压力容器实验指导书[1]

实验一内压容器实验指导书

1.1内压容器的应力测定安全规程

(1)进行内压容器的应力测定时，应注意应变片的位置。根据各容器受压力作用时的理论应力分析选定各测点的位置，注意径向和环向的测点位置与读数对应。

(2)要注意电阻应变片灵敏系数的调整，然后将各测点的应变片依次接入电阻应变仪进行预调平衡工作，待压力稳定后，用应变仪测定该压力下各测点的应变值。

(3)开始实验时，先打开放空阀和进油阀，启动油泵注入容器，待容器中的空气排放干净后，停止油泵运转。关闭进油阀，开启回油阀，关闭放空阀，容器内无压力时，再关闭回油阀。

(4)容器加压和卸压时，要缓慢的加压和卸压，不可使容器内的压力进行突变。

(5)读数时，要在容器内的压力稳定后读数。不能再容器内的压力不稳定的情况下读数。

1.2内压容器的应力测定

1.2.1实验目的

(1)测定薄壁容器承受内压作用时，圆筒体及各种封头上的应力分布；

(2)比较在不同压力情况下实测应力的分布情况，分析理论计算与实测结果差异的原因。

(3)了解“应变电测法”测定容器应力的基础原理和测试技术。

1.2.2实验原理

由中低压容器设计的薄壳理论分析可知，薄壁回转容器在承受内压作用时，在离开与封头连接缘处的器壁厚度上将产生径向（轴向）和周向（环向）主薄膜应力σφ、σθ相应的主薄膜应变为εφ、εθ，当它们达到或超过材料的极限强度时，就导致容器的破坏或大面积的屈服；另一方面，当圆筒与封头连接的边缘地区，由于几何形状不连续而造成附加的弯曲应力，与薄膜应力叠加会产生比薄膜应力大得多的边缘应力。这种应力具有局部性，一离开边缘就很快地衰减。边缘应力对疲劳失效和断裂失效有很大影响，其大小与容器结构形式。制造质量和操作条件有关，因此常常需要通过理论计算或实验方法测定其数值大小和分布状况。

对于应变，在材料力学实验中已知道，是通过测量应变片电阻R 的电阻变化率ΔR 来确的，其关系为：

ε

⋅=∆K R

R (1-1)

式中K 为应变片的灵敏系数，应变ε为无量纲，测试时应注意应变仪上正确读数。

电阻片的电阻变化率通过应变仪直接变为应变的读数。又根据弹性理论的胡克定律可知：

E

E

θ

ϕ

ϕσμ

σε-= （1-2）

E

E

ϕ

θ

θσμ

σε-= （1-3）

或

)(12

θϕϕμεεμ

σ+-=

E (1-4)

)(12

ϕθθμεεμ

σ+-=

E （1-5）

式中E 弹性模量，本实验容器材料为不锈钢，E=2.0×105MPa ，泊松比μ=0.3。 因此，通过“应变电测法”测得容器中某结果部位的应变后，根据以上应力和应变的关系，就可确定部位的应力。

1.2.3 实验要求

(1) 了解各种典型封头容器应变测量时的布片原则和测量方法； (2) 测量容器壳体上各测点在内压0.5,1.0MPa 作用时的应变值； (3) 根据实测的应变值求取测点处的应力值； (4) 比较容器连续区域与不连续区域的。

1.2.4 实验仪器及装置

(1)薄壁容器的技术参数如下：、

容器A ：筒体D 内=400mm,S=4mm;标准椭圆封头S=4mm ，D/2H=2.0；球形封头R 内=200mm.

容器B ：筒体D 内=400mm,S=4mm;锥形封头S=4mm ，α=60°；平板封头t=300mm. (2)实验容器（见附件一和附件二）。

(3)应变电测系统有传感元件（电阻应变片）和测量仪器两部分组成。 根据各容器受力作用时的理论应力分析选定各测点的位置，粘贴与各部位

(容器布片图1a～图1d)，并有引出线接口，可与仪器相连接。测量仪器为静态电阻应变仪（型号XL2101 B5）

1.2.5 实验步骤

(1) 准备工作

a）检查所有阀门是否正常

b）检查各连接接口，避免有松动

c）观察水箱液位计，确保箱内用量

d）检查压力测试容器是否安装正常，固定牢靠。

此时设备准备就绪。

(2) 将100Psi的驱动空气从气源接入；

(3)实验容器内贮满油

a）选择需要试验的压力容器，打开相应的高压手动阀

b）打开相应容器上方的接软管的放空阀

c）打开液体入口的手动开关

d）缓慢调节气源调压阀 1，使空气压力上升到2～3bar，打开气源开关，这时液体增压泵快速往复运动

e）当看到油从放空阀稳定排出，表明已排空容器中的空气，关闭气源开关，在关闭接软管的放空阀

f）观察容器内压力是否为零

(4)让实验容器“呼吸”一次

a）打开气源开关，这时液体增压泵快速往复运动，容器内压力升高

b）当容器压力升高到0.5MPa时，关闭气源开关，停止加压

c）打开泄压阀，卸除压力

d）重复上述3的步骤，排空空气，并使压力回到0

(5)按XL2101 B5静态电阻应变仪使用方法，开机检查，然后调平衡，所有的电阻应变片初始值均为0.

(6)缓慢调节气源调压阀1，使空气压力升到2～3bar，打开气源开关，这时液体增压泵快速往复运动，将压力升高到设定的压力，然后停止气源开关，关闭相应的进液阀。注意，最高压力不超过2MPa。

(7)稳定2分钟作用，操作静态电阻应变仪，记录相关测点的应变。

(8)重复6,7步骤，将压力继续升高到另一设定压力并记录应变。

(9)打开卸荷阀，容器内压力降到0即可，实验完毕。

(10)实验完毕后，检查并关闭所有阀门，将各出口封闭。

(11)仪器各旋钮回零，关闭电源，拆除专用连接线，整理现场。