與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不銹(xiu)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(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)(zhang)接(jie)(jie)(jie)方(fang)法主要有(you)機(ji)(ji)械(xie)(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、液(ye)壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)和爆炸脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)。機(ji)(ji)械(xie)(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)加(jia)工過(guo)程(cheng)是(shi)：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)器內的(de)(de)(de)滾珠在換(huan)熱管(guan)內壁周向旋轉，碾壓(ya)管(guan)子內壁，使不(bu)銹鋼換(huan)熱管(guan)因塑性(xing)變形而膨(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達到(dao)消(xiao)除縫隙的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，示意圖(tu)如圖(tu)4-2所示。機(ji)(ji)械(xie)(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)結構簡單，易于制造。機(ji)(ji)械(xie)(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)缺(que)點是(shi): ①. 在整(zheng)個脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)長度(du)(du)(du)(du)內，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)程(cheng)度(du)(du)(du)(du)不(bu)一樣；②. 反復滾壓(ya)使換(huan)熱管(guan)橫截面上的(de)(de)(de)殘余應力不(bu)同(tong)，增(zeng)加(jia)了應力腐蝕的(de)(de)(de)可能性(xing)；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)扭矩難控制，當(dang)管(guan)板厚度(du)(du)(du)(du)較(jiao)大時(shi)，很(hen)難在整(zheng)個長度(du)(du)(du)(du)范圍(wei)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊，難以(yi)完全消(xiao)除縫隙；④. 對于雙管(guan)板的(de)(de)(de)固定式管(guan)殼換(huan)熱器，要考(kao)慮換(huan)熱管(guan)因滾壓(ya)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)而產生的(de)(de)(de)長度(du)(du)(du)(du)變化；⑤. 對管(guan)子有(you)損傷。

  爆炸(zha)(zha)(zha)脹接是(shi)通過不(bu)銹鋼換熱管內炸(zha)(zha)(zha)藥的(de)爆炸(zha)(zha)(zha)產生的(de)沖(chong)擊(ji)力(li)使管板和換熱管貼合，示意(yi)圖如圖4-3所示。該方法的(de)優(you)點是(shi)：工藝簡(jian)單；可多根(gen)脹管同時(shi)加工，效率高；管子(zi)受力(li)比(bi)較(jiao)(jiao)均勻(yun)，消除縫隙的(de)效果較(jiao)(jiao)好(hao)。然(ran)而，該方法在操作過程(cheng)(cheng)中(zhong)具(ju)有一(yi)定的(de)危險性(xing)，脹接過程(cheng)(cheng)不(bu)易控制。同時(shi)，爆炸(zha)(zha)(zha)脹接需要特定的(de)場地。

  橡膠(jiao)脹(zhang)接是利用橡膠(jiao)受軸向壓縮產生(sheng)的徑(jing)向壓力，使換熱管(guan)發(fa)生(sheng)塑(su)性變(bian)形(xing)，其工作示意圖如圖4-4所(suo)示。橡膠(jiao)脹(zhang)接產生(sheng)的脹(zhang)接壓力比較柔和，換熱管(guan)受力均勻。

  液(ye)(ye)壓(ya)脹(zhang)接以操(cao)作(zuo)簡單(dan)、脹(zhang)接殘余應(ying)力(li)小等(deng)優(you)點而成為(wei)目前應(ying)用(yong)最(zui)為(wei)廣泛的(de)脹(zhang)接方法。該方法是通過液(ye)(ye)壓(ya)脹(zhang)頭在(zai)均(jun)勻脹(zhang)接力(li)的(de)作(zuo)用(yong)下使換熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)變形(xing)(xing)，在(zai)脹(zhang)接力(li)的(de)作(zuo)用(yong)下換熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)發(fa)生(sheng)(sheng)塑性變形(xing)(xing)，管(guan)(guan)(guan)板主要發(fa)生(sheng)(sheng)彈性變形(xing)(xing)。隨著換熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)向外變形(xing)(xing)量(liang)的(de)增大(da)，在(zai)接觸到管(guan)(guan)(guan)板之后(hou)繼續增大(da)脹(zhang)接壓(ya)力(li)，一直(zhi)到預設的(de)數(shu)值。此時，管(guan)(guan)(guan)板在(zai)換熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)的(de)擠壓(ya)下產生(sheng)(sheng)變形(xing)(xing)。當脹(zhang)接力(li)去除后(hou)，換熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)和管(guan)(guan)(guan)板都(dou)會發(fa)生(sheng)(sheng)一定(ding)量(liang)的(de)回(hui)彈，但是管(guan)(guan)(guan)板的(de)回(hui)彈量(liang)較小，使得兩(liang)者(zhe)即使在(zai)回(hui)彈后(hou)依然保(bao)持緊密貼合。液(ye)(ye)壓(ya)脹(zhang)接示(shi)意(yi)圖如(ru)圖4-5所示(shi)。

  脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)(li)極大地影響著接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)強度(du)(du)，其值一般通過換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)外壁和(he)管(guan)(guan)(guan)板(ban)孔表面(mian)之間(jian)的(de)(de)殘(can)(can)余接(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力(li)(li)來確(que)定。液壓脹(zhang)接(jie)(jie)的(de)(de)另一優點是可(ke)以(yi)通過理論(lun)分析來控制脹(zhang)接(jie)(jie)強度(du)(du)，因(yin)此(ci)，研(yan)究人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)通過建立理論(lun)公(gong)式(shi)來確(que)定脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力(li)(li)的(de)(de)數值。假設換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)(guan)板(ban)同為(wei)理想彈(dan)塑(su)性材料(liao)，Krips等首次給出(chu)了(le)液壓脹(zhang)管(guan)(guan)(guan)殘(can)(can)余接(jie)(jie)觸(chu)(chu)壓力(li)(li)理論(lun)解。Yokell把管(guan)(guan)(guan)板(ban)當成(cheng)無限(xian)(xian)壁厚(hou)的(de)(de)圓筒，給出(chu)了(le)更為(wei)簡單的(de)(de)計算(suan)(suan)公(gong)式(shi)。Allam等在公(gong)式(shi)中考慮了(le)管(guan)(guan)(guan)板(ban)材料(liao)的(de)(de)應(ying)變強化(hua)特性。文(wen)獻中，作者根據材料(liao)的(de)(de)冪強化(hua)特性，給出(chu)了(le)更為(wei)完善的(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)(jie)觸(chu)(chu)應(ying)力(li)(li)計算(suan)(suan)公(gong)式(shi)，由于(yu)公(gong)式(shi)比較復雜，使得該(gai)式(shi)在工(gong)程實際(ji)應(ying)用中受(shou)到一定的(de)(de)限(xian)(xian)制。

  通過理(li)論公(gong)式可(ke)以(yi)(yi)很容易獲得(de)制(zhi)造(zao)時所需的(de)(de)(de)液壓(ya)(ya)脹接(jie)壓(ya)(ya)力(li)值。但是，理(li)論公(gong)式中考慮的(de)(de)(de)因素較少，與實(shi)際相比存(cun)在(zai)一定偏差。數值模(mo)擬技(ji)術的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)，大大彌(mi)補了理(li)論計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)缺陷。有(you)限(xian)(xian)元模(mo)擬已成為研究脹接(jie)性能的(de)(de)(de)重要(yao)方(fang)法，而且(qie)模(mo)擬結(jie)果(guo)(guo)常用(yong)來驗(yan)證或修正理(li)論公(gong)式。Merah采用(yong)3-D有(you)限(xian)(xian)元模(mo)擬研究了初始(shi)徑向(xiang)間隙(xi)和材料(liao)的(de)(de)(de)應(ying)變強(qiang)(qiang)化對(dui)連接(jie)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)(de)影響，指(zhi)出對(dui)于高應(ying)變強(qiang)(qiang)化材料(liao)殘余接(jie)觸(chu)應(ying)力(li)隨間隙(xi)的(de)(de)(de)增加而線性減(jian)小。Wang等采用(yong)有(you)限(xian)(xian)元方(fang)法，先后研究了管板上(shang)開槽的(de)(de)(de)幾(ji)何尺寸、操作壓(ya)(ya)力(li)以(yi)(yi)及操作溫度(du)對(dui)連接(jie)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)(de)影響。Huang等在(zai)考慮間隙(xi)材料(liao)應(ying)變強(qiang)(qiang)化的(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang)，推(tui)導出脹接(jie)壓(ya)(ya)力(li)和殘余接(jie)觸(chu)壓(ya)(ya)力(li)計(ji)算(suan)(suan)公(gong)式，并通過數值分析對(dui)公(gong)式的(de)(de)(de)計(ji)算(suan)(suan)結(jie)果(guo)(guo)進行了驗(yan)證。

  脹(zhang)接(jie)壓力(li)(li)的(de)大(da)小受不(bu)銹鋼(gang)(gang)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)的(de)材(cai)料性能、脹(zhang)接(jie)強度、不(bu)銹鋼(gang)(gang)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)孔(kong)尺寸及它(ta)們的(de)偏差(cha)、表面粗糙度等因素的(de)影(ying)響。浙江至德鋼(gang)(gang)業有限(xian)公司通過理論計算(suan)和有限(xian)元分析，研(yan)究(jiu)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)與管(guan)板(ban)孔(kong)連(lian)接(jie)時尺寸偏差(cha)對脹(zhang)接(jie)壓力(li)(li)的(de)影(ying)響，根據計算(suan)結果對原有脹(zhang)接(jie)壓力(li)(li)計算(suan)公式進(jin)行修(xiu)正(zheng)，使其(qi)更加適合工程實際。