與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不銹鋼管(guan)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。不銹鋼換熱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)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)方法主要(yao)(yao)有(you)機械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)、液(ye)壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)和爆炸(zha)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)。機械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)加工過(guo)程是(shi)：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)器(qi)內的(de)(de)(de)滾(gun)珠在(zai)換(huan)(huan)熱管(guan)內壁周向(xiang)旋(xuan)轉，碾壓(ya)管(guan)子(zi)內壁，使(shi)不(bu)銹(xiu)鋼換(huan)(huan)熱管(guan)因塑性變(bian)形而膨脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達到消(xiao)除(chu)(chu)縫(feng)隙的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，示意圖如圖4-2所示。機械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)結構(gou)簡單，易于(yu)制(zhi)造。機械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)缺點是(shi): ①. 在(zai)整(zheng)個(ge)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)長(chang)度(du)內，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)程度(du)不(bu)一樣；②. 反復滾(gun)壓(ya)使(shi)換(huan)(huan)熱管(guan)橫截面上(shang)的(de)(de)(de)殘余應(ying)力不(bu)同，增加了應(ying)力腐蝕的(de)(de)(de)可能性；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)扭矩難控制(zhi)，當管(guan)板厚(hou)度(du)較大時，很難在(zai)整(zheng)個(ge)長(chang)度(du)范圍脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊，難以完(wan)全消(xiao)除(chu)(chu)縫(feng)隙；④. 對(dui)于(yu)雙管(guan)板的(de)(de)(de)固定式管(guan)殼換(huan)(huan)熱器(qi)，要(yao)(yao)考(kao)慮(lv)換(huan)(huan)熱管(guan)因滾(gun)壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)而產生的(de)(de)(de)長(chang)度(du)變(bian)化；⑤. 對(dui)管(guan)子(zi)有(you)損(sun)傷。

  爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接(jie)是通過不銹鋼換(huan)熱管(guan)內炸(zha)藥的(de)爆(bao)炸(zha)產生的(de)沖擊力使管(guan)板(ban)和換(huan)熱管(guan)貼合，示(shi)意圖如(ru)圖4-3所(suo)示(shi)。該方(fang)法的(de)優點是：工藝簡單；可(ke)多根脹(zhang)管(guan)同時加工，效(xiao)率(lv)高(gao)；管(guan)子受(shou)力比較(jiao)均勻，消除縫隙的(de)效(xiao)果較(jiao)好。然(ran)而，該方(fang)法在操作過程中具有一定的(de)危(wei)險性，脹(zhang)接(jie)過程不易控(kong)制。同時，爆(bao)炸(zha)脹(zhang)接(jie)需要特定的(de)場(chang)地。

  橡膠(jiao)脹接是(shi)利用橡膠(jiao)受軸向(xiang)壓縮產(chan)生的(de)徑向(xiang)壓力(li)，使(shi)換熱(re)(re)管發生塑性變形，其(qi)工作示意圖如圖4-4所(suo)示。橡膠(jiao)脹接產(chan)生的(de)脹接壓力(li)比(bi)較柔和，換熱(re)(re)管受力(li)均勻(yun)。

  液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接以操(cao)作簡單、脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接殘余(yu)應(ying)力(li)(li)小等優點而成為(wei)目前(qian)應(ying)用(yong)(yong)最為(wei)廣泛的(de)(de)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接方法(fa)。該方法(fa)是(shi)通過(guo)液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)頭(tou)在(zai)均勻(yun)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接力(li)(li)的(de)(de)作用(yong)(yong)下(xia)使換(huan)(huan)(huan)熱(re)管變形(xing)，在(zai)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接力(li)(li)的(de)(de)作用(yong)(yong)下(xia)換(huan)(huan)(huan)熱(re)管發生塑性變形(xing)，管板主要(yao)發生彈性變形(xing)。隨(sui)著換(huan)(huan)(huan)熱(re)管向外(wai)變形(xing)量的(de)(de)增大，在(zai)接觸(chu)到(dao)管板之后繼續增大脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接壓(ya)(ya)力(li)(li)，一直(zhi)到(dao)預設的(de)(de)數值。此時(shi)，管板在(zai)換(huan)(huan)(huan)熱(re)管的(de)(de)擠壓(ya)(ya)下(xia)產生變形(xing)。當脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接力(li)(li)去除(chu)后，換(huan)(huan)(huan)熱(re)管和管板都會(hui)發生一定量的(de)(de)回彈，但是(shi)管板的(de)(de)回彈量較小，使得(de)兩者即使在(zai)回彈后依然保持(chi)緊(jin)密貼合。液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接示(shi)(shi)意圖(tu)如(ru)圖(tu)4-5所示(shi)(shi)。

  脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)極大地影(ying)響著接(jie)(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)(jie)強度，其值一般通(tong)過(guo)換熱管(guan)(guan)外壁(bi)和(he)管(guan)(guan)板(ban)孔表面之間的(de)(de)殘(can)(can)余接(jie)(jie)(jie)觸應力(li)(li)來(lai)確定。液壓(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)另一優點是可以通(tong)過(guo)理論分析(xi)來(lai)控(kong)制(zhi)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)強度，因此，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)可以通(tong)過(guo)建立理論公式(shi)(shi)(shi)來(lai)確定脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)(jie)(jie)觸應力(li)(li)的(de)(de)數值。假設換熱管(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)板(ban)同(tong)為(wei)理想彈塑性(xing)材料，Krips等首次給(gei)出了液壓(ya)脹(zhang)管(guan)(guan)殘(can)(can)余接(jie)(jie)(jie)觸壓(ya)力(li)(li)理論解。Yokell把管(guan)(guan)板(ban)當成無限(xian)壁(bi)厚的(de)(de)圓(yuan)筒，給(gei)出了更為(wei)簡單的(de)(de)計算(suan)公式(shi)(shi)(shi)。Allam等在公式(shi)(shi)(shi)中考慮了管(guan)(guan)板(ban)材料的(de)(de)應變(bian)強化特性(xing)。文獻(xian)中，作者根據材料的(de)(de)冪(mi)強化特性(xing)，給(gei)出了更為(wei)完(wan)善的(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)(jie)(jie)觸應力(li)(li)計算(suan)公式(shi)(shi)(shi)，由于公式(shi)(shi)(shi)比較復雜(za)，使得該式(shi)(shi)(shi)在工程實(shi)際應用中受(shou)到(dao)一定的(de)(de)限(xian)制(zhi)。

  通過(guo)理論(lun)公(gong)式(shi)可以很容易獲得制造時所需的(de)(de)液壓(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)值(zhi)。但是，理論(lun)公(gong)式(shi)中考(kao)(kao)慮的(de)(de)因素較少，與實際相比存(cun)在(zai)一定偏差。數(shu)值(zhi)模(mo)擬(ni)(ni)(ni)技(ji)術的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)，大大彌(mi)補了理論(lun)計算的(de)(de)缺陷。有(you)限(xian)元(yuan)(yuan)模(mo)擬(ni)(ni)(ni)已(yi)成為研(yan)究脹(zhang)接(jie)(jie)性(xing)能的(de)(de)重要方法(fa)，而(er)且模(mo)擬(ni)(ni)(ni)結果(guo)常用(yong)(yong)來驗證或修(xiu)正理論(lun)公(gong)式(shi)。Merah采(cai)用(yong)(yong)3-D有(you)限(xian)元(yuan)(yuan)模(mo)擬(ni)(ni)(ni)研(yan)究了初(chu)始(shi)徑(jing)向間(jian)(jian)隙和材料的(de)(de)應(ying)(ying)變強(qiang)(qiang)化(hua)對(dui)(dui)連接(jie)(jie)強(qiang)(qiang)度的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，指出對(dui)(dui)于高(gao)應(ying)(ying)變強(qiang)(qiang)化(hua)材料殘余接(jie)(jie)觸應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)隨間(jian)(jian)隙的(de)(de)增加而(er)線性(xing)減小。Wang等采(cai)用(yong)(yong)有(you)限(xian)元(yuan)(yuan)方法(fa)，先后研(yan)究了管板上開槽的(de)(de)幾(ji)何尺寸(cun)、操作(zuo)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)以及操作(zuo)溫(wen)度對(dui)(dui)連接(jie)(jie)強(qiang)(qiang)度的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)。Huang等在(zai)考(kao)(kao)慮間(jian)(jian)隙材料應(ying)(ying)變強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)基礎上，推導出脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)和殘余接(jie)(jie)觸壓(ya)力(li)(li)(li)(li)計算公(gong)式(shi)，并通過(guo)數(shu)值(zhi)分(fen)析對(dui)(dui)公(gong)式(shi)的(de)(de)計算結果(guo)進行(xing)了驗證。

  脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力(li)的(de)大小(xiao)受不銹鋼換熱(re)管(guan)和管(guan)板的(de)材料性能(neng)、脹(zhang)接(jie)(jie)強度、不銹鋼換熱(re)管(guan)和管(guan)板孔(kong)尺寸及它們的(de)偏(pian)差、表面粗糙度等因素的(de)影響(xiang)。浙江至德鋼業有(you)限公(gong)(gong)司通(tong)過理論計算和有(you)限元分析，研(yan)究奧(ao)氏(shi)體不銹鋼換熱(re)管(guan)與管(guan)板孔(kong)連接(jie)(jie)時尺寸偏(pian)差對脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力(li)的(de)影響(xiang)，根(gen)據計算結(jie)果對原有(you)脹(zhang)接(jie)(jie)壓(ya)力(li)計算公(gong)(gong)式進(jin)行(xing)修(xiu)正(zheng)，使其更(geng)加適合工程(cheng)實際(ji)。