專利名稱:一種彈性溫差預應力外加熱外壓自增強壓力容器的制造方法
【專利摘要】一種彈性溫差預應力外加熱外壓自增強壓力容器，解決提高外壓容器承載能力與安全性等技術問題。它利用容器內、外壁溫差 dt 形成的溫差應力抵消部分操作外壓 p 引起的機械應力，以降低和均化應力分布，從而增強承載能力，比機械預應力方法自增強壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省，設計更靈活。其技術方案要點是：以
、特征限定特征參數(shù) k 、 p 、 E 、 a 、 u 、 s y、 dt 的大小并根據(jù)實際需要進行調整；以作為溫差時，承載能力最大：，厚度最小。其中 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為容器內壁面半徑、 r o為容器外壁面半徑、 dt n為最佳溫差、 p n為最佳承載能力。
【專利說明】-種彈性溫差預應力外加熱外壓自增強壓力容器
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種彈性溫差預應力外加熱外壓自增強壓力容器，【技術領域】包括 機械、化工、制藥、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等領域。
【背景技術】
[0002] 壓力容器廣泛應用于各行各業(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，是該些工業(yè)部口的關鍵、特種設備。壓力容器所承受的壓力 有內壓與外壓之分，受壓形式不同，應力分布迴異。本實用新型涉及外壓容器。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，壁中的應力很不均勻，如說明書附圖4所 示。若按最大應力設計壓力容器，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。倘能設法降低容器器壁中的應力，便可提高容器強度、節(jié)約材料、降低 成本，提高壓力容器的安全性與經(jīng)濟性。降低應力的方法很多，如自增強技術即是降低和均 化應力、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，使其內層部分材料產生 塑性變形，外層部分材料仍為彈性狀態(tài)，卸除機械壓力后，便在容器器壁中產生機械預應力 (殘余應力）:內層部分材料為壓應力，外層部分材料為拉應力。機械預應力與容器操作壓力 引起的應力相疊加即可降低應力。由于外壓容器近內壁面處壓應力很大，而容器外加熱(外 壁溫度高于內壁溫度）所產生的溫差應力則是內壁面為拉應力，故本實用新型采用外加熱 溫差預應力自增強方法構造一種彈性溫差預應力外加熱外壓自增強壓力容器，該一方法能 夠大大降低器壁中的應力，提高承載能力。壓力容器內、外壁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、外壁進行加熱或冷卻而造成。溫差預應力壓力容器比機 械預應力壓力容器更安全、便捷、可靠、節(jié)省、靈活，因為（1)靠溫差應力產生預應力的方法 不存在施壓介質，故沒有危險性，也不需要昂貴的水壓機等施壓設備；（2)溫差的控制相對 較為容易，因而溫差應力的大小及其均勻性容易得到保證；（3) -旦溫差應力過大，由于不 存在壓力介質，因此不至像機械應力那樣引起壓力容器爆炸等災難性事故。
【發(fā)明內容】
[0003] 本實用新型的目的是提供一種彈性溫差預應力外加熱外壓自增強壓力容器。
[0004] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是；構造一種彈性溫差預應力外 加熱外壓自增強壓力容器，其特征是；所述壓力容器內、外壁面存在溫度差，內壁面溫度 為與、外壁面溫度為f。，溫差洗稱為外加熱；溫差使壓力容器器壁產生溫 差預應力，所述壓力容器工作時的總應力為溫差預應力與機械應力相疊加，所述機械應 力指壓力容器工作壓力所產生的應力，所述壓力容器工作壓力/7為外壓；所述壓力容 器內壁面半徑為r;、外壁面半徑為r。;所述壓力容器在溫差預應力作用下，處于彈性狀 態(tài)，即洗《洗。，洗。為溫差預應力剛使壓力容器內壁面產生屈服的溫差，稱為臨界溫差，
【權利要求】
1. 一種彈性溫差預應力外加熱外壓自增強壓力容器，其特征是：所述壓力容器內、夕卜 壁面存在溫度差，內壁面溫度為ii、外壁面溫度為?。，溫差??！礮，稱為外加熱；溫差 使壓力容器器壁產生溫差預應力，所述壓力容器工作時的總應力為溫差預應力與機械應力 相疊加，所述機械應力指壓力容器工作壓力/7所產生的應力，所述壓力容器工作壓力/7為外 壓；所述壓力容器內壁面半徑為6、外壁面半徑為r。;所述壓力容器在溫差預應力作用下， 處于彈性狀態(tài)，即出。，出。為溫差預應力剛使壓力容器內壁面產生屈服的溫差，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r。/^; 這種壓力容器的結構尺寸，即徑比么承載能力/7/^、材料性能因素（/^、《、^、溫差出之間關系約束，壓力容器壁厚卜〇-1) ; A、/?、萬、a、?、&、的大小根據(jù)實際需 要調整、組合、匹配；溫差限定為承載能力限定為，出"稱為最佳溫差，A稱為最佳或最高承載能力。2. 根據(jù)權利要求1所述的彈性溫差預應力外加熱外壓自增強壓力容器，其特征是：所 述溫度差由壓力容器本身的工作溫度造成，或對壓力容器內、外壁面進行加熱或冷卻而造 成。
【文檔編號】F16J12-00GK204284429SQ201420678570
【發(fā)明者】朱瑞林, 朱國林, 雷群意, 李 權, 曾祥, 朱玲, 趙保錄, 鄧衛(wèi)軍, 黃干斌 [申請人]湖南師范大學