МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

ЖЕСТКОЙ КОНСТРУКЦИИ

Данные для расчета: внутренний диаметр кожуха – D_К= мм; толщина стенки кожуха – S_К= мм; длина труб – l= мм; размер труб – Ø2 × мм; число труб в пучке – n= шт; шаг труб - t= мм; давление: в трубном пространстве – р_Т= МПа, в межтрубном пространстве (в кожухе) – р_М= МПа; температура: в кожухе – t_К= ^оС, в трубах – t_Т= ^оС; материалы кожуха и труб – сталь марки ; диаметр линзового компенсатора – D_Л= мм; толщина стенки линзы S_Л= мм.

1 Расчет температурных усилий и напряжений

В теплообменниках с плавающей головкой, с V – образными трубками, а также в теплообменниках жесткой конструкции, в которых происходит изменение агрегатного состояния хотя бы одного теплоносителя, температурных усилий и напряжений не возникает.

Температурные усилия в теплообменниках жесткой конструкции ,Н, рассчитываем по формуле

(1)

где - коэффициенты линейного расширения материалов труб и

кожуха при рабочих температурах в трубах и кожухе соот-

ветcтвенно, для стали марки при ˚С

·10^-6˚С^-1, при ˚С ·10^-6оС^-1 (табл. 18 ГОСТ 14249-89);

- рабочие температуры труб и кожуха соответственно,

^оС, ^оС;

- модули продольной упругости материалов труб и кожуха при

рабочих температурах в трубах и кожухе соответственно, для

стали марки при ˚С ·10⁵МПа, при

˚С ·10⁵МПа (табл. 19 ГОСТ 14249-89);

- площади поперечных сечений труб и кожуха соответственно,

мм², рассчитываем по формулам

(2)

(3)

- число труб в пучке, шт;

- наружный и внутренний диаметр труб соответственно,

мм, мм

- средний диаметр кожуха, мм, рассчитываем по формуле

(4)

- внутренний диаметр кожуха, мм;

- толщина стенки кожуха, мм.

Прочность труб и кожуха проверяем по формулам

(5)

(6)

где - температурные напряжения в трубах и кожухе соответст- венно, МПа;

- температурные усилия, Н;

- допускаемые напряжения материалов труб и кожуха при рабочих температурах в трубах и кожухе соответственно, длястали при ^оС, МПа, при

^оС МПа (табл. 7 ГОСТ 14249-89).

Подставляем значения в формулы (5) и (6)

Условие (6) не выполняется, следовательно, в теплообменник следует установить линзовый компенсатор температурных удлинений. Тогда температурные усилия , Н, рассчитываем по формуле

(7)

где l - длина труб, l = мм;

- число линз на кожухе, 1шт;

- коэффициент гибкости компенсатора, мм/Н, рассчитываем по

формуле

(8)

- отношение диаметра кожуха к диаметру линзы

(9)

- диаметр линзы, мм;

- коэффициент, зависящий от и принимаемый по таблице 11, ;

- модуль продольной упругости материала линзы при рабочей тем- пературе в кожухе, ·10⁵МПа для стали марки

при ^оС,

- толщина стенки линзы, мм.

Подставляем значения в формулу (7)

Подставляем значения в формулы (5) и (6)

Условия выполняются, следовательно, прочность труб и кожуха обеспечены.

Температурное усилие , Н, приходящееся на одну трубу, рассчитываем по формуле

(10)