本发明是一种制造球形压力容器的一种方法,属于压力容器制造的技术领域,与本发明有关的国际专利分类号为F16J和F17C。 压力容器制做成球形结构,在理论有两个明显的优点。第一,在相同的内压力作用下,直径和板厚相同的球瓣膜应力仅为园柱形容器的周向膜应力的一半。第二,在板材面积相同的情况下,球罐的容积大于一般其它形体的容器。
目前,球形容器的制做工艺一般是先将球形容器划分成许多球瓣。然后根据球瓣的尺寸下料,下料后进行冲压加工,使每块毛坯成形为球瓣的形状,再进行整体焊接。但是,采用这种目前世界上通用的制造工艺,存在着许多难以克服的缺点,主要表现在以下几个方面:
1、下料工序复杂,因为球瓣的毛坯展开尺寸很难精确计算,而且由于弹性形变,成形后的精度难以控制。
2、用于冲压加工球瓣的模具费用昂贵。
3、在整体焊接装配过程中对冲压件尺寸精度要求很高,因此一般的冲压加工难以满足,并且会在装配中产生装配应力。
4、由于焊缝的冷却收缩,导致球体的几何变形。采用一般方法无法进行校正。
5、由于坡口间隙大,器壁约束强,从而会产生较大的残余应力。为减少残余应力需要专门的后续处理。
为了克服目前球形压力容器制造中的缺点,本发明采用加压内胀法制造球形压力容器,可以获得较高质量地球形压力容器。
本发明的要点在于,将平板坯予先焊接成一个球内接多面体,该多面体的各个面不需予先压成球瓣状,然后用液体充满内腔,排气后用泵打压以实现成形也可用气体或其它物质加压成形。这种方法的实质是在密闭的球内多用体容器中加压使多面体板面上各点除顶点外,产生一定量的塑性变形,从而形成一个球形容器。
图1是球形压力容器充液或充气加压胀形初始阶段的示意图,图中〔1〕为溢流阀,2为管路,3为泵,为多球内接多面体。
在加压成形过程中,不需要在外部设模具。但对板材的原始厚度均匀性要加以控制,成形过程中所需压力P不断增加,最大压力的数值随球形容器的直径d与板厚t的此值d/t的增大而减少。随材料的强度极限σb增大而增大,当d/t>150时。所需压力P≤0.02σb。例如,当σb=50Kg/mm2=5000Kg/Cm2时,最大压力P≤100Kg/CM2。
本发明适于制造工作压力小于50Kg/CM2,容器的直径与板厚的比值d/t大于100的球形或近球形容器,其直径不受限制。例如可以成形直径为15米或30米以上的球形容器。直径小于上述值的球形容器也可以用此法生产。
采用本发明提出的方法制做大型球形压力容器,与原有的球形压力容器制造方法相比,具有明显的优点。主要有以下几个方面:
1、下料工序简单,下料后的毛坯尺寸可以严格控制。
2、装配简单,在安装时,由于相邻面的边均为直边,十分容易吻合,使得装配精度大大提高。
3、不需采用冲压加工,从而可节省大量设备和模具费用。对于品种多变及特大球形压力容器的制造,其优越性就更加突出。
4、由于加压胀形过程的压力一般高于工作压力1-2倍,因此不需要再进行专门的压力试验。
5、与原有拼装方式相比,其焊缝的总长度减少一半左右,这不仅使焊接工作量大为减少,而且,压力容器的工作可靠性也大大提高。
6、由于在焊接成形后进行加压胀形,故可减少残余应力,因而可省略专门的消除残余应力的处理工序。
7、采用本方法制造大型球形压力容器,不需任何专用设备,制造周期大大缩短,具有明显的经济效益。
采用本发明提出的方法,曾分别对直径为600毫米厚度为2毫米的球形压力容器和直径为3000毫米厚度为8毫米的球形压力容器进行成形试验,使用的材料均为低碳钢板,最大压力均低于50Kg/CM2测量与计算结果表明:
1、焊缝处的平均伸长量<0.7%
2、毛坯板面积平均变化量<6%
3、几何尺寸精度:
式中:Dmax为变形后的最大实测直径
Dmin为变形后的最小实测直径
D为平均实测直径
4、表面光洁度:由于是在室温下成形,成形后容器的表面光洁度与毛坯的表面光洁度相比无显著差异。