[发明专利]一种管壳式换热器失稳承载能力的判定方法

权利要求书

1.一种管壳式换热器失稳承载能力的判定方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

S1，推导得出每根换热管的应力方程；

S2，根据S1中的应力方程得到管束受力状态；

S3，根据实际布管结构的X位置的换热管数量和该位置的受力值，汇总得到换热管轴向压缩力最大值F_tmin，换热管轴向拉伸力最大值F_tmax以及换热管束轴向受力加权平均值F_tavg，具体步骤为：

S301,根据实际布管结构，计算并汇总X位置的换热管数量和该位置的受力值：

X1位置，换热管数量m₁,该位置换热管的受力均为F_t1 ；

X2位置，换热管数量m₂,该位置换热管的受力均为F_t2 ；

……

Xn位置，换热管数量m_n,该位置换热管的受力均为F_tn ；

S302，根据S301中得到换热管不同位置的受力大小，汇总得到换热管轴向压缩力最大值F_tmin，换热管轴向拉伸力最大值F_tmax以及管束轴向受力加权平均值；具体为：F_tmin＝min{F_t1 ，F_t2 ，…，F_tn }；F_tmax＝max{F_t1 ，F_t2 ，…，F_tn }；

S4，通过判别条件，判断出管束是否安全；其判别条件具体为：

当F_tavg≥0时，需要|F_tmin|＜Euler方程失稳临界值，而且(F_tmax/A)＜换热管材料许用应力值；

当F_tavg＜0时，需要|F_tmin|＜Euler方程失稳临界值/F_S，而且(F_tmax/A)＜换热管材料许用应力值；

其中，F_tmin，F_tmax以及F_tavg是在S3中求得的，A—换热管横截面积；F_S＝1.0～3.0，F_S的值根据不同材料和换热管规格进行取值。

2.根据权利要求1所述的管壳式换热器失稳承载能力的判定方法，其特征在于，S1中推导每根换热管的应力方程包括如下步骤：

S101，根据两块管板变形方程：求解常数C₁，C₂；式中：w和w_fl——分别代表两个管板的挠度；P_c——管板计算压力；λ，N——计算系数；ber(x)，bei(x)——贝瑟儿函数；

S102，将S101求解得到的常数C₁，C₂代入到换热管应力方程；得到每根换热管的应力方程；式中：σ_t——换热管应力；E_t——换热管材料的弹性模量；L——换热管长度。

3.根据权利要求2所述的管壳式换热器失稳承载能力的判定方法，其特征在于，S2中根据S1中的应力方程得到管束受力状态的步骤具体为：根据S102中得到的每根换热管的应力方程乘以每根换热管的横截面积得出受力方程：F_t＝σ_t·A，从而获取整个管束受力状态；式中：A—换热管横截面积；σ_t—换热管应力；F_t—每根换热管的受力。