CN111569657B - 一种螺旋状分离柱的制造方法及实现该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热核聚变领域，特别涉及一种用于氢同位素气体分离的螺旋状分离柱，具体涉及一种螺旋状分离柱的制造方法，以及实现该方法的设备，该方法通过先在原料管内填充填料，再将原料管成型为螺旋状，实现了螺旋状分离柱填料均匀。该设备包括机床、螺旋胎具、管道夹持器；所述机床连接所述螺旋胎具，用于带动所述螺旋胎具旋转；所述螺旋胎具与所述螺旋状分离柱匹配；所述螺旋胎具上设有固定装置，所述固定装置用于固定所述原料管的头端；所述管道夹持器位于所述螺旋胎具的侧面，用于定位未成型的原料管，该设备能够更好的实现上述制造方法。

Description

一种螺旋状分离柱的制造方法及实现该方法的设备

技术领域

本发明涉及热核聚变领域，特别涉及一种用于氢同位素气体分离的螺旋状分离柱，具体涉及一种螺旋状分离柱的制造方法，以及实现该方法的设备。

背景技术

色谱法在一种在化工领域常用的分离方式。热循环吸附法是改进的气相色谱方法，其原理是基于分离柱中材料对气相中不同组份的吸附差异来实现组份的分离，其核心部件为分离柱，分离柱的规模决定了气相分离的规模。目前较多的分离柱都用于分析设备，使用的分离柱较小，而目前已有的大型分离柱通常不具备复杂的形状，在需要极大柱径比的场景下不适用。

热循环分离柱的长度影响了分离的效率。为了节约空间且便于安装，分离常制造成螺旋状。将分离柱卷制成螺旋状是解决分离柱长径比的一个合理方法，但是较长的螺旋分离柱会使得填料难度增加，难得到填充密度均匀的分离柱。尤其是在对填料密度敏感的循环吸附的分离柱。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的螺旋状分离柱内填料的填充密度难于控制均匀的问题，提供一种螺旋状分离柱的制造方法。该方法通过先填料再成型的方式，实现了填料的均匀填充。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种螺旋状分离柱的制造方法，先在原料管内填充填料，再将原料管成型为螺旋状。

通过现在直型或者接近直型的原料管内填充填料，更容易实现分离柱内空间填料的满填，保证填料的均匀。然后再成型为螺旋状，实现螺旋状分离柱满足填充密实度的要求。

作为本发明的优选方案，所述原料管由若干段原料管头尾连接而成；先将前段原料管填充填料，成型为螺旋状，再将后段原料管连接前段原料管，然后将后段原料管填充填料，并成型为螺旋状；依序将若干根原料管依次连接、填料、成型，得到所述螺旋状分离柱。

后段原料管是相对于之前已经填料并成型的原料管而言的，且前后原料管和后段原料管是相邻的连接在一起的原料管。例如第一段原料管为前段，第二端原料管为后段；当第二段原料管为前段时，第三段原料管为后段，依次类推。

即将第一段原料管填充填料，然后成型为螺旋状；将第二段原料管头端连接到第一段的尾端，向第二段原料管内填充填料，然后成型为螺旋状；依次将若干段原料管连接、填充填料和成型，得到所述螺旋状分离柱。

在螺旋状分离柱需要的长度较长，例如在几十米的情况下，采用多段原料管分步骤连接、填充、成型的方案，其中第一段原料管的头端不需要连接，每段填充的长度较短，更易保证每段的填料均匀的满填，最终填料状态良好的形成螺旋状分离柱。

作为本发明的优选方案，在向后段原料管内填充填料前，检查后段原料管和前段原料管之间的密封性。

在第一段原料管的前端设置排气阀门，将后段原料管焊接到前段原料管后，将排气阀门关闭，在后段原料管的尾端注入惰性气体保持一定压力进行密封性检测。

作为本发明的优选方案，向每段原料管填充填料后，通入惰性气体将原料管内的填料压实。

在第一段原料管的前端设置排气阀门，在完成后段原料管道填料后，将排气阀门打开，在后段原料管的尾端注入惰性气体，采用高压惰性气体进行吹扫，将原料管内的填料进一步压实。

作为本发明的优选方案，每段原料管成型时，该段原料管的尾端留有一段未成型段。

在前段原料管的尾端留有一段未成形段，未成型段未缠绕在模具上，在将后段原料管的头端连接到所述未成型段时，连接更为方便。在最后一段原料管成型时，可不保留尾端的连接段。

作为本发明的优选方案，在每一段原料管成型后，将每一圈相邻的分离柱连接。

每一段原料管可以支撑若干圈分离柱，在每一段原料管成型后，将相邻的分离柱之间通过焊接的方式焊接到一起，保证螺旋状分离柱不易发生变形。

本发明还提供了一种实现上述方法的设备，该设备包括机床、螺旋胎具、管道夹持器；

所述机床连接所述螺旋胎具，并用于带动所述螺旋胎具旋转；

所述螺旋胎具与所述螺旋状分离柱匹配；所述螺旋胎具上设有固定装置，所述固定装置用于固定所述原料管的头端；

所述管道夹持器位于所述螺旋胎具的侧面，用于定位未成形的原料管。

所述机床是基础的设备，其他部件固定在机床上，实现各部件的功能。机床的结构为常规机床的结构，只要能满足螺旋胎具的直径和高度需求即可。螺旋胎具为圆柱形的模具，其尺寸根据螺旋状分离柱的尺寸设计。所述固定装置为沉孔，沉孔的直径与原料管的外径匹配。所述管道夹持器位于所述螺旋胎具的侧面，是指管道夹持器位于圆柱形的侧面。所述管道夹持器安装在机床上，保持原料管进入螺旋胎具的角度，避免管道的划伤，在原料管成型过程中，螺旋胎具和管道夹持器沿螺旋胎具的轴向相对移动。

作为本发明的优选方案，该设备还包括止回轮，所述止回轮位于所述螺旋胎具的侧面，用于限制加工成型的原料管回弹。通过设置止回轮，在螺旋胎具转动的同时，止回轮跟随转动，压迫成型的原料管，避免原料管回弹，使得整个螺旋状分离柱形状精度更高，在整个成型过程中分离柱均与螺旋胎具保持良好的贴合状态。

作为本发明的优选方案，所述螺旋胎具上设有螺旋沟槽，所述螺旋沟槽与所述螺旋状分离柱匹配。

原料管能够沿着沟槽成型，并且保证形状，使得螺旋形状更为均匀一致。

作为本发明的优选方案，所述止回轮上设有止回凹槽，所述止回凹槽与所述螺旋钩槽配合后，形成与所述原料管匹配的穿孔。

作为本发明的优选方案，所述螺旋胎具由多瓣模具拼接而成。

将螺旋胎具设置为多瓣模具拼接，在分离柱制作完成后，方便螺旋胎具的取出，完成脱模。

作为本发明的优选方案，所述螺旋胎具由圆柱筒沿轴向切割为若干块模具，所述若干块模具，所述若干块模具的两端分别连接圆形端头组装为中空的圆柱形。优选模具为三块。切割线的方向优选平行于圆柱筒的轴线。

通过上述设置，在分离柱制作完成后，将两个端口与若干块模具分离，从螺旋胎具内侧将各个模具取出，更易实现脱模操作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的螺旋状分离柱的制造方法，通过先在原料管内填充填料再成型的方式，实现了螺旋状分离柱满足填充密实度的要求。

2、本发明的螺旋状分离柱的制造方法，通过将若干段原料管依次连接、填料、成型的方式，实现了较长的分离柱的制造，并保证了最终填料状态良好。

3、本发明的螺旋状分离柱的制造方法，通过在每段原料管填充填料后，使用高压气体进行吹扫压实，使得原料管内的填料更为密实。

4、本发明的螺旋状分离柱的制造方法，通过在每一段原料管成型后，将每一圈相邻的分离柱连接。使已成型的部分连为一体，避免了螺旋状分离柱发生变形。

5、本发明的实现上述制造方法的设备，通过机床、螺旋胎具、管道夹持器和止回轮的合理设置，将原料管绕在螺旋胎具上，通过管道夹持器控制原料管和螺旋胎具的相对位置，通过止回轮压迫已成型的原料管，避免发生形变，更好的实现了上述制造方法。

6、本发明的实现上述制造方法的设备，通过在螺旋胎具和止回轮上设置与原料管匹配的沟槽和凹槽，使得螺旋形状更为均匀一致。

7、本发明的实现上述制造方法的设备，通过将螺旋胎具设置为多瓣模具拼接的形式，方便在螺旋状分离柱制作完成后，方便的完成脱模。

附图说明

图1是本发明的实现螺旋状分离柱制造方法的设备结构示意图。

图2是本发明的实现螺旋状分离柱制造方法的设备结构示意图。

图3是本发明实施例3中螺旋状分离柱成型后未脱模的示意图。

图标：100-机床；101-机床花盘；102-机床尾座；103-机床刀架；201-无缝钢管；202-焊点；1-螺旋胎具；11-螺旋沟槽；12-固定装置；2-管道夹持器；21-第一管道夹持器；22-第二管道夹持器；3-止回轮。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种螺旋状分离柱的制造方法，步骤如下，

先将第一根原料管的头端密封并固定在胎具上，然后在第一根原料管的尾端注入填料。

将第一根原料管绕在胎具上，成型为螺旋状；形成若干圈螺纹，将相邻的螺纹连接在一起。

将第二根原料管的头端连接到第一根原料管尾端，形成连通的管道。检查连接点的气密性。符合气密性要求后，向第二根原料管尾端灌入填料，用高压氮气将管内填料压实。将第二根原料管绕在胎具上，成型为螺旋状；形成若干圈螺纹，将相邻的螺纹连接在一起。

按此方法，将第三根至第N根原料管，依次连接，注入填料，成型。最后取下胎具，得到螺旋状分离柱。

每段原料管成型时，该段原料管的尾端留有一段未成型的连接段。在前段原料管的尾端留有一段未成形的连接段，方便与后段原料管连接。在最后一段原料管成型时，可不保留尾端的连接段。

实施例2

本发明提供了一种实现上述方法的设备，如图1-2所示，该设备包括机床100、螺旋胎具1、管道夹持器2；所述机床100包括机床花盘101，机床尾座102，机床刀架103。用于带动所述螺旋胎具1旋转；所述螺旋胎具1通过机床花盘101和机床尾座102固定在机床上，所述螺旋胎具1与所述螺旋状分离柱匹配；所述螺旋胎1具上设有螺旋沟槽11，所述螺旋沟槽11与所述螺旋状分离柱匹配。所述螺旋胎具1上设有固定装置12，所述固定装置12用于固定所述原料管的头端；所述管道夹持器2包括第一管道夹持器21和第二管道夹持器22。所述第一管道夹持器21固定在机床刀架103上，位于所述螺旋胎具的侧面；所述第二管道夹持器22固定在机床的刀架103上，位于所述螺旋胎具的底面，管道夹持器2用于定位未成形的原料管。

该设备还包括止回轮3，所述止回轮3位于所述螺旋胎具1的与第一管道夹持器21相对的另一侧面，用于限制加工成型的原料管回弹。所述止回轮3上设有止回凹槽，所述止回凹槽与所述螺旋沟槽11配合后，形成与所述原料管匹配的穿孔。

通过设置止回轮3，在螺旋胎具1转动的同时，止回轮3跟随转动，压迫成型的原料管，避免原料管回弹，使得整个螺旋状分离柱形状精度更高，在整个成型过程中分离柱均与螺旋胎具1保持良好的贴合状态。

所述螺旋胎具1由圆柱筒沿轴向切割为三块模具，所述三块模具的两端分别连接圆形端头后组装为中空的圆柱形。在分离柱制作完成后，将两个端口与若干块模具分离，从螺旋胎具内侧将各个模具取出，更易实现脱模操作。

实施例3

本实施例使用实施例2中的设备实现一种螺旋状分离柱的制造方法。原料管为无缝不锈钢管。

第一根原料管通过沉孔固定在螺旋胎具1上，在固定完成后开始向第一根原料管中灌满填料，填满后通过封头将入口处封闭，防止填料洒落。

通过机床100转动，带动螺旋胎具1转动，第一根原料管绕在螺旋胎具上，完成第一根原料管的绕制，在尾端留出一定长度，方便与下一根原料管的焊接。在与下一根原料管进行焊接后，通过高压惰性气体进行检漏，于此同时，高压气体可以进一步压实管道内的填料。重复以上步骤直至完成整个分离柱的制作。在分离柱绕制过程中，为了保证在高度方向上的均匀性，在每一根原料管完成绕制后都将每一圈分离柱进行焊接，如图3所示，无缝钢管201在螺旋胎具上成型的部分中，相邻的螺纹间通过焊点202焊接在一起，以此保证在脱模后螺旋状分离柱不会发生变形。

为了便于脱模，螺旋胎具为中空的管状，在加工完成后，沿平行于螺旋胎具轴线的方向，通过线切割的方式切割成为三瓣模具，在绕制时，将三瓣模具进行拼接，并通过模具两端的端头进行形状的固定。在绕制完成后，释放模具端头的固定，将模具向螺旋形的内部释放，可以方便的实现模具的脱离和重复利用。

分离柱制造完毕后核对其填充量和体积关系，与填料的散装密度相符。分离柱脱模后还需要进行检漏，氦检结果优于5×10^-9Pa·m³/s，，表明了利用该方式制造的分离柱可以满足分离柱的形状精度，填充均匀性以及漏率指标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种螺旋状分离柱的制造方法，其特征在于，先在原料管内填充填料，再将原料管成型为螺旋状，所述原料管由若干段原料管头尾依次连接而成；先将前段原料管填充填料，成型为螺旋状，再将后段原料管连接前段原料管，然后将后段原料管填充填料，并成型为螺旋状；依序将若干根原料管依次连接、填料、成型，得到螺旋状分离柱；

用于制造所述螺旋状分离柱的设备包括机床(100)、螺旋胎具(1)、管道夹持器(2)；

所述机床(100)连接所述螺旋胎具(1)，并用于带动所述螺旋胎具(1)旋转；

所述螺旋胎具(1)与所述螺旋状分离柱匹配；所述螺旋胎具(1)上设有固定装置(12)，所述固定装置(12)用于固定所述原料管的头端；

所述管道夹持器(2)位于所述螺旋胎具的侧面，用于定位未成型的原料管。

2.根据权利要求1所述的螺旋状分离柱的制造方法，其特征在于，在向后段原料管内填充填料前，检查后段原料管和前段原料管之间的密封性。

3.根据权利要求1所述的螺旋状分离柱的制造方法，其特征在于，向每段原料管填充填料后，通入惰性气体将原料管内的填料压实。

4.根据权利要求1所述的螺旋状分离柱的制造方法，其特征在于，每段原料管成型时，该段原料管的尾端留一段未成形段。

5.根据权利要求1所述的螺旋状分离柱的制造方法，其特征在于，在每一段原料管成型后，将每一圈相邻的分离柱连接。

6.根据权利要求1所述的螺旋状分离柱的制造方法，其特征在于，还包括止回轮(3)，所述止回轮(3)位于所述螺旋胎具的侧面，用于限制加工成型的原料管回弹。

7.根据权利要求1所述的螺旋状分离柱的制造方法，其特征在于，所述螺旋胎具(1)上设有螺旋沟槽(11)，所述螺旋沟槽(11)与所述螺旋状分离柱匹配。

8.根据权利要求1所述的螺旋状分离柱的制造方法，其特征在于，所述螺旋胎具(1)由多瓣模具拼接而成。

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