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固定管板式换热器的振动分析及其控制

作者: 发布时间:2020-01-22 14:29:42 阅读: 50 次

摘要:文中基于管束换热器振动理论,详细的探讨了固定管板式换热器振动分析及其控制,研究得到:只要合理的控制好流体力的作用相位,对于换热器来说,都能够分散流体力对换热器管束的作用效果,从而能有效控制流体诱发的振动问题;如果流体力相位控制的不合理,即使管束的固有频率和流体的激振频率相差很远,也能诱发管束的振动问题。

关键词:管束换热器;振动;流体诱

0 引言

热量交换设备换热器在工业生产领域及国民经济中具有十分广泛的应用。随着社会的不断发展,一方面新材料、新工艺和新技术不断出现和运用,另一方面能源的不科持续发展问题越来越严重,也因此促进了石油化工深度加工的发展和完善,对能源的更大使用和减少浪费越来越为人们所重视。换热器面临更新换代的问题。发达的换热器几乎高新完毕,热回收率达96%之高。其中,新式的换热器设备更新率占到30%左右,、绝大都是管式的换热器,其热效率高,效果质量都非常好。不过,换热器内的流体诱导产生振动的问题一直以来都是个技术难点,也制约着换热器的技术发展和进步,次问题已经引起国际社会的高度重视并已加强相关的技术研究,振动计算已经成为换热器设计的重要内容之一。

1 管束振动理论分析

其实振动技术及控制技术我们并不缺乏,水工结构、土木工程、航空、航海、机械工程等等很多方面都有成熟的使用,不过换热器的情况和运行环境比较特殊,使得一些如智能驱动材料、主动变阻尼以及主动变刚度等常规的振动控制方法很难在换热器中很好的控制振动。目前,还是主要通过对流体引发振动的机理研究判断为重要依据来处理和控制换热管中的振动问题的,例如,对流体引起振动的漩涡脱落的方面的要求和处理就是方法之一。

在换热器的实际结构中有效运用分析方法,对于克服管子不至于发出大的振动还是很有效果的,并且对于换热器的制造和设计都有一定程度的指导和积极作用。不过,流体引发振动的科目及研究一来孤立进行,还有就是目前其研究成果并不突出,流体引发振动其中的计算方法和复杂性也研究的并不成熟。对于流体引发振动的研究,我们的试验通常是取一段管束的简化模型来进行分析研究的,计算状态也是理想状态的情况,这个阶段和管束的实际复杂工作环境相去甚远;另外我们还知道,管束的振动除了和流体的频率相关以外,和流体的相位、作用力等方面都有关,研究常规方法有可能是浪费精力之举。

2以固定管板式换热器振动分析及其控制

我们取固定管板式换热器作为我们的研究对象,并以此为例,来对换热器中流体对管束的振动诱发以及折流杆和固定管板对振动的响应来予以分析说明。下图是一个管子与折流板布置图,为试验所得。

 图片1.png

1  管子与折流板布置图

实际环境中流体激振力的相位为管束节径比排列方式、管径、流体密度、流体速度以及流道等许多方面的因素影响的,通过上图以及一些计算分析可知,合理调整管束节径比或者折流板尺寸等,能够对流体力的相位起到改变和控制,进而影响流体和换热器管束的相互作用应力,分散换热器管束上面的应力作用,这样就能使流体诱发管束振动的问题得到控制和解决。通过前面提到过的一些工况研究,我们能知道管束的各种受力情况的问题。

通过对固定管板式换热器流体诱发振动的各种工况的深入研究和响应计算,我们知道了流体力的相位以及流体力的作用点作用位置对换热器管束响应之间的相互关系,得出以下结论:1.只要合理的控制好流体力的作用相位,对于换热器来说,即使流体的振动频率和换热器管束的振动频率很接近,都能够分散流体力对换热器管束的作用效果,从而能有效控制流体诱发的振动问题;2.如果流体力相位控制的不合理,即使管束的固有频率和流体的激振频率相差很远,也能诱发管束的振动问题。

参考文献:

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