列管式换热器管束振动与控制(2)

　　2.1.2 材料阻尼

　　管束振动时，管束本身变形消耗一部分振动能量而引起。

　　2.1.3 结构性阻尼

　　管束振动时，管子与折流板孔或支撑板孔之间以及管子与管板之间产生摩擦、碰撞而消耗一部分振动能量而引起。

　　阻尼消耗振动能量，减小管束振幅，保证换热器平稳运行。总体而言，材料阻尼相对较小；中国核心期刊遴选数据库壳程流体压力较高时，流体动力阻尼占主要地位；壳程流体为低密度气体或蒸汽时，结构性阻尼占主要地位。

　　2.2 管束节径比与壳程流速

　　管束节径比是换热管中心距和换热管外径的比值。管束节径比与壳程流速的大小直接决定了管束振动的主要诱因和振动强度。

　　管束节径比比较大时，为旋涡脱落和尾迹形成提供了足够空间，容易形成规律性的旋涡脱落。流体流速大小决定旋涡脱落频率和旋涡脱落强度，直接影响管束振动的频率和振幅。流速越大，管束振动频率和振幅就越大。

　　节径比比较小时，宽频带脉动湍流旋涡取代旋涡脱落，管子从频率接近自身固有频率的湍流分量中吸收能量产生振动。此时紊流抖振成为导致管束振动的主要因素。

　　节径比比较小而流体流速较高时，则产生流体弹性旋转。管子振幅随流速增加而急剧增大，使管子相互碰撞而最终导致损坏。

　　2.3 冲击角

　　冲击角影响临界横流速度。列管式换热器中，换热管冲击角有四种：30 °、60 °、90 °和45 °。其他条件不变的情况下，临界横流速度的大小次序依冲击角的次序为：

　　45°>30°>60°>90°

　　从避免产生流体弹性旋转角度考虑，换热管应尽量避免采用正方形排列形式。

　　2.4 旁路流和漏流

　　列管式换热器中，管束外层和壳体之间存在间隙，流体流过此间隙形成旁路流；另外，在折流板和壳体内径之间、换热管和折流板管孔之间、分程隔板与管束之间也存在间隙，流体流过这些间隙形成漏流。旁路流和漏流使壳程流体扰动加剧，使管束湍振加剧。同时，旁路流和漏流流速比较高，可能在局部产生共振。

　　3 管束振动对列管式换热器的影响

　　（1）相邻管子碰撞损坏。

　　（2）折流板管孔与管子产生摩擦，导致管子被切割破坏或折流板管孔磨损扩大甚至相邻管孔被磨损洞穿。

　　（3）管子与管板之间的连接产生疲劳破坏。

　　（4）壳程流体为气体时，产生过量声学扰动，造成噪声污染。

　　（5）壳侧压力降增大，增加能耗。

　　（6）管子发生疲劳破坏。

　　4 控制管束振动的措施

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