一種外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器的制造方法
【專利摘要】一種外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器，解決提高外壓容器承載能力與安全性等技術(shù)問題。它利用容器內(nèi)、外壁溫差 dt 形成的溫差應(yīng)力抵消部分操作外壓 p 引起的機(jī)械應(yīng)力，以降低和均化應(yīng)力分布，從而增強(qiáng)承載能力，比機(jī)械預(yù)應(yīng)力方法自增強(qiáng)壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省，設(shè)計(jì)更靈活。其技術(shù)方案要點(diǎn)是：以


、特征限定特征參數(shù) k 、 p 、 E 、 a 、 u 、 s y、 dt 的大小并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整；以作為溫差時(shí)，承載能力最大：，厚度最小。其中 E 為容器材料的彈性模量、 a 為容器材料的熱膨脹系數(shù)、 u 為容器材料的泊松比、 s y為容器材料的屈服強(qiáng)度、 k = r o/ r i、 r i為容器內(nèi)壁面半徑、 r o為容器外壁面半徑、 dt n為最佳溫差、 p n為最佳承載能力。
【專利說明】一種外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器，【技術(shù)領(lǐng)域】包括機(jī) 械、化工、制藥、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 壓力容器廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如機(jī)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，是這些工業(yè)部門的關(guān)鍵、特種設(shè)備。壓力容器所承受的壓力 有內(nèi)壓與外壓之分，受壓形式不同，應(yīng)力分布迥異。本發(fā)明涉及外壓容器。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(shí)，壁中的應(yīng)力很不均勻，如說明書附圖3所 示。若按最大應(yīng)力設(shè)計(jì)壓力容器，會(huì)使其壁厚很大，壁厚大不僅浪費(fèi)材料、資源、資金，增加 成本，還有安全隱患。倘能設(shè)法降低容器器壁中的應(yīng)力，便可提高容器強(qiáng)度、節(jié)約材料、降低 成本，提高壓力容器的安全性與經(jīng)濟(jì)性。降低應(yīng)力的方法很多，如自增強(qiáng)技術(shù)即是降低和 均化應(yīng)力、提高壓力容器承載能力及其安全性的重要而有效的手段。壓力容器自增強(qiáng)的具 體方法又有很多，例如，在容器投入使用前對其施加較大的機(jī)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(jī)械壓力后，便在容器器壁中產(chǎn)生機(jī)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(jī)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。由于外壓容器近內(nèi)壁面處壓應(yīng)力很大，而容器外加熱 (外壁溫度高于內(nèi)壁溫度）所產(chǎn)生的溫差應(yīng)力則是內(nèi)壁面為拉應(yīng)力，故本發(fā)明采用外加熱溫 差預(yù)應(yīng)力自增強(qiáng)方法構(gòu)造一種外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器，這一方法能夠 大大降低器壁中的應(yīng)力，提高承載能力。壓力容器內(nèi)、外壁溫度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(jìn)行加熱或冷卻而造成。溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器比機(jī)械 預(yù)應(yīng)力壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省、靈活，因?yàn)椋?)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(xiǎn)性，也不需要昂貴的水壓機(jī)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(jī)械應(yīng)力那樣引起壓力容器爆炸等災(zāi)難性事故。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力 外加熱自增強(qiáng)壓力容器，其特征是：所述壓力容器內(nèi)、外壁面存在溫度差，內(nèi)壁面溫度 為ii、外壁面溫度為?。，溫差Ji=Ib 稱為外加熱；溫差使壓力容器器壁產(chǎn)生溫 差預(yù)應(yīng)力，所述壓力容器工作時(shí)的總應(yīng)力為溫差預(yù)應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力相疊加，所述機(jī)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為外壓；所述壓力容 器內(nèi)壁面半徑為6、外壁面半徑為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)，S卩出。，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，

【權(quán)利要求】
1. 一種外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器，其特征是：所述壓力 容器內(nèi)、外壁面存在溫度差，內(nèi)壁面溫度為ii、外壁面溫度為?。，溫差Ji=Ib 稱為外加熱；溫差使壓力容器器壁產(chǎn)生溫差預(yù)應(yīng)力，所述壓力容器工作 時(shí)的總應(yīng)力為溫差預(yù)應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力相疊加，所述機(jī)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為外壓；所述壓力容器內(nèi)壁面半徑 為外壁面半徑為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，
其中萬為容器材料的彈性模量、a為容器材料的熱膨脹系 數(shù)、"為容器材料的泊松比、&為容器材料的屈服強(qiáng)度、左為容器的徑比，知r。/^。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器，其特征是：所 述溫度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(jìn)行加熱或冷卻而造 成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器，其特征是：這 種壓力容器的結(jié)構(gòu)尺寸，即徑比么承載能力/V&、材料性能因素（萬、a、《、&)、溫差出之間
dt 關(guān)系約束，壓力容器壁厚七=Ti 〇-1);左、/?、萬、a、?、&、的大小根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整、組 合、匹配；各符合意義同前。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器，其特征是：溫 差限定為
承載能力限定為
，此稱 為最佳溫差，Pn稱為最佳或最高承載能力，其余符號同前。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力外加熱自增強(qiáng)壓力容器，其特征是： ?/?=?/?η，即/^代時(shí)，容器器壁中三向總應(yīng)力為
;各符合意義同前。
【文檔編號】F16J12/00GK104455410SQ201410640931
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】朱瑞林, 朱國林, 趙保錄, 曾祥, 鄧衛(wèi)軍, 李 權(quán), 朱玲, 雷群意, 黃干斌 申請人:湖南師范大學(xué)