基于线弹性和制造公差的双层承压装置内层壁厚设计方法与流程

本发明涉及双层承压装置的参数设计，尤其是基于线弹性和制造公差的双层承压装置内层壁厚设计方法。

背景技术：

1、近年来，随着重要能源装置或科学实验装置的研制，压力容器或管道的设计参数不断提高，若采用单层筒体结构，一方面，其壁厚非常大，甚至超过标准允许的范围，给设备的制造和运行带来了潜在的风险，另一方面，设备内部介质因其特殊的性能，需要选用防护性能更好的材质。因此在设计时可采用双层套合结构，内外双层筒体采用过盈配合，不仅可以降低内壁最大应力、提高抗疲劳性能，且可以满足特殊的防护要求。为进一步保障设备安全，设计时应考虑内层筒体应仅发生弹性变形，但实际制造过程中，因为制造公差的客观存在，且相对于过盈量其数值不可忽略，因此内层筒体壁厚的设计计算应充分考虑制造公差的影响。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供基于线弹性和制造公差的双层承压装置内层壁厚设计方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

3、基于线弹性和制造公差的双层承压装置内层壁厚设计方法，已知：外层筒体材料抗拉强度 rm2，外层筒体材料屈服强度 rel2，内层筒体材料屈服强度 rel1，内层筒体弹性模量 e1，外层筒体弹性模量 e2，内层筒体泊松比 μ1，外层筒体泊松比 μ2，外层筒体外径 r2，内层筒体内径 r1，制造公差c，筒体爆破安全系数 nb，筒体设计压力 p；

4、s1，初始设置外层筒体内径 r12和过盈量δ的值；

5、s2，计算考虑制造公差c的热套后内外层筒体的分界面压力 pc，计算公式如下：

6、；

7、式中， k1为内层筒体径比， k2为外层筒体径比， k1 =r12 /r1， k2 =r2 /r12；根据 pc的计算公式，得到热套后内外层筒体分界面压力的最大值 pcmax和最小值 pcmin；

8、s3，计算内层筒体和外层筒体的应力强度；其中，( sint1) i为内层筒体内壁的应力强度，( sint1) o为内层筒体外壁的应力强度，( sint2) i为外层筒体内壁的应力强度，( sint2) o为外层筒体外壁的应力强度，计算如下：

9、；

10、式中， k为套合后筒体径比；

11、根据( sint1) i的计算公式以及 pcmax和 pcmin，得到内层筒体内壁应力强度的最大值( sint1) imax；根据( sint1) o的计算公式以及 pcmax和 pcmin，得到内层筒体外壁应力强度的最大值( sint1) omax；根据( sint2) i的计算公式以及 pcmax和 pcmin，得到外层筒体内壁应力强度的最大值( sint2) imax；根据( sint2) o的计算公式以及 pcmax和 pcmin，得到外层筒体外壁应力强度的最大值( sint2) omax；

12、s4，判断内层筒体和外层筒体的应力强度是否均满足设计要求；其中，内层筒体和外层筒体的应力强度的设计要求分别为：

13、；

14、式中， sm1为内层筒体材料许用应力，取值为内层筒体材料屈服强度 rel1； sm2为外层筒体材料许用应力，取值为外层筒体材料屈服强度 rel2；

15、若内层筒体和外层筒体的应力强度均满足设计要求，则表示所设置的外层筒体内径 r12的值符合设计要求，得到内层筒体壁厚为 r12－ r1；否则，表示所设置外层筒体内径 r12的值不符合设计要求，返回步骤s1，调整外层筒体内径 r12和过盈量δ的值，并重新进行步骤s2-s4的计算和判断，直至内层筒体和外层筒体的应力强度均满足设计要求，即所设置的外层筒体内径 r12的值符合设计要求，得到内层筒体壁厚为 r12－ r1。

16、优选的，步骤s4中，外层筒体内径 r12和过盈量δ的调整方式为：

17、若( sint1) imax> sm1和/或( sint1) omax> sm1，且( sint2) imax≤ sm2，且( sint2) omax≤ sm2，则增大外层筒体内径 r12即增加内层筒体壁厚，并增大过盈量δ；

18、若( sint2) imax> sm2和/或( sint2) omax> sm2，且( sint1) imax≤ sm1，且( sint1) omax≤ sm1，则减小外层筒体内径 r12即减小内层筒体壁厚，并减小过盈量δ；

19、若( sint1) imax> sm1和/或( sint1) omax> sm1，且( sint2) imax> sm2和/或( sint2) omax> sm2，则增大外层筒体内径 r12和外层筒体外径 r2，且过盈量δ保持不变。

20、优选的，步骤s1中，外层筒体内径 r12的值满足如下要求：

21、；

22、式中， pb为筒体爆破压力。

23、优选的，爆破安全系数 nb≥2.2。

24、优选的，步骤s1中，过盈量δ<thδ，thδ为过盈量的取值上限。

25、优选的，步骤s3中，内层筒体和外层筒体的应力强度，计算过程如下所示：

26、s31，计算热套后的内层筒体残余应力，计算公式如下：

27、；

28、式中，( σt1) i和( σr1) i分别为热套后的内层筒体内壁的环向残余应力和径向残余应力；( σt1) o和( σr1) o分别为热套后的内层筒体外壁的环向残余应力和径向残余应力；

29、s32，计算热套后的外层筒体残余应力，计算公式如下：

30、；

31、式中，( σt2) i和( σr2) i分别为热套后的外层筒体内壁的环向残余应力和径向残余应力；( σt2) o和( σr2) o分别为热套后的外层筒体外壁的环向残余应力和径向残余应力；

32、s33，计算筒体内部充满介质后的内层筒体应力，计算公式如下：

33、；

34、式中，( σt1) i’和( σr1) i’分别为筒体内部充满介质后的内层筒体内壁的环向应力和径向应力；( σt1) o’和( σr1) o’分别为筒体内部充满介质后的内层筒体外壁的环向应力和径向应力；

35、s34，计算筒体内部充满介质后的外层筒体应力，计算公式如下：

36、；

37、式中，( σt2) i’和( σr2) i’分别为筒体内部充满介质后的外层筒体内壁的环向应力和径向应力；( σt2) o’和( σr2) o’分别为筒体内部充满介质的外层筒体外壁的环向应力和径向应力；

38、s35，计算内层筒体和外层筒体的应力强度：

39、；

40、其中，( sint1) i为内层筒体内壁的应力强度，( sint1) o为内层筒体外壁的应力强度，( sint2) i为外层筒体内壁的应力强度，( sint2) o为外层筒体外壁的应力强度。

41、一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的基于线弹性和制造公差的双层承压装置内层壁厚设计方法。

42、一种电子设备，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于线弹性和制造公差的双层承压装置内层壁厚设计方法。

43、本发明的优点在于：

44、考虑了内外筒体的制造公差，有效的降低了制造公差对过盈量的影响，从而避免了因制造公差而导致套合效果达不到预期，或者使内层筒体发生屈服，达不到防护效果。

45、采用过盈套合，使内层筒体在制造过程中形成初始压应力，和设备使用过程中在内压作用下产生的拉应力相互抵消，降低内层筒体应力水平，使内层筒体始终保持弹性，可以更好的发挥内层筒体的防护性。

46、采用双层套合结构，内层筒体根据内部介质的特殊性能，选用防护性能更好的材质，可以延长设备使用寿命和增加设备的安全性。