管尺寸对换热管开槽胀接性能影响分析开题报告

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1. 研究目的与意义

换热器管子与管板连接处的连接质量直接影响到整个装置的安全和可靠性。在管子与管板的连接方式中，液压胀接以其生产效率高、加工残余应力小等优点，成为近年来发展较快的均匀胀接技术。胀管的最终目的就是为了在管子与管板之间获得足够大的残余接触力以保证接头具有足够的紧密性和拉脱强度。研究表明，在管板孔开环形槽可以加强管子与管板连接的拉脱强度与密封性能，这正是液压胀接的目的。管孔槽结构参数包括槽的数量、宽度、深度及间距等，其数据的选取对液压胀接接头的性能产生影响。换热管在胀接时，存在多种因素对管孔槽型产生影响，从而影响胀接效果，所以需要研究这些因素对槽型的影响。

本课题就管尺寸对槽型的影响展开研究，管尺寸包括换热管的外径和厚度。对压力容器胀接接头的分析研究而言，由于接头几何形状及边界条件复杂，不但存在几何非线性，而且存在材料非线性，又要考虑管子与管板接触，所以要用三维非线性有限元分析才能对其进行深入分析。ANSYS软件中的接触单元分析方法是基于有限单元法的一种分析方法，属于非线性分析。本课题采用有限元方法在ANSYS软件中对换热器管子与管板的胀接过程进行数值模拟的。改变换热管的尺寸，观察槽型变化，从而总结管尺寸对换热器胀接槽型的影响。

2. 国内外研究现状分析

换热器中管子与管板的连接方法主要有焊接法、胀接法及胀焊结合。在胀接法中又主要有机械胀接法和液压胀接法。现代换热器一般都在高参数下运行，特殊要求的换热设备的管板设备已超过500毫米，用传统的机械胀接技术无法完成全厚度胀接。用常规机械胀接法无法对换热管与折流板进行胀接。液压胀接是七十年代后期由西德的krips等人首先发展起来的[1]，液压胀接技术的优点；对管子胀紧力的控制精确、对管子公差要求不高、操作轻便、生产效率高、对管孔没有污染等特点。是一种较为符合我国国情的很有发展前途的胀接技术。

胀管的最终目的就是为了在管子与管板之间获得足够大的残余接触力以保证接头具有足够的紧密性和拉脱强度。管子与管板之间足够的残余接触压力是保证接头具有足够的密封性能和拉脱能力的前提，它在管子与管板间是怎样分布以及胀接压力对其影响规律怎样，是研究液压胀接对其结构进行优化的基础。1996年，颜惠庚等人利用自行研制的液袋式液压胀管机作为胀接设备，以不同的胀接压力对单管胀接模型进行胀接。用弹性卸载法测定单管胀接模型的液压接头的残余接触压力，并根据拉脱力推算出换热管与单管模型之间的静摩擦系数。同时给出可以计算液压胀接后的残余接触压力的公式。

在机械胀管法中，为了加强管子与管板连接的拉脱强度及密封性能，在实际生产中，较经济可靠的办法就是在管板孔中开一道或多道环形槽。现有的规范列出的开槽尺寸是机械胀接连接多年生产经验的总结，但对液压胀接开槽结构的接头未必适用，因为二者连接机理不同。gb15198《钢制管壳式换热器》[1]规定了管板的槽宽为3mm，深度为0.5mm，以上规定是对机械胀管经验的总结，该规定是否适用于新型的液压胀接技术，需要试验和研究来验证。1996年，颜惠庚等人研究得出：管板较厚时，为了提高密封性能，开槽应位于残余接触压力较高处。当换热器管程温度高于壳程温度，管板孔开槽位置应位于壳程侧，反之，应置于管口附近。2001年，李磊[2]等试验研究比较了机械和液压胀接方式对胀接性能的影响，两种分析比较了不同槽宽、槽位置、槽深度的单管模型拉脱力和泄露情况。试验结论：液压胀接时选用8~10mm管孔槽宽可获得最佳胀接效果；当管槽位于管板厚度的中间部位即离管侧表面20mm左右，效果最好；槽深0.5mm左右的结构可获得较大的拉脱力，槽深对液压胀接性能影响不显著。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：查阅关于换热器液压胀接的文献，了解如何测定管子与管板的残余接触压力；查阅非线性有限元技术应用在换热器研究上的成果，模仿前人的方法，利用ansys仿真软件接触分析功能，模拟液压胀管及接头拉脱的全过程。本课题利用ansys进行液压胀管的模拟，得到胀管接头残余应力及残余变形，用接头平均残余接触压力表征其连接强度大小；改变管子尺寸，寻找最佳胀接压力，观察槽型的变化，研究出管尺寸对胀接槽型的影响。

时间安排：

1~3周：调研及查阅文献，翻译外文资料写出开题报告；

4. 研究创新点