横流冲刷下换热器管束流体弹性失稳的研究进展

管壳式换热器管束受到流体的横向冲刷,进而引发管束与流体的耦合振动,即为流致振动.管束流致振动是引发换热器失效的重要原因,其中最为危险的便是流体弹性失稳.针对国内外管束流体弹性失稳相关研究进行了详细分析,并指出管束流致振动研究的主要研究热点.该相关分析和结论,可为换热器设计和相关研究提供理论依据.     

同心圆排布管束流体弹性不稳定性模拟研究

流体弹性不稳定性是换热器管束振动中最重要的激振机理,对同心圆排布管束的流体弹性不稳定性研究可以为该类型换热器的设计制造及维护提供参考。基于同心圆排布的几何特点,建立了类正方形排布、过渡排布和类三角形排布3个具有代表性的物理模型,采用ANSYS CFX软件进行了流固耦合模拟计算,获得流场信息和振动特性。通过对同心圆排布不同位置处的临界流速、主振方向进行分析,发现主振方向会随间隙流速增大,由顺流方向变为横流方向;在3种排列中,类正方形排布区域临界流速最大,过渡排布区域临界流速最小,结果表明,同心圆排布管束中过渡排布最易失稳,在设计及工程应用中应重点关注该区域。     

核级管壳式换热器管束流致振动的TEMA标准分析方法

换热器广泛应用于核电厂传热过程,其中折流板管壳式换热器是最常见的一种。但是,这类换热器的传热管束易发生流体诱导振动,造成设备破坏。针对核级管壳式换热器的实际运行工况,依据TEMA标准,探讨了卡门旋涡、紊流抖动、流体弹性不稳定、声振动流致振动的分析方法,对防止管束流致振动破坏提出了解决办法。     

一种核电主设备内管路流致振动分析

核电一回路主设备,如反应堆压力容器、蒸发器等内部管束或管路区处于一个高速横向流的流场中。在流场作用下会产生明显的由漩涡分离及流体弹性失稳引起的流致振动现象。根据管束的结构特点及在横向流作用下的振动行为特性,并根据ASME规范对某套管组件结构进行流致振动分析,结果表明:套管组件新结构可有效避免流致振动发生,而且该套管组件的设计流程可为其他核电厂主设备管束结构的设计提供参考。     

管壳式换热器振动的诊断及预测

根据 Lever 与 Weaver 的“流管”模型,本文利用非稳态流理论及复数解法,求解换热管的振动方程,可以确定换热器管束发生流体弹性振动时的临界流速。以质量阻尼与对比流速为参数作出的稳定区图,可用来诊断并预测管壳式换热器的振动。     

平面弹性管束管内流固耦合振动特性有限元分析

弹性管束换热器利用流体诱导振动实现强化传热,识别流固耦合作用下弹性传热元件的振动特性对于研究其强化传热机理、优化管束结构等具有重要意义.基于此,采用有限元法研究平面弹性管束在管内流体流动作用下的振动特性.通过多点约束方程约束四根管束自由端位移,对管束自由端的连接体采用集中质量法进行简化,利用坐标变换统一弹性管束四根弯管的单元矩阵,在此基础上建立管束振动状态方程,分析不同流速下平面弹性管束的频率变化及振型特点,求解管束振动失稳的临界流速.结果表明:平面弹性管束的阵型分为面内和面外振动,随着管内流速的增大,管束基频明显降低,管束失稳临界流速在3.356 5～3.356 9 m/s之间,远大于弹性管束换热器实际工作条件下的管程流速.     

再沸器的失效分析及延寿研究

本文根据E— 6 2 0再沸器的失效形式 ,通过振动分析计算、管子—管板焊接接头的三维有限元应力分析、胀焊性能试验 ,认为失效的原因是壳程流体的横向流作用使管子产生小振幅的振动 ,给管子—管板连接处施加了一周期性的交变应力 ,导致管口疲劳破坏。提出采用折流栅抗振型换热器 ,消除壳程流体的横向流及管束的振动。     

U型管换热器振动的分析计算及处理对策

通过对实际运行中发生振动的U型管换热器进行振动检测、并对管束振动进行计算及分析 ,判断管束因壳侧气体流经管束及折流板时 ,气流及声波所产生的振动诱发管束产生了共振 ,通过在折流板间加装纵向支撑板 ,有效地消除了换热器的振动     

管壳式换热器管束振动与防范

在化工厂中,管壳式换热器使用十分普遍,换热器管束振动是经常发生的。本文根据有关文献以及从事换热器设计方面的经验,着重从理论上探讨了在换热器设计中做到防范管束振动。文中根据“振动是由壳程流体所引起”这一理论提出防范管束振动主要受控于两个比值(旋涡分离频率f_s和紊流抖振频率f_(tb)分别与管子固有频率f_n的比值K_s与K_(tb))范围的观点。希望这一观点对于从事换热器设计的工程技术人员有所裨益。     

大型折流杆式换热器管束磨损的研究

折流杆式换热器在国内的应用已近20年,多数折流杆式换热器管束支撑结构的设计参考小尺寸换热器试验模型,但小尺寸模型的试验数据存在一定局限性,不完全适用于大型折流杆换热器管束支撑结构的设计。本文以国内某电厂大流量折流杆式换热器管束振动磨损为例,研究分析大型折流杆换热器支撑结构设计中存在的问题,并提出了优化和改进措施。     

高温高压U型折流杆换热器的制造技术

折流杆式换热器是一种壳体内的折流元件由一系列细小的折流杆组成的管壳式换热器,是为了改善常规的板式折流板换热器的流体诱导振动而设计的。折流杆与换热管之间的配合是否精密,决定了换热器管束是否能够满足设计技术要求。而对于高温高压工况下的U型折流杆换热器,在制造技术上需克服折流圈的装配、换热管消应力处理、装配精度高等相应难题。在某石化公司第二转换炉废热锅炉(E-8)制造过程中,针对以上制造难点进行了攻关,通过提高换热管的精度要求、采用模具组装法保证折流圈组对间隙、对每个规格的U型管在弯制中进行预估,并采用整体入炉热处理方法控制变形量,解决了制造过程中的加工工艺以及制造上的难题。     

基于流场仿真分析的折流杆换热器振动原因分析

针对折流杆列管式换热器在较大流量或高流速场合下换热管振动损坏现象,从某一电厂使用折流杆换热器进行工业水冷却发生换热管振动损伤的工程案例出发,运用物理模型进行流场仿真分析及按GB151进行数值计算,分析折流杆换热器发生振动破坏的原因。得出在换热器壳程流体出入口处部分区域存在流体横向冲刷换热管引发流致振动导致振动超标的结论,分析与换热器实际涡流探伤结果一致。     

离心空气压缩机级间冷却器管束振动分析

级间冷却器采用管翅式换热器,是离心式压缩机主要配套设备。在运行过程中,管翅式换热器可能因振动导致管束损害,影响压缩机系统的性能。针对这一问题,建立了对完整管翅式换热器管束的谐响应分析方法。基于ANSYS有限元法,建立管翅式换热器的模型,对翅片进行简化,发现在每个换热区间的翅片简化到40层时,换热器固有频率趋于稳定。结合理论计算和Fluent仿真,求取了冷却器振动的激励载荷;获得了结构在指定频率时的响应量,找出了频率范围内的共振点,为管翅式换热器的设计与优化提供了理论依据。     

折流杆式换热器流致振动分析

针对某电厂折流杆式换热器传热管损伤问题,采用基于数值模拟与标准经验公式结合的新方法进行折流杆换热器流致振动分析和故障预测,并将分析结论与换热管的无损检测统计数据进行比较。结果表明,该分析方法所得出的结论在故障位置、故障形式分析等方面与实际情况一致。     

折流杆换热器管束的制造工艺

折流杆换热器是由美国联合碳化物公司最先提出的一种效率高、压降低(仅为折流板换热器的0.65,约下降35%)、耐振动的新型换热器结构。由于上述特点,我国从80年代起开始对折流杆换热器进行研究、设计、制造和工业应用。1991年1月份,我厂为茂名石油工业公司炼油厂制造了两台折流杆换热器。     

弹性管束动态特性子结构模态综合法

弹性管束换热器利用流体诱导振动强化传热,识别换热元件的模态特性对于了解其运行机理、优化结构设计有重要意义。基于此,运用子结构模态综合法,先推导出弹性管束每个部件的运动方程,然后根据相容性条件进行装配,从而得出弹性管束在模态坐标下的自由振动微分方程。用数值方法求解该方程,得出结构的固有频率和振型,并对模态频率和振型变化进行详细分析。结果表明：弹性管束既有面内振动又有面外振动。在管束内外复杂流场的宽频激励下,弹性管束的振动是各阶振型合成的复杂运动,从而初步解释了其强化传热的机理。     

钛管换热器中流体诱发的振动

管壳式换热器,管束由409根钛管组成(图1)。由于振动,位于壳程流体进口附近的约占总数10%的管子在与管板联接处发生泄漏(图2)。检修时将这部分管子抽出,可以观察到在靠近折流板直边部位的管子表面上还有明显的因撞击而造成的     

换热器管束完整性评价技术研究及应用现状

阐明换热器管束完整性评价的概念及意义。根据换热器管束损伤机理及缺陷类型,分别综述了换热管剩余强度评价技术、剩余寿命预测技术及其堵管准则的研究进展。结合工程实际,简要介绍了完整性评价技术在炼化企业换热器管理维护中的应用现状和存在的问题。对推进完整性评价技术在换热管束方面的进一步应用提供依据,并探讨了需重点解决的几个问题。     

流致振动差压式测振装置的研究

为解决管束流致振动试验中,现有接触式振动测量方法的应用局限性,提出一种基于测量受激对象换热管两侧压差脉动频率原理的测振装置,即差压式测振装置。差压式测振装置解决了传统接触式传感器对换热管外部流场的干扰问题以及安装空间受限的问题。为了验证差压式测振装置的有效性,分别进行了单管和换热管束两类流致振动测试试验。试验结果表明,差压式测振装置能在复杂的流动环境中准确捕捉到换热管受到的各类激振形式的频率,而且单管流致振动试验结果表明差压式测振装置所测得的周期性涡激振动频率与理论值偏差在5%以内。因此,差压式测振装置的研制与应用对于流致振动试验的测试以及换热管振动的长期监测均有很重要的意义。     

折流板管壳换热器运行中换热管振动相关因素的系统分析

折流板管壳换热器运行中换热管振动的频繁发生,显示出换热管振动问题的研究重视不够,使得换热管振动相关因素的系统分析很有必要。针对折流板管壳换热器运行中换热管振动的教训和经验,系统分析了折流板管壳换热器运行中换热管振动的的壳程流体因素、导流结构因素、换热管选材因素、换热管本身结构的因素、换热管支撑结构的因素、与管板有关的因素。结果有利于折流板管壳换热器的设计、制造和维护人员从源头上控制换热管的振动。