雙管板換熱器的液壓脹接

王賢泉

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室，武漢 430064）

傳統機械轆接是單管板換熱器管板脹接的常用方法，脹后的內表面光潔度受到轆壓存在損傷現象，因過盈量控制不準造成其拉脫力和密封穩定性較差。而采用雙管板結構型式可完全克服老式機械轆管的弊端。采用液壓脹接技術可以實現深孔強度脹接，后裝配管程管板是為解決氣側管板的檢漏問題。雙管板換熱器可解決一般換熱器在換熱管與管板焊接或脹接處易產生泄漏問題，避免管程介質與殼程介質相混。

1 材料要求

脹接是靠管子的塑性變形和管板的彈性變形來達到密封管子與管程管板的連接和緊固的一種機械連接方法。為此，對管子與管板的材質有一定要求，即管子的硬度比管板硬度要低，值差應達到HB＞30。管子與管板的連接通常為強度脹+密封焊。

2 液壓脹接

2.1 液壓脹接原理

液壓脹管時，脹接區的管子首先在高液壓內壓(100～350MPa)的作用下產生彈性變形，然后產生塑性變形而被擠壓到管板孔壁上。隨著壓力的增加，在管子與管板之間的接觸壓力作用下，管板首先產生彈性變形，然后產生塑性變形。壓力撤消后，如果管板的自由彈性恢復量比管子的大，就會在管子與管板之間產生殘余接觸壓力，實現脹接連接。

2.2 液壓脹接特點

液壓脹接的主要特點是脹接的主要參數一液脹壓力可以計算，可以精確調節和控制，保證所有的管一板接頭在同一條件下脹接，換熱管不易產生過脹，脹接接頭質量穩定。在管板孔內的脹接位置可以精確定位，脹接的部位不竄動。且脹接后管子內壁沒有損傷。液壓脹接的突出優點是脹管長度不受兩塊管板之間間距限制，最大可達3 m以上，因為它的輸壓管在工作時不承受扭矩。與機械滾脹接相比，液壓脹接具有脹后殘余應力低、在整個脹接長度上的應力分布均勻、脹后管內表面無加工硬化現象、脹后管頭不伸長、勞動強度低、生產效率高的優點。液壓脹管在正常工作的情況下，每分鐘可脹接管口2個左右，是機械脹接的6—8倍，大大提高了工作效率。且不論管板厚度有多大，液壓脹接都能一次完成，管板厚度對脹接時間沒有影響。液壓脹接介質是水，即使脹接接頭破損，對管口也無污染。這樣減少了以往機械脹接后對管口除油、清潔等工作，節約了工時。機械脹管時管壁減薄現象嚴重，常有螺旋式劃傷，外觀不佳，縮短換熱器的使用壽命。

2.3 管板加工

2.3.1 管板鉆孔

管板配鉆后絞孔，消除管孔上的縱向劃痕。管板孔表面粗糙度為12.5 微米級。實踐證明：管板孔表面的粗糙度必須達到精度要求是成功應用液壓脹管的關鍵。尤其要高度重視氣側管板的加工質量，若氣側管板滲漏，只有補脹，若補脹后仍然滲漏，只能報廢。所以，保證氣側管板與換熱管脹接牢固可靠是制造雙管板換熱器的關鍵。

2.3.2 管板孔開槽

拉脫力與密封性能是衡量脹接接頭連接質量的主要指標。為了提高拉脫力和密封性，最可行的方法是在管板孔中開一道或多道環形槽。由于液壓脹管屬于柔性脹接，管子的變形規律與機械脹管不一樣。液壓脹接接頭的密封性能和拉接脫力與管板開槽寬度有關。在相同脹接壓力下，為了得到最大的拉脫力和最佳的密封性能，管板開槽寬度應該隨著管子規格的不同而有所變化。

在液壓脹接過程中，管板的開槽不但有利于接頭的密封，還可以提高接頭的拉脫強度。若采用適當的槽寬，且脹接壓力足夠大，管子就會向管板槽內凹陷，在接頭受到拉脫載荷時，其阻力除了管板未開槽部分的靜摩擦力外，還有管板開槽部分的邊緣對凹進的管壁的剪切作用，阻止管子的軸向滑動。管子的變形越大抵抗拉脫的剪切力就越大。管板開槽后的脹接接頭抵抗拉脫的力由兩部分組成：一部分為管子與管板之間的靜摩擦力，另一部分為管子嵌人管板槽中產生的抗剪切力。當管槽寬度達到一定值時，剪切力不再增加，若管槽寬再增加，換熱管與管板的接觸面積下降，靜摩擦力下降。因此，從提高拉脫力的角度來說，管板開槽寬度不是越寬越好。

2.4 液壓脹接壓力的確定

液壓脹接壓力應根據換熱器的密封性(貼脹還是強度脹)要求、管子管板材料、換熱管的精度、管板孔表面狀況以及脹接幾何參數的實際情況而定，必須保證脹接接合面能滿足密封性和足夠的拉脫強度。脹接壓力過低，達不到密封效果；過高，會造成過脹現象，可能在脹接時發生管板的塑性區與周圍已脹好接頭的殘余應力的干涉，引起周圍接頭殘余接觸壓力的降低，嚴重時會在試壓時或運行中發生泄漏。過高的脹接壓力會引起脹接成本的上升，且換熱管的殘余應力也會提高，造成管子耐應力腐蝕性能降低。因此，在保證接頭具有可靠的密封性能和拉脫強度的前提下，不宜選擇過高的脹接壓力。最佳的脹接壓力的情形是，使管板的塑性變形區達到管橋中間，這樣既能獲得盡可能大的脹管壓力，又不會跟鄰近脹管接頭的塑性區發生干涉而使之松動，并且還有一定增壓余量，供個別不合格接頭進行補脹。

2.5 強度脹拉脫力試驗

管子與管板強度脹接按《壓力容器安全技術監察規程》應做拉脫力試驗，還要做密封性試驗。因為這種脹接很容易滿足《容規》要求的大于4 MPa的拉脫力，當脹管率達1.40時即可滿足。但這不能說明能滿足脹接密封性的要求，達到密封性的脹管率為1.90～2.00。脹管率應由密封性試驗確定，當脹管率為1.30～1.60時，雖然達到了拉脫力的要求，但實際打水壓試驗時，管頭有滲漏現象；當脹管率達2.30以上時就是過脹了。

3 裝配方法

先裝配氣側管板，采用級差管束穿管法，換熱管的長度有一定的增加量，穿管時，每一橫排的伸出量相同，由上而下每一縱排的伸出量是不同的，依次增加5 mm.由于管頭的減少并且成排，這樣就方便了管程管板穿管，管板可以逐級下落。殼程管板液壓脹好做水壓試驗。在這種情況下，個別管子脹后有滲漏是可以直觀檢查到的，需要補脹。

4 結束語

雙管板換熱器制造的關鍵是實現深孔強度脹接和殼程管板的檢漏。深孔強度脹接可采用液壓脹接技術；檢漏問題可以在裝配時解決，也可以采用更先進的氦檢漏儀解決。

[1]顏惠庚.換熱管的液壓脹管研究(三)——管板開槽寬度的選擇. 壓力容器, 1997(3)： 28.

[2]浙江大洋衣車有限公司. 超高液壓脹管機(YZJ一350D型)使用說明書.