專利名稱：一種具抗失穩(wěn)薄壁內(nèi)筒的超高壓圓筒容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多層圓筒式超高壓容器，特別涉及一種具薄壁內(nèi)筒的超高壓容器，具體地說是一種具抗失穩(wěn)薄壁內(nèi)筒的超高壓圓筒容器。
二背景技術(shù)：
在生物、食品、化工、高分子、功能材料、電子材料等加工領(lǐng)域，工作壓力彡IOOMPa的超高壓容器的應(yīng)用越來越廣泛，也必然產(chǎn)生功能和結(jié)構(gòu)各異的超高壓容器的設(shè)計制造需求，特別是對大型超高壓容器的渴求。超聞壓容器常需用聞合金耐蝕超聞強度材料制造，其價格昂貴。對于動輒數(shù)百兆帕的超高壓，整體鍛造式容器難以做大。因為強度超過HOOMPa·的大型鍛件用材多需采用雙真空冶煉，而大于10噸的真空冶煉爐已少見。多層復(fù)合式結(jié)構(gòu)具有制造便利的優(yōu)勢，各層筒體的自重可降低；不同層的筒體若選用不同耐壓和耐蝕等級的材料，則可大大降低材料成本。例如，對內(nèi)外筒組合結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒仍用昂貴的高合金、高耐蝕超高強度材料制造，外層筒體則可選用價格相對便宜的低合金超高強度鋼制造；而且，內(nèi)筒壁厚越薄，材料成本越低。然而，多層復(fù)合式超高壓容器的內(nèi)筒不僅需承受巨大的工作內(nèi)壓，對于熱縮套式或預(yù)緊式結(jié)構(gòu)、或者內(nèi)筒產(chǎn)生塑性變形后恢復(fù)到非工作狀態(tài)，內(nèi)筒常需承受一定的外壓。當內(nèi)筒的外徑與內(nèi)徑之比K < I. 2 (通常視為薄壁容器)時，外壓若超過某個較小限值，就可能發(fā)生失穩(wěn)，即發(fā)生波紋狀內(nèi)陷塌癟。其塌癟波紋數(shù)亦與筒體的長徑比有關(guān)。要保證內(nèi)筒不失穩(wěn)，一般將內(nèi)筒做成厚壁筒(內(nèi)外徑之比在I. 2以上)。但是，制造厚壁筒不僅需要耗費大量優(yōu)質(zhì)鋼材，還會帶來不易制造和成本過高的問題。怎樣既能將超高壓容器的內(nèi)筒壁做薄，又不致失穩(wěn)呢？工程界頗為困擾。
三、發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在提供一種具抗失穩(wěn)薄壁內(nèi)筒的超高壓圓筒容器；期望通過改進薄壁內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，消除失穩(wěn)誘因。拋卻形狀偏差因素，薄壁內(nèi)筒的失穩(wěn)通常是由外壓導(dǎo)致的塑性變形和損傷所引起，它極易發(fā)生在承受預(yù)緊外壓或卸除工作內(nèi)壓時。本實用新型的思路是利用波紋結(jié)構(gòu)補償形變，以柔性耐壓液體吸收局部應(yīng)力和平衡內(nèi)外筒之間的壓力差，從而構(gòu)建新型多層圓筒式超高壓容器。本實用新型的技術(shù)方案包括薄壁內(nèi)筒I (為敘述方便下簡稱內(nèi)筒)和外筒2 (外筒包括但不限于I層)。與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別是在內(nèi)筒I上設(shè)置有若干波紋3，為防止波紋被巨大內(nèi)外壓力差所破壞，在內(nèi)筒與外筒之間留有間隙且兩端封閉，這樣在內(nèi)外筒間形成了一個密封的間隙腔4，在此間隙腔4中注入耐高壓的流體5，該流體在工作高壓作用下應(yīng)不結(jié)晶、凝固或降解。當內(nèi)筒承受高壓時，內(nèi)壓通過內(nèi)筒體和間隙腔內(nèi)的流體傳遞給外筒。由于波紋對變形應(yīng)力的釋放，內(nèi)筒的內(nèi)外壁只有微小的壓力差。當內(nèi)壓卸除時，間隙腔4內(nèi)流體的壓力讓內(nèi)筒壓縮，且主要變形由波紋結(jié)構(gòu)消化。所述的在內(nèi)筒I上設(shè)置若干波紋3的含義是在內(nèi)筒壁的周向(筒壁圓周方向)和軸向(筒壁母線方向)至少一個方向上設(shè)置至少一條波紋3，也就是或者在周向方向上設(shè)置至少一條波紋3，或者在軸向方向上設(shè)置至少一條波紋3，周向波紋如圖2所示，波紋為環(huán)狀，軸向波紋如圖3所示，波紋縱貫?zāi)妇€。優(yōu)選在內(nèi)筒壁的周向和軸向兩方向上各設(shè)置至少一條波紋3。內(nèi)筒壁的波紋可以加工成向內(nèi)凹陷的凹槽式，如圖3所示，也可加工成向外凸起式，如圖4所示，軸向波紋可向內(nèi)凹陷或向外凸起，周向波紋亦然。波紋的斷面形狀可以是圓弧形、U形、V形或復(fù)合型等形狀，如圖5所示。波紋所形成的開口主要起補償變形的作用，如圖6所示，LI為靜態(tài)開口寬度，當內(nèi)筒受內(nèi)壓變形時開口寬度為L2，L2 > LI，使內(nèi)筒變形得以補償，應(yīng)力被吸收。當內(nèi)壓卸除時，充滿間隙腔的耐 壓液體協(xié)助波紋恢復(fù)原狀，兩者聯(lián)合作用保證內(nèi)筒不失穩(wěn)。耐壓流體可選自液壓油、甘油、乙二醇、蓖麻油、癸二酸二辛酯或其混合物。本技術(shù)方案可降低內(nèi)筒厚度，減少高合金材料；提高內(nèi)筒安全性。例如，薄壁內(nèi)筒用高合金超高強度鋼制作，外筒用低合金超高強度鋼制造，比內(nèi)外筒全部用高合金超高強度鋼制造，可降低設(shè)備成本。薄壁內(nèi)筒比厚壁內(nèi)筒也減少高合金鋼材消耗；此外內(nèi)筒做成薄壁，若有磨損或損傷也便于更換。
四
圖I是本實用新型超高壓容器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I內(nèi)筒，2外筒，3波紋，4間隙腔，5耐壓流體。圖2是內(nèi)筒壁上凹槽式周向波紋結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是內(nèi)筒壁上凹槽式軸向波紋結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是內(nèi)筒壁上凸起式軸向波紋結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是波紋截面形狀示意圖。圖6是波紋補償作用示意圖。
五具體實施方式
I、內(nèi)筒內(nèi)徑0300 mm,材料為超高強度不銹鋼，壁厚2 4mm(K=L 013 L 027)，
設(shè)周向波紋和軸向波紋各I個(凹槽式波紋)，波紋斷面形狀均為U形，靜態(tài)開口寬度4 8mm ;波紋高度4 IOmm ;外筒采用低合金超高強度鋼制造,外徑0950 mm;內(nèi)外筒間隙所形成的密封的間隙腔內(nèi)充滿液壓油。此結(jié)構(gòu)耐壓達500MPa。2、內(nèi)筒內(nèi)徑0400 mm,材料為超高強度不銹鋼，壁厚2 6mm (I. 01 I. 03)，設(shè)
周向波紋2個和軸向波紋2 4個(凸起式波紋)，波紋斷面形狀均為圓弧形，靜態(tài)開口寬度4 8mm ;外筒采用低合金超高強度鋼制造，外徑01200 mm;內(nèi)外筒間隙所形成的密封的間隙腔內(nèi)充滿液壓油。此結(jié)構(gòu)耐壓達400MPa。3、內(nèi)筒內(nèi)徑0500 mm,采用超高強度不銹鋼制造，壁厚4 IOmm (Κ=1· 016 I. 04)，內(nèi)筒對稱設(shè)置軸向波紋2個(凹槽式波紋)，波紋斷面形狀均為圓弧復(fù)合形，靜態(tài)開口寬度8 IOmm ;外筒采用炮鋼制造，外徑016()0 mm;內(nèi)外筒間隙所形成的密封的間隙腔內(nèi)充滿蓖麻油。此結(jié)構(gòu)耐壓達700MPa。
權(quán)利要求1.一種具抗失穩(wěn)薄壁內(nèi)筒的超高壓圓筒容器，包括薄壁內(nèi)筒(I)和外筒(2)，其特征在于在內(nèi)筒壁的周向和軸向至少一個方向上設(shè)置至少一條凹槽式或凸起式波紋(3)，且在薄壁內(nèi)筒(I)和外筒(2 )之間形成密封的間隙腔(4)，在密封的間隙腔(4)內(nèi)注入耐高壓的流體(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超高壓圓筒容器，其特征在于在內(nèi)筒壁的周向和軸向各設(shè)置至少一條波紋(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超高壓圓筒容器，其特征在于波紋(3)為凹槽式或凸起式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高壓圓筒容器，其特征在于波紋(3)的截面形狀可以是弧形、U形、V形或復(fù)合型形狀。
專利摘要一種具抗失穩(wěn)薄壁內(nèi)筒的超高壓圓筒容器，包括薄壁內(nèi)筒(1)和外筒(2)，其特征在于在內(nèi)筒壁的周向和軸向至少一個方向上設(shè)置至少一條凹槽式或凸起式波紋(3)，且在薄壁內(nèi)筒(1)和外筒(2)之間形成封閉間隙腔(4)，在間隙腔(4)內(nèi)注入耐高壓的流體(5)。本技術(shù)方案利用波紋的變形補償作用、層間液體傳壓和對卸壓時波紋復(fù)形的協(xié)同作用，防止薄壁內(nèi)筒失穩(wěn)，提高其安全性，同時可降低內(nèi)筒壁厚，減少高合金材料用量。
文檔編號F16J12/00GK202691022SQ20122038942
公開日2013年1月23日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者潘見 申請人:潘見