超高壓容器鍛件的發(fā)展趨勢是操作壓力越來越高、容器尺寸越來越大，因此對結(jié)構(gòu)、材料和制造提出了更嚴(yán)格的要求。常用的結(jié)構(gòu)有：整體鍛造或整體鍛造經(jīng)自增強處理的單層厚壁筒體；雙層縮套雙層套箍、雙層縮套經(jīng)自增強處理及多層縮套、硬質(zhì)合金內(nèi)襯雙層筒體；繞絲式筒體；剖分式、層間沖壓式筒體等。

        一、單層厚壁筒體

       （一）整體鍛造筒體

        整體筒體鍛件是厚壁容器中最為常見的型式，容器頂、底部可以與筒體一起鍛造，也可以采用鍛件經(jīng)機械加工后以螺紋連接為一體。單層整體鍛造容器使用范圍存在較大的局限性，因為相當(dāng)高的內(nèi)壓力使筒體內(nèi)壁產(chǎn)生很大的應(yīng)力，以至有可能發(fā)生屈服或塑性流動，而外壁的應(yīng)力卻很低，在非彈性范圍內(nèi)工作時會使容器壽命大大降低。而對于高應(yīng)力的內(nèi)壁部位，很容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕和疲勞破壞。設(shè)計中，為了保證筒體材料在彈性范圍內(nèi)工作，一般選用高強度鋼制造筒休，但這類鋼的塑性、韌性較低，使用中也存在一定安全隱患。

        單層整體鍛造超高壓容器設(shè)備為高壓聚乙烯裝置超高壓反應(yīng)釜，設(shè)計壓力和設(shè)計溫度為225.6MPa 和300℃，殼體材質(zhì)為34CrNi3 MoA。

       （二）整體鍛造自增強筒體

        整體鍛造自增強筒體是利用結(jié)構(gòu)本身的預(yù)應(yīng)力抵消一部分工作應(yīng)力，以提高容器材料的彈性工作范圍具體做法是在容器使用前，先在圓筒內(nèi)壁施加一個內(nèi)壓，使內(nèi)壁發(fā)生屈服，屈服層材料產(chǎn)生徑向擴張的殘余變形，然后卸除內(nèi)壓，由于外層材料的彈性收縮。使已塑性變形的屈服層材料在彈性恢復(fù)后受到外層的彈性壓縮而產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，外層材料產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。

        與整體鍛造筒體比較，整體鍛造自增強筒體具有可提高耐壓程度，減小容器壁厚和質(zhì)量，筒壁的平均應(yīng)力較低等優(yōu)點，且容器自增強處理過程對筒體是次耐壓試驗。進步保證容器使用的安全性。

        二、多層厚壁筒體

        多層厚壁筒體結(jié)構(gòu)是將2個以上的同心圓筒，采用加熱外層、套入內(nèi)層后冷卻或深冷內(nèi)層、套入外層的方法將各層筒縮套緊密結(jié)合在一起，使內(nèi)筒產(chǎn)生壓縮預(yù)應(yīng)力，從而可部分抵消操作工況下筒體壁上產(chǎn)生的拉應(yīng)力?？s套容器不僅可以均化筒體壁上的應(yīng)力分布，而且可以有效抑制裂紋在層間擴展；另外可以采用不同的結(jié)構(gòu)和不同的內(nèi)筒材質(zhì)以滿足不同的工況要求，例如可用特殊耐磨的高強鋼材料或耐腐蝕材料制成薄的襯筒作為雙層或多層筒體的內(nèi)筒，以防止磨損或腐蝕，也可用這些材料制成厚壁筒體作為縮套結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒，承受部分由內(nèi)壓引起的筒壁上的拉應(yīng)力和防止磨損與腐蝕。

        多層厚壁筒體有雙層縮套式、雙層套箍式、雙層縮套+自增強處理式、多層縮套及硬質(zhì)合金內(nèi)襯的雙套筒體等結(jié)構(gòu)型式。

         三、繞絲式筒體

        繞絲式容器筒體為組合式筒體，它是在內(nèi)筒外壁纏繞許多層高強度鋼絲而制成，鋼絲的截面有矩形、圓形和蛋形等多種，制造中通過控制預(yù)緊纏繞拉力來實現(xiàn)筒壁中的應(yīng)力均勻分布，從而提高筒體的強度。繞絲式筒體也可采用高強鋼扁平鋼帶繞制，鋼帶截面尺寸一般為4mm×1mm或6mm×1.5mm。

        繞絲式筒體結(jié)構(gòu)安全可靠，取材容易，但鋼絲(或鋼帶)僅能承受周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力，不能承受軸向應(yīng)力，所以內(nèi)筒必須有足夠的厚度，使之承受由內(nèi)壓引起的軸向載荷，并保證纏繞時有足夠的剛度，防止內(nèi)筒失效或喪失穩(wěn)定。設(shè)計時，也可在纏繞層外增加一外筒或框架，用以全部或部分承受軸向力，從而減小內(nèi)筒壁厚。

        四、扇形塊( 剖分塊)式筒體

        扇形塊式筒體外層可以是單層或雙層的整體筒體、內(nèi)筒制作成幾塊互不相的扇形塊(亦稱徑向塊)，為防止介質(zhì)滲入剖分塊之間般在最里層設(shè)置一層由良好塑性材料制成的薄壁內(nèi)扇形塊是分開的，只承受徑向應(yīng)力作用，不承受周向應(yīng)力，于內(nèi)壓很高，扇形塊一般采用抗壓強度高的材料制成(如碳化鎢硬質(zhì)合金)，這種結(jié)構(gòu)對扇形塊的加工尺寸和精度要求很高。 工作狀態(tài)下，向形其之間以及扇形塊與外筒內(nèi)壁之間必須緊密接觸，介局壓力通過扇形塊傳給外筒，產(chǎn)生接觸應(yīng)力，由于外管直徑較大，因此周向應(yīng)力與徑向應(yīng)力相應(yīng)減少我下已應(yīng)用部分塊式筒體結(jié)構(gòu)制成能耐3000MPa的實驗容器，剖分圓筒的極限壓力為 5000MPa即為所使用剖分塊材料碳化鎢的抗壓強度 根據(jù)分可知，當(dāng)材料相同、徑比相等時，扇形塊式組合筒體的承載能力遠比熱套式、自增強式筒體強得多。

         綜合所述，在進行超高壓容器選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意到:當(dāng)整體筒體的徑比(外徑與內(nèi)徑之比）達到3.5~4.0時，若在繼續(xù)增大，對提高彈性承載能力的收效不大；對自增強容器，當(dāng)徑比達5.6~6.0時，宜選用多層套的結(jié)構(gòu)或采用自增強處理。

        在實際設(shè)計中，要根據(jù)工作條件、制造水平和經(jīng)驗以及制造能力及材料等情況，合理選用結(jié)構(gòu)。

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