一种外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器的制造方法
【专利摘要】一种外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器，解决提高外压容器承载能力与安全性等技术问题。它利用容器内、外壁温差 dt 形成的温差应力抵消部分操作外压 p 引起的机械应力，以降低和均化应力分布，从而增强承载能力，比机械预应力方法自增强压力容器更安全、便捷、可靠、节省，设计更灵活。其技术方案要点是：以
、特征限定特征参数 k 、 p 、 E 、 a 、 u 、 s y、 dt 的大小并根据实际需要进行调整；以作为温差时，承载能力最大：，厚度最小。其中 E 为容器材料的弹性模量、 a 为容器材料的热膨胀系数、 u 为容器材料的泊松比、 s y为容器材料的屈服强度、 k = r o/ r i、 r i为容器内壁面半径、 r o为容器外壁面半径、 dt n为最佳温差、 p n为最佳承载能力。
【专利说明】一种外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器，【技术领域】包括机 械、化工、制药、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等领域。
【背景技术】
[0002] 压力容器广泛应用于各行各业，如机械、化工、制药、能源、材料、食品、冶金、石油、 建筑、航空、航天、兵器等部门，是这些工业部门的关键、特种设备。压力容器所承受的压力 有内压与外压之分，受压形式不同，应力分布迥异。本发明涉及外压容器。压力容器的主 体部分绝大多数是圆筒，圆筒承受工作压力时，壁中的应力很不均匀，如说明书附图3所 示。若按最大应力设计压力容器，会使其壁厚很大，壁厚大不仅浪费材料、资源、资金，增加 成本，还有安全隐患。倘能设法降低容器器壁中的应力，便可提高容器强度、节约材料、降低 成本，提高压力容器的安全性与经济性。降低应力的方法很多，如自增强技术即是降低和 均化应力、提高压力容器承载能力及其安全性的重要而有效的手段。压力容器自增强的具 体方法又有很多，例如，在容器投入使用前对其施加较大的机械压力，使其内层部分材料产 生塑性变形，外层部分材料仍为弹性状态，卸除机械压力后，便在容器器壁中产生机械预应 力(残余应力):内层部分材料为压应力，外层部分材料为拉应力。机械预应力与容器操作压 力引起的应力相叠加即可降低应力。由于外压容器近内壁面处压应力很大，而容器外加热 (外壁温度高于内壁温度）所产生的温差应力则是内壁面为拉应力，故本发明采用外加热温 差预应力自增强方法构造一种外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器，这一方法能够 大大降低器壁中的应力，提高承载能力。压力容器内、外壁温度差由容器本身的工作温差造 成，或在容器投入使用前对其内、外壁进行加热或冷却而造成。温差预应力压力容器比机械 预应力压力容器更安全、便捷、可靠、节省、灵活，因为（1)靠温差应力产生预应力的方法不 存在施压介质，故没有危险性，也不需要昂贵的水压机等施压设备；（2)温差的控制相对较 为容易，因而温差应力的大小及其均匀性容易得到保证；（3) -旦温差应力过大，由于不存 在压力介质，因此不至像机械应力那样引起压力容器爆炸等灾难性事故。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种外压弹性温差预应力 外加热自增强压力容器，其特征是：所述压力容器内、外壁面存在温度差，内壁面温度 为ii、外壁面温度为?。，温差Ji=Ib 称为外加热；温差使压力容器器壁产生温 差预应力，所述压力容器工作时的总应力为温差预应力与机械应力相叠加，所述机械应 力指压力容器工作压力/7所产生的应力，所述压力容器工作压力/7为外压；所述压力容 器内壁面半径为6、外壁面半径为r。;所述压力容器在温差预应力作用下，处于弹性状 态，S卩出。，出。为温差预应力刚使压力容器内壁面产生屈服的温差，称为临界温差，
【权利要求】
1. 一种外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器，其特征是：所述压力 容器内、外壁面存在温度差，内壁面温度为ii、外壁面温度为?。，温差Ji=Ib 称为外加热；温差使压力容器器壁产生温差预应力，所述压力容器工作 时的总应力为温差预应力与机械应力相叠加，所述机械应力指压力容器工作压 力/7所产生的应力，所述压力容器工作压力/7为外压；所述压力容器内壁面半径 为外壁面半径为r。;所述压力容器在温差预应力作用下，处于弹性状态，即 出。，出。为温差预应力刚使压力容器内壁面产生屈服的温差，称为临界温差，
其中万为容器材料的弹性模量、a为容器材料的热膨胀系 数、"为容器材料的泊松比、&为容器材料的屈服强度、左为容器的径比，知r。/^。
2. 根据权利要求1所述的外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器，其特征是：所 述温度差由压力容器本身的工作温度造成，或对压力容器内、外壁面进行加热或冷却而造 成。
3. 根据权利要求1所述的外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器，其特征是：这 种压力容器的结构尺寸，即径比么承载能力/V&、材料性能因素（万、a、《、&)、温差出之间
dt 关系约束，压力容器壁厚七=Ti 〇-1);左、/?、万、a、?、&、的大小根据实际需要调整、组 合、匹配；各符合意义同前。
4. 根据权利要求1所述的外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器，其特征是：温 差限定为
承载能力限定为
，此称 为最佳温差，Pn称为最佳或最高承载能力，其余符号同前。
5. 根据权利要求1所述的外压弹性温差预应力外加热自增强压力容器，其特征是： ?/?=?/?η，即/^代时，容器器壁中三向总应力为
;各符合意义同前。
【文档编号】F16J12/00GK104455410SQ201410640931
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】朱瑞林, 朱国林, 赵保录, 曾祥, 邓卫军, 李 权, 朱玲, 雷群意, 黄干斌 申请人:湖南师范大学