[實用新型]安全設計技術條件下的自增強壓力容器

有效

• 申請號: 201120552128.0
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN202381678U
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 朱瑞林;朱國林
• 申請（專利權）人: 湖南師范大學
• 主分類號: F16J12/00
• 分類號: F16J12/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及安全設計技術條件下的自增強壓力容器，屬機械科學技術、化學工程等技術領域。

背景技術

壓力容器是廣泛應用于許多工業部門的特種設備，如機械、化工、制藥、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等部門，壓力容器主題部分通常為圓筒形。自增強技術是提高壓力容器承載能力及其安全性的重要而有效的手段。壓力容器的自增強技術是在操作使用前對其進行加壓處理(所加壓力一般超過操作壓力)，使筒體內層屈服，產生塑性變形，形成塑性區，而外層仍為彈性狀態。保持該壓力一段時間后卸壓。卸壓后筒體內層塑性部分因有殘余變形而不能恢復到原來狀態，外層彈性區力圖恢復到原來狀態，卻受到內層塑性區殘余變形的阻擋也不能恢復到原來狀態，因此承受拉伸，形成拉應力，而內層則因為受到外層力圖復原的壓縮作用而產生壓應力。這樣就形成了一種內層受壓外層受拉的預應力狀態。容器投入使用承受內壓后，預應力與操作內壓引起的應力相疊加，使應力較大的內壁應力降低，應力較小的外壁應力有所增加，從而使容器壁中應力趨于均勻。由此可提高壓力容器的承載能力。這就是自增強。

自增強技術的關鍵因素是塑性區深度，即容器的彈性與塑性區交界面半徑的確定，或超應變度的確定，其中ε為超應變度，rⁱ、r^j、r^o分別為容器筒體的內半徑、彈塑性界面半徑與外半徑；k為自增強壓力容器外半徑與內半徑之比，即k＝r^o/rⁱ；k^j為自增強壓力容器彈性與塑性區交界面半徑與內半徑之比，即k_j＝r_j/r_i(參閱圖1)。超應變度不僅影響到自增強工藝的實施，并且影響到自增強容器的卸除自增強壓力后的殘余應力、承載能力等等，超應變度太大，即塑性區深度太大，卸除自增強壓力后容器可能出現反向屈服，即殘余壓縮應力(或其當量應力)(的絕對值)會超過容器材料的強度極限值；超應變度太小，即塑性區深度太淺，承載能力則不高。對于k_j或r_j或ε的確定，現行技術主要有1)圖解法；2)按公式粗略估計；3)試湊法，即假設若干r_j，計算自增強處理后的預應力及操作內壓下r_j處的總應力(預應力與操作應力之和)的當量應力σ_ej，求取使σ_ej最小的r_j計算。這些方法或過于粗略(如圖解法與估計法)，又不能反映問題實質；或過于煩瑣(如試湊法)，也不能反映問題實質。并且不能克服一些弊病，如反向屈服問題，即卸除自增強處理時所施加的壓力后可能內層會因為受到過大的壓縮而產生二次壓縮屈服。這是非常不利的。從安全、經濟的觀點出發，自增強壓力容器既要保證不產生反向屈服，又要保證r_j處的總應力的當量應力σ_ej小于屈服強度σ_y，還要使承載能力提高。

壓力容器大多用塑性良好的材料制成，第三、四強度理論比較適合于評判塑性材料的失效。研究發現，按第四強度理論時，僅限定當量殘余應力還不夠，在當量殘余應力剛達到材料的屈服極限時，圓筒內壁面的環向殘余應力已超過材料的屈服極限。這對壓力容器的安全不利，必要時，必須對圓筒內壁面的環向殘余應力加以限制，同時又要盡量地提高容器的承載能力。

本實用新型根據限制內壁面環向殘余應力的目的，采取相應的技術方案以避免容器內壁面環向殘余應力過大同時極大地提高其承載能力，針對承受內壓情況下的自增強壓力容器。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種安全設計技術條件下的自增強壓力容器。