튜브 지지 플레이트의 수가 PTFE 열 교환기 번들의 고유 진동수에 어떤 영향을 줍니까?

진동 문제

PTFE 열교환기 튜브는 유연합니다. 낮은 탄성 계수(강철의 경우 0.5 GPa 대 . 200 GPa)는 주어진 하중에서 더 많이 휘어지고 동일한 치수의 금속 튜브보다 고유 주파수가 낮다는 것을 의미합니다. 고유 주파수가 낮을수록 공정 탱크-교반기 블레이드-통과 주파수(2-10Hz), 펌프 베인 통과 주파수(20-100Hz) 및 유동 난류(광대역)에서 일반적인 가진 주파수에 더 가까워집니다.

튜브의 고유 주파수가 여기 주파수와 일치하면 공명이 발생합니다. 튜브는 큰 진폭으로 진동하여 인접한 튜브에 영향을 미치거나 지지판 접촉점에서 마모됩니다. 진동은 피로 손상을 가속화하고 조기 튜브 파손으로 이어질 수 있습니다.

지지대 사이의 지지되지 않는 스팬 길이를 결정하는 지지판의 수-는 튜브 고유 진동수를 제어하는 ​​주요 설계 변수입니다. 더 많은 지지대는 더 짧은 스팬, 더 높은 고유 진동수 및 더 적은 공진 위험을 의미합니다.

고유진동수 계산

두 지지대 사이의 단일-스팬 튜브의 고유 진동수는 f_n =(π / 2L²) × √(EI / m)입니다. 여기서 L은 지지대 사이의 스팬 길이이고, E는 작동 온도에서 PTFE의 굴곡 계수이고, I는 튜브 단면의 관성 면적 모멘트이며, m은 튜브의 단위 길이당 질량(포함된 증기/응축수 포함)입니다.

주파수는 스팬 길이의 제곱에 반비례합니다. 스팬 길이를 절반으로 줄이면(지지 수를 두 배로 늘림) 고유 진동수는 4배가 됩니다. 이러한 강력한 의존성은 지지 간격을 진동 제어를 위한 가장 효과적인 설계 도구로 만듭니다.

80도의 10mm OD × 1mm 벽 PTFE 튜브(E ≒ 300MPa)의 경우 다양한 스팬 길이에 대한 고유 진동수는 다음과 같습니다.

공명 회피 기준

공진을 방지하려면 튜브 고유 진동수는 예상되는 최고 여기 주파수보다 최소 20% 높거나 예상되는 최저 여기 주파수보다 최소 20% 낮아야 합니다. 교반기 블레이드-통과 주파수가 3-8Hz이고 펌프 베인 통과 주파수가 40-60Hz인 일반적인 교반 탱크의 경우 튜브 고유 주파수는 2.4Hz(대부분의 범위에 비실용적) 미만이거나 72Hz 이상이어야 합니다.

72Hz 이상의 고유 주파수를 달성하려면 3미터 튜브의 지지판 10개에 해당하는{2}}약 280mm 이하의 스팬 길이가 필요합니다. 이는 모든 일반적인 여기 소스에 대한 내성을 제공하는 보수적인 설계입니다.

교반기와 펌프 주파수가 잘 특성화되고 제어된다면{0}}덜 보수적인 설계도 허용될 수 있습니다. 교반기가 32Hz 미만으로 작동하고 펌프가 32Hz 미만으로 작동하는 경우(펌프에는 일반적이지 않음) 375mm의 스팬(7개 지지대, 고유 주파수 40Hz)이 적합합니다.

실질적인 지원 한도

각 지지판은 비용을 추가하고 탱크 부피를 차지하며 쉘 측의 압력 강하를 증가시킵니다. 지원 개수에는 실질적인 제한이 있습니다. 대부분의 응용 분야에서 3미터 튜브(경간 300-500mm)에 대한 5-9개의 지지판은 과도한 비용 없이 적절한 진동 저항을 제공합니다. 정확한 숫자는 특정 여기 환경에 따라 결정됩니다.

요약

The number of support plates determines the tube natural frequency, which must be separated from the excitation frequencies to avoid destructive resonance. A span length of 280mm or less (natural frequency >72Hz)은 대부분의 산업용 여기 소스에 대한 내성을 제공합니다. 지지판 수는 교반식 또는 펌핑식 시스템의 PTFE 열교환기 신뢰성을 위한 중요한 설계 매개변수입니다.

튜브 치수, 튜브 길이, 교반기 및 펌프 사양, 작동 온도를 제출하면 PTFE 튜브 번들 진동 분석에 대한 엔지니어링 지원이 제공됩니다.