一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力容器是許多工業(yè)部口的關(guān)鍵、特種設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如機械、化工、 制藥、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等部口。壓力容器的主體部分絕 大多數(shù)是圓筒，圓筒承受工作壓力時，其器壁中的應(yīng)力很不均勻，如說明書附圖4所示。容 器厚度越大，應(yīng)力越不均勻。若按最大應(yīng)力設(shè)計壓力容器，會使其壁厚很大，壁厚大不僅浪 費材料、資源、資金，增加成本，還有安全隱患。須設(shè)法降低容器器壁中的應(yīng)力，才能提高容 器的強度，節(jié)約材料、降低成本，并提高壓力容器的安全性。降低容器器壁中的應(yīng)力的方法 有很多，例如，在容器投入使用前對其施加較大的機械壓力，使其內(nèi)層部分材料產(chǎn)生塑性變 形，外層部分材料仍為彈性狀態(tài)，卸除機械壓力后，便在容器器壁中產(chǎn)生機械預(yù)應(yīng)力（殘余 應(yīng)力）；內(nèi)層部分材料為壓應(yīng)力，外層部分材料為拉應(yīng)力。機械預(yù)應(yīng)力與容器操作壓力引起 的應(yīng)力相疊加即可降低應(yīng)力。本發(fā)明則利用壓力容器內(nèi)、外壁的溫差產(chǎn)生溫差預(yù)應(yīng)力來降 低和均化壓力容器中的應(yīng)力，從而構(gòu)造一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器。溫差由容器本 身的工作溫差造成，或在容器投入使用前對其內(nèi)、外壁進行加熱或冷卻而造成。溫差預(yù)應(yīng)力 壓力容器比機械預(yù)應(yīng)力壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省、靈活，因為（1)靠溫差應(yīng)力產(chǎn)生 預(yù)應(yīng)力的方法不存在施壓介質(zhì)，故沒有危險性，也不需要昂貴的水壓機等施壓設(shè)備；（2)溫 差的控制相對較為容易，因而溫差應(yīng)力的大小及其均勻性容易得到保證；（3)-旦溫差應(yīng) 力過大，由于不存在壓力介質(zhì)，因此不至像機械應(yīng)力那樣引起壓力容器爆炸等災(zāi)難性事故； (4)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，溫差預(yù)應(yīng)力的大小及分布規(guī)律與溫差洗緊密聯(lián)系，因此，可根據(jù)操作 條件而改變^/^^獲得不同的操作應(yīng)力狀態(tài)，可見容器結(jié)構(gòu)優(yōu)化空間很大，該就能夠獲得機 動靈活的設(shè)計方案。
[0003] 壓力容器受機械內(nèi)壓時，其最危險應(yīng)力是內(nèi)壁面的拉應(yīng)力；當壓力容器內(nèi)壁面溫 度高于外壁面溫度時，其溫差應(yīng)力的分布是，最危險應(yīng)力是內(nèi)壁面的壓應(yīng)力。故本發(fā)明提供 的是內(nèi)壓內(nèi)加熱彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器的技術(shù)方案，所謂彈性溫差預(yù)應(yīng)力即在溫差應(yīng)力 單獨作用下，壓力容器處于彈性狀態(tài)。
[0004] 有些壓力容器材料的失效應(yīng)由第H強度理論控制，有些壓力容器材料的失效應(yīng)由 第四強度理論控制，即不同的材料應(yīng)由不同的強度理論控制。本發(fā)明提供由第四強度理論 控制的彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的是提供一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器。
[0006] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力 壓力容器，其特征是；所述壓力容器內(nèi)、外壁面存在溫差，且內(nèi)壁面溫度高于外壁面溫度 向，即溫差洗;溫差使壓力容器器壁產(chǎn)生溫差預(yù)應(yīng)力，壓力容器工作時的總應(yīng)力為 溫差預(yù)應(yīng)力與機械應(yīng)力相疊加；所述機械應(yīng)力指壓力容器工作壓力Z7所產(chǎn)生的應(yīng)力，所述 壓力容器工作壓力片為內(nèi)壓；所述壓力容器內(nèi)壁面半徑為r;、外壁面半徑為r。，徑比為仁r。/ ri;所述壓力容器在溫差預(yù)應(yīng)力作用下，處于彈性狀態(tài)，即洗《洗。，洗。為溫差預(yù)應(yīng)力剛使 壓力容器內(nèi)壁面產(chǎn)生屈服的溫差，稱為臨界溫差，^/4由壓力容器的各技術(shù)參數(shù)，即材料的 彈性模量&材料的熱膨脹系數(shù)曲、材料的泊松比U、材料的屈服強度Sy、徑比巧^定，具體 是：
【主權(quán)項】
1. 一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器，其特征是：所述壓力容器內(nèi)、外壁面存在溫差， 且內(nèi)壁面溫度^高于外壁面溫度?。，即溫差;溫差使壓力容器器壁產(chǎn)生溫差預(yù) 應(yīng)力，壓力容器工作時的總應(yīng)力為溫差預(yù)應(yīng)力與機械應(yīng)力相疊加；所述機械應(yīng)力指壓力容 器工作壓力/7所產(chǎn)生的應(yīng)力，所述壓力容器工作壓力/7為內(nèi)壓；所述壓力容器內(nèi)壁面半徑為 6、外壁面半徑為r。，徑比為知r。/^;所述壓力容器在溫差預(yù)應(yīng)力作用下，處于彈性狀態(tài)，即 出。，出。為溫差預(yù)應(yīng)力剛使壓力容器內(nèi)壁面產(chǎn)生屈服的溫差，稱為臨界溫差，出。由壓 力容器的各技術(shù)參數(shù)，即材料的彈性模量K材料的熱膨脹系數(shù)《、材料的泊松比《、材料的 屈服強度4、徑比左決定，具體是：
.；所述壓力容器技術(shù)參 數(shù)由以下兩個關(guān)聯(lián)式（1)、（2)約束：
對于確定徑比々、確定溫差?/?的壓力容器,其工作壓力的特征是/^min{/?,/?}、對于 確定工作壓力/7、確定溫差出的壓力容器，其徑比左為關(guān)聯(lián)式（1)、（2)所得的較大值，
于徑比M 2. 0542956825的壓力容器，其溫差冶為最優(yōu)溫差i/t，工作壓力為尸A=a， 其中成由關(guān)聯(lián)式
決定；溫差 出為臨界溫差出。時，（1)對于徑比M 2. 0542956825的壓力容器，工作壓力/7為
;(2)對于徑比2. 0542956825的壓力容器，工作壓力
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器，其特征是：所述溫差由壓力 容器本身的工作溫度造成，或?qū)毫θ萜鲀?nèi)、外壁面進行加熱或冷卻而造成。
【專利摘要】一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器，解決提高壓力容器承載能力與安全性等技術(shù)問題。該種壓力容器利用內(nèi)、外壁溫差產(chǎn)生的溫差應(yīng)力抵消部分由操作內(nèi)壓 p 引起的機械應(yīng)力，以降低和均化其應(yīng)力分布，從而增強其承載能力，比機械預(yù)應(yīng)力方法自增強壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省，設(shè)計更靈活。其技術(shù)方案要點是：給定保證該種壓力容器既安全（當量應(yīng)力低于屈服強度）又經(jīng)濟（承載高，厚度小，成本低）的限制條件，即給定徑比 k 、溫差 dt 、工作壓力 p 、彈性模量 E 、熱膨脹系數(shù) m 、泊松比 u 、屈服強度 s y之間須滿足的約束條件，從而形成既安全又經(jīng)濟的技術(shù)方案。該種壓力容器的徑比最低達或，最高工作壓力達 p / s y=ln k 或 p / s y=( k 2-1)/ k 2。
【IPC分類】F16J12-00
【公開號】CN204284428
【申請?zhí)枴緾N201420678114
【發(fā)明人】朱瑞林, 朱國林, 朱玲, 雷群意, 李 權(quán), 曾祥, 趙保錄, 鄧衛(wèi)軍, 黃干斌
【申請人】湖南師范大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月14日