy treść przy pierwszej okazji.