換熱器內(nèi)流體引起的換熱管振動與換熱器的幾何結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 振動的原因復(fù)雜多樣不銹鋼換熱管彎管，準(zhǔn)確計算不易。 根據(jù)TEMA標(biāo)準(zhǔn)，本文給出了流體引起換熱管振動的原因及預(yù)防措施，為工程設(shè)計人員提供參考。

1、振動破壞形式：

1、換熱管碰撞損壞

由于換熱管的振動幅度過大，換熱管之間以及換熱管與殼體之間的碰撞最終會導(dǎo)致管壁變薄而損壞。

2、換熱管與折流板連接處損壞

折流板管孔與換熱管外徑裝配間隙過大。 當(dāng)流體作用過多時，換熱管與折流板管孔相撞，使管壁在折流板厚度范圍內(nèi)沿圓周方向移動。 變薄會導(dǎo)致?lián)Q熱管失效，很可能換熱管被切斷。

3、換熱管與管板連接處損壞

換熱管與管板間隙過大，或結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。 在過量流體的作用下，換熱管在任何橫向方向都會產(chǎn)生較大的變形和振動，導(dǎo)致?lián)Q熱管和管板變形。 接頭處的裂紋失效。

4.材質(zhì)缺陷損壞

TEMA標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，當(dāng)換熱管振幅較小時，對材料均勻無缺陷的材料沒有影響，但當(dāng)材料存在缺陷，且缺陷位于高應(yīng)力區(qū)時，缺陷容易引起裂紋擴展而導(dǎo)致失效，磨損和腐蝕會加速失效。

5.聲振損壞

聲振動由氣柱的振動產(chǎn)生，并由相位渦旋脫落激發(fā)。 聲振動會引起換熱器殼體和連接管的振動并伴有噪聲。 當(dāng)聲振動的頻率接近換熱管的固有頻率時，換熱管的振動加強，引起換熱管失效。

2、故障區(qū)域：

1、U型管彎頭截面

U型管彎頭截面外排的固有頻率較低，比內(nèi)排更容易引起流體振動失效。

2.噴頭進出水面積

由于入口和出口區(qū)域的流動，流體往往在這些區(qū)域具有局部高速，從而產(chǎn)生破壞性的流體振動。

3、管板區(qū)

換熱器中緊靠管板的無支撐跨度一般大于折流板區(qū)域跨度，此處換熱管的固有頻率較低，該區(qū)域也是流體進出熱量的區(qū)域換熱器局部高流量和低換熱管固有頻率兩個因素疊加，該區(qū)域成為防止振動破壞的首要考慮區(qū)域。

4.擋板區(qū)

折流板間隙處換熱管的無支撐跨度大于折流板間距。 大的無支撐跨度導(dǎo)致固有頻率降低并增加振動趨勢。

5.其他地方

任何阻礙流動的結(jié)構(gòu)，例如拉桿、沖刷擋板和防短路擋板，都會產(chǎn)生局部高流速，從而在這些局部區(qū)域引起振動。

3、流激振動的原因：

管束流致振動主要由以下原因引起：流體彈性失穩(wěn)、渦脫落、湍流抖振和聲共振。 前三者伴隨著換熱管的振動。 聲共振會產(chǎn)生強烈的噪音，一般不會引起電子管振動。 殼流速度分布、臨界流速、管束固有頻率、管束有效質(zhì)量、阻尼等參數(shù)對管束振動起主導(dǎo)作用。 詳細(xì)計算過程見TEMA標(biāo)準(zhǔn)。

4、設(shè)計過程中的防震措施：

管束振動往往受到上述多個參數(shù)的影響。 設(shè)計人員在換熱器設(shè)計過程中應(yīng)了解這些參數(shù)并充分考慮它們的影響，并采取相應(yīng)措施防止管束振動的發(fā)生。

1、換熱管直徑

考慮到實際的熱設(shè)計經(jīng)濟性，應(yīng)盡量采用直徑較大的換熱管。 管徑越大，其轉(zhuǎn)動慣量越大不銹鋼換熱管彎管，在給定管長的情況下，有效地增加了管子的剛度。

2.不受支持的跨度

無支撐跨度是影響流致振動的最重要因素。 無支撐的跨度越短，振動的可能性就越小。 標(biāo)準(zhǔn)中給出的最大無支撐跨度沒有考慮可能導(dǎo)致振動的潛在條件。 換熱器的熱設(shè)計決定了殼程的類型、折流板的形式和無支撐跨度的長度。 在不影響橫流速度的前提下，設(shè)置雙支撐板，減少無支撐跨度。 在殼體流速和壓降相同的情況下，與傳統(tǒng)的單段擋板相比，使用多段擋板可以顯著減少無支撐跨度。

3、管間距

增大管間距與管徑之比，可增大管橋面積。 通過增加管間距，可以降低管跨中部碰撞損壞的風(fēng)險，降低動慣性系數(shù)。 對于一定的無支撐跨度，可以減小橫流速度，或者對于一定的橫流速度，可以減小無支撐跨度，提高一階頻率，防止共振的發(fā)生。

4、進出口區(qū)

在具有振動傾向的熱交換器中，入口和出口區(qū)域最容易受到振動損壞。 應(yīng)計算進、出口處的流速，并與臨界流速進行比較，避免該段管跨產(chǎn)生振動。 僅滿足 ρV2 的條件不足以保證進出口區(qū)管束不發(fā)生流體振動。 可考慮采用特殊支撐，縮短進出水區(qū)無支撐跨度，進出水區(qū)可減少配管，降低進出水口流速。 儀表板的尺寸和位置不應(yīng)阻礙流體流動的空間。 設(shè)置導(dǎo)向管作為降低進出口流速的有效手段，可以使流體從多個位置進出換熱器管束。

5、U型彎區(qū)

可通過在相鄰直管段設(shè)置支撐板或在彎管段安裝專用支撐裝置來減小U形彎頭的振動，適當(dāng)布置U形彎頭的位置也可減小U形彎頭的振動。殼程入口和出口以及相鄰的擋板。 彎管振動的發(fā)生。

6、換熱管材質(zhì)及厚度

換熱管的彈性模量影響無支撐跨度的固有頻率。 鐵素體鋼和奧氏體不銹鋼具有比鋁、黃銅等更高的彈性模量，因此更能抵抗振動變形。

7、擋板厚度與管孔尺寸

增加折流板的厚度，減小換熱管與折流管孔之間的間隙，可以增加阻尼，減小作用在換熱管與折流管孔連接處的力。

8、拆換熱管

潛在的振動可以通過在管束中預(yù)定的關(guān)鍵位置不排空換熱管來消除，例如，擋板缺口側(cè)的換熱管，在易振動的換熱器中有時會遭受相對較大的損壞，它有利于選擇性地拆除該部位的換熱管。

9、換熱管的軸向載荷

換熱管的軸向壓縮載荷會降低管子的固有頻率，軸向拉伸載荷會增加管子的固有頻率。 設(shè)計人員必須認(rèn)識到，由于壓力、溫度的作用，在換熱管上形成的軸向壓縮載荷和振動的不利影響，采用膨脹節(jié)可以降低換熱管的壓應(yīng)力。

結(jié)尾！