Introduction : Le son de l'échec imminent

Dans la zone occupée et à haute pression du transfert de chaleur d'usine, les gens vérifient souvent l'efficacité, la gestion de la température et la perte de pression. Mais ils manquent un point clé. Ce point peut provoquer de grands arrêts soudains. C'est le danger mécanique silencieux appelé Vibration Induite par Fluide (FIV). Si votre Échangeur de chaleur shell-and-tube fait un buzz faible constant, ou même un bang répété ou un bruit, ce bruit n'est pas normal. Cela signifie que votre faisceau de tube est endommagé peu à peu de l'intérieur. Le FIV fait que les tubes minces, qui sont la partie principale de votre échangeur de chaleur, secouent fort à l'intérieur de la coquille. Ce stress conduit toujours à deux mauvais résultats. L'un est le contact du tube avec les trous de baffle qui provoque une usure importante. L'autre est une rupture de fatigue rapide au lien de la feuille de tube. À GranoNous savons que la vraie compétence en ingénierie va au-delà des règles de chaleur et dans la résistance de la structure. Nous fixons plus que des plans de base pour arrêter la cause principale de ces ruptures. Cet examen de près couvrira les faits mécaniques du VIF. Il montrera également la meilleure solution qui transforme les échangeurs bruyants et à risque de rupture en outils stables et à long terme: la conception du baffle hélicoïdal.

Pourquoi le problème des vibrations existe-t-il ? Le défaut de conception

La possibilité de secoussement nuisible vient de la conception commune mais faible du baffle segmental traditionnel (baffle à coupe arc).

1. Le défaut de flux de baffle segmentaire

Un baffle’ Le travail principal a deux parties. Il maintient les tubes longs et minces. Il envoie également du fluide côté coquille sur le faisceau de tube pour augmenter la vitesse de transfert de chaleur. Mais le déflecteur segmentaire habituel devient fluide d'une manière qui coûte beaucoup en mécanique. Avec de grandes coupes en demi-cercle, ces baffles font souvent changer de chemin de fluide côté coquille. Cela conduit à un schéma de flux croisé nuisible.

• Le fluide doit passer presque droit à travers (latéralement) le faisceau de tubes avant qu'il tourne au prochain déflecteur.
• Ce coup de flux fort et rapide crée une grande force de poussée mécanique qui frappe les tubes du côté.

En termes simples, l'ancienne conception fait que le fluide frappe et pousse les tubes encore et encore, au lieu de le conduire en douceur.

2. La rue Karman Vortex (KVS) : l’instabilité aéroélastique

La façon clé de fonctionner de la FIV est appelée Karman Vortex Street (KVS). C'est un type d'instabilité du flux d'air.

1. Lorsque le fluide passe sur une forme large (comme un tube d'échangeur de chaleur) à une vitesse définie, le fluide peut’ Suivez bien la courbe.
2. Au lieu de cela, des tourbillons de fluide se rompent un par un du haut et du bas du tube.
3. Cette rupture aller-et-retour fait changer la pression à travers le tube’ largeur s. Il crée une force de levage répétée, ascendante et descendante qui va à l'encontre de la trajectoire d'écoulement.

Lorsque la vitesse de cette rupture de tourbillon se rapproche ou correspond au tube’ sa propre vitesse d'agitation (ou le faisceau’s), il frappe la résonance. Le fluide secoue ensuite les tubes à sa propre vitesse. Cela rend les tremblements beaucoup plus grands et nocifs. Une telle résonance peut bientôt dépasser le métal’ force et limites de maintien.

3. L'étendue instable: support insuffisant du tube

Une autre raison du VIF est la limite des écarts de baffle. Les tubes ont souvent besoin de soutien pour maintenir leur vitesse d'agitation élevée (c'est-à-dire ferme). Mais les écarts doivent être suffisamment larges pour réduire la perte de pression du côté de la coquille.

• Dans les plans de baffle segmentaires, les tubes n'obtiennent de soutien que dans les points larges et définis.
• La longueur ouverte du tube entre les baffles, la portée libre, fonctionne comme une corde de guitare. Une corde plus longue et plus mince a une vitesse de secoussement plus faible. Cela facilite le démarrage de la résonance par la rupture de tourbillon à basse vitesse (KVS).

Si l'écart de baffle (span de tube) est trop large, les tubes peuvent secouer fort avec de grands mouvements. Cela conduit à une rupture mécanique.

Les dommages secondaires : le vrai coût des vibrations

Le VIF ne provoque pas souvent une rupture instantanée. Ses dommages s'accumulent et blessent avec le temps. Il se présente en deux types principaux et coûteux de pause.

1. Fracture de fatigue à la feuille de tube

L'endroit habituel pour la rupture majeure est le lien entre le tube de l'échangeur de chaleur et la feuille de tube.

• Lorsque les tubes secouent à l'intérieur de la coquille, le point de contrainte supérieur est la jonction fixe du côté de la feuille de tube.
• La flexion constante du tube métallique met le matériau sous une charge de fatigue à plusieurs cycles.
• Après le temps, souvent des mois ou des semaines en mauvaise résonance, de minuscules fissures commencent et se développent à travers la paroi du tube. Cela conduit à une pression de fatigue rapide et dure (coupe de tube) juste sur le côté de la feuille de tube. Cela affaiblit immédiatement le tube. Cela provoque un mélange rapide du fluide côté coquille au côté tube et l'arrêt du système.

2. Frittage et usure abrasive (fuite d'abrasion)

Dans les parties centrales du faisceau de tubes, le secoussement dur fait frotter rapidement le tube contre les bords des trous segmentaires de baffle.

• Ce frottement stable et rapide prend du matériel à la fois de la paroi du tube et du trou du baffle. Le processus est de frettage usure ou grattage.
• Les tubes des échangeurs de chaleur sont souvent minces (moins de 1,5 mm de paroi). Ce frottement répété coupe bientôt une rainure dans la paroi du tuyau.
• Lorsque la coupe dépasse une profondeur clé, la paroi du tube échoue. Cela entraîne une fuite de grattage et un mélange. Une telle rupture nécessite souvent le blocage de nombreux tubes. Il coupe l'échangeur’ S travaille beaucoup.

Dans les emplois qui nécessitent un transfert de chaleur constant à long terme, un objectif principal des produits Grano, ces voies de rupture FIV impliquent trop de risques et de travaux d'entretien.

Le Grano Solution anti-vibration : baffles hélicoïdales (technologie de flux en spirale)

Grano voit les points faibles de base dans les baffles segmentaires. Nous utilisons donc de meilleures technologies pour donner des échangeurs de chaleur à coquille et à tube avec des baffles hélicoïdales (également appelés échangeurs de flux en spirale). C'est un meilleur choix pour les emplois à risque de secoussement. La construction spéciale corrige le VIF non pas en le diminuant, mais en arrêtant la cause principale.

1. Changer le régime d'écoulement: entraînement en spirale longitudinale

La partie supérieure du plan de déflecteur hélicoïdal est la façon dont il transforme le flux du côté de la coquille du flux croisé nuisible au flux en spirale (hélicoïdal) uniforme le long du tube.

• Au lieu de faire passer le fluide sur les tubes encore et encore, les baffles hélicoïdales conduisent le fluide à côté des tubes. Il suit un chemin en spirale étroit d'une extrémité de la coquille à l'autre.
• Cette voie d'écoulement coupe la partie d'écoulement rapide et droite qui crée des tourbillons Karman forts.
• En transformant la puissance du fluide en mouvement avant au lieu d'un coup latéral, la poussée mécanique sur le faisceau de tubes disparaît presque. Cela assure un travail stable et sans tremblement.

2. Support complet et continu du tube

La forme des baffles hélicoïdales donne une meilleure tenue mécanique que les plaques segmentaires étendues.

• Les pièces hélicoïdales donnent une ligne tactile semi-stable le long du faisceau de tube’ longueur s.
• Ce plan réduit beaucoup la vraie étendue libre des tubes. Il rend les tubes plus fermes et augmente leur vitesse de secoussement beaucoup.
• En soulevant la vitesse d'agitation au-delà de la plage de vitesses de rupture du tourbillon, le faisceau de tubes reste à l'abri de la résonance FIV. Les tubes obtiennent “ tenu serré, ” arrêter les grands secoussements qui provoquent l'usure par frottement et la fatigue.

3. Données SoutienUn double avantage

La construction intelligente du plan hélicoïdal donne un gain fort en deux parties. Il corrige à la fois la confiance et le coût d'exécution immédiatement.

1. Élimination des vibrationsFIV est coupé par build. Cela assure une meilleure confiance à long terme et coupe le besoin de bloc de tube coûteux ou d'échange.
2. Réduction de la chute de pressionEn transformant le débit croisé de départ à arrêt (ce qui rend le bloc de débit élevé) en débit en spirale uniforme et lisse, le plan hélicoïdal coupe beaucoup de frottement et de rugosité. Les Granofacts montrent que le plan de déflecteur hélicoïdal peut réduire la chute de pression jusqu'à 70% par rapport à un plan segmentaire habituel faisant le même travail thermique.

Cela signifie qu'un déconnecteur hélicoïdal Grano dure plus longtemps et nécessite moins de puissance de pompe. Il se transforme en économie d'énergie réelle et coûts de fonctionnement plus bas sur l'échangeur’ sa vie.

Améliorer la structure, éliminer le risque

La vibration induite par les fluides n'est pas une partie indispensable des échangeurs de chaleur. C'est une rupture mécanique construite dans les anciens plans. L'utilisation de baffles segmentaires à haute entretien signifie prendre le risque d'arrêts coûteux, de bruit constant et de rupture finale de gros tubes. Si votre usine a un bruit d'échangeur de chaleur, une consommation élevée d'énergie de la pompe et que le tube échoue souvent coûteux, il est temps d'arrêter de corriger le problème et de corriger la cause de la construction. Grano se concentre sur les réparations planifiées qui augmentent l'efficacité et assurent une longue durée de vie de la structure. En passant du déflecteur segmentaire faible à la meilleure construction du déflecteur hélicoïdal, vous obtenez plus qu'un échangeur de chaleur. Vous investissez de l'argent dans des années de travail de transfert de chaleur stable, silencieux et économisant de l'énergie. Contactez-nous notre équipe d'ingénieurs aujourd'hui pour vérifier vos plans actuels de coquille et de tube et apprendre comment la solution hélicoïdale Grano peut arrêter le tueur caché dans votre système.

FAQ (questions fréquentes)

Q: Les vibrations induites par les fluides (VIF) sont-elles un problème commun ou ne concernent-elles que les échangeurs de chaleur mal fabriqués?

R: Le VIF est un risque intégré dans presque tous les échangeurs de chaleur à coque et à tube avec des baffles segmentaires habituels, même ceux bien fabriqués. Le risque provient du mélange de la vitesse d'écoulement, du poids du fluide et de la vitesse d'agitation du tube. Si la vitesse de débit du côté de la coquille dépasse un point clé, un secoussement se produit, quelle que soit la qualité de la soudure. C'est pourquoi Grano suggère le plan Helical Baffle pour les tâches de fluides à grande vitesse ou de poids élevé.

Q: La conception du baffle hélicoïdal semble plus efficace. Pourquoi’ C'est déjà la norme de l'industrie ?

R: La principale raison est de créer des problèmes. Les baffles segmentaires habituels sont des plaques simples et plates faciles à couper et à assembler. Les déflecteurs hélicoïdales ont besoin de moyens spéciaux de roulement, d'alignement et de construction pour obtenir la forme exacte en spirale pour un flux lisse. Le premier coût est plus élevé. Mais Grano pense que le meilleur travail, les caractéristiques sûres de non-secoussement et l'économie d'énergie à long terme démontrée de jusqu'à 70% de réduction de la chute de pression rendent le TCO (Total Cost of Ownership) du baffle hélicoïdal beaucoup meilleur que les plans habituels.

Q: Si je soupçonne que mon échangeur de chaleur actuel a un problème FIV, quelle est la première étape que je devrais prendre?

R: La première étape est de faire un contrôle de shake pro. Cela signifie mesurer la taille et la vitesse de tremblement du tube et associer la vitesse de rupture (du débit) avec le tube’ s vitesse d'agitation figurée. Si la résonance apparaît, le short fix coupe souvent le débit du côté de la coquille (et donc la capacité). La solution longue et durable de Grano consiste à échanger le faisceau de tubes habituel avec un meilleur faisceau de tubes hélicoïdales qui arrête les forces de poussée pleines.