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

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)構設計不合理。 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標準認為，當換熱管振幅較小時，對材料均勻無缺陷的材料沒有影響，但當材料存在缺陷，且缺陷位于高應力區(qū)時，缺陷容易引起裂紋擴展而導致失效，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，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)對管束振動起主導作用。 詳細計算過程見TEMA標準。

4、設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。 設計人員在換熱器設計過程中應了解這些參數(shù)并充分考慮它們的影響，并采取相應措施防止管束振動的發(fā)生。

1、換熱管直徑

考慮到實際的熱設計經(jīng)濟性，應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。 標準中給出的最大無支撐跨度沒有考慮可能導致振動的潛在條件。 換熱器的熱設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阻礙流體流動的空間。 設置導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定的關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。 設計人員必須認識到，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力。

結(jié)尾！