Основные конструктивные решения по компенсации температурных расширений
Подбор материалов трубчатки и корпуса делают с таким расчетом, чтобы при всех возможных режимах эксплуатации напряжения не превышали допустимых. Этот вариант технически сложно реализуется и практически не используется.
Компенсация температурных расширений производится по корпусу с использованием линзовых компенсаторов или сильфонов. Линзовый компенсатор (или сильфон) – это пространственная пружина, обеспечивающая плотность при линейном расширении. Использование линзовых компенсаторов ограничено давлением до 2 МПа и диаметром корпуса до 1200 мм. Каждый линзовый компенсатор имеет предельные значения, удлинения от 0,5 до 1,5 мм. При расчетном удлинении выше допустимого принимается решение об установки двух, трех или более компенсаторов.
В кожухах используются два основных типа компенсаторов: квадратного (рис 7.2,а) и тороидального сечения (рис 7.2,б).
Оба этих элемента можно проанализировать с помощью метода свободного тела, разбив их на кольцевые пластины и цилиндры, либо на тороидальные оболочки. В первом приближении компенсатор можно считать полосой единичной ширины, пренебрегая влиянием на жесткость окружных напряжении. В гибких элементах квадратного сечения напряжение при продольном изгибе определяется из выражения
где - расширение одного элемента гибкого соединения.
В гибких элементах тороидального сечения напряжения определяются по формуле
.
Жесткость единичного гибкого элемента определяется по следующим формулам:
для элемента квадратного сечения
для элемента тороидального сечения
Рис. 7.2. Конструкции температурных компенсаторов, устанавливаемых на корпусах и трубопроводах: а – П-образный; б – линзовый; в – волнистый; - толщина; l – длина; Н – высота; R – радиус линзы или волны; t – шаг между волнами
Установка линзовых компенсаторов на корпусе аппарата показана на рис. 7.3.
Рис. 7.3. Конструктивное исполнение линзового компенсатора на корпусе: 1 – неподвижная опора; 2 – корпус; 3 – линзовый или волнистый компенсатор; 4 – скользящая опора
Использование подвижной трубной доски. В этом случае в прямотрубных теплообменниках одна трубная доска жестко закреплена с корпусом, а другая – подвижна. Для того, чтобы избежать перетока и перемешивания сред, существуют специальные элементы уплотнения:
с противодавлением;
жидкометаллические.
4. Использование поворотных камер. Применяется в технологических конденсаторах АЭС, в которых прямые трубы подъемного и опускного участка объединены поворотной камерой.
5. Использование трубчатки с полной или частичной компенсацией температурных расширений, например: U-образные трубки, ширмы, витые змеевики, обратные элементы (трубки Фильда). Подробно конструкция этих теплообменных поверхностей рассмотрена в главе 5.
7.3. Дистанционирование трубчатки
Дистанционирующие элементы должны обеспечивать:
необходимые расчетные зазоры между трубками; при больших пролетах между опорами трубки провисают под собственным весом и могут касаться друг друга;
вибропрочность трубчатки.
Известно, что чем чаще установлены дистанционирующие элементы, тем выше жесткость и собственная частота колебаний трубчатки.