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228 化工机械 2008年
介质温度对换热器胀接接头的影响分析
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罗敏于海刘巨保张明霞宝音布和
(大庆石油学院) (大庆石油化工机械厂)
摘要在换热器不同的工作介质温度下,选取液压胀接后的管板与接头为研究对象,建立了换热管与
管板接头三维有限元模型,模拟分析了在 10种介质温度下接头胀接后的密封性能和拉脱强度。计算结
果表明,在工作状态下,残余接触压力随管程介质温度的升高先增加后减小,然后趋于稳定;拉脱力随温
3 度升高先增大,然后趋于稳定。同常温相比,管程的介质温度升高使它的密封性能和拉脱强度都得到增
强。
关键词换热器液压胀接接头残余接触压力
中图分类号 TQ051 5 文献标识码 A 文章编号 0254 6094 (2008) 04 0228 04
管壳式换热器广泛应用于石油、化工和能源
等领域,换热器中管子与管板的连接接头是最容
易失效的部位。因此,研究管子与管板连接接头
的密封性能有广泛的工程应用价值和较高的理论
研究意义。液压胀接因有机械胀接无法比拟的优
点而得到广泛应用。研究有关液压胀接过程的数
~
值模拟的论文较多[ 1 3 ] ,但研究介质温度对胀接
接头影响的论文较少,且多数是关于管、壳程在相
~
同温度下的研究[ 4 6 ] 。笔者利用 ANSYS软件,采
用 APDL参数化设计语言建立了液压胀接后换热
管与管板接头三维有限元模型,考虑了接头的材图 1 管板孔开槽的接头结构示意图
料非线性、几何非线性和接触非线性的影响,在不换热管和管板的材料选取 16Mn,壳程为低温
同温度的工作介质下对换热管与管板接头进行了冷却介质,温度为 25℃,压力为 10. 68MPa,对流
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残余接触压力和拉脱力计算,计算结果为换热器换热系数为 0. 008502W / (mm · ℃) ; 管程为不
管板与换热管的液压胀接设计和施工提供了一定同温度下的换热介质,压力为 0. 063MPa,对流系
的理论依据。数为 0. 000322W / (mm2 · ℃) 。
1 液压胀接接头有限元模型的建立 1. 2 有限元模型
1. 1 结构及计算参数换热管的排列方式取正三角形排列,由于接
换热管(规格为 19mm × 2. 0mm )与管板的头结构的周期性对称,取 1 /12 模型(图 2)来研
间隙为 0. 2mm,换热管上开有两道沟槽,胀接长究。该模型考虑了温度变化对材料性能(弹性模
度 50mm。管板模型的外径为 75mm,内径为 19. 4 量、线膨胀系数及导热率)的影响、带初始间隙的
mm ,长为 98mm,胀接压力为 200MPa。换热管与接触以及弹塑性分析等非线性问题。采用了热单
管板的连接如图 1所示。元 SOL ID70、结构单元 SOL ID45以及接触对单元
罗敏,女, 1968年 9月生,在读博士研究生,副教授。黑龙江省大庆市, 163318。
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第 35卷第 4期化工机械 229
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