Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.1003-1015
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1988
Damping information is required to analyse heat exchangers for flow-induced vibration. The most important energy dissipation mechanisms in heat exchanger tubes are related to the dynamic interaction between tube and support. In liquids, squeeze-film damping is dominat. Simple experiments were carried out of a two-span tube with one intermediate support to investigate the effects of tube-support parameters, such as: tube-support thickness, diametral clearance, tube eccentricity, tube span length, location of tube-support, and nature of dynamic interaction between tube and tube-support. The results show that squeeze-film damping is much larger for lateral-type motion than for rocking-type motion at the support. Eccentricity was found to be very important. Diametral clearance, support thickness and frequency are also very relevant. The effects of these parameters on squeeze-film damping are formulated and proposed in a semi-empirical expression.
Kang, Yong Seok;Lee, Kuk Hee;Kim, Hong Deok;Park, Jai Hak
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.4
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pp.168-173
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2015
A steam generator tubing is one of the main pressure boundary of the reactor coolant system in the nuclear power plants. Structural integrity refers to maintaining adequate margins against failure of the tubing. Burst pressure of a tube at tube support plate can be higher than that for a free-span tube because failure behaviors could be interfered from the tube support plate. Alternative repair criteria for out-diameter stress corrosion cracking indications in tubes to the drilled type tube support plate were developed, however, there are very limited information to the eggcrate type tube support plate. This paper discussed reinforcement effect of steam generator tube burst pressure with axial out-diameter stress corrosion cracking within an eggcrate type tube support plate. A series of tube burst tests were performed under the room temperature and it was found out that there is no significant but marginal effects.
Tubes in heat exchanger of fuel rods in reactor core are supported at intemediate point by support p0lates or springs. Current practice is, in case of heat exchanger, to allow clearance between tube and support plate for design and manufacturing consideration. And in case of fuel rod the clearance in support point can be generated due to the support spring force relaxation. Flow-induced vibration of a tube can cause it to impact or rub against support plate or against adjacent tubes and can result in fretting-wear. The tube-to- support dynamic interaction is used to relate experimental wear data from single-span test rigs to real multi-span heat exchanger configurations. The dynamic interaction cna be measured during experimental wear tests. However, the dynamic interaction is difficult to measure in real heat exchangers and, therefore, analytical techniques are required to estimate this interaction. This paper describels the nonlinear impact model of DAGS(Dynamic Analysis of Gapped Structure) code which simulates the tube response to external sinusodial or step excitation and predicts tube motion and tube-to-support dynamic interaction. Three experimental measurements-two single span rods excited by sinusodial force and a two span rod impacted by a steel ball are compared from the simulation nonlinear model of DAGS code. The simulation results from DAGS code are in good agreement with measurements. Therefore, the developed model of DAGS code is good analytical tool for estimating tube-to-support dynamic interaction in real heat exchangers.
The structural integrity of tube bundles represents a major concern when dealing with high risk industries, such as nuclear steam generators, where the rupture of a tube or tubes will lead to the undesired mixing of the primary and secondary fluids. Flow-induced vibration is one of the major concerns that could compromise the structural integrity. The vibration is caused by fluid flow excitation. While there are several excitation mechanisms that could contribute to these vibrations, fluidelastic instability is generally regarded as the most severe. When this mechanism prevails, it could cause serious damage to tube arrays in a very short period of time. The tubes are therefore stiffened by means of supports to avoid these vibrations. To accommodate the thermal expansion of the tube, as well as to facilitate the installation of these tube bundles, clearances are allowed between the tubes and their supports. Progressive tube wear and chemical cleaning gradually increases the clearances between the tubes and their supports, which can lead to more frequent and severe tube/support impact and rubbing. These increased impacts can lead to tube damage due to fatigue and/or wear at the support locations. This paper presents simulations of a loosely supported multi-span U-bend tube subjected to turbulence and fluidelastic instability forces. The mathematical model for the loosely-supported tubes and the fluidelastic instability model is presented. The model is then utilized to simulate the nonlinear response of a U-bend tube with flat bar supports subjected to cross-flow. The effect of the support clearance as well as the support offset are investigated. Special attention is given to the tube/support interaction parameters that affect wear, such as impact and normal work rate.
Flow-induced vibration in heat exchanger (or fuel rod) in nuclar power plant can cause dynamic interactions between tubes and tube supports resulting in fretting-wear. To increase the reliability and design life of heat exchanger components, design criteria that establish acceptable limits of vibration and minimize fretting wear are necessary. The fretting-wear rate is dependent upon material combination, contact configuration, environmental conditions and tube-to tube support dynamic interaction. It is demostrated that the fretting -wear rate correlates well with tube-to-support contact force or work rate. The tube-to-support dynamic interaction, which consists of dynamic contact forces and tube motion, is used to relate single-span wear data to real heat exchanger configurations consisting of multi-span tube bundles. This paper describes the test facility to measure tube-to-support dynamic impact force and reports its dynamic characteristics through the four impact tests - a force transduces independent and external impact tests, central ring inside impact test and additional cylinder impact test. Through the tests the impact parameter change dependent upon the material difference of impacting ball is studied, and the impact parameters of Force Transducer Assembly components are measured. And also the dynamic behavior of Force Transducer Assembly is analyzed. The force measurement technique herein is shown to provide a reasonable measure of dynamic contact forces.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.402-403
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2014
Damping of multi-span tube with loose supports according to the finite support clearances is investigated through the experimental modal analysis. Loose intermediate support leads to strong nonlinearity in tube dynamics, provides statistical nature, and increases tube damping through impacting and friction at the supports. Fraction of critical damping was estimated by the modal curve fitting to parameter estimation from the measured frequency response functions. Magnitude of random excitation force, which can reproduce the in-situ excitation in operating environment, was maintained as constant value with a fine tolerance during vibration testing. Range of input force was carefully selected to cover from the low magnitude excitation for linearly behaved tube motion to high magnitude of force for nonlinearly-behaved tube motion. Estimated critical damping ratio shows scatters in data and tends to increase as the magnitude of rising force and decrease with upward frequency variation. Larger size of support gap increases multi-span tube damping for high magnitude of excitation.
When the tube contacted to support and antivibration bar of the steam generator in unclear power plant, the contact area is worn out by their relative displacement. In the study, wear depths of the tube inclined to tube support and antivibration bar are approximately predicted by a method using the contact load and relative displacement. In the case of the inclined contact, the results show wear depths of the steam generator tube predicted by the impact model are larger than those by the sliding model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.1
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pp.200-214
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1993
This paper presents the results of fluidelastic instability analysis performed for the U-tube bundle of a Westinghouse model 51 steam generator, one of the recirculating types designed at an early stage, in which the principal region of external cross-flow is associated with the U-bend portion of tube. The prerequisites for this analysis are detailed informations of the secondary side flow conditions in the steam generator and the free vibration behaviours of the U-tubes. In this study, the three-dimensional two-phase flow field in the steam generator has been calculated employing the ATHOS3 steam generator two-phase flow code and the ANSYS engineering analysis code has been used to calculate the free vibration responses of specific U tubes under consideration. The assessment of the potential instability for the suspect U-tubes, which is the final analysis process of the present work, has been accomplished by combining the secondary side velocity and density distributions obtained from the ATHOS3 prediction with the relative modal displacement and natural frequency data calculated using the ANSYS code. The damping of tubes in two-phase flow has been deduced from the existing experimental data by taking into account the secondary side void fraction effect. In operation of the steam generator, the tube support conditions at the tube-to-tube support plate intersections due to either tube denting degradation or deposition of tube support plate corrosion products or ingression of dregs. Thus, various hypothetical cases regarding the tube support conditions at the tube-to-tube support plate intersections have been considered to investigate the clamped support effects on the forced vibration response of the tube. Also, the effect of anti-vibration bars support in the curved portion of tube has been examined.
Kim, Yong-Kwon;Park, Ik-Keun;Park, Sae-Jun;Ahn, Yeon-Shik;Gil, Doo-Song
Journal of Welding and Joining
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v.30
no.6
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pp.36-41
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2012
General condensers consist of many tubes supported by tube sheets and support plates to prevent the deflection of the condenser tubes. When a fluid at high pressure and temperature runs over the tubes for the purpose of transferring heat from one medium to another, the tubes vibrate and their surface comes into contact with the support plates. This vibration causes damage to the tubes, such as cracks and wear. We propose an ultrasonic guided wave technique to detect the above problems in the support plate region. In the proposed method, the ultrasonic guided wave mode, L(0,1), is excited using an internal transducer probe from a single position at the end of the tube. In this paper, we present a preliminary experimental verification using a super stainless tube and show that the defects can be discriminated from the support signals in the support region.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.06a
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pp.81-88
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2001
To study the influence of the shape of contacting bodies (especially the end profile) on slip regime, wear test is conducted in the case of the contact between tube and support. Two different end profiles of the support are used such as truncated wedge and rounded punch. During the test, 10, 30 and 50 N are applied as normal force and slip displacement varies between 10-200 $\mu\textrm{m}$. The tube and the support specimens are made of Zircaloy-4 and a specially designed wear tester is used. Tests are carried out in air at room temperature. Wear on the tube is examined by measuring microscope. Partial and gross slip regimes are classified from the observed wear shape. Surface roughness tester is also used to measure the wear depth and contour, from which wear volume is evaluated. The transition from partial to gross slip is also investigated by investigating the considerable increase of wear volume. From the result, the boundary between the partial and the gross slip is newly determined in the conventional fretting map for the present specific contact configuration. Since the transition is related with the amount of energy dissipation from the contact surface so is wear, it is regarded that wear can be restrained by designing a proper shape of support.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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