李煥秀

摘 要：該文分析了列管式換熱器管束振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因、影響因素及其對(duì)列管式換熱器產(chǎn)生的各種破壞性影響，相應(yīng)提出了防止或者限制管束振動(dòng)的措施。

關(guān)鍵詞：換熱器 管束振動(dòng) 誘導(dǎo)振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TE965 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0066-02

列管式換熱器是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的換熱器。使用中，管束振動(dòng)影響正常工作、降低傳熱效率、產(chǎn)生強(qiáng)烈噪音，導(dǎo)致管子磨損、斷裂、流體泄漏，裝置停產(chǎn)。控制管束振動(dòng)，對(duì)換熱器穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 列管式換熱器管束振動(dòng)的產(chǎn)生

列管式換熱器的管束由多個(gè)折流板支撐，是一具有多個(gè)中間支點(diǎn)的彈性連續(xù)梁，具有多界離散固有頻率。當(dāng)誘導(dǎo)振動(dòng)頻率等于或者接近某一固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。

1.1 殼程流體橫向掠過(guò)管子，產(chǎn)生渦流脫落

橫向掠過(guò)管子的流體到達(dá)管子時(shí)，在管子正面邊緣形成一個(gè)滯止點(diǎn)，流體動(dòng)力轉(zhuǎn)換為流體壓力并與流體原來(lái)的壓力相疊加，產(chǎn)生一較高的壓力。當(dāng)流體從這一點(diǎn)環(huán)繞管子邊界流到管子最寬的部分時(shí)，邊界層分離為兩股自由剪切流層，并在管子后面形成尾跡旋渦，如圖1所示。旋渦交替從管子兩側(cè)脫落，管子兩側(cè)流體壓力交替變化，使管子產(chǎn)生受迫振動(dòng)。當(dāng)渦流脫落頻率和管子某一固有頻率接近時(shí)，管束就產(chǎn)生強(qiáng)烈共振。

1.2 殼程流體彈性旋轉(zhuǎn)

當(dāng)流體橫向繞過(guò)一排列管時(shí)，相鄰管子的力場(chǎng)相互作用，管子產(chǎn)生的彈性位移與作用在管子上的流體力交替地相互影響，使施加在管束上的力場(chǎng)發(fā)生震蕩，把能量傳遞給管子。如果殼程流體的繞流速度達(dá)到或者超過(guò)管子的臨界速度，管子在一個(gè)振動(dòng)循環(huán)中從流體中吸取的能量超過(guò)管子阻尼消耗的能量，管子即處于不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。

1.3 紊流抖振

換熱器殼程流體一般為湍流流體，在各個(gè)方向上都有頻率范圍很寬的隨機(jī)波動(dòng)速度分量，流體流過(guò)管外時(shí)，這些湍流分量向管子傳遞能量，誘導(dǎo)管子產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)，形成紊流抖振。某一湍流速度分量的頻率等于或者接近于管子固有頻率時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)管子共振。

2 管束振動(dòng)的主要影響因素

2.1 阻尼

列管式換熱器中，主要有以下三種類型阻尼。

2.1.1 流體動(dòng)力阻尼

殼程流體流過(guò)管束時(shí)，由于其粘性和壓力阻滯作用而引起。

（1）管子與流體之間存在摩擦阻力，導(dǎo)致管子振動(dòng)能量損失，降低振動(dòng)。

（2）管子振動(dòng)使相鄰管子之間的流道寬度產(chǎn)生變化，引起流體流動(dòng)狀態(tài)變化，被擠壓流體以與管子振動(dòng)方向相反的力反作用于管子，消耗管子振動(dòng)能量。

2.1.2 材料阻尼

管束振動(dòng)時(shí)，管束本身變形消耗一部分振動(dòng)能量而引起。

2.1.3 結(jié)構(gòu)性阻尼

管束振動(dòng)時(shí)，管子與折流板孔或支撐板孔之間以及管子與管板之間產(chǎn)生摩擦、碰撞而消耗一部分振動(dòng)能量而引起。

阻尼消耗振動(dòng)能量，減小管束振幅，保證換熱器平穩(wěn)運(yùn)行?？傮w而言，材料阻尼相對(duì)較?。粴こ塘黧w壓力較高時(shí)，流體動(dòng)力阻尼占主要地位；殼程流體為低密度氣體或蒸汽時(shí)，結(jié)構(gòu)性阻尼占主要地位。

2.2 管束節(jié)徑比與殼程流速

管束節(jié)徑比是換熱管中心距和換熱管外徑的比值。管束節(jié)徑比與殼程流速的大小直接決定了管束振動(dòng)的主要誘因和振動(dòng)強(qiáng)度。

管束節(jié)徑比比較大時(shí)，為旋渦脫落和尾跡形成提供了足夠空間，容易形成規(guī)律性的旋渦脫落。流體流速大小決定旋渦脫落頻率和旋渦脫落強(qiáng)度，直接影響管束振動(dòng)的頻率和振幅。流速越大，管束振動(dòng)頻率和振幅就越大。

節(jié)徑比比較小時(shí)，寬頻帶脈動(dòng)湍流旋渦取代旋渦脫落，管子從頻率接近自身固有頻率的湍流分量中吸收能量產(chǎn)生振動(dòng)。此時(shí)紊流抖振成為導(dǎo)致管束振動(dòng)的主要因素。

節(jié)徑比比較小而流體流速較高時(shí)，則產(chǎn)生流體彈性旋轉(zhuǎn)。管子振幅隨流速增加而急劇增大，使管子相互碰撞而最終導(dǎo)致?lián)p壞。

2.3 沖擊角

沖擊角影響臨界橫流速度。列管式換熱器中，換熱管沖擊角有四種：30 °、60 °、90 °和45 °。其他條件不變的情況下，臨界橫流速度的大小次序依沖擊角的次序?yàn)椋?/p>

45°>30°>60°>90°

從避免產(chǎn)生流體彈性旋轉(zhuǎn)角度考慮，換熱管應(yīng)盡量避免采用正方形排列形式。

2.4 旁路流和漏流

列管式換熱器中，管束外層和殼體之間存在間隙，流體流過(guò)此間隙形成旁路流；另外，在折流板和殼體內(nèi)徑之間、換熱管和折流板管孔之間、分程隔板與管束之間也存在間隙，流體流過(guò)這些間隙形成漏流。旁路流和漏流使殼程流體擾動(dòng)加劇，使管束湍振加劇。同時(shí)，旁路流和漏流流速比較高，可能在局部產(chǎn)生共振。

3 管束振動(dòng)對(duì)列管式換熱器的影響

（1）相鄰管子碰撞損壞。

（2）折流板管孔與管子產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致管子被切割破壞或折流板管孔磨損擴(kuò)大甚至相鄰管孔被磨損洞穿。

（3）管子與管板之間的連接產(chǎn)生疲勞破壞。

（4）殼程流體為氣體時(shí)，產(chǎn)生過(guò)量聲學(xué)擾動(dòng)，造成噪聲污染。

（5）殼側(cè)壓力降增大，增加能耗。

（6）管子發(fā)生疲勞破壞。

4 控制管束振動(dòng)的措施

在設(shè)計(jì)、制造和使用列管式換熱器時(shí)，可采取以下措施控制管束振動(dòng)。

（1）換熱器在額定工作條件下避免管子發(fā)生任何形式的共振。具體要求是：

a渦流脫落頻率fV不大于換熱管最低固有頻率的50%。

b紊流抖振主頻率不大于換熱管最低固有頻率的50%。

c殼程橫向流速不大于臨界橫流速度Vc。

d殼程流體為氣體時(shí)，任何振型的駐波頻率不處于以下范圍中：

0.8 fV << 1.2 fV

0.8 ft << 1.2 ft

（2）采取以下措施，降低殼程流速：

a減小殼程流體流量或者加大殼體尺寸。

b加大換熱管中心距。

c采用雙弓形折流板。

（3）在折流板之間及折流板窗口處安裝縱向解諧隔板，減小氣柱尺寸，增大駐波頻率，防止發(fā)生聲學(xué)共振。

（4）減小管子跨距長(zhǎng)度，增大管子固有頻率，避免發(fā)生共振。

（5）用鋼絲捆緊管束、或者在外側(cè)管子之間插入木楔、將折流板和管子焊成一體，提高管束固有頻率，防止產(chǎn)生共振。

（6）增加折流板厚度、減小管子與折流板孔間隙、增大管子壁厚以增大阻尼。

（7）增大進(jìn)口管直徑、安裝防沖板，降低殼程流體流速，減小流體干擾頻率和擾動(dòng)強(qiáng)度。

（8）減少旁路流，降低流體擾動(dòng)，防止管束產(chǎn)生局部共振：

a采用整體開窗折流板，消除旁路流，如圖2所示。

b采用密封帶結(jié)構(gòu)，阻擋旁路流，如圖3所示。

（9）在換熱器內(nèi)使用橡膠、木質(zhì)材料、塑料等吸振材料，增加阻尼。endprint

摘 要：該文分析了列管式換熱器管束振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因、影響因素及其對(duì)列管式換熱器產(chǎn)生的各種破壞性影響，相應(yīng)提出了防止或者限制管束振動(dòng)的措施。

關(guān)鍵詞：換熱器 管束振動(dòng) 誘導(dǎo)振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TE965 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0066-02

列管式換熱器是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的換熱器。使用中，管束振動(dòng)影響正常工作、降低傳熱效率、產(chǎn)生強(qiáng)烈噪音，導(dǎo)致管子磨損、斷裂、流體泄漏，裝置停產(chǎn)?？刂乒苁駝?dòng)，對(duì)換熱器穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 列管式換熱器管束振動(dòng)的產(chǎn)生

列管式換熱器的管束由多個(gè)折流板支撐，是一具有多個(gè)中間支點(diǎn)的彈性連續(xù)梁，具有多界離散固有頻率。當(dāng)誘導(dǎo)振動(dòng)頻率等于或者接近某一固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。

1.1 殼程流體橫向掠過(guò)管子，產(chǎn)生渦流脫落

橫向掠過(guò)管子的流體到達(dá)管子時(shí)，在管子正面邊緣形成一個(gè)滯止點(diǎn)，流體動(dòng)力轉(zhuǎn)換為流體壓力并與流體原來(lái)的壓力相疊加，產(chǎn)生一較高的壓力。當(dāng)流體從這一點(diǎn)環(huán)繞管子邊界流到管子最寬的部分時(shí)，邊界層分離為兩股自由剪切流層，并在管子后面形成尾跡旋渦，如圖1所示。旋渦交替從管子兩側(cè)脫落，管子兩側(cè)流體壓力交替變化，使管子產(chǎn)生受迫振動(dòng)。當(dāng)渦流脫落頻率和管子某一固有頻率接近時(shí)，管束就產(chǎn)生強(qiáng)烈共振。

1.2 殼程流體彈性旋轉(zhuǎn)

當(dāng)流體橫向繞過(guò)一排列管時(shí)，相鄰管子的力場(chǎng)相互作用，管子產(chǎn)生的彈性位移與作用在管子上的流體力交替地相互影響，使施加在管束上的力場(chǎng)發(fā)生震蕩，把能量傳遞給管子。如果殼程流體的繞流速度達(dá)到或者超過(guò)管子的臨界速度，管子在一個(gè)振動(dòng)循環(huán)中從流體中吸取的能量超過(guò)管子阻尼消耗的能量，管子即處于不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。

1.3 紊流抖振

換熱器殼程流體一般為湍流流體，在各個(gè)方向上都有頻率范圍很寬的隨機(jī)波動(dòng)速度分量，流體流過(guò)管外時(shí)，這些湍流分量向管子傳遞能量，誘導(dǎo)管子產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)，形成紊流抖振。某一湍流速度分量的頻率等于或者接近于管子固有頻率時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)管子共振。

2 管束振動(dòng)的主要影響因素

2.1 阻尼

列管式換熱器中，主要有以下三種類型阻尼。

2.1.1 流體動(dòng)力阻尼

殼程流體流過(guò)管束時(shí)，由于其粘性和壓力阻滯作用而引起。

（1）管子與流體之間存在摩擦阻力，導(dǎo)致管子振動(dòng)能量損失，降低振動(dòng)。

（2）管子振動(dòng)使相鄰管子之間的流道寬度產(chǎn)生變化，引起流體流動(dòng)狀態(tài)變化，被擠壓流體以與管子振動(dòng)方向相反的力反作用于管子，消耗管子振動(dòng)能量。

2.1.2 材料阻尼

管束振動(dòng)時(shí)，管束本身變形消耗一部分振動(dòng)能量而引起。

2.1.3 結(jié)構(gòu)性阻尼

管束振動(dòng)時(shí)，管子與折流板孔或支撐板孔之間以及管子與管板之間產(chǎn)生摩擦、碰撞而消耗一部分振動(dòng)能量而引起。

阻尼消耗振動(dòng)能量，減小管束振幅，保證換熱器平穩(wěn)運(yùn)行?？傮w而言，材料阻尼相對(duì)較??；殼程流體壓力較高時(shí)，流體動(dòng)力阻尼占主要地位；殼程流體為低密度氣體或蒸汽時(shí)，結(jié)構(gòu)性阻尼占主要地位。

2.2 管束節(jié)徑比與殼程流速

管束節(jié)徑比是換熱管中心距和換熱管外徑的比值。管束節(jié)徑比與殼程流速的大小直接決定了管束振動(dòng)的主要誘因和振動(dòng)強(qiáng)度。

管束節(jié)徑比比較大時(shí)，為旋渦脫落和尾跡形成提供了足夠空間，容易形成規(guī)律性的旋渦脫落。流體流速大小決定旋渦脫落頻率和旋渦脫落強(qiáng)度，直接影響管束振動(dòng)的頻率和振幅。流速越大，管束振動(dòng)頻率和振幅就越大。

節(jié)徑比比較小時(shí)，寬頻帶脈動(dòng)湍流旋渦取代旋渦脫落，管子從頻率接近自身固有頻率的湍流分量中吸收能量產(chǎn)生振動(dòng)。此時(shí)紊流抖振成為導(dǎo)致管束振動(dòng)的主要因素。

節(jié)徑比比較小而流體流速較高時(shí)，則產(chǎn)生流體彈性旋轉(zhuǎn)。管子振幅隨流速增加而急劇增大，使管子相互碰撞而最終導(dǎo)致?lián)p壞。

2.3 沖擊角

沖擊角影響臨界橫流速度。列管式換熱器中，換熱管沖擊角有四種：30 °、60 °、90 °和45 °。其他條件不變的情況下，臨界橫流速度的大小次序依沖擊角的次序?yàn)椋?/p>

45°>30°>60°>90°

從避免產(chǎn)生流體彈性旋轉(zhuǎn)角度考慮，換熱管應(yīng)盡量避免采用正方形排列形式。

2.4 旁路流和漏流

列管式換熱器中，管束外層和殼體之間存在間隙，流體流過(guò)此間隙形成旁路流；另外，在折流板和殼體內(nèi)徑之間、換熱管和折流板管孔之間、分程隔板與管束之間也存在間隙，流體流過(guò)這些間隙形成漏流。旁路流和漏流使殼程流體擾動(dòng)加劇，使管束湍振加劇。同時(shí)，旁路流和漏流流速比較高，可能在局部產(chǎn)生共振。

3 管束振動(dòng)對(duì)列管式換熱器的影響

（1）相鄰管子碰撞損壞。

（2）折流板管孔與管子產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致管子被切割破壞或折流板管孔磨損擴(kuò)大甚至相鄰管孔被磨損洞穿。

（3）管子與管板之間的連接產(chǎn)生疲勞破壞。

（4）殼程流體為氣體時(shí)，產(chǎn)生過(guò)量聲學(xué)擾動(dòng)，造成噪聲污染。

（5）殼側(cè)壓力降增大，增加能耗。

（6）管子發(fā)生疲勞破壞。

4 控制管束振動(dòng)的措施

在設(shè)計(jì)、制造和使用列管式換熱器時(shí)，可采取以下措施控制管束振動(dòng)。

（1）換熱器在額定工作條件下避免管子發(fā)生任何形式的共振。具體要求是：

a渦流脫落頻率fV不大于換熱管最低固有頻率的50%。

b紊流抖振主頻率不大于換熱管最低固有頻率的50%。

c殼程橫向流速不大于臨界橫流速度Vc。

d殼程流體為氣體時(shí)，任何振型的駐波頻率不處于以下范圍中：

0.8 fV << 1.2 fV

0.8 ft << 1.2 ft

（2）采取以下措施，降低殼程流速：

a減小殼程流體流量或者加大殼體尺寸。

b加大換熱管中心距。

c采用雙弓形折流板。

（3）在折流板之間及折流板窗口處安裝縱向解諧隔板，減小氣柱尺寸，增大駐波頻率，防止發(fā)生聲學(xué)共振。

（4）減小管子跨距長(zhǎng)度，增大管子固有頻率，避免發(fā)生共振。

（5）用鋼絲捆緊管束、或者在外側(cè)管子之間插入木楔、將折流板和管子焊成一體，提高管束固有頻率，防止產(chǎn)生共振。

（6）增加折流板厚度、減小管子與折流板孔間隙、增大管子壁厚以增大阻尼。

（7）增大進(jìn)口管直徑、安裝防沖板，降低殼程流體流速，減小流體干擾頻率和擾動(dòng)強(qiáng)度。

（8）減少旁路流，降低流體擾動(dòng)，防止管束產(chǎn)生局部共振：

a采用整體開窗折流板，消除旁路流，如圖2所示。

b采用密封帶結(jié)構(gòu)，阻擋旁路流，如圖3所示。

（9）在換熱器內(nèi)使用橡膠、木質(zhì)材料、塑料等吸振材料，增加阻尼。endprint

摘 要：該文分析了列管式換熱器管束振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因、影響因素及其對(duì)列管式換熱器產(chǎn)生的各種破壞性影響，相應(yīng)提出了防止或者限制管束振動(dòng)的措施。

關(guān)鍵詞：換熱器 管束振動(dòng) 誘導(dǎo)振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TE965 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0066-02

列管式換熱器是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的換熱器。使用中，管束振動(dòng)影響正常工作、降低傳熱效率、產(chǎn)生強(qiáng)烈噪音，導(dǎo)致管子磨損、斷裂、流體泄漏，裝置停產(chǎn)?？刂乒苁駝?dòng)，對(duì)換熱器穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 列管式換熱器管束振動(dòng)的產(chǎn)生

列管式換熱器的管束由多個(gè)折流板支撐，是一具有多個(gè)中間支點(diǎn)的彈性連續(xù)梁，具有多界離散固有頻率。當(dāng)誘導(dǎo)振動(dòng)頻率等于或者接近某一固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。

1.1 殼程流體橫向掠過(guò)管子，產(chǎn)生渦流脫落

橫向掠過(guò)管子的流體到達(dá)管子時(shí)，在管子正面邊緣形成一個(gè)滯止點(diǎn)，流體動(dòng)力轉(zhuǎn)換為流體壓力并與流體原來(lái)的壓力相疊加，產(chǎn)生一較高的壓力。當(dāng)流體從這一點(diǎn)環(huán)繞管子邊界流到管子最寬的部分時(shí)，邊界層分離為兩股自由剪切流層，并在管子后面形成尾跡旋渦，如圖1所示。旋渦交替從管子兩側(cè)脫落，管子兩側(cè)流體壓力交替變化，使管子產(chǎn)生受迫振動(dòng)。當(dāng)渦流脫落頻率和管子某一固有頻率接近時(shí)，管束就產(chǎn)生強(qiáng)烈共振。

1.2 殼程流體彈性旋轉(zhuǎn)

當(dāng)流體橫向繞過(guò)一排列管時(shí)，相鄰管子的力場(chǎng)相互作用，管子產(chǎn)生的彈性位移與作用在管子上的流體力交替地相互影響，使施加在管束上的力場(chǎng)發(fā)生震蕩，把能量傳遞給管子。如果殼程流體的繞流速度達(dá)到或者超過(guò)管子的臨界速度，管子在一個(gè)振動(dòng)循環(huán)中從流體中吸取的能量超過(guò)管子阻尼消耗的能量，管子即處于不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。

1.3 紊流抖振

換熱器殼程流體一般為湍流流體，在各個(gè)方向上都有頻率范圍很寬的隨機(jī)波動(dòng)速度分量，流體流過(guò)管外時(shí)，這些湍流分量向管子傳遞能量，誘導(dǎo)管子產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)，形成紊流抖振。某一湍流速度分量的頻率等于或者接近于管子固有頻率時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)管子共振。

2 管束振動(dòng)的主要影響因素

2.1 阻尼

列管式換熱器中，主要有以下三種類型阻尼。

2.1.1 流體動(dòng)力阻尼

殼程流體流過(guò)管束時(shí)，由于其粘性和壓力阻滯作用而引起。

（1）管子與流體之間存在摩擦阻力，導(dǎo)致管子振動(dòng)能量損失，降低振動(dòng)。

（2）管子振動(dòng)使相鄰管子之間的流道寬度產(chǎn)生變化，引起流體流動(dòng)狀態(tài)變化，被擠壓流體以與管子振動(dòng)方向相反的力反作用于管子，消耗管子振動(dòng)能量。

2.1.2 材料阻尼

管束振動(dòng)時(shí)，管束本身變形消耗一部分振動(dòng)能量而引起。

2.1.3 結(jié)構(gòu)性阻尼

管束振動(dòng)時(shí)，管子與折流板孔或支撐板孔之間以及管子與管板之間產(chǎn)生摩擦、碰撞而消耗一部分振動(dòng)能量而引起。

阻尼消耗振動(dòng)能量，減小管束振幅，保證換熱器平穩(wěn)運(yùn)行。總體而言，材料阻尼相對(duì)較?。粴こ塘黧w壓力較高時(shí)，流體動(dòng)力阻尼占主要地位；殼程流體為低密度氣體或蒸汽時(shí)，結(jié)構(gòu)性阻尼占主要地位。

2.2 管束節(jié)徑比與殼程流速

管束節(jié)徑比是換熱管中心距和換熱管外徑的比值。管束節(jié)徑比與殼程流速的大小直接決定了管束振動(dòng)的主要誘因和振動(dòng)強(qiáng)度。

管束節(jié)徑比比較大時(shí)，為旋渦脫落和尾跡形成提供了足夠空間，容易形成規(guī)律性的旋渦脫落。流體流速大小決定旋渦脫落頻率和旋渦脫落強(qiáng)度，直接影響管束振動(dòng)的頻率和振幅。流速越大，管束振動(dòng)頻率和振幅就越大。

節(jié)徑比比較小時(shí)，寬頻帶脈動(dòng)湍流旋渦取代旋渦脫落，管子從頻率接近自身固有頻率的湍流分量中吸收能量產(chǎn)生振動(dòng)。此時(shí)紊流抖振成為導(dǎo)致管束振動(dòng)的主要因素。

節(jié)徑比比較小而流體流速較高時(shí)，則產(chǎn)生流體彈性旋轉(zhuǎn)。管子振幅隨流速增加而急劇增大，使管子相互碰撞而最終導(dǎo)致?lián)p壞。

2.3 沖擊角

沖擊角影響臨界橫流速度。列管式換熱器中，換熱管沖擊角有四種：30 °、60 °、90 °和45 °。其他條件不變的情況下，臨界橫流速度的大小次序依沖擊角的次序?yàn)椋?/p>

45°>30°>60°>90°

從避免產(chǎn)生流體彈性旋轉(zhuǎn)角度考慮，換熱管應(yīng)盡量避免采用正方形排列形式。

2.4 旁路流和漏流

列管式換熱器中，管束外層和殼體之間存在間隙，流體流過(guò)此間隙形成旁路流；另外，在折流板和殼體內(nèi)徑之間、換熱管和折流板管孔之間、分程隔板與管束之間也存在間隙，流體流過(guò)這些間隙形成漏流。旁路流和漏流使殼程流體擾動(dòng)加劇，使管束湍振加劇。同時(shí)，旁路流和漏流流速比較高，可能在局部產(chǎn)生共振。

3 管束振動(dòng)對(duì)列管式換熱器的影響

（1）相鄰管子碰撞損壞。

（2）折流板管孔與管子產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致管子被切割破壞或折流板管孔磨損擴(kuò)大甚至相鄰管孔被磨損洞穿。

（3）管子與管板之間的連接產(chǎn)生疲勞破壞。

（4）殼程流體為氣體時(shí)，產(chǎn)生過(guò)量聲學(xué)擾動(dòng)，造成噪聲污染。

（5）殼側(cè)壓力降增大，增加能耗。

（6）管子發(fā)生疲勞破壞。

4 控制管束振動(dòng)的措施

在設(shè)計(jì)、制造和使用列管式換熱器時(shí)，可采取以下措施控制管束振動(dòng)。

（1）換熱器在額定工作條件下避免管子發(fā)生任何形式的共振。具體要求是：

a渦流脫落頻率fV不大于換熱管最低固有頻率的50%。

b紊流抖振主頻率不大于換熱管最低固有頻率的50%。

c殼程橫向流速不大于臨界橫流速度Vc。

d殼程流體為氣體時(shí)，任何振型的駐波頻率不處于以下范圍中：

0.8 fV << 1.2 fV

0.8 ft << 1.2 ft

（2）采取以下措施，降低殼程流速：

a減小殼程流體流量或者加大殼體尺寸。

b加大換熱管中心距。

c采用雙弓形折流板。

（3）在折流板之間及折流板窗口處安裝縱向解諧隔板，減小氣柱尺寸，增大駐波頻率，防止發(fā)生聲學(xué)共振。

（4）減小管子跨距長(zhǎng)度，增大管子固有頻率，避免發(fā)生共振。

（5）用鋼絲捆緊管束、或者在外側(cè)管子之間插入木楔、將折流板和管子焊成一體，提高管束固有頻率，防止產(chǎn)生共振。

（6）增加折流板厚度、減小管子與折流板孔間隙、增大管子壁厚以增大阻尼。

（7）增大進(jìn)口管直徑、安裝防沖板，降低殼程流體流速，減小流體干擾頻率和擾動(dòng)強(qiáng)度。

（8）減少旁路流，降低流體擾動(dòng)，防止管束產(chǎn)生局部共振：

a采用整體開窗折流板，消除旁路流，如圖2所示。

b采用密封帶結(jié)構(gòu)，阻擋旁路流，如圖3所示。

（9）在換熱器內(nèi)使用橡膠、木質(zhì)材料、塑料等吸振材料，增加阻尼。endprint