换热管截面尺寸对胀接接头性能影响分析开题报告

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1. 研究目的与意义

换热器是化工、炼油、动力、原子能和其他工业部门广泛应用的一种通用工艺设备,其工作原理是热流体在换热器中通过换热管循环流动，将部分热量传递给冷流体, 使流体温度达到流程规定的指标，满足过程工艺条件的需要，所以换热管与管板之间的连接质量很大程度上影响换热器的工作效率和使用寿命。换热管与管板之间的连接方式有胀接、焊接和胀焊结合三种，由于胀接法能承受较高的压力,特别适用于材料可焊性差及制造厂的焊接工作量过大的情况，因此该方法在实际生产中运用广泛。在胀接工艺中胀接接头的残余应力和拉托力的大小直接影响接头的密封性能，现我国对换热管的直径已有一套完备的规格体系，但是对不同尺寸的换热管胀接接头的残余应力和拉托力的研究却很少，所以对现有的换热管尺寸的规格体系计算出配套的胀接接头性能参数是值得研究的课题。ANSYS是被国家容委会认可的压力容器应力分析工具，利用ANSYS建立管板与换热管胀接接头的模型并分析在不同截面尺寸下胀接接头的性能参数，相对于现场试验更加安全便捷，可为实验结论提供可靠的数据来源。

2. 国内外研究现状分析

换热器发生失效的主要部位是换热管与管板连接处, 一旦管子与管板连接部位发生泄露事故, 将给化工生产带来巨大的经济损失。因此,发展高效率、高质量的连接技术已成为制造中的重点研究课题。目前在换热器制造过程中，换热管与管板的连接主要有：焊接、胀接、胀接加焊接以及胶接加胀接等方法。其中胀接技术有机械胀接、液压胀接和爆破胀接等。因为液压胀接设备在国内迅速发展，近十年来液压强度胀接技术获得广泛的应用。

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。但该方法的不仅会使换热管内表面的金属晶体塑性降低，而且会使金属表层发生剪切疲劳裂纹，为以后的生产留下隐患，降低整台设备的寿命，为了克服机械胀接法的缺点，一些研究人员开发了使换热管内壁受到均匀压力的液压胀接方法。液压胀接可以在整个管板厚度上消除换热管与管板之间的间隙,避免间隙腐蚀, 同时其生产效率高, 劳动强度低, 对材料的损伤程度小。尽管该液压胀接法比机械胀接法出现的晚，但越来越广泛地应用于换热管与管板的连接。特别是在不锈钢、镍基合金换热器中，更是有取代机械胀接的趋势。

在液压胀接接头中, 换热管与管板之间的残余接触压力对保证接头性能起关键作用。目前, 换热器管子与管板接头的胀接研究主要集中在胀接理论和试验上, 关于这方面的研究国内外已开展了多年。最早胀管过程理论探讨, 分别由openheimer和jantsscha于1926 年和1929 年提出。在此基础上, goodier等运用弹塑性理论, 将胀管问题简化成带孔的无限大平板问题, 得到了胀管接头残余应力和残余变形, 但是这种模型过高估计了管板的刚度。krips和podhorsky后来提出了等效套筒的概念，将管板简化成外径为d s的厚壁圆筒。scott等采用应力腐蚀试验及x 射线衍射试验研究了液压胀接接头过渡区的残余应力和残余变形。jaward等将d s确定为单个换热管与周围管孔的切圆直径, 采用平面应力理论来研究胀管问题。sweinstock、soler 和h xu等将连接接头离散成多层筒体, 采用增量分析法研究了接触压力的数值解。chaaban采用非线性有限元和统计学等方法做参数化分析, 得到了等效套筒直径和残余接触压力与材料因素、结构尺寸间的经验公式, 指出换热管中心距是确定单管模型等效套筒直径的最重要因素, 胀接压力、管子弹性模量与屈服强度的比值对残余接触压力有显著影响。kohlpainter考虑了换热管周围管孔的影响, 取换热管按三角形排列的19孔管板模型, 得到了由管桥系数表示的等效套筒直径的经验公式。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：利用ansys建立管板与换热管胀接接头的模型并分析在不同截面尺寸下胀接接头的性能参数

研究计划：

1~3周：调研及查阅文献，翻译外文资料，写开题报告；

4. 研究创新点

已有的规范标准及文献研究都是在一定的换热管尺寸下制定和分析，本课题计划研究换热管尺寸的变化对接头性能的影响。