Kabuk ve tüp ısı eşanjörlerinde titreşim ve gürültü nedenleri ve önleyici önlemler

Isı Eşanjörü Titreşimi

Üretim ölçeği arttıkça, ısı eşanjörünün boyutu, sıvının akış hızı ve desteğin açıklığı, izin verilen sınırların ötesinde bile artar, böylece tüp demetinin sertliğini azaltır ve titreşim potansiyelini arttırır.

Titreşim, tüp sızıntısına, aşınmaya, yorgunluğa, kırılmaya ve hatta eşlik eden kulak bölme gürültüsüne neden olabilir, bu da sadece ekipmanın ömrünü azaltmakla kalmaz, aynı zamanda insanların sağlığına da zararlıdır. Bir olay meydana geldikten sonra, titreşimin analiz edilmesi ve onarılması genellikle uzun zaman alır. Titreşimi etkileyen faktörlerin karmaşıklığı, sönümleme etkisinin büyüklüğünü tahmin etmede zorluk ve tüp aşınma ve hasar oranının belirlenmesindeki zorluktan henüz basit matematiksel denklemler tarafından tanımlanamayan, teorik olduğu söylenebilir. Şimdiye kadar kullanılan hesaplama yöntemleri, mühendislik uygulamasında titreşimi doğru bir şekilde analiz etmek için kullanılamaz. Isı eşanjörleri için mevcut kodlar ayrıca titreşim analizi yöntemleri ve titreşimi önleme için tasarım kılavuzları konusunda net düzenlemelerden yoksundur. Bununla birlikte, mevcut araştırma sonuçlarının tasarım sırasında gerekli tahminleri ve analizleri yapmak için kullanılabileceği ve bazı titreşim önleme önlemleri alınabileceği kanıtlanmıştır.
Sıvı kaynaklı titreşimin nedenleri

Isı değiştiricinin tüp demeti elastomere aittir ve içinden akan sıvı tarafından rahatsız edilir, denge pozisyonunu bırakır, tüp titreşim üretir, bu titreşime akış kaynaklı titreşim denir. Aslında, az ya da çok titreşim işinde her ısı eşanjörü, titreşim kaynağı, titreşimden kaynaklanan sıvı akışının kabuk tarafı veya tüp tarafı olabilir; titreşimden kaynaklanan sıvı hızı dalgalanmaları veya titreşim; Boru veya güç mekanik titreşim vb. Yayılımı yoluyla. Bazen titreşim kaynakları daha fazla olabilir ve bunlardan bir veya daha fazlası ana titreşim kaynağı olabilir. Sıvıya bağlı titreşimin öngörülmesi daha zor olsa da, tahmin edilmesi nispeten kolay olan titreşim kaynakları vardır.

Bazı deneysel ve operasyonel deneyimler, ısı eşanjörlerindeki titreşimlerin esas olarak kabuk tarafındaki sıvı akışı neden olduğunu ve tüp tarafındaki sıvı akışının neden olduğu titreşimlerin genellikle ihmal edilebilir olduğunu göstermiştir. Genel olarak, kabuk tarafı sıvısında, tüp ekseninin yönüne paralel uzunlamasına akış, titreşimin küçük genliği, yapısal hasar olasılığının neden olduğu titreşimle, aynı zamanda enine akıştan çok daha küçük. Bu nedenle, daha fazla endişe verici olan enine akışın neden olduğu titreşimdir.

Sıvıya bağlı titreşimin üç farklı nedeni tanınmıştır: girdap dökülmesi, türbülanslı titreşim ve sıvı elastik rotasyon (veya sıvı elastik instabilite).



(1) Vorteks dökülmesi

Sıvı, tek bir silindirden, büyük bir Reynolds sayısında tek bir silindirden enine aktığında, Carmen (Karman) girdapının (veya Carmen Vortex Caddesi) oluşumundaki kuyruk akışından sonraki tüp, böylece zıt yönlerde iki sütun dönüşüm periyodik olarak, belirli bir dökülme frekansına neden olur. Sıvı demetten yanal olarak aktığında, aynı Karman girdapının demetin arkasında oluşturulur ve küçük zift demetleri için bu fenomen sadece demetin çevresindeki ilk birkaç sırada, büyük zift demetleri için demet boyunca meydana gelebilir. Vorteks dökülmesinde, sıvı dairesel tüp üzerinde alternatif bir pozitif ve negatif kuvvet uygularken, bu kuvvetin frekansı, dairesel tüpün vorteks içindeki veya yakınında akış yönüne dik titreşmesine neden olan girdap dökülme frekansı ile aynıdır. dökülme frekansı. Dairesel tüpün titreşim frekansı, girdap dökülme frekansının çoklu veya yaklaşık birine eşitse, girdap, aynı frekansta, aynı frekansta, aynı zamanda aynı zamanda aynı zamanda aynı zamanda aynı zamanda aynı zamanda aynı zamanda aynı anda dökülür. ve rezonans olarak bilinen titreşim frekansı senkronize edildi.

Girdap dökülmesinin kendisi de belirli bir ses üretebilir. Bunun nedeni, belirli koşullar altında, aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi, hem tüpe hem de akış yönüne dik olan gaz odasının iki duvarı arasında bir sıranın ayakta bir dalgasını heyecanlandırmasıdır. Bu ayakta duran dalga, tüp demetinin bulunduğu duvarlar arasında ileri geri yansıtılır ve girdap dökülmesi sürekli olarak enerji girerken enerji dışa doğru yayılmaz. Ayakta dalga frekansı ve girdap dökülme frekansı birleştirildiğinde, gaz odasının güçlü bir akustik ayakta durma dalga titreşimi uyarılır - gaz titreşimi - çok fazla gürültü üretir.
(2) sıvı elastik rotasyonu

Bir gaz bir tüp demetinden yanal olarak aktığında, sıvının asimetrisi tarafından üretilen sıvı kuvvetleri, demetteki bir tüpün orijinal konumundan anında yer değiştirmesine neden olabilir, böylece akış alanını değiştirebilir ve dengeyi bitişik tüplere yok edebilir, onların da yerinden edilmesine ve titreşim durumunda olmalarına neden olur. Enerjiyi dağıtmak için yeterli sönümleme yoksa, tüpler birbirine çarpana ve hasara neden olana kadar genlik artacaktır, bu tür titreşime sıvı elastik titreşim denir. Birincisinin aksine, girdap dökülmesi tüpün arkasında meydana gelen ve tüpün titreşmesine neden olan kararsız bir fenomendir. Tüp hareketine hiç bağlı olmayan hidrodinamik bir fenomendir, sıvı elastik rotasyonu herhangi bir kararsız fenomen tarafından belirlenmez, ancak bitişik tüplerin akış alanlarının etkileşimi ile üretilir.

(3) çalkantılı titreşim

Çok çeşitli frekanslardaki tüm yönlerde türbülanslı sıvı akışı rastgele dalgalanma bileşenlerine sahiptir, tüpün dışına akış aşağı veya lateral akış, bu türbülanslı bileşenler tüp transfer enerjisine neden olur ve tüpün rastgele titreşimine neden olur, bu Tüpün titreşiminin neden olduğu tüp demetinden sıvı akışının kabuk tarafı tarafından üretilen türbülans türü, bu türbülanslı dalgalanmaların ana frekansı ve tüpün iç frekansı çakıştığında en yaygın titreşim şeklidir, sonra tipik bir rezonans oluşur. Kabuk tarafındaki sıvı bir gaz ise, türbülanslı titreşim titreşiminin ana frekansı da belirli bir hızda akustik rezonans üretebilir.

Yukarıdaki üç çalışma, tüp demetinin titreşiminin hem tüpün iç frekansı hem de gaz odasının akustik titreşim frekansı ile yakından ilişkili olduğunu göstermektedir.

Titreşim tahmini ve önleme

Titreşimden kaynaklanan tehlikeler o kadar büyüktür ki, sıvıya bağlı titreşim potansiyelini en aza indirmek için tasarım zamanında dikkate alınmalıdır. Isı değiştirici tüp demetinin tüm uyarma olasılıklarının ortadan kaldırılması, titreşimi önlemenin en temel yoludur ve bu nedenle kabuk ve tüp ısı eşanjörlerinin titreşimini tahmin etmek veya kalibre etmek, ısı değiştiricinin güvenli çalışmasını sağlamanın önemli bir parçası olarak yapılmalıdır.

Bununla birlikte, titreşim mutlaka mekanik hasara neden olmaz ve birçok ısı eşanjörü titreşir, ancak kaza yoktur. Bu, elbette, titreşimin göz ardı edilebileceği anlamına gelmez. Tahmin edilen sonuçların titreşim meydana gelmesi muhtemel olduğunda, aşağıdaki titreşim önleme ve sönümleme önlemlerinden bazıları alınabilir.

(1) Kabuk tarafındaki akış hızını azaltın. Kabuk tarafındaki akış hızı sabitse, boru mesafesi arttırılabilir. Bu yöntem, tasarımda bir basınç düşüş limiti olduğunda daha mümkündür, ancak kabuk çapını artıracak veya tüpün uzunluğunu artıracaktır.

Orijinal tek giriş ve çıkış, kabuğun her iki ucunda (katlanır plakanın etrafında kabuktan sıvı akışı) ortadaki girişe, bölünmüş akışlı ısı eşanjörünün her iki ucundaki çıkışta, sıvı olacaktır. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, kabuk çıkışının her iki ucundan iki yarıya bölünebilir, çapraz akış hızını büyük ölçüde azaltabilir.
(2) Tüpün doğal frekansını arttırın. Tüpün doğal frekansı, destek aralığının karesi ile ters orantılıdır, bu nedenle tüpün destek aralığı azaltılması, tüpün doğal frekansını arttırmanın en etkili yoludur.

Tüp eğimli bölmenin çentikine yerleştirilmezse, başlangıçta sadece bölmenin her aralığında desteklenen açıklıklar kısaltılabilir ve doğal frekansı artırabilir. Bu yöntemin titreşim problemine en etkili çözüm olduğu iddia edilmektedir ve aşağıdaki diyagramda gösterilmektedir. Gerekirse, basınç düşüşü üzerinde hiçbir etkisi olmayan ancak ısı transferi üzerinde yararlı bir etkisi olan iki katlanmış plaka arasına bir ara destek plakası (her iki ucu da kesilmiş bir destek plakası) eklenebilir. İçsel frekans, tüpü değiştirerek veya duvar kalınlığını artırarak da arttırılabilir, ancak etki anlamlı değildir.
(3) Ses titreşim frekansını arttırın. Kabuktaki titreşim nemlendirme plakasını, böylece genişlik yönü çapraz akış yönüne paralel olacak ve tüpün eksenine paralel uzunluk yönü, böylece ses titreşim frekansı arttırılabilir, böylece tutarlı değildir Girdap dökülme ve çalkantılı titreşim sıklığı. Titreşim nemlendirme plakasının konumu, ses titreşimi ayakta dalga formunun dalga karnında olmalıdır.

(4) Yapıdan, katlanmış plakanın veya ara destek plakasının kalınlığını artırın, delik boşluğu kesin olduğunda, tüp üzerindeki kesme etkisini azaltabilir ve sistemin sönümlemesini artırabilir. Bölme plakası deliğinin her iki tarafındaki işlenmesi, titreşimin hasarının azaltılması üzerinde belirli bir etkiye sahiptir.

Titreşimi önlemek için yapısal dikkatin yanı sıra, bazı etkili faktörleri ile ilgili olarak çalışma ısı eşanjörüne de dikkat edilmelidir, örneğin: kabuk çapı akış hızının titreşim analizinin izin verdiği sınırları aşmasına izin vermemek, Kısa süreler, ısı eşanjörünün hizmet ömrü için zararlıdır.
Kaynak: üreme
Feragatnameler. Bu makale internetten çoğaltılmıştır ve orijinal yazar tarafından telif hakkıyla korunmaktadır. Herhangi bir telif hakkı sorunu varsa, lütfen bizimle iletişime geçin, içeriği ilk fırsatta kaldıracağız.