1. Теоретические основы расчета трубной решетки.

Конструкция кожухотрубных теплообменников сложна, и на прочность трубной решетки влияет множество факторов. В частности, трубная решетка теплообменников с фиксированной трубной решеткой подвергается наиболее сложным воздействиям. В проектных нормах разных стран трубная решетка рассматривается в основном как круглая плоская пластина, воспринимающая равномерно распределенные нагрузки, расположенная на упругом основании и равномерно ослабленная отверстиями для труб (рис. 1).

Из-за множества факторов, влияющих на прочность трубной решетки, точно проанализировать прочность трубной решетки сложно и сложно. Поэтому в различных странах для получения приближенной формулы упрощают и предполагают формулу расчета толщины трубной решетки.

Нагрузки, вызывающие напряжение на трубной решетке, включают давление (давление со стороны трубы Pt, давление со стороны корпуса Ps), разницу теплового расширения между трубой и кожухом и крутящий момент фланца. Механическая модель метода расчета трубной решетки теплообменника представлена на рисунке 2.

1.1 В спецификациях проектирования различных стран в различной степени учитываются следующие факторы для трубных решеток:

1) Упрощение фактической трубной решетки до однородной эквивалентной круглой плоской пластины на основе эквивалентной упругости, ослабленной регулярным расположением трубных отверстий и усиленной трубками, сегодня принято в спецификациях трубных пластин большинства стран.

2) Узкая зона без труб вокруг трубной решетки упрощена как круглая сплошная пластина в зависимости от ее площади.

3) Край трубной решетки может иметь различные типы соединительных конструкций, которые могут включать цилиндры со стороны корпуса, канальные цилиндры, фланцы, болты, прокладки и другие компоненты. Выполните расчет в соответствии с фактическими условиями упругого ограничения каждого компонента на краю трубной решетки.

4) Учитывайте влияние крутящего момента фланца на трубную решетку.

5) Учитывайте напряжение из-за разности температур, вызванное разницей температурного расширения между теплообменной трубкой и цилиндром со стороны кожуха, а также температурное напряжение, вызванное разницей температур в различных точках трубной решетки.

6) Рассчитайте различные эквивалентные упругие константы и параметры прочности, преобразованные из пористых пластин с теплообменными трубками в эквивалентные твердые пластины.

1.2 Теоретическая основа расчета трубной решетки GB151

Механическая модель рассматривает трубную пластину как конструкцию с осевой симметрией и предполагает, что трубные решетки на обоих концах теплообменника имеют одинаковый материал и толщину. Для теплообменников с фиксированной трубной решеткой две трубные решетки также должны иметь одинаковые граничные условия опирания.

1) Опорное воздействие пучка труб на трубную решетку

Рассмотрим трубную решетку как эквивалентную круглую плоскую пластину, равномерно ослабленную и помещенную на упругое основание. Это связано с тем, что в конструкции кожухотрубных теплообменников диаметр большинства трубок относительно мал по сравнению с диаметром трубной решетки, а количество трубок достаточно. Предполагается, что они равномерно распределены по трубной решетке, поэтому опорное воздействие каждой отдельной теплообменной трубы на трубную решетку можно считать равномерным и непрерывным, а нагрузку, воспринимаемую трубной решеткой, также считают равномерно распределенной.

Трубный пучок оказывает сдерживающее влияние на прогиб и угол поворота трубной решетки при внешних нагрузках. Сдерживающий эффект трубного пучка может уменьшить прогиб трубной решетки и снизить напряжение в трубной решетке. Трубный пучок оказывает сдерживающее воздействие на угол наклона трубной решетки. Путем анализа и расчета фактических параметров установлено, что сдерживающее влияние трубного пучка на угол наклона трубной решетки оказывает очень незначительное влияние на прочность трубной решетки и его можно полностью игнорировать. Следовательно, это

В спецификации не рассматривается влияние ограничений пучков труб на угол трубной решетки, а рассматривается только влияние ограничений пучков труб на прогиб трубной решетки. Для теплообменников с фиксированной трубной решеткой для обозначения трубной решетки используется коэффициент армирования трубы K.

Изгибная жесткость перфорированной трубной доски составляет η D.

Коэффициент упругого основания N пучка труб представляет собой нагрузку давления, которую необходимо приложить к поверхности трубной пластины, чтобы вызвать деформацию единицы длины (удлинение или укорочение) пучка труб в осевом направлении.

коэффициент армирования трубы K и подставим его в выражения D и N так, чтобы ν P=0,3:

Этот коэффициент указывает на прочность упругого основания относительно собственной жесткости трубной пластины на изгиб, отражая повышенную несущую способность пучка труб на пластине. Это важнейший параметр, характеризующий упрочняющее воздействие пучка труб на пластину. Если упругое основание пластины слабое, усиливающий эффект теплообменных трубок минимален, что приводит к небольшому значению K. Следовательно, прогиб и распределение изгибающего момента пластины напоминают прогиб обычных круглых пластин, не имеющих упругого основания. В частности, когда K равен нулю, пластина становится обычной круглой пластиной. Согласно теории упругих фундаментных круглых пластин, прогиб пластины определяется не только коэффициентом усиления трубы K, но также ее периферийной опорой и дополнительными нагрузками, количественно представленными полным коэффициентом изгибающего момента m.

Если периферия трубной решетки просто опирается, MR=0, то m=0; При фиксированной периферии трубной решетки угол края трубной решетки φ R=0, из которого можно получить конкретное значение m (выражение опускается); Если на периферию трубной доски действует только изгибающий момент, т.е. VR=0, то m=∞.

При определенных граничных условиях опоры, по мере постепенного увеличения значения K, прогиб и изгибающий момент трубной решетки затухают и волнообразно распространяются от периферии к центру. Чем больше значение K, тем быстрее затухание и тем больше волновых чисел. В процессе увеличения значения К, при переходе через определенное граничное значение К, на кривой распределения будут появляться новые волны. В центре пластины кривая меняется с вогнутой (или вогнутой) на вогнутую (или вогнутую). Решая производное уравнение кривой распределения, можно получить граничное значение K кривой с ростом волнового числа.

На примере простой опоры вокруг трубной решетки при увеличении коэффициента упрочнения трубы К кривая распределения радиального изгибающего момента и граничное значение К при появлении новых волн показаны на рисунке 31. В то же время можно Видно, что по мере увеличения значения K экстремальное радиальное значение также перемещается от центра трубной решетки к периферии.

Для упругой фундаментной плиты с периферийной неподвижной опорой распределение радиального изгибающего момента демонстрирует аналогичную тенденцию с изменением значения K, как показано на рисунке 3. Отличие от просто опертой границы состоит в том, что максимальный радиальный изгибающий момент упругого основания пластина, опирающаяся на неподвижную границу, всегда располагается вокруг круглой пластины, при этом крайняя точка второго радиального изгибающего момента с увеличением К перемещается от центра пластины к периферии.

Для трубных решеток теплообменников с плавающей головкой и заполненной коробкой модуль K пучка труб аналогичен коэффициенту упругого основания N неподвижной трубной решетки, что также отражает упрочняющее действие пучка труб как упругого основания на трубной решетке. .

2) Ослабляющее влияние трубных отверстий на трубные решетки.

Трубная решетка густо покрыта разбросанными трубными отверстиями, поэтому трубные отверстия оказывают ослабляющее воздействие на трубную решетку. Ослабляющее воздействие трубных отверстий на трубную решетку имеет два аспекта:

Общий эффект ослабления трубной решетки снижает как жесткость, так и прочность трубной решетки, а на краю трубного отверстия возникает локальная концентрация напряжений, если учитывать только пиковое напряжение.

В этой спецификации учитывается только ослабляющий эффект отверстий на трубную решетку в целом, среднее эквивалентное напряжение рассчитывается как базовое расчетное напряжение, то есть приблизительно рассматривается трубная решетка как равномерно и непрерывно ослабленная эквивалентная круглая плоская пластина. Для локальной концентрации напряжений на краю отверстия трубы учитывается только пиковое напряжение. Но это следует учитывать при расчете усталости.

Отверстие трубы оказывает ослабляющее воздействие на трубную решетку, но также учитывает эффект усиления стенки трубы, поэтому используется коэффициент ослабления жесткости η и коэффициент ослабления прочности μ。 Согласно анализу теории упругости и экспериментам, в этой спецификации оговариваются η и μ＝ 0,4.

3) Эквивалентный диаметр площади расположения трубной решетки

Расчет коэффициента армированияДля фиксированных трубных решеток предполагается, что все трубы равномерно распределены в пределах диаметра цилиндра. Фактически, при нормальных обстоятельствах вокруг трубной решетки имеется узкая зона, не являющаяся трубой, что снижает напряжение на краю трубной решетки.

Область расположения труб обычно представляет собой неправильный многоугольник, и теперь вместо области многоугольного расположения труб используется эквивалентная круглая область расположения труб. Величина эквивалентного диаметра Dt должна обеспечивать равную опорную площадь трубы на трубной решетке. Размер диаметра напрямую влияет на величину и распределение напряжений в трубной доске. При расчете напряжений фиксированной трубной решетки в GB151 напряжение, расположенное в месте соединения кольцевой пластины и области укладки труб, приблизительно принимается как напряжение полной трубной решетки при радиусе Dt/2. Таким образом, стандарт ограничивает применимость этого метода расчета только к ситуациям, когда область нетрубной компоновки вокруг трубной решетки узкая, то есть когда безразмерная ширина k нетрубной зоны компоновки вокруг трубной решетки мала, k =К (1)- ρ т) ≤ 1.

Будь то теплообменник с фиксированной трубной решеткой, теплообменник с плавающей головкой или заполненной коробкой, при расчете площади расположения труб предполагается, что трубы равномерно покрыты в пределах площади расположения труб.

Предполагая, что имеется n теплообменных трубок с расстоянием между ними S. Для треугольного расположения трубных отверстий опорным эффектом каждой трубки на трубную решетку является шестиугольная площадь с центром в центре трубного отверстия и с S в качестве внутренней касательной. диаметр, т.е.

Для труб с квадратным расположением трубных отверстий опорная площадь каждой трубы на трубной решетке представляет собой квадратную площадь с центром в центре трубного отверстия и с S в качестве длины стороны, т.е. S2.

Область компоновки трубной решетки представляет собой область, ограниченную путем соединения опорной зоны самой крайней трубки трубной решетки, включая опорную зону самой крайней трубки.

Для однопроходной трубной решетки теплообменника с равномерно распределенными теплообменными трубками опорная площадь всех n теплообменных трубок на трубной решетке равна площади площади расположения трубок.

4) Учитывайте изгибающее воздействие трубной решетки, а также растягивающее воздействие трубной решетки и фланца вдоль их центральной плоскости.

5) Считая, что при деформации фланца форма его поперечного сечения остается неизменной, а остается только вращение и радиальное смещение центра тяжести вокруг сечения кольца. Благодаря этому вращению и радиальному смещению радиальное смещение в точке соединения между фланцем и центральной поверхностью трубной решетки должно быть скоординировано и согласовано с радиальным смещением вдоль центральной поверхности самой трубной решетки.

6) Из-за разницы температурного расширения γ Осевое смещение стенки кожуха, вызванное давлением со стороны корпуса ps и давлением со стороны трубы pt, должно быть скоординировано и согласовываться с осевым смещением трубного пучка и системы трубных решеток вокруг трубной решетки.

7) Угол края трубной решетки ограничен кожухом, фланцем, каналом, болтом и системой прокладок, и его угол должен быть скоординирован и согласован в соединительной части.

8) Когда трубная решетка также используется в качестве фланца, учитывается влияние крутящего момента фланца на напряжение трубной решетки. Для обеспечения герметизации предусмотрено, что напряжение фланца необходимо проверять на протяженной части трубной решетки, которая также служит фланцем. В настоящее время при расчете крутящего момента фланца считается, что трубная решетка и фланец совместно несут на себе момент внешней силы, поэтому момент силы на грунт, воспринимаемый фланцем, будет уменьшен.

О нас

Уси Чанжунь обеспечил высокое качество трубные решетки, насадки, фланцыи поковки для теплообменников, котлов, сосудов под давлением и т. д. по индивидуальному заказу для многих известных нефтехимических предприятий в стране и за рубежом. Среди наших клиентов PetroChina, Sinopec, Chevron, Bayer, Shell, BASF и т. д. Отправьте свои чертежи по адресу sales@wuxichangrun.com. Мы предоставим вам лучшее предложение и продукцию высочайшего качества.