一种内压弹性温差预应力压力容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种内压弹性温差预应力压力容器。
【背景技术】
[0002] 压力容器是许多工业部口的关键、特种设备，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、兵器等部口。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，其器壁中的应力很不均匀，如说明书附图4所示。容 器厚度越大，应力越不均匀。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。须设法降低容器器壁中的应力，才能提高容 器的强度，节约材料、降低成本，并提高压力容器的安全性。降低容器器壁中的应力的方法 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。本发明则利用压力容器内、外壁的温差产生温差预应力来降 低和均化压力容器中的应力，从而构造一种内压弹性温差预应力压力容器。温差由容器本 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； (4)发明人研究发现，温差预应力的大小及分布规律与温差洗紧密联系，因此，可根据操作 条件而改变^/^^获得不同的操作应力状态，可见容器结构优化空间很大，该就能够获得机 动灵活的设计方案。
[0003] 压力容器受机械内压时，其最危险应力是内壁面的拉应力；当压力容器内壁面温 度高于外壁面温度时，其温差应力的分布是，最危险应力是内壁面的压应力。故本发明提供 的是内压内加热弹性温差预应力压力容器的技术方案，所谓弹性温差预应力即在温差应力 单独作用下，压力容器处于弹性状态。
[0004] 有些压力容器材料的失效应由第H强度理论控制，有些压力容器材料的失效应由 第四强度理论控制，即不同的材料应由不同的强度理论控制。本发明提供由第四强度理论 控制的弹性温差预应力压力容器的技术方案。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种内压弹性温差预应力压力容器。
[0006] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种内压弹性温差预应力 压力容器，其特征是；所述压力容器内、外壁面存在温差，且内壁面温度高于外壁面温度 向，即温差洗;温差使压力容器器壁产生温差预应力，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Z7所产生的应力，所述 压力容器工作压力片为内压；所述压力容器内壁面半径为r;、外壁面半径为r。，径比为仁r。/ ri;所述压力容器在温差预应力作用下，处于弹性状态，即洗《洗。，洗。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，^/4由压力容器的各技术参数，即材料的 弹性模量&材料的热膨胀系数曲、材料的泊松比U、材料的屈服强度Sy、径比巧^定，具体 是：
【主权项】
1. 一种内压弹性温差预应力压力容器，其特征是：所述压力容器内、外壁面存在温差， 且内壁面温度^高于外壁面温度?。，即温差;温差使压力容器器壁产生温差预 应力，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为内压；所述压力容器内壁面半径为 6、外壁面半径为r。，径比为知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，出。由压 力容器的各技术参数，即材料的弹性模量K材料的热膨胀系数《、材料的泊松比《、材料的 屈服强度4、径比左决定，具体是：
.；所述压力容器技术参 数由以下两个关联式（1)、（2)约束：
对于确定径比々、确定温差?/?的压力容器,其工作压力的特征是/^min{/?,/?}、对于 确定工作压力/7、确定温差出的压力容器，其径比左为关联式（1)、（2)所得的较大值，
于径比M 2. 0542956825的压力容器，其温差冶为最优温差i/t，工作压力为尸A=a， 其中成由关联式
决定；温差 出为临界温差出。时，（1)对于径比M 2. 0542956825的压力容器，工作压力/7为
;(2)对于径比2. 0542956825的压力容器，工作压力
2. 根据权利要求1所述的内压弹性温差预应力压力容器，其特征是：所述温差由压力 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。
【专利摘要】一种内压弹性温差预应力压力容器，解决提高压力容器承载能力与安全性等技术问题。该种压力容器利用内、外壁温差产生的温差应力抵消部分由操作内压 p 引起的机械应力，以降低和均化其应力分布，从而增强其承载能力，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：给定保证该种压力容器既安全（当量应力低于屈服强度）又经济（承载高，厚度小，成本低）的限制条件，即给定径比 k 、温差 dt 、工作压力 p 、弹性模量 E 、热膨胀系数 m 、泊松比 u 、屈服强度 s y之间须满足的约束条件，从而形成既安全又经济的技术方案。该种压力容器的径比最低达或，最高工作压力达 p / s y=ln k 或 p / s y=( k 2-1)/ k 2。
【IPC分类】F16J12-00
【公开号】CN204284428
【申请号】CN201420678114
【发明人】朱瑞林, 朱国林, 朱玲, 雷群意, 李 权, 曾祥, 赵保录, 邓卫军, 黄干斌
【申请人】湖南师范大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月14日