8.3. Вибропрочность и сейсмостойкость оборудования

Вибропрочность это установленный расчетным путем коэффициент запаса до наступления явления резонанса.

Определение вибропрочности осуществляется путем сравнения частоты вынуждающей силы I с частотой собственных колебаний _c оборудования.

Основной критерий обеспечения вибропрочности это в соответствии с рис. 8.14 частота вынуждающих вибрацию сил, действующих в оборудовании, не должна приближаться к собственной (резонансной) частоте ближе чем на 30% от ее значения как снизу, так и сверху.

Коэффициент запаса или коэффициент вибропрочности можно определить отношением этих частот, т.е.

.

В соответствии с изложенным он должен принимать значения: К<0,7; K>1,3.

Недопустимая область частот

-30% _с +30%

Рис. 8.14. Условие вибропрочности

Во избежание прохождения при разгоне резонансной области, всегда предпочтительней, чтобы собственная частота была меньше частоты вынуждающих сил.

Оценку вибропрочности теплообменников, с целью минимизации вероятности воз­никновения нежелательных проблем с вибрациями, выз­ванными потоками теплоносителей, предлагается выполнять в 4 этапа.

Первый этап. Для случая течения газа или пара в меж­трубном пространстве сравнивают частоту отрыва вихрей и турбулентных вибраций с акустической частотой. Если отклонение лежит в пределах

20 %, то акустическая вибрация возможна.

Второй этап. Для газа или жидкости в межтрубном пространстве сравнивают скорость поперечного потока V с критической скоростью V_кр., необходимой для инициирова­ния упругой неустойчивости жидкости Вибрация и повреждения возможны в случае, когда V >V_кр.

Третий этап. Для газа или жидкости в межтрубном пространстве сравнивают частоту отрыва вихрей с самой низкой частотой собственных колебаний труб. Вибрация возможна в случае, когда отношение _i/_c больше, чем 0,7.

Четвертый этап. Для газа или пара в межтрубном про­странстве сравнивают частоту турбулентных вибраций с самой низкой собственной частотой труб. Вибрация возможна в случае, когда отношение больше 0,7.

Заметим, что методы оценки позволяют пред­сказать вероятность появления вибрации, но существование вибрации не обязатель­но влечет за собой повреждение оборудования.

Способы повышения вибропрочности. Предполагая, что рабочие условия нельзя изменить, сле­дует рассмотреть следующие способы повышения вибропрочности:

- уменьшение скоростей теплоносителя в межтрубном пространстве. В случае, если расход фиксирован, скорость можно уменьшить путем увеличения шага труб. Это приводит к увеличению размера кожуха. Однако это снижает частоту отрыва вихрей и частоту турбулентных пульсаций;

- увеличение частоты собственных колебаний труб. Наиболее эффективным способом увеличения частоты соб­ственных колебаний трубы является уменьшение длины максимального безопорного пролета. Уменьшение длины пролета на 80 % увеличивает частоту собственных колебаний более чем на 50 %. Изменение материала трубы или уве­личение толщины ее стенки могут вызвать вторичные эффекты и не позволяют заметно увеличить частоту собственных колебаний;

- уменьшение скоростей теплоносителей в патрубках достигается путем увеличения их размера. Это приводит к снижению вероятности возникновения вихрей, а также снижает поперечную нагрузку на трубный пучок;

- добавление расстраивающих перегородок устраняет акустическую вибрацию. Это можно предусмотреть на стадии проектирования.