專利名稱：一種基于安全設(shè)計技術(shù)條件的自增強壓力容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于安全設(shè)計技術(shù)條件的自增強壓力容器，屬機械科學(xué)技術(shù)、化學(xué)工程等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓力容器是廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)部門的特種設(shè)備，如機械、化工、制藥、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等部門，壓力容器主題部分通常為圓筒形。自增強技術(shù)是提高壓力容器承載能力及其安全性的重要而有效的手段。壓力容器的自增強技術(shù)是在操作使用前對其進行加壓處理(所加壓力一般超過操作壓力)，使筒體內(nèi)層屈服，產(chǎn)生塑性變形，形成塑性區(qū)，而外層仍為彈性狀態(tài)。保持該壓力一段時間后卸壓。卸壓后筒體內(nèi)層塑性部分因有殘余變形而不能恢復(fù)到原來狀態(tài)，外層彈性區(qū)力圖恢復(fù)到原來狀態(tài)，卻受到內(nèi)層塑性區(qū)殘余變形的阻擋也不能恢復(fù)到原來狀態(tài)，因此承受拉伸，形成拉應(yīng)力，而內(nèi)層則因為受到外層力圖復(fù)原的壓縮作用而產(chǎn)生壓應(yīng)力。這樣就形成了一種內(nèi)層受壓外層受拉的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。容器投入使用承受內(nèi)壓后，預(yù)應(yīng)力與操作內(nèi)壓引起的應(yīng)力相疊加，使應(yīng)力較大的內(nèi)壁應(yīng)力降低，應(yīng)力較小的外壁應(yīng)力有所增加，從而使容器壁中應(yīng)力趨于均勻。由此可提高壓力容器的承載能力。這就是自增強。自增強技術(shù)的關(guān)鍵因素是塑性區(qū)深度，即容器的彈性與塑性區(qū)交界面半徑的確
定，或超應(yīng)變度“^^><100% = ^^><100%的確定，其中ε為超應(yīng)變度，rw。分別為容
器筒體的內(nèi)半徑、彈塑性界面半徑與外半徑；k為自增強壓力容器外半徑與內(nèi)半徑之比，即 k = T0Zr1 ；kj為自增強壓力容器彈性與塑性區(qū)交界面半徑與內(nèi)半徑之比，即、=TjZr1 (參閱

圖1)。超應(yīng)變度不僅影響到自增強工藝的實施，并且影響到自增強容器的卸除自增強壓力后的殘余應(yīng)力、承載能力等等，超應(yīng)變度太大，即塑性區(qū)深度太大，卸除自增強壓力后容器可能出現(xiàn)反向屈服，即殘余壓縮應(yīng)力(或其當(dāng)量應(yīng)力)(的絕對值)會超過容器材料的強度極限值；超應(yīng)變度太小，即塑性區(qū)深度太淺，承載能力則不高。對于、或&或ε的確定，
現(xiàn)行技術(shù)主要有1)圖解法；2)按公式％ =V^粗略估計；3)試湊法，即假設(shè)若干計算自增強處理后的預(yù)應(yīng)力及操作內(nèi)壓下r」處的總應(yīng)力(預(yù)應(yīng)力與操作應(yīng)力之和)的當(dāng)量應(yīng)力 σ eJ,求取使σ μ最小的h計算。這些方法或過于粗略(如圖解法與估計法)，又不能反映問題實質(zhì)；或過于煩瑣(如試湊法)，也不能反映問題實質(zhì)。并且不能克服一些弊病，如反向屈服問題，即卸除自增強處理時所施加的壓力后可能內(nèi)層會因為受到過大的壓縮而產(chǎn)生二次壓縮屈服。這是非常不利的。從安全、經(jīng)濟的觀點出發(fā)，自增強壓力容器既要保證不產(chǎn)生反向屈服，又要保證!^處的總應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力Oej小于屈服強度Oy，還要使承載能力提尚O壓力容器大多用塑性良好的材料制成，第三、四強度理論比較適合于評判塑性材料的失效。研究發(fā)現(xiàn)，按第四強度理論時，僅限定當(dāng)量殘余應(yīng)力還不夠，在當(dāng)量殘余應(yīng)力剛達到材料的屈服極限時，圓筒內(nèi)壁面的環(huán)向殘余應(yīng)力已超過材料的屈服極限。這對壓力容
3器的安全不利，必要時，必須對圓筒內(nèi)壁面的環(huán)向殘余應(yīng)力加以限制，同時又要盡量地提高容器的承載能力。 本發(fā)明根據(jù)限制內(nèi)壁面環(huán)向殘余應(yīng)力的目的，采取相應(yīng)的技術(shù)方案以避免容器內(nèi)壁面環(huán)向殘余應(yīng)力過大同時極大地提高其承載能力，針對承受內(nèi)壓情況下的自增強壓力容
ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于安全設(shè)計技術(shù)條件的自增強壓力容器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種基于安全設(shè)計技術(shù)條件的自增強壓力容器，該種壓力容器的結(jié)構(gòu)尺寸及承載能力按特定的技術(shù)方案確定，具體是其
整體壁厚為
權(quán)利要求
1. 一種基于安全設(shè)計技術(shù)條件的自增強壓力容器，其特征是該種壓力容器的結(jié)構(gòu)尺寸及承載能力按特定的技術(shù)方案確定，具體是其整體壁厚為J0 Γ-；… -1 ；對于k大于由公式P確定的值的自增強壓力容器，其塑性區(qū)深度按公式
2.如權(quán)利要求1所述的基于安全設(shè)計技術(shù)條件的自增強壓力容器，其特征是對于k小于由公式
全文摘要
一種基于安全設(shè)計技術(shù)條件的自增強壓力容器。用于提高容器的安全性與承載能力，解決現(xiàn)有技術(shù)計算煩瑣、不精確或不夠安全等技術(shù)問題。其技術(shù)方案要點是該種容器塑性區(qū)深度按計算，可使殘余應(yīng)力不超過σy并不產(chǎn)生反向屈服；承載能力按計算，可使|σej|≤σy和|σei|≤σy。其中k為徑比，kj為彈-塑性界面半徑與內(nèi)半徑之比，σy為屈服強度，p為容器承受的內(nèi)壓，pe為非自增強容器最大彈性承載能力，σej為彈-塑性界面處總應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力，σei為內(nèi)壁面處總應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力；k小于由確定的值時，即k＜2.024678965...時，不論kj多大，卸除自增強壓力后，容器不產(chǎn)生反向屈服。
文檔編號F16J12/00GK102563063SQ20111044239
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者朱國林, 朱瑞林 申請人:湖南師范大學(xué)