สาเหตุของการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเปลือกและท่อและมาตรการป้องกัน

การสั่นสะเทือนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

เมื่อขนาดของการผลิตเพิ่มขึ้นขนาดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอัตราการไหลของของเหลวและช่วงของการสนับสนุนที่เพิ่มขึ้นทั้งหมดแม้เกินขีด จำกัด ที่อนุญาตซึ่งจะช่วยลดความแข็งแกร่งของมัดท่อและเพิ่มศักยภาพในการสั่นสะเทือน

การสั่นสะเทือนอาจทำให้เกิดการรั่วไหลของท่อ, การสึกหรอ, ความเหนื่อยล้า, การแตกหักและแม้กระทั่งเสียงที่แยกหูซึ่งไม่เพียง แต่ช่วยลดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ แต่ยังเป็นอันตรายต่อสุขภาพของผู้คน เมื่อเกิดเหตุการณ์เกิดขึ้นการสั่นสะเทือนมักจะใช้เวลานานในการวิเคราะห์และซ่อมแซม เนื่องจากความซับซ้อนของปัจจัยที่มีผลต่อการสั่นสะเทือนความยากลำบากในการประเมินขนาดของเอฟเฟกต์การทำให้หมาด ๆ และความยากลำบากในการกำหนดอัตราการสึกหรอของหลอดและความเสียหายซึ่งยังไม่สามารถอธิบายได้ด้วยสมการทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายอาจกล่าวได้ว่าทฤษฎี วิธีการคำนวณที่ใช้จนถึงตอนนี้ไม่สามารถใช้ในการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนได้อย่างถูกต้องในการปฏิบัติทางวิศวกรรม รหัสที่มีอยู่สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนยังไม่มีกฎระเบียบที่ชัดเจนเกี่ยวกับวิธีการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนและแนวทางการออกแบบสำหรับการป้องกันการสั่นสะเทือน อย่างไรก็ตามได้รับการพิสูจน์แล้วว่าหากผลการวิจัยที่มีอยู่สามารถใช้เพื่อทำการประมาณการที่จำเป็นและการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนระหว่างการออกแบบและมาตรการป้องกันการสั่นสะเทือนบางอย่างสามารถทำได้
สาเหตุของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากของเหลว

มัดท่อของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นของอีลาสโตเมอร์และถูกรบกวนโดยของเหลวที่ไหลผ่านมันออกจากตำแหน่งสมดุลของมันท่อก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนการสั่นสะเทือนนี้เรียกว่าการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหล ในความเป็นจริงตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละตัวในการทำงานของการสั่นสะเทือนมากหรือน้อยแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนอาจเป็นด้านข้างของเปลือกหรือด้านท่อของการไหลของของไหลที่เกิดจากการสั่นสะเทือน; ความผันผวนของความเร็วของของไหลหรือการเต้นเป็นจังหวะที่เกิดจากการสั่นสะเทือน ผ่านท่อหรือสนับสนุนการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนเชิงกลของพลังงานและอื่น ๆ บางครั้งแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนอาจมีมากขึ้นและหนึ่งหรือมากกว่านั้นอาจเป็นแหล่งสำคัญของการสั่นสะเทือน มีแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนที่คาดการณ์ได้ง่ายในขณะที่การสั่นสะเทือนที่เกิดจากของเหลวนั้นยากที่จะคาดการณ์

ประสบการณ์การทดลองและการดำเนินงานบางอย่างแสดงให้เห็นว่าการสั่นสะเทือนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนใหญ่เกิดจากการไหลของของเหลวที่ด้านเปลือกด้วยการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหลของของเหลวในด้านท่อมักจะเล็กน้อย โดยทั่วไปในของเหลวด้านข้างของเปลือกหอยการไหลตามยาวขนานกับทิศทางของแกนท่อจะตื่นเต้นกับแอมพลิจูดขนาดเล็กของการสั่นสะเทือนการสั่นสะเทือนที่เกิดจากความน่าจะเป็นของความเสียหายของโครงสร้าง แต่ยังน้อยกว่าการไหลตามขวาง ดังนั้นจึงเป็นการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหลตามขวางที่มีความกังวลมากขึ้น

สามสาเหตุที่แตกต่างกันของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากของเหลวได้รับการยอมรับ: การไหลของกระแสน้ำวนการกระวนกระวายใจปั่นป่วนและการหมุนยืดหยุ่นของของไหล (หรือความไม่แน่นอนของของเหลวยืดหยุ่น)



(1) การไหลของกระแสน้ำวน

เมื่อของเหลวไหลผ่านผ่านกระบอกเดียวที่หมายเลข Reynolds ขนาดใหญ่ท่อหลังจากการไหลของหางในการก่อตัวของ carmen (Karman) กระแสน้ำวน (หรือ Carmen Vortex Street) เพื่อให้ทั้งสองคอลัมน์ของกระแสน้ำวนในทิศทางตรงกันข้าม เป็นระยะส่งผลให้เกิดความถี่ในการไหลบางอย่าง เมื่อของเหลวไหลไปทางด้านข้างผ่านชุดมัด Karman Vortex เดียวกันจะถูกสร้างขึ้นด้านหลังชุดและสำหรับการรวมกลุ่มขนาดเล็กปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในสองสามแถวแรกที่รอบนอกของชุดสำหรับการรวมกลุ่มขนาดใหญ่มันสามารถเกิดขึ้นได้ทั่วทั้งมัด เมื่อกระแสน้ำวนไหลออกของเหลวจะใช้แรงบวกและเชิงลบสลับกันบนท่อกลมความถี่ของแรงนี้จะเหมือนกับความถี่กระแสน้ำวนที่ทำให้ท่อกลมสั่นสะเทือน ความถี่ในการไหล หากความถี่การสั่นสะเทือนของท่อวงกลมเท่ากับหลายหรือประมาณของความถี่การไหลของกระแสน้ำวนกระแสน้ำวนจะถูกหลั่งอย่างสม่ำเสมอในเวลาเดียวกันตามช่วงเวลาเต็มของกระบอกสูบ (ท่อวงกลม) ที่ความถี่เดียวกัน และความถี่การสั่นสะเทือนที่ซิงโครไนซ์ซึ่งเรียกว่าเสียงสะท้อน

กระแสน้ำวนที่ไหลออกมาเองก็สามารถสร้างเสียงได้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการมันจะกระตุ้นคลื่นยืนของคำสั่งบางอย่างระหว่างผนังทั้งสองของห้องแก๊สตั้งฉากกับทั้งท่อและทิศทางของการไหลดังที่แสดงในแผนภาพด้านล่าง คลื่นยืนนี้สะท้อนกลับไปมาระหว่างผนังที่มีชุดท่ออยู่และไม่แพร่กระจายพลังงานออกไปข้างนอกในขณะที่การไหลของกระแสน้ำวนกำลังป้อนพลังงานอย่างต่อเนื่อง เมื่อความถี่ของคลื่นยืนและความถี่ในการไหลของกระแสน้ำวนจะถูกนำมารวมกันการสั่นสะเทือนของคลื่นเสียงอคูสติกที่แข็งแกร่งของห้องแก๊สจะถูกเหนี่ยวนำ - การสั่นสะเทือนของก๊าซ - ซึ่งสร้างเสียงรบกวนจำนวนมาก
(2) การหมุนแบบยืดหยุ่นของเหลว

เมื่อก๊าซไหลไปทางด้านข้างผ่านมัดท่อแรงของของไหลที่เกิดจากความไม่สมดุลของของเหลวสามารถทำให้ท่อในมัดถูกแทนที่ทันทีจากตำแหน่งเดิมดังนั้นการสลับสนามการไหลและทำลายสมดุลของท่อที่อยู่ติดกัน ทำให้พวกเขาถูกแทนที่และอยู่ในสถานะของการสั่นสะเทือน หากมีการทำให้หมาด ๆ ไม่เพียงพอที่จะกระจายพลังงานแอมพลิจูดจะเพิ่มขึ้นจนกว่าหลอดจะกระทบกันและก่อให้เกิดความเสียหายการสั่นสะเทือนดังกล่าวเรียกว่าการสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นของของเหลว ซึ่งแตกต่างจากอดีตการไหลของกระแสน้ำวนเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่แน่นอนที่เกิดขึ้นหลังท่อและทำให้หลอดสั่นสะเทือน มันเป็นปรากฏการณ์อุทกพลศาสตร์ที่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของหลอดเลยในขณะที่การหมุนของของเหลวยืดหยุ่นไม่ได้ถูกกำหนดโดยปรากฏการณ์ที่ไม่เสถียรใด ๆ แต่ถูกสร้างขึ้นโดยการทำงานร่วมกันของสนามไหลของหลอดที่อยู่ติดกัน

(3) กระวนกระวายใจปั่นป่วน

การไหลของของเหลวแบบปั่นป่วนในทุกทิศทางในความถี่ที่หลากหลายมีส่วนประกอบความผันผวนแบบสุ่มเมื่อของเหลวดาวน์สตรีมหรือการไหลด้านข้างรอบด้านนอกของหลอดส่วนประกอบที่ปั่นป่วนเหล่านี้ไปยังพลังงานการถ่ายโอนท่อส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบสุ่มของหลอด ชนิดของความปั่นป่วนที่เกิดจากด้านข้างของเปลือกของของไหลผ่านมัดท่อที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของหลอดเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุดของการสั่นสะเทือนเมื่อความถี่หลักของความผันผวนของความปั่นป่วนนี้และความถี่ภายในของท่อเกิดขึ้นพร้อมกัน เสียงสะท้อนเกิดขึ้น หากของเหลวที่อยู่ด้านเปลือกเป็นก๊าซความถี่หลักของการสั่นสะเทือนของกระวนกระวายใจอาจทำให้เกิดเสียงสะท้อนเสียงที่ความเร็วบางอย่าง

การศึกษาสามครั้งข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการสั่นสะเทือนของชุดท่อมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความถี่ภายในของหลอดและความถี่การสั่นสะเทือนทางอะคูสติกของห้องแก๊ส

การทำนายและการป้องกันการสั่นสะเทือน

อันตรายที่เกิดจากการสั่นสะเทือนนั้นยอดเยี่ยมมากจนควรพิจารณาในเวลาที่ออกแบบเพื่อลดศักยภาพในการสั่นสะเทือนที่เกิดจากของเหลว การกำจัดความเป็นไปได้ทั้งหมดของการกระตุ้นของชุดท่อแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นวิธีพื้นฐานที่สุดในการป้องกันการสั่นสะเทือนและดังนั้นการทำนายหรือการปรับเทียบการสั่นสะเทือนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเปลือกและท่อควรทำเป็นส่วนสำคัญในการรับรองการทำงานที่ปลอดภัยของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

อย่างไรก็ตามการสั่นสะเทือนไม่ได้ทำให้เกิดความเสียหายทางกลและตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจำนวนมากสั่นสะเทือน แต่ไม่มีอุบัติเหตุ นี่ไม่ได้หมายความว่าแน่นอนว่าการสั่นสะเทือนสามารถเพิกเฉยได้ เมื่อผลลัพธ์ที่คาดการณ์มีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นสะเทือนสามารถใช้มาตรการป้องกันการสั่นสะเทือนและการหน่วงการหน่วงได้

(1) ลดอัตราการไหลที่ด้านเชลล์ หากอัตราการไหลที่ด้านข้างของเปลือกคงที่ระยะทางท่อสามารถเพิ่มขึ้นได้ วิธีนี้เป็นไปได้มากขึ้นเมื่อมีขีด จำกัด การลดแรงดันในการออกแบบ แต่จะเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของเปลือกหรือเพิ่มความยาวของหลอด

หากทางเข้าเดี่ยวและทางออกเดียวอยู่ที่ปลายทั้งสองของเปลือก แบ่งออกเป็นสองครึ่งจากปลายทั้งสองของการไหลของเปลือกหอยดังแสดงในรูปด้านล่างสามารถลดความเร็วข้ามการไหลได้อย่างมาก
(2) เพิ่มความถี่โดยธรรมชาติของหลอด ความถี่โดยธรรมชาติของหลอดจะเป็นสัดส่วนผกผันกับสแควร์ของช่วงการสนับสนุนดังนั้นการลดช่วงการสนับสนุนของหลอดเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการเพิ่มความถี่โดยธรรมชาติของหลอด

หากหลอดไม่ได้เรียงกันที่รอยเปื้อนของก้มโค้งงอเหล่านั้นที่ได้รับการสนับสนุน แต่เดิมในแต่ละช่วงเวลาของแผ่นกั้นสามารถทำให้สั้นลงได้เพิ่มความถี่โดยธรรมชาติ วิธีนี้อ้างว่าเป็นทางออกที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับปัญหาการสั่นสะเทือนและแสดงในแผนภาพด้านล่าง หากจำเป็นแผ่นรองรับระดับกลาง (แผ่นรองรับที่มีปลายทั้งสองตัดออกไป) สามารถเพิ่มได้ระหว่างแผ่นพับทั้งสองซึ่งไม่มีผลต่อการลดลงของแรงดัน แต่มีผลประโยชน์ต่อการถ่ายเทความร้อน ความถี่ภายในสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเปลี่ยนหลอดหรือเพิ่มความหนาของผนัง แต่ผลกระทบไม่สำคัญ
(3) เพิ่มความถี่การสั่นสะเทือนของเสียง แทรกแผ่นรองรับการสั่นสะเทือนในเปลือกเพื่อให้ทิศทางความกว้างขนานกับทิศทางของการไหลข้ามและทิศทางความยาวของมันขนานกับแกนของหลอดเพื่อให้ความถี่การสั่นสะเทือนของเสียงสามารถเพิ่มขึ้นได้ ความถี่ของการไหลของกระแสน้ำวนและการสั่นสะเทือนของกระวนกระวายใจปั่นป่วน ตำแหน่งของแผ่นรองรับการสั่นสะเทือนควรอยู่บนหน้าท้องคลื่นของรูปคลื่นการสั่นสะเทือนของเสียง

(4) จากโครงสร้างเพิ่มความหนาของแผ่นพับหรือแผ่นรองรับระดับกลางเมื่อช่องว่างของรูแน่นอนสามารถลดผลกระทบของแรงเฉือนบนหลอดและเพิ่มการทำให้หมาด ๆ ของระบบ การตัดเฉือนห้องทั้งสองด้านของแผ่นกั้นแผ่นกั้นมีผลบางอย่างในการลดความเสียหายของการสั่นสะเทือน

นอกเหนือจากการให้ความสนใจเชิงโครงสร้างเพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนต้องจ่ายความสนใจไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในการดำเนินงานโดยคำนึงถึงปัจจัยที่มีอิทธิพลบางอย่างเช่น: ไม่อนุญาตให้อัตราการไหลของเส้นผ่านศูนย์กลางของเชลล์เกินขีด จำกัด ที่อนุญาตโดยการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนแม้กระทั่ง ช่วงเวลาสั้น ๆ เป็นอันตรายต่ออายุการใช้งานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ที่มา: การทำซ้ำ
ข้อจำกัดความรับผิดชอบ บทความนี้ทำซ้ำจากอินเทอร์เน็ตและมีลิขสิทธิ์โดยผู้เขียนต้นฉบับ หากมีปัญหาด้านลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเราและเราจะลบเนื้อหาในโอกาสแรก