1 Перевіряємо умову міцності корпуса і труб.

(1)

(2)

Визначаємо температурні зусилля.

(3)

де α_T, α_К - коефіцієнт лінійного подовження відповідно для матеріалів кожуха і труб, 1/°С.

t_T,t_К - температура відповідно до труб і кожуха, °С.

Е_К, Е_T - модуль пружності відповідно для матеріалу кожуха труб, МПа.

Р_К, Р_Т - площа поперечного перетину відповідно кожуха і труб, мм².

1. Визначаємо площу поперечного перетину кожуха і труб.

(4)

де S – товщина cтінки апарата, мм.

Д_сер - середній діаметр апарата, мм.

(5)

де d₃ - зовнішній діаметр труб, мм.

п - кількість труб, шт.

d_вн - внутрішній діаметр труб, мм.

1.1.2 Визначаємо коефіцієнт лінійного подовження і модуля пружності матеріалів кожуха і труб.

α_T =16,6 · 10 ^-6 1/°С [2,101]

α_К =11,9 · 10 ^-61/°С [2,101]

Е_т =1,98 · 10⁵ МПа [1,41]

Е_к =1,99 · 10⁵ МПа [1,41]

Так як напруження в корпусі незначні, то вибираємо теплообмінник жорсткого типу.

2 Визначення способу з'єднання труб з трубною решіткою.

2.1 Визначаємо зусилля на одну трубу.

q = q_Т + q_К, (6)

де q_Т - зусилля від температури на одну трубу, Н.

q_К - зусилля від тиску на одну трубу, Н

2.1.1 Визначаємо зусилля від температури на одну трубу.

(7)

2.1.2 Визначаємо зусилля від тиску на одну трубу.

(8)

де Q_Р - зусилля від тиска, Н.

(9)

Визначаємо зусилля на трубу від температури і тиску по формулі (6)

Q=

2.2 Перевіряємо з'єднання труб з трубною решіткою развальцовкою

2.2.1 Визначаємо напруження для з'єднання труб з трубною решіткою развальцовкою.

(10)

де d₃ - зовнішній діаметр труби, мм.

q - загальне зусилля на трубу від температури і тиску, Н.

[σ] - допустиме зусилля, Н/мм.

[σ] = 4Н/мм.

≥ 4 Н/мм

З'єднання развальцовкою

2.3 Перевіряємо умову з'єднання труб з трубною решіткою зварюванням.

Умова міцності зварювального шва:

(11)

де Δ - катет зварювального шва, мм.

S - товщина труб, мм.

φ - коефіцієнт міцності зварювального шва.

С - додаток на корозію, мм.

2.3.1 Визначаємо додаток на корозію за термін роботи апарата.

C=C₁+C₂ (12)

де С₁ - швидкість корозії, мм/рік.

С₂ - мінусове відхилення товщини листа, мм.

С =

<80МПа

З'єднання труб з трубною решіткою виконуємо зварюванням.

3 Визначаємо товщину трубної решітки.

3.1 Визначаємо товщину трубної решітки за двома формулами і приймаємо більше значення.

(13)

(14)

де С_М, С_Т, - безрозмірні коефіцієнти.

[σ] - допустиме напруження для матеріалу корпуса, МПа.

ψ - коефіцієнт ослаблення решітки отворами.

, (15)

де ρ- відношення жорсткості труб до жорсткості кожуха.

(16)

де S - товщина корпуса, мм.

Визначаємо коефіцієнти

Визначаємо коефіцієнт ослаблення решітки отворами

(17)

де t- крок між отворами, мм.

d - діаметр отвору, мм.

По формулам (13) та (14) визначаємо товщину трубної решітки

К₁=0,6

(18)

Приймаємо товщину трубної решітки S_гр = мм.

Якщо з обох сторін знаходиться агресивне середовище, то необхідно врахувати двосторонній додаток на корозію.