ТРУБНАЯ СИСТЕМА СЕТЕВЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА С ДВОЙНЫМИ ПЕРЕГОРОДКАМИ
PIPING SYSTEM OF HORIZONTAL-TYPE SYSTEM WATER HEATERS WITH DOUBLE PARTITIONS

Изобретение относится к теплоэнергетике, к устройствам повышения надежности трубной системы сетевых подогревателей горизонтального типа.
Известные трубные системы подогревателей горизонтального типа (см. А.Фраас, М.Оцисик. Расчет и конструирование теплообменников. М.: Атомиздат, 1971, с.11, рис.1.10) имеют трубки с большими пролетами, и соответственно, недостаточную жесткость и плохую отстройку от резонансных частот.
Известный способ повышения надежности с помощью прессового соединения трубок в перегородках (Карабахин В.Г., Зимин С.А. Закрепление труб теплообменных аппаратов в трубных перегородках. Теплоэнергетика. 2007. №11. С.27-29) имеет следующие недостатки:
- в результате прессового соединения трубки получают пластическую деформацию и повышенную повреждаемость на краю этого соединения, это подтверждает имеющийся опыт развальцовки этих же трубок в трубных досках;
- большая трудоемкость, т.к. требуется обработка каждого соединения (при 5000…6000 трубках и 4 перегородках получаем 20000…30000 соединений);
- требуется специнструмент, эффективная работа которого не подтверждена еще длительным промышленным применением;
- имеются трудности прессования при больших расстояниях от трубной доски, которые в подогревателях достигают 4,5 м.
Недостатком трубной системы с одинарными перегородками на технологически обоснованном расстоянии 1100…1250 мм между ними является плохая отстройка от резонанса на частоте 50 Гц и повышенная повреждаемость.
Задачей заявленного изобретения является устранение указанных недостатков. Эта цель достигается установкой двух перегородок на расстоянии 50…60 мм между ними при средних пролетах 1100…1250 мм. Как показали расчеты, такое расположение перегородок приводит к частотному спектру, полностью соответствующему частотному спектру трубок, защемленных в одинарных перегородках с такой же длиной пролетов. Это позволяет увеличить длину пролетов в 1,25…1,5 раза при сохранении первой частоты по сравнению с ранее применяемыми одинарными перегородками, в которых реализуется свободное опирание.
Как показали уточненные расчеты колебаний трубок с учетом усилий растяжения-сжатия в эксплуатируемых сетевых подогревателях горизонтального типа, трубки имеют непрерывный спектр частот, и часть из них испытывает резонансные колебания с частотой 50 Гц, что является основной причиной их повреждаемости. Отстройка возможна только повышением первой собственной частоты выше 60 Гц. Для этого необходимо уменьшить длину средних пролетов до 750…800 мм для латунных трубок и до 850…900 мм для стальных. Установка перегородок с малыми пролетами не возможна из-за технологических сложностей монтажных и сварочных работ. Необходима длина пролетов не менее 1100 мм, что возможно при установке двойных перегородок на расстоянии 50…60 мм, минимальная частота с которыми будет выше 60 Гц при длине среднего пролета 1100…1250 мм. Учитывая, что двойные перегородки имеют от трубок такую же нагрузку, толщина каждой из перегородок может быть 0,6…0,75 от одинарной и расход материала останется прежним. Рабочая длина трубок при этом уменьшается на 1,5…3 %.
Приводим расчет собственных частот колебаний стальных трубок длиной 6400 мм в двух исполнениях пролетов:
- Одинарные перегородки: 1075, 850, 850, 850, 850, 850, 1075. Частота 63,7 Гц, общая толщина 6 перегородок толщиной 20 мм 120 мм.
- Двойные перегородки: 1240, 50, 1240, 50, 1240, 50, 1240, 50, 1240. В этой трубной системе имеем 5 средних пролетов длиной 1240 мм и 4 двойные перегородки с расстоянием 50 мм.
Частота 65,7 Гц, общая толщина 8 перегородок толщиной 15 мм 120 мм.
При одинарных перегородках имеется возможность увеличить только крайние пролеты в 1,25…1,3 раза, т.к. с одной стороны в трубках реализуется защемление в трубной доске. При двойных перегородках трубки защемлены в каждом среднем пролете 1240 мм с двух сторон и получено увеличение минимального пролета в 1,5 раза. Возможен вариант чередования одинарных и двойных перегородок, при котором получаем защемление трубок с одной стороны и свободное опирание с другой и коэффициент увеличения пролета 1,25.
Предложенная конструкция с двойными перегородками уменьшает динамические коэффициенты при вынужденных колебаниях трубок. Повышается надежность трубной системы и увеличивается ее ресурс.
Двойные перегородки имеют следующие преимущества по сравнению с известными способами повышения надежности трубок:
- отсутствие концентраторов напряжений и пластических деформаций по сравнению с прессовым соединением трубок в перегородках;
- позволяют увеличить пролеты до удобных для монтажа и отстроить трубную систему от резонанса и уменьшить динамические напряжения от возбуждающих усилий по сравнению с одинарными перегородками.