TEMA标准关于换热器流致振动原因及预防措施
换热器内因流体导致换热管的振动，与换热器的几何结构密切相关，振动的原因复杂多样，想准确进行计算并非易事，本文根据TEMA标准，给出流体导致换热管振动的原因及预防措施，为工程设计人员提供参考。
一、振动损坏的形式：
1.换热管碰撞损坏
由于换热管的振幅过大，换热管之间、换热管与壳体之间碰撞最终导致管壁磨薄引起破坏。
2.换热管与折流板连接处损坏
折流板管孔与换热管外径之间装配间隙过大，当存在过大的流体作用时，换热管碰撞折流板管孔，引起管壁在折流板厚度范围区域内周向减薄，导致换热管失效，很有可能使换热管被切断。
3.换热管与管板连接处损坏
换热管与管板连接处间隙过大，或者不合理的结构设计，在过大的流体作用下，使换热管在任意的横向方向产生大的变形和振动，导致换热管与管板连接处开裂失效。
4.材料缺陷处损坏
TEMA标准认为当换热管振幅微小的情况下，对均匀无缺陷材质的材料是没有影响的，但当材料存在缺陷，且缺陷位于高应力区域，该缺陷容易引起裂纹扩展导致失效，磨蚀和腐蚀会加速失效。
5.声振动损坏
声振动是由气柱振荡并被阶段性漩涡脱落激励产生的，声振动会引起换热器壳体和接管的振动并伴有噪声，当声振动频率接近换热管的固有频率时，换热管的振动被加强，导致换热管失效。
二、失效区域：
1.U型管弯管段
U型管弯管段外排的固有频率较低，相对内排，更容易引起流体振动失效。
2.管口的进出口区域
因进出口区域的流动，流体往往在这些区域局部流速过高，产生破坏性的流体振动。
3.管板区域
换热器中紧挨管板的无支撑跨距一般大于折流板区域的跨距，此处换热管固有频率较低，此区域也是流体进出换热器的区域，局部高流速与较低的换热管固有频率两因素叠加，该区域成为防止振动破坏首要考虑的区域。
4.折流板区域
折流板缺口处的换热管无支撑跨距要大于折流板间距，大的无支撑跨距导致固有频率降低，增加了振动的倾向。
5.其它局部区域
任何阻碍流体的结构，比如拉杆、防冲挡板、防短路挡板，都可能产生局部高流速，从而在这些局部区域引起振动。
三、流致振动原因：
管束的流致振动主要由以下几方面原因引起：流体弹性失稳、漩涡脱落、湍流抖振和声共振，前三种伴有换热管振动，声共振将产生强烈的噪声，一般不会引起管子振动。壳体流速的分布、临界流速、管束的固有频率、管束有效质量、阻尼等参数对管束振动起主导作用。详细计算过程见TEMA标准。
四、设计过程中的防振措施：
管束振动往往由上述多个参数共同产生影响，设计者应了解这些参数并在换热器设计过程中充分考虑它们的影响，并采取相应措施防止管束振动的发生。
1.换热管直径
从实际的热工设计经济性考虑，应尽可能采用较大直径的换热管，管径越大，其惯性矩越大，在给定管长的情况下，有效增加了管子的刚性。
2.无支撑跨距
无支撑跨距是影响流致振动的最重要因素，无支撑跨距越短，越不易振动，标准中给出的最大无支撑跨距并未考虑潜在的可能导致振动的情况。换热器热工设计决定了壳程的类型、折流板形式以及无支撑跨距的长度，在不影响横流速度的前提下，设置成倍的支持板以减少无支撑跨距。在相同壳体流量和压降的情况下，相对于常规的单弓形折流板，使用多弓形折流板可以显著减小无支撑跨距。
3.管间距
增大管间距与管径的比值可以使管桥面积增加，通过加大管间距可降低管跨中部碰撞损坏的风险，并减少了动力惯性系数。对于一定的无支撑跨距可减小横流速度，或者对于一定的横流速度，可以减小无支撑跨距，提高一阶频率，防止共振的发生。
4.进出口区域
在有振动倾向的换热器中，进出口区域是最容易遭受振动损坏的区域，应计算进出口处的流速，与临界流速进行对比，以避免该段管跨的振动。仅仅满足ρV2的条件是不足以保证进出口区域的管束免遭流体振动的。可以考虑使用特别的支撑以缩短进出口区域的无支撑跨距，可以在进出口区域减少布管以降低进出口处的流速。防冲板的尺寸和位置不应妨碍流体流动的空间。设置导流筒作为降低进出口流速的有效手段，可以使流体从多个位置进出换热器管束。
5.U型弯管区域
可以通过在相邻直管段上设置支持板或在弯管段上安装特殊的支撑装置来减少U形弯管的振动，也可以适当布置壳程进出口与相邻折流板的位置来减少U形弯管振动的发生。
6.换热管材料和厚度
换热管的弹性模量影响无支撑跨距的固有频率。铁素体钢和奥氏体不锈钢比铝、黄铜等具有更高的弹性模量，因此前者更能抵抗振动挠曲。
7.折流板厚度和管孔大小
增加折流板厚度、减小换热管与折流板管孔的间隙可以增加阻尼、减小作用在换热管与折流板管孔结合处的作用力。
8.移除换热管
在管束中预先确定的关键位置不排换热管，可以消除潜在的振动，比如，在折流板缺口侧的换热管，在有振动倾向的换热器中，有时会遭受相对较大的损坏，有选择的除去该部位的换热管是有利的。
9.换热管轴向载荷
换热管轴向压缩载荷会降低管子的固有频率，轴向拉伸载荷会提高管子的固有频率，设计者必须认识到由于压力和温度的作用而在换热管上形成的轴向压缩载荷对振动产生的不利影响，使用膨胀节可以减少换热管的的压缩应力。
END!
