[實(shí)用新型]一種具抗失穩(wěn)薄壁內(nèi)筒的超高壓圓筒容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220389421.4
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN202691022U
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘見
• 申請（專利權(quán)）人: 潘見
• 主分類號: F16J12/00
• 分類號: F16J12/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 吳啟運(yùn)

一、技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)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≥100MPa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(jì)制造需求，特別是對大型超高壓容器的渴求。

超高壓容器常需用高合金耐蝕超高強(qiáng)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?yàn)閺?qiáng)度超過1400MPa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(qiáng)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(qiáng)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(dāng)內(nèi)筒的外徑與內(nèi)徑之比K＜1.2（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1.2以上）。但是，制造厚壁筒不僅需要耗費(fèi)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(shí)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(jìn)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(shí)用新型的思路是利用波紋結(jié)構(gòu)補(bǔ)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(shí)用新型的技術(shù)方案包括薄壁內(nèi)筒1（為敘述方便下簡稱內(nèi)筒）和外筒2（外筒包括但不限于1層）。與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別是在內(nèi)筒1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(dāng)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(dāng)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1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(bǔ)償變形的作用，如圖6所示，L1為靜態(tài)開口寬度，當(dāng)內(nèi)筒受內(nèi)壓變形時開口寬度為L2，L2＞L1，使內(nèi)筒變形得以補(bǔ)償，應(yīng)力被吸收。當(dāng)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(qiáng)度鋼制作，外筒用低合金超高強(qiáng)度鋼制造，比內(nèi)外筒全部用高合金超高強(qiáng)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、附圖說明

圖1是本實(shí)用新型超高壓容器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1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。