2.7 Основные геометрические характеристики кожухотрубных теплообменных аппаратов.

5.1. Расчетная поверхность теплообмена:

, м², (42)

где - наружный диаметр трубок, м;

- расчетная длина трубок, м;

- расчетное количество трубок, шт.

5.2. Полная длина прямой трубки определяется с учетом наличия промежуточных перегородок и толщины трубных досок:

, м, (43)

где - количество промежуточных перегородок, шт;

- толщина промежуточной перегородки, м;

- участок трубки в трубной доске, равный толщине трубной доски, м.

5.3. Размещение трубок в трубном пучке определяется способом и шагом разбивки.

Шагом разбивки называется расстояние между осями соседних трубок. Уменьшение шага ведет к сокращению габаритов аппарата, но лимитируется прочностью трубных досок и величиной гидравлического сопротивления трубного пучка.

Различают следующие способы разбивки трубок в трубном пучке (рис. 2): шахматная и ее частный случай - треугольная, коридорная и ее частный случай – квадратная, радиальная разбивка по концентрическим окружностям.

В практике проектирования аппаратов часто пользуются относительным шагом, то есть отношением шага разбивки к наружному диаметру трубки, . При применяемых в настоящее время способах крепления трубок в трубных досках значение .

Треугольная разбивка является наиболее распространенной. При треугольной разбивке оси соседних трубок размещаются в вершинах

равностороннего треугольника со стороной, равной шагу , а при квадратной разбивке оси трубок размещаются в вершинах квадрата со стороной . Элементарная площадка трубной доски, приходящаяся на одну трубку, составляет при треугольной разбивке , а при квадратной . Из сравнения этих выражений видно, что при одинаковом шаге на одной и той же площади трубной доски при треугольной разбивке можно разместить на 15,5 % больше трубок, чем при квадратной.

Треугольная разбивка при цилиндрическом корпусе аппарата и круглой трубной доске приводит к расстановке трубок в трубной доске внутри правильного шестиугольника (см. рис. 3). Внутри каждого такого шестиугольника в зависимости от расчетного числа трубок и от величины выбранного шага можно расположить вполне определенное число отверстий под трубки определенным числом отверстий на диаметре , описанной вокруг шестиугольника окружности (см. табл. 8).

, м. (44)

Рис. 3. Размещение трубок в трубной решетке

трубчатого подогревателя

а) – по вершинам равносторонних треугольников;

б) – по концентрическим окружностям

Количество труб в аппарате при размещении в трубной решетке

по вершинам равносторонних треугольников

и концентрическим окружностям

Таблица 8

Число труб на диаметре	Количество труб в шестиу-гольнике	Размещение по вершинам равносторонних треугольников					Размещение по концентрическим окружностям
		Количество труб в сегментах				Полное число труб
		В одном сегменте			Всего		Число труб на наружной окружности	Полное число труб
		1-й ряд	2-й ряд	3-й ряд
3	7	-	-	-	-	7	6	7
5	19	-	-	-	-	19	12	19
7	37	-	-	-	-	37	18	37
9	61	-	-	-	-	61	25	62
11	91	-	-	-	-	91	31	93
13	127	-	-	-	-	127	37	130
15	169	3	-	-	18	187	43	173
17	217	4	-	-	24	241	50	223
19	271	5	-	-	30	301	56	279
21	331	6	-	-	36	367	62	341
23	397	7	-	-	42	439	69	410
25	469	8	-	-	48	517	75	485
27	547	9	2	-	66	613	81	566
29	631	10	5	-	90	721	87	653
31	721	11	6	-	102	823	94	747
33	817	12	7	-	114	931	100	847
35	919	13	8	-	126	1045	106	953
37	1027	14	9	-	138	1165	113	1066
39	1141	15	12	-	162	1303	119	1185
41	1261	16	13	4	198	1459	125	1310
43	1387	17	14	7	228	1615	131	1441
45	1519	18	15	8	246	1765	138	1579
47	1657	19	16	9	264	1921	144	1723

В свободных сегментах между шестиугольником и описанной окружностью могут быть дополнительно расположены отверстия.

Площадь трубной доски не может полностью использоваться для размещения трубок, поскольку необходимо иметь свободное пространство на трубной доске для установки анкерных связей и перегородок в водяных камерах, направляющих щитов и других элементов конструкции. Поэтому действительное число трубок , установленное в аппарате, может не совпадать с .

5.4. Внутренний диаметр корпуса теплообменника определяют как:

, м, (45)

где - кольцевой зазор, отсчитываемый от наибольшего размера трубного пучка, зависит от конструкции теплообменника. Ориентировочно мм.

Расчетное значение внутреннего диаметра кожуха округляют до ближайшего стандартного размера 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200 и т.д. до 4000 мм. Если цилиндрические кожухи изготавливают из стальных труб, то наружные диаметры выбирают из следующего ряда: 159, 219, 273, 325, 377, 426, 480, 530, 720, 820, 920 и 1020 мм.

5.5. Толщину трубной решетки принимают из условий развальцовки труб: для стальной , мм, для латунной , мм. Толщина трубной решетки проверяется расчетом на прочность с учетом ослабления ее отверстиями и способа размещения труб.

5.6. Перегородки в межтрубном пространстве изменяют направление движения теплоносителя так, что наружная поверхность труб омывается преимущественно в поперечном направлении. При заданной скорости теплоносителя в межтрубном пространстве, площадь сечения для прохода теплоносителя:

, м², (46)

где - расход теплоносителя в межтрубном пространстве, кг/с;

- плотность теплоносителя, кг/м³.

Для теплообменников без перегородок, площадь живого сечения межтрубного пространства определяют по формуле

, м². (47)

Если , то межтрубное пространство разделяют перегородками на число ходов . Число ходов в межтрубном пространстве рекомендуется принимать из ряда 1, 2, 3, 4, 6. Для теплообменника, у которого межтрубное пространство разделено на ходов поперечными сегментными перегородками, приведенное сечение

, м²; (48)

где - расстояние между сегментными перегородками, м;

- коэффициент, учитывающий сужение живого сечения межтрубного пространства, ;

- эквивалентная длина пути теплоносителя ;

- расстояние от края сегментной перегородки до корпуса аппарата, .

Расстояние между сегментными перегородками определяют по формуле:

, м. (49)