在固定式列管換熱器中, 當列管、殼體熱膨脹差較大時, 殼體軸向應力增大。因此, 在結構設計中, 在殼體上加設波形膨脹節以降低殼體軸向應力是一個行之有效的方法。波形膨脹節由于撓性大, 易變形,其補償作用增大了殼體方面的伸長量, 從而使管子與殼體熱膨脹伸長量的差值減少, 達到降低殼體軸向應力的目的。然而, 由于殼體方面彈性伸長量增加了, 必然影響管板的撓曲變形, 而管子與管板又緊密連接在一起, 管子的應力狀態也將隨管板撓曲變形的變化而變化。本文通過數值計算研討了幾種不同溫差狀況下由管子與殼體之間膨脹差引起的管板撓曲變形、列管軸向應力、殼體軸向應力的變化狀況, 研討了波形膨脹節對固定式列管換熱器重要受力構件的綜合效應, 從而提出何時加膨脹節對整個設計最有利。
固定式列管換熱器管板變形受到多種因素的影響, 其中有管程壓力與殼程壓力作用, 管束支承效應, 未鉆孔實心環的影響, 列管與殼體之間不同的熱膨脹以及管板與殼體ö管箱之間的相互作用等。
在固定管板列管換熱器中, 加設膨脹節是為了降低管壁與殼壁溫差引起的殼體軸向力。加設膨脹節后, 殼體方面彈性伸長量的增加必然影響管板的撓曲變形, 列管的軸向應力也將隨管板撓曲變形的變化而變化。
當管壁與殼壁溫差引起的膨脹差較大時, 如果不加膨脹節, 溫差軸向力的作用使管板撓曲變形大,管板受力狀況不好, 對應于管板變形, 列管最大軸向應力為壓縮應力, 須校核管子的穩定性。加設膨脹節后, 由于膨脹節的補償作用降低了溫差的軸向力, 管板撓曲變形變小, 管板彎矩值下降, 管板受力狀況好轉, 列管最大軸向應力為拉應力。
當管壁與殼壁溫差引起的膨脹差較小時, 沒有必要加膨脹節。此時, 不加膨脹節, 由于溫差軸向力小, 不僅殼體軸向應力值在許可值范圍內, 而且管板撓曲變形小, 因而管板彎矩值小, 列管的軸向應力值亦低。如果這種狀況下加膨脹節, 管板撓曲變形加大, 管板徑向彎矩絕對值顯著增大, 管板受力狀況惡化, 且部分列管由壓縮轉為拉伸, 拉伸應力值比未加膨脹節時增大, 從而造成列管和管板內表面應力腐蝕破壞條件, 對于容易發生應力腐蝕破壞的列管換熱器, 尤其要填重考慮。