與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不(bu)銹(xiu)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。不銹鋼換(huan)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)接(jie)(jie)方法主要(yao)有機(ji)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(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)加工過程(cheng)是(shi)(shi)：脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)器內(nei)(nei)的(de)(de)滾(gun)珠在(zai)換熱管(guan)內(nei)(nei)壁(bi)周向(xiang)旋轉，碾壓(ya)管(guan)子(zi)內(nei)(nei)壁(bi)，使不(bu)銹鋼(gang)換熱管(guan)因(yin)(yin)塑(su)性變(bian)形而(er)膨脹(zhang)(zhang)(zhang)，達到消除(chu)縫(feng)隙(xi)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)，示(shi)意圖(tu)如圖(tu)4-2所示(shi)。機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)結構簡單，易于制造。機(ji)械脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)缺點是(shi)(shi): ①. 在(zai)整(zheng)個脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)長(chang)度內(nei)(nei)，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)程(cheng)度不(bu)一樣；②. 反復滾(gun)壓(ya)使換熱管(guan)橫截面上的(de)(de)殘余應力(li)不(bu)同，增加了(le)應力(li)腐(fu)蝕的(de)(de)可能性；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)扭矩難控制，當(dang)管(guan)板(ban)厚(hou)度較大(da)時(shi)，很(hen)難在(zai)整(zheng)個長(chang)度范(fan)圍脹(zhang)(zhang)(zhang)緊，難以完(wan)全消除(chu)縫(feng)隙(xi)；④. 對于雙管(guan)板(ban)的(de)(de)固定式管(guan)殼換熱器，要(yao)考慮換熱管(guan)因(yin)(yin)滾(gun)壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)而(er)產生的(de)(de)長(chang)度變(bian)化；⑤. 對管(guan)子(zi)有損傷。

  爆炸脹接(jie)是通(tong)過不(bu)銹鋼換(huan)熱管(guan)(guan)內炸藥的(de)爆炸產生的(de)沖擊力(li)使管(guan)(guan)板和(he)換(huan)熱管(guan)(guan)貼(tie)合，示意(yi)圖如圖4-3所示。該方法(fa)(fa)的(de)優點是：工藝簡單；可多根脹管(guan)(guan)同(tong)時加工，效(xiao)率高；管(guan)(guan)子受(shou)力(li)比較均勻，消除縫(feng)隙的(de)效(xiao)果較好。然而，該方法(fa)(fa)在操作過程(cheng)中具(ju)有一定(ding)的(de)危險性，脹接(jie)過程(cheng)不(bu)易控制(zhi)。同(tong)時，爆炸脹接(jie)需要(yao)特定(ding)的(de)場地。

  橡膠脹(zhang)接(jie)是利用橡膠受(shou)軸向(xiang)壓縮產生(sheng)(sheng)的徑向(xiang)壓力，使換(huan)熱(re)(re)管發生(sheng)(sheng)塑性變形，其工作示意圖如圖4-4所示。橡膠脹(zhang)接(jie)產生(sheng)(sheng)的脹(zhang)接(jie)壓力比(bi)較(jiao)柔和，換(huan)熱(re)(re)管受(shou)力均勻(yun)。

  液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)接以操作簡單、脹(zhang)接殘余應(ying)力(li)小等(deng)優點而(er)成為目(mu)前應(ying)用(yong)(yong)最(zui)為廣泛的(de)(de)脹(zhang)接方法(fa)。該方法(fa)是通過液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)頭(tou)在均(jun)勻脹(zhang)接力(li)的(de)(de)作用(yong)(yong)下使換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)變(bian)(bian)形，在脹(zhang)接力(li)的(de)(de)作用(yong)(yong)下換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)發生塑性變(bian)(bian)形，管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)主要發生彈性變(bian)(bian)形。隨著換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)向外(wai)變(bian)(bian)形量的(de)(de)增(zeng)大，在接觸(chu)到(dao)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)之后繼(ji)續(xu)增(zeng)大脹(zhang)接壓(ya)(ya)力(li)，一(yi)直到(dao)預設的(de)(de)數(shu)值。此時(shi)，管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)在換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)擠壓(ya)(ya)下產生變(bian)(bian)形。當(dang)脹(zhang)接力(li)去除后，換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)都會發生一(yi)定量的(de)(de)回彈，但是管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板(ban)的(de)(de)回彈量較小，使得兩(liang)者即使在回彈后依(yi)然(ran)保持緊密貼(tie)合(he)。液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)接示意圖如圖4-5所示。

  脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓力(li)極大(da)地影響著接(jie)(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)(jie)強(qiang)度，其值一般通過(guo)換熱管(guan)(guan)外壁和(he)管(guan)(guan)板孔(kong)表(biao)面之間的(de)(de)(de)殘(can)余接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應(ying)力(li)來(lai)(lai)確(que)定。液壓脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)另一優(you)點是可以通過(guo)理論分析來(lai)(lai)控制脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)強(qiang)度，因(yin)此，研究人(ren)員可以通過(guo)建立理論公式(shi)來(lai)(lai)確(que)定脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓力(li)和(he)殘(can)余接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應(ying)力(li)的(de)(de)(de)數(shu)值。假設換熱管(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)板同為理想(xiang)彈塑性材料，Krips等首次給出了液壓脹(zhang)管(guan)(guan)殘(can)余接(jie)(jie)(jie)觸(chu)壓力(li)理論解。Yokell把管(guan)(guan)板當成(cheng)無限(xian)壁厚的(de)(de)(de)圓筒，給出了更為簡單的(de)(de)(de)計(ji)算(suan)公式(shi)。Allam等在公式(shi)中考慮了管(guan)(guan)板材料的(de)(de)(de)應(ying)變(bian)強(qiang)化特性。文獻(xian)中，作(zuo)者根據(ju)材料的(de)(de)(de)冪強(qiang)化特性，給出了更為完善的(de)(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓力(li)和(he)殘(can)余接(jie)(jie)(jie)觸(chu)應(ying)力(li)計(ji)算(suan)公式(shi)，由(you)于公式(shi)比(bi)較復雜，使(shi)得該式(shi)在工程實際(ji)應(ying)用中受到一定的(de)(de)(de)限(xian)制。

  通過理論公(gong)(gong)(gong)式可以很容易(yi)獲得制造時所需的(de)(de)(de)液壓(ya)脹(zhang)接(jie)壓(ya)力值。但是，理論公(gong)(gong)(gong)式中考慮(lv)(lv)的(de)(de)(de)因(yin)素較少，與實(shi)際相比(bi)存在一定偏差。數(shu)值模(mo)擬(ni)(ni)技(ji)術的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)，大大彌補了理論計算的(de)(de)(de)缺陷。有限元(yuan)模(mo)擬(ni)(ni)已成為研(yan)究脹(zhang)接(jie)性(xing)能的(de)(de)(de)重要方(fang)法，而且(qie)模(mo)擬(ni)(ni)結(jie)果常用(yong)(yong)(yong)來驗(yan)證或(huo)修正(zheng)理論公(gong)(gong)(gong)式。Merah采用(yong)(yong)(yong)3-D有限元(yuan)模(mo)擬(ni)(ni)研(yan)究了初始徑向間隙和材料的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)變強(qiang)化對(dui)連(lian)接(jie)強(qiang)度的(de)(de)(de)影響，指出對(dui)于(yu)高應(ying)(ying)(ying)變強(qiang)化材料殘余接(jie)觸(chu)(chu)應(ying)(ying)(ying)力隨(sui)間隙的(de)(de)(de)增加(jia)而線性(xing)減(jian)小。Wang等采用(yong)(yong)(yong)有限元(yuan)方(fang)法，先后研(yan)究了管板上(shang)開槽的(de)(de)(de)幾(ji)何尺寸、操(cao)作壓(ya)力以及(ji)操(cao)作溫度對(dui)連(lian)接(jie)強(qiang)度的(de)(de)(de)影響。Huang等在考慮(lv)(lv)間隙材料應(ying)(ying)(ying)變強(qiang)化的(de)(de)(de)基礎上(shang)，推導出脹(zhang)接(jie)壓(ya)力和殘余接(jie)觸(chu)(chu)壓(ya)力計算公(gong)(gong)(gong)式，并通過數(shu)值分析對(dui)公(gong)(gong)(gong)式的(de)(de)(de)計算結(jie)果進(jin)行了驗(yan)證。

  脹(zhang)接(jie)壓(ya)(ya)力(li)的(de)大(da)小受不(bu)銹鋼換(huan)(huan)熱管和管板的(de)材料(liao)性能、脹(zhang)接(jie)強(qiang)度(du)、不(bu)銹鋼換(huan)(huan)熱管和管板孔尺寸(cun)及它們(men)的(de)偏(pian)差、表(biao)面(mian)粗糙度(du)等因素(su)的(de)影響(xiang)(xiang)。浙江(jiang)至德(de)鋼業有(you)限公(gong)司通過理論計算(suan)和有(you)限元(yuan)分析，研究(jiu)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼換(huan)(huan)熱管與管板孔連接(jie)時尺寸(cun)偏(pian)差對(dui)脹(zhang)接(jie)壓(ya)(ya)力(li)的(de)影響(xiang)(xiang)，根據計算(suan)結果對(dui)原有(you)脹(zhang)接(jie)壓(ya)(ya)力(li)計算(suan)公(gong)式(shi)進行修(xiu)正，使其更加適合工程實際。