超高壓筒體鍛件常用的結構型式有哪幾種

發布時間：2021-03-24 人氣：

  超高壓容器鍛件的發展趨勢是操作壓力越來越高、容器尺寸越來越大，因此對結構、材料和制造提出了更嚴格的要求。常用的結構有：整體鍛造或整體鍛造經自增強處理的單層厚壁筒體；雙層縮套雙層套箍、雙層縮套經自增強處理及多層縮套、硬質合金內襯雙層筒體；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***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，因為相當高的內壓力使筒體內壁產生很大的應力，以至有可能發生屈服或塑性流動，而外壁的應力卻很低，在非彈性范圍內工作時會使容器壽命大大降低。而對于高應力的內壁部位，很容易出現應力腐蝕和疲勞破壞。設計中，為了保證筒體材料在彈性范圍內工作，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備為高壓聚乙烯裝置超高壓反應釜，設計壓力和設計溫度為225.6MPa 和300℃，殼體材質為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構本身的預應力抵消一部分工作應力，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，先在圓筒內壁施加一個內壓，使內壁發生屈服，屈服層材料產生徑向擴張的殘余變形，然后卸除內壓，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后受到外層的彈性壓縮而產生壓縮應力，外層材料產生拉伸應力。
  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，減小容器壁厚和質量，筒壁的平均應力較低等優點，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
  多層厚壁筒體結構是將2個以上的同心圓筒，采用加熱外層、套入內層后冷卻或深冷內層、套入外層的方法將各層筒縮套緊密結合在一起，使內筒產生壓縮預應力，從而可部分抵消操作工況下筒體壁上產生的拉應力。縮套容器不僅可以均化筒體壁上的應力分布，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構和不同的內筒材質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構的內筒，承受部分由內壓引起的筒壁上的拉應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、多層縮套及硬質合金內襯的雙套筒體等結構型式。
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，制造中通過控制預緊纏繞拉力來實現筒壁中的應力均勻分布，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。
  繞絲式筒體結構安全可靠，取材容易，但鋼絲(或鋼帶)僅能承受周向應力和徑向應力，不能承受軸向應力，所以內筒必須有足夠的厚度，使之承受由內壓引起的軸向載荷，并保證纏繞時有足夠的剛度，防止內筒失效或喪失穩定。設計時，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、內筒制作成幾塊互不相的扇形塊(亦稱徑向塊)，為防止介質滲入剖分塊之間般在***里層設置一層由良好塑性材料制成的薄壁內扇形塊是分開的，只承受徑向應力作用，不承受周向應力，于內壓很高，扇形塊一般采用抗壓強度高的材料制成(如碳化鎢硬質合金)，這種結構對扇形塊的加工尺寸和精度要求很高。工作狀態下，向形其之間以及扇形塊與外筒內壁之間必須緊密接觸，介局壓力通過扇形塊傳給外筒，產生接觸應力，由于外管直徑較大，因此周向應力與徑向應力相應減少我下已應用部分塊式筒體結構制成能耐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分可知，當材料相同、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構設計時應注意到:當整體筒體的徑比(外徑與內徑之比）達到3.5~4.0時，若在繼續增大，對提高彈性承載能力的收效不大；對自增強容器，當徑比達5.6~6.0時，宜選用多層套的結構或采用自增強處理。
在實際設計中，要根據工作條件、制造水平和經驗以及制造能力及材料等情況，合理選用結構。

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