Wibracje, które przychodzą i odchodzą
Operatorzy zgłaszają, że wymiennik ciepła z PTFE w zbiorniku z mieszaniem niklowanym wibruje w widoczny sposób,-ale tylko wtedy, gdy mieszadło pracuje z określoną prędkością. Przy 45 obr/min lampy stoją nieruchomo. Przy 60 obr./min w zewnętrznych rzędach rur-występują oscylacje o niskiej częstotliwości. Przy 80 obr/min wibracje ponownie znikają. Wibracje są przerywane nie dlatego, że są przypadkowe, ale dlatego, że zależą od prędkości mieszadła odpowiadającej konkretnym warunkom wydzielania wirów z łopatek wirnika.
Wibracja to coś więcej niż ciekawostka. Wibracje wywołane-przepływem poddają rurki PTFE cyklicznym naprężeniom zginającym na płytach nośnych. Przez tysiące cykli naprężenie kumuluje uszkodzenia zmęczeniowe. Rury wibrujące z widoczną amplitudą mogą przedwcześnie ulec uszkodzeniu w punktach styku podpór.
Zdiagnozowanie źródła wibracji i dopasowanie jego częstotliwości do częstotliwości własnej rury umożliwia zastosowanie ukierunkowanego rozwiązania,-nieznacznej zmiany prędkości mieszadła, modyfikacji wirnika lub dodania deflektora przepływu-, który eliminuje rezonans bez większych zmian sprzętu.
Mechanizm rozpraszania wirów
Wirnik mieszadła wytwarza pole przepływu z okresowymi wahaniami prędkości. Gdy każda łopatka wirnika przechodzi przez zadany punkt, wytwarza impuls ciśnienia. Częstotliwość tych impulsów to częstotliwość-przechodzenia łopatek: BPF=(RPM / 60) × liczba łopatek. Wirnik z 4-łopatkami pracujący z prędkością 60 obr./min wytwarza częstotliwość przechodzenia łopatek wynoszącą 4 Hz.
Oprócz częstotliwości-przechodzenia łopatek, wirnik wytwarza wiry z końcówek łopatek. Częstotliwość wydzielania wirów jest proporcjonalna do prędkości końcówki łopatki podzielonej przez szerokość łopatki. Dla typowego mieszadła częstotliwość wytwarzania wirów wynosi 5-20 Hz, w zależności od średnicy i prędkości wirnika.
Jeśli częstotliwość-przechodzenia łopatki lub częstotliwość wirowania odpowiada częstotliwości drgań własnych rurki PTFE w sąsiednim wymienniku ciepła, pojawia się rezonans. Rura oscyluje ze swoją częstotliwością własną z amplitudą określoną przez energię doprowadzoną do przepływu. Oscylacje są najbardziej widoczne w rurach znajdujących się najbliżej wirnika i zmniejszają się wraz z odległością.
| Parametr wibracji | Wartość dla przykładu diagnostycznego |
|---|---|
| Typ mieszadła | Turbina z 4-łopatkami o pochylonych łopatkach |
| Średnica wirnika | 0.8 m |
| Zakres prędkości mieszadła | 40-120 obr./min |
| Ostrze-przechodzi przez zakres częstotliwości | 2,7-8,0 Hz |
| Zakres częstotliwości wydzielania wirów | 6-18 Hz |
| Częstotliwość naturalna rurki PTFE (10 mm średnica zewnętrzna, 1 mm ścianka, rozpiętość 400 mm) | ~4,5 Hz |
| Stan rezonansu | Częstotliwość-przechodzenia ostrza przy ~68 obr./min odpowiada częstotliwości 4,5 Hz |
| Zaobserwowana prędkość drgań | 60-75 obr./min |
Diagnostyczna metoda pomiaru
Procedura diagnostyczna mierzy rzeczywistą częstotliwość drgań rurek PTFE i porównuje ją z obliczonymi częstotliwościami wzbudzenia mieszadła. Akcelerometr podłączony do reprezentatywnej rurki (przy zbiorniku opróżnionym do poziomu pomiarowego lub przy użyciu akcelerometru wodoodpornego) rejestruje widmo drgań podczas pracy mieszadła przy różnych prędkościach.
Widmo drgań wykazuje szczyt przy częstotliwości drgań własnych rury, jeśli występuje rezonans. Amplituda szczytowa jest najwyższa przy prędkości mieszadła, która dopasowuje częstotliwość wzbudzenia do częstotliwości drgań własnych. Wykres kaskady-widm drgań ułożonych pionowo dla każdej prędkości mieszadła-pokazuje stan rezonansu jako szczyt, który rośnie i opada w miarę przechodzenia prędkości przez zakres krytyczny.
Jeśli pomiar akcelerometru nie jest możliwy, prostsze podejście wykorzystuje stroboskop. Stroboskop nakierowuje się na drgające rurki i reguluje aż do zamrożenia pozornego ruchu. Częstotliwość błysków, przy której następuje zamrożenie, jest równa częstotliwości wibracji. Porównuje się to z obliczoną częstotliwością-przechodzenia łopatek i powstawania wirów w celu zidentyfikowania źródła wzbudzenia.
Strategie łagodzące
Po zidentyfikowaniu źródła wzbudzenia i stanu rezonansu dostępnych jest kilka opcji łagodzenia. Zmiana prędkości mieszadła w celu uniknięcia zakresu krytycznego jest najprostszym i często najbardziej praktycznym rozwiązaniem-na przykład poprzez zmianę z 68 obr./min na 55 lub 80 obr./min. Proces musi tolerować zmianę intensywności mieszania.
Dodanie deflektora przepływu lub przegrody pomiędzy wirnikiem a wymiennikiem ciepła zakłóca zorganizowane odprowadzanie wirów, zanim dotrą one do rur. Prosta perforowana płyta lub kratka prętowa, umieszczona 150-300 mm od wirnika, przerywa strukturę okresowego przepływu.
Modyfikowanie rozstawu wsporników lamp zmienia częstotliwość drgań własnych lampy, oddalając ją od częstotliwości wzbudzenia. Zmniejszenie rozpiętości z 400 mm do 300 mm zwiększa częstotliwość drgań własnych o około 75%, czyli znacznie powyżej zakresu częstotliwości-przechodzenia ostrza.
Streszczenie
Przerywane wibracje rury w wymienniku ciepła PTFE w pobliżu mieszadła są spowodowane przez powstawanie wirów lub częstotliwość{{0}przechodzenia łopatek odpowiadającą częstotliwości drgań własnych rury. Diagnoza wykorzystuje pomiar akcelerometru lub obserwację stroboskopową w celu potwierdzenia stanu rezonansu i określenia krytycznej prędkości mieszadła. Opcje łagodzące obejmują regulację prędkości, instalację deflektora przepływu lub zmniejszenie rozstawu podpór. Rozwiązanie problemu wibracji zapobiega-długoterminowemu uszkodzeniu zmęczeniowemu rurek PTFE.
Wsparcie techniczne w diagnostyce i łagodzeniu drgań w konkretnych instalacjach wymienników ciepła z PTFE jest dostępne po przedłożeniu specyfikacji mieszadła, geometrii wirnika, wymiarów rur i rozstawu podpór oraz zaobserwowanych zakresów prędkości drgań.
