[發(fā)明專利]一種高溫預應力內壓內加熱壓力容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610011170.9
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105443752B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設計）人: 朱瑞林;朱國林;朱格明;朱天明;李紫璇;朱悅明;朱俊明;毛愛鳳
• 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

本發(fā)明為一種高溫預應力內壓內加熱壓力容器，涉及機械、化工、制藥、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等技術等領域。

背景技術

壓力容器是許多工業(yè)部門的關鍵、特種設備，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，其器壁中的應力很不均勻。容器厚度越大，應力越不均勻。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。須設法降低容器器壁中的應力，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力的方法有很多，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。而本發(fā)明則采用溫差預應力自增強方法構造一種高溫預應力內壓內加熱壓力容器。較之于機械預應力壓力容器和彈性溫差預應力壓力容器，高溫預應力內壓內加熱壓力容器更安全、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）一旦溫差應力過大，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；（4）發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，溫差預應力的大小及分布規(guī)律與溫差dt緊密聯(lián)系，因此，可根據操作條件而改變dt以獲得不同的操作應力狀態(tài)，可見容器結構優(yōu)化空間很大，這就能夠獲得機動靈活的設計方案；（5）彈性溫差預應力壓力容器需要在壓力容器工作時也維持所需溫差，一旦消除溫差，溫差預應力就不存在，這不但需要耗費能源，操作不便，而且，若生產過程不允許有溫差存在，則彈性溫差預應力壓力容器就不可行；而本發(fā)明所構造的高溫預應力內壓內加熱壓力容器是對壓力容器機械加熱和冷卻處理，使其內、外壁面形成溫差，溫差超過一次屈服溫差，即溫差已經使壓力容器產生了屈服，消除溫差后有殘余應力存在。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種高溫預應力內壓內加熱壓力容器。

本發(fā)明所采用的技術方案是：構造一種高溫預應力內壓內加熱壓力容器，其特征是：對壓力容器筒壁進行如下處理，使其存在溫差殘余應力，形成部分材料為塑性、部分材料為彈性的結構，具體措施是：對壓力容器內壁面進行加熱，或對壓力容器外壁面進行冷卻，或同時對壓力容器內壁面進行加熱，而對外壁面進行冷卻，使其內、外壁面存在溫差而產生溫差應力；溫差達到壓力容器剛剛整體屈服的溫差，因而溫差應力使壓力容器整個壁厚剛剛全部產生屈服，即整個壁厚處于塑性狀態(tài)；保持溫差一定時間使溫差應力穩(wěn)定后消除溫差，在壓力容器中就產生溫差預應力，或溫差殘余應力；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p所產生的應力，所述壓力容器工作壓力p為內壓。

本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點是：在壓力容器內、外壁形成溫度差，用溫差所產生的溫差應力抵消一部分由其操作壓力所引起的機械應力，以均化其應力分布，從而增強其承載能力，以形成一種高溫預應力內壓內加熱壓力容器。其余有益效果和優(yōu)點如“背景技術”末尾（1）至（5）所述。

產生內、外壁溫差的方式是，壓力容器內壁面用過熱水蒸氣等加熱，外壁面用液氨等冷卻。

附圖說明

圖1是整個器壁為塑性狀態(tài)的圓筒形壓力容器。

圖2是典型的內加熱時的彈性溫差應力分布圖。

具體實施方式

壓力容器的主體部分絕大多數(shù)為圓筒，設圓筒形壓力容器內、外半徑分別為r_i、r_o，帶下標i、o的符號分別代表內、外壁面上的值；內、外壁溫分別為t_i、t_o。筒壁任一半徑為r處的溫度為t。參見說明書附圖1，該圖為二次屈服后、整體屈服前的狀態(tài)。經分析、研究，圓筒形壓力容器內、外壁存在溫差dt時，器壁中任一點處（半徑為r）的溫差應力為：

(1)