应用研究超薄管板换热器的失效分析与改进房黎东（营口市锅炉压力容器检验研究所，辽宁营口115000）重要。在对这些换热器发生的泄漏和失效情况做了总结的基础上，提出了在设计、制造中应注意的问题和改进的方法。　　1问题的提出超薄管板换热器近年在机车上得到了广泛应用，但如何保证其运行稳定、安全可靠是一个引人注意的问题。东风c装机后换热器事故频频发生，一时成了机车质量问题的中心之一。青岛机务段从1996年开始到1998年装配的东风4C机车共有40多台。运行一小修期，就发生换热器损坏需更换的问题，每月更换高达15台换热器。上百台失效的换热器堆放在仓库中，损失惊人。因此，换热器设计、制造单位，机车厂都投入了很大的力量进行改进和研制。目前，湖北大冶登峰换热器有限公司、大连通用热动力公司、芜湖GEA机械制冷有限公司等单位都开发出了相应的换热器，解决了换热器泄漏问题。但换热器设计的合理性、经济性和制造工艺稳定性尚需进一步探讨。　　2换热器失效的方式及分析以东风c中冷器为例。根据笔者掌握的资料和赵守柱、冯德明等人的调查，换热器的泄漏均在进气面前1~3排管，部位是冷却管与管板的连接处。其结构见。　　5mm；冷却管材料为T3，管壁厚为0.5mm.管板与冷却管采用银磷铜钎焊。这种中冷器用在东方红系列机车和东风b系列以前的机车上没有出现过质量问题。但随着铁路运输的提速，机车功率提高了，进入中冷器的空气压力和温度也相应升高了，因此，中冷器换热量要提高，尺寸要加大。如果这时的中冷器只在原中冷器的基础上加长或加宽加深，而散热元件没有做改动，结果就会出现前文所述的情况。分析其原因，具体有以下几方面：2.1冷却管组自重变形的影响冷却管组自重与冷却管长度是成正比的，管组的刚度和散热片与冷却管的连接形式及散热片结构又紧密相关。散热片的形式见。　　管组的自重变形是典型的简支梁问题，见（见87页）。　　其*大变形量为：=（L3）性矩。　　管组越长重量P越大。y与L是3次方的关系。因此，管组的加长使弯曲变形更显著。同时，冷却管与散热片的连接是否牢固，对截面极惯性矩有很大影响。现行的方法是在真空炉内进行钎焊，如出现漏焊或虚焊就会极大地降低J的数值。　　2.2空气压力的影响管板与冷却管连接处，由空气压力（0.3MPa）引起的拉脱应力大约为：这个数值虽然没超出标准许用拉脱力的值，但已经是很大了，接近许用拉脱力。　　2.3冷却管组自重引起的剪力和挤压应力管板与冷却管连接处由芯组自重引起的剪切应力和挤压应力为：t=q，F（散热片的总重/冷却管的根数）。在上述图例中每米长度的重量约为2.3kg.冷却管长度一般在2m以上。　　其值为：1.这样的计算值在工程上是很大的。而在实际当中这两个应力还要远远大于计算值，实际上很有可能出现芯组的重量仅仅由几根冷却管来承担的情况。因此，要超过计算值几十倍。　　2.4银磷铜钎焊对连接强度的影响银磷铜钎焊对连接强度的影响是很大的。银磷铜钎焊温度在800°C左右，而管板的厚度仅有1.5mm，管的壁厚只有0.5mm，焊接时火焰温度在1 000°C以上，极易产生过烧。银磷铜钎焊强度大于450MPa高于T3近一倍，这就更加大了连接处的内应力。如果将2.1 ~2.4影响综合考虑，在连接处有同时承受来自自重和压力的拉力、剪力、挤压力和难以确定和测量的焊接应力。使得这个小受力体受力十分复杂，由于管板厚度是1.5mm，使得受力体接近受力平面。各种应力的迭加和影响更突出。　　2.5振动的影响由于主机的振动频率和强度提高，中冷器也会产生高频率的微小颤抖。连接处本来就处于复杂、高应力状态，再加上这样的振动影响，冷却管的疲劳是在所难免的。管板尤如一把切刀，不停的在切割冷却管。这同散热片在冷却管上没有焊牢，空气使其在管上振动而将管割断很相似。这些就是造成超薄管板换热器破损的主要原因。　　3改进的方法和措施2）管板的设计除了考虑拉脱强度、剪力、挤压力、焊接应力外，还要考虑振动的因素，这一点是很重要的。要有足够的管与管板的连接长度。增加管板厚度是*简单的方法，目前国内制造厂均把管板厚度提高到20mm以上。冷却管壁厚也增加到0.7mm以上。材料也有所变化，改为镍白铜（BFe10?卜1）。　　但这样一来换热器的重量提高了，使得制造成本也随之提高。同时，运行费用的提高也是相当惊人的。新的中冷器要比原中冷器*少重30~40kg.若机车运行300km则要额外消耗1.2X15kW的功率，将额外耗油大约500kg.如果是在飞机、宇航器上，这种浪费是不允许的。因2 .此，超薄管板的应用还应予以重视。建议将原厚度1.同时，将管板孔的形式改为如所示。其余保持原结构不变，只将管二=2j板孔做成翻边孔，翻边高度为5mm.这种改进已经在海军潜艇主机滑油、淡水冷却器上得到很好的应用。　　2）管板与冷却管的连接改为锡钎焊，锡钎焊温度低（200C）钎料强度一般在50MPa.因此，不易产生焊接变形和焊接热应力。且锡钎焊工艺稳定、容易控制，连接强度也与焊接母材T3相匹配。海军舰艇051G上的滑油、淡水冷却器改用锡钎焊效果相当令人满意，已通过海军鉴定。　　2）管组要加支撑，减少自重引起的变形和减小振动频率及振幅以防产生共振。支撑板间距应在（4）散热片与冷却管的连接要牢靠坚固，要严格执行焊接工艺的控制。如有条件应改为胀接。胀接比焊接工艺简单，生产过程更容易控制，散热片与冷却管连接实际接触面积更大，芯组整体刚（下转101页）此系统控制程序主界面构成为：（1）采集数据显示区用来实现数据的采集与显示；（2）数据处理区用来实现对数据的分析处理，从而取得每一通道的*大值、*小值和波动范围；（3）通道设定窗口用来实现主机与采集模块的通信。其主要程序结构如下：4结论本系统经联机调试已成功应用于生产领域其性能指标达到设计要求，系统本身操作方便，界面良好，运行稳定。通过近一年的生产实际测试应用，使用者普遍反映本系统操作简便，大大提高了工作效率，降低了测温人员的劳动强度。