МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
ЖЕСТКОЙ КОНСТРУКЦИИ
Данные для расчета: внутренний диаметр кожуха – DК= мм; толщина стенки кожуха – SК= мм; длина труб – l= мм; размер труб – Ø2 × мм; число труб в пучке – n= шт; шаг труб - t= мм; давление: в трубном пространстве – рТ= МПа, в межтрубном пространстве (в кожухе) – рМ= МПа; температура: в кожухе – tК= оС, в трубах – tТ= оС; материалы кожуха и труб – сталь марки ; диаметр линзового компенсатора – DЛ= мм; толщина стенки линзы SЛ= 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)