换热管与管板液压胀接加工工艺研究开题报告

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1、换热管与管板液压胀接加工工艺研究(开题报告)12换热管与管板液压胀接加工工艺研究摘要：换热器作为节能设备之一，在国民经济中起到非常重要的作用。在换热器中管束是换热的主要部件，其与管板孔的连接方法是换热器的主要研究点。本文介绍其中的液压胀接方法，对二者的液压胀接情况进行有限元建模，再加以分析。分析结果将涉及加压前径向间隙、材料的弹性模量等对泄压后的残余接触应力应力的影响，以及参与接触应力与连接强度的关系。关键词：换热器，胀接，参与接触应力1研究背景自全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在大量寻找新能源及在节约能源上研究新途径。作为一种能实现物料之间热量传递

2、的节能设备，换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，是石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业不可缺少的工艺设备之一。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的35%-45%[1]。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。因此换热器的研究备受世界各国的高度重视。管壳式换热器是使用最多的换热器，由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成，如图1.1。管壳式换热器就是把换热管与管板连接，再用壳体固定。进行换热的两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流

3、动，称为壳程流体。两种流体通过换热管进行间壁传热，将热能由高温流体传给低温流体。在工作中，换热器的可靠性和使用寿命很大程度上跟管子与管板的连接质量有关。这是因为它不仅加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备运行中，保证介质无泄漏及承受介质压力的能力，一旦管子与管板连接部位发生泄漏事故，将给化工厂带来巨大的经济损失。因此，开发高效率高质量的连接技术是当前换热器制造的一个重要课题。在换热器的换热管与管板的连接方法中,胀接是换热器制造中最常采用的工艺。目前应用最广泛的胀接技术是机械滚胀法。但用该方法胀接的换热管内壁粗糙,残余应力高,胀紧度难于控制,而且操作时工

4、人劳动强度大,效率低。为了克服机械胀接的缺点,找到适合我国国情,同时又具有国际先进水平的柔性胀接技术,我们对国内外橡胶胀接和“O”形环液压胀接技术进行了分析研究,认为这两种新型的胀接技术在克服机械胀接的缺点方面有着各自的优势,并且具有明显的互补性。为此,在充分吸收橡胶胀接和“O”形环液压胀接的技术优势的基础上,成功开发出了液压胀接技术。作为一种新兴的连接方法，液压胀接的具体操作方法尚处于试验阶段，要得出适用于所有情况的操作规则，还有待于研究。换热管与管板液压胀接加工工艺研究(开题报告)12图1.1管壳式换热器2文献综述2.1连接方式的分类换热管与管板的连

5、接方式根据换热器的使用条件及加工条件的不同而分为强度胀接、强度焊、强度焊接+贴胀、强度张+密封焊。强度胀接是指保证换热管与管板连接的密封性能和抗拉脱强度的胀接；贴胀是指为消除换热管与管孔之间间隙的轻度胀接；强度焊接是指为保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接；密封焊是指为保证换热管与管板连接的密封性能的胀接[2]。胀接方法受温度限制比受压力限制大。因为随着温度的升高，换热管与管板的刚度下降，胀接应力松弛，热膨胀应力增大，最后引起接头脱落或松动，从而发生泄漏。由于强度胀接接头不仅受温度的影响，还受操作压力、材质和其他条件的影响，因而强度胀接适用于

6、设计压力小于4MPa，设计温度小于300℃，操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无严重的应力腐蚀的场合。换热管与管板的胀接由非均匀胀接和均匀胀接两大类。非均匀胀接指机械滚胀，均匀胀接包括液压胀接、液袋胀接、橡胶胀接以及爆炸胀接。机械滚胀是利用滚柱胀管器伸入插在管板孔中的换热器的端部，旋转胀管器使管子直径增大并产生塑性变形，而管板只产生弹性变形。取出膨胀管后管板弹性变形恢复，使管板与管子之间产生一定的挤压力而贴合在一起，从而达到紧固与密封的目的。由于机械滚胀能较好地耐反复热循环，能抵抗热冲击及热膨胀差产生的轴向力，换热管的更换修补较容易，且操作简单，适用

7、范围广，所以机械滚胀是目前我国企业内使用最多的连接方法。同时，机械滚胀也存在着许多不足之处换热管与管板液压胀接加工工艺研究(开题报告)12，如不容易控制管板的胀度，各管胀度的均匀性差，即各管子的连接强度和紧密性不均匀，管子的可焊性差，以及劳动条件差，生产率低，且对小管径或厚壁管无能为力等。正是由于机械滚胀存在不少问题，所以无论是企业还是研究院都很积极研究新的连接方法，其中液压胀接就是其中一种。液压胀接作为胀接方法的一种，在基本的思路上与机械滚胀是一样的，只是操作的方法与使用的装备不同，二者都是利用压力让换热管发生塑性变形，管板发生弹性变形，然后泄压，让管

8、板回弹，然后与换热管贴紧，从而达到连接的目的。液压胀接时将心轴塞进管端，依靠心轴