一种用于塔器减振的V型翅片

阅读：评论：0

一种用于塔器减振的v型翅片
技术领域
1.本发明涉及塔器承受风载荷的减振防振领域，特别是涉及一种用于塔器减振的v型翅片，可应用于石油、化工和制药等行业。

背景技术：

2.塔器是石油化工、煤化工、化纤和制药等行业中完成精馏、萃取、吸收等工艺过程的设备。塔器与化工工艺中的各个操作单元密切相关，在所有化工装置中的投资占比高达25％～45％，近年来，随着产品结构的调整，生产能力的提升，工艺过程的优化，以及我国化工装备制造业的快速发展，塔器愈发大型化，其直径可达13m且高度近130m，呈现大高径比、低固有频率和小阻尼比的特征。当塔器安置于室外时，不可避免承受风载荷，极易发生风诱导振动，造成塔器破坏失效，因此塔器的流致振动分析与减振防振设计已成为化工装置大型化发展的研究重点和技术难点。除极端大风天气导致塔器被直接破坏失效的情况之外，中低风速下塔身受到循环应力影响导致的疲劳损伤更为常见，塔设备在风吹过后自然形成的漩涡脱落导致设备表面受到周期性脉动，而塔的长径比一般较大，塔器高处受力发生振动，结构的振动进一步影响涡的脱落形态，最终形成风与塔体流固耦合的流致振动现象，涡的脱落频率接近塔器自身固有频率时，会出现锁频现象，并造成大幅度振动，一旦造成的损伤达到塔身的疲劳极限，设备局部甚至整体都会发生失效。
3.近年来，在化工设备大形化集约化的发展趋势下，塔器布置越来越紧密，同时随着硅和甲醇等产品的提纯精度要求不断提高，工艺中单塔生产的效果已经不满足要求，采用多级并联操作工艺的并排塔器被广泛应用。塔器是否可靠直接影响生产的安全稳定，而由于并排塔器相比单塔而言流致振动情况更为复杂，单塔设计理论无法适用，一旦导致实际生产中出现振动事故，损失会很严重，因此并排塔器如何减振是亟待解决的问题。

技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于塔器减振的v型翅片，避免塔器在风载荷下产生大幅振动，实现减振防振。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种用于塔器减振的v型翅片，若干个塔器并排设置组成并排塔器结构，每个并排塔器由若干个圆柱结构组成，并排塔器结构中，若相邻两个塔器圆心间距l与塔器直径d的比值≤1.3时，定义为小间距并排塔器结构；若相邻两个塔器圆心间距l与塔器直径d的比值＞1.3时，定义为大间距并排塔器结构，位于并排塔器结构下游端的塔器上安装有v型翅片，所述v型翅片均匀直接套接在塔器的外保温层上，所述v型翅片截面形状为“v”形截面；所述v型翅片位于塔器的上三分之一高度。
7.进一步的，所述v型翅片同一圆周上的翅片数为100、50或30个，翅片数为100的塔器上的相邻翅片之间角度为3.6
°
，翅片数为50的塔器上的相邻翅片之间角度为7.2
°
，翅片数为30的塔器上的相邻翅片之间角度为12
°
。
8.进一步的，风速ur》80时，采用30翅数的塔器，风速ur大于20小于80时采用100翅数的塔器。
9.进一步的，所述v型翅片的厚度为0.02d，d为塔器直径。
10.进一步的，所述v型翅片的节段长为50mm。
11.进一步的，所述v型翅片一体形成于空心圆柱壳体的外表面上，能够直接套接在塔器外表面。
12.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
13.1.本发明根据鲨鱼皮表面的盾鳞结构，设计一种模拟了鲨鱼皮肤盾鳞结构肋条以及肋条之间v型沟槽的微型翅片结构，v型结构在微型翅片的表面均匀布置。并且采用非光滑表面减阻技术简化设计方法设计出的v型翅片相比传统翅片的截面尺寸小，可以应用于多圆柱体系中，有助于加工和安装。
14.2.本发明v型翅片设计完成后直接套接在塔器的上三分之一高度，v型翅片的沟槽结构改变塔器表面剪切应力和气动力分布状态，极大地提升了塔器的起振速度，使其在设计流速范围内，实现振幅比原本安装传统翅片的塔器振幅减小，具有成本低，减振效果较好，易于推广的特点。
15.3.当间距比l/d＝1.3时，圆心角为3.6
°
的v型翅片减振效果显著，通过改变表面剪切应力和气动力分布，使分离点位置提前，抑制塔器的振动，可使上游圆柱振幅减小80％；圆心角为12
°
的v型翅片可使上游圆柱振幅减小75％。
16.当间距比l/d＝3.0时，圆心角为3.6
°
的v型翅片，圆心角为12
°
的v型翅片均对上游圆柱振幅起促进作用，但效果均好于传统翅片；相比来说圆心角为12
°
的v型翅片减振效果良好,通过破坏上游尾涡和自身涡脱的协同作用，在高流速下(ur≥80)时可使下游圆柱横风向振幅稳定减小约50％。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的圆心角a为3.6
°
的v型翅片结构示意图。
18.图2为本发明实施例提供的圆心角a为7.2
°
的v型翅片结构示意图。
19.图3为本发明实施例提供的圆心角a为12
°
的v型翅片结构示意图。
20.图4为本发明v型翅片安装效果示意图。
具体实施方式
21.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.见图4，本实施例提供一种用于塔器减振的v型翅片，若干个塔器并排设置组成并排塔器结构，每个并排塔器由若干个圆柱结构组成，并排塔器结构中，若相邻两个塔器圆心间距l与塔器直径d的比值≤1.3时，定义为小间距并排塔器结构；若相邻两个塔器圆心间距l与塔器直径d的比值＞1.3时，定义为大间距并排塔器结构，位于并排塔器结构下游端的塔器上安装有v型翅片，所述v型翅片均匀直接套接在塔器的外保温层上，v型翅片截面形状为“v”形截面；具体的，v型翅片一体形成于空心圆柱壳体的外表面上，能够直接套接在塔器外表面，v型是指附着在圆周表面的翅片间形成的小锯齿形状为v型。v型翅片位于塔器的上三
分之一高度。
23.v型翅片同一圆周上的翅片数为100、50或30个，翅片数为100的塔器上的相邻翅片之间角度为3.6
°
，见图1。
24.翅片数为50的塔器上的相邻翅片之间角度为7.2
°
，见图2。
25.翅片数为30的塔器上的相邻翅片之间角度为12
°
，见图3。
26.通过本发明技术方案，设计v型翅片结构，通过实验得到最优的结构和最佳安装位置，结合塔器结构参数，安装一定截面形状、高度的v型翅片，实现塔器的减振防振。具体的：
27.当间距比l/d＝1.3时，圆心角为3.6
°
的v型翅片减振效果显著，可使上游圆柱振幅减小80％；圆心角为12
°
的v型翅片可使上游圆柱振幅减小75％。两种尺寸v型翅片对下游圆柱的减振性能不明显，约为10％。
28.当间距比l/d＝3.0时，圆心角为3.6
°
的v型翅片，圆心角为12
°
的v型翅片均对上游圆柱振幅起促进作用，但效果均好于传统翅片；圆心角为3.6
°
的v型翅片对下游圆柱的减振效果不明显，仅在特定风速(u≈80)时使横风向振幅下降30％左右，相比来说圆心角为12
°
的v型翅片减振效果良好在高流速下(ur≥80)时使下游圆柱横风向振幅稳定减小约50％。
29.所加翅片的截面形状、厚度都会影响塔器的振幅。翅片的截面形状可以为v型、d型、梯型。经分析，v型截面的翅片为最优形状。本发明采用v型翅片。主要影响因素如下：
30.1.气动性的影响
31.v型翅片在多圆柱流致振动控制的主要机制是通过增大表面流体剪切应力，提前分离点位置，进而影响气动力分布，实现促振或抑振。小尺寸的v型翅片仅增加流体在圆柱表面的阻力，提前分离点，改变气动力分布，可有效地降低此类多圆柱结构的流致振动。但若v型翅片尺寸参数过大，其破涡能力增强，则上述机制不再适用。
32.2.排布密度和高度的影响
33.12
°
的v型翅片均表现出在较高风速下对振动的抑制作用，其振幅曲线呈现先上升，再趋于平稳，之后振幅下降并对风速不再敏感的特性。3.6
°
的翅片则在1.3d的间距下呈现出在中风速下较长的锁定区，在3.0d的间距下表现出更复杂的振动行为。综合来看，3.6
°
和12
°
的翅片展现出了两种不同的振动模式，而7.2
°
作为中等大小的翅片尺寸，兼具两者的振动特性。就对振幅的抑制作用而言，12
°
的翅片在中高风速(ur》80)减振效果明显，3.6
°
的翅片在1.3d间距下在中低风速时(20《ur《80)有减振效果。
34.最后需要指出的是：以上实例仅用以说明本发明的计算过程，而非对其限制。尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实例所记载的计算过程进行修改，或者对其中部分参数进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应计算方法的本质脱离本发明计算方法的精神和范围。
35.本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于塔器减振的v型翅片，若干个塔器并排设置组成并排塔器结构，每个并排塔器由若干个圆柱结构组成，并排塔器结构中，若相邻两个塔器圆心间距l与塔器直径d的比值≤1.3时，定义为小间距并排塔器结构；若相邻两个塔器圆心间距l与塔器直径d的比值＞1.3时，定义为大间距并排塔器结构，其特征在于，位于并排塔器结构下游端的塔器上安装有v型翅片，所述v型翅片均匀直接套接在塔器的外保温层上，所述v型翅片截面形状为“v”形截面；所述v型翅片位于塔器的上三分之一高度。2.根据权利要求1所述一种用于塔器减振的v型翅片，其特征在于，所述v型翅片同一圆周上的翅片数为100、50或30个，翅片数为100的塔器上的相邻翅片之间角度为3.6
°
，翅片数为50的塔器上的相邻翅片之间角度为7.2
°
，翅片数为30的塔器上的相邻翅片之间角度为12
°
。3.根据权利要求2所述一种用于塔器减振的v型翅片，其特征在于，风速ur>80时，采用30翅数的塔器，风速ur大于20小于80时采用100翅数的塔器。4.根据权利要求1所述一种用于塔器减振的v型翅片，其特征在于，所述v型翅片的厚度为0.02d，d为塔器直径。5.根据权利要求1所述一种用于塔器减振的v型翅片，其特征在于，所述v型翅片的节段长为50mm。6.根据权利要求1所述一种用于塔器减振的v型翅片，其特征在于，所述v型翅片一体形成于空心圆柱壳体的外表面上，能够直接套接在塔器外表面。

技术总结

本发明公开一种用于塔器减振的V型翅片，若干个塔器并排设置组成并排塔器结构，每个并排塔器由若干个圆柱结构组成，并排塔器结构中，若相邻两个塔器圆心间距L与塔器直径D的比值≤1.3时，定义为小间距并排塔器结构；若相邻两个塔器圆心间距L与塔器直径D的比值＞1.3时，定义为大间距并排塔器结构，位于并排塔器结构下游端的塔器上安装有V型翅片，所述V型翅片均匀直接套接在塔器的外保温层上，所述V型翅片截面形状为“V”形截面；所述V型翅片位于塔器的上三分之一高度。器的上三分之一高度。器的上三分之一高度。