一种内压弹性温差预应力内加热自增强压力容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种内压弹性温差预应力内加热自增强压力容器，涉及机械、化 工、制药、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等技术等领域。
【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5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，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。而本实用新型则采 用温差预应力自增强方法构造一种内压弹性温差预应力内加热自增强压力容器。所述温差 预应力即由于金属热胀冷缩的原因而由容器内、外壁面温度差引起的应力，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；（4)设计人研究发现，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。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的是提供一种内压弹性温差预应力内加热自增强压力容器。
[0004] 本实用新型所采用的技术方案是；构造一种内压弹性温差预应力内加热自增强压 力容器，其特征是；所述压力容器内、外壁面存在温差，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 容器工作压力所产生的应力，所述压力容器工作压力为内压；所述压力容器内壁面半径 为ri、外壁面半径为r。，内壁面温度为与、外壁面温度为向，温差洗=与-向，与〉向，称为内加 热；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，
【主权项】
1. 一种内压弹性温差预应力内加热自增强压力容器，其特征是：所述压力容器内、 外壁面存在温差，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为内压；所述压力容器内壁面半径为6、外壁面半径为r。，内 壁面温度为b外壁面温度为?。，温差?/?=Α-?。，Α>?。，称为内加热；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&夂时，其温差限定为技成，承载能力/7/^以 规定；?/?=<Λ。时，承载能力戈
，此时容器径比为.
：其中A为初始屈服机械载荷或最大机械弹性载荷、久为由
确定的对霞，称为临界径比，4=2. 2184574899167…；K夂时，其温差限定 为t/技成,承载能力/Vs
规定；〇^=成时，承 载能力为此时容器径比为
称为理想温差、 A为全屈服机械载荷或整体屈服机械载荷；/7。或/7/^彡/7。/&时，其径比为| = ;/7彡/7。或/V1SyS /7。Ay时，其径比为
其中/7。为由公式
确定的值，AZ5V=O. 796812···;这种压力容器的结构尺寸，即径比么承载能力/Vs、材 料性能因素（万、<3、?、5·γ)、温差?/?之间以
关系约束，容器壁厚;々、/7、万、<3、?、 V出的大小根据实际需要调整、组合、匹配。
2. 根据权利要求1所述的内压弹性温差预应力内加热自增强压力容器，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内加热自增强压力容器，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：以临界温差或理想温差控制内、外壁温差，以或约束径比 k 、 p 、 E 、 a 、 u 、温差 dt 之间的大小；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。该种压力容器的径比最低达或，最高承载能力达 p / s y=ln k 或 p / s y=( k 2-1)/ k 2。
【IPC分类】F16J12-00
【公开号】CN204284427
【申请号】CN201420678103
【发明人】朱瑞林, 朱国林, 赵保录, 雷群意, 朱玲, 李 权, 邓卫军, 曾祥, 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