Способ определения жесткости теплообменника с пучком труб и способ его изготовления

1. Способ определения жесткости теплообменника (1) с пучком труб, который включает трубу-сердечник (2) и змеевиковые трубы (3), навитые вокруг трубы-сердечника (2) с образованием пучка труб, причем змеевиковые трубы (3) навиты в несколько слоев (5, 6) змеевика и при соответствующем угле (α) навивки слоя вокруг трубы-сердечника (2), включающий следующие стадии:
r
р
р
a
определение геометрического параметра прочности соответствующего слоя (5) змеевика, где геометрический параметр прочности включает отношение площади (A) поперечного сечения змеевиковой трубы к площади (А) поперечного сечения ячейки, где площадь (А) поперечного сечения ячейки получена из осевого расстояния (Т) змеевиковых труб (3) и внешнего диаметра (d) змеевиковых труб (3);
g
корректировка отношения площадей поправочным коэффициентом с целью учета ориентации змеевиковых труб (3) соответствующего слоя змеевика относительно силы тяжести (F), действующей на змеевиковые трубы; и
определение жесткости соответствующего слоя (5) змеевика в зависимости от скорректированного отношения площадей и модуля упругости материала змеевиковой трубы.
2. Способ по п. 1, где поправочный коэффициент выбирают пропорциональным синусу угла (α) навивки слоя.
3. Способ по п. 1 или 2, где для определения жесткости соответствующего слоя (5) змеевика слой (5) змеевика моделируют как цилиндр круглого сечения, изготовленный из материала змеевиковой трубы.
4. Способ по одному из пп. 1-3, дополнительно включающий: определение жесткости пучка (4) труб в осевом направлении (z) пучка.
5. Способ по одному из пп. 1-4, дополнительно включающий:
определение жесткости трубы-сердечника (2); и
определение напряжения, действующего на трубу-сердечник (2), в зависимости от массы навитых змеевиковых труб (3) слоев (5, 6) змеевика и от определенной жесткости слоев (5, 6) змеевика.
6. Способ по одному из пп. 1-5, дополнительно включающий: проведение анализа напряжений пучка (4) труб с помощью метода конечных элементов, где труба-сердечник (2), пучок (4) труб и/или теплообменник (1) с пучком труб расположены горизонтально на двух опорных точках (15, 16).
7. Способ по одному из пп. 1-6, где слои (5, 6) змеевика разнесены друг от друга радиально с помощью перегородок (10, 11, 12) змеевика.
8. Способ по одному из пп. 1-7, где змеевиковые трубы (3) разнесены друг от друга в направлении оси (z) трубы-сердечника на расстояние (Т) между центральными точками змеевиковых труб.
i
a
r
r
a
i
2
2
9. Способ по одному из пп. 1-8, где соответствующая змеевиковая труба (3) имеет внутренний диаметр d и внешний диаметр d, а площадь A поперечного сечения змеевиковой трубы определяют как: A=0,25×(d-d)×π.
10. Способ по одному из пп. 1-9, где скорректированную жесткость теплообменника (1) с пучком труб определяют путем выбора усредненного поправочного коэффициента для определения жесткости всех слоев (5, 6, 8, 9) змеевика.
11. Способ по одному из пп. 1-10, где круговая линия (U) соответствующей поверхности (7) навивки для змеевиковой трубы (3) и соответствующее направление (W) навивки заключают в себе угол (α) навивки.
12. Способ по одному из пп. 1-11, где определенная жесткость соответствующего слоя (5, 6) змеевика уменьшена с помощью поправочного коэффициента по сравнению с эквивалентной жесткостью, которую получают с помощью отношения площадей и модели жесткости, в которой рассматривают цилиндр круглого сечения.
13. Способ определения состояния теплообменника (1) с пучком труб с целью анализа его срока службы, причем указанный теплообменник включает трубу-сердечник (2) и змеевиковые трубы (3), навитые вокруг трубы-сердечника (2) с образованием пучка (4) труб, причем змеевиковые трубы (3) навиты в несколько слоев (5, 6) змеевика и при соответствующем угле (α) навивки слоя вокруг трубы-сердечника (2), в котором жесткость теплообменника (1) с пучком труб определяют с помощью способа по одному из пп. 1-12.
14. Способ по п. 13, в котором дополнительно определяют удельную теплоемкость, теплопроводность и/или коэффициент термического расширения соответствующего слоя (5, 6) змеевика с учетом поправочного коэффициента.
15. Способ изготовления теплообменника (1) с пучком труб, в котором змеевиковые трубы (3) навивают в несколько слоев (5, 6) змеевика и при соответствующем угле (α) навивки слоя вокруг трубы-сердечника (2), причем при навивке жесткость теплообменника (1) с пучком труб контролируют с помощью способа по одному из пп. 1-12.