风致诱导振动

高鸿海， 姜锦玲 塔振动与卡曼旋涡的解决办法 .英文刊名： GANSU SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)： 2005,21(6)
郑津洋.董其伍.桑芝富.过程设备设计.第三版
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结束
谢谢！
二、塔设备的振动
顺风向振动
两种
横向振动 （风致诱导振动）
三、风致诱导振动机理 （1）诱导振动的流体力学原理（卡曼漩涡）
风速与风压的变化
风速： 迎风侧：B点风速为0，B到C风速不断增加； 背风侧：C到F风速不断减小 风压： 与风速正好相反，B点最高，B到C风压不 断降低；C点到F点，其压力不断升高
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漩涡的交替产生和脱落
在出现卡曼涡街时，由于塔体两侧旋涡的交替产生和脱落，在塔两侧的流体 阻力是不相同的，并呈周期性的变化。 在阻力大的一侧，即漩涡形成并长大的一侧扰流较差，流速下降，静压强较 高； 而阻力小的一侧，即漩涡脱落的一侧，绕流改善，速度较快，静压力较低， 因而，阻力大（静压强高）的一侧产生一垂直于风向的推力。 当一侧漩涡脱落后，另一沿风向的垂直方向产生振动，称之为横向振动。显 然，其振动的频率就等于旋涡形成或脱落的频率。
课题
塔设备的风致诱导振动பைடு நூலகம்理及工
程防振措施
一、团队分工介绍
组长：李辉 PPT制作：许静 PPT顾问：陈聪 PPT优化：邹远辉、彭志权 资料收集： 振动机理部分：李辉、陈聪、黄佳平、 曹奇敏、曾世荣 防振措施部分：鲁钊、江生林、张建
Content
一、团队分工介绍
二、塔设备的振动 三、风致诱导振动机理 四、塔设备的防振措施 五、参考文献
合理的布置塔体上的管道、平台 或者扶梯和其他的连接件可以消除或 破坏卡曼漩涡的形成。 在沿塔体周围焊接一些螺旋形版 可以消除漩涡的形成或改变漩涡脱落 的方式，进而达到消除过大振动的目 的。（例如在塔的上部，塔高的范围 内安装轴向翅片或螺旋型翅片的扰流 器，可影响卡曼旋涡的形成，以减缓 或防止塔的共振。）
卡曼涡旋的产生条件：
旋涡特性与雷诺数Re有密切的关系，但只有在 雷诺数达到一定程度时才会形成卡曼涡街。 (1)Re<5时，无旋涡产生；
（2)5≤Re<40时，背风侧出现一对稳定的旋涡；
（3)40≤Re<150时,塔体背后一侧先形成一个漩涡，在他从塔体脱落并向下游 移动时，塔体背后的另一侧的对称位置处形成一个旋转方向相反的漩涡。以此
边界层的堆积
在塔前半周（A到B），
边界层内流速下降，层外主流体速度增加 在塔后半周（B到D），主流体本身不断减速
层内流体向主流体获得能量，速度不降
层内流体不能从主流体获得能量，速度下降
C点出现边界层流体的增厚并堆积
漩涡的形成
外层主流的流体绕过堆积的边界层， 使堆积的边界层背后形成一流体的空白 区； 在逆向压强梯度的作用下，流体倒 流至空白区，并推开堆积层的流体，在 塔体的背后就形成了漩涡，这样的漩涡 通常称为卡曼漩涡。
风速风压
Re
卡曼漩涡 (漩涡形成、漩涡脱落）
堆积层
关键参数
振动
控 制
升力、激振频率、临界风速
（2）升力
由于漩涡交替产生及脱落而在沿风向的垂直方向产生的推力
成为升力。风在沿风向产生的风力成为拽力，通常升力要比拽力大得多。
FL CL A / 2
2
（3）激振频率
在塔的一侧，卡曼漩涡是以一定的频率产生并从圆柱形塔体表面脱落 的，该频率即为塔一侧横向力F作用的频率或塔体的激振频率。由研究表 明，对于单个圆柱体，其漩涡脱落的频率与圆柱体的直径及风速有关。
当然还有最笨的办法就是用钢索固定，但这种方法总是受到场地的限 制，一般不会采用。
五、参考文献
元少昀.段瑞.塔器、烟囱等高耸结构风诱导共振的判定准则及振动分 析的相关问题[期刊论文]-石油化工设备技术2010,31(1) 高文彦 .化工装置中塔器的风诱导振动.英文刊名： PROCESS EQUIPMENT & PIPING年，卷(期)： 2001,38(5)
由于直立高耸设备安装就位后的裸 塔极易发生振动,给装置的安全运行带来 隐患。所以必须采取一定的防振措施。
1、增大塔的固有频率
降低塔高，增大内径，可降低塔的高 径比，增大塔的固有频率或提高临界风速， 但这必须在工艺条件许可的情况下进行； 增加塔的厚度也可有效的提高固有频 率，但这样会增加塔的成本。
2、采用扰流装置
（4）临界风速
作用在塔体上的升力是交变的，因为升力的频率与漩涡脱落的频率相同， 所以当旋涡脱落的频率与它的任意振型的固有频率一致时，塔就会产生共振。
fv Sr

D
思考：
如何防振
？
四、塔设备的防振措施
如果塔设备产生共振，轻者使塔产 生严重弯曲、倾斜，塔板效率下降，影 响塔设备的正常操作，重者使塔设备导 致严重破坏，造成事故。
3、增大塔的阻尼
增加塔的阻尼对控制塔的振动起着很大的作用。
当阻尼增加时塔的振幅会明显下降。当阻尼增加到一定数值后， 振动会完全消失。塔盘上的液体或塔内的填料都是有效的阻尼物。
研究表明，塔盘上的液体可以将振幅减小10%左右。
4、设计时振动分析
而实际上，最经济与最有效的防振措施乃是在设计阶段认真地对 塔设备进行振动分析。在进行工程结构设计时，事先估计到卡曼旋涡 诱发振动的可能性，将有助于我们避免恶性事故的发生。
循环，这些漩涡在尾流中有规律地交错排列成两行 ，此现象称为卡曼涡街。
(4)300≤Re<3×10 时，进入亚临界区，卡门涡街，塔体产生周期性振动；
(5)3×10≤Re<3.5×10，进入过渡区，旋涡脱落不规则，卡门涡街消失； (6)3.5×10 <Re时，进入超临界区，卡门涡街重新出现，又出现周期性振动。