锅炉烟道或余热烟气利用项目中的GGH管壳式换热设备产生振动是工程上常遇到问题，目前采用的设备主要有氟塑料和普通光管或翅片管换热器。

对于氟塑料换热器，产生振动问题大概率是氟塑料入口流场分布不均匀，不满足最大速度低于10m/s，速度均匀性相对标准偏差小于15%的要求，咱在之前的文章氟塑料换热器震动问题流场改造案例中做过描述，不再赘述。

但是对于光管或者翅片管换热器，产生振动主要原因还是声学共振的问题。如下是某工程遇到的问题及解决办法，供各位同行参考。

• 现场问题 

根据某热力供暖有限公司烟气余热回收节能改造项目现场施工人员的反馈，换热器及烟道部分振动剧烈。

从现场提供的视听文件来看，换热设备主体部分异常振动，烟道部分也跟着振动，振动频率较大，疑似伴随有密集的接触碰撞声。此外，现场人员反馈烟气运行负荷到一定范围，振动剧烈，超过这一区间后振动问题减轻，但是到达另一个运行区间范围时，振动更剧烈。   

• 原因分析  

振动问题产生的原因有很多，一般我们遇到的振动改造问题主要有两类，一类是流场涡流较大、偏流严重引起的管排振动和噪声；另一类是同频共振引起的振动噪声。

由于前期做的流场模拟已经对烟道流场进行了优化，消除了烟气涡流和偏流现象，因此可排除是流场均匀性引起的振动问题。并且听现场人员反馈，出现振动问题后，现场通过切割导流板、改变导流板的形式已经进行了调试，并没有解决振动问题，也侧面说明振动问题的根源不在流场。

因此分析现场振动问题的根源在声学的同频共振。

同频共振的振动源主要有4个：

1. 换热管受卡门涡街诱导产生的振动——脉动频率；

   
   

   
   

2. 换热管自身固有频率；

3. 烟道固有频率；

4. 声学驻波频率——声震频率（主要由烟道形状、尺寸和烟气流速决定）；   

• 理论计算分析 

对于本工程，计算得到：

1. 烟气负荷最大时的卡门涡街产生的脉动频率约为46.2 Hz；负荷50%-100%之间的频率变动大概在35Hz到47Hz之间。

2.由于翅片管排设计复杂、材质不一、厚度不一，在没有设计出来产品之前，管道固有频率较难确定。增大管道固有频率的一个最有效的方法是减小管道支撑隔板的间距（管子无支撑最大跨长）。

3.烟道固有频率，在没有设计出来烟道实体之前，烟道固有频率可以通过CAE仿真进行预测。但本项目出现振动问题之后，已经进行了烟道内外加固，改变了烟道固有频率，问题并没有得到解决，侧面说明产生振动的根源不在于此。

4.声频共振，换热器部分烟道尺寸4.08m*1.89m，经过计算，这部分烟道高度和宽度方向的声频共振一阶驻波频率分别是47Hz和102Hz。其中，宽度方向的频率远高于卡门涡街产生的脉动频率，但是高度方向的驻波频率和卡门涡街脉动频率46.2Hz几乎同频。因此认为这是导致换热器本体发生振动的主要原因。   

• 解决方案建议 

目前，改变管道卡门涡街脉动频率不可行，但是改变烟道高度方向的驻波频率是较容易实现的解决办法。

改变后的驻波频率需要避开不同运行负荷产生卡门涡街频率的80%和120%区间，这个范围的频率约为35Hz到47Hz。因此改变烟道高度后，烟道驻波频率范围不能在[28Hz-56Hz]。

通过计算，不同烟道间距产生的驻波频率如下：合适的烟道高度是将4.08分割成1.3m和2.78m两个空间。

因此，建议解谐板安装位置示意如下：   

• 改造效果  

现场反馈，增加解谐板后自然是解决问题了，不然咱啰嗦这么多不是瞎折腾啊！

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工业界CFD：133-0129-2587

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