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    「上海市奉賢設備容器廠」壓力容器設備流致震動分析

    作者:admin 時間:2019-04-04 14:26
      1、流致振動
      壓力設備容器,因介質流動而發生震動稱之為流致振動。
      當介質(流體)流動頻率與壓力容器某零部件固有頻率一致或者是接近時就會發生共振,這種共振會造成零部件的損壞,開裂,磨損,切斷等等。尤其是換熱管,當換熱管固有頻率與流體頻率接近或者同頻時就會發生共振,共振的結果就會發生共振件的損壞,直到改變了固有頻率后才弱化振動直至沒有了振動;在壓力容器設備中換熱器的換熱管尤其要避免這種振動,換熱管一旦發生共振,有可能發生磨損、切管等損壞,降低設備壽命;
    「上海市奉賢設備容器廠」壓力容器設備流致震動分析

      2、壓力容器設備---換熱器流致振動分析思路
      判定換熱管系是否發生流致振動,要判定下述3項內容:
     ?。?)漩渦脫落;
      換熱管系的固有頻率是否遠離渦脫頻率,遠離到不發生共振的頻段;
     ?。?)流體彈性不穩定;
      流體彈性不穩定是誘發共振的非常重要因素,要分析出流體的流速遠沒有達到流彈不穩定臨界流速,不會因為流體彈性不穩定而引發換熱管系的共振。
     ?。?)湍流激勵振動;
      計算出湍流激勵振動的中心主頻率,再與換熱管系固有頻率進行對比。湍流激勵振動的中心主頻率要遠離換熱管系的固有頻率。
      3、漩渦脫落
      3.1、整體建模,模態分析,求固有頻率值
      首先對換熱管系整體部件進行模態分析,得出換熱管系整體部件的固有頻率,再根據TEMA標準及相關參考文獻提供的相近模型經驗公式,求出正常工況和極限工況下,換熱管系整體部件中殼側流體的雷諾數Re與斯特羅哈數St,進而得出不同工況下的漩渦脫落頻率,用以判定換熱管系整體部件中流體的漩渦脫落是否引起換熱管系組件共振;彈性模量,采用設計溫度下的數值,流體特征溫度由殼側介質進口溫度TIN與殼側介質出口溫度TOUT的平均值來確定。分析采用全模型進行,對于換熱管系的密度ρ需要進行當量計算,將換熱管內部的冷卻劑(水)與殼側換熱管外壁的一定量的冷卻劑(水)等效到換熱管的體積上。這種等效是通過定義換熱管輸入密度值ρ來實現的。模型采用實體單元。換熱管為主要分析對象,采用規則的六面體網格進行劃分;其它件為輔助分析結構,采用四面體網格劃分。對于換熱管內表面施加一次側的壓力Pc。在換熱管與其它件接觸處設置接觸單元。選取分析類型是模態(Modal)分析。
      3.2、求渦脫頻率fs
      已知殼側流量(最小、最大)Q:m3/S;
      殼側流體(水)的流速通道面積A:m2。
      克側流體流速:v=Q/A
      具體計算數值如下:
      流速最小值:vmin=0.2125m/s
      流速最大值:vmax=0.4076m/s
      計算殼側水的動力粘度
      溫度取入口溫度與出口溫度的的平均值.
      計算殼側水的動力粘度計算公式
      計算殼側冷卻水的雷諾數Re
      ρ為流體密度,v為流體流速,L為特征尺度,此處L取殼側內徑;
      當300≤Re&lt;300000時,換熱管外部附面層為層流,斯特羅哈數為0.2。即:St=0.2
      在最大流通面積情況下渦脫頻率為(Hz):fs=4.74
      在最小流通面積情況下渦脫頻率為(Hz):fs=8.23
      管系最低的固有頻率f1應遠離旋渦分離頻率fs。
      若換熱管系統組件的第1階固有頻率f1=(0.8~1.2)fs時,則必將出現共振現象。一般要求fs在f1(0.5~1.5)之外。如果f1和fs的估值準確度不高,則要求fs在f1(1/3~3.0)之外。
      本計算結果符合:fs在f1(0.5~1.5)之外。
      可以認為此件的固有頻率離開了渦脫頻率,不會發生流致同頻振動;
      4、是否會發生流彈不穩定的共振
      依據文獻求得此結構的流彈不穩定臨界流速為27.2m/S。
      換熱管系統殼側流體的流速沒有達到流彈不穩定臨界流速,不會因為流體彈性不穩定而引發換熱管系統部件的共振。
    「上海市奉賢設備容器廠」壓力容器設備流致震動分析

      5、湍流激勵振動
      計算湍流激勵對換熱管管系共振的影響。
      計算出湍流激勵振動的中心主頻率,將其與換熱管系固有頻率相比較,判斷能否產生共振。
      計算得到的中心頻率ffv是7.06m/s
      在3節中求得的一階模態的固有頻率值f=1.877 HZ,湍流激振的中心主頻率ffv是換熱管管系固有頻率的3倍以上,因此殼側流體的湍流激勵振動不會引起管系的共振。
      6、設備容器參考文獻
      [1].管殼式換熱器管束振動分析及防震措施.符興承,吳金星.2003年6月,化學工業與工程技術.
      [2].換熱器流體誘導振動機理疲勞磨損設計.錢項文,苓漢利,曾文明等.1989年.烴加工出版社.

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