CN114233783A - 一种用于塔器减振的d形翅片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于塔器减振的D形翅片，包括螺旋结构翅片和连接件，每三个螺旋结构翅片的顶部、中部、底部均连接有一个连接件形成有螺旋形结构的D形翅片；所述D形翅片结构通过连接件环向等间距的焊接在塔器外保温层；从上往下看，每个D形翅片中的三个螺旋结构翅片呈120°排列。本发明适用于工程应用，并非破坏塔器边界层的旋涡脱落，而是将大尺度涡破碎成小尺度涡，破坏原有塔器表面流体流动状态，迫使流体改变原有的旋涡脱落模式，进而抑制流体对塔体产生的振动效果，具有易加工、易安装、减振效果显著、易于推广的特点。
Description
技术领域
本发明涉及石油、化工和制药领域中应用在塔器承受风载荷的减振防振装置，特别是涉及一种塔器用防振D形翅片。
背景技术
塔式容器是石化等行业中应用的重要设备之一，是各种常见的单元操作中发生气液、液液两相传质和能量交换的主要场所。各种塔器一般体积和高度比较大，多数在露天条件下安装和使用，因此塔器在除自身载荷之外还需要承受风载荷的频繁影响。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。
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。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种串列塔器用防振D形翅片，避免塔器在风载荷下产生大幅振动，实现减振防振。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于塔器减振的D形翅片，包括螺旋结构翅片和连接件，每三个螺旋结构翅片的顶部、中部、底部均连接有一个连接件形成有螺旋形结构的D形翅片；所述D形翅片结构通过连接件环向等间距的焊接在塔器外保温层；从上往下看，每个D形翅片中的三个螺旋结构翅片呈120°排列。
进一步的，螺旋结构翅片的截面形状为“D”形截面。
进一步的，D形翅片设置于塔器的上三分之一高度。
进一步的，D形翅片的高度为0.1D-0.2D，D为塔器直径。
进一步的，每个D形翅片上螺旋结构翅片之间的螺距为5D-20D，D为塔器直径。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明用于塔器减振的D形翅片设计完成后通过连接件直接焊接在塔器上端位置，改变塔器周围流体流动状态，在同样的风速下，实现振幅比原本塔器振幅减小95.7％，几乎完全抑制了塔器横向振动，这种方式减振效果较好，经济性也有保障。
2.本发明适用于工程应用，并非破坏塔器边界层的旋涡脱落，而是将大尺度涡破碎成小尺度涡，破坏原有塔器表面流体流动状态，迫使流体改变原有的旋涡脱落模式，进而抑制流体对塔体产生的振动效果，具有易加工、易安装、减振效果显著、易于推广的特点。
附图说明
图1a和图1b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.1D/螺距p＝5D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图2a和图2b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.15D/螺距p＝5D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图3a和图3b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.20D/螺距p＝5D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图4a和图4b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.1D/螺距p＝10D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图5a和图5b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.15D/螺距p＝10D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图6a和图6b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.2D/螺距p＝10D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图7a和图7b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.1D/螺距p＝20D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图8a和图8b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.15D/螺距p＝20D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图9a和图9b分别为本发明实施例提供的厚度h＝0.2D/螺距p＝20D的D形翅片的正视及俯视结构示意图。
图10a和图10b分别为本发明实施例提供的渐开线形截面翅片的正视及俯视结构示意图。
图11a和图11b分别为本发明实施例提供的方形截面翅片的正视及俯视结构示意图。
具体实施方式
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有并排塔器实际工程问题，本发明提供了一种塔器用防振D形翅片，包括螺旋结构翅片1和连接件2，每三个螺旋结构翅片1的顶部、中部、底部均连接有一个连接件2形成有螺旋形结构的D形翅片；D形翅片结构通过连接件环向等间距的焊接在塔器外保温层；从上往下看，每个D形翅片中的三个螺旋结构翅片呈120°排列。
本发明是在塔器上端部分安装有一定截面形状、高度、螺距的D形翅片。翅片的截面形状不同效果不同，综合比较，D形截面的螺旋结构翅片为最佳翅片。
所加翅片的截面形状、厚度、螺距都会影响塔器的振幅。翅片的截面形状可以为渐开线形、D形、方形。经分析，D形截面的翅片为最优形状。本发明采用D形的螺旋结构翅片。厚度可以在0.1D-0.2D之间变化，螺距可以在10D-20D之间变化，D为塔器筒体直径。
主要影响因素如下：
1.形状系数的影响
如图1a至图9b所示，翅片截面形状为D形：如图10a和图10b所示，翅片截面形状为渐开线形：如图11a和图11b所示，翅片截面形状为方形。
经实验数据分析，并排塔器在小约化速度下最优截面形状为D形，由于翅片的导流，气体从D形螺旋结构翅片的沟槽通过。比较分析，截面形状为D形的翅片能够改变流动状态，干扰边界层的脱离，沟槽的作用是把迎面流的气体分散，使得旋涡脱落的涡结构改变，边界层的分离拖延，使得筒体上下压差减小，升力减小，振幅变小。因此在小约化速度下，D形的翅片减阻效果更好。
2.结构参数的影响
翅片厚度对D形翅片的减振效果影响较大，安装本发明的塔器振幅均明显下降，小间距下，未安装本发明上游塔器最大振幅为1.3D，下游塔器最大振幅为0.44D，安装本发明上游塔器的最大振幅减小到0.28D，下游塔器的最大振幅减小到0.34D，此间距下的塔器需要在更大的约化速度下才开始发生涡激振动，推荐用厚度h＝0.1D的截面形状为D形的翅片。当两个塔器之间的距离超过5倍直径时，此时最优的结构参数为0.2D，综之，小间距下推荐的结构参数为0.1D，螺距影响不大，取中间值10D，大间距下，主要影响因素为上游塔器对下游塔器的尾流驰振，翅片的尺寸越大，破涡效果越好，因此推荐的结构尺寸高度h＝0.2D、螺距p＝20D的D形翅片。
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。
Claims (5)
1.一种用于塔器减振的D形翅片，其特征在于，包括螺旋结构翅片(1)和连接件(2)，每三个螺旋结构翅片(1)的顶部、中部、底部均连接有一个连接件(2)形成有螺旋形结构的D形翅片；所述D形翅片结构通过连接件(2)环向等间距的焊接在塔器外保温层；从上往下看，每个D形翅片中的三个螺旋结构翅片(1)呈120°排列。
2.根据权利要求1所述一种用于塔器减振的D形翅片，其特征在于，螺旋结构翅片(1)的截面形状为“D”形截面。
3.根据权利要求1所述一种用于塔器减振的D形翅片，其特征在于，D形翅片设置于塔器的上三分之一高度。
4.根据权利要求1所述一种用于塔器减振的D形翅片，其特征在于，D形翅片的高度为0.1D-0.2D，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D形翅片，其特征在于，每个D形翅片上螺旋结构翅片(1)之间的螺距为5D-20D，D为塔器直径。
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