典型的管壳式换热器培训教材(PPT 64页).ppt

1、,2,典型的管壳式换热器,3,典型的管壳式换热器,4,内 容,振动带来的危害,横向流诱发振动的原因,防振措施,5,振动带来的危害,6,振动所带来的危害,1 传热管的碰撞、磨损,2 管子的疲劳破坏（微动疲劳） 3 管子与管板连接处发生泄漏 4 壳程空间发生强烈的噪声 5 增加了壳程的压力降,7,工程中实例,杨子石化公司钛冷凝器的失效,PTA装置12台钛冷凝器(总价值1个亿)，经过十年左 右的运行，均发生了不同程度的管子泄漏等失效型式 严重影响了化工厂生产和循环水系统的稳定运行 泄漏还导致冷凝器壳体、膨胀节、管板、循环水系,统设备等发生不应有的腐蚀与损坏。,失效原因:主要原因为管束振动引起的疲劳失

2、效。,8,工程中实例,9,工程中实例,10,工程中实例,11,流致振动,注意：,12,机械振动常见故障原因一般有；不平衡、不 对中、弓轴、支撑松动故障、齿轮故障、转 子摩擦、滚动轴承故障等,不同于机械振动，流致振动是指物体或结构 被流体激发的振动，即工程结构往往会由于 流体特殊的力学作用而产生的振动现象。,13,流致振动关系图,14,流致振动的分类,15,16,微动疲劳,17,微动疲劳,微动磨损：两构件在接触面上很小的，反复的相对滑动， 造成构件表面的机械损伤。,考动疲劳研究就是：在原有结构疲劳问题中进一步考虑微 动磨损的影响,18,微动疲劳,19,微动疲劳,20,微动疲劳影响疲劳强度的主要原

3、因,微动诱发了微裂纹的产生,在裂纹扩展第一阶段，除了拉伸型应力强度因子外，还有 剪切型应力强度因子，加速了裂纹的扩展,21,传热管的磨损,22,传热管的磨损,23,24,25,传热管的磨损,26,传热管的磨损,27,传热管的磨损,28,传热管的磨损,29,传热管的磨损,30,传热管的磨损,31,传热管的磨损,核电站中蒸发器传热管判废准则,32,横向流诱发振动的机理,33,横向流诱发振动的原因(1),1 卡曼漩涡,34,横向流诱发振动的原因(1),1 卡曼漩涡,35,横向流诱发振动的原因(1),卡曼漩涡自管子脱落的频率,fv=StV/d0 1/s,V-管束中最小自由截面处流速, m/s,d0-管

4、子外径，m,St-斯特罗哈准数，无因次，可查下图,36,横向流诱发振动的原因(1),37,当卡曼漩涡脱落的频率等于管子 的自振频率时，管子便发生剧烈 的振动,注意！,38,39,横向流诱发振动的原因(2),紊流抖振(湍流颤振),壳程流体的极度紊流漩涡使管子受到随机,的波动作用力，紊流有很宽的频带 发生在节径比P/d0小于1.5的密排管束,40,横向流诱发振动的原因(2),紊流抖振动的频率(经验公式),V-管束中最小自由截面处流速, m/s,d0-管子外径，m,l, T-管子间距,41,横向流诱发振动的原因(3),声振动,发生在壳程流体为气体的换热器中,气体进入壳程后，在与流动方向与管子轴线 都

5、垂直的地方会形成声学驻波，如驻波与漩涡 脱落频率或紊流抖振频率一致，便激发声学驻 波的振而产生强烈噪声，甚至使壳体破坏,42,横向流诱发振动的原因(3),声学驻波示意图,43,横向流诱发振动的原因(3),声学驻波,横向流诱发振动的原因(3) 声学驻波的频率,fv=nC/2D,1/s,n-驻波阶数，无因次 C-在壳程流体中声音传播速度 D-特征长度，一般指壳体内径 44,45,横向流诱发振动的原因(4),流体弹性激振,首先是因为管子的运动而造成,激振频率不仅与流速有关，还与周围管子的共振,频率有关。,流体弹性激振属于自激振动，一旦开始，振幅将急,剧增大。,管子开始振动的流体速度称为临界横流速度V

6、c,46,横向流诱发振动的原因(4),临界横流速度Vc,-参数,与管子排列方式，管子的节径比有关,fn-管子自振频率，1/s,-管子对数衰减率，与材料、支撑、流体有关，无因次 m-管子单位长度有效质量 kg/m,s-壳程流体的密度 kg/m3,47,横向流诱发振动的原因(5),射流转换,横向流体以很高速度流经节径比很小的管子时，在,尾流中可观察到射流对的出现。,（很高时 V/fnd075）,48,横向流诱发振动的原因(总结),横向流速低时,卡曼漩涡 紊流抖振,声振动 （壳程流体为气体时）,横向流速高时,流体弹性激振,射流转换引起的管子振动 （很高时 V/fnd075）,49,管子的自振频率,几

7、个概念,自振频率（固有频率） 基频,50,管子的自振频率-单跨管,51,管子的自振频率-单跨管,X=0时, y(0)=y(0)=0 X=l时, y(l)=y(l)=0,52,管子的自振频率-多跨管,实际换热器中的管子都是多跨管（跨距相等）,将管子两端看为固支，中间折流板处看作简支,求解的思路：,可利用边界条件，及折流板支撑处的连续条件,53,振动的判据,1 准确确定振动计算所需的参数,如管子自振频率及阻尼，流体弹性参数, St,2 实际上,要准确预测换热管的振动很困难，况且各 种振动机理可能联合作用，为可靠起见，设计时要防 止各种激振,54,振动的判据,55,3 振动的判据,56,防振措施,5

8、7,防振措施(1),1 降低流速,a) 降低壳程流量或流速（反之也降低生产能力）,b)增加管间距来降低流速 (反之壳体直径增大),c)改变管束的排列角也可降低流速,d) 设置防冲挡板或导流筒,58,防振措施(1),59,防振措施(2),2 改变管子的自振频率,a) 减小管子跨距（最有效方法）,b) 增大管子弹性模量或惯性矩（不现实）,c) 管子间隙处插入板条或杆状物（对U型管很实用）,d)在折流板缺口处不布管,e)减小管子与折流板间隙与加厚管板(改变不了频率，减轻了管 子所受折流板割据作用，增加系统阻尼),60,防振措施(3),3 设置消声隔板,在壳程设置平行于管子轴线的纵向隔板或多孔板，可以有,效降低噪声 。,61,防振措施(4),4 抑制周期性的漩涡,a) 沿管子周向缠绕金属丝，或沿轴向设置金属条,可改变流场，抑制或消弱周期性漩涡,62,防振措施(4),4 抑制周期性的漩涡,b) 采用折流杆代替传统的折流板,可防振，强化传热、减少污垢，减少壳程