[发明专利]一种弹性温差预应力压力容器

摘要

一种弹性温差预应力压力容器，解决提高压力容器承载能力与安全性等技术问题。该种压力容器利用内、外壁温差产生的温差应力抵消部分由操作内压p引起的机械应力，以降低和均化其应力分布，从而增强其承载能力，比机械预应力方法自增强压力容器更安全、便捷、可靠、节省，设计更灵活。其技术方案要点是：给定保证该种压力容器既安全（当量应力低于屈服强度）又经济（承载高，厚度小，成本低）的限制条件，即给定径比k、温差dt、工作压力p、弹性模量E、热膨胀系数m、泊松比u、屈服强度s_y之间须满足的约束条件，从而形成既安全又经济的技术方案。该种压力容器的径比最低达或，最高工作压力达p/s_y=lnk或p/s_y=(k²-1)/k²。

主权项

一种弹性温差预应力压力容器，其特征是：所述压力容器内、外壁面存在温差，且内壁面温度t_i高于外壁面温度t_o，即温差dt=t_i‑t_o>0；温差使压力容器器壁产生温差预应力，压力容器工作时的总应力为温差预应力与机械应力相叠加；所述机械应力指压力容器工作压力p所产生的应力，所述压力容器工作压力p为内压；所述压力容器内壁面半径为r_i、外壁面半径为r_o，径比为k=r_o/r_i；所述压力容器在温差预应力作用下，处于弹性状态，即dt≤dt_c，dt_c为温差预应力刚使压力容器内壁面产生屈服的温差，称为临界温差，dt_c由压力容器的各技术参数，即材料的弹性模量E、材料的热膨胀系数m、材料的泊松比u、材料的屈服强度s_y、径比k决定，具体是：；所述压力容器技术参数由以下两个关联式（1）、（2）约束：（1） 3b²p²+3abp_tp+a²p_t²‑s_y²≤0，即，（2） 3d²p²‑3cdp_tp+c²p_t²‑s_y²≤0，即，对于确定径比k、确定温差dt的压力容器，其工作压力p的特征是p=min{p₁，p₂}、对于确定工作压力p、确定温差dt的压力容器，其径比k为关联式（1）、（2）所得的较大值，其中、、、、。