换热器管子与管板胀接开槽尺寸的试验验证

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2008-11-24 10:36:16 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器

管子与管板的连接主要有胀接、焊接、胀焊并用、粘胀连接和螺纹连接等。但传统的胀接方法仍然是目前应用最广泛的方法。胀接所采用的方法又分为液压胀接和机械胀接等。胀接过程是一个复杂的接触过程,对于胀接过程和胀后残余应力及拉脱力耐压能力的研究,仍是一个重要的研究课题。

    关于胀接工艺方面,在换热器制造的有关规范中,对开槽的结构尺寸作了具体的规定。在GB151—1999《钢制管壳式换热器》中,规定了强度胀接的槽宽为3mm,深度为0.5mm,槽离管板表面距离为8mm,槽间距为6mm。以上规定是人们多年来对机械胀管经验的总结,主要是为了在较薄的管板(如25ram厚)开两个槽的需要,当管板较厚时,这个尺寸不见得合适,因此,GB151中规定可根据不同的胀接方法修改有关尺寸。同时,“容规”第105条推荐柔性强度胀接时,槽宽等于(1.1—1-3)( ) (d_换热管的平均直径,广换热管壁厚),如 25×2.5的换热管开槽宽度应为8.7一10.3rnrn之间。因此,对于机械胀接3mm宽的槽是可行的。然而,当使用新型的柔性(液压)胀接时,必须加宽槽的宽度尺寸。由于液压胀接属于柔性胀接,管子的变形规律与机械胀接时不一样。“容规”仅是提出了液压胀接时的推荐槽宽,但没有提出开槽的结构尺寸,目前,国内外的学者主要研究了槽宽的影响,但接头处管板孔的结构参数除了槽宽外,还有槽位置、槽深度、两槽的间隔等,这些参数对液压胀接的影响如何,相关研究工作目前还很少有人涉及。笔者曾对换热器管子与管板胀接接头的结构和连接强度、密封性能进行了试验研究,对不同胀槽宽度、位置、深度和胀接压力下的接头模型进行了试验,分析了其胀后强度,为加深对胀接过程及连接接头性能的理解,提高换热器设计及制造的质量,不断修改和完善现有标准、规范提供了参考数据。

    1 试验方法及过程

    1.1试件

    试验所用的换热管为 25×2的无缝钢管,长度为250ram;管板采用七孔管板模型,管孔外径 25 蛐。换热管胀接于七孔管板的中心孔内,图1为管板试件。

                

    1.3 试验方法及规程

    试验时,首先确定本组试件的结构参数及尺寸,并对试验用的管子及管板进行加工;接着进行胀接前的准备工作,其中包括:对管子及管板分别编号,并测量管子的内、外径 , 及管孔的直径D;然后将管子及管板根据编号一一对应,以待胀接。胀接按液压胀接及机械胀接两组进行。液压胀:液压胀接采用液袋式胀管法。其示意图如图2所示。高压介质经芯轴中,6q:L进入液袋,通过液袋对换热管管壁施加均匀的胀接压力,使换热管产生径向变形而胀接于管板孔内。

                

   机械胀:机械胀接时采用后退式胀管器。采用同样的胀紧程度对试件进行胀接。机械胀时,由滚珠的碾压作用使管壁产生塑性变形,并嵌入管孑L槽内并使管子与管板紧密连接。胀接后的试件,再次测量其管子内径 ,然后进行液压泄漏试验。试验时将胀接好的试件逐个装人专用的试验装置中。水由水泵从容器底部送人,每升压0.5MPa,保压并检漏,直至胀接接头处泄漏为止,并记录泄漏压力。进行液压泄漏试验后,对每个试件在材料试验机上进行胀接接头的拉脱试验,记录拉脱时的载荷,并测量该试件实际的胀接长度以计算连接的拉脱应力q。

    图3(a)及(b)分别为液压胀和机械胀试件解剖后的剖面。由图3(a)可见,液压胀接时,管孔槽处管子产生了明显的凹陷,槽边缘处挤压变形明显,但胀槽内仍有微小的空隙未被填满。由图3(b)可见,机械胀接时,管壁金属受挤压后基本填满管孔槽内。

            

    2 试验结果及分析

    2.1 胀槽宽度的影响

    在其它条件相同,仅胀槽宽度改变的情况下,通过试验研究获得了管孔槽宽对拉脱力、密封性能影响的数据,图4为槽宽对拉脱应力影响的试验结果。表明在液压胀接时,传统所用的3mm管孔槽宽已不再适用,而选用8~lOmm可获得最佳的胀接效果。机械胀接时,槽宽的影响不明显,3~5ram槽宽时的胀接效果均较满意。另外从图4可以看出槽宽为零即无胀槽时,其拉脱强度是较低的。

     2.2 胀槽位置的影响

    在上述试验的基础上,液压胀接时采用槽宽为8mm、机械胀接时采用槽宽为3mm,其它条件相同的情况下改变胀槽的位置,其结果如图5所示。可以看出,无论是液压胀还是机械胀,目前设计规范推荐采用的管槽距管板管侧表面距离为

8一,在管板较厚时并非为最佳几何尺寸。而当管槽离管板表面15—20mm时,效果较好。

                 

    2-3 槽深的影响

    从上述试验,确定出在该连接中液压胀较合理的槽宽为8mm,机械胀较合理的槽宽为3mm。以相等的胀接压力胀接时,槽位置距管板端面20ram,改变单槽的深度,分析试验的结果。液压、机械胀试件各一组。计算和比较单槽结构下,仅当胀槽的深度这个参数变化时,试验管孔槽深对拉脱力(或拉脱应力q)的影响,并做水压试验检查泄漏情况,以归纳出最佳的结构形式。图6表达了槽深度对液压和机械胀接接头拉脱应力的影响。结果表明:当槽深度从0.3mm到1.2mm的范围变化时,无论液压胀接还是机械胀接,槽深0.5ram左右的结构均可获得较大的拉脱力。若槽深过小,则胀接强度会显著降低,也比较易发生泄漏。由图6还可发现,槽深对液压胀接性能的影响不太显著。

                 
 



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