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昂貴的造價，對設(shè)備的換熱效率及運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、水室組成兩個回路，即管內(nèi)回路和管外回路，而這兩個回路間的分隔和密封是通過管子與管板的連接接頭來實現(xiàn)的，管子管板連接接頭的連接強度和密封性能直接影響到整個換熱器的換熱效率和壽命。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和研究資料表明，在運行期間，熱交換器由于受

2、到管束內(nèi)的應(yīng)力作用、管束組件的機械載荷（振動、軸向拉力等）作用以及一、二次側(cè)流體的腐蝕，會造成管子與管板處的連接失效，無法保證換熱器管內(nèi)和管外兩個回路的密封，導(dǎo)致管內(nèi)和管外兩個回路間出現(xiàn)短路，換熱效率下降甚至整個設(shè)備的報廢。
　　 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、管子管板的連接強度；3、吸收管束振動等機械載荷，保護管子管板焊縫。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，實現(xiàn)脹接的主要方式有機械脹管、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，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)值模擬計算方面的研究，總體來說，液壓脹管主要是利用彈塑性理論，并基于以下假設(shè)進行研究的：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)或軸對稱狀態(tài)、小變形假設(shè)和材料服從Mises 屈服準則，但分析研究都在特定的條件下進行的，且管板試樣的厚度小于100mm，對于大厚度的管板，現(xiàn)有的分析結(jié)論是否適用有待論證。
　　 本

5、論文通過有限元分析方法從二維模型和三維模型分別對管子管板脹接進行分析計算，得出相對精確的數(shù)學(xué)模型，對液壓脹管的理論、模型做出闡述；通過對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比與接觸壓力的關(guān)系，間隙對脹接的影響，管板鉆孔垂直度對脹接的影響，脹接順序?qū)γ浗淤|(zhì)量的影響以及包辛格效應(yīng)的影響。
　　 本論文通過對試驗數(shù)據(jù)的

6、分析研究，得出管子管板脹接長度大于300mm 以后，單位面積拉脫力基本不變；當管子管板間隙大于0.3mm 時，采用有限元分析或冪硬化模型計算脹接壓力更接近實際；闡述了當管板孔加工后，管板孔垂直度發(fā)生傾斜時，工程上對偏斜管孔脹接質(zhì)量的一種驗證方法；通過脹管率問題的討論，提出采用脹接壓力作為控制脹接質(zhì)量的指標。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。