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换热器液压胀接密封机理的研究

田君丽  
【摘要】:管壳式换热器是石油化学工业中最常见的设备。在实际运行中,管子与管板连接处一直是管壳式换热器中最薄弱的环节之一,最容易发生破坏导致换热器失效。液压胀接技术是管壳式换热器管子与管板连接技术发展方向之一,而液压胀接接头的密封性能是反映液压胀接技术好坏的一个重要指标。 本论文建立了液压胀接接头的参数化三维有限元非线性分析模型,并以此为基础,着重分析了不同管板材料与管子材料的组合对液胀接接头密封性能的影响,分析了材料组合与胀接压力的耦合作用。论文就管程流体温度和壳程流体温度不同进行了热分析,取得了胀接接头的温度场分布,并探讨了温度场对液胀接接头密封性能的影响;论文还就管子胀接之间的相互影响进行了初步研究。 研究结果表明:无论管板孔开槽与否,胀接后在管子与管板的接触面上都存在一条或多条密封环带,其上的残余接触压力较大,对液压胀接接头密封性能起着决定作用。若管板孔不开槽,密封环带在靠近管板孔两端形成,若管板孔开槽,密封环带出现在槽的上下边缘,且其上的残余接触压力比不开槽更大,意味着开槽胀接的密封性能更好。当管子材料相对管板材料较“软”时,密封环带上最小残余接触压力较大,意味着密封效果较好。液压胀接时,存在一最佳胀接压力,超过此压力,残余接触压力可能随胀接压力增大 WP=4 则反而出现下降,也即密封性能变差。在管程流体和壳程流体温差作用下,胀接接头中的温度场分布是不均匀的,且沿径向在接触面处没有明显的温度梯度,其结果是管程流体与壳程流体之间的温差对胀接接头的密封性能影响不大。当胀接压力较小时,胀管之间的影响较大,而当胀接压力增大到一定程度时,胀管之间的影响明显减小。


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