【正文】 167。振動(dòng)問題最好是在事前預(yù)防,而不是待振動(dòng)出現(xiàn)后再去修正。（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。(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。(3)提高傳熱元件的固有頻率是防止振動(dòng)的另一個(gè)關(guān)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。(2)降低換熱器殼側(cè)流體速度是防止管束振動(dòng)的最直接的方法?？拐竦母就窘?jīng)是激振力頻率盡量避開管子的固有頻率。振動(dòng)是不可避免的但是輕微的振動(dòng)不但不會(huì)帶來損壞,而且還有強(qiáng)化傳熱和減少結(jié)垢的作用。換熱器內(nèi)流體誘導(dǎo)振動(dòng)的機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜,能夠有效地防止振動(dòng)的完整的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則尚未建立起來。f2/fn。f2/fn。對(duì)于多跨直管的固有頻率求解方程相當(dāng)復(fù)雜，為方便計(jì)算，美國(guó)的管殼式換熱器制造者協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的計(jì)算公式和振型常數(shù)，將等跨距直管的固有頻率簡(jiǎn)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(jì)算： 換熱管發(fā)生振動(dòng)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。利用管子兩端的固定條件與管子在中間管子簡(jiǎn)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。換熱器管束的管子具有多個(gè)固有頻率，每一種固有頻率對(duì)應(yīng)一種不同振型。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(dòng)和位移，因而在固有頻率分析時(shí)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(dòng)，但不能發(fā)生縱向位移，因而可以看作是簡(jiǎn)支。通過以上管束振動(dòng)的分析可知，管子的振動(dòng)與管子的系統(tǒng)的固有頻率、系統(tǒng)的阻尼和流體流動(dòng)特性等因素有關(guān)。這種振動(dòng)在流體速度減小到遠(yuǎn)低于初始速度時(shí)仍會(huì)持續(xù)。它一般是在已有其它機(jī)理誘發(fā)起管子運(yùn)動(dòng)的情況下產(chǎn)生的。一根管子的位移會(huì)對(duì)相鄰的管子施加流體力而使其也產(chǎn)生位移。換熱器內(nèi)密集的管束中,任何一根管子的運(yùn)動(dòng)都會(huì)改變周圍的流場(chǎng)。通常認(rèn)為，當(dāng)管子間距較小時(shí)，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。由紊流抖振而誘發(fā)的振動(dòng)不很規(guī)律,較少導(dǎo)致大范圍的共振響應(yīng)。T———管束的橫向管間距,m　　　U———相鄰兩管間的流體平均速度,m/s　　　　紊流抖振是一個(gè)由隨機(jī)力作用的衰減振動(dòng),管子僅在其固有頻率附近產(chǎn)生響應(yīng),振動(dòng)的峰值出現(xiàn)在脈動(dòng)力的主頻率與管子的固有頻率重合之處。產(chǎn)生振動(dòng)的振源為流體穩(wěn)定流動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng),流體速度的波動(dòng),通過管道或其它連接件傳播的動(dòng)力機(jī)械振動(dòng)等,橫向流是流體誘導(dǎo)管束振動(dòng)的主要根源。另外，橫流流動(dòng)與激振機(jī)理與流體介質(zhì)還有一定的關(guān)系，具體見下表：. 橫流流動(dòng)與激振機(jī)理與流體介質(zhì)關(guān)系表流動(dòng)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?dú)饬髦胁荒馨l(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?yàn)樗婕暗氖敲河团c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(guān)性較大，便主要從這三方面進(jìn)行分析。在坑點(diǎn)處引起應(yīng)力集中,導(dǎo)致管子失效,縮短了管子壽命。這種損傷還會(huì)由于腐蝕作用而加速。管子與管板的連接處是換熱器中十分重要的結(jié)構(gòu),然而在工程實(shí)際中,由于管子振動(dòng)使管子與管板連接處受力較大,從而導(dǎo)致脹接或焊接點(diǎn)的損壞,造成泄漏。大多數(shù)振動(dòng)破壞都是換熱器管束的機(jī)械損壞，主要的有以下幾點(diǎn):　　當(dāng)管子振動(dòng)的振幅大到足以使相鄰管子互相撞擊,或邊緣管不斷擊打殼體,在管子的撞擊部位將產(chǎn)生特有的菱形磨損形式,管壁不斷減薄而至最后開裂。通常,傳熱管是換熱器中撓性最大的部件,對(duì)振動(dòng)也最敏感。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，管殼式換熱器逐漸趨于大型化，并且，由于換熱器尺寸和管束支撐間距的增大，以及流體流速的增大、運(yùn)行工況不穩(wěn)定等因素影響，經(jīng)常引起換熱器管束發(fā)生流體誘導(dǎo)振動(dòng)，造成換熱器的局部失效甚至整體報(bào)廢，所以應(yīng)想法預(yù)防振動(dòng)。fo——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re﹥500時(shí)，nc——橫過管束中心線的管子數(shù)，對(duì)正三角形排列ncNB——折流擋板數(shù)代入數(shù)值得：=1930825=而，其中h=，d=，NB=29,D——?dú)?，mh——折流擋板間距，mdo——換熱器外徑，muo——按殼程流通截面積S計(jì)算的流速，而S=h（Dncdo）代入數(shù)值得： =29（） =1380Pa對(duì)于液體=，于是我們有：=1（1380+）=2317Pa100kpa經(jīng)過以上的核算，我們發(fā)現(xiàn)，管程壓力降和殼程壓力降都符合要求。下面以埃索法計(jì)算殼程壓力降：殼程壓力降埃索法公式為：——流體橫過管束的壓力降，Pa；——流體通過折流擋板缺口的壓力降，Pa；Fs——?dú)こ虊毫档墓笇有Ｕ禂?shù)，無因次，；Ns——?dú)こ虜?shù)；而=，nc=19，NB=29,uo=。 管程壓力降的計(jì)算公式為：Rei=13670（前面已求），為湍流。 對(duì)圓缺形的折流板，可采用克恩公式： 計(jì)算殼程當(dāng)量直徑，由正三角形排列可得：= =殼程流通截面積：So= =殼程流體流速為： = =雷諾準(zhǔn)數(shù)為：Reo=普蘭特準(zhǔn)數(shù)為：Pro= Nu=。采用試差法最終求得tw=℃本換熱器的管子及殼體均采用10號(hào)碳鋼，由此可得下表：管子殼體操作壓力，Mpa壁溫，℃35材料1010線膨脹系數(shù)1/℃*106*106彈性模量，Mpa*106*106尺寸，mm25*2*6000600*6管子數(shù)252管間距32脹接長(zhǎng)度，mm29許用拉脫力，Mpa4管子排布方式正三角形在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力為： 其中，f==，則 qp= 在溫差應(yīng)力作用下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力為： 其中，而同時(shí)，At=因而，管子拉脫力在許用范圍之內(nèi)，不許用安裝膨脹節(jié)。換熱管規(guī)格外徑壁厚/mm換熱管最小伸出長(zhǎng)度最小坡口深度/mm/mm鞍式支座的示意圖(BI型). 防沖板或?qū)Я魍驳倪x擇因?yàn)樗畊=，煤油流量 ,所以管程和殼程都不設(shè)防沖板或?qū)Я魍病Ｃ浗雍秃附臃椒ǜ饔袃?yōu)缺點(diǎn)，在有些情況下，如對(duì)高溫高壓換熱器，管子與管板的連接處，在操作時(shí)受到反復(fù)熱變形、熱沖擊、腐蝕與流體壓力的作用，很容易遭到破壞，僅單獨(dú)采用脹接或焊接都難以解決問題，如果采用脹焊結(jié)合的方法，不僅能提高連接處的抗疲勞性能，還可消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。焊接接口的形式見圖114。一般認(rèn)為焊接比脹接更能保證嚴(yán)密性。脹接是靠管子的變形來達(dá)到密封和壓緊的一種機(jī)械連接方法，如圖113所示。對(duì)于固定管板換熱器，除要求連接處保證良好的密封性外，還要求接合處能承受一定的軸向力，避免管子從管板中拉脫。各種換熱器的直徑和拉桿數(shù)，可參見下表選用。隔板材料與封頭材料相同。 采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。為了便于清洗管子外表面上的污垢，可采用正方形與轉(zhuǎn)角正方形排列的管束。當(dāng)管程為多程時(shí)，則需采取組合排列，圖110為二管程時(shí)管小組合排列的方式之一。）、轉(zhuǎn)角正方形排列（排列角為45176。+12%低合金鋼GB994810%管子在管