Один из наиболее распространенных дефектов такого теплообменника - нарушение герметичности узла соединения труб с трубной решеткой из-за весьма значительных изгибающих напряжений, возникающих от массы труб и протекающей в них среды. В связи с этим данные аппараты диаметром 800 мм и более для удобства монтажа и уменьшения изгибающих напряжений в трубном пучке снабжают роликовыми опорами.
а)
б)
а – конструктивная схема аппарата;
б – вид на трубный пучок со снятым кожухом
Рисунок 2.9 - Теплообменник с U-образными трубами
Обычно U-образные трубы изготовляют гибкой труб в холодном или нагретом состоянии. Для исключения сплющивания и значительного утонения стенки на растянутой стороне стальной трубы радиус изгиба принимают R > 4dT, где dТ- наружный диаметр трубы.
Теплообменники с U-образными трубами применяют для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,3 МПа, отличаются от теплообменников с плавающей головкой менее сложной конструкцией (одна трубная решетка, нет внутренней крышки), однако могут быть лишь двухходовыми, из труб только одного сортамента: 20 ˟2 мм. Поверхности теплообмена и основные параметры этих теплообменников приведены в ГОСТ 44245-79.
К недостаткам теплообменных аппаратов типа ТУ следует отнести относительно плохое заполнение кожуха трубами из-за ограничений, обусловленных изгибом труб, а также невозможность замены труб (за исключением крайних) при выходе их из строя и сложность размещения труб, особенно при большом их числе. Из-за этих недостатков теплообменные аппараты типа ТУ не нашли широкого применения и используются преимущественно для чистых или газообразных сред [8].
2.4 Теплообменники с плавающей головкой (ТП)
Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой, предназначенный для охлаждения (нагревания) жидких или газообразных сред без изменения агрегатного состояния. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку. Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах. Эти теплообменники, нормализованные в соответствии с ГОСТ 14246-79, могут быть двух - или четырехходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м [9].
Горизонтальный двухходовый конденсатор типа ТП (рисунок 2.10) состоит из кожуха 10и трубного пучка. Левая трубная решетка 1 соединена фланцевым соединением с кожухом и распределительной камерой 2,снабженной перегородкой 4и закрытой плоской крышкой 3.Правая, подвижная, трубная решетка установлена внутри кожуха свободно и образует вместе с присоединенной к ней крышкой 8плавающую головку. При нагревании и удлинении трубок плавающая головка перемещается внутри кожуха. С правой стороны к корпусу крепится, как правило, эллиптическая крышка 7.
Для обеспечения свободного перемещения трубного пучка внутри кожуха в аппаратах диаметром 800 мм и более трубный пучок снабжают опорной платформой 6. Верхний штуцер 9 предназначен для ввода пара и поэтому имеет большое проходное сечение; нижний штуцер 5 меньших размеров предназначен для вывода конденсата.
а)
б) в)
а – конструктивная схема аппарата;
б – вид со стороны распределительной камеры;
в – вид со снятой крышкой на плавающую головку
Рисунок 2.10- Горизонтальный двухходовый конденсатор
с «плавающей головкой»
Значительные коэффициенты теплоотдачи при конденсации практически не зависят от режима движения среды. Поперечные перегородки в межтрубном пространстве этого аппарата служат лишь для поддержания труб и придания жесткости трубному пучку.
Аппараты с плавающей головкой обычно выполняют одноходовыми по межтрубному пространству, однако установкой продольных перегородок в межтрубном пространстве можно получить многоходовые конструкции. На рисунке 2.11 показаны двухходовые по межтрубному пространству теплообменники.
а – цельной; б – разрезной
Рисунок 2.11- Двухходовый теплообменник с «плавающей головкой»
Теплообменники с постоянным диаметром по всей длине удобны при сборке. Сборка теплообменников с переменным по длине диаметром (рисунок 2.12) затруднена, так как плавающую головку (по габаритным размерам) в собранном виде невозможно поместить в кожух без трубчатки. Теплообменники с постоянным диаметром не имеют этого недостатка, так как плавающую головку можно собирать и разбирать вне и внутри кожуха. Кроме того, теплообменники с постоянным диаметром по длине предпочтительнее теплообменников с переменным диаметром потому, что при очистке их межтрубного пространства не приходится разбирать плавающую головку.
а - с постоянным диаметром; б - с переменным диаметром
Рисунок 2.12 - Теплообменник с плавающей головкой
Для эффективной работы теплообменника желательно, чтобы средняя часть была выполнена с наименьшим диаметром; при этом обеспечивается наибольшая скорость продукта и, следовательно, создаются оптимальные условия для теплопередачи. Это и является причиной изготовления теплообменников с переменным диаметром по длине. Однако уменьшать диаметр средней части аппарата имеет смысл лишь при значительных размерах плаваю щей головки. При применении малогабаритной плавающей головки отпадает необходимость в изготовлении теплообменников переменного диаметра. Малогабаритная плавающая головка свободно располагается и в наименьшем сечении кожуха [10].
Наиболее важный узел теплообменников с плавающей головкой – соединение плавающей трубной решетки с крышкой. Это соединение должно обеспечивать возможность легкого извлечения пучка из кожуха, аппарата, а также минимальный зазор А между кожухом и пучком труб. Вариант, показанный на рисунке 2.13, позволяет извлекать трубный пучок, но зазор ∆ получается больше (по крайней мере чем в теплообменниках типа ТН) на ширину фланца плавающей головки. Крепление по этой схеме наиболее простое; его часто применяют в испарителях с паровым пространством.
Рисунок 2.13-Вариант размещения плавающей головки в кожухе
большего диаметра
Размещение плавающей головки внутри крышки, диаметр которой больше диаметра кожуха, позволяет уменьшить зазор; но при этом усложняется демонтаж аппарата, так как плавающую головку нельзя извлечь из кожуха теплообменника (рисунок 2.14).
Рисунок 2.14- Вариант размещения крышки плавающей головки в кожухе
меньшего диаметра
Конструкции крепления плавающей головки с трубной решеткой, позволяющие легко извлекать трубный пучок из кожуха при минимальном зазоре ∆ между трубным пучком и кожухом, показаны на рисунке 2.15. В одном из таких простых соединений использованы разрезные фланцы (рисунок 2.15, а). Конструкция включает разрезной фланец 1 (состоит из двух полуколец, стянутых ограничительным кольцом 2), уплотняющую прокладку 3, крышку 4 плавающей головки и трубную решетку 5.
а – разрезным фланцем; б – разрезной фланцевой скобой; в – разрезным
кольцом; г – разрезным стяжным кольцом
Рисунок 2.15 - Способы крепления крышки «плавающей головки»
к трубной решетке
Широко распространены соединения фланцевой скобой 2 (рисунок 2.15, б), представляющей собой приспособление типа струбцины. Соединение состоит из двух полуколец, охватывающих край трубной решетки 4 и фланец 3 крышки. Винты 1 должны быть расположены посередине уплотнения, что обеспечивает разгрузку фланца от изгибающих моментов.
В другой конструкции (рисунок 2.15, в) накидной фланец 1 удерживается разрезным кольцом 2, вставленным в паз трубной решетки 3. Широко применяют также крепление крышки 3 (рисунок 2.15, г) и трубной решетки 4 разрезным кольцом 1, половинки которого соединены между собой накладками 2 [8].
2.4.1 Плавающая головка.
2.4.1.1Типовые конструкции крышек плавающей головки показаны на рисунке 2.16.
1 - кольцо; 2 - прокладка; 3 - днище; 4 - сварной шов с полным проплавлением; 5 - фланец; 6 - цельная механически обработанная крышка
Рисунок 2.16 - Типовые конструкции крышек плавающих головок
Высота крышки плавающей головки аппарата одноходового по трубам должна быть не менее 1/3 внутреннего диаметра штуцера на крышке.
Высота крышки плавающей головки аппарата двухходового по трубам должна быть такой, чтобы площадь ее центрального сечения не менее чем в 1,3 раза превышала площадь проходного сечения труб одного хода[11].
2.5 Теплообменники с плавающей головкой и компенсатором (тип ПК)
Теплообменники с «плавающей головкой» и компенсатором (тип ПК) представляют собой аппараты полужесткой конструкции, в которых компенсацию температурных напряжений обеспечивает гибкий элемент - компенсатор, установленный на плавающей головке.
Теплообменники типа ПК выполняют одноходовыми с противоточным движением теплоносителей и используют при повышенном давлении теплообменивающихся сред (5-10 МПа).
Компенсаторы, используемые в аппаратах типа ПК, отличаются от линзовых компенсаторов аппаратов типа ТК меньшими диаметрами, большим числом волн (гофров), меньшей толщиной стенки. Такие компенсаторы можно использовать при перепаде давлений не более 2,5 МПа, поэтому аппараты типа ПК разрешается эксплуатировать только при одновременной подаче теплоносителей в трубное и межтрубное пространства.
Теплообменник этой конструкции (ПК) (рисунок 2.16) отличается от рассмотренных наличием на крышке 2 удлиненного штуцера (горловины) 3, внутри которого размещен компенсатор 4, соединенный одним концом с плавающей головкой 1, другим - со штуцером на крышке теплообменника. Конструкции остальных узлов теплообменника аналогичны используемым в аппаратах типа ТП.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
