固定管板式換熱器是指管束兩端管板采用焊接方法與殼體固定連接的管殼式換熱器。管板與殼體焊接後也可兼作法蘭，與管箱法蘭用螺栓連接。優點是結構簡單，在保證相等傳熱麵的條件下所需的殼體內徑最小。缺點是殼程與管程介質之間溫差大時會產生較大的熱應力，造成管子與管板結合處拉脫破裂而發生泄漏或管子失穩等，同時檢修、殼程清洗也不方便，在一般場合應用廣泛，但也受到溫差的限製。

一、基本假設

世界各國的管板的計算公式盡管形式各異，但其大體上是分別在以下三種基本假設的前提下得出的。

1.將管板看成為周邊簡支條件下承受均布載荷的圓平板，應用平板理論得出計算公式。考慮到管孔的削弱，再引人經驗性的修正係數。如在力學模型上作了適當簡化的美國TEMA方法。

2.將管子當作管板的固定支撐而管板是受管子支撐著的平板。管板的厚度取決於管板上不布管區的範圍。如西德AD規範采用的計算公式。實踐證明，這種公式適用於各種薄管的計算。

3.將管板視為在廣義彈性基礎上承受均布載荷的多孔圓平板，即把實際的管板簡化為受到規則排列的管孔削弱、同時又被管子加強的等效彈性基礎上的均質等效圓平板。這種簡化假定既考慮到管子的加強作用，又考慮了管孔的削弱作用，分析比較全麵，現今已為大多數國家的管板規範所采用。

我國石油、化工、機械三部在1983年公布的《換熱器設計規定》中所列入的管板計算公式基本上也是根據第三種假設經過比較嚴密的推導得出的，在國內獲得了廣泛的應用。接下來的強度校核也是基於第三種假設。

二、管板設計的基本考慮

GB151《管殼式換熱器》所列人的管板公式基於的基本考慮是:把實際的管板簡化為;承受均布載荷、放置在彈性基礎上且受管孔均勻削弱的當量圓平板。同時在此基礎上還考慮了以下幾方麵對管板應力的影響因素。

1.管束對管板的支承作用：在流體壓力作用下管板將產生撓度與轉角。因管束與管板連接在一起，管束

也將沿軸線方向產生壓縮或伸長，管子端部產生彎曲變形。管束對管板會起到約束的作用，具有減少管板中應力的作用。考慮管束對管板撓度的約束作用，但忽略管束對管板轉角的約束作用。

2.管孔對管板的削弱作用：管孔對管板的削弱作用有兩個方麵：

(1)減小了管板整體的剛度與強度。

(2)在管孔邊緣產生局部的應力集中,在計算公式中是忽略不計。

因此在計算時把管板近似地當作一塊均勻連續受管孔削弱的當量圓平板。

3.管板周邊不布管區的折算方法

管板周邊不布管區對管板應力的影響，將管板劃分為兩個區，即靠近中央部分的布管區和靠近周邊處較窄的不布管區。通常管板周邊部分較窄的不布管區按其麵積簡化為圓環形實心板。由於不布管區的存在，管板邊緣的應力下降。、除上述以外，在對管板分析時，還注意到以下幾項實際因素

(1)由殼程壓力p、管程壓力加以及熱膨脹引起的殼璧軸向位移與管板管束係統的軸向位移應在管板周邊處協調一致。

(2)管板邊緣的轉角應受殼體、法蘭、封頭、螺栓、墊片係統的約束。其轉角應在連接部位處協調一致。

(3)管板兼作法蘭時，考慮了法蘭力矩對管板應力的影響。

4.設計準則與許用應力

應用彈性理論計算出管板中的應力，然後應用塑性力學的觀點將此應力分為兩類:

①壓力Ps、Pt與法蘭力矩引起的管板中的應力為一次彎曲應力，將其限製在1.5倍許用應力以下

②殼體與管子受熱後的膨脹差引起的管板中的應力為二次應力，將一次應力與二次應力之和限製在3倍許用應力以下。

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