安全设计技术条件下的自增强压力容器制造技术

一种安全设计技术条件下的自增强压力容器。用于提高容器的安全性与承载能力，解决现有技术计算烦琐、不精确或不够安全等技术问题。其技术方案要点是：该种容器塑性区深度按计算，可使残余应力不超过σy并不产生反向屈服；承载能力按计算，可使|σej|≤σy和|σei|≤σy。其中k为径比，kj为弹-塑性界面半径与内半径之比，σy为屈服强度，p为容器承受的内压，pe为非自增强容器最大弹性承载能力，σej为弹-塑性界面处总应力的当量应力，σei为内壁面处总应力的当量应力；k小于由确定的值时，即k＜2.024678965...时，不论kj多大，卸除自增强压力后，容器不产生反向屈服。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及安全设计技术条件下的自增强压力容器，属机械科学技术、化学工程等

技术介绍
压力容器是广泛应用于许多工业部门的特种设备，如机械、化工、制药、能源、材料、食品、冶金、石油、建筑、航空、航天、兵器等部门，压力容器主题部分通常为圆筒形。自增强技术是提高压力容器承载能力及其安全性的重要而有效的手段。压力容器的自增强技术是在操作使用前对其进行加压处理(所加压力一般超过操作压力)，使筒体内层屈服，产生塑性变形，形成塑性区，而外层仍为弹性状态。保持该压力一段时间后卸压。卸压后筒体内层塑性部分因有残余变形而不能恢复到原来状态，外层弹性区力图恢复到原来状态，却受到内层塑性区残余变形的阻挡也不能恢复到原来状态，因此承受拉伸，形成拉应力，而内层则因为受到外层力图复原的压缩作用而产生压应力。这样就形成了一种内层受压外层受拉的预应力状态。容器投入使用承受内压后，预应力与操作内压引起的应力相叠加，使应力较大的内壁应力降低，应力较小的外壁应力有所增加，从而使容器壁中应力趋于均匀。由此可提高压力容器的承载能力。这就是自增强。自增强技术的关键因素是塑性区深度，即容器的弹性与塑性区交界面半径的确定，或超应变度S = X100% = SX100%的确定，其中ε为超应变度，r1 W分别为容 r - r,k-\器筒体的内半径、弹塑性界面半径与外半径；k为自增强压力容器外半径与内半径之比，即k = V0Zri ；kJ为自增强压力容器弹性与塑性区交界面半径与内半径之比，即kj = ViZri (参阅图I)。超应变度不仅影响到自增强工艺的实施，并且影响到自增强容器的卸除自增强压力后的残余应力、承载能力等等，超应变度太大，即塑性区深度太大，卸除自增强压力后容器可能出现反向屈服，即残余压缩应力(或其当量应力)(的绝对值)会超过容器材料的强度极限值；超应变度太小，即塑性区深度太浅，承载能力则不高。对于h或&或ε的确定，现行技术主要有I)图解法；2)按公式I粗略估计；3)试凑法，即假设若干计算自增强处理后的预应力及操作内压下r」处的总应力(预应力与操作应力之和)的当量应力σ eJ,求取使σ μ最小的&计算。这些方法或过于粗略(如图解法与估计法)，又不能反映问题实质；或过于烦琐(如试凑法)，也不能反映问题实质。并且不能克服一些弊病，如反向屈服问题，即卸除自增强处理时所施加的压力后可能内层会因为受到过大的压缩而产生二次压缩屈服。这是非常不利的。从安全、经济的观点出发，自增强压力容器既要保证不产生反向屈服，又要保证1^_处的总应力的当量应力Oej小于屈服强度Oy，还要使承载能力提 闻。压力容器大多用塑性良好的材料制成，第三、四强度理论比较适合于评判塑性材料的失效。研究发现，按第四强度理论时，仅限定当量残余应力还不够，在当量残余应力刚达到材料的屈服极限时，圆筒内壁面的环向残余应力已超过材料的屈服极限。这对压力容器的安全不利，必要时，必须对圆筒内壁面的环向残余应カ加以限制，同时又要尽量地提高容器的承载能力。本技术根据限制内壁面环向残余应カ的目的，采取相应的技术方案以避免容器内壁面环向残余应カ过大同时极大地提高其承载能力，针对承受内压情况下的自增强压力容器。
技术实现思路
本技术的目的是提供ー种安全设计技术条件下的自增强压カ容器。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造ー种安全设计技术条件下的自增强压カ容器，该种压力容器的结构尺寸及承载能力按特定的技术方案确定，具体是其整体壁厚为权利要求1.一种安全设计技术条件下的自增强压力容器，其特征是该种压力容器的结构尺寸及承载能力按特定的技术方案确定，具体是其整体壁厚为〃〈;对于k大于由公式确定的值的自增强压力容器，其塑性区深度按公式 Jt2-I 2奶<—2卜#+(2 +如。确定，其承载能力为^Κ1 + #)*;其中A为自增强压力容器的内径，k为自增强压力容器外半径与内半径之比，塑性区深度h为自增强压力容器弹性与塑性区交界面半径r」对内半径之比，即kj = TjZrl, ο y为自增强压力容器材料的屈服强度，P为自增强压力容器所承受的内压，P6为非自增强压力容器的最大弹性承载能力(初始屈服载荷)。2.如权利要求I所述的安全设计技术条件下的自增强压力容器，其特征是对于k小于由公式P |n&2确定的值的自增强压力容器，其塑性区范围可为整个壁厚，即 k2 -I 2kJ = k。专利摘要一种安全设计技术条件下的自增强压力容器。用于提高容器的安全性与承载能力，解决现有技术计算烦琐、不精确或不够安全等技术问题。其技术方案要点是该种容器塑性区深度按计算，可使残余应力不超过σy并不产生反向屈服；承载能力按计算，可使|σej|≤σy和|σei|≤σy。其中k为径比，kj为弹-塑性界面半径与内半径之比，σy为屈服强度，p为容器承受的内压，pe为非自增强容器最大弹性承载能力，σej为弹-塑性界面处总应力的当量应力，σei为内壁面处总应力的当量应力；k小于由确定的值时，即k＜2.024678965...时，不论kj多大，卸除自增强压力后，容器不产生反向屈服。文档编号F16J12/00GK202381678SQ201120552128公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日专利技术者朱国林, 朱瑞林 申请人:湖南师范大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞林，朱国林，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：实用新型
国别省市：