气相换热器壳程振动特性分析与结构优化

来源：中国农机化学报杂志2025年第8期北京时间：

作者：李俊鹏, 万霖, 车刚, 刘季君, 黄宇佳, 郑宇

单位：（1. 黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆，163319； 2. 黑龙江省农机智能装备重点实验室，黑龙江大庆，163319； 3. 黑龙江省北大荒米业集团有限公司，哈尔滨市，150090）

摘要：针对管壳式换热器在运行中受到壳程振动的影响导致稳定性差等问题，开展壳程振动特性分析，并以提高低阶固有频率为目标优化机具结构。借助ANSYS Workbench 对换热器壳程的工作状态进行振动动力学分析和结构优化，使用模态分析确定换热器壳程的前6阶模态振型和固有频率，并通过台架试验验证得出5处振动测点的加速度曲线，从而确定易发生共振的频率范围。建立机具振动力学模型，通过JM1811无线网关验证仿真模型的准确性并提出机具结构优化方案。研究结果显示：仿真结果与实际振动测试数据相对误差为6.16%，换热器壳程部分是造成机具振动剧烈的主要原因，运载状态下整体振动幅值要高于空载工况；实测振动频率为72 Hz，接近机具第二阶固有频率范围。采用正交试验对机构进行优化，得到最佳参数组合：壳程厚度为10 mm，壳程直径为630 mm，阻尼器安装距离为1 700 mm。优化后机具前两阶固有频率提升至47.60 Hz和82.13 Hz；振动测试结果表明，空载工况下，壳程装置（测点3）振动幅度下降18.5%，两装置连接处（测点5）振动幅度下降14.0%；运载工况下，壳程装置（测点3）振动幅度下降15.1%。研究结果可为管壳式换热器壳程减振措施的研究提供理论依据。

关键词：管壳式换热器,模态分析,结构优化,振动特性

基金资助：黑龙江省自然科学基金项目（LH2022E098）；国家重点研发计划项目（2021YFD2100901）