專利名稱:一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)加熱自增強壓力容器的制造方法
【專利摘要】一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)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(shù)問題。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 引起的機械應(yīng)力，以降低和均化其應(yīng)力分布，從而增強其承載能力，比機械預(yù)應(yīng)力方法自增強壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省，設(shè)計更靈活。其技術(shù)方案要點是：以臨界溫差


或理想溫差控制內(nèi)、外壁溫差，以或約束徑比 k 、 p 、 E 、 a 、 u 、溫差 dt 之間的大?。黄渲?E 為容器材料的彈性模量、 a 為容器材料的熱膨脹系數(shù)、 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(nèi)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。
【專利說明】-種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)加熱自增強壓力容器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)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(shù)等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 壓力容器是許多工業(yè)部口的關(guān)鍵、特種設(shè)備，廣泛應(yīng)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(shù)是圓筒，圓筒承受工作壓力時，其器壁中的應(yīng)力很不均勻，如說明書附圖5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(shè)法降低容器器壁中的應(yīng)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(yīng)力的方法 有很多，自增強技術(shù)即是降低和均化應(yīng)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(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)，卸除機械壓力 后，便在容器器壁中產(chǎn)生機械預(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。而本實用新型則采 用溫差預(yù)應(yīng)力自增強方法構(gòu)造一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)加熱自增強壓力容器。所述溫差 預(yù)應(yīng)力即由于金屬熱脹冷縮的原因而由容器內(nèi)、外壁面溫度差引起的應(yīng)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(nèi)、外壁進行加熱或冷卻而造成。溫差預(yù)應(yīng) 力壓力容器比機械預(yù)應(yīng)力壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省、靈活，因為（1)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)，故沒有危險性，也不需要昂貴的水壓機等施壓設(shè)備；（2) 溫差的控制相對較為容易，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)力過大，由于不存在壓力介質(zhì)，因此不至像機械應(yīng)力那樣引起壓力容器爆炸等災(zāi)難性事 故；（4)設(shè)計人研究發(fā)現(xiàn)，溫差預(yù)應(yīng)力的大小及分布規(guī)律與溫差洗緊密聯(lián)系，因此，可根據(jù) 操作條件而改變^/^^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，該就能夠獲 得機動靈活的設(shè)計方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型的目的是提供一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)加熱自增強壓力容器。
[0004] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是；構(gòu)造一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)加熱自增強壓 力容器，其特征是；所述壓力容器內(nèi)、外壁面存在溫差，溫差使壓力容器器壁產(chǎn)生溫差預(yù)應(yīng) 力，所述壓力容器工作時的總應(yīng)力為溫差預(yù)應(yīng)力與機械應(yīng)力相疊加，所述機械應(yīng)力指壓力 容器工作壓力所產(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ri、外壁面半徑為r。，內(nèi)壁面溫度為與、外壁面溫度為向，溫差洗=與-向，與〉向，稱為內(nèi)加 熱；所述壓力容器在溫差預(yù)應(yīng)力作用下，處于彈性狀態(tài)，即洗《洗。，洗。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，

【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)加熱自增強壓力容器，其特征是：所述壓力容器內(nèi)、 外壁面存在溫差，溫差使壓力容器器壁產(chǎn)生溫差預(yù)應(yīng)力，所述壓力容器工作時的總應(yīng)力 為溫差預(yù)應(yīng)力與機械應(yīng)力相疊加，所述機械應(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6、外壁面半徑為r。，內(nèi) 壁面溫度為b外壁面溫度為?。，溫差?/?=Α-?。，Α>?。，稱為內(nèi)加熱；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。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，，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(shù)、《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(jié)構(gòu)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(guān)系約束，容器壁厚;々、/7、萬、<3、?、 V出的大小根據(jù)實際需要調(diào)整、組合、匹配。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壓彈性溫差預(yù)應(yīng)力內(nèi)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?qū)毫θ萜鲀?nèi)、外壁面進行加熱或冷卻而造成。
【文檔編號】F16J12-00GK204284427SQ201420678103
【發(fā)明者】朱瑞林, 朱國林, 趙保錄, 雷群意, 朱玲, 李 權(quán), 鄧衛(wèi)軍, 曾祥, 黃干斌 [申請人]湖南師范大學(xué)