Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой, предназначенный для охлаждения (нагревания) жидких или газообразных сред без изменения агрегатного состояния. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку. Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах. Эти теплообменники, нормализованные в соответствии с ГОСТ 27601-88, могут быть двух- или четырехходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м [9].
Горизонтальный двухходовый конденсатор типа ТП (рисунок 2.10) состоит из кожуха 10 и трубного пучка. Левая трубная решетка 1 соединена фланцевым соединением с кожухом и распределительной камерой 2, снабженной перегородкой 4 и закрытой плоской крышкой 3. Правая, подвижная трубная решетка установлена внутри кожуха свободно и образует вместе с присоединенной к ней крышкой 8 плавающую головку. При нагревании и удлинении трубок плавающая головка перемещается внутри кожуха. С правой стороны к корпусу крепится, как правило, эллиптическая крышка 7.
Для обеспечения свободного перемещения трубного пучка внутри кожуха в аппаратах диаметром 800 мм и более трубный пучок снабжают опорной платформой 6. Верхний штуцер 9 предназначен для ввода пара и поэтому имеет большое проходное сечение; нижний штуцер 5 меньших размеров предназначен для вывода конденсата.
| 
|
| а – конструктивная схема аппарата | б – вид со стороны распределительной камеры |
| |
| в – вид со снятой крышкой на плавающую головку | |
| Рисунок 2.10 – Горизонтальный двухходовый конденсатор с «плавающей головкой» |
Значительные коэффициенты теплоотдачи при конденсации практически не зависят от режима движения среды. Поперечные перегородки в межтрубном пространстве этого аппарата служат лишь для поддержания труб и придания жесткости трубному пучку.
|
|
Аппараты с плавающей головкой обычно выполняют одноходовыми по межтрубному пространству, однако установкой продольных перегородок в межтрубном пространстве можно получить многоходовые конструкции. На рисунке 2.11 показаны двухходовые по межтрубному пространству теплообменники.
| 
|
| а – цельной | б – разрезной |
| Рисунок 2.11 – Двухходовый теплообменник с «плавающей головкой [15] |
Теплообменники с постоянным диаметром по всей длине удобны при сборке. Сборка теплообменников с переменным по длине диаметром (рисунок 2.12) затруднена, так как плавающую головку (по габаритным размерам) в собранном виде невозможно поместить в кожух без трубчатки. Теплообменники с постоянным диаметром не имеют этого недостатка, так как плавающую головку можно собирать и разбирать вне и внутри кожуха. Кроме того, теплообменники с постоянным диаметром по длине предпочтительнее теплообменников с переменным диаметром потому, что при очистке их межтрубного пространства не приходится разбирать плавающую головку.
| 
|
| а – с постоянным диаметром | Б – с переменным диаметром |
| Рисунок 2.12 – Теплообменник с «плавающей головкой» [10] |
Для эффективной работы теплообменника желательно, чтобы средняя часть была выполнена с наименьшим диаметром; при этом обеспечивается наибольшая скорость продукта и, следовательно, создаются оптимальные условия для теплопередачи. Это и является причиной изготовления теплообменников с переменным диаметром по длине. Однако уменьшать диаметр средней части аппарата имеет смысл лишь при значительных размерах плавающей головки. При применении малогабаритной плавающей головки отпадает необходимость в изготовлении теплообменников переменного диаметра. Малогабаритная плавающая головка свободно располагается и в наименьшем сечении кожуха [10].
|
|
Наиболее важный узел теплообменников с плавающей головкой – соединение плавающей трубной решетки с крышкой. Это соединение должно обеспечивать возможность легкого извлечения пучка из кожуха аппарата, а также минимальный зазор ∆ между кожухом и пучком труб. Вариант, показанный на рисунке 2.13, позволяет извлекать трубный пучок, но зазор ∆ получается больше (по крайней мере, чем в теплообменниках типа ТН) на ширину фланца плавающей головки. Крепление по этой схеме наиболее простое; его часто применяют в испарителях с паровым пространством.
Рисунок 2.13 – Вариант размещения плавающей головки в кожухе
большего диаметра [15]
Размещение плавающей головки внутри крышки, диаметр которой больше диаметра кожуха, позволяет уменьшить зазор; но при этом усложняется демонтаж аппарата, так как плавающую головку нельзя извлечь из кожуха теплообменника (рисунок 2.14).
Рисунок 2.14 – Вариант размещения крышки плавающей головки в кожухе меньшего диаметра [15]
Конструкции крепления плавающей головки с трубной решеткой, позволяющие легко извлекать трубный пучок из кожуха при минимальном зазоре ∆ между трубным пучком и кожухом, показаны на рисунке 2.15. В одном из таких простых соединений использованы разрезные фланцы (рисунок 2.15, а). Конструкция включает разрезной фланец 1 (состоит из двух полуколец, стянутых ограничительным кольцом 2), уплотняющую прокладку 3, крышку 4 плавающей головки и трубную решетку 5.
|
|
| 
|
| а – разрезным фланцем | б – разрезной фланцевой скобой |
| 
|
| в – разрезным кольцом | г – разрезным стяжным кольцом |
| Рисунок 2.15 – Способы крепления крышки «плавающей головки» к трубной решетке [15] |
Широко распространены соединения фланцевой скобой 2 (рисунок 2.15, б), представляющей собой приспособление типа струбцины. Соединение состоит из двух полуколец, охватывающих край трубной решетки 4 и фланец 3 крышки. Винты 1 должны быть расположены посередине уплотнения, что обеспечивает разгрузку фланца от изгибающих моментов.
В другой конструкции (рисунок 2.15, в) накидной фланец удерживается разрезным кольцом, вставленным в паз трубной решетки 4. Широко применяют также крепление крышки (рисунок 2.15, г) и трубной решетки 3 разрезным кольцом 1, половинки которого соединены между собой накладками 2 [15].
2.4.1 Плавающая головка.
2.4.1.1 Типовые конструкции крышек плавающей головки показаны на рисунке 2.16.
| 
| 
|
| а – конструкция кольцо-днище | b – конструкция фланец-днище | c- цельная конструкция |
| 1 – кольцо; 2 – прокладка; 3 – днище; 4 – сварной шов с полным проплавлением; 5 – фланец; 6 – цельная механически обработанная крышка Рисунок 2.16 – Типовые конструкции крышек плавающих головок [11] |
Высота крышки плавающей головки аппарата одноходового по трубам должна быть не менее 1/3 внутреннего диаметра штуцера на крышке.
Высота крышки плавающей головки аппарата двухходового по трубам должна быть такой, чтобы площадь ее центрального сечения не менее чем в 1,3 раза превышала площадь проходного сечения труб одного хода [11].