一種內壓彈性溫差預應力內加熱自增強壓力容器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種內壓彈性溫差預應力內加熱自增強壓力容器，涉及機械、化 工、制藥、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等技術等領域。
【背景技術】
[0002] 壓力容器是許多工業(yè)部口的關鍵、特種設備，廣泛應用于各行各業(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 大多數是圓筒，圓筒承受工作壓力時，其器壁中的應力很不均勻，如說明書附圖5所示。容 器厚度越大，應力越不均勻。若按最大應力設計壓力容器，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。須設法降低容器器壁中的應力，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力的方法 有很多，自增強技術即是降低和均化應力、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 的機械壓力，使其內層部分材料產生塑性變形，外層部分材料仍為彈性狀態(tài)，卸除機械壓力 后，便在容器器壁中產生機械預應力（殘余應力）：內層部分材料為壓應力，外層部分材料為 拉應力。機械預應力與容器操作壓力引起的應力相疊加即可降低應力。而本實用新型則采 用溫差預應力自增強方法構造一種內壓彈性溫差預應力內加熱自增強壓力容器。所述溫差 預應力即由于金屬熱脹冷縮的原因而由容器內、外壁面溫度差引起的應力，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、外壁進行加熱或冷卻而造成。溫差預應 力壓力容器比機械預應力壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省、靈活，因為（1)靠溫差應力產 生預應力的方法不存在施壓介質，故沒有危險性，也不需要昂貴的水壓機等施壓設備；（2) 溫差的控制相對較為容易，因而溫差應力的大小及其均勻性容易得到保證；（3) -旦溫差 應力過大，由于不存在壓力介質，因此不至像機械應力那樣引起壓力容器爆炸等災難性事 故；（4)設計人研究發(fā)現，溫差預應力的大小及分布規(guī)律與溫差洗緊密聯(lián)系，因此，可根據 操作條件而改變^/^^獲得不同的操作應力狀態(tài)，可見容器結構優(yōu)化空間很大，該就能夠獲 得機動靈活的設計方案。

【發(fā)明內容】

[0003] 本實用新型的目的是提供一種內壓彈性溫差預應力內加熱自增強壓力容器。
[0004] 本實用新型所采用的技術方案是；構造一種內壓彈性溫差預應力內加熱自增強壓 力容器，其特征是；所述壓力容器內、外壁面存在溫差，溫差使壓力容器器壁產生溫差預應 力，所述壓力容器工作時的總應力為溫差預應力與機械應力相疊加，所述機械應力指壓力 容器工作壓力所產生的應力，所述壓力容器工作壓力為內壓；所述壓力容器內壁面半徑 為ri、外壁面半徑為r。，內壁面溫度為與、外壁面溫度為向，溫差洗=與-向，與〉向，稱為內加 熱；所述壓力容器在溫差預應力作用下，處于彈性狀態(tài)，即洗《洗。，洗。為溫差預應力剛使 壓力容器內壁面產生屈服的溫差，稱為臨界溫差，
【主權項】
1. 一種內壓彈性溫差預應力內加熱自增強壓力容器，其特征是：所述壓力容器內、 外壁面存在溫差，溫差使壓力容器器壁產生溫差預應力，所述壓力容器工作時的總應力 為溫差預應力與機械應力相疊加，所述機械應力指壓力容器工作壓力/7所產生的應力， 所述壓力容器工作壓力/7為內壓；所述壓力容器內壁面半徑為6、外壁面半徑為r。，內 壁面溫度為b外壁面溫度為?。，溫差?/?=Α-?。，Α>?。，稱為內加熱；所述壓力容器在溫 差預應力作用下，處于彈性狀態(tài)，即出。，出。為溫差預應力剛使壓力容器內壁面 產生屈服的溫差，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、《為容器材料的泊松比、&為容器材料的屈 服強度、左為容器的徑比，知&夂時，其溫差限定為技成，承載能力/7/^以 規(guī)定；?/?=<Λ。時，承載能力戈
，此時容器徑比為.
：其中A為初始屈服機械載荷或最大機械彈性載荷、久為由
確定的對霞，稱為臨界徑比，4=2. 2184574899167…；K夂時，其溫差限定 為t/技成,承載能力/Vs
規(guī)定；〇^=成時，承 載能力為此時容器徑比為
稱為理想溫差、 A為全屈服機械載荷或整體屈服機械載荷；/7?；?7/^彡/7。/&時，其徑比為| = ;/7彡/7?；?V1SyS /7。Ay時，其徑比為
其中/7。為由公式
確定的值，AZ5V=O. 796812···;這種壓力容器的結構尺寸，即徑比么承載能力/Vs、材 料性能因素（萬、<3、?、5·γ)、溫差?/?之間以
關系約束，容器壁厚;々、/7、萬、<3、?、 V出的大小根據實際需要調整、組合、匹配。
2. 根據權利要求1所述的內壓彈性溫差預應力內加熱自增強壓力容器，其特征是：所 述溫差由壓力容器本身的工作溫度造成，或對壓力容器內、外壁面進行加熱或冷卻而造成。
【專利摘要】一種內壓彈性溫差預應力內加熱自增強壓力容器，解決提高壓力容器承載能力與安全性等技術問題。該種壓力容器利用內、外壁溫差產生的溫差應力抵消部分由操作內壓 p 引起的機械應力，以降低和均化其應力分布，從而增強其承載能力，比機械預應力方法自增強壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省，設計更靈活。其技術方案要點是：以臨界溫差或理想溫差控制內、外壁溫差，以或約束徑比 k 、 p 、 E 、 a 、 u 、溫差 dt 之間的大??；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、 u 為容器材料的泊松比、 s y為容器材料的屈服強度、 k = r o/ r i、 r i為容器內壁面半徑、 r o為容器外壁面半徑。該種壓力容器的徑比最低達或，最高承載能力達 p / s y=ln k 或 p / s y=( k 2-1)/ k 2。
【IPC分類】F16J12-00
【公開號】CN204284427
【申請?zhí)枴緾N201420678103
【發(fā)明人】朱瑞林, 朱國林, 趙保錄, 雷群意, 朱玲, 李 權, 鄧衛(wèi)軍, 曾祥, 黃干斌
【申請人】湖南師范大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月14日