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管壳式换热器产生振动的原因和危害
换热器管束的振动是由壳程流体的诱导振动引起的,一般包括旋涡分离、紊流抖振、流体的弹性激振和声共鸣四种形式。其中,弹性激振是最主要的振动形式,并且旋涡分离和紊流抖振对它起一定的促进作用。所以,分析振动的关键是研究流体的弹性激振。流体在换热器内流动存在一个“临界流速”问题,传统的方法是通过基于经验半经验的公式来确定。有学者把换热器内的流体视为非定常不可压缩流体,通过它建立一个关于流场的参数多项式,无论是二维还是三维流动,该多项式的系数只是一个坐标的函数。把此参数多项式带入流体基本方程,利用振荡流体力学理论,就可以求得影响流体弹性不稳定的相关参数和“临界流速”的数值。'i%@N~Fj[&bbA
参数多项式方法是一种快速的数值计算方法,应用它可以计算各种振幅条件下的流体力做功,通过阻尼稳定性理论,便可以求得平衡振幅,而后得到动应力,最后把动应力与管束的疲劳寿命结合起来。这种方法更加符合工程实际的要求。
i-tc4su\ 目前工程实际中主要采用以下方法预防管束振动。q*~ Nx0j(E#e)FU.`
(1)制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。
qO3V:O4J|Aq (2)适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之降低。
xU9K^X ]6B (3)适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。,dr Clu)j~0T/i
(4)改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。2mC W/w5G9m
(5)在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的。
-e/CWf1\,hGf2g%v (6)由于压力或温度的作用形成的对管子的轴向压缩载荷,对振动有潜在的影响,对于热物料走壳程的固定管板式换热器和所有多管程固定管板换热器这种影响尤为明显,采用膨胀节便可减少管子的压缩应力。
Mx-h:U1d |` Y (7)从实际传热和水力经济性考虑,尽可能采用最大的管径。较大的管径,其惯性矩也大,因此对一定长度的管子来说,能有效增加管子的刚度。
管壳式换热器产生振动的原因{W*T:L)@%J9a
1.管束振动频率与气流固有频率接近 C%hL-O0F1d$K
2.折流板间距设置不当
|{qP d1o;n6f [3[G9U_ 3操作环境不当,调整运行参数,不行换成过热水
Azg5j.~ Gg-WJ&U 4蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。]+rE q1{9C
5 蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。
:g:{*G%NHt O5[ `2k8G 6蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。
x0S]6a6Tn*^:l3`7k 解决办法：7c7` ?Lm9kTd%t
1将折流板间距放大，或者是使用折流杆，降低压降。 E\Hjk m,V Xw
2、改变蒸汽进口管径或者是有单个进气口改为两个进气口。 W*ad}!O
3如果工艺允许的话可以采用高温热水，或者是采用低压力蒸汽（低压力蒸汽热焓高）。
O L.m&VTEm(u 4制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。
,{2R5`wr PZ`m 5适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之降低。
+k/S2I0Sg+P)O/Y 6适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。
b2C~ d9S [4{'B 7改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。+|v)j]9X9]u$l K4G4Z
8在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的。
5n2u c[a3GI{#s j3o 9由于压力或温度的作用形成的对管子的轴向压缩载荷,对振动有潜在的影响,对于热物料走壳程的固定管板式换热器和所有多管程固定管板换热器这种影响尤为明显,采用膨胀节便可减少管子的压缩应力。
KhI@p MW e p.H+` 10从实际传热和水力经济性考虑,尽可能采用最大的管径。较大的管径,其惯性矩也大,因此对一定长度的管子来说,能有效增加管子的刚度。
管壳式换热器产生振动的危害
管壳式换热器产生振动的危害
asdfg104 发表于 2009-2-18 08:18
在管壳式换热器的壳程中，流体横向通过管束时，流体诱发振动的主要成因是：1.卡门旋涡（有声振动或无声振动）；2.紊流抖动（有声振动或无声振动）；3.流体弹性不稳定。
,_ aH4^n P!o 防振措施：1.改变流速：减少壳程流量，以分流壳程代替单壳程，以双弓形折流板代替单共形折流板，都能降低横流速度，防止振动。但传热效率将有所改变。2.改变换热管的固有频率：①减小换热管的跨距；②折流板缺口区不布管，是换热管受到所有折流板的支撑；③在不影响横流速度的情况下，折流板之间应增设支撑板；④在换热管二阶振型的节点位置处增设支撑件；⑤U行管弯管段设置支撑板或支撑条。3.在壳程沿平行于气流的方向插入纵向隔板，以减小特性长度，可提高声频，防止声振动。4.采用杆状或条状支撑，代替折流板。5.在换热管外表面沿周向缠绕金属丝或沿轴向安装金属条，可抑制周期性旋涡的形成。
3FH7]%[A UZo*C
yantinglong 发表于 2009-2-18 08:54
换热器管束的振动是由壳程流体的诱导振动引起的,分为：旋涡分离、紊流抖振、流体的弹性激振和声共鸣四种。产生的原因有： jlfmc Zb#j
1）.管束振动频率与气流固有频率接近gJdy*l
2).折流板间距设置不当
GMK,^7u$I 3）操作环境不当,调整运行参数,不行换成过热水
l`$px3w)_%oV g 4）蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。 ~%h#O8@M0J i*O
5） 蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。uuO:~ u2xU
6）蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。
-B XM$UQI{!|CQ7EGW 主要采用以下方法预防管束振动。x:Z)c%U ho
1)制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。 _Q ~)U iG0Q8^*W#A
2)适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之降低。lbdu G
3)适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。!_3N hU!etY/s*l G/I
4)改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。
g{P.{x{6Z;] ] 5)在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的。
["S6qX \0qV"E (6)由于压力或温度的作用形成的对管子的轴向压缩载荷,对振动有潜在的影响,对于热物料走壳程的固定管板式换热器和所有多管程固定管板换热器这种影响尤为明显,采用膨胀节便可减少管子的压缩应力。
f+m&U,H ~(\ _ (7)从实际传热和水力经济性考虑,尽可能采用最大的管径。较大的管径,其惯性矩也大,因此对一定长度的管子来说,能有效增加管子的刚度。0ENx/cT3K1}czielcc 发表于 2009-2-18 08:54
管子振动
F.W?0p5`$O2vx2| （一）振动产生的原因`2E zpt }
在管壳式换热器中，由于设置了折流板，故壳程中的流体是以横向即垂直于管子轴线的方向通过管束的。随着设备的大型化以及为了强化传热而尽量增大壳程流速，横向流中流体诱发的换热器振动的事例屡见不鲜。表现为管子与相邻管子或折流板孔内壁撞击，使管子受到磨损、开裂或切断；管子疲劳破坏；管子与管板连接处发生泄漏；壳程内发生强烈的噪声；壳程的压差增大。因而只有在设计制造中注意振动在设备运行中发生的可能，并采取必要的措施才能避免发生。经一些机构的研究表明，横向流诱发的振动原因主要如下。f.rY o-XK
1、卡曼旋涡 与流体横向流过单个圆柱形物体一样，当其流过管束时，管子背后也有卡曼旋涡产生，如图1-111所示。当卡曼旋涡脱落频率等于管子的自振频率时，管子便发生剧烈的振动。
-u*]Z _^G+KL3w 2、紊流抖振 在节径比P/d。<1.5的密排管束中，由于没有足够的空间，故难以发生卡曼旋涡脱落的现象。但壳程流体的极度紊流，也会诱发管子的振动。紊流旋涡使管子受到随机的波动作用。而且紊流有一个相当宽的频带。当频带中的某一频率与管子任一振型的自振频率接近或相等时，便会导致大振幅的管子振动。:A1\%l6wg)I
3、声振动 当蒸汽或气体进入壳程后，在与流动方向及管子轴线都成垂直的方向上会形成声学驻波。如果声学驻波的频率与旋涡脱落频率或紊流抖振频率一致时，便激发起声学驻波的振动，从而产生强烈的噪声。 he&U#^8H%J
4、流体弹性激振 首先是因为管子的运动而造成的。假若在管束中有一根管子偏离了原先的或静止的位置，且产生了位移，就会改变流场并破坏邻近管子上力的平衡。使这些管子受到波动压力的作用而在它们的自振频率下处于振动状态，激振频率不仅与流速有关，还与周围管子的共振频率有关。即流体诱发的振动是流体流动与管子运动相互之间动力作用的结果。每根管子的振动与其周围管子的运动密切关联，流体弹性振动属于自激振动，振动一旦开始，振幅将急剧地增大。 OY5C [F6N?
5、射流转换 当流体流过节径比小于1.5的单排管时，在尾流中可观察到射流对的出现，如果单排管有充分的时间交替地向上游或下游移动时，射流方向也随之改变。如果射流对的方向变化与管子运动的方向同步，在这种情况下，管子从流体吸收的能量比管子因阻尼消耗的能量大得多，管子的振动会加剧。总的说来，在横流速度较低时，容易产生周期性的卡曼旋涡或紊流旋涡，这时，在换热器中既可能产生管子的振动，也可能产生声振动。当横流速度较高时，一般情况下管子的振动是由于流体弹性激振，但不会产生声振动。当横流速度很高时，才会出现射流转换而引起管子振动。
*h T8Gr#Fc&r 尽量管子在换热器中任何地方都可产生破坏，管子破坏最可能的区段是流动高速区，诸如：管束中两块折流支承板间最大的末支承的中间跨；管束周边区的在弓形折流板缺口区的那些管子； U型管束U型弯头区；位于进口接管之下的管子；位于管束旁流面积和管程分程隔板流道内的管子；在管子与换热器结构部件有相对运动的区段界面，诸如包括管子与折流板界面和管子与管板界面。
,?v7lv&BC } 一般外部原因如输送流体的管道弹簧支吊架失效，换热器本身地脚螺栓松脱、设备的支承基础不稳固等都会造成设备振动发生。最危险的是工艺开车过程中，提压或加负荷较快，很容易引起加热管振动，特别是在隔板处，管子的振动频率较高，容易把管子切断，造成断管泄漏，遇到这种情况必须停机解体检查、检修。;n-A{pq7T
平时要对设备存在的振动要进行密切监测。严格控制振动值不超过250μm。超过此值时，则需要立即检查处理。
^/L~ P)W （二）防振措施
&si&[h)NZSy1Cv:s 1、改变流速 可以用降低壳程流量或流速的办法来消除振动。但这往往是生产操作所不允许的。常用的办法是用增大管间隙的办法来降低流速，特别是当设计时遇到需要限制压力降的场合，但要增大壳体直径。
I dNAq,s e"K1@ 改变管束的排列角也可降低管内流体的速度。而设置导流筒则是防止流体冲刷管束，降低壳程流体进入管束的有效措施。n0j~1Z Z7u@
2、改变管子的自振频率 最有效的办法是减小管子的跨距，从管子自振频率的计算公式可以看出，跨距缩短一倍，自振频率约增大三倍。也可以选择适当的材料以增大管子的弹性模量。用增大管子直径以增大截面的惯性矩，能提高一些管子的自振频率，但现实意义不大。
;kQ.k3V6[j&l 管子间隙处插入板条或杆状物来限制管子的运动可以增加管子的自振频率。这个方法对于换热器的U形变管区可以有效地防止振动，在折流板缺口处不布管，可以使每块折流板都支承着所有的管子。与通常有折流板的换热器中的管子相比，中央部分管子的跨距都缩短了一倍，使自振频率大为增加。而且各折流板之间还可设置支持板，进一步加大管子的刚性而对传热与压力降并无实质性的影响。减少管子和折流板孔之间的间隙，与加厚折流板虽不能使管子的自振频率有实质性的改变，但却能减轻管子受折流板的锯割作用并增加系统的阻尼。如果折流板的材料比管子软，有时也能使损坏减轻。
3、设置消声隔板 在壳程设置平行于管子轴线的纵向隔板，可以有效地降低噪声：隔板的位置应离开驻波节而接近波腹。&k8RkLP
4、抑制周期性旋涡的影响 在管子的外表面周向缠绕金属丝或沿轴设置金属条都可抑制或削弱周期性旋涡的影响，减小作用在管上的交变力。如采用折流杆代替传统的折流板不仅可以起到防振的效果，还可以强化转换，减少污垢与壳程压力降(见图1-112)。
河北正元 发表于 2009-2-18 09:23
管壳式换热器产生振动的原因`i g }M-}t
1.管束振动频率与气流固有频率接近
W1H Z,v Y~ s$d[ 2.折流板间距设置不当
7a1@f7q`+i3lj8h 3操作环境不当,调整运行参数,不行换成过热水lT7u~ n RS kdR
4蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。$G9z4}G4}(i;w3X)e
5 蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。
z.Vv0HP l Tq,T 6蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。
d*f {}1^ t(cX f0`J2M 解决办法：
k m-tK)D2E 1将折流板间距放大，或者是使用折流杆，降低压降。:X$vUp-d_2\ nL
2、改变蒸汽进口管径或者是有单个进气口改为两个进气口。
8\U%PN/l 3如果工艺允许的话可以采用高温热水，或者是采用低压力蒸汽（低压力蒸汽热焓高）。
0FF8c:oE 4制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。
,yFtDdB 5适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之降低。
g#F+S3[1P+? 6适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。
ea@#D-BD Y 7改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。
4_:B;Ph'B_^J p 8在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的。"XC ] ~+T)x
9由于压力或温度的作用形成的对管子的轴向压缩载荷,对振动有潜在的影响,对于热物料走壳程的固定管板式换热器和所有多管程固定管板换热器这种影响尤为明显,采用膨胀节便可减少管子的压缩应力。/@)S%o6n kv,B
10从实际传热和水力经济性考虑,尽可能采用最大的管径。较大的管径,其惯性矩也大,因此对一定长度的管子来说,能有效增加管子的刚度。
江湖险恶 发表于 2009-2-18 09:27
管子振动
#x5M p ho （一）振动产生的原因_;`6o#qW
在管壳式换热器中，由于设置了折流板，故壳程中的流体是以横向即垂直于管子轴线的方向通过管束的。随着设备的大型化以及为了强化传热而尽量增大壳程流速，横向流中流体诱发的换热器振动的事例屡见不鲜。表现为管子与相邻管子或折流板孔内壁撞击，使管子受到磨损、开裂或切断；管子疲劳破坏；管子与管板连接处发生泄漏；壳程内发生强烈的噪声；壳程的压差增大。因而只有在设计制造中注意振动在设备运行中发生的可能，并采取必要的措施才能避免发生。经一些机构的研究表明，横向流诱发的振动原因主要如下。
L?!g3j8O4P{(zH 1、卡曼旋涡 与流体横向流过单个圆柱形物体一样，当其流过管束时，管子背后也有卡曼旋涡产生，如图1-111所示。当卡曼旋涡脱落频率等于管子的自振频率时，管子便发生剧烈的振动。
vY*W;M$V V;E(M 2、紊流抖振 在节径比P/d。<1.5的密排管束中，由于没有足够的空间，故难以发生卡曼旋涡脱落的现象。但壳程流体的极度紊流，也会诱发管子的振动。紊流旋涡使管子受到随机的波动作用。而且紊流有一个相当宽的频带。当频带中的某一频率与管子任一振型的自振频率接近或相等时，便会导致大振幅的管子振动。
3、声振动 当蒸汽或气体进入壳程后，在与流动方向及管子轴线都成垂直的方向上会形成声学驻波。如果声学驻波的频率与旋涡脱落频率或紊流抖振频率一致时，便激发起声学驻波的振动，从而产生强烈的噪声。
%z*Dv-x F e v1c?P 4、流体弹性激振 首先是因为管子的运动而造成的。假若在管束中有一根管子偏离了原先的或静止的位置，且产生了位移，就会改变流场并破坏邻近管子上力的平衡。使这些管子受到波动压力的作用而在它们的自振频率下处于振动状态，激振频率不仅与流速有关，还与周围管子的共振频率有关。即流体诱发的振动是流体流动与管子运动相互之间动力作用的结果。每根管子的振动与其周围管子的运动密切关联，流体弹性振动属于自激振动，振动一旦开始，振幅将急剧地增大。a5vh@(o j4gV
5、射流转换 当流体流过节径比小于1.5的单排管时，在尾流中可观察到射流对的出现，如果单排管有充分的时间交替地向上游或下游移动时，射流方向也随之改变。如果射流对的方向变化与管子运动的方向同步，在这种情况下，管子从流体吸收的能量比管子因阻尼消耗的能量大得多，管子的振动会加剧。总的说来，在横流速度较低时，容易产生周期性的卡曼旋涡或紊流旋涡，这时，在换热器中既可能产生管子的振动，也可能产生声振动。当横流速度较高时，一般情况下管子的振动是由于流体弹性激振，但不会产生声振动。当横流速度很高时，才会出现射流转换而引起管子振动。 B:{!I ~1B]%M
尽量管子在换热器中任何地方都可产生破坏，管子破坏最可能的区段是流动高速区，诸如：管束中两块折流支承板间最大的末支承的中间跨；管束周边区的在弓形折流板缺口区的那些管子； U型管束U型弯头区；位于进口接管之下的管子；位于管束旁流面积和管程分程隔板流道内的管子；在管子与换热器结构部件有相对运动的区段界面，诸如包括管子与折流板界面和管子与管板界面。6A:lI&bF+@
一般外部原因如输送流体的管道弹簧支吊架失效，换热器本身地脚螺栓松脱、设备的支承基础不稳固等都会造成设备振动发生。最危险的是工艺开车过程中，提压或加负荷较快，很容易引起加热管振动，特别是在隔板处，管子的振动频率较高，容易把管子切断，造成断管泄漏，遇到这种情况必须停机解体检查、检修。
平时要对设备存在的振动要进行密切监测。严格控制振动值不超过250μm。超过此值时，则需要立即检查处理。
（二）防振措施
MM1|7|V^3e f/oR 1、改变流速 可以用降低壳程流量或流速的办法来消除振动。但这往往是生产操作所不允许的。常用的办法是用增大管间隙的办法来降低流速，特别是当设计时遇到需要限制压力降的场合，但要增大壳体直径。2?f*TL f^1`J1O
改变管束的排列角也可降低管内流体的速度。而设置导流筒则是防止流体冲刷管束，降低壳程流体进入管束的有效措施。1o?2B,c5uVix9Y
2、改变管子的自振频率 最有效的办法是减小管子的跨距，从管子自振频率的计算公式可以看出，跨距缩短一倍，自振频率约增大三倍。也可以选择适当的材料以增大管子的弹性模量。用增大管子直径以增大截面的惯性矩，能提高一些管子的自振频率，但现实意义不大。c$o P)M]0ZK0y Z|
管子间隙处插入板条或杆状物来限制管子的运动可以增加管子的自振频率。这个方法对于换热器的U形变管区可以有效地防止振动，在折流板缺口处不布管，可以使每块折流板都支承着所有的管子。与通常有折流板的换热器中的管子相比，中央部分管子的跨距都缩短了一倍，使自振频率大为增加。而且各折流板之间还可设置支持板，进一步加大管子的刚性而对传热与压力降并无实质性的影响。减少管子和折流板孔之间的间隙，与加厚折流板虽不能使管子的自振频率有实质性的改变，但却能减轻管子受折流板的锯割作用并增加系统的阻尼。如果折流板的材料比管子软，有时也能使损坏减轻。7yy0e ez z dS
3、设置消声隔板 在壳程设置平行于管子轴线的纵向隔板，可以有效地降低噪声：隔板的位置应离开驻波节而接近波腹。
QF$PH(V7oe6[,I 4、抑制周期性旋涡的影响 在管子的外表面周向缠绕金属丝或沿轴设置金属条都可抑制或削弱周期性旋涡的影响，减小作用在管上的交变力。如采用折流杆代替传统的折流板不仅可以起到防振的效果，还可以强化转换，减少污垢与壳程压力降(见图1-112)。
denty11111111 发表于 2009-2-18 10:18
管壳式换热器产生振动的原因o
1.管束振动频率与气流固有频率接近'Gx6h4k4e {
2.折流板间距设置不当
Pv(@w,|c 3操作环境不当,调整运行参数,不行换成过热水j&F6U+x o(C
4蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。(u6F2e ~*h9Y nx
5 蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。 nT t st'I&A
6蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。
E IFUB4MLW L W$n 防振措施：
$`c8[ oWvOH:^ 1.改变流速：减少壳程流量，以分流壳程代替单壳程，以双弓形折流板代替单共形折流板，都能降低横流速度，防止振动。但传热效率将有所改变。
A{3z;s{ 2.改变换热管的固有频率： ①减小换热管的跨距； ②折流板缺口区不布管，是换热管受到所有折流板的支撑；
3_ l4v+D0m i];x ③在不影响横流速度的情况下，折流板之间应增设支撑板；
!P%EG5\.` ④在换热管二阶振型的节点位置处增设支撑件；
⑤U行管弯管段设置支撑板或支撑条。
!G-J bxS KMb 3.在壳程沿平行于气流的方向插入纵向隔板，以减小特性长度，可提高声频，防止声振动。
&Vgn!c I:E aih9K$B 4.采用杆状或条状支撑，代替折流板。
5.在换热管外表面沿周向缠绕金属丝或沿轴向安装金属条，可抑制周期性旋涡的形成。
anship1984 发表于 2009-2-18 11:08
大家除了说一些理论上，最好把你在实际生产中遇到的换热器振动的原因以及你们采取的防振措施介绍一下；还有搞换热器设计的可以介绍一下设计中必须满足哪些条件来防止管束的振动。
138972950 发表于 2009-2-18 11:28
管壳式换热器产生振动的原因原因为：主要是壳侧介质蒸汽的特性：没用设计外倒流筒；导致进口流速较快，冲击管束而产生震动。操作过程中频率接近而产生共振也是有可能的，可以更改冷流体侧工艺参数试试有无不同情况发生，个人建议应该按以下顺序进行分析：1、如伴随有间断爆鸣声，可怀疑为蒸汽冷凝产生水击同时引起振动；2、检查工艺操作参数是否发生了变更，如果有应调整工艺操作参数消除振动；3、相连管线是否有其它新增动设备，导致换热器振动加剧；4、设备内部结构是否出现松动（如折流板、拉杆等）；5、最后再考虑设备设计缺陷。在原因未查明前不要轻易怀疑设计缺陷，更换设备不一定能解决问题，同时成本也太高。
8l(jJ O Z HT 防振措施：6j7g%^ I y&rt-k y
1、折流板间距是否比较大，如果不够，就将折流板间距放大，或者是使用折流杆，降低压降。或管束的自振频率与气流脉动频率接近
3f-[ };y xO Da Q c 2、如果工艺允许的话可以采用高温热水，或者是采用低压力蒸汽（低压力蒸汽热焓高）。bU!S k:M:}4In Q
3、如果换热器不能停，采用调整工作压力、流量的方法尝试一下
star163 发表于 2009-2-18 11:59
原因 GB150-1999第E1 a） b） c）
w B B!{ L r B ] R 措施 GB150-1999第E4
CBQQQ 发表于 2009-2-18 12:00
管壳式换热器产生振动的原因'
1.管束振动频率与气流固有频率接近 2.折流板间距设置不当
3操作环境不当,调整运行参数,不行换成过热水
@+b]s#}9_ T 4蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。
b6@-}o5xao 5 蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。
6蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。
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F6s+^.d3K]0f1x 换热器内密集的管束中,任何一根管子的运动都会改变周围的流场。流场的改变则使作用在相邻管子上的流体发生相应的改变,从而使受力作用的管子发生振动,从而进一步改变了作用在其中的流体力。一根管子的位移会对相邻的管子施加流体力而使其也产生位移。这种流体力与弹性位移的相互作用就叫做流体弹性激振。它一般是在已有其它机理诱发起管子运动的情况下产生的。其特点是流体速度一旦超过某一临界速度值并稍有增加时,振幅即有大幅度增加,若阻尼不太大时,形成的振幅将一直增大到管子互相碰撞。这种振动在流体速度减小到远低于初始速度时仍会持续。研究表明,流体速度较低时,振动可能由漩涡脱落或紊流抖振引起,而在速度较高区域,诱发振动机理主要是流体激振。 -[ u[0p L*G3y)HL4sM
?.V+i byx~:e Ht 2.4 声共鸣
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vb0{;h%C&z!T 当流体的激振频率接近于换热器内空气的柱振动的固有频率时,就会在换热器内产生声共鸣。其产生的原因是在一定条件下,卡曼漩涡的漩涡脱离会激起室壁之间的某阶驻波,这种驻波在管壳之间来回反射,不断向外传播能量,卡曼漩涡却不断输入能量。当卡曼漩涡频率fv与声学驻波频率fa之比在0.8～1.2范围内时,气室内可能产生强烈的声学共振和噪音。当壳程流体是液体时,由于液体的音速极高,这种振动不会产生。 Q8@ [ ZU*U~&g
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3 振动的防止与有效利用
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|*qL[ G 换热器内流体诱导振动的机理相当复杂,能够有效地防止振动的完整的设计准则尚未建立起来。这就需要在运行过程中根据不同的操作情况,采用不同的措施来防止换热器的振动。振动是不可避免的但是轻微的振动不但不会带来损坏,而且还有强化传热和减少结垢的作用。但是强烈的振动应该采取必要的防振措施以减缓振动,避免换热器振动破坏。抗振的根本途经是激振力频率尽量避开管子的固有频率。工程实践中常采用以下的抗振措施:
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(1)制定合理的开停工程序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口前设置缓冲板或导流筒,既可以避免流体直接冲击管束,降低流速,又可以减小流体脉动。
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(2)降低换热器壳侧流体速度是防止管束振动的最直接的方法。因为当传热元件的固有频率不变时,降低流速,可使流体脉动的频率降低,从而避免共振的产生,但同时传热效率也会随之降低。
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/`S } z@+VK (3)提高传热元件的固有频率是防止振动的另一个关键因素,减少跨距与有效质量,增加材料的弹性模量与惯性矩,都可以提高传热元件的固有频率。适当增大管壁厚度、增大圆管直径和折流板厚度,折流板上的管孔与管子采用紧密配合,间隙不要过大,可以优化结构设计等。
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(4)改变管束支撑形式,采用新型的纵向流管束支撑,例如折流杆式、空心环式、整圆形异形孔折流板,还可以用折流带或折流棒来代替折流板等。这些方法都可以有效地防止管束振动。 gU d$qN-NiZz|
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4 结语 (z o)?~Y,d
?OHLD 振动问题最好是在事前预防,而不是待振动出现后再去修正。这就要求我们能在设计过程中充分考虑各种因素,只有这样才能使设计的产品更加完善,操作使用更加安全可靠。
leaon26 发表于 2009-2-18 15:16
管束中横向流速下的影响，换热器管子会有出现振动。若振幅较大，则可能出现一种或几种危害，（由于折流支撑板间跨中反复震荡而使管壁减薄）（2）管子界面和折流板处碰撞而磨损，（3）由于高的磨损率而造成疲劳或腐蚀疲劳。 l*Vwh&yZ5P
（4）过大的壳程压力降，因为管子振动需要吸收能量，（5）严重的压力腐蚀；
@.ne.X p n}} 管子破坏的最可能区段，管束中两块支撑板间最大的末支撑的中间跨；:w G/[ dun9Z
U型管管束中U型弯头区；位于进口接管之下的管子，位于管束旁流面积和管程分程隔板流道的管。8RrS,@ |"J6xd*_6P
湍流诱发激振，管束中较高流速在流体中促进传热，但换热管以随机方式对湍流引起的振动响应，另外，流动湍流也会促进和加强其他振动机理形成，例如楼上所说的旋涡分离，湍流流动具有较大的随机性，当流场中的中心主频与管束管子最低固有频率一致，就会颤动，即发生共振，引起破坏。
创鑫填料 发表于 2009-2-18 15:29
[size=2]分析[color=#c60a00]管壳式换热器产生振动的原因[/color][/size]J Ir6yi3eqV:dE2N*m
[attach]502944[/attach]
workinging 发表于 2009-2-18 16:52
管壳式换热器产生振动的原因C&m^zD,|X7u
1.折流板间距设置不当,使管束振动频率与气流固有频率接近:yj/OH;w
2.蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。.w6a(M
3蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。V WlU }7Pn2X
4蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。
;@ `M7|1o6_u;Qe 防振措施：
(E [9G P5vt x 1.改变流速：减少壳程流量，以分流壳程代替单壳程，以双弓形折流板代替单共形折流板，都能降低横流速度，防止振动。但传热效率将有所改变。
}*v,\[G 2.改变换热管的固有频率：
q3j/t a#V S ①减小换热管的跨距，②折流板缺口区不布管； ③在不影响横流速度的情况下，折流板之间应增设支撑板； ④U行管弯管段设置支撑板或支撑条。 nc0G
3.在壳程沿平行于气流的方向插入纵向隔板，以减小特性长度，可提高声频，防止声振动。9P;o7K7p N
4.采用杆状或条状支撑，代替折流板。
anship1984 发表于 2009-2-19 13:03
弹性体在受到扰动时都会产生振动。管壳式换热器的管束、隔板、拉杆、壳体均为弹性体，都有受到扰动而引起振动的倾向。在这些弹性体中，结构上管束的刚性最小，最容易被激起振动。我们所研究的换热器振动问题就是指管束的振动。
I9RE } L[ 管束的振动是由干扰力或激振力引起的。这些激振力可以归纳为两大类：机械激振力和流体引起的激振力。ckH-L&R2U8U
1．机械激振力：通过与换热器相连的支座、管道传来的振动，以及由往复式流体输送机械（如空压机）带来的脉动激振力。机械激振力的激振频率一般可以比较准确地预计而采取相应的措施来防止。-R;S'u-I!n h2[ ` L
2．流体流动引起的激振力：这种激振力可以分为流体纵向流引起的激振力和流体横向流引起的激振力。在实际分析中知道，流体纵向流引起的激振力因振幅小，危害不大而予以忽略。所以重点放在研究由流体横向流引起的激振力上。横向流的激振机理比较复杂。
S#\X d Y!gr 2.1．流体激振的机理：（1）卡曼旋涡： 流体横向流过圆柱体时，在圆柱体背面的两侧交替产生旋涡，且在脱离后形成旋涡尾流的现象 。产生旋涡的原因是流体受阻后动能和压能相互转换，且压强沿圆柱体周向及边界层的厚度方向发生变化，边界层外部流体的较大压强作用迫使边界层内部压强较小的质点向相反方向流动，从而使边界层增厚，形成旋涡，然后从圆柱体表面脱离，旋涡随着流速增大被拉长后消失。当一侧旋涡长大脱离时，另一侧的旋涡正在形成并长大，这样交替形成两行旋涡尾流，形似“涡街”。1g1H \UM_-F @ G:J
（2）紊流抖振)NX~,cgi
形成机理：流体横向流过管束，在由折流板作用下
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