流れを検出して軽減する方法{0}}縦型 PTFE 交換器で誘発されるチューブ振動

PTFE チューブがサポート プレートに対して踊る音は、背の高い垂直熱交換器から発せられる深い共鳴ハム音であり、シェル側の圧力低下がゆっくりと増加します。{0}}振動は単なるノイズではなく、フレッティングと摩耗が長く続く過程であり、チューブを切断する可能性があります。流れ-によって引き起こされる振動は、縦型 PTFE 熱交換器における機械的な問題として認識されています。ただし、適切な診断と重点的な軽減策 (つまり、中間チューブ サポートの追加やシェル側ノズルの位置の変更) により、チューブの故障が発生する前に問題を解決できます。

縦型 PTFE チューブ交換器の振動の検出
早期に発見することが重要です。 PTFE チューブは金属チューブよりも柔軟性があり、固有振動数は当然低くなります。以下は、流れによる振動が存在する可能性があることを示しています。

流量に応じて変化するブーンという音または低周波のランブル音が聞こえます。

シェル-側の圧力降下が予想外に増加する（フレッティング破片やチューブの変形による流路の閉塞）

検査中の視覚的証拠 - サポート プレートの穴のチューブの研磨された領域、ノッチ、または薄化。シェル底部に白い粉（PTFE摩耗粉）が発生。

周期的な曲げ荷重により、チューブとチューブシートの接合部でチューブの漏れが増加します。{0}}-

振動が疑われる場合は、簡単な聴診器、または入口ノズル近くのシェルの加速度計測定により、一般的な周波数が特定されます。支持されていない最長の管スパンの固有振動数を計算し、シェル側の流れの渦放出周波数と比較するものとします。

垂直シェル内の流れによって誘発される振動の物理学
シェル側の流体は、多くの場合腐食性の液体またはガスであり、入口ノズルを介して垂直 PTFE 熱交換器に入ります。代表的な励起方法は次の 2 つです。

渦放出 - 流体が各 PTFE チューブを通過すると、下流に交互の渦が生成され、流れの方向に垂直な可変揚力が得られます。放出周波数が真空管の固有周波数と等しい場合に共振が発生し、大きな振幅振動が生成されます。

乱流バフェッティング - 角度の悪い吸気ノズル (ディフューザーなしの接線方向または横方向の入口など) は、高速ジェットをチューブ束に直接向けます。-ジェットはランダムな圧力変動を引き起こし、特に入口上部の支持されていない領域でチューブを揺さぶります。

Gravity wants to keep tubes vertical but a lengthy unsupported span of tubes (typically >1.5 ～ 2 m）は非常に脆弱です。リスクは、シェル側の速度が最大となる入口ノズルのすぐ下流で最大になります。

緩和戦略: チューブを強化し、流れを静める
解決策はチューブを締めて流れを落ち着かせることです。 2 つの主な是正活動が単独または組み合わせて実施されます。

1. 中間チューブサポートプレートを取り付ける
PTFE チューブの支持されていない長さを減らすことにより、剛性が増加し、固有振動数が渦放出振動数よりもはるかに高くなります。垂直熱交換器の既存の上部管板と下部管板の間に追加のサポート プレートが追加されます。

追加のサポート プレートの重要な設計基準:

材質 – PTFE- コーティングまたはフッ素ポリマー-で裏打ちされた金属プレート、または曲がりを避けるのに十分な厚さの固体 PTFE プレート。

穴のクリアランス - 穴はチューブの外径より 0.5 ～ 1.0 mm 大きくする必要があります。 きつすぎる: チューブの挟み込み、摩耗。緩すぎる: 横方向の動きが多すぎます。

位置合わせ - 組み立て中にチューブが曲がらないように、すべてのサポート プレートはチューブシートと正確に位置合わせする必要があります。レーザー位置合わせまたは精密な治具をお勧めします。

数と間隔 – サポートされていない最大スパンは、チューブの固有振動数が予測される最高の渦放出周波数を超える点まで減らす必要があります。一般的な PTFE チューブ (外径 6- 12 mm) は、スパンが 300 ～ 500 mm の場合、シェル側の水速が 1.5 m/s まで安全です。

既存の熱交換器にサポート プレートを追加するには、チューブ束を取り外し、サポート プレート取り付けロッドに穴を開けるか溶接してから、慎重に再組み立てする必要があります。{0}}大きくてシンプルな改造です。

2. シェル側ノズルの向きを変更し、インピンジメントプレートを設けます。
シェル側の吸気は振動の一般的な原因です。{0}接線ノズルはシェルの全長に流れる旋回流を生成します。不適切な位置にあるラジアル ノズル（例: チューブ束にまっすぐ向けたノズル）は、トップ チューブに当たる高速ジェットを生成します。-

緩和策:

流入ノズルを接線方向から放射状に変更して、流れが束ではなく管板またはシェル壁に平行に向けられるようにします。

インピンジメント プレート (ディフューザーまたはフロー ディストリビューター) を吸気ノズルの反対側のシェルにすぐに取り付けます。プレートは平坦または湾曲した金属シートで、通常は PTFE- で裏打ちされており、噴流を遮断して流れをシェル断面全体に均一に分配します。-。

穴の開いたバッフルを入口またはその近くに配置して、チューブ束に接触する前に速度を下げます。

これらの修正により、最大速度が減少し、渦成分が除去されるため、バフェッティングと渦放出の振幅の両方が大幅に減少します。

技術的精度に関する注意事項
チューブの固有振動数は、渦放出振動数よりもはるかに高く保つ必要があります。 PTFE チューブの弾性率は低いため (約 400-500 MPa)、中程度のスパン (1 メートル) でも 0.5-0.8 m/s という低い流速で共振する可能性があります。計算は、固定-固定終了条件を使用したオイラー・ベルヌーイのビーム方程式を使用して行うことをお勧めします。

入口ノズル付近のシェル側の速度が最も高くなります。このゾーンは振動をトリガーするためのキーゾーンです。したがって、サポートプレートは熱交換器の上部により密な間隔で配置する必要があり、入力ディフューザーは適切に計画する必要があります。

既存ユニット実地検査
振動垂直 PTFE 交換器上の場所に呼び出されると、次のことが行われます。

加速度計を使用して、さまざまな高度での振動の振幅と周波数を測定します。

渦放出の臨界速度をチューブの固有振動数と等しくなるように設定します。

熱交換器を開けることができる場合は、内側のバンドルにチューブのフレッティングマークやサポートプレートの穴の磨耗がないか検査してください。

再取り付けを提案します。中間サポート プレートを 2 ～ 3 枚追加し、ノズルが接線方向の場合はインピンジメント プレートを追加します。あるいは、シェル側の入口ノズルの再配置を設計することもできます。

抽象的な
垂直 PTFE 熱交換器内の流れによって生じる振動は、できれば設計段階で、適切なチューブ サポートと適切に設計された-シェル-側の吸気口を設けることで解決できる機械的問題です。既存の振動機械に中間チューブ支持プレートと流れ拡散衝突プレートを追加すると、ハム音を静め、チューブを節約できます。{3}}当社は、多くの化学工場やメッキ工場でチューブの振動を軽減するために縦型 PTFE 熱交換器を改造した経験があります。静かで落ち着いた管束は健康な管束です。そして、正しいエンジニアリングを行えば、その静けさを取り戻すことができます。