液袋式液压胀管器浅析

中图分类号：TU18

摘要：液袋式液压胀管器是换热器管板与换热管胀接的常用工装，其液压的选择是胀接质量的关键。通过理论计算和实际操作，对液袋式液压胀管器液压取值及结构优化进行了分析。

关键词：换热器；管板；换热管；胀管器；液袋

换热器管板与换热管的胀接的种类分为：机械胀、爆炸胀、O型圈密封式液压胀、液袋式液压胀、橡胶胀、电脉冲胀（科研用）等。

工作中经常会遇到厚度较大的管板，机械胀管器由于其材料扭矩的局限通常设计时一次胀接量较小，从而选用多次胀接的方法，但加大了工人工作量。另外换热管内径较小（

一、适用范围

对于厚度为100~500mm管板及换热管内径大于φ8的情况，一般采用液袋式液压胀管器。具有操作简便、受力均匀、无轴向伸缩、胀接可靠等特点。

二、结构

如图1。

三、工作原理：

液体通过胀杆芯棒注入液袋，借助液袋鼓胀作用，将液体压力施加到换热管内壁上，管壁先发生塑性变形并与管板之换热管孔内壁轻微接触，继续加压换热管外壁与管板孔紧密贴合，并使换热管发生塑性变形管板发生弹性变形。泄压后由于管板的弹性恢复作用，促使换热管与管板紧密连接。如果液压过小会造成换热管与管板拉脱力不够，如果液压过大会造成过胀，管板塑性变形拉脱力也不够，由此可见液压的取值是胀接效果的关键。

四、计算

换热管外径刚发生塑性变形的胀管压力：

（1）

式中 为换热管屈服应力［1］， 为胀管两侧换热管影响的内压放大系数 ， 为胀管区长度， 为换热管外、内径之比。

换热管与管板开始产生残余应力［2］的最小胀管压力：

（2）

式中为胀管两侧管板影响的内压放大系数， ， 为周围管桥影响后的外、内径之比。正三角形排列［3］时 ，正方形排列［3］时 ，H为换热管中心距，D为管板之换热管孔径。

管板之换热管孔内壁开始弹性变形的胀管压力：

（3）

五、压力值选取及结构优化

理论选取液压值：

P0＜P贴胀≤ Pmin，

Pmin＜P强度胀≤Pmax。

实际操作中还应考虑换热器对胀管接头密封性能和拉脱强度等方面的要求，以及换热管、管板管孔结合面的粗糙度等因素的影响。一般情况下，管板孔内表面越粗糙，拉脱力越大，但会降低密封性能。对要求密封性高的强度胀，换热器壳程介质为气体，胀管液压取较大值；对于胀管接头不焊的强度胀，例如管板强度胀接，壳程密封为气体，在计算换热管和管板孔表面粗糙度等因素的影响时，可选取胀管压力的大值。

在实践中加压时挡圈亦发生变形，挡圈长度可以计算在胀管区长度范围内。液袋适用寿命50次/只，而胀杆寿命高达2000次/根，因而对于同规格的换热管胀接可采用同一胀杆，加长胀杆长度，在弹簧与螺母之间加制长度不同的套管如图2，配相应长度的液袋，即可满足不同长度的胀接。这样相同内径的换热管只需准备一根长胀杆即可，大大提高了经济性。

六、结语

我公司为本溪北方煤化工项目所制造的换热器管板材质：20MnMoⅢ，厚度148mm，管孔间距26.9mm，管孔尺寸：22.25；换热管材质：10#，规格φ22X4，正方形排列，胀管压力设定值取300MPa，强度胀顺序如图3所示。为了一次性胀接通过前期做了试验，胀接后，经过评定［2］，胀接合格。试样截面如图4所示。后期经过客户信息回馈，接头连接可靠，设备运行良好。

参考文献：

［1］GB150.1~150.4-2011，压力容器［S］

［2］郑津洋.过程设备设计［M］.北京：化学工业出版社，2005.5

［3］GB151-1999，管壳式换热器［S］.

作者简介：马昆（1983-），男，助理工程师，主要从事压力容器设计，工艺编制及工艺装备设计工作。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。