Содержание8
Теплообменник «труба в трубе» собирается из двух труб, и рабочий канал теплоносителя — это кольцо между ними. Если в заявке написано «труба 200мм», а в формулу зазора подставили 200 вместо фактического внутреннего диаметра, проходное сечение и местный зазор на сборке разойдутся с расчётом. Ниже — обозначения коаксиальной пары, два примера на наружные трубы 200 и 300 мм, перевод четырёх замеров щупом в смещение осей и перечень размеров, без которых посадочный поясок растачивают наугад.
Коротко: номинальный радиальный зазор δ = (D − d) / 2, площадь кольца S = π/4·(D² − d²). Для наружной трубы 200×5 при d = 140 мм выходит δ = 25 мм и S = 12959 мм². Смещение оси на 6 мм сохраняет эту площадь и разводит местный зазор на 19 и 31 мм. Соосность держит расточенный поясок, перпендикулярность стыка — подрезанный торец.
Из чего складывается геометрия пары «труба в трубе»
В собранном теплообменнике «труба в трубе» рабочее сечение видно на поперечном разрезе: наружная труба, внутренняя труба и кольцо между ними. Геометрию пары фиксируют пятью величинами — дальше в формулы идут только они, и каждая берётся по факту, а не по имени позиции в заявке.
- D — фактический внутренний диаметр наружной трубы.
- d — фактический наружный диаметр внутренней трубы.
- δ = (D − d) / 2 — номинальный радиальный зазор при совпадении осей.
- e — смещение осей: расстояние между центрами окружностей D и d в том же сечении.
- S — площадь кольцевого проходного сечения, через которое идёт теплоноситель.
Кольцевой зазор при e = 0 одинаков по окружности и равен δ. Соосность в теплообменнике «труба в трубе» — это совпадение осей: центры окружностей D и d лежат в одной точке, местный просвет всюду равен номинальному. Запись «труба 200мм» здесь ещё не диаметр для формулы: она только называет наружную трубу, из которой образуется наружная стенка кольцевого зазора.
Ниже — два числовых примера на наружные трубы 200 и 300 мм, формула площади кольца в двух записях и разделение пояска с торцом: цилиндрический поясок после расточки держит соосность, подрезанный посадочный торец задаёт перпендикулярность стыка.
Труба 200мм: наружный размер, Ду 219 мм и что подставлять в зазор
Заявка со словами «труба 200мм» в снабжении читается как условный проход Ду 200. Принятое соответствие для стальных труб сортамента ГОСТ 10704-91: Ду 200 — наружный диаметр 219 мм, Ду 300 — наружный 325 мм. В чертёж теплообменника эти числа попадают только если конструктор действительно заложил сортаментную трубу. Если на поле чертежа стоит «наружный диаметр 200 мм» или «наружный диаметр 300 мм», в геометрию пары идут именно 200 и 300 мм.
| Запись | Смысл | Наружный диаметр, мм | Что подставляют в D |
|---|---|---|---|
| заявка «труба 200мм» | Ду 200 | 219 | D = 219 − 2s |
| заявка «труба 300 мм» | Ду 300 | 325 | D = 325 − 2s |
| чертёж: наружный 200 мм | наружный диаметр | 200 | D = 200 − 2s |
| чертёж: наружный 300 мм | наружный диаметр | 300 | D = 300 − 2s |
Труба 200 мм, если чертёж задаёт наружный диаметр 200 мм, образует наружную стенку кольцевого зазора. Внутренний диаметр, который входит в площадь, получают вычитанием двух стенок: при стенке 5 мм D = 200 − 2×5 = 190 мм. Наружная труба 300 мм при стенке 8 мм даёт D = 300 − 2×8 = 284 мм и точно так же образует наружную стенку кольцевого зазора. Внутреннюю трубу в обоих примерах берут по фактическому наружному диаметру d, а не по её Ду.
Расчёт кольцевого проходного сечения по фактическим диаметрам
Кольцевое проходное сечение считают по фактическим диаметрам: D наружной трубы уже с вычетом двух стенок, d — замер наружной поверхности внутренней трубы. Площадь кольца записывают двумя равными формулами, чтобы арифметику можно было сверить.
- S = π/4·(D² − d²) — разность площадей кругов диаметрами D и d.
- S = π·Dср·δ, где Dср = (D + d) / 2 и δ = (D − d) / 2 — средняя окружность, умноженная на радиальный зазор.
При круглых сечениях обе записи дают одну площадь.
| Наружный размер и стенка | D, мм | d, мм | δ, мм | S = π/4·(D² − d²), мм² |
|---|---|---|---|---|
| 200×5 | 190 | 140 | 25 | 12959 |
| 300×8 | 284 | 219 | 32,5 | 25679 |
Первая строка — труба 200мм как наружная 200×5. D = 190 мм, d = 140 мм, кольцевой зазор δ = (190 − 140) / 2 = 25 мм. Средний диаметр Dср = (190 + 140) / 2 = 165 мм. Тогда S = π/4·(190² − 140²) = π/4·16500 = 12959 мм². Проверка: π·165·25 = 12959 мм².
Вторая строка — наружная труба 300 мм, размер 300×8. D = 284 мм, d = 219 мм, кольцевой зазор δ = (284 − 219) / 2 = 32,5 мм. Dср = (284 + 219) / 2 = 251,5 мм. S = π/4·(284² − 219²) = π/4·32695 = 25679 мм². Проверка π·251,5·32,5 сходится к тем же 25679 мм².
Площадь S задаёт расход через кольцо. Минимальный радиальный зазор отдельно показывает, остаётся ли просвет по всей окружности. В чертёж имеет смысл выносить оба числа: S считают заново, как только замер D или d отличается от номинала.
Как смещение осей меняет местный зазор при той же площади
Смещение осей e — расстояние между центром окружности D и центром окружности d. Пока внутренняя труба целиком внутри наружной, кольцевое проходное сечение сохраняется при смещении осей: для наружной трубы 200мм при d = 140 мм площадь остаётся 12959 мм².
Смещение осей сокращает минимальное значение кольцевого зазора на e и увеличивает противоположный просвет на ту же величину: δmin = δ − e, δmax = δ + e. При δ = 25 мм и e = 6 мм узкая сторона равна 19 мм, широкая — 31 мм. Узкий зазор больше нуля.
В теплообменнике «труба в трубе» на узкой стороне скорость падает, на широкой теплоноситель идёт байпасом, и прогрев по окружности расходится. Один замер среднего просвета при площади 12959 мм² смещение не показывает.
Вдоль оси клин даёт торец, ушедший от перпендикуляра. Подрезанный торец и расточенный поясок держат зазор ровным на длине посадки. Торец без подрезки при затяжке зажимает кольцо клином, хотя в расчётном сечении δmin ещё 19 мм.
Проверка зазора и соосности по четырём точкам и фактическим диаметрам
Соосность проверяют по фактическим D и d и по кольцевому зазору в четырёх точках через 90°. Нутромер фиксирует внутренний диаметр наружной трубы — D для кольцевого проходного сечения. Микрометр снимает наружный диаметр d внутренней трубы. Щуп даёт четыре местных зазора.
По противоположным точкам составляющая смещения равна (g1 − g2) / 2. Вторая составляющая берётся по паре, повёрнутой на 90°. Полное смещение осей равно гипотенузе двух взаимно перпендикулярных составляющих: e = √(e1² + e2²). Среднее противоположных зазоров (g1 + g2) / 2 при круглой трубе близко к δ.
Щуп видит зазоры примера 19 и 31 мм. Когда допуск соосности меньше ступени щупа, смещение осей по точкам уже не отделяется от погрешности замера. Соосность посадочных поясков и биение торца снимают на КИМ-контроле.
| Способ | Что снимает | Что считают | Чего способ не закрывает |
|---|---|---|---|
| Нутромер | фактический D наружной трубы | D для площади кольца | положение оси и зазор по окружности |
| Микрометр | фактический d внутренней трубы | d для площади и δ | ось внутренней трубы в сборке |
| Щуп, 4 точки через 90° | δmin, δmax и четыре g | e1, e2 и полное e | овальность и допуск тоньше щупа |
| КИМ | соосность и биение торца | отклонение оси и торца | зазор там, где щуп ещё читает |
Зачем перед сборкой обрабатывать посадочные торцы
У торца теплообменника «труба в трубе» работают две разные поверхности. Расточка посадочного диаметра даёт короткий цилиндрический поясок и обеспечивает соосность: ось внутренней трубы совпадает с осью наружной на длине посадки. Посадочный торец после подрезки — плоскость, перпендикулярная той же оси. Посадочный торец задаёт перпендикулярность стыка для кольцевого зазора: при затяжке фланца просвет остаётся ровным по длине посадки.
Прокат по ГОСТ 8732-78 и по ГОСТ 10704-91 этот поясок не заменяет. Овальность конца проката и торец после реза шире поля, которое оставляют на посадку под кольцевой зазор. Поясок наружной трубы получают расточкой посадочного диаметра, ответный поясок внутренней трубы проходит токарную обработку, кромку закрывает снятие фаски. После сборки кольцевой зазор снова меряют в четырёх точках.
- Замер фактических D и d.
- Подрезка посадочного торца наружной трубы.
- Расточка цилиндрического пояска в размер соосности.
- Проточка ответного пояска на внутренней трубе.
- Фаска на входной кромке пояска.
- Повторный замер зазора в четырёх точках через 90°.
Длину пояска задают в чертеже: соосность гарантируется на длине посадки. В середине длинной трубы местный зазор задаёт кривизна проката.
Почему номинал проката расходится с зазором на сборке
Кольцевое проходное сечение считают от внутреннего диаметра, а каталог называет трубу по наружному. Связка одна: D = Dнар − 2s. Стенка входит в формулу дважды, с обеих сторон сечения, и отклонение s сдвигает D на удвоенную величину. Площадь по каталожному имени «труба 200мм» расходится с площадью по замеру, даже когда наружный диаметр совпал со строкой заявки.
ГОСТ 8732-78 относится к бесшовным горячедеформированным трубам: в сортаменте заданы наружный диаметр и стенка, внутренний диаметр получают вычитанием. ГОСТ 10704-91 относится к электросварным прямошовным трубам. Для этого сортамента заявка «труба 200мм» читается как Ду 200 с наружным диаметром 219 мм, заявка на 300 мм — как Ду 300 с наружным 325 мм. Оба стандарта задают размеры проката. Цилиндр пояска и плоскость торца получают отдельной обработкой кромок.
При ровных торцах местный зазор в середине длинной трубы задаёт кривизна проката. Внутренняя труба уходит к одной стенке, узкий кольцевой зазор садится на образующую, широкий — напротив. Подрезка торцов и расточка поясков этот участок не выправляют. В заявке на длинную пару отдельно указывают допустимую стрелу прогиба или промежуточные опоры: зазор, принятый по торцам, в середине будет другим.
Что указать в чертеже и заявке на расточку пояска
Кольцевой зазор на сборке получается из размеров, которые записаны в чертеже и в заявке. Строка «труба 200мм» без расшифровки оставляет два чтения: Ду 200 с наружным диаметром 219 мм или наружный диаметр 200 мм. В формулу зазора идёт то чтение, которое в документе названо прямо. Список ниже закрывает расточку посадочного диаметра и подрезку посадочного торца.
- Смысл записи «труба 200мм»: условный проход или наружный диаметр и стандарт проката.
- Наружный диаметр и стенка наружной трубы для расчёта D = Dнар − 2s.
- Наружный диаметр d внутренней трубы по чертежу, с пометкой, что в зазор идёт факт.
- Минимальный радиальный зазор и отдельно площадь кольца, если расход нормирован.
- Допуск соосности внутренней трубы к базе расточенного пояска.
- Длина труб и длина посадочного пояска.
- Марка материала обеих труб.
- Подрезка посадочного торца и допуск перпендикулярности торца к оси.
- Расточка посадочного диаметра: размер, допуск, шероховатость, база.
- Фаска на кромке пояска.
- Схема контроля: нутромер, микрометр, щуп в четырёх точках или КИМ.
Расточку посадочного пояска наружной трубы выполняют на сверлении и расточке. Площадка в Чебоксарах, отгрузка по РФ.