CN102563061A

CN102563061A - 压力容器

Info

Publication number: CN102563061A
Application number: CN2011103113510A
Authority: CN
Inventors: 寺田进; 西原达夫; 深田幸弘
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: ITMI20111862A1; KR20120039490A; US20120091152A1; US8720735B2; CN102563061B; JP5241794B2; JP2012087813A; KR101352180B1

Abstract

一种压力容器，具有本体部、和沿着相对于本体部的内侧面倾斜的倾斜轴而从本体部突出的倾斜喷嘴，在本体部以及倾斜喷嘴上，设置有沿着倾斜轴而贯通本体部以及倾斜喷嘴的圆形的贯通孔，在本体部的内侧面和包围贯通孔的面的交叉部分处沿全周形成有圆角部，在从与本体部（5）的内侧面垂直的方向看该内侧面时呈现为大致椭圆形的贯通孔的内侧开口部中，分别位于长轴方向的两个部位处的圆角部的半径小于分别位于短轴方向的两个部位处的圆角部的半径，并且圆角部的半径从位于长轴方向的圆角部直到位于短轴方向的圆角部连续地增加。

Description

压力容器

技术领域

本发明涉及一种在高压力条件下使用的压力容器。

背景技术

以往，公知有例如石油化学设备用压力容器及原子炉压力容器那样的设计为能够耐受高运转压力的压力容器。

在日本特开平6-49898号公报所记载的压力容器具有容器本体、沿相对于该容器本体的内侧面垂直的方向从容器本体突出的喷嘴。在该压力容器中，设置有沿着垂直于上述容器本体的内侧面的方向而贯通容器本体以及喷嘴的圆形的贯通孔。

此外，作为其他的压力容器，公知有下述构造：具有沿着相对于容器本体的内侧面倾斜的方向从容器本体突出的倾斜喷嘴。在此，所谓倾斜喷嘴是指沿着相对于容器本体的内侧面不是垂直的方向延伸设置的喷嘴。在该压力容器中，设置有沿着相对于上述容器本体的内侧面倾斜的方向（倾斜喷嘴从容器本体突出的方向）贯通容器本体以及喷嘴的圆形的贯通孔。

在此，具有倾斜喷嘴的压力容器与垂直于容器本体的内侧面地设置喷嘴的上述实用新型公报所公开的压力容器相比，既定压力条件下压力容器所产生的峰值应力大。具体而言，在具有倾斜喷嘴的压力容器中，贯通孔倾斜地形成，与之相伴，在包围该贯通孔的面与容器本体的内侧面的交叉部分中周方向的一部分处形成有容器本体的壁厚非常少的部分（锐角部分），在该部分发生应力集中。因此，设置倾斜喷嘴时的峰值压力比相对于容器本体的内侧面垂直地设置喷嘴的压力容器大。

而且，在具有倾斜喷嘴的以往的压力容器中，通过加大容器本体的壁厚或者大幅地加强倾斜喷嘴而实现压力容器产生的峰值应力的降低。

但是，加大容器本体的壁厚或者大幅地加强倾斜喷嘴导致用于构成压力容器的材料增大，所以成为成本大幅上升的要因。

发明内容

本发明的目的在于，对于具有倾斜喷嘴的压力容器，降低峰值应力而不会导致大幅的成本上升。

为了解决上述课题，本发明为一种压力容器，具有容器本体、和沿着相对于上述容器本体的内侧面倾斜的倾斜轴而从上述容器本体突出的倾斜喷嘴，在上述容器本体以及上述倾斜喷嘴上设置有沿着上述倾斜轴而贯通上述容器本体以及上述倾斜喷嘴的圆形的贯通孔，在上述容器本体的内侧面和包围上述贯通孔的面的交叉部分处沿全周形成有圆角部，在上述贯通孔的下述内侧开口部中分别位于长轴方向的两个部位处的圆角部的半径小于上述内侧开口部中分别位于短轴方向的两个部位处的圆角部的半径，所述内侧开口部在从与容器本体的内侧面垂直的方向看该内侧面时呈现为大致椭圆形，并且上述圆角部的半径在上述内侧开口部的周方向中的在从位于上述长轴方向的圆角部到位于上述短轴方向的圆角部的范围内连续地增加。

根据本发明，位于长轴方向的圆角部的半径比位于短轴方向的半径小，并且圆角部的半径从长轴方向位置到短轴方向位置连续地增加，所以能够令从与容器本体的内侧面垂直的方向观察该内侧面时的贯通孔的内侧开口部的形状从大致椭圆形接近圆形。因此，根据本发明，根据以下的理由能够降低峰值应力而不会导致大幅的成本上升。

一般而言，在对形成有椭圆形的孔的平板施加沿着该平板的表面的力（拉伸力）时，在平板上产生的应力公知会集中于椭圆形的长轴方向的两个部位。在此，若该孔的形状从椭圆形接近圆形，则在平板上产生的应力也会分散到椭圆形的短轴方向，所以峰值应力变小。而且，在本发明中，通过调节圆角部的半径，能够令贯通孔的内侧开口部的形状从大致椭圆形接近圆形，所以能够使集中于长轴方向的部位的应力向短轴方向分散。

另外，在本实施方式中，“相对于容器本体的内侧面倾斜的倾斜轴”是指相对于容器本体的内侧面垂直的轴以外的意思。在此，“容器本体的内侧面”是曲面时，“倾斜轴”是指相对于与上述曲面上的特定的点接触的面倾斜，并且是指通过上述特定的点的轴。

在上述压力容器中，优选为在位于长轴方向的两个部位的圆角部中的一方的圆角部与位于上述短轴方向的两个部位的两个圆角部之间的范围内，上述圆角部的半径与下述角度成比例地增加，所述角度为，以连结上述大致椭圆形的中心和上述一方的圆角部的线段为基准，连结上述一方的圆角部之外的部分的圆角部和上述中心的线段的绕上述中心的角度。

在上述压力容器中，与以连结大致椭圆形的中心和位于长轴方向的圆角部的线段为基准的、绕上述中心的角度成比例地圆角部的半径增大。因此，与根据上述角度而增减半径的增加率的情况相比，用于形成圆角部的加工变得容易。

在上述压力容器中，优选在上述内侧开口部中位于长轴部分的两个部位的圆角部的半径中，形成在上述容器本体的内侧面和包围上述贯通孔的面以锐角交叉的部分中的圆角部的半径比另一方的圆角部的半径小。

根据上述压力容器，能够确保安全性并实现使用时的峰值应力的降低。具体而言，在压力容器中，为了抑制操作者与容器本体的内侧面与包围贯通孔的面的交叉部分接触导致操作者受伤，在上述交叉部分形成圆角部。但是，若仅重视安全性而简单地加大圆角部的半径，则贯通孔的内侧开口部的形状接近于椭圆形而峰值应力增大。因此，在上述压力容器中，对于容器本体的内侧面与包围贯通孔的面锐角地交叉的交叉部分，着眼于即便为小半径也能够实现大曲面这一点，令形成于容器本体的内侧面与包围上述贯通孔的面锐角地交叉的部分的圆角部的半径小于另一方的圆角部的半径。从而，根据上述压力容器，能够确保安全性并且能够实现峰值应力的降低。

根据本发明，能够降低峰值应力而不会导致大幅的成本上升。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的压力容器的整体构成的主视剖视图。

图2是并列表示图1的II1部分的放大图以及II2-II2线剖视图的概要图。

图3是表示图1的II1部分的应力集中的状态的图。

图4是同心地并列表示图2的大致椭圆形EL1以及大致椭圆形EL2的说明图。

图5是表示长轴方向圆角部半径与短轴方向圆角部半径的比与峰值应力的关系的图表。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的优选实施方式。

图1是表示本发明的实施方式的压力容器的整体构成的主视剖视图。图2是并列表示图1的II1部分的放大图以及II2-II2线剖视图的概要图。

参照图1以及图2，压力容器1是运转压力（例如16.7MPa）的条件下使用的例如由2.25Cr-1Mo-0.25V钢构成的容器。具体而言，压力容器1具有圆筒状的主体部2、设置于该主体部2的一方的端部的第一端部3、和设置于主体部2的另一方的端部的第二端部4。

主体部2具有圆筒状的本体部（容器本体的一部分）5、和从该本体5突出的倾斜喷嘴6。倾斜喷嘴6沿着相对于本体部5的内侧面5a以角度θ向下倾斜的倾斜轴J1而从上述本体部5突出。具体而言，倾斜轴J1是相对于假想面P1（参照图2）以角度θ向下地倾斜并且与上述假想面P1与内侧面5a接触的线交叉的轴，所述假想面P1相对于由圆柱面构成的内侧面5a线接触。此外，在上述本体部5以及倾斜喷嘴6上，形成有沿着上述倾斜轴J1贯通本体部5以及倾斜喷嘴6的圆形的贯通孔6b。

在本体部5的内侧面5a与包围贯通孔6b的面6a的交叉部分，沿着全周形成有圆角部。具体而言，在从垂直于本体部5的内侧面5a的方向看该内侧面5a时呈现为大致椭圆形的贯通孔6b的内侧开口部（参照图2的大致椭圆形EL2）中，位于长轴方向的两个部位的圆角部分的半径R1、R2比贯通孔6b的内侧开口部中位于短轴方向的两个部位的圆角部的半径R3、R3小。进而，圆角部的半径从上述半径R1到半径R3、R3连续地增加，并且从半径R2到半径R3、R3连续地增加。

具体而言，在具有半径R2的长轴方向的圆角部与具有半径R3、R3的短轴方向各圆角部之间的范围中，圆角部的半径如下地增加。在图4中，连结贯通孔6b的内侧开口部的大致椭圆形EL2的中心O与具有半径R2的长轴方向圆角部的线段r1是基准线段。与中心O通过特定的线段r2连结的、具有半径R2的圆角部分之外的圆角部的半径与上述基准线段r1与上述特定线段r2之间的角度θ的大小成比例地增加。另外，具有半径R1的长轴方向圆角部与具有半径R3、R3的短轴方向各圆角部之间的范围中的圆角部的半径也与上述相同地增加。这样，在本实施方式中，由于圆角部的半径与相对于基准线段r1的角度θ的大小成比例地增加，所以与根据角度θ而增减半径的增加率的情况相比，用于形成圆角部的加工变得容易。

如上所述，在本实施方式的压力容器1中，半径R1、R2比半径R3、R3小，并且圆角部的半径从R1、R2到R3、R3连续增加。因此，在压力容器1中，能够将从垂直于本体部5的内侧面5a的方向看该内侧面5a时的贯通孔6b的内侧开口部的形状从大致椭圆形EL1（参照图4）变更为更接近圆形的大致椭圆形EL2（参照图4）。另外，“垂直于本体部5的内侧面5的方向”是指垂直于上述假想面P1的方向，是通过假想面P1与倾斜轴J1的交点的方向，具体而言，是图2的箭头Y1表示的方向。

在此，如下所述地定义上述大致椭圆形EL1、EL2。

大致椭圆形EL1是在贯通孔6b的内侧开口部的全周范围内形成半径相等（即图2所示的R3、R4以及R5全部相等）的圆角部的压力容器的贯通孔6b的开口形状。更具体而言，大致椭圆形EL1是将圆角部的中点相对于垂直面投影从而呈现出的大致椭圆形。在图2所示的例子中，将具有半径R4的圆角部的中点D4、具有半径R5的圆角部的中点D5、以及具有半径R3的圆角部的中点D3相对于垂直面投影，从而定义大致椭圆形EL1。另外，“垂直面”是与上述假想面P1平行的平面。大致椭圆形EL1具有向上述垂直面投影的中点D3彼此的距离的一半的值的短径尺寸a1（参照图4）、和向上述垂直面投影的中点D4与中点D5的距离的一半的值的长径尺寸b1（参照图4）。

大致椭圆形EL2是形成有下述圆角部的上述压力容器1的贯通孔6b的开口形状，所述圆角部中半径R1、R2小于半径R3、R3，并且圆角部的半径从半径R1、R2到半径R3、R3连续地增加。更具体而言，大致椭圆形EL2与上述大致椭圆形EL1相同，是将圆角部的中点相对于垂直面投影从而呈现出的大致椭圆形。在图2所示的例子中，通过将具有半径R1的圆角部的中点D1、具有半径R2的圆角部的中点D2、以及具有半径R3的圆角部的中点D3相对于垂直面投影，从而定义大致椭圆形EL2。另外，“垂直面”是与上述相同的面。大致椭圆形EL2具有向上述垂直面投影的中点D3彼此的距离的一半的值的短径尺寸a2（参照图4）、和向上述垂直面投影的中点D1与中点D2的距离的一半的值的长径尺寸b2（参照图4）。另外，在本实施方式中，在大致椭圆形EL1、EL2中短径尺寸R3、R3设定为相同，所以大致椭圆形EL1、EL2的短径尺寸a1与短径尺寸a2相同，但是并不限定于此。例如通过令大致椭圆形EL2的短径半径大于大致椭圆形EL1的短径半径，能够令短径尺寸a2比短径尺寸a1长而令大致椭圆形EL2更接近圆形。

另外，在本实施方式的压力容器1中，如图3所示，位于长轴方向的两个部位的圆角部中，在本体部5的内侧面5a与包围贯通孔6b的面6a锐角地交叉的部分处形成的圆角部的顶点位置C1（在图3中浓度最深的部分，附图标记表示在图2中）处发生最高的峰值应力。该顶点位置C1是比圆角部的中点D1从本体部5的内侧面5a稍微远离的位置。

而且，在本实施方式的压力容器1中，如上所述，能够令用于评价峰值应力的大致椭圆形（贯通孔6b的内侧开口部的形状）从大致椭圆形EL1变更为更接近圆形的大致椭圆形EL2。从而，根据上述压力容器1，根据以下的理由，能够降低峰值应力而不会导致大幅的成本上升。

一般而言，在对形成有椭圆形的孔的平板施加沿着该平板的表面的力（拉伸力）时，在平板上产生的应力公知会集中于椭圆形的长轴方向的两个部位。在此，若该孔的形状从椭圆形接近圆形，则在平板上产生的应力也会分散到椭圆形的短轴方向，所以峰值应力变小。而且，在上述压力容器1中，通过调节圆角部的半径，能够令贯通孔6b的内侧开口部的形状从大致椭圆形EL1变更为接近圆形的大致椭圆形EL2，所以能够使集中于长轴方向的部位（具有半径R1、R2的圆角部）的应力向短轴方向分散。

以下，对比较上述压力容器1的实施例与比较例的试验结果进行说明。

首先，在本次试验中，准备相对于本体部5的内侧面5a的倾斜轴J1的倾斜角θ（参照图2）为45°的样品，和倾斜角θ为60°的样品。

作为倾斜角θ为45°的样品，准备比较例1、比较例2、实施例1、实施例2。比较例1具有40mm的长轴方向圆角部半径R1以及R2、20mm的短轴方向圆角部半径R3、R3。此外，在比较例1中，从半径R1以及R2到半径R3、R3圆角部的半径连续地减少。比较例2沿全周范围具有半径设定为40mm的圆角部。实施例1具有20mm的长轴方向圆角部半径R1以及R2、40mm的短轴方向圆角部半径R3、R3。实施例2具有10mm的长轴方向圆角部半径R1以及R2、50mm的短轴方向圆角部半径R3、R3。在实施例1以及实施例2中，从半径R1以及R2到半径R3、R3圆角部的半径连续地增加。

在表1中表示对这些样品借助FEM分析求得的峰值应力结果。若比较这些样品，则峰值应力的大小以比较例1、比较例2、实施例1、实施例2的顺序变小。与比较例1的峰值应力与比较例2的峰值应力的差（10.5MPa）相比较，可知比较例2的峰值应力与实施例1的峰值应力的差（21.5MPa）相当大。进而，根据实施例1与实施例2的比较可知，短轴方向圆角部半径R3、R3与长轴方向圆角部半径R1、R2的差越大，越能够降低峰值应力。

[表1]

作为倾斜角θ为60°的样品，准备了比较例3、比较例4、实施例3以及实施例4。比较例3具有40mm的长轴方向圆角部半径R1以及R2、20mm的短轴方向圆角部半径R3、R3。此外，在比较例3中，从半径R1以及R2到半径R3、R3圆角部的半径连续地减少。比较例4沿全周范围具有半径设定为40mm的圆角部。实施例3具有20mm的长轴方向圆角部半径R1以及R2、40mm的短轴方向圆角部半径R3、R3。实施例4具有10mm的长轴方向圆角部半径R1以及R2、50mm的短轴方向圆角部半径R3、R3。在实施例3以及4中，从半径R1以及R2到半径R3、R3圆角部的半径连续地增加。

对于这些样品，在表1中表示借助FEM分析求得的峰值应力结果。若比较这些样品，则峰值应力的大小以比较例3、比较例4、实施例3、实施例4的顺序变小。与比较例3的峰值应力与比较例4的峰值应力的差（18.7MPa）相比较，可知比较例4的峰值应力与实施例3的峰值应力的差（30.0MPa）相当大。进而，根据实施例3与实施例4的比较可知，短轴方向圆角部半径R3、R3与长轴方向圆角部半径R1、R2的差越大，越能够降低峰值应力。

从以上比较可知，如表1以及图5所示那样，长轴方向圆角部半径R1、R2除以短轴方向圆角部半径R3的比例（R1/R3或者R2/R3：表1中记为R1/R3）越小，峰值应力变得越小。

另外，在上述实施方式中，说明了在贯通孔6b的内侧开口的全周范围内形成了圆角部的压力容器1，但是为了令大致椭圆形EL2接近圆形而降低峰值应力，优选令长轴方向圆角部半径R1以及R2尽可能接近0。但是，为了抑制操作者与本体部5的内侧面5a与包围贯通孔6b的面6a的交叉部分接触而导致受伤，需要形成例如至少具有3mm左右的半径的圆角部。在此，对于本体部5的内侧面5a与包围贯通孔6b的面6a锐角地交叉的交叉部分，能够为小半径而得到大曲面，所以能够在长轴方向圆角部半径R1、R2中令半径R1比半径R2更小。通过这样地令半径R1比半径R2更小，能够确保安全性并降低峰值应力。

此外，在上述实施方式中，说明了设置于压力容器1的主体部2的喷嘴，但是对于设置于第一端部3的喷嘴也能够降低峰值应力。以下说明用于其的构成。

参照图1，第一端部3具有以封闭本体部5的上部开口部的方式固定于该本体部5的本体部（容器本体的一部分）7、和从该本体部7突出的喷嘴8以及倾斜喷嘴9。本体部7具有将中空的球体分割为两半的形状，具有由半球面构成的内侧面7a。喷嘴8沿着相对于本体部7的内侧面7a垂直的轴从本体部7向上突出。倾斜喷嘴9沿着相对于本体部7的内侧面7a倾斜的倾斜轴J2从本体部7向上突出。具体而言，倾斜轴J2相对于下述假想面倾斜，并且是通过上述假想面与内侧面7a接触的点的轴，所述假想面相对于本体部7的内侧面7a点接触。此外，在本体部7以及倾斜喷嘴9上，形成有沿着倾斜轴J2贯通本体部7以及倾斜喷嘴9的圆形的贯通孔。

在本体部7的内周面7a与包围贯通孔的面9a的交叉部分，沿着全周的范围形成有圆角部。具体而言，在从垂直于本体部7的内侧面7a的方向看该内侧面7a时呈现为大致椭圆形的贯通孔的内侧开口部中，位于长轴方向的两个部位的圆角部的半径小于上述内侧开口部中位于短轴方向的两个部位的圆角部的半径。进而，圆角部的半径从上述长轴方向圆角部半径到上述短轴方向圆角部半径连续地增加。

如以上所述，通过设定圆角部的半径，对于倾斜喷嘴9也能够实现峰值应力的降低而无需大幅地增大成本。

另外，第二端部4具有以封闭本体部5的下部开口部的方式固定于该本体部5的本体部（容器本体的一部分）10、和从该本体部10突出的喷嘴11、12。本体部10具有将中空的球体分割为两半的形状，具有由半球面构成的内侧面10a。喷嘴11、12分别沿着相对于本体部10的内侧面10a垂直的轴从本体部10向下突出。

Claims

1.一种压力容器，

具有容器本体、

和沿着相对于上述容器本体的内侧面倾斜的倾斜轴而从上述容器本体突出的倾斜喷嘴，

在上述容器本体以及上述倾斜喷嘴上设置有沿着上述倾斜轴而贯通上述容器本体以及上述倾斜喷嘴的圆形的贯通孔，

在上述容器本体的内侧面和包围上述贯通孔的面的交叉部分处，沿全周形成有圆角部，

在从垂直于容器本体的内侧面的方向看该内侧面时呈现为大致椭圆形的上述贯通孔的内侧开口部中，分别位于长轴方向的两个部位处的圆角部的半径小于分别位于上述内侧开口部中的短轴方向的两个部位处的圆角部的半径，并且上述圆角部的半径在上述内侧开口部的周方向上在从位于上述长轴方向的圆角部到位于上述短轴方向的圆角部的范围内连续地增加。

2.如权利要求1所述的压力容器，其特征在于，

在位于长轴方向的两个部位的圆角部中的一方的圆角部与位于上述短轴方向的两个部位的圆角部之间的范围内，以连结上述内侧开口部的大致椭圆形的中心和上述一方的圆角部的线段为基准线段时，通过特定的线段与上述中心连结的除上述一方的圆角部之外的圆角部的半径为：按照上述基准线段与上述特定线段之间角度的大小成比例地增加。

3.如权利要求1所述的压力容器，其特征在于，

在位于上述内侧开口部的长轴方向的两个部位的圆角部的半径中，形成在上述容器本体的内侧面和包围上述贯通孔的面以锐角交叉的部分中的圆角部的半径比另一方的圆角部的半径小。