Rohre für Wärmetauscher

1. Theoretische Grundlagen zur Rohrbodenberechnung Der Aufbau von Rohrbündelwärmetauschern ist komplex und es gibt viele Faktoren, die die Festigkeit des Rohrbodens beeinflussen. Insbesondere der Rohrboden von Festrohrboden-Wärmetauschern ist den komplexesten Kräften ausgesetzt. In den Konstruktionsvorgaben verschiedener Länder wird der Rohrboden grundsätzlich als kreisförmige flache Platte betrachtet, die gleichmäßig verteilte Lasten aufnimmt, auf einer elastischen Unterlage ruht und durch die Rohrlöcher gleichmäßig geschwächt wird (Abbildung 1). Aufgrund der vielen Faktoren, die die Festigkeit des Rohrbodens beeinflussen, ist es schwierig und komplex, die Festigkeit des Rohrbodens genau zu analysieren. Daher vereinfachen und übernehmen verschiedene Länder die Formel zur Berechnung der Dicke des Rohrbodens, um eine Näherungsformel zu erhalten. Zu den Belastungen, die eine Belastung des Rohrbodens verursachen, gehören Druck (rohrseitiger Druck Pt, mantelseitiger Druck Ps), Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen Rohr und Mantel sowie Flanschdrehmoment. Das mechanische Modell der Berechnungsmethode für den Rohrboden des Wärmetauschers ist in Abbildung 2 dargestellt. 1.1 In den Konstruktionsvorgaben verschiedener Länder werden für die Rohrböden folgende Faktoren in unterschiedlichem Ausmaß berücksichtigt:1) Die Vereinfachung des eigentlichen Rohrbodens in eine homogene, äquivalente, kreisförmige, flache Platte auf der Grundlage einer gleichwertigen Elastizität, die durch die regelmäßige Anordnung von Rohrlöchern geschwächt und durch Rohre verstärkt wird, wurde heute von den Rohrplattenspezifikationen der meisten Länder übernommen.2) Der schmale Nicht-Rohrbereich um den Rohrboden wird aufgrund seiner Fläche vereinfacht als kreisförmige massive Platte dargestellt.3) Der Rand des Rohrbodens kann verschiedene Arten von Verbindungsstrukturen aufweisen, darunter mantelseitige Zylinder, Kanalzylinder, Flansche, Bolzen, Dichtungen und andere Komponenten. Berechnen Sie entsprechend den tatsächlichen elastischen Zwangsbedingungen jeder Komponente am Rand des Rohrbodens.4) Berücksichtigen Sie die Auswirkung des Flanschdrehmoments auf den Rohrboden.5) Berücksichtigen Sie die Temperaturdifferenzspannung, die durch den Wärmeausdehnungsunterschied zwischen dem Wärmetauscherrohr und dem mantelseitigen Zylinder verursacht wird, sowie die Temperaturspannung, die durch die Temperaturdifferenz an verschiedenen Punkten des Rohrbodens verursacht wird.6) Berechnen Sie verschiedene äquivalente elastische Konstanten und Festigkeitsparameter, die von porösen Platten mit Wärmetauscherrohren auf äquivalente feste Platten umgerechnet werden.  1.2 Theoretische Grundlage für die GB151-RohrbodenberechnungDas mechanische Modell betrachtet die Rohrplatte als axialsymmetrische Struktur und geht davon aus, dass die Rohrplatten an beiden Enden des Wärmetauschers das gleiche Material und die gleiche Dicke haben. Bei feststehenden Rohrbodenwärmetauschern sollten auch die beiden Rohrböden die gleichen Randauflagebedingungen aufweisen. 1) Die Stützwirkung des Rohrbündels auf dem RohrbodenBetrachten Sie den Rohrboden als eine äquivalente kreisförmige flache Platte, die gleichmäßig geschwächt und auf einem elastischen Fundament platziert ist. Dies liegt daran, dass in der Struktur von Rohrbündelwärmetauschern der Durchmesser der meisten Rohre im Vergleich zum Durchmesser des Rohrbodens relativ klein ist und die Anzahl der Rohre ausreichend ist. Es wird davon ausgegangen, dass sie gleichmäßig auf dem Rohrboden verteilt sind, sodass die Stützwirkung jedes einzelnen Wärmeaustauschrohrs auf dem Rohrboden als gleichmäßig und kontinuierlich angesehen werden kann und die vom Rohrboden getragene Last ebenfalls als gleichmäßig verteilt angesehen werden kann. Das Rohrbündel hat eine bremsende Wirkung auf den Durchbiegungs- und Drehwinkel des Rohrbodens bei äußeren Belastungen. Die Rückhaltewirkung des Rohrbündels kann die Durchbiegung des Rohrbodens verringern und die Spannung im Rohrboden verringern. Das Rohrbündel hat eine bremsende Wirkung auf den Winkel des Rohrbodens. Durch Analyse und Berechnung tatsächlicher Parameter wurde festgestellt, dass die Rückhaltewirkung des Rohrbündels auf den Winkel des Rohrbodens nur einen sehr geringen Einfluss auf die Festigkeit des Rohrbodens hat und vollständig ignoriert werden kann. Daher dies Die Spezifikation berücksichtigt nicht die Zwangswirkung von Rohrbündeln auf die Ecke des Rohrbodens, sondern nur die Zwangswirkung von Rohrbündeln auf die Durchbiegung des Rohrbodens. Bei Wärmetauschern mit festem Rohrboden wird der Rohrverstärkungskoeffizient K zur Darstellung des Rohrbodens verwendet. Die Biegesteifigkeit der Lochrohrplatte beträgt η DDer elastische Fundamentkoeffizient N des Rohrbündels stellt die Drucklast dar, die auf die Oberfläche der Rohrplatte ausgeübt werden muss, um eine längeneinheitliche Verformung (Verlängerung oder Verkürzung) des Rohrbündels in axialer Richtung zu bewirken. den Rohrverstärkungskoeffizienten K und setzen ihn in die Ausdrücke D und N ein, so dass ν P=0,3:Dieser Koeffizient gibt die Festigkeit des elastischen Fundaments im Verhältnis zur Eigenbiegesteifigkeit der Rohrplatte an und spiegelt die erhöhte Tragfähigkeit des Rohrbündels auf der Platte wider. Es handelt sich um einen entscheidenden Parameter, der die verstärkende Wirkung des Rohrbündels auf der Platte charakterisiert. Wenn die elastische Unterlage der Platte schwach ist, ist die verstärkende Wirkung der Wärmetauscherrohre minimal, was zu einem kleinen K-Wert führt. Folglich ähneln die Durchbiegung und die Biegemomentverteilung der Platte denen gewöhnlicher kreisförmiger Platten ohne elastische Unterlage. Insbesondere wenn K gleich Null ist, wird die Platte zu einer gewöhnlichen kreisförmigen Platte. Basierend auf der Theorie elastischer Fundamentkreisplatten wird die Durchbiegung der Platte nicht nur durch den Verstärkungskoeffizienten K des Rohrs bestimmt, sondern auch durch seine Umfangsunterstützung und zusätzliche Lasten, quantitativ dargestellt durch den Gesamtbiegemomentkoeffizienten m. Wenn die Peripherie des Rohrbodens einfach abgestützt wird, MR=0, dann ist m=0; Wenn der Umfang des Rohrbodens fixiert ist, ist die Ecke der Kante des Rohrbodens φ R = 0, woraus ein spezifischer Wert von m erhalten werden kann (der Ausdruck wird weggelassen); Wenn der Umfang des Rohrbodens nur der Wirkung des Biegemoments ausgesetzt ist, d. h. VR=0, dann ist m=∞.Unter bestimmten Randunterstützungsbedingungen weisen die Durchbiegung und das Biegemoment des Rohrbodens mit zunehmendem K-Wert eine Dämpfung und eine wellenförmige Verteilung vom Rand zur Mitte auf. Je größer der K-Wert, desto schneller die Dämpfung und desto mehr Wellenzahlen. Während des Prozesses der Erhöhung des K-Werts erscheinen beim Durchlaufen eines bestimmten Grenz-K-Werts neue Wellen in der Verteilungskurve. In der Mitte der Platte ändert sich die Krümmung von konkav (oder konkav) zu konkav (oder konkav). Durch Lösen der Ableitungsgleichung der Verteilungskurve kann der K-Randwert der Kurve mit zunehmender Wellenzahl ermittelt werden. Am Beispiel der einfachen Stützung um den Rohrboden herum sind in Abbildung 31 mit zunehmendem Verstärkungskoeffizienten K des Rohrs die radiale Biegemomentverteilungskurve und der Grenz-K-Wert beim Auftreten neuer Wellen dargestellt. Gleichzeitig ist dies möglich Es ist zu erkennen, dass sich mit zunehmendem K-Wert auch der radiale Extremwert von der Mitte des Rohrbodens in Richtung Peripherie verschiebt. Für die elastische Fundamentplatte mit peripherer fester Lagerung zeigt die Verteilung des radialen Biegemoments einen ähnlichen Trend mit der Änderung des K-Werts, wie in Abbildung 3 dargestellt. Der Unterschied zu einer einfach unterstützten Grenze besteht darin, dass das maximale radiale Biegemoment des elastischen Fundaments beträgt Die von einer festen Begrenzung getragene Platte befindet sich immer um die kreisförmige Platte herum, während sich der Extrempunkt des zweiten radialen Biegemoments mit zunehmendem K von der Mitte der Platte weg und in Richtung der Peripherie bewegt. Bei Rohrböden von Wärmetauschern mit schwimmendem Kopf und gefülltem Kasten ähnelt der Modul K des Rohrbündels dem elastischen Fundamentkoeffizienten N des festen Rohrbodens, was auch die verstärkende Wirkung des Rohrbündels als elastische Basis auf dem Rohrboden widerspiegelt . 2) Die schwächende Wirkung von Rohrlöchern auf RohrbödenDer Rohrboden ist dicht mit verstreuten Rohrlöchern bedeckt, so dass die Rohrlöcher eine schwächende Wirkung auf den Rohrboden haben. Die schwächende Wirkung von Rohrlöchern auf den Rohrboden hat zwei Aspekte: Der allgemeine Schwächungseffekt auf den Rohrboden verringert sowohl die Steifigkeit als auch die Festigkeit des Rohrbodens, und es kommt zu einer lokalen Spannungskonzentration am Rand des Rohrlochs, wobei nur die Spitzenspannung berücksichtigt wird. Diese Spezifikation berücksichtigt nur die schwächende Wirkung von Öffnungen auf den gesamten Rohrboden und berechnet die durchschnittliche äquivalente Spannung als Grundbemessungsspannung, d. Für die lokale Spannungskonzentration am Rand des Rohrlochs wird nur die Spitzenspannung berücksichtigt. Dies sollte jedoch bei der Ermüdungsbemessung berücksichtigt werden. Das Rohrloch hat eine schwächende Wirkung auf den Rohrboden, berücksichtigt aber auch die verstärkende Wirkung der Rohrwand, sodass der Steifigkeitsschwächungskoeffizient η und der Festigkeitsschwächungskoeffizient μ verwendet werden. Laut Analyse und Experimenten der elastischen Theorie legt diese Spezifikation η und fest μ＝ 0,4. 3) Äquivalenter Durchmesser der Rohrboden-LayoutflächeDie Berechnung des Verstärkungskoeffizientennt für feste Rohrböden geht davon aus, dass alle Rohre gleichmäßig innerhalb des Durchmesserbereichs des Zylinders verteilt sind. Tatsächlich gibt es unter normalen Umständen um den Rohrboden herum einen schmalen Nichtrohrbereich, der die Spannung am Rand des Rohrbodens verringert. Der Rohrlayoutbereich ist im Allgemeinen ein unregelmäßiges Polygon, und jetzt wird anstelle des polygonalen Rohrlayoutbereichs der entsprechende kreisförmige Rohrlayoutbereich verwendet. Der Wert des äquivalenten Durchmessers Dt sollte dafür sorgen, dass die Auflagefläche des Rohrs auf dem Rohrboden gleich ist. Die Größe des Durchmessers wirkt sich direkt auf die Spannungsgröße und -verteilung der Rohrplatte aus. Bei der Spannungsberechnung des festen Rohrbodens in GB151 wird die Spannung an der Verbindung der ringförmigen Platte und der Rohranordnungsfläche ungefähr als Spannung der gesamten Rohranordnungsrohrplatte bei einem Radius von Dt/2 angenommen. Daher beschränkt die Norm die Anwendbarkeit dieser Berechnungsmethode nur auf Situationen, in denen der Nicht-Rohrverlegungsbereich um den Rohrboden schmal ist, d. h. wenn die nichtdimensionale Breite k des Nicht-Rohrverlegungsbereichs um den Rohrboden klein ist, k =K (1)- ρ t) ≤ 1. Unabhängig davon, ob es sich um einen Wärmetauscher mit festem Rohrboden oder einen Wärmetauscher mit schwimmendem Kopf oder gefülltem Kasten handelt, wird bei der Berechnung der Fläche der Rohranordnung davon ausgegangen, dass die Rohre innerhalb der Fläche der Rohranordnung gleichmäßig abgedeckt sind. Angenommen, es gibt n Wärmetauscherrohre mit einem Abstand von S. Bei einer dreieckigen Anordnung von Rohrlöchern ist die Stützwirkung jedes Rohrs auf dem Rohrboden die sechseckige Fläche, die in der Mitte des Rohrlochs zentriert ist und S als innere Tangente hat Durchmesser, d.h.; Bei Rohren mit quadratischer Anordnung der Rohrlöcher ist die Auflagefläche jedes Rohrs auf dem Rohrboden eine quadratische Fläche mit der Mitte des Rohrlochs und der Seitenlänge S, also S2. Der Rohrboden-Layoutbereich ist der Bereich, der durch die Verbindung des Stützbereichs des äußersten Rohrs des Rohrbodens eingeschlossen wird, einschließlich des Stützbereichs des äußersten Rohrs selbst. Bei einem Single-Pass-Wärmetauscherrohrboden mit gleichmäßig verteilten Wärmetauscherrohren entspricht die Auflagefläche aller n Wärmetauscherrohre auf dem Rohrboden der Fläche der Rohranordnungsfläche. 4) Berücksichtigen Sie die Biegewirkung des Rohrbodens sowie die Zugwirkung des Rohrbodens und des Flansches entlang ihrer Mittelebene. 5) Unter der Annahme, dass bei einer Verformung des Flansches die Form seines Querschnitts unverändert bleibt, sondern nur die Drehung und radiale Verschiebung des Schwerpunkts um den Ringabschnitt. Aufgrund dieser Drehung und radialen Verschiebung sollte die radiale Verschiebung am Verbindungspunkt zwischen dem Flansch und der Mittelfläche des Rohrbodens mit der radialen Verschiebung entlang der Mittelfläche des Rohrbodens selbst koordiniert und konsistent sein. 6) Aufgrund der Temperaturausdehnungsdifferenz γ Die durch den mantelseitigen Druck ps und den rohrseitigen Druck pt verursachte axiale Verschiebung der Mantelwand sollte mit der axialen Verschiebung des Rohrbündel- und Rohrbodensystems um den Rohrboden koordiniert und konsistent sein. 7) Die Ecke der Rohrbodenkante wird durch das Gehäuse-, Flansch-, Kanal-, Bolzen- und Dichtungssystem begrenzt und ihre Ecke sollte am Verbindungsteil koordiniert und konsistent sein. 8) Wenn der Rohrboden auch als Flansch verwendet wird, wird der Einfluss des Flanschdrehmoments auf die Spannung des Rohrbodens berücksichtigt. Um die Dichtheit zu gewährleisten, ist eine Überprüfung der Flanschspannung für den verlängerten Teil des Rohrbodens, der auch als Flansch dient, vorgeschrieben. Zu diesem Zeitpunkt wird bei der Berechnung des Flanschdrehmoments berücksichtigt, dass der Rohrboden und der Flansch gemeinsam das äußere Kraftmoment tragen, sodass das vom Flansch getragene Bodenkraftmoment reduziert wird.  Über unsWuxi Changrun hat hohe Qualität geliefert Rohrböden, Düsen, Flanscheund kundenspezifische Schmiedeteile für Wärmetauscher, Kessel, Druckbehälter usw. an viele namhafte petrochemische Unternehmen im In- und Ausland. Zu unseren Kunden zählen PetroChina, Sinopec, Chevron, Bayer, Shell, BASF usw. Senden Sie Ihre Zeichnungen an sales@wuxichangrun.com. Wir unterbreiten Ihnen das beste Angebot und die hochwertigsten Produkte.