5. 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 габаритных размеров 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.

Рис. 2. Способы разбивки трубок:

а – шахматная; б – треугольная; в – коридорная; г – квадратная;

д – по концентрическим окружностям; е – радиальная

В практике проектирования аппаратов часто пользуются относительным шагом, т.е. 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 (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 (табл. 8).

, м. (44)

Рис. 3. Размещение трубок в трубной решетке

трубчатого подогревателя:

а – по вершинам равносторонних треугольников;

б – по концентрическим окружностям

Таблица 8

Количество труб в аппарате при размещении в трубной решетке по вершинам

равносторонних треугольников и концентрическим окружностям

Число труб на диаметре	Количество труб в шестиугольнике	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)