Thread Content
Причины и вред вибраций. Существует две основные причины возникновения вибраций в трубах теплообменника: первая — это вибрации, вызванные внешними источниками возмущений, такими как пульсирующий поток воздуха от поршневых машин (например, поршневых компрессоров), или вибрации, передаваемые через опорные элементы или соединительные трубопроводы. Другой тип — это возбуждение потоком жидкости, которое может делиться на вибрации, вызванные потоком жидкости с внутренней стороны трубы и с внешней стороны корпуса. Поскольку в обычных условиях амплитуда колебаний, вызванных потоком сбоку трубы, невелика и не представляет серьезной опасности, ее часто можно игнорировать. Однако при скорости потока, значительно превышающей нормальную, необходимо учитывать воздействие потока сбоку трубы. Вибрации в теплообменнике в основном вызваны средой, находящейся с внешней стороны корпуса. При нормальной скорости потока это может привести к значительным амплитудам вибраций, что представляет наибольшую опасность для теплообменных трубок. Исследования показывают, что амплитуда колебаний элемента резко увеличивается и приводит к его разрушению лишь тогда, когда частота вибраций, вызванных жидкостью, совпадает или сильно приближается к частоте колебаний самого элемента. Существует два основных вида повреждений теплообменных труб в результате вибраций: износ трубы и усталостный разрыв материала трубы. Износ трубы бывает двух видов: во-первых, при сильных колебаниях трубы соприкасаются друг с другом, что приводит к их износу (изглаживанию и образованию щелей) до ромбовидной формы; такая ситуация встречается в основном в середине пролета, где амплитуда колебаний наибольшая. Тепловое расширение трубы увеличивает вероятность вибрационного износа. Это происходит из-за тепловой деформации трубы, которая увеличивает относительное движение при соприкосновении, в результате чего на трубе возникает шестиугольная износная поверхность. Другой вариант — это износ, возникающий из-за относительного движения трубы и опорной пластины под действием вибраций, что приводит к постепенному утончению стенки трубы и в конечном итоге к её полному износу. Кроме того, поскольку диаметр отверстий в перегородках (опорных пластинах) обычно на 0,8–1,2 мм превышает внешний диаметр трубы, стенки вибрирующей трубы могут быть повреждены или разорваны перегородками (или опорными пластинами). Эта проблема особенно остро стоит, когда перегородки очень тонкие, а материал из которого они сделаны, тверже, чем у самой трубы. При одновременном наличии расслабления соединения и коррозии увеличивается износ от вибраций; форма такого износа имеет седловидный вид. В местах, где трубы проходят через пластину, вибрации также могут привести к тому, что острые края отверстий в пластине будут резать саму трубу. Усталостный разрыв трубы происходит в результате периодических циклических воздействий (включая случаи резонанса или микровибраций). Потому что при вибрации трубы возникают периодически меняющиеся напряжения, вызванные постоянными изгибами. Если труба долгое время подвергается сильным периодическим нагрузкам, в тех её участках, где напряжения наибольшие, может произойти усталостный разрыв. Места возникновения вибрационных повреждений обычно находятся в следующих местах: (1) в середине расстояния между опорами трубопроводов, где из-за столкновения труб возникают заметные следы износа на их поверхности ； (2) В непосредственной близости от выреза в перегородке трубы для теплообмена сталкиваются с перегородкой, в результате чего подвергаются износу ； (3) Внутри отверстий труб с перегородками, при вибрации теплообменных труб, края этих отверстий могут резать или ударять по трубам; в серьезных случаях это может привести к их разрыву ； (4) Небольшие трещины или дефекты, изначально присутствовавшие в теплопередающих трубах, по мере вибраций постепенно увеличивались в размерах, что в конечном итоге приводило к их разрушению. Разрушение труб в результате вибраций чаще всего происходит в случаях, когда среда внутри корпуса представляет собой газ или пар, причем при давлении операции выше 0,8 МПа это явление становится ещё более заметным. Когда внутри оболочки находится жидкость, также может происходить разрушение труб из-за их вибрации, но это обычно касается лишь нескольких труб в тех участках потока, где скорость движения жидкости высока. Меры по снижению вибраций должны применяться с двух сторон: путем снижения скорости потока жидкости в определенных зонах и изменения естественной частоты колебаний теплообменных элементов. Основные методы включают следующие три. (1) Снижение скорости потока жидкости в канале корпуса. Когда устойчивая частота колебаний теплообменных труб остается неизменной, снижение скорости потока в корпусе позволяет избежать возникновения резонанса. Если изменить условия эксплуатации невозможно, можно использовать специальные устройства — защитные пластины, направляющие элементы или распределители на входах и выходах теплообменника — чтобы снизить скорость потока в этих зонах и свести к минимуму амплитуду колебаний жидкости. Когда для защиты трубопровода от вибраций уже приняты соответствующие меры, но их эффективность недостаточна, в процессе эксплуатации следует рассмотреть возможность изменения скорости потока среды. (2) Повышение собственной частоты трубы. Повышение собственной частоты трубы позволяет **сократить вероятность резонанса. Самый эффективный способ увеличить частоту — это уменьшить расстояние между элементами. Частота колебаний трубы обратно пропорциональна квадрату длины её расстояния между опорами; если это расстояние уменьшается на 20%, частота колебаний может возрасти на 50%. Для U-образных пакетов труб, с целью повышения их собственной частоты колебаний, между трубами можно намотать полосы или вставить стержни/пластины, чтобы предотвратить их движение. (3) Изменение формы перегородок с целью изменения условий поддержки теплообменных труб. Такие конструкции, как трубчатые пакеты с перегородками-бифорсами или трубчатые пакеты с спиральными перегородками, могут **улучшить условия поддержки труб».