流体诱发振动国标资料 - 复件

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1、换热器流体诱发的振动第一节概述一、简介在管壳式换热器中通常用设置折流板的方法，使壳程流体横向流过管束来改善传热。在规定的压力降范围内，最大程度地增大壳程流速。不仅强化了传热，还可减少管子表面上的污垢。但是随着流速的提高，又由于高强度材料的应用以及换热器尺寸朝大型化发展，增加了换热管的挠性。换热器振动与破坏的事故便逐渐多了起来。早在二十世纪50年代，便有换热器振动破坏的报道[1—2]，但当时并未引起人们足够的重视。由于核动力部门对设备的安全有着非常严格的要求，并考虑到巨额的设备与维修费用，因此对换热器的振动给予了特别的

2、关注，据统计，1962年到1977年期间，在美国17个反应堆系统中就有蒸汽发生器、堆芯控制棒、燃料棒等因发生振动而导致系统停工或减产[3]。1969年美国原子能委员会反应堆和工艺部（USAE—DRDT）对19个反应堆进行调查，发现其中9个反应堆一回路的换热器有振动。其它如英国安格赛核电站、韩国汉城核电站、日本东海村核电站，加拿大道格拉斯角核电站、意大利特里诺核电站、瑞典林哈尔斯—3核电站等也曾发生堆芯或管束振动的事故[4，5，6]。仅以英国安格赛核电站为例，由于锅炉炉管振动而停工，用了近三年的时间才得以恢复，每天损失

3、为10万英镑。1969年美国管壳式换热器制造商学会（TEMA）调查其下属单位时发现，由11个公司制造的42台换热器中，发生振动的有24台。1972年美国传热研究公司（HTRI）在所调查的66台换热器中，发生振动的竟高达54台[7]。而在发电厂、石油化工厂、炼油厂、烃加工厂中的换热器、船用废热锅炉的预热器等发生振动、泄漏破坏的事例也屡见不鲜[7，8]。我国从二十世纪70年代开始相继在北京、天津、上海、广东、佳木斯、抚顺、下花园、高井、秦皇岛等地的化工厂、电厂、糖厂、核反应堆系统的换热器、废热锅炉、空气预热器中也曾发生过

4、管子的振动与声振动[4]。二十世纪60年代，已有较多的学者从事换热器中流体诱发振动(或简称流振)的研究。70年代初便已具备召开专题学术会议的条件。1970年美国阿贡国家实验室（ANL）主办了“反应堆系统部件中流体诱发振动”会议，美国机械工程师协会（ASME）主办了“换热器中流体诱发振动”会议[9，10]，标志着一个新阶段的开始。由于受到许多国家的学者的重视与参与，此后国际性的专题学术会议接连不断。1972年在德国卡尔斯鲁厄(Karlsruhe)召开了“流体诱发结构振动”会议[11]。1973、1978、1983年相继

5、在英国凯斯韦克（Keswick）召开“工业中的振动问题”会议与“原子能工厂中的振动”会议[12，13]44。历届压力容器技术会议（ICPVT）、反应堆技术中的结构力学国际会议（SMIRT）、流体诱发振动与噪声（FIV+N）国际会议、以及从1987年开始每年都召开的美国压力容器及管道（PVP）会议，都将换热器振动列为重要主题之一。对本课题的研究与发展起到很大的促进作用。二、振动破坏形式1．碰撞损伤当换热器的振幅较大时，相邻管之间或管与壳体之间便相互碰撞。位于无支撑跨距中点的管子表面受到磨损而出现菱形斑点，时间长了，管壁

6、变薄甚至破裂。2．折流板切割为了便于换热管在组装时容易穿过所有折流板上的管孔，管孔一般比换热管的外径大0.4～0.7mm。由于存在间隙，管子在振动时不断撞击折流板管孔，犹如遭到折流板的切割。特别是在折流板很薄且其材料较管材更硬时，切割作用更为明显，因而导致管壁变薄或出现开口。3．管与管板连接处洩漏用胀管法固定到管板上的管子，在振动时呈弯曲变形。与管板接合处的管子，受力是最大的。管子有可能从胀接处松开或从管孔中脱出造成漏泄甚至产生断裂。此外，尖锐的管孔边缘对管壁也有切割作用。类似的破坏形式也可能发生在管子与管板焊接的连

7、接处。4．疲劳破坏管子在振动时反复的受弯曲应力的作用。如果应力相当高且振动延续时间很长，管壁将因疲劳而破裂。如果管子的材料存在裂纹且裂纹处于应力场中的关键部位，或者管子还同时受到腐蚀与冲蚀的作用，则疲劳破坏加速。5．声振动44气体流过管束时，将引起壳程空腔中的气柱振荡而产生驻波。当驻波的频率与周期性的旋涡频率一致，便会激起声振动。这也是一种共振现象。声振动时，会产生令人难以忍受的强烈的噪声。过高的声压级还要损坏换热器的壳体。当声共振的频率与管子的固有频率一致时，管子的振动加剧且很快遭到破坏。三、易受激振的部位如管壳式

8、换热器中不设置折流板，壳程流体为轴向流过管束（图1.4.1a），设置折流板后，壳程流体在折流板之间为横向流过管束（图1.4.1b）。而处于横向流中的管束受流振的危害更大。a轴向流b横向流图1.4.1壳程流体流动示意图1，2—流体进口；3—管子；4，5—流体出口一般情况下，管子所有的各个部位都有被振坏的可能。而处于下述部位的管子更易受到流体激振而