與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不(bu)銹鋼管殼式換熱器具有制造較簡單、換熱效率穩定、成本較低等特點，在高溫高壓環境中也可以使用，被廣泛應用于石油煉制、石油化工、煤化工、鹽化工、冶金、核能等工業領域，其結構如圖4-1(a)所示。固定管板式換熱器技術設計和制造工藝比較成熟，但在實際生產中，管子和管板連接處泄漏的現象較常見。不(bu)銹鋼換熱(re)管與管板之間一般采用焊接、脹接或者兩者結合的連接方式，脹接的目的是消除兩者之間的縫隙。脹接＋焊接后的管板如圖4-1(b)所示。

  脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)方法主(zhu)要有(you)機械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)、液壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)和爆炸(zha)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)加(jia)工(gong)過程是(shi)：脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)器內(nei)的(de)滾(gun)珠在換(huan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)內(nei)壁(bi)周向旋轉，碾壓(ya)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)內(nei)壁(bi)，使不(bu)銹鋼換(huan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)因(yin)塑性(xing)(xing)變形而(er)膨脹(zhang)(zhang)(zhang)，達到消(xiao)除縫隙的(de)目(mu)的(de)，示(shi)意圖如圖4-2所示(shi)。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)結構簡(jian)單(dan)，易于制(zhi)造(zao)。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)缺點是(shi): ①. 在整個脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)長度(du)內(nei)，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)程度(du)不(bu)一樣(yang)；②. 反復滾(gun)壓(ya)使換(huan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)橫截(jie)面上的(de)殘余應力不(bu)同，增加(jia)了應力腐蝕的(de)可能性(xing)(xing)；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)扭(niu)矩難(nan)控(kong)制(zhi)，當管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板厚度(du)較大時，很難(nan)在整個長度(du)范圍脹(zhang)(zhang)(zhang)緊(jin)，難(nan)以(yi)完全消(xiao)除縫隙；④. 對(dui)于雙管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板的(de)固定式管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)殼換(huan)熱(re)器，要考慮換(huan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)因(yin)滾(gun)壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)而(er)產生(sheng)的(de)長度(du)變化；⑤. 對(dui)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)有(you)損傷(shang)。

  爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接(jie)是通過(guo)不銹鋼換熱(re)管(guan)內(nei)炸(zha)藥的(de)(de)爆(bao)炸(zha)產生(sheng)的(de)(de)沖擊力使(shi)管(guan)板和換熱(re)管(guan)貼合，示意(yi)圖如(ru)圖4-3所示。該方法的(de)(de)優點是：工(gong)藝簡單；可多根脹(zhang)管(guan)同(tong)(tong)時(shi)加(jia)工(gong)，效(xiao)率高(gao)；管(guan)子受力比較均勻，消除縫隙的(de)(de)效(xiao)果較好(hao)。然而(er)，該方法在操作過(guo)程中具有一定(ding)的(de)(de)危險(xian)性(xing)，脹(zhang)接(jie)過(guo)程不易控制。同(tong)(tong)時(shi)，爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接(jie)需要特定(ding)的(de)(de)場(chang)地。

  橡(xiang)(xiang)膠脹接是(shi)利用橡(xiang)(xiang)膠受軸向壓(ya)(ya)縮產(chan)生的徑向壓(ya)(ya)力(li)，使換(huan)熱管(guan)發生塑性(xing)變形，其工作示意圖如圖4-4所示。橡(xiang)(xiang)膠脹接產(chan)生的脹接壓(ya)(ya)力(li)比(bi)較柔和，換(huan)熱管(guan)受力(li)均勻。

  液壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接以(yi)操(cao)作(zuo)簡單(dan)、脹(zhang)(zhang)(zhang)接殘余應力小等優點而成為目前(qian)應用最為廣泛的(de)脹(zhang)(zhang)(zhang)接方法(fa)。該方法(fa)是通過液壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)頭在均(jun)勻脹(zhang)(zhang)(zhang)接力的(de)作(zuo)用下(xia)(xia)使(shi)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)變形(xing)，在脹(zhang)(zhang)(zhang)接力的(de)作(zuo)用下(xia)(xia)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)發生(sheng)(sheng)(sheng)塑性變形(xing)，管(guan)(guan)板(ban)主要發生(sheng)(sheng)(sheng)彈(dan)性變形(xing)。隨著(zhu)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)向外變形(xing)量的(de)增(zeng)大，在接觸到管(guan)(guan)板(ban)之后繼續增(zeng)大脹(zhang)(zhang)(zhang)接壓(ya)(ya)力，一直到預設的(de)數值。此時，管(guan)(guan)板(ban)在換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)的(de)擠壓(ya)(ya)下(xia)(xia)產生(sheng)(sheng)(sheng)變形(xing)。當脹(zhang)(zhang)(zhang)接力去除后，換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板(ban)都會(hui)發生(sheng)(sheng)(sheng)一定量的(de)回(hui)(hui)彈(dan)，但(dan)是管(guan)(guan)板(ban)的(de)回(hui)(hui)彈(dan)量較小，使(shi)得兩(liang)者即使(shi)在回(hui)(hui)彈(dan)后依然保持(chi)緊(jin)密貼(tie)合。液壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接示意圖如圖4-5所(suo)示。

  脹接(jie)(jie)壓力(li)(li)極(ji)大地影(ying)響著(zhu)接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)強度(du)，其值一(yi)般通(tong)過(guo)換(huan)熱管(guan)外壁(bi)(bi)和(he)管(guan)板(ban)(ban)孔表面之間(jian)的(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)(yu)接(jie)(jie)觸(chu)應(ying)(ying)力(li)(li)來(lai)確定。液(ye)壓脹接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)另一(yi)優(you)點是(shi)可以通(tong)過(guo)理(li)論(lun)分析來(lai)控制脹接(jie)(jie)強度(du)，因此，研究人員(yuan)可以通(tong)過(guo)建立(li)理(li)論(lun)公式(shi)(shi)來(lai)確定脹接(jie)(jie)壓力(li)(li)和(he)殘(can)余(yu)(yu)接(jie)(jie)觸(chu)應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)數值。假設換(huan)熱管(guan)和(he)管(guan)板(ban)(ban)同為理(li)想彈塑(su)性材(cai)料，Krips等首次給出(chu)了(le)液(ye)壓脹管(guan)殘(can)余(yu)(yu)接(jie)(jie)觸(chu)壓力(li)(li)理(li)論(lun)解(jie)。Yokell把管(guan)板(ban)(ban)當成無限(xian)壁(bi)(bi)厚的(de)(de)(de)(de)圓(yuan)筒(tong)，給出(chu)了(le)更為簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)計算公式(shi)(shi)。Allam等在(zai)(zai)公式(shi)(shi)中考(kao)慮(lv)了(le)管(guan)板(ban)(ban)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)變強化特性。文(wen)獻中，作(zuo)者根(gen)據材(cai)料的(de)(de)(de)(de)冪強化特性，給出(chu)了(le)更為完善(shan)的(de)(de)(de)(de)脹接(jie)(jie)壓力(li)(li)和(he)殘(can)余(yu)(yu)接(jie)(jie)觸(chu)應(ying)(ying)力(li)(li)計算公式(shi)(shi)，由(you)于公式(shi)(shi)比較復雜，使得該(gai)式(shi)(shi)在(zai)(zai)工(gong)程實際應(ying)(ying)用中受到(dao)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)限(xian)制。

  通(tong)過理論(lun)公式(shi)(shi)可以很容(rong)易獲得制造時所需的(de)(de)液(ye)壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)壓(ya)力值。但是，理論(lun)公式(shi)(shi)中考慮(lv)的(de)(de)因(yin)素較少，與實際相比存在(zai)一定偏差。數(shu)值模(mo)擬(ni)(ni)技術的(de)(de)應用，大大彌補了(le)理論(lun)計算(suan)的(de)(de)缺陷。有限元(yuan)模(mo)擬(ni)(ni)已(yi)成為研究(jiu)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)性(xing)能的(de)(de)重要(yao)方法(fa)，而且模(mo)擬(ni)(ni)結果常用來驗(yan)證或修正理論(lun)公式(shi)(shi)。Merah采(cai)用3-D有限元(yuan)模(mo)擬(ni)(ni)研究(jiu)了(le)初(chu)始(shi)徑(jing)向間(jian)(jian)(jian)隙和材(cai)料的(de)(de)應變強(qiang)化對(dui)連接(jie)強(qiang)度(du)的(de)(de)影響，指出(chu)對(dui)于高應變強(qiang)化材(cai)料殘(can)(can)余接(jie)觸應力隨間(jian)(jian)(jian)隙的(de)(de)增加而線性(xing)減小。Wang等(deng)采(cai)用有限元(yuan)方法(fa)，先后研究(jiu)了(le)管板(ban)上開(kai)槽的(de)(de)幾(ji)何尺寸(cun)、操作壓(ya)力以及(ji)操作溫度(du)對(dui)連接(jie)強(qiang)度(du)的(de)(de)影響。Huang等(deng)在(zai)考慮(lv)間(jian)(jian)(jian)隙材(cai)料應變強(qiang)化的(de)(de)基(ji)礎上，推(tui)導(dao)出(chu)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)壓(ya)力和殘(can)(can)余接(jie)觸壓(ya)力計算(suan)公式(shi)(shi)，并通(tong)過數(shu)值分(fen)析(xi)對(dui)公式(shi)(shi)的(de)(de)計算(suan)結果進行(xing)了(le)驗(yan)證。

  脹(zhang)(zhang)接壓力(li)的(de)大小受不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換熱管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板的(de)材料性(xing)能(neng)、脹(zhang)(zhang)接強度(du)、不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換熱管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板孔尺(chi)寸及它們的(de)偏差、表面粗糙度(du)等因素的(de)影(ying)響。浙江至德鋼(gang)業有(you)限公司通過理論計算和有(you)限元分析，研(yan)究奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)換熱管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板孔連(lian)接時尺(chi)寸偏差對(dui)脹(zhang)(zhang)接壓力(li)的(de)影(ying)響，根據計算結果(guo)對(dui)原(yuan)有(you)脹(zhang)(zhang)接壓力(li)計算公式進行(xing)修正，使其更加適合工程實際。