一種彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器的制造方法
【專利摘要】一種彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器，解決提高壓力容器承載能力與安全性等技術(shù)問(wèn)題。該種壓力容器利用內(nèi)、外壁溫差產(chǎn)生的溫差應(yīng)力抵消部分由操作內(nèi)壓 p 引起的機(jī)械應(yīng)力，以降低和均化其應(yīng)力分布，從而增強(qiáng)其承載能力，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：給定保證該種壓力容器既安全（當(dāng)量應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度）又經(jīng)濟(jì)（承載高，厚度小，成本低）的限制條件，即給定徑比 k 、溫差 dt 、工作壓力 p 、彈性模量 E 、熱膨脹系數(shù) m 、泊松比 u 、屈服強(qiáng)度 s y之間須滿足的約束條件，從而形成既安全又經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案。該種壓力容器的徑比最低達(dá)或，最高工作壓力達(dá) p / s y=ln k 或 p / s y=( k 2-1)/ k 2。
【專利說(shuō)明】一種彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器。

【背景技術(shù)】
[0002] 壓力容器是許多工業(yè)部門的關(guān)鍵、特種設(shè)備，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。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)，其器壁中的應(yīng)力很不均勻，如說(shuō)明書附圖3所示。容 器厚度越大，應(yīng)力越不均勻。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。須設(shè)法降低容器器壁中的應(yīng)力，才能提高容 器的強(qiáng)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(yīng)力的方法 有很多，例如，在容器投入使用前對(duì)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。本發(fā)明則利用壓力容器內(nèi)、外壁的溫差產(chǎn)生溫差預(yù)應(yīng)力來(lái)降 低和均化壓力容器中的應(yīng)力，從而構(gòu)造一種彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器。溫差由容器本身的 工作溫差造成，或在容器投入使用前對(duì)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(duì)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(guò) 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；（4) 發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，溫差預(yù)應(yīng)力的大小及分布規(guī)律與溫差出緊密聯(lián)系，因此，可根據(jù)操作條 件而改變出以獲得不同的操作應(yīng)力狀態(tài)，可見容器結(jié)構(gòu)優(yōu)化空間很大，這就能夠獲得機(jī)動(dòng) 靈活的設(shè)計(jì)方案。
[0003] 壓力容器受機(jī)械內(nèi)壓時(shí)，其最危險(xiǎn)應(yīng)力是內(nèi)壁面的拉應(yīng)力；當(dāng)壓力容器內(nèi)壁面溫 度高于外壁面溫度時(shí)，其溫差應(yīng)力的分布是，最危險(xiǎn)應(yīng)力是內(nèi)壁面的壓應(yīng)力。故本發(fā)明提供 的是內(nèi)壓內(nèi)加熱彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器的技術(shù)方案，所謂彈性溫差預(yù)應(yīng)力即在溫差應(yīng)力 單獨(dú)作用下，壓力容器處于彈性狀態(tài)。
[0004] 有些壓力容器材料的失效應(yīng)由第三強(qiáng)度理論控制，有些壓力容器材料的失效應(yīng)由 第四強(qiáng)度理論控制，即不同的材料應(yīng)由不同的強(qiáng)度理論控制。本發(fā)明提供由第四強(qiáng)度理論 控制的彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器的技術(shù)方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容 器，其特征是：所述壓力容器內(nèi)、外壁面存在溫差，且內(nèi)壁面溫度匕高于外壁面溫度（。，即 溫差出=^-(。>〇 ;溫差使壓力容器器壁產(chǎn)生溫差預(yù)應(yīng)力，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P所產(chǎn)生的應(yīng)力，所述壓力 容器工作壓力為內(nèi)壓；所述壓力容器內(nèi)壁面半徑為&、外壁面半徑為r。，徑比為左=^/^ ; 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。，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，出。由壓力容器的各技術(shù)參數(shù)，即材料的彈 性模量萬(wàn)、材料的熱膨脹系數(shù)?、材料的泊松比"、材料的屈服強(qiáng)度徑比々決定，具體是：

【權(quán)利要求】
1?一種彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器，其特征是：所述壓力容器內(nèi)、外壁面存在溫 差，且內(nèi)壁面溫度G高于外壁面溫度（。，即溫差出=匕-(。>〇;溫差使壓力容器器壁產(chǎn) 生溫差預(yù)應(yīng)力，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為內(nèi)壓；所 述壓力容器內(nèi)壁面半徑為A、外壁面半徑為r。，徑比為A=Tt5Zri ;所述壓力容器在溫 差預(yù)應(yīng)力作用下，處于彈性狀態(tài)，即出彡出。，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，出。由壓力容器的各技術(shù)參數(shù)，即材料的彈性模 量萬(wàn)、材料的熱膨脹系數(shù)?、材料的泊松比"、材料的屈服強(qiáng)度徑比々決定，具體是：
對(duì)于確定徑比々、確定溫差的壓力容器，其工作壓力的特征是、對(duì)于 確定工作壓力/7、確定溫差出的壓力容器，其徑比A為關(guān)聯(lián)式（1)、（2)所得的較大值，
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器，其特征是：所述溫差由壓力容器 本身的工作溫度造成，或?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所述的彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器，其特征是：對(duì)于徑比 左彡2. 0542956825的壓力容器，其溫差冶為最優(yōu)溫差冶e，工作壓力為/7=A=/72，其中由
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性溫差預(yù)應(yīng)力壓力容器，其特征是：溫差出為 臨界溫差冶。，（1)對(duì)于徑比々彡2. 0542956825的壓力容器，工作壓力/7為

【文檔編號(hào)】F16J12/00GK104358867SQ201410640932
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)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(guó)林, 朱玲, 李 權(quán), 黃干斌, 雷群意, 曾祥, 趙保錄, 鄧衛(wèi)軍 申請(qǐng)人:湖南師范大學(xué)