【正文】 管材中的微觀缺陷擴展,以致產(chǎn)生大裂紋,最終使管子受到破壞。另外，橫流流動與激振機理與流體介質(zhì)還有一定的關系，具體見下表：. 橫流流動與激振機理與流體介質(zhì)關系表流動情況漩渦分離湍流抖振流體彈性不穩(wěn)定性聲共振液流中可能發(fā)生可能發(fā)生重要氣流中不能發(fā)生可能發(fā)生重要重要兩相流中不可能發(fā)生不重要重要不大可能 因為所涉及的是煤油與冷卻水，均是液體，和湍流抖振漩渦分離、湍流抖振、流體彈性不穩(wěn)定性這三者相關性較大，便主要從這三方面進行分析。管殼式換熱器管束振動主要是由殼程流體流動所引起的,而管程流體流動的影響可忽略不計。產(chǎn)生振動的振源為流體穩(wěn)定流動產(chǎn)生的振動,流體速度的波動,通過管道或其它連接件傳播的動力機械振動等,橫向流是流體誘導管束振動的主要根源。　漩渦脫落誘導振動卡門漩渦頻率按下面的公式確定：fV=St式子中：fV——卡門漩渦頻率，HzSt——斯特羅哈數(shù)，無因次，對于按正三角形與正方形排列的管束，可根據(jù)節(jié)徑比xp=S/do計算，St=1/，經(jīng)計算，所設計的換熱器的St =V——橫流速度，m/sdo——換熱管外徑，mS——換熱管的中心距，m由此可見，當管束直徑一定時，流速越大，流體誘導頻率越大，當漩渦脫落頻率接或等于管束的固有頻率時，就會產(chǎn)生強烈的振動。　　紊流抖振是一個由隨機力作用的衰減振動,管子僅在其固有頻率附近產(chǎn)生響應,振動的峰值出現(xiàn)在脈動力的主頻率與管子的固有頻率重合之處。脈動力的主頻率fb為：式中: fb———紊流脈動的頻率,Hz　　U———相鄰兩管間的流體平均速度,m/s　　d0———管子的外徑,m　　T———管束的橫向管間距,m　　　L———兩個連續(xù)管排間的中心線距離,m紊流脈動的頻率范圍較寬且具有很強的隨機性。由紊流抖振而誘發(fā)的振動不很規(guī)律,較少導致大范圍的共振響應。紊流抖振不是導致管子破壞的主要原因,而是產(chǎn)生流體彈性激振的重要因素。通常認為，當管子間距較小時，由于沒有足夠的空間產(chǎn)生漩渦分離，紊流的影響是主要的。，漩渦分離一般不會引起管子大幅度振動。換熱器內(nèi)密集的管束中,任何一根管子的運動都會改變周圍的流場。流場的改變則使作用在相鄰管子上的流體發(fā)生相應的改變,從而使受力作用的管子發(fā)生振動,從而進一步改變了作用在其中的流體力。一根管子的位移會對相鄰的管子施加流體力而使其也產(chǎn)生位移。這種流體力與彈性位移的相互作用就叫做流體彈性激振。它一般是在已有其它機理誘發(fā)起管子運動的情況下產(chǎn)生的。其特點是流體速度一旦超過某一臨界速度值并稍有增加時,振幅即有大幅度增加,若阻尼不太大時,形成的振幅將一直增大到管子互相碰撞。這種振動在流體速度減小到遠低于初始速度時仍會持續(xù)。管束發(fā)生流體彈性不穩(wěn)定時候的臨界橫流速度Vc可以按下面的公式進行計算：式子中：——質(zhì)量阻尼參數(shù)，無因次，可按公式進行計算；do——換熱器的外徑，m：fn——換熱管的固有頻率，Hz；Kc——比例系數(shù)研究表明,流體速度較低時,振動可能由漩渦脫落或紊流抖振引起,而在速度較高區(qū)域,誘發(fā)振動機理主要是流體激振。通過以上管束振動的分析可知，管子的振動與管子的系統(tǒng)的固有頻率、系統(tǒng)的阻尼和流體流動特性等因素有關。在換熱器中，換熱管兩端與管板連接，中間由等間距布置的多個折流板支撐，但靠近兩端管板的折流板與管板之間的跨距比中間跨距要大。換熱管與管板之間不論采用焊接、脹接或脹接焊接并用，都不能發(fā)生振動和位移，因而在固有頻率分析時可看作剛性固定支撐；管束中間用弓形折流板支撐，管子與折流板管孔之間有很小的的間隙，管子可以轉(zhuǎn)動，但不能發(fā)生縱向位移，因而可以看作是簡支。換熱管的簡化模型為多跨度梁，因此，求解換熱管的固有頻率歸結(jié)為求解多跨度梁的固有頻率，其理論基礎是梁的橫向振動微分方程。換熱器管束的管子具有多個固有頻率，每一種固有頻率對應一種不同振型。當受其中一種特定頻率的激發(fā)載荷作用時，就可以發(fā)生某種振型的共振。利用管子兩端的固定條件與管子在中間管子簡支處的連續(xù)條件，求解方程組可得到換熱管的各階固有頻率。影響管子振動關鍵是第一二階的固有頻率。對于多跨直管的固有頻率求解方程相當復雜，為方便計算，美國的管殼式換熱器制造者協(xié)會設計了相應的計算公式和振型常數(shù)，將等跨距直管的固有頻率簡化為跨度數(shù)和兩端支撐條件決定的參數(shù)，由下面的式子計算： 換熱管發(fā)生振動的基本條件是各種激振力的頻率等于或接近換熱管的固有頻率。因此，要想有效防振，必須分別算出漩渦脫流頻率f紊流抖振頻率f2和管子的固有頻率fn，用下式判斷：a） 當殼程流體是氣體或液體時，f1/fn。f2/fn。b） 當管程流體是氣體或蒸汽時，f1/fn。f2/fn。c） 當殼程流體是氣體或液體時，應有橫向流速vvc。換熱器內(nèi)流體誘導振動的機理相當復雜,能夠有效地防止振動的完整的設計準則尚未建立起來。這就需要在運行過程中根據(jù)不同的操作情況,采用不同的措施來防止換熱器的振動。振動是不可避免的但是輕微的振動不但不會帶來損壞,而且還有強化傳熱和減少結(jié)垢的作用。但是強烈的振動應該采取必要的防振措施以減緩振動,避免換熱器振動破壞。抗振的根本途經(jīng)是激振力頻率盡量避開管子的固有頻率。工程實踐中常采用以下的抗振措施:(1)制定合理的開停工程序,加強在線監(jiān)測,嚴格控制運行條件,在流體入口前設置緩沖板或?qū)Я魍?既可以避免流體直接沖擊管束,降低流速,又可以減小流體脈動。(2)降低換熱器殼側(cè)流體速度是防止管束振動的最直接的方法。因為當傳熱元件的固有頻率不變時,降低流速,可使流體脈動的頻率降低,從而避免共振的產(chǎn)生,但同時傳熱效率也會隨之降低。(3)提高傳熱元件的固有頻率是防止振動的另一個關鍵因素,減少跨距與有效質(zhì)量,增加材料的彈性模量與慣性矩,都可以提高傳熱元件的固有頻率。適當增大管壁厚度、增大圓管直徑和折流板厚度,折流板上的管孔與管子采用緊密配合,間隙不要過大,可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計等。(4)改變管束支撐形式,采用新型的縱向流管束支撐,例如折流桿式、空心環(huán)式、整圓形異形孔折流板,還可以用折流帶或折流棒來代替折流板等。這些方法都可以有效地防止管束振動。（5）在換熱管外表面沿周向纏繞金屬絲或沿軸向安裝金屬條，可抑制周期性漩渦的形成。當然。振動問題最好是在事前預防,而不是待振動出現(xiàn)后再去修正。這就要求我們能在設計過程中充分考慮各種因素,只有這樣才能使設計的產(chǎn)品更加完善,操作使用更加安全可靠。167。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表參數(shù)管程殼程進、出口溫度，℃30/40140/40壓力，MPa33142317流量，kg/h6705612626物性物性溫度，℃3590密度，kg/m3994825定壓比熱容，kJ/（kg?℃）粘度，Pa?s熱導率，W/m?℃結(jié)構(gòu)參數(shù)形式管板式換熱器殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑，mm600臺數(shù)1管徑，mm管心距，mm32管長，mm6000管子排列△管數(shù)，根232折流板數(shù)，個29傳熱面積，m2100折流板間距，mm200管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速，m/s污垢熱阻，m2℃/W熱流量，KW傳熱溫差，℃32傳熱系數(shù)，W/(m2K)390裕