Выбор и размещение трубок в трубных плитах

2.3.2 Выбор и размещение трубок в трубных плитах

Выбор размещения трубок в трубных плитах должен производиться с учетом таких требований:

1)      достижение максимальной компактности устройства, приводящей к уменьшению диаметров трубных плит и корпуса аппарата, а также к уменьшению сечения межтрубного пространства, что увеличивает скорость движущейся в нем рабочей среды и повышает коэффициент теплопередачи;

2)      обеспечение достаточной прочности трубных плит и условий прочного и плотного крепления трубок в плитах;

3)      придание конструкции аппарата максимальной «технологичности» в смысле облегчения условий изготовления и ремонта аппарата.

Соблюдение этих важных требований связано с выбором геометрической конфигурации размещения трубок в плитах и шага размещения.

По геометрической конфигурации различают следующие способы размещения трубок:

1)   по вершинам правильных многоугольников;

2)    по концентрическим окружностям.

Преимущественно распространение на практике получил первый из этих способов, причем здесь в свою очередь различают размещение труб по вершинам равносторонних треугольников (по сторонам правильных шестиугольников) и по вершинам и сторонам квадратов.

Если a – количество трубок, расположенных по стороне наибольшего шестиугольника, то общее количество трубок в пучке b будет равно:

 (24)

При этом количество трубок, расположенных по диагонали наибольшего шестиугольника равно

 (25)

Объединив соотношения (24) и (25) можно получить:

 (26)

В круглых плитах цилиндрических аппаратов при расположении трубок по периметрам правильных шестиугольников часть плит оказывается неиспользованной.

Количество трубок, размещенных дополнительно на указанных сегментах, определяется в зависимости от числа дополнительных рядов на сегменте (параллельных сторонам шестиугольников) и числом труб в каждом из этих рядов. Данные о количестве дополнительных трубок, располагаемых на сегментах трубных плит, приведены в справочной литературе.

 

2.3.3 Определение внутреннего диаметра корпуса аппарата

Внутренний диаметр корпуса  теплообменного аппарата определяется в зависимости от активной площади трубной плиты Ф, заключенной в этом корпусе.

 (27)

откуда

 (28)

Активная площадь трубной плиты слагается из полезной площади Ф_п, приходящейся на размещенные в плите трубки, и свободной площади Ф_с, не заполненной трубками:

 (29)

Полезная площадь трубной плиты прямо пропорциональна числу трубок аппарата:

 (30)

где Ф_тр – площадь плиты, необходимая для размещения одной трубки, включая и межтрубное пространство.

Величина площади Ф_тр при размещении трубок по вершинам правильных многоугольников определяется соотношением

 (31)

где t – шаг размещения трубок;

α – угол, образуемый центральными линиями трубных рядов.

Нетрудно заключить, что при размещении трубок по вершинам равносторонних треугольников (шахматное расположение) α = 60º и sinα = 0,866; при размещении трубок по вершинам квадратов (коридорное расположение) α = 90º и sinα = 1.

Свободная площадь трубной плиты определяется ее конструктивным оформлением. К ней относятся площадь по периферии трубного пучка, полосы для помещения перегородок в камерах аппаратов. Она составляет приблизительно 10 – 50 % от полезной площади трубной плиты Ф_п.

Таким образом, можно написать:

 (32)

или также

 (33)

где ψ – коэффициент заполнения трубной плиты.

При размещении трубок по шестиугольникам можно принимать ψ = 0,6 – 0,8.

Подставляя выражение (33) в формулу (28) получим расчетное соотношение для определения внутреннего диаметра корпуса аппарата:

 (34)

где ;

d_н – наружный диаметр трубки.

Если принять во внимание, что поверхность теплообмена аппарата

 

и пренебречь небольшой разницей между значениями расчетного и наружного диаметров трубки d_р и d_н, то получим:

 (35)

Окончательно величина диаметра корпуса уточняется при изображении на чертеже размещения трубок и трубной плиты с учетом всех конструктивных особенностей данного аппарата.