Hvordan oppdage og redusere strømning-indusert rørvibrasjon i en vertikal PTFE-veksler?

Lyden av PTFE-rørene som danser mot støtteplatene deres er en dyp resonansbrunning som kommer fra en høy vertikal varmeveksler og en sakte økning i trykkreduksjonen på skallsiden.- Vibrasjonen er ikke bare støy, det er en lang, vedvarende prosess med fretting og slitasje som kan kutte et rør. Strømningsindusert-vibrasjon er et anerkjent mekanisk problem i en vertikal PTFE-veksler. Men med riktig diagnose og fokusert lindring (dvs. å legge til mellomliggende rørstøtter og endre skallets-sidedyseposisjon), kan problemet løses før rørsvikt oppstår.

Deteksjon av vibrasjon på en vertikal PTFE-rørveksler
Det er viktig at oppdagelsen skjer tidlig. PTFE-rørene er fleksible enn metallrør og deres naturlige frekvens er naturlig lav. Følgende viser at strømningsindusert vibrasjon kan være tilstede:

Hørbar summing eller lavfrekvent rumling som varierer med strømningshastigheten.

Skall-trykkfallet øker uventet (blokkering av strømningskanaler på grunn av gnaging av rusk eller rørdeformasjon)

Visuelle bevis under undersøkelsen - polerte områder, hakk eller tynning på rør ved støtteplatehull; hvitt pulver (PTFE-slitasjerester) i skallbunnen.

Mer rørlekkasje ved rør-til-rørarkkryssene generert av sykliske bøyelaster.

Hvis det er mistanke om vibrasjon, vil et enkelt stetoskop eller en akselerometermåling på skallet nær inngangsdysen identifisere den rådende frekvensen. Egenfrekvensen til det lengste ustøttede rørspennet skal beregnes og sammenlignes med virvelavgivelsesfrekvensen til skallsidestrømmen.

Fysikken til vibrasjon indusert av strømning i et vertikalt skall
Væsken på skallsiden, ofte en etsende væske eller gass, kommer inn i en vertikal PTFE-veksler via en innløpsdyse. To typiske eksitasjonsmetoder er

Virvelavkastning - Når væsken passerer hvert PTFE-rør, genereres alternative virvler nedstrøms, og gir variable løftekrefter vinkelrett på strømningsretningen. Resonans oppstår når slippfrekvensen er lik den iboende frekvensen til røret, og betydelige amplitudeoscillasjoner produseres.

Turbulent støt - En dårlig vinklet inntaksdyse (f.eks. tangentiell eller sideinngang- uten diffusor) retter en høyhastighetsstråle direkte mot rørbunten. Strålen forårsaker tilfeldige trykksvingninger som rister rørene, spesielt i det ikke-støttede området øverst ved innløpet.

Gravity wants to keep tubes vertical but a lengthy unsupported span of tubes (typically >1,5 til 2 m) er ganske sårbart. Risikoen er størst der skallsidehastigheten er størst, like nedstrøms inngangsmunnstykket.

Avbøtende strategi: stivne rørene, roe ned strømmen
Løsningen er å stramme rørene og dempe strømmen. To hovedkorrigerende aktiviteter utføres enkeltvis eller i kombinasjon.

1. Installer mellomliggende rørstøtteplater
Ved å redusere den ustøttede lengden på PTFE-rørene øker stivheten og den naturlige frekvensen blir mye høyere enn frekvensen for virvelavgivelse. Ytterligere støtteplater legges mellom eksisterende topp- og bunnrørplater i en vertikal veksler.

Viktige designkriterier for ekstra støtteplater:

Materiale – PTFE-belagte eller fluorpolymer-forede metallplater, eller solide PTFE-plater med tilstrekkelig tykkelse til å unngå bøyning.

Hullklaring - Hull bør være 0,5–1,0 mm større enn rørets ytre diameter For stramt: rørklemming, slitasje; for løs: for mye sidebevegelse.

Justering - Alle støtteplater må være nøyaktig på linje med rørplatene slik at rørene ikke bøyes under montering. Laserjustering eller presise jigger anbefales.

Antall og avstand – Det maksimale ustøttede spennet bør reduseres til et punkt der den naturlige frekvensen til røret er over den høyeste forutsagte virvelavgivelsesfrekvensen. Typiske PTFE-rør (6-12 mm OD) er trygge for vannhastigheter på skallsiden på opptil 1,5 m/s, hvis spennvidden er 300-500 mm.

Å legge til støtteplater til en eksisterende veksler innebærer fjerning av rørbunten, boring eller sveising av støtteplatens monteringsstenger og deretter forsiktig gjen-montering. Det er en stor, enkel ettermontering.

2. Endre dyseretningen på skallsiden og legg til en støtplate
Skall-sideinntak er en vanlig årsak til vibrasjoner. En tangentiell dyse genererer en virvlende strømning som går i hele lengden av skallet. En dårlig plassert radiell dyse (f.eks. rettet rett mot rørbunten) produserer en-høyhastighetsstråle som treffer topprørene.

Avbøtende tiltak:

Endre inngangsmunnstykket fra tangentiell til radial slik at strømmen rettes parallelt med rørplatene eller til skallveggen, ikke bunten.

Installer en støtplate (diffusor eller strømningsfordeler) umiddelbart i skallet på motsatt side av inntaksdysen. Platen er en flat eller buet metallplate, vanligvis PTFE-foret, som bryter strålen og fordeler strømmen jevnt over skalltverrsnittet.

Plasser en perforert ledeplate ved eller nær inngangen for å senke hastigheten før den kommer i kontakt med rørbunten.

Disse modifikasjonene reduserer den maksimale hastigheten og fjerner virvelkomponenten slik at både støt- og virvelavstøtningsamplitudene reduseres sterkt.

Merknader om teknisk nøyaktighet
Den naturlige frekvensen til røret bør holdes langt høyere enn frekvensen for virvelavgivelse. For PTFE-rør er elastisitetsmodulen lav (omtrent 400-500 MPa) slik at selv moderate spenn (1 meter) kan gi resonans ved strømningshastigheter så lave som 0,5-0,8 m/s. Beregningen anbefales utført med Euler-Bernoulli bjelkeligningen med faste faste endeforhold.

Hastigheten på skallsiden nær inngangsdysen er høyest. Denne sonen er nøkkelsonen for utløsning av vibrasjon. Derfor bør støtteplater plasseres med tettere avstand i den øvre delen av veksleren og inngangsdiffusoren må planlegges riktig.

Eksisterende enheter Praktisk feltinspeksjon
Når du blir kalt til et sted på en vibrerende vertikal PTFE-veksler, gjøres følgende:

Mål vibrasjonsamplitude og frekvens i forskjellige høyder ved hjelp av et akselerometer.

Still inn den kritiske hastigheten for virvelavgivelse til å være lik den naturlige frekvensen til røret.

Hvis veksleren kan åpnes, inspiser den innvendige bunten for rørfrie merker og slitasje på støtteplaten.

Foreslå en ombygging – legg til 2-3 mellomliggende støtteplater og hvis dysen er tangentiell legg til en støtplate. Alternativt kan det utformes en flytting av innløpsdyse på skallsiden.

Abstrakt
Strømningsgenerert vibrasjon i en vertikal PTFE-veksler er et mekanisk problem som kan løses, fortrinnsvis på designstadiet, ved å gi passende rørstøtte og et godt-designet skall-sideinntak. Tilsetning av mellomliggende rørstøtteplater og en strømnings-diffuserende støtplate til en eksisterende vibrasjonsmaskin kan dempe summingen og redde rørene. I mange kjemiske og pletteringsoperasjoner har vertikale ettermonteringer av PTFE-vekslere blitt brukt med hell for å dempe rørvibrasjoner. En stille, rolig rørbunt er sunn-og med god konstruksjon kan stillheten gjenvinnes.