Kaip apvalkalo{0}}šoninis Reinoldso skaičius įtakoja srauto-sukeliamą vamzdžio vibraciją PTFE šilumokaityje?

PTFE vamzdžiai šilumokaityje yra tylūs ir stabilūs esant mažam srautui korpuso pusėje. Tačiau didėjantis apvalkalo{1}}šoninis greitis gali peržengti paslėptą hidraulinį slenkstį. Skysčio greitis, turbulencijos intensyvumas, vamzdelio lankstumas ir atstumas tarp atramų yra labai svarbūs, kad tekantis skystis galėtų netikėtai dinamiškai stimuliuoti vamzdžių pluoštą. Rezultatas yra srauto-sukelta vibracija, kai vamzdžiai, kurie anksčiau buvo statiški, pradeda siūbuoti, virpėti ir kai kuriais atvejais girdimu garsu trinktelėti į atramas.

Todėl ryšys tarp korpuso pusės Reinoldso skaičiaus ir vamzdžio vibracijos yra viena iš svarbiausių mechaninių{0}}hidraulinių sąveikų kuriant fluoropolimerinius šilumokaičius, o PTFE šilumokaičio veikimas taip pat susijęs su tuo.

Kas yra Reynoldso skaičius „Shell Side Flow“?
Reinoldso skaičius yra bematis skaičius, apibūdinantis skysčio srauto pobūdį. Tai yra šių poveikių derinys:

Skysčio greitis

Skysčio tankis

Skysčių klampumas

Hidraulinio skersmens charakteristika

Korpuso{0}šoninio šilumokaičio sraute Reinoldso skaičius naudojamas nurodant, ar skysčio srautas paprastai yra sklandus, laminarinis, ar energingas, turbulentinis srautas.

Didesnis Reinoldso skaičius, daugiau audringos energijos
Tam tikros vamzdžių pluošto geometrijos atveju korpuso{0}}pusės Reynoldso skaičiaus padidėjimas dažnai reiškia:

Didesnis skersinio srauto greitis

Didesnio intensyvumo turbulencija

Didesnės svyruojančio slėgio jėgos

Didesnė sūkurio išsiskyrimo galia

Žemiau tam tikro slenksčio lygio svyruojančios jėgos yra per mažos, kad būtų galima išstumti vamzdžių pluoštą kokiu nors būdu. Sistema vis dar mechaniškai slopinama ir stabili.

Tačiau praėjus kritiniam taškui, srauto energija gali pradėti stipriai susieti su būdingais vamzdžių vibracijos dažniais.

Kodėl PTFE vamzdžiai yra jautrūs vibracijai
Nors PTFE pasižymi dideliu cheminiu atsparumu ir atsparumu korozijai, jis mechaniškai yra žymiai mažiau tvirtas nei metalinių vamzdžių medžiagos.

PTFE vamzdžiai lyginami su nerūdijančio plieno arba titano vamzdžiais:

Sumažintas Youngo modulis

Padidėjęs lankstumas

Sumažinti natūralūs dažniai

Didesnė deformacija esant apkrovai

Dėl to esminis Reinoldso skaičius vibracijos pradžiai paprastai pasiekiamas esant mažesniems šoniniams greičiams, nei naudojant panašius metalinius mainus.

Dėl to, kuriant fluoropolimerų šilumokaičius, ypač svarbu atsižvelgti į vibracijas.

Srauto sukeltos vamzdžio vibracijos mechanizmas
Turbulentinis apvalkalo{0}}pusės skystis, tekantis per vamzdžių pluoštą, sukelia besikeičiančius slėgio laukus aplink kiekvieną vamzdelį.

Sūkurio virpesiai ir išsiliejimas
Kintamieji sūkuriai už vamzdžių sukuria ciklinius šoninius įtempius. Esant mažam srautui, šios jėgos yra silpnos ir beveik nekenksmingos.

Didėjant Reinoldso skaičiui:

Turbulencijos lygis didėja

Slėgio kitimas tampa vis ryškesnis

Daugiau koherentinių svyruojančių jėgų Daugiau koherentinių svyruojančių jėgų

Vamzdžių judėjimas pradeda gerėti

Jei stimuliacijos dažnis artimas natūraliam vamzdžio dažniui, gali atsirasti rezonanso reiškinių.

Tada vibracijos amplitudė gali didėti greitai, o ne palaipsniui.

Skysčio{0}}Elastingumo nestabilumas: kritinė riba
Kritinis skysčio{0}}elastingo nestabilumo greitis yra vienas iš svarbiausių šilumokaičio projektavimo patikrinimų.

Kodėl rizika didėja
Perėjimas prie nestabilumo nėra tiesi linija. Žemiau kritinio srauto būsenos slopinimo procesai yra dominuojantys ir slopina vamzdžio judėjimą. Be to, pats skystis pradeda teikti energiją į virpesių ciklą greičiau, nei struktūra gali ją išsklaidyti.

Tada net nedidelis srauto greičio padidėjimas gali sukelti neproporcingai dideles vibracijos amplitudes.

Pats vamzdis naudojamas kaip atskira nuovargio bandymo mašina, kuri vėl ir vėl tempiasi esant dideliam ciklų skaičiui, kol susidėvi, įtrūksta ar pažeidžiama atrama.

Tipiški per didelės vibracijos padariniai
Nevaldoma srauto{0}}sukelta vibracija gali sukelti:

Vamzdžio sienelės nuovargis

Atramos nusidėvėjimas

Abrazyvinis nusidėvėjimas

Vamzdžio-į-vamzdis susidūrimas

Nuotėkio gedimai

Rinkinio žala - katastrofiška

Santykinai minkšta PTFE šilumokaičių medžiaga gali būti ypač linkusi į ilgalaikį -svyruojantį nusidėvėjimą atramos vietose.

Vamzdžio vibracijos PTFE keitiklio korpuso pusėje analizė pagal Reinoldso skaičių
Šilumokaičio konstrukcijoje kombinuotas hidraulinis ir mechaninis skaičiavimas naudojamas įvertinti ryšį tarp korpuso pusės Reinoldso skaičiaus, vamzdžio vibracijos ir PTFE šilumokaičio stabilumo.

Kritinę ribą įtakojantys parametrai
Nestabilumo atsiradimui įtakos turi keli aspektai.

Projektavimo kintamųjų įtaka vibracijai
Korpuso pusės greitis Padidinta sužadinimo jėga
Vamzdžio tarpatramio ilgis Ilgesni tarpatramiai sumažina standumą
Vamzdžio skersmuo Natūralaus dažnio pokyčiai
Skysčio tankis Geresnė dinaminė apkrova
Vamzdžių tarpai Atsparumo vibracijai valdymas
Sienelės standumas (PTFE) Įtakoja deformacijos elgesį
Šių komponentų sąveika yra sudėtingesnė nei paprasta -nykščio įvertinimo- taisyklė, todėl reikia kruopštaus inžinerinio tyrimo.

Vamzdžių atramų atstumo svarba
Viena iš efektyviausių priemonių, padedančių išvengti vibracijos problemų PTFE šilumokaičiuose, yra vamzdžių atramų atstumas.

Kuo trumpesnis intervalas, tuo didesnis natūralusis dažnis.
Mechaniškai vamzdis elgiasi kaip lankstus sija. Įgimtam tarpatramio vibracijos dažniui didelę įtaką daro jo neatraminis ilgis.

Pridedama daugiau atramų:

Nepalaikomas ilgis mažėja

Vamzdžio standumas sėkmingai padidintas

Nukrypimo amplitudė mažėja

Natūralus dažnis labai padidėja

Svarbu, kad natūralaus dažnio santykis būtų jautrus intervalo ilgiui. Sumažėjus neatraminiam tarpatramiui, natūralus dažnis didėja maždaug kaip sumažinimo poveikio kvadratas, todėl atstumas tarp atramų yra išskirtinai veiksminga atsakomoji priemonė.

Dėl to vamzdžio rezonanso dažnis perkeliamas į didesnį nei pagrindinė turbulentinio sužadinimo sritis, kurią sukuria apvalkalo{0}}šoninis srautas.

Pramonės praktika ir TEMA gairės
Srauto sukeltos vibracijos analizė yra įprastas apvalkalo{0}}ir

TEMA dizaino svarstymai
Vamzdinių mainų gamintojų asociacijos (TEMA) sistemoje naudojami šie vertinimo metodai:

Skersinis srauto greitis

Vibracijos jautrumas 1.

Natūralūs vamzdžio dažniai

Skysčio elastingumo nestabilumo ribos

Reakcija į sūkurio išsiskyrimą

Tos pačios pagrindinės vibracijos sąvokos taikomos ir PTFE šilumokaičiams, tačiau reikia atsižvelgti į papildomas{0}}medžiagas.

Jie turi užtikrinti, kad eksploatacinės srauto sąlygos būtų toli nuo kritinių nestabilumo zonų apskaičiuotam šilumokaičio veikimo diapazonui.

Papildomi dizaino metodai vibracijai sumažinti
Be atstumo tarp atramų, vibracijos rizikai apriboti dažnai naudojami ir kiti metodai.

Sumažintas korpuso šoninis greitis
Mažėjant apvalkalo{0}}šoniniam greičiui, tiesiogiai sumažėja turbulentinės sužadinimo jėgos ir sumažėja Reinoldso skaičius.

Deflektorių geometrijos optimizavimas
Atstumas tarp pertvarų ir pjūvio geometrija gali turėti įtakos:

Srauto paskirstymas: įstrižai

Turbulencijos intensyvumas

Vietos greičio viršūnės

Siekiant išvengti koncentruotų sužadinimo sričių, naudojamas kruopštus hidraulinis balansavimas.

Vamzdžių rinkinio išdėstymas
Sūkurių susidarymas ir pabudimo sąveika skiriasi trikampio ir kvadratinio žingsnio išdėstymuose. Todėl vibracijos jautrumas priklauso nuo ryšulio formos pasirinkimo.

Patobulintas konstrukcinis slopinimas
Kai kuriose šilumokaičių konstrukcijose yra numatyti papildomi slopinimo elementai, padedantys išsklaidyti virpesių energiją prieš įvykdant rezonanso kriterijus.

PTFE keitiklius reikia kruopščiai subalansuoti
PTFE šilumokaičiai dažniausiai parenkami dėl jų gebėjimo valdyti priešiškas chemines sąlygas, kurioms metalinės sistemos netinka.

Tačiau dėl to paties lankstumo, leidžiančio PTFE vamzdžiams sugerti šiluminį įtampą, jie yra mechaniškai jautresni turbulentinės srauto jėgoms.

Todėl optimizuojant dizainą reikia subalansuoti:

Atsparumas korozijai

Šilumos perdavimo efektyvumas

Slėgio praradimas

Mechaninis stabilumas

Srauto greičio ribos

Agresyvūs korpuso šoniniai greičiai gali pagerinti šiluminę charakteristiką, tačiau kartu padidinti vibracijos riziką.

Santrauka
Pagrindinė PTFE šilumokaičio inžinerijos dalis yra srauto generuojamos vibracijos pradžios numatymas. Turbulentinio srauto energija žymiai išauga didėjant apvalkalo{1}}Reynoldso skaičiui. Ir galiausiai pasiekia lygį, kai svyruojančios skysčio jėgos gali sužadinti būdingus lankstaus PTFE vamzdžių pluošto dažnius.

Korpuso pusės Reinoldso skaičiaus, vamzdžio vibracijos ir PTFE šilumokaičio veikimo sąveiką lemia vamzdžio standumas, atramos tarpatramis, kryžminis srauto greitis ir skysčio dinamika. Kruopštūs projektiniai skaičiavimai, įskaitant skysčio -elastingo nestabilumo greičio tyrimą pagal TEMA standartus, padeda užtikrinti, kad šilumokaitis veiktų žemiau nesaugių vibracijos ribų.

Sandariai išdėstytos vamzdžių atramos vis dar yra viena iš efektyviausių atsakomųjų priemonių tarp visų turimų, nes jos drastiškai padidina vamzdžio natūralų dažnį ir sumažina deformacijos amplitudę. Tinkamai pasirinkus hidraulinę ir mechaninę konstrukciją, PTFE šilumokaitis gali būti labai tylus ir patikimas daugelį metų.

Tylus srautas paprastai yra akivaizdžiausias indikatorius, rodantis, kad vamzdžių pluoštas saugiai veikia pagal projektinius apribojimus terminio apdorojimo sistemose.