換熱器內(nèi)流體引起的換熱管振動(dòng)與換熱器的幾何結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 振動(dòng)的原因復(fù)雜多樣不銹鋼換熱管彎管，準(zhǔn)確計(jì)算不易。 根據(jù)TEMA標(biāo)準(zhǔn)，本文給出了流體引起換熱管振動(dòng)的原因及預(yù)防措施，為工程設(shè)計(jì)人員提供參考。

1、振動(dòng)破壞形式：

1、換熱管碰撞損壞

由于換熱管的振動(dòng)幅度過(guò)大，換熱管之間以及換熱管與殼體之間的碰撞最終會(huì)導(dǎo)致管壁變薄而損壞。

2、換熱管與折流板連接處損壞

折流板管孔與換熱管外徑裝配間隙過(guò)大。 當(dāng)流體作用過(guò)多時(shí)，換熱管與折流板管孔相撞，使管壁在折流板厚度范圍內(nèi)沿圓周方向移動(dòng)。 變薄會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管失效，很可能換熱管被切斷。

3、換熱管與管板連接處損壞

換熱管與管板間隙過(guò)大，或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。 在過(guò)量流體的作用下，換熱管在任何橫向方向都會(huì)產(chǎn)生較大的變形和振動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱管和管板變形。 接頭處的裂紋失效。

4.材質(zhì)缺陷損壞

TEMA標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，當(dāng)換熱管振幅較小時(shí)，對(duì)材料均勻無(wú)缺陷的材料沒(méi)有影響，但當(dāng)材料存在缺陷，且缺陷位于高應(yīng)力區(qū)時(shí)，缺陷容易引起裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致失效，磨損和腐蝕會(huì)加速失效。

5.聲振損壞

聲振動(dòng)由氣柱的振動(dòng)產(chǎn)生，并由相位渦旋脫落激發(fā)。 聲振動(dòng)會(huì)引起換熱器殼體和連接管的振動(dòng)并伴有噪聲。 當(dāng)聲振動(dòng)的頻率接近換熱管的固有頻率時(shí)，換熱管的振動(dòng)加強(qiáng)，引起換熱管失效。

2、故障區(qū)域：

1、U型管彎頭截面

U型管彎頭截面外排的固有頻率較低，比內(nèi)排更容易引起流體振動(dòng)失效。

2.噴頭進(jìn)出水面積

由于入口和出口區(qū)域的流動(dòng)，流體往往在這些區(qū)域具有局部高速，從而產(chǎn)生破壞性的流體振動(dòng)。

3、管板區(qū)

換熱器中緊靠管板的無(wú)支撐跨度一般大于折流板區(qū)域跨度，此處換熱管的固有頻率較低，該區(qū)域也是流體進(jìn)出熱量的區(qū)域換熱器局部高流量和低換熱管固有頻率兩個(gè)因素疊加，該區(qū)域成為防止振動(dòng)破壞的首要考慮區(qū)域。

4.擋板區(qū)

折流板間隙處換熱管的無(wú)支撐跨度大于折流板間距。 大的無(wú)支撐跨度導(dǎo)致固有頻率降低并增加振動(dòng)趨勢(shì)。

5.其他地方

任何阻礙流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，例如拉桿、沖刷擋板和防短路擋板，都會(huì)產(chǎn)生局部高流速，從而在這些局部區(qū)域引起振動(dòng)。

3、流激振動(dòng)的原因：

管束流致振動(dòng)主要由以下原因引起：流體彈性失穩(wěn)、渦脫落、湍流抖振和聲共振。 前三者伴隨著換熱管的振動(dòng)。 聲共振會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪音，一般不會(huì)引起電子管振動(dòng)。 殼流速度分布、臨界流速、管束固有頻率、管束有效質(zhì)量、阻尼等參數(shù)對(duì)管束振動(dòng)起主導(dǎo)作用。 詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)TEMA標(biāo)準(zhǔn)。

4、設(shè)計(jì)過(guò)程中的防震措施：

管束振動(dòng)往往受到上述多個(gè)參數(shù)的影響。 設(shè)計(jì)人員在換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)了解這些參數(shù)并充分考慮它們的影響，并采取相應(yīng)措施防止管束振動(dòng)的發(fā)生。

1、換熱管直徑

考慮到實(shí)際的熱設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量采用直徑較大的換熱管。 管徑越大，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大不銹鋼換熱管彎管，在給定管長(zhǎng)的情況下，有效地增加了管子的剛度。

2.不受支持的跨度

無(wú)支撐跨度是影響流致振動(dòng)的最重要因素。 無(wú)支撐的跨度越短，振動(dòng)的可能性就越小。 標(biāo)準(zhǔn)中給出的最大無(wú)支撐跨度沒(méi)有考慮可能導(dǎo)致振動(dòng)的潛在條件。 換熱器的熱設(shè)計(jì)決定了殼程的類型、折流板的形式和無(wú)支撐跨度的長(zhǎng)度。 在不影響橫流速度的前提下，設(shè)置雙支撐板，減少無(wú)支撐跨度。 在殼體流速和壓降相同的情況下，與傳統(tǒng)的單段擋板相比，使用多段擋板可以顯著減少無(wú)支撐跨度。

3、管間距

增大管間距與管徑之比，可增大管橋面積。 通過(guò)增加管間距，可以降低管跨中部碰撞損壞的風(fēng)險(xiǎn)，降低動(dòng)慣性系數(shù)。 對(duì)于一定的無(wú)支撐跨度，可以減小橫流速度，或者對(duì)于一定的橫流速度，可以減小無(wú)支撐跨度，提高一階頻率，防止共振的發(fā)生。

4、進(jìn)出口區(qū)

在具有振動(dòng)傾向的熱交換器中，入口和出口區(qū)域最容易受到振動(dòng)損壞。 應(yīng)計(jì)算進(jìn)、出口處的流速，并與臨界流速進(jìn)行比較，避免該段管跨產(chǎn)生振動(dòng)。 僅滿足 ρV2 的條件不足以保證進(jìn)出口區(qū)管束不發(fā)生流體振動(dòng)。 可考慮采用特殊支撐，縮短進(jìn)出水區(qū)無(wú)支撐跨度，進(jìn)出水區(qū)可減少配管，降低進(jìn)出水口流速。 儀表板的尺寸和位置不應(yīng)阻礙流體流動(dòng)的空間。 設(shè)置導(dǎo)向管作為降低進(jìn)出口流速的有效手段，可以使流體從多個(gè)位置進(jìn)出換熱器管束。

5、U型彎區(qū)

可通過(guò)在相鄰直管段設(shè)置支撐板或在彎管段安裝專用支撐裝置來(lái)減小U形彎頭的振動(dòng)，適當(dāng)布置U形彎頭的位置也可減小U形彎頭的振動(dòng)。殼程入口和出口以及相鄰的擋板。 彎管振動(dòng)的發(fā)生。

6、換熱管材質(zhì)及厚度

換熱管的彈性模量影響無(wú)支撐跨度的固有頻率。 鐵素體鋼和奧氏體不銹鋼具有比鋁、黃銅等更高的彈性模量，因此更能抵抗振動(dòng)變形。

7、擋板厚度與管孔尺寸

增加折流板的厚度，減小換熱管與折流管孔之間的間隙，可以增加阻尼，減小作用在換熱管與折流管孔連接處的力。

8、拆換熱管

潛在的振動(dòng)可以通過(guò)在管束中預(yù)定的關(guān)鍵位置不排空換熱管來(lái)消除，例如，擋板缺口側(cè)的換熱管，在易振動(dòng)的換熱器中有時(shí)會(huì)遭受相對(duì)較大的損壞，它有利于選擇性地拆除該部位的換熱管。

9、換熱管的軸向載荷

換熱管的軸向壓縮載荷會(huì)降低管子的固有頻率，軸向拉伸載荷會(huì)增加管子的固有頻率。 設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)識(shí)到，由于壓力、溫度的作用，在換熱管上形成的軸向壓縮載荷和振動(dòng)的不利影響，采用膨脹節(jié)可以降低換熱管的壓應(yīng)力。

結(jié)尾！