螺纹管换热器
壳式换热器
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换热器抽芯与装芯过程中的自激振动点击：1686 日期：[ 2014-04-26 22:00:32 ] |
| 换热器抽芯与装芯过程中的自激振动 刘岩 (哈尔滨石化分公司机修车间黑龙江哈尔滨150056) 摘要：研究了管壳式换热器在现场抽芯和装芯过程中产生的自激振动现象,并通过对抽、装芯过程建立运动模型,导出振动方程,从而对其 自激振动现象进行了理论分析。提出了控制这种自激振动的措施。 关键词：换热器;自激振动;振动控制 0.前言 换热器是石油化工企业中的重要设备,它的数量在所有设备中占 相当大的比重,因此换热器的检修工作比较频繁。在检修换热器时,经 常要进行抽芯与装芯。通过大量的现场观察发现,在抽、装芯的过程 中,尽管抽芯机驱动装置的速度均匀,但还是出现了换热器芯体忽快 忽慢、时而停顿时而跳跃,即出现所谓的“爬行现象”;另外,换热器的 壳体和基础也会产生相应的振动,很明显这是一种自激振动。这种自 激振动虽然短暂,但其对换热器的支架或基础的强度有负面影响,并 且对抽芯机的吊装设备产生附加激振力。因此,应该对这种自激振动 给予控制。本文主要讨论这种自激振动产生的机理及其振动方程,并 分析抽、装芯速度对运动状态的影响。 1.抽芯和装芯系统自激振动的机理 1.1抽芯系统的运动模型现场检修换热器时,常用抽芯机来抽、 装芯。首先将抽芯机用吊装设备吊到换热器的相应高度,并将抽芯机 与换热器壳体固联。然后把卷扬机构或螺旋传动机构联结到芯体上, 启动电机。电机输出转矩通过变速箱放大后传给卷筒或螺旋丝杠,使钢缆或移动台对芯体产生拉力,从而将芯体抽出或装进。 爬行是由于芯体和壳体间的摩擦特性所引起的一种自激振动。由(8)式可以看出,如果(c1+c2)>0,整个系统的阻尼是正值那么芯体的运动 是稳定的,任何扰动经过一段时间后都会衰减至零;相反若(c1+c2)<0,整个系统的阻尼为负值那么芯体的运动是不稳定的,任何微小的扰动都 会使芯体的位移变化量x1越来越大,最终形成自激振动,使进给运动 出现爬行现象。通常传动装置的等效阻尼系数c1很小,是否产生爬行现象主要取决于摩擦特性所引入的c2。显然,c2>0不会出现爬行现象, 而c2<0时才可能产生爬行现象。也就是说,只有当摩擦力具有随速度 的增加而下降的特性时,才会使芯体产生爬行现象。 2.芯体位移对自激振动振幅的影响 随着芯体被抽出,芯体作用在壳体上的压力逐渐减小,相应地芯 体和壳体之间的静摩擦力和滑动摩擦力也要减小。摩擦力F与芯体位 移x之间呈线性关系。 在抽芯的过程中,随着摩擦力的减小,自激振动的振幅将缩小。同 理,在装芯时,随着芯体装入壳体,摩擦力将逐渐增大,自激振动的振 幅将相应的增大。 3.抽芯速度对自激振动的影响 由干摩擦随相对速度变化的曲线可以看到,静摩擦转化为动摩擦 时,摩擦力突然下降,然后随相对速度的增加而缓慢地上升。逐渐提高抽芯速度!,当提高到某一值时,就不 再能够激起芯体的自激振动了,芯体在弹簧和干摩擦作用下在平衡位 置处只能作衰减振动,即由不稳定的自激振动变为稳定的运动。这种 运动状态随参数变化而发生突变的现象即所谓的动态分岔。 虽然较高的抽芯速度可以避免自激振动,但在工程实际中抽芯的速度还是普遍采用较低的数值。这是因为换热器的芯体质量很大,较高的抽芯速度会产生很大的惯性力,对抽芯机和吊装设备都会造成很大的动态载荷。另外,换热器的长度不是很长,没有足够的长度来使芯体加速并达到较高的速度。所以,在工程实际中只能采用较低的抽芯 速度。 4.自激振动的控制 1)提高抽芯机传动系统的刚度,从现场实际情况看,螺旋丝杠传动的刚度比卷筒加钢缆传动的刚度大,减小自激振动振幅的效果也较好。另外,用钢缆驱动时,芯体的自激振动还会诱发钢缆的颤振。 2)抽芯和装芯时采用垂直装拆法。即将换热器的壳体从基础上拆下,垂直放置,然后将芯体垂直吊起,放入到壳体中。芯体安装完毕后,再将壳体与芯体一起吊装到基础上。 5.结论 1)换热器抽芯、装芯过程中存在爬行现象。这种爬行现象是由于芯体和壳体之间的摩擦特性所引起的一种自激振动。 2)这种自激振动的振幅随着芯体的位移而变化,即抽芯时振幅逐渐减小,而装芯时振幅逐渐增大。 3)抽芯速度对自激振动有影响,较高的抽芯速度有利于抑制自激振动,但会对抽芯机和吊装设备都会造成很大的冲击,不可取。 4)增大抽芯机传动系统的刚度有利于减轻自激振动;采用垂直装拆法可以防止自激振动。 参考文献 [1]张永华.大型换热器抽芯工装设计[J].化工机械,2004,31(2):110- 112. [2]刘延柱,陈文良,陈立群.振动力学.北京:高等教育出版社,1998,10. [3]徐明陶,肖明葵等.工程动力学振动与控制.机械工业出版社.北京: 2004,9. 作者简介:刘岩(1974.9.17—)男,黑龙江省哈尔滨市人,助理工程 师。 |
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