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化工机被
1999年
折流板抗振型换热噐结构及其抗振特性研究
胡明辅杨波涛威冬红金涛
云南エ业大学)
t
K172
摘要提出了一种折流板抗损型换热器的新鲇构,并对其抗振特性进行了理论分析和
实验研究,指出此类换热器具有其他攒流式换热器无法比拟的抗性能。
关键词換热述折流板、高钢支承冰,
折流板换热器虽占目前管壳式换热器工业应邻两管子间的间隙,即实现管子与扁钢条之间的
用的主导地位,但振动问题却十分突出而未获得紧密接触,从而强化了对管子振动的抑制作用。
较好的解决。我国钢制管壳式换热器》规范已
把换热器的振动列人核算内容,并对局部流速实
行严格限制,又通过对换热器进行分级,规定对于
容易发生振动的换热器选用其中Ⅰ级,对其设计、
制造、检验和换热管的质量提出了较高的要求,这
样就增加了制造成本。因此,研究折流换热器的
管板支承条折流板
换热管
抗振问题具有十分重要的意义。
因1折流板抗振型换热器管子支永示意因
1折流板抗振型换熱器的结构特征
2折流板抗振型换热器抗振分析
传统的折流板换热器对管子的支承是通过折
在一定的激振条件下,振动的响应与系统的
流板实现的。但由于折流板管孔与管子之间存在
固有频率和系统阻尼密切相关。在以往对换热器
何隙,对管子振动的抑制作用较弱,且当管子振动
时,管子与折流板管孔相互摩掾磨损,使管子发生的抗振研究中,主要集中于对流体诱导振动的机
所谓“自锯”现象。随着磨损过程的进行,管子与理和管子的固有频率的研究方面,而对系统阻尼
折流板管孔之间的间隙增大,折流板对管子振动的影响及如何提高系统阻尼的研究较少。事实
的抑制作用进一步减弱,振动加剧,相应地“自锯
上,系统阻尼对振动响应的影响是非常显著的。
也加剧,造成恶性循环。因此,只依靠折流板难以换热管对激励的响应为:
形成对管子的强有力的支承。鉴于此,显著提
Y= CMF
(1
高折流板换热器的抗振性能,必须在折流板支承式中Y一管跨中央的管子振嚼,mm
的基础上,增加辅助支承,才能有效地抑制管子的
Cs-放大因子;
振动。为此,笔者提出了一种新型的折流板抗振
Y一管跨中央在静力作用下的静挠度,
型换热器。
折流板抗振型换热器是在折流板换热器的基
显然,放大因子基本表达了换热管对激励的
础上増加了对换热管的辅助支承装置,即在相邻响应。而放大因子与阻尼的关系可用图2表
两折流板之间加装扁钢支承条,如图1所示。扁示2。从图2中可以看出,当激励频率比较接近
钢条间隔穿插于管子之间,扁钢条的厚度等于相管子的固有频率时,系统阻尼对于抑制管子对激
云南省应用基础研究基金项目(95B6IM)。
胡明辅,男,1955年5月生,教授。云南省昆明市,650051。
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第26卷第4期
化工机被
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励的响应起着至关重要的作用。因此,提高管子3.1实验方法及实验模型
的振动阻尼,可以有效地减小管子对激励的响应,
振动测试的常用方法有两种,即共振法和自
可以有效地避免换热器在使用过程中管于发生激由衰减法(蔽击法)。由于共振法不能测出阻尼,
烈的(破坏性的)振动。
故采用自由衰减法。实验模型按我国规范以设
计、制造并检验,其主要结构参数如下:
换热管g19mx2mx1500m,共21根,
正方形排列,管心距为25mm,材料
为0号钢
折流板名义直径为147.5m,折流板管孔
为d19.8m,厚度为3mm,材料为
长
Q235-A
管板厚度为25mm,管板孔直径为d9.4
0.2mm,换热管与管板的连接为
焊接
0.5
1.0
支承条厚度为6nm,宽度为4种规格(B=
率比
10、16、20、35mm),由钢板剪切而
因2尼与放大因于的关系
成,材料为Q235-A(本研究限于在
1一无尼;2轻微阻尼;3一小阻尼
相邻两块折流板之间加一组支承条
4-一较小阻尼:5一较大阻尼;6一大阻尼;
的情况)。
一重大阻尼;8…-一临界阻尼
3.2振动测试结果及分析
在振动分析中,一般用对数衰减比表征阻尼
通过大量的迅试发析,并经数据处理,其结果
的大小。对于传统的用折流板支承管子的换热列于表1。
器,由于折流板较薄,且存在支承间隙,其对数衰
表1折流板抗振型与折流板型換热器
减比是比较小的。 Momreti和 over通过实验得
管朿振动测试结果
出的数值范围为0.001-0.04?3,而且随着换热折流间距对数比
管与折流板管孔间的相互摩擦损,接繪间隙增4/m
大,对数衰减比还要进一非降低?。对于折流板
折流板型
0.048
抗振型换热器,由于扁钢支承条的宽度比折流板
折6m
的厚度大幅度提高。另外,通过支承条的支承,减
hi 13=10 mo
板
0,120
小了支承跨距,提高了管子的刚度,从而减小了式
抗
P=20m
0.133
(1)中的管于静揣度;通过支承条,实现了管子
型
=35mru45
之间的联系,使管子的振动能够相互抑制(当然也
折流板型
有相互激励的问题,但难以形成和谐)。因此,该
折
M0 mm
048
换热器与传统换热器相比,将有效地防止管子的
板P=10nrma
0.114
振动破坏。
抗
振
B =20 mm
0.134
3折流板抗振型換热器抗振实验研究
=30mn
0、157
以上定性地分析了折流板抗振型换热器的抗
折流板型
0.00
振性能,指出此类换热器将大幅度地提高对数衰
折46
0.012
减比。在此基础上,通过实验定量分析对数衰减
流
E IIM
0.108
比与支承条宽度、折流板间距的关系;分析支承条
抗
0.128
对管子固有频率的影响,以便为工程设计提供理
型
B=35 mn
0.150
论依据。