大厚度管板液壓脹接理論及工藝方法研究.pdf

1、管殼式換熱器是石油化工行業(yè)、火力發(fā)電廠及核電廠中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一。并且，由于換熱器在系統(tǒng)中的重要作用和相對(duì)昂貴的造價(jià)，對(duì)設(shè)備的換熱效率及運(yùn)行壽命提出了很高的要求。通常，管殼式換熱器由外殼、換熱管、管板、水室組成兩個(gè)回路，即管內(nèi)回路和管外回路，而這兩個(gè)回路間的分隔和密封是通過(guò)管子與管板的連接接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的，管子管板連接接頭的連接強(qiáng)度和密封性能直接影響到整個(gè)換熱器的換熱效率和壽命。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究資料表明，在運(yùn)行期間，熱交換器由于受

2、到管束內(nèi)的應(yīng)力作用、管束組件的機(jī)械載荷（振動(dòng)、軸向拉力等）作用以及一、二次側(cè)流體的腐蝕，會(huì)造成管子與管板處的連接失效，無(wú)法保證換熱器管內(nèi)和管外兩個(gè)回路的密封，導(dǎo)致管內(nèi)和管外兩個(gè)回路間出現(xiàn)短路，換熱效率下降甚至整個(gè)設(shè)備的報(bào)廢。
　　 管子管板接頭的連接形式主要有脹接、焊接和脹接+焊接三種形式，其中脹接的主要功能是：1、消除管子與管板間的間隙，阻止管外回路介質(zhì)滲入引起間隙腐蝕；2、利用管子管板之間脹后的殘余應(yīng)力產(chǎn)生一定的摩擦力，保證

3、管子管板的連接強(qiáng)度；3、吸收管束振動(dòng)等機(jī)械載荷，保護(hù)管子管板焊縫。因此，管子管板脹接質(zhì)量的好壞，直接影響管子管板連接接頭的質(zhì)量，管子管板脹接技術(shù)是換熱器制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 目前，實(shí)現(xiàn)脹接的主要方式有機(jī)械脹管、橡膠脹管、液壓脹管和爆炸脹管等幾種。其中液壓脹管是一種新興的脹管技術(shù)，具有脹接效率高、脹后管子壁厚減薄少、不易損傷管子內(nèi)壁等優(yōu)點(diǎn)，是目前各行業(yè)中重要換熱器制造中主要采用的脹管技術(shù)，尤其在核電站用換熱器（蒸汽發(fā)生器等）

4、制造中得到了廣泛的應(yīng)用。圍繞液壓脹接技術(shù)，眾多學(xué)者紛紛開展了研究。到目前為止已有不少關(guān)于液壓脹管理論和數(shù)值模擬計(jì)算方面的研究，總體來(lái)說(shuō)，液壓脹管主要是利用彈塑性理論，并基于以下假設(shè)進(jìn)行研究的：管子管板均為理想彈塑性材料、管子與管板系統(tǒng)處于平面應(yīng)力狀態(tài)或軸對(duì)稱狀態(tài)、小變形假設(shè)和材料服從Mises 屈服準(zhǔn)則，但分析研究都在特定的條件下進(jìn)行的，且管板試樣的厚度小于100mm，對(duì)于大厚度的管板，現(xiàn)有的分析結(jié)論是否適用有待論證。
　　 本

5、論文通過(guò)有限元分析方法從二維模型和三維模型分別對(duì)管子管板脹接進(jìn)行分析計(jì)算，得出相對(duì)精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)液壓脹管的理論、模型做出闡述；通過(guò)對(duì)大厚度管板中影響管子脹接質(zhì)量因素的理論研究,分別闡述了摩擦系數(shù)與接觸壓力的關(guān)系，脹接長(zhǎng)度與脹接壓力的關(guān)系，脹接壓力與殘余接觸壓力的關(guān)系，換熱管與管板的屈強(qiáng)比與接觸壓力的關(guān)系，間隙對(duì)脹接的影響，管板鉆孔垂直度對(duì)脹接的影響，脹接順序?qū)γ浗淤|(zhì)量的影響以及包辛格效應(yīng)的影響。
　　 本論文通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的

6、分析研究，得出管子管板脹接長(zhǎng)度大于300mm 以后，單位面積拉脫力基本不變；當(dāng)管子管板間隙大于0.3mm 時(shí)，采用有限元分析或冪硬化模型計(jì)算脹接壓力更接近實(shí)際；闡述了當(dāng)管板孔加工后，管板孔垂直度發(fā)生傾斜時(shí)，工程上對(duì)偏斜管孔脹接質(zhì)量的一種驗(yàn)證方法；通過(guò)脹管率問(wèn)題的討論，提出采用脹接壓力作為控制脹接質(zhì)量的指標(biāo)。本論文的結(jié)論能夠?qū)Ξa(chǎn)品制造中采用何種方法獲得合理的脹管參數(shù)起到指導(dǎo)作用，改善脹接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。