杨帅[1]2014年在《核电站辅助系统换热器管子管板胀接工艺研究》文中研究表明核电站辅助系统换热器在实际运行中有时会发生泄漏现象,这会对整个系统的可靠性和安全性造成严重影响。造成泄漏的主要原因是换热管与管板之间的残余应力引起的应力腐蚀开裂。因此研究换热器在制造过程中换热管与管板之间的残余应力对改善加工工艺、预防泄漏事故的发生具有重要实际意义。本文利用材料弹塑性理论,通过对换热管与管板胀接模型的合理简化,推导出了在一定的胀接压力下,换热管与管板之间残余接触应力的理论计算公式,并与有限元模拟结果进行对比,验证了理论公式的准确性；而后对引起应力腐蚀的换热管内外壁的残余应力分布规律进行了数值模拟计算和应力腐蚀实验,数值计算结果与实验结果相吻合。本文研究工作为工程中胀接压力的选择以及胀后残余应力水平的预测提供了理论依据,并为换热器选择最佳胀接参数以及预防胀接接头应力腐蚀提供了参考。
段成红[2]2007年在《管子与管板连接接头的强度和密封性能研究》文中研究指明目前我国已经成为制造大国，但却不是制造强国，特别是在石油、化工、能源等工业制造领域。管壳式换热器在这些工业领域中有着广泛地应用，而换热器中管子与管板的连接接头(包括胀接接头、焊接接头以及胀焊结合接头)是制造过程中数量最多、变形最复杂、使用过程中失效最为频繁的地方。因此，对管子与管板连接接头的强度和密封性能的研究有着广泛的工业应用价值和较大的理论研究意义。本论文首先通过试验获得了接头相关材料的应力应变曲线，为随后的非线性数值模拟取得了材料性能数据，从材料角度保证了计算结果的正确性。其次，论文对液压胀接接头、焊接接头、胀焊结合接头进行了接头强度的试验研究和数值模拟分析，重点对比研究了这些接头在常温下拉脱力的大小和失效形式。在本论文研究的参数范围内发现：胀接接头的拉脱力远小于焊接接头的拉脱力，约为其大小的1／6-1／5，即焊接接头承载能力明显高于胀接接头。焊接、先焊后胀以及先胀后焊这叁类接头的拉脱力相差较小，且焊接接头的拉脱力还略大于后两种情况，说明这叁种接头的轴向连接强度并没有本质区别；胀焊结合接头中胀接压力大小对拉脱力影响不大。焊接接头拉脱破坏时，其断裂面沿着管子轴线方向，并且紧贴管子外表面，为剪切破坏；胀焊结合接头拉脱破坏时表现为接触面首先分离，然后焊缝才开裂，且与焊接接头破坏形式基本相同。论文的数值模拟结果和试验结果非常吻合。然后，论文对先胀后焊接头的形成过程进行了模拟。先胀后焊接头在胀接后管子与管板接触面上将有残余接触压力存在，随后的焊接所产生的热载荷将对该残余接触压力产生影响，同时接触面上的接触状态也将影响焊接热载荷的分布和传递，即他们是相互影响的。本文通过热-固(热-结构)结合分析计算了焊接温度从室温20℃升至1500℃又降回到20℃时，各个温度下接触面上的残余接触压力。热分析考虑了辐射和对流，且假设金属材料的热属性相同但随温度变化。结构分析中常温材料弹塑性应力应变曲线采用材料的真实拉伸试验曲线，其他温度下的材料弹塑性曲线进行了适当、合理的假设。计算结果表明，胀接后再焊接，若不考虑焊接引起的材料组织结构的变化，在热弹塑性范围内，管子与管板间的残余接触压力随温度发生了较大的变化，特别是在温度较高时离焊缝较近的上密封环带峰值压力几乎消失，下密封环带峰值压力也所剩无几，但恢复到室温后，残余接触压力最终没有明显变化，或者说依靠胀接残余接触压力所建立的密封性能和抗拉脱能力都没有明显变化。此结果也说明，胀焊结合接头的连接形式是合理的，是能够提高接头的使用可靠性和长期性的。最后，为了模拟液压胀接接头在工作环境中的密封性能，本文还计算了管程、壳程流体压力不同、温度不同，以及接头整体温度高低对密封环带上最小残余接触压力的影响。计算结果表明，在相同的胀接压力下，若管程工作压力高于壳程工作压力，接头密封性能增强，且上密封环带受压差的影响大于下密封环带。在相同的胀接压力下，若管程工作温度高于壳程工作温度，由于管板上下表面分别接触的是管程介质和壳程介质，上密封环带数值明显减小，下密封环带数值明显增大，接头密封性能增强。反之，若管程温度低于壳程温度，接头密封性能略有减弱。在相同的胀接压力下，若管、壳程的温差恒定，随着流体温度的升高，接头密封性能略有下降。
尹淼晶[3]2012年在《AP1000核电蒸发器和非能动换热器管子与管板胀接的数值模拟分析研究》文中研究表明本文应用叁维有限元方法,对第叁代AP1000核电蒸汽发生器和非能动换热器的管子与管板在不同胀接工艺参数下的胀接过程和接头力学行为进行了数值模拟,在此基础上研究了胀接工艺的确定方法。主要的研究工作和结果如下：(1)研究了胀接压力、管子与管板初始间隙和材料拉伸性能对管子与管板界面残余接触压力、接头拉脱强度、过渡区残余应力及管子减薄率的影响规律。结果表明：随胀接压力的增加,界面残余接触压力、管子拉脱力、管子减薄率基本呈线性增长趋势；随管子与管板间初始间隙的增加,界面残余接触压力和管子拉脱力减小,管子减薄率增大；管材Alloy690的屈服强度对胀接力学参数有一定影响,而管板材料A508的屈服强度对胀接力学参数基本没有影响。(2)计算得到了界面残余接触压力、接头拉脱强度和管子减薄率与胀接压力和管子/管板初始间隙之间的定量关系式。基于这些关系式,分析建立了AP1000蒸发器和非能动换热器管子与管板胀接工艺参数的确定方法。(3)对AP1000蒸发器的管子与管板胀接接头的二次侧过渡区,进行了减小残余拉应力的微胀工艺研究,确定了不同胀接压力与管子/管板初始间隙下都适用的最佳微胀位置与最佳微胀压力范围。
翁子涵[4]2014年在《特种橡胶胀管研究》文中认为换热器在石油化工等诸多行业应用广泛,其中最主要的类型是管壳式换热器,而换热器管板与换热管的主要连接方法是胀接。传统的强度胀胀接工艺要求管孔直径大于14mm的管板必须开槽,本文主要的研究内容就是通过改变橡胶胀接装置中的拉杆直径,在管板不开槽的情况下达到同样良好的胀接效果,提高胀接效率,降低胀接成本,确保胀接接头可靠性,主要成果如下：通过理论计算确定管板当量直径和当量屈服强度,从而建立无槽管板与换热管胀接的双筒力学简化模型；通过理论公式的推导,确定胀接压力、接触压力、残余接触压力等的计算公式,从而确定了合理的加载压力和增压环尺寸,得到需求的拉脱力和密封性能；在理论计算的基础上,使用ANSYS软件对胀接过程进行模拟分析,得到了相应的胀接压力与残余接触压力的数据,与理论计算结果相互印证,基本符合；在理论计算和ANSYS模拟分析的基础上,使用增压环进行真实的单管子胀接实验,采集数据验证了理论计算和ANSYS分析的结果；针对本文采用尺寸的换热管适用的增压环尺寸,推荐其他尺寸换热管适用的增压环尺寸；针对目前橡胶胀接的特点,研制了新型橡胶胀接装置,降低了工人的劳动强度,提高生产效率。
马浩[5]2015年在《管壳式换热器管端液压胀接实验研究及有限元数值分析》文中提出管壳式换热器广泛应用于各工业领域,如炼油、化工、核电等,其管子与管板连接接头性能对保证换热器可靠运行至关重要。目前,换热管与管板连接方法有焊接、胀接以及胀焊结合,其中,液压胀接法凭其易操作、易控制等特点被广泛使用。论文采用实验方法研究了10#与16Mn碳钢、全304不锈钢、全321不锈钢叁种组合材料换热器管端液压胀接接头胀管率、拉(压)脱力与胀接压力的关系,并建立叁维有限元模型进行有限元数值分析,得到如下结论：(1)实验研究得到胀接压力分别为160MPa-280MPa范围内的碳钢组合材料、180MPa-300MPa范围内的全304不锈钢和全321不锈钢接头材料的胀管率范围,胀接接头拉(压)脱力与胀接压力的关系,提出了胀管率与胀接压力、拉(压)脱力与胀接压力以及拉脱力与胀管率之间的拟合公式。以GB151标准为导向,为分别满足胀管率和拉脱强度的标准要求,提出了叁种不同材料组合下的管端液压胀接接头胀接压力范围。(2)实验研究得到拉脱力与胀管率的关系。拉脱力随着胀管率的增大,先增大,后减小。即,过大的胀管率会导致“过胀",降低接头抗拉脱强度。(3)实验研究得到压脱力与胀管率的关系,压脱力随着胀管率的增大而增大,且相同胀接压力下,压脱力大于拉脱力。(4)有限元分析表明,管端胀接位置对胀管率和拉脱力影响不明显,但随着胀接位置越来越靠近管板壳程端部,压脱力随之增加。(5)有限元分析表明,胀管率随管子和管板孔之间初始间隙的增大而增大,但接头拉(压)脱力随着初始间隙的增大而减小。(6)有限元分析表明,胀接长度对胀管率影响不大；对于不锈钢材料304和321管端接头,胀接长度对接头的拉脱力影响不大,但对于10#和16Mn碳钢接头,随胀接长度的增大,接头拉脱力减小。
朱慧[6]2011年在《核电蒸汽发生器换热管与管板液压胀接技术研究》文中进行了进一步梳理核电蒸汽发生器既是核动力装置中产生蒸汽的设备,又是一、二回路的隔离设备,对整个核动力装置的安全运行起到至关重要的作用。目前,对于蒸汽发生器中换热管与管板连接多采用液压胀接的方式。液压胀管技术作为一门应用技术,无论是从技术、设备还是操作方面都已经非常成熟,但迄今没有专门的标准或规范来指导企业在产品制造前选择合适的胀管参数。为实现液压胀管技术的产业化应用,对换热管-管板液压胀接进行系列化研究是非常有意义的。整个液压胀接过程的数值模拟是利用ANSYS软件完成的。在对蒸汽发生器中的U型换热管和管板进行适当简化的基础上,将复杂的多孔管板当量为双层筒模型,建立了换热管和管板的有限元模型,搭建了用于测量换热管材料环向应力应变曲线的试验台,应用ANSYS软件对胀接过程进行瞬态模拟,得到接触面上的应力和残余接触压力分布,研究了不同胀接参数以及管板孔开槽结构对胀接效果的影响。本论文结合材料的特性对换热管和管板上的残余接触压力进行分析,得到了一系列优化的参数结果,为液压胀管最佳胀接参数的确定及制订企业标准作好理论与技术上的准备。
段红卫[7]2004年在《换热器液压胀接接头强度的研究》文中指出管壳式换热器是石油化学工业中最常见的设备,在其制造过程中,换热管与管板连接结构的质量直接影响换热器操作运行的安全性。换热管与管板接头是换热器中最容易发生失效的地方。管子与管板连接接头的可靠性一直是管壳式换热器设计中受到重点关注的问题。目前常用的液压胀接技术是管壳式换热器管子与管板连接技术的发展方向之一。胀接过程是一个复杂的接触过程,对于胀接过后拉脱力的研究,是一个重要的研究课题。由于液压胀接的胀接压力和胀接结构等参数在实际生产中还没有相应的规范,因此,有必要通过实验和理论研究来解决液压胀管中相关结构参数和工艺参数的选取问题,为相应规范和标准的制定提供参考依据。本论文进行了材料性能实验。对由实际工程材料构成的管子与管板液压胀接接头的强度进行了实验研究以及理论数值计算(采用有限元分析软件 ANSYS),并且考虑了不同胀接压力,管板开槽,开槽宽度和开槽位置等对拉脱力的影响。通过实验和理论计算我们可以得到以下结论:胀接接头的拉脱力随着胀接压力的增加而增加。管孔开槽可以明显的提高胀接接头的强度,开一个槽比不开槽的胀接接头拉脱力明显增加许多,这是由于管子和槽边缘之间的严重的“刮蹭”。对*本研究由北京市自然科学基金资助(编号 3002009) - 1 -
田君丽[8]2003年在《换热器液压胀接密封机理的研究》文中认为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叁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
于海[9]2008年在《换热器管板与换热管胀接机理研究》文中研究指明液压胀接因其诸多优点而成为换热器管板与换热管连接的一种主要方式,国内外的科研与工程技术人员虽然对其做了许多工作,但不同工作环境对液压胀接接头强度影响研究的较少,连接失效问题还没有得到有效控制。本文在基本假设的条件下,通过组合式厚壁圆筒不同变形阶段下的理论分析,考虑换热器管板与换热管胀接接头材料非线性、几何非线性、边界非线性和温度对材料性能影响的基础上建立了叁维有限元分析试验模型和实际结构模型。通过试验模型数值模拟分析得到最佳胀接压力后,进行了接头液压胀接试验及不同温度下拉脱试验,数值模拟分析与试验分析结果基本吻合,其误差在10%以内。在此基础上,考虑管板与换热管胀接接头真实结构及工作状态下的管程与壳程温差、压差影响,对接头实际结构模型进行了数值模拟分析,重点分析了接头在不同工作环境中的密封性能和拉脱强度。计算结果表明:胀接过程中,在管板未屈服时接触面上接触压力和残余接触压力均随胀接压力的增加而增大,同时周围管板孔的存在对接头的残余接触压力有较小程度的影响;当管程为高温换热介质、壳程为低温冷却介质时,温差影响较大,残余接触压力和拉脱力随管程介质温度的升高,先增大后减小,管程介质温度为100℃左右时残余接触压力和拉脱力最大,当温度超过300℃时,接头密封性能及拉脱强度趋于平稳。这一计算结果为换热器管板与换热管液压胀接设计和施工提供了一定的理论依据。
许紫洋[10]2015年在《核电站辅助系统换热器液压胀接过程模拟与接头性能分析》文中提出液压胀接通常会在胀接接头两侧过渡区内产生较高的残余应力,这使过渡区存在应力腐蚀开裂倾向。目前,国外先进核电标准对不锈钢换热管残余应力水平已有明确的控制要求,所以,对核电站辅助系统中不锈钢管换热器胀接接头中残余应力的分析和控制有十分重要的研究意义。本文以材料线性强化模型为基础推导了胀接压力与残余接触压力之间的理论公式,并对其准确性进行了验证。对给定参数的胀接接头进行了有限元模拟和胀接试验,并按照RCC-M规定对接头试件进行了应力腐蚀试验。研究发现,该接头具有很高的应力腐蚀倾向,对此提出了降低换热管残余应力的方法,并通过有限元模拟和试验法进行了验证。最后,本文还对焊胀和胀焊工艺中常常出现的胀不牢的问题进行了有限元模拟分析,并提出了改进建议。本文的研究工作为工程中计算液压胀接接头的残余接触压力提供了新的理论依据,为降低胀接接头中不锈钢换热管残余应力水平提供了有实用价值的处理方法。
参考文献：
[1]. 核电站辅助系统换热器管子管板胀接工艺研究[D]. 杨帅. 华东理工大学. 2014
[2]. 管子与管板连接接头的强度和密封性能研究[D]. 段成红. 北京化工大学. 2007
[3]. AP1000核电蒸发器和非能动换热器管子与管板胀接的数值模拟分析研究[D]. 尹淼晶. 华东理工大学. 2012
[4]. 特种橡胶胀管研究[D]. 翁子涵. 华东理工大学. 2014
[5]. 管壳式换热器管端液压胀接实验研究及有限元数值分析[D]. 马浩. 北京化工大学. 2015
[6]. 核电蒸汽发生器换热管与管板液压胀接技术研究[D]. 朱慧. 华东理工大学. 2011
[7]. 换热器液压胀接接头强度的研究[D]. 段红卫. 北京化工大学. 2004
[8]. 换热器液压胀接密封机理的研究[D]. 田君丽. 北京化工大学. 2003
[9]. 换热器管板与换热管胀接机理研究[D]. 于海. 大庆石油学院. 2008
[10]. 核电站辅助系统换热器液压胀接过程模拟与接头性能分析[D]. 许紫洋. 华东理工大学. 2015