双管板换热器的液压胀接

2012-04-01王贤泉

船电技术 2012年5期

王贤泉

（海军驻武汉七一二所军事代表室，武汉 430064）

传统机械辘接是单管板换热器管板胀接的常用方法，胀后的内表面光洁度受到辘压存在损伤现象，因过盈量控制不准造成其拉脱力和密封稳定性较差。而采用双管板结构型式可完全克服老式机械辘管的弊端。采用液压胀接技术可以实现深孔强度胀接，后装配管程管板是为解决气侧管板的检漏问题。双管板换热器可解决一般换热器在换热管与管板焊接或胀接处易产生泄漏问题，避免管程介质与壳程介质相混。

1 材料要求

胀接是靠管子的塑性变形和管板的弹性变形来达到密封管子与管程管板的连接和紧固的一种机械连接方法。为此，对管子与管板的材质有一定要求，即管子的硬度比管板硬度要低，值差应达到HB＞30。管子与管板的连接通常为强度胀+密封焊。

2 液压胀接

2.1 液压胀接原理

液压胀管时，胀接区的管子首先在高液压内压(100～350MPa)的作用下产生弹性变形，然后产生塑性变形而被挤压到管板孔壁上。随着压力的增加，在管子与管板之间的接触压力作用下，管板首先产生弹性变形，然后产生塑性变形。压力撤消后，如果管板的自由弹性恢复量比管子的大，就会在管子与管板之间产生残余接触压力，实现胀接连接。

2.2 液压胀接特点

液压胀接的主要特点是胀接的主要参数一液胀压力可以计算，可以精确调节和控制，保证所有的管一板接头在同一条件下胀接，换热管不易产生过胀，胀接接头质量稳定。在管板孔内的胀接位置可以精确定位，胀接的部位不窜动。且胀接后管子内壁没有损伤。液压胀接的突出优点是胀管长度不受两块管板之间间距限制，最大可达3 m以上，因为它的输压管在工作时不承受扭矩。与机械滚胀接相比，液压胀接具有胀后残余应力低、在整个胀接长度上的应力分布均匀、胀后管内表面无加工硬化现象、胀后管头不伸长、劳动强度低、生产效率高的优点。液压胀管在正常工作的情况下，每分钟可胀接管口2个左右，是机械胀接的6—8倍，大大提高了工作效率。且不论管板厚度有多大，液压胀接都能一次完成，管板厚度对胀接时间没有影响。液压胀接介质是水，即使胀接接头破损，对管口也无污染。这样减少了以往机械胀接后对管口除油、清洁等工作，节约了工时。机械胀管时管壁减薄现象严重，常有螺旋式划伤，外观不佳，缩短换热器的使用寿命。

2.3 管板加工

2.3.1 管板钻孔

管板配钻后绞孔，消除管孔上的纵向划痕。管板孔表面粗糙度为12.5 微米级。实践证明：管板孔表面的粗糙度必须达到精度要求是成功应用液压胀管的关键。尤其要高度重视气侧管板的加工质量，若气侧管板渗漏，只有补胀，若补胀后仍然渗漏，只能报废。所以，保证气侧管板与换热管胀接牢固可靠是制造双管板换热器的关键。

2.3.2 管板孔开槽

拉脱力与密封性能是衡量胀接接头连接质量的主要指标。为了提高拉脱力和密封性，最可行的方法是在管板孔中开一道或多道环形槽。由于液压胀管属于柔性胀接，管子的变形规律与机械胀管不一样。液压胀接接头的密封性能和拉接脱力与管板开槽宽度有关。在相同胀接压力下，为了得到最大的拉脱力和最佳的密封性能，管板开槽宽度应该随着管子规格的不同而有所变化。

在液压胀接过程中，管板的开槽不但有利于接头的密封，还可以提高接头的拉脱强度。若采用适当的槽宽，且胀接压力足够大，管子就会向管板槽内凹陷，在接头受到拉脱载荷时，其阻力除了管板未开槽部分的静摩擦力外，还有管板开槽部分的边缘对凹进的管壁的剪切作用，阻止管子的轴向滑动。管子的变形越大抵抗拉脱的剪切力就越大。管板开槽后的胀接接头抵抗拉脱的力由两部分组成：一部分为管子与管板之间的静摩擦力，另一部分为管子嵌人管板槽中产生的抗剪切力。当管槽宽度达到一定值时，剪切力不再增加，若管槽宽再增加，换热管与管板的接触面积下降，静摩擦力下降。因此，从提高拉脱力的角度来说，管板开槽宽度不是越宽越好。

2.4 液压胀接压力的确定

液压胀接压力应根据换热器的密封性(贴胀还是强度胀)要求、管子管板材料、换热管的精度、管板孔表面状况以及胀接几何参数的实际情况而定，必须保证胀接接合面能满足密封性和足够的拉脱强度。胀接压力过低，达不到密封效果；过高，会造成过胀现象，可能在胀接时发生管板的塑性区与周围已胀好接头的残余应力的干涉，引起周围接头残余接触压力的降低，严重时会在试压时或运行中发生泄漏。过高的胀接压力会引起胀接成本的上升，且换热管的残余应力也会提高，造成管子耐应力腐蚀性能降低。因此，在保证接头具有可靠的密封性能和拉脱强度的前提下，不宜选择过高的胀接压力。最佳的胀接压力的情形是，使管板的塑性变形区达到管桥中间，这样既能获得尽可能大的胀管压力，又不会跟邻近胀管接头的塑性区发生干涉而使之松动，并且还有一定增压余量，供个别不合格接头进行补胀。

2.5 强度胀拉脱力试验

管子与管板强度胀接按《压力容器安全技术监察规程》应做拉脱力试验，还要做密封性试验。因为这种胀接很容易满足《容规》要求的大于4 MPa的拉脱力，当胀管率达1.40时即可满足。但这不能说明能满足胀接密封性的要求，达到密封性的胀管率为1.90～2.00。胀管率应由密封性试验确定，当胀管率为1.30～1.60时，虽然达到了拉脱力的要求，但实际打水压试验时，管头有渗漏现象；当胀管率达2.30以上时就是过胀了。

3 装配方法

先装配气侧管板，采用级差管束穿管法，换热管的长度有一定的增加量，穿管时，每一横排的伸出量相同，由上而下每一纵排的伸出量是不同的，依次增加5 mm.由于管头的减少并且成排，这样就方便了管程管板穿管，管板可以逐级下落。壳程管板液压胀好做水压试验。在这种情况下，个别管子胀后有渗漏是可以直观检查到的，需要补胀。