58 Вопрос
Рассмотрим случай, когда трубная решетка, не деформируясь, перемещается параллельно своему первоначальному состоянию. Будем полагать, что температура кожуха tК равномерно распределена по длине и сечению аппарата, а температура теплообменных труб постоянна и равна tТ.
Поскольку кожух теплообменных аппаратов обычно теплоизолирован, в расчетах примем tK равной средней температуре продукта, находящегося в межтрубном пространстве. В этом случае температура стенки трубы
,
(12.4)
Если аппарат изготовлен при температуре t0, причем кожух и каждая из теплообменных труб не имеют после сборки остаточных осевых напряжений, то при нагревании до температур tK и tТ удлинения кожуха и трубы составят (рис. 12.17).
,
(12.5)
,
(12.6)
Сжатие
кожуха вызывает появление осевой силы
Qк,
Н/м (на единицу длины окружности кожуха).
Связь между
и Qк
имеет вид
,
(12.7)
Соотношение
между
и осевой силой в трубе Nт
имеет вид
,
(12.8)
,
(12.9)
,
(12.10)
,
(12.11)
Зная
Qк
и Nт
можно определить температурные
напряжения в кожухе
и трубах
,
(12.12)
,
(12.13)
изнутри теплообменной трубы в ней возникают окружные напряжения
(12.14)
осевая деформация
,
(12.15)
Действие давления в межтрубном пространстве приводит к возникновению кольцевых напряжений в обечайке кожуха
(12.16)
и
осевой
деформации кожуха
.
(12.17)
Условие
совместности деформаций кожуха
и труб при
действии только давления имеет вид
(рис. 12.18)
.
(12.18)
59 Вопрос
На
основании анализа теплообменников
жесткой конструкции был разработан
упрощенный метод расчета основных
элементов теплообменного аппарата
(ОСТ 26−1185−81).
Такой расчет выполняют для аппаратов,
предназначенных для работы под давлением
не более 6,4 МПа и перепаде температур
труб и кожуха не более 40°С. Данный расчет
можно применять при выполнении условия
(где
−
толщина трубной решетки, м) и отсутствии
дополнительных требований к жесткости
трубной решетки.
Для теплообменных аппаратов с неподвижными трубными решетками, компенсатором или расширителем на кожухе исполнительная толщина трубной решетки определяется по формуле
,
(12.28)
;
.
Для аппарата с U-образными трубами, плавающей головкой и компенсатором на плавающей головке исполнительная толщина трубной решетки равна
,
(12.29)
Расчетная толщина трубной решетки должна обеспечивать возможность крепления труб в решетке, и во всех случаях
,
(12.30)
Для аппаратов, многоходовых по трубному пространству, исполнительная толщина трубной решетки в сечении канавки определяется по формуле
,
(12.31)
Условие прочности кожуха в месте присоединения к решетке имеет вид
,
(12.32)
Если
0,
то кожух проверяют на устойчивость по
ГОСТ 14249−89. Теплообменные
трубы, сжатые
(растянутые) силой
,
рассчитывают
на прочность по
условию
,
(12.33)
Если 0, то трубы проверяют на устойчивость по условию
,
(12.34)
Условие прочности крепления труб в трубной решетке имеет вид
,
(12.35)
Для развальцованных труб
,
(12.36)
Для труб, соединенных с решеткой сваркой
,
(12.37)
Для труб, соединенных с решеткой сваркой с развальцовкой
.
(12.38)
Прочность перфорированной части трубной решетки проверяют по условию
,
Условие
прочности трубной решетки в месте
соединения с кожухом
имеет вид
,