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 с частотой собственных колебаний оборудования.

Основной критерий обеспечения вибропрочности,это в соответствии с рис.8.14. Частота вынуждающих вибрацию сил, действующих в оборудовании не должна приближаться 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:

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

Оценка вибропрочности. Для расчетов кожухотрубных теплообменников с целью минимизации вероятности воз­никновения нежелательных проблем с вибрациями, выз­ванными потоками теплоносителей, предлагается выполнять в четыре­ 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 с критической скоростью, необходимой для инициирова­ния упругой неустойчивости жидкости u_crit. Вибрация и повреждения возможны в случае, когда u >u_crit.

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 f_us/f_n 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 повреждения оборудования.

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

1. 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.

2. 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 позволяет замет­но увеличить частоту собственных колебаний.

3. Уменьшение скоростей теплоносителей в патрубках достигается путем увеличения размера патрубка.Это приводит к снижению вероятности возникновения вихрей, а также снижает поперечную нагрузку на трубный пучок.

4. Добавление расстраивающих перегородок устраняет акустическую вибрацию. Это можно предусмотреть на стадии проектирования.