К выбору диаметра отверстий под болты или шпильки

Определение толщины трубных досок теплообменного аппарата

Расчет толщины фиксированных трубных досок (трубных решеток) рекомендуется проводить в следующей последовательности.

1. Требуется задаться значением расчетного давления среды на трубную решетку. В качестве расчетного давления на трубную доску теплообменника принимается большее давление из двух сред, омывающих трубную доску с одной и второй стороны, то есть протекающих в трубном и межтрубном пространстве теплообменного аппарата. Если один из теплоносителей находится под избыточным давлением, а второй – под разрежением, то в качестве расчетного давления принимается разность абсолютных давлений теплоносителей.

2. Определяется диаметр окружности расположения осей болтовых отверстий на трубной доске, м

(7.1)

где D _н.п – наружный диаметр прокладки, м; d _б.о – диаметр отверстия под болты или шпильки, м.

Для выбранного наружного диаметра используемых болтов или шпилек диаметр отверстия под болты или шпильки может быть определен из табл. 7.1.

Таблица 7.1

К выбору диаметра отверстий под болты или шпильки

Номинальный диаметр болтов (шпилек), мм	12	14	16	18	20	22	24	27	30
Диаметр отверстия под болты (шпильки), мм	14	16	18	20	23	25	27	30	33

Наружный диаметр прокладки определяется по формуле, м

(7.2)

где D _в – внутренний диаметр корпуса теплообменника, м; S _к – толщина стенки корпуса, м; b ₀ – ширина прокладки, м; u – расстояние от внутренней кромки фланца до внутренней кромки прокладки, м.

Для аппаратов с внутренним диаметром корпуса, не превышающим 1 м, ширина прокладки принимается не менее 10…20 мм.

Расстояние от внутренней кромки фланца до внутренней кромки прокладки в зависимости от материала прокладок принимается согласно рекомендациям табл. 7.2.

Таблица 7.2

К выбору расстояния от внутренней кромки фланца
до внутренней кромки прокладки

Материал прокладки	Расстояние u ^*
Резина	3δ_п
Паронит	2δ_п
Металл	δ_п
^* δ_п – толщина прокладки

Толщина прокладки может быть принята в пределах δ_п = 2…3 мм.

3. Определяется коэффициент прочности трубной доски. В общем случае коэффициент прочности определяется из выражения

(7.3)

где d _о – диаметр отверстия для труб в трубной доске, м; ∑ d _о – сумма диаметров всех отверстий, расположенных на одном диаметре трубной доски, м.

Диаметр отверстий для труб в трубной доске принимается, м

(7.4)

где d _н – наружный диаметр труб, м.

Коэффициент прочности трубной доски может быть также определен по одной из формул:

– при размещении труб в трубной решетке по сторонам шестиугольников

;

(7.5)

– при коридорном размещении труб в трубной решетке

(7.6)

где s – расстояние между осями (шаг) труб, м.

4. Определяется коэффициент k, зависящий от соотношения толщин стенок корпуса теплообменника S _к и трубной доски S. Указанный коэффициент определяется с помощью графиков, приведенных
на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Зависимости коэффициента k от соотношения толщин стенок корпуса и трубной доски S _к/ S

Для определения коэффициента k предварительно необходимо вычислить значение вспомогательного комплекса

где n – количество труб в теплообменнике.

В качестве параметра P * выбирается наименьшее из значений, определенных по формулам:

;	(7.7)
,	(7.8)

где σ_т – предел текучести материала трубок, МПа; f _1т – площадь проходного сечения одной трубки, м²; A – эмпирический коэффициент.

Эмпирический коэффициент A для труб, развальцованных в отверстиях, равен A = 125, а для труб, приваренных к трубным доскам A = 230.

Параметр M_S определяется по формуле

(7.9)

где σ_тр – предел текучести материала трубной решетки, МПа.

Значения пределов текучести материалов, используемых для изготовления трубных решеток, приведены в табл. 7.3. В качестве расчетной температуры стенок труб и трубных решеток при определении предела текучести материала может быть принята средняя температура греющего теплоносителя, то есть t ₁.

Таблица 7.3

Расчетное значение предела текучести
конструкционных материалов

Расчетная температура, °C	Расчетное значение предела текучести σ, МПа, для сталей марок
	ВСт3		09Г2С, 16ГС		20, 20К	10	10Г2, 09Г2	17ГС, 17Г1С, 10Г2С1
	Толщина стенки, мм
	до 20	свыше 20	до 32	свыше 32	до 160
20	250	210	300	280	220	195	270	280
100	230	201	265,5	240	213	188	240	240
150	224	197	256,5	231	209	183	231	231
200	223	189	247,5	222	204	177	222	222
250	197	180	243	218	198	168	218	218
300	173	162	226,5	201	179	150	201	201
350	167	147	210	185	159	132	185	185
375	164	140	199,5	174	147	123	162	174
400	–	–	183	158	–	–	–	158
410	–	–	–	156	–	–	–	156
420	–	–	–	138	–	–	–	138

Поскольку толщина трубной доски изначально не известна, расчет необходимо производить методом последовательных приближений. В начале расчета принимается предположительная толщина трубной решетки, с помощью которой определяются параметр M_S и коэффициент k, а затем полученное расчетное значение толщины трубной доски сравнивается с предварительно принятым. Если принятая толщина трубной решетки равна расчетной, то расчет считается завершенным, а если нет, то необходимо задаться расчетной толщиной трубной доски, для этой толщины определить параметр M_S и коэффициент k и повторить расчет, по итогам которого необходимо опять произвести сравнение принятой и расчетной толщин трубной доски и т.д.

5. Определяется допускаемое напряжение материала трубной доски. Допускаемые напряжения для углеродистых и низколегированных сталей приведены в табл. 6.2.

6. Определяется распределенное давление на доски от действия рабочего давления среды, МПа

(7.10)

где D _в – внутренний диаметр корпуса аппарата, м; E _к, E _т – модули упругости материала корпуса и трубок, МПа; F _к,– площадь поперечного сечения стенки корпуса теплообменника, м²; F _т – суммарная площадь поперечного сечения стенок всех труб по наружному диаметру, м².