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CN112145683A - 一种新型压力容器装置 - Google Patents

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CN112145683A
CN112145683A CN202011025758.2A CN202011025758A CN112145683A CN 112145683 A CN112145683 A CN 112145683A CN 202011025758 A CN202011025758 A CN 202011025758A CN 112145683 A CN112145683 A CN 112145683A
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CN
China
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pressure vessel
thin
pressure container
vessel device
novel pressure
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CN202011025758.2A
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English (en)
Inventor
滕来
金仲和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
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Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J12/00—Pressure vessels in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
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    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
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    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种新型压力容器装置，属于化工、石油、机械、动力、冶金、核能、航空、航天、海洋压力容器设备技术领域。包括：壁面，若干壁面形成封闭的薄壁多边形；支撑件，为柱状结构，设置在所述薄壁多边形内，其端部与壁面相连；固定孔，设置在所述薄壁多边形外，用于安装固定压力容器。根据所需压力容器的安装包络的最大值确定新型压力容器的尺寸，选取柱状结构的支撑件的截面与连接面的面积比，设置柱状支撑件在各方向的数量。提升了体积利用率，减轻了因内部携带液体带来的晃动，提高了压力容器的安全性。

Description

一种新型压力容器装置
技术领域
本发明涉及化工、石油、机械、动力、冶金、核能、航空、航天、海洋压力容器设备技术领域，具体地说，涉及一种新型压力容器装置。
背景技术
压力容器广泛应用于化工、石油、航空航天等领域，主要用存储液体、气体及他们的高压状态，但如何在有限的空间内提升压力容器装置的耐压能力、填装能力和防止内部介质的晃动，一直是研究压力容器装置专家学者非常关心的问题。
如申请公布号为CN 101953044 A的专利文献公开的一种力容器装置，包括一个第一和一个第二压力容器。两压力容器在互相面对的端部上分别配备一个法兰。两压力容器借助一个长度可变段连接。长度可变段被稳定件跨接。稳定件有至少一个围绕长度可变段的环形机架。机架与法兰之一角度固定地连接。
现有的压力容器一般为椭圆形或者球形，这样做的目的是增大压力容器装置的抗压能力，但带来的问题是占用的空间包络会增大，空间利用率会下降，同时无法阻止内部推进剂的晃动。针对这些缺点，需要研发一款能够增大压力容器空间利用率，同时又能防止内部介质晃动的新型压力容器装置，来弥补以往压力容器装置的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型压力容器装置，其形状可以根据耐压要求设计，内部增加特殊强化结构，提高了压力容器耐压强度。
为了实现上述目的，本发明提供的新型压力容器装置包括：
壁面，若干壁面形成封闭的薄壁多边形；
支撑件，为柱状结构，设置在所述薄壁多边形内，其端部与壁面相连；
固定孔，设置在所述薄壁多边形外，用于安装固定压力容器。
上述技术方案中，根据所需压力容器的安装包络的最大值确定新型压力容器的尺寸，选取柱状结构的支撑件的截面与连接面的面积比，设置柱状支撑件在各方向的数量。提升了体积利用率，减轻了因内部携带液体带来的晃动，提高了压力容器的安全性。
为了加强支撑件的结构稳定性，可选地，在一个实施例中，所述的支撑件在三个方向上连接且对称分布。
为了进一步加强稳定性，可选地，在一个实施例中，三个方向上的支撑件相互连接呈立体网状布置。
可选地，在一个实施例中，所述的薄壁多边形的壁面厚度一致。
为了使连接处更加稳固，可选地，在一个实施例中，所述的支撑件与所述的壁面之间设有倒角。
可选地，在一个实施例中，所述的柱状结构的支撑件的截面为圆形、方形或多边形。可根据需要选择支撑件的截面形状。
可选地，在一个实施例中，所述的支撑件的截面面积与其对应连接的壁面的面积比为1:107～1:150。
可选地，在一个实施例中，利用3D金属打印方法加工整个压力容器。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
通过本发明用于耐压的新型压力容器，改变了传统的压力容器的形状，可以在整体包络尺寸不变的情况下，通过增加内部强化结构，减薄压力容器的壁厚，利用了原有压力容器不能使用的体积，提高了压力容器耐压强度，提升了体积利用率，减轻了因内部携带液体带来的晃动，提高了压力容器的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例1中新型压力容器装置的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明实施例中支撑件与薄壁面的连接示意图；
图4为本发明实施例2中新型压力容器装置的结构示意图；
图5为图4的侧视图；
图6为本发明实施例2中新型压力容器装置的支撑件的结构示意图；
图7为现有技术中无支撑件的容器的结构示意图；
图8为图7的侧视图；
图9为无支撑件的容器的强度仿真应力云图；
图10为实施例1中新型压力容器装置的强度仿真应力云图；
图11为实施例2中新型压力容器装置的强度仿真应力云图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例1
参见图1至图3，本实施例的新型压力容器装置包括若干个柱状结构的支撑件100、六个薄壁面200、和若干个安装固定孔300。
支撑件100的两端与薄壁面200连接，且在连接处设有倒角101。六个薄壁面200相连形成密闭的薄壁方形，从三个方向上纵横交错的支撑件100连接在薄壁方形内部。通过安装固定孔300将压力容器固定在需要使用的设备上。
支撑件的截面面积与其对应连接的壁面的面积比为1:107～1:150。根据所需压力容器的安装包络的最大值确定新型压力容器的尺寸，内部支撑件的截面形状选用圆形、方形或者多边形，选取柱状支撑结构的截面与连接面的面积比，设置柱状支撑结构在三个方向的数量。本实施例中支撑件100为圆形。利用3D金属打印方法加工整个压力容器。
实施例2
参见图4至图6，本实施例除了内部的支撑件100的界面形状是方形以外，其余结构与实施例1相同。此处不再赘述。
一、体积利用率计算：
1.参见图7和图8无支撑件的容器外包络体积为V当＝130x112x66＝960960mm3，内部空余体积V实＝607565mm3，体积利用率为V实/V当＝61.26％；
2.实施例1外包络体积为V当＝130x112x66＝960960mm3，内部空余体积V1＝930735mm3，内部占用体积V2＝114732mm3，体积利用率为(V1-V2)/V当＝84.92％，体积利用率提升23.65％；
3.实施例2外包络体积为V当＝130x112x66＝960960mm3，内部空余体积V1＝930735mm3，内部占用体积V3＝117836mm3，体积利用率为(V1-V3)/V当＝84.59％，体积利用率提升23.33％。
二、强度仿真分析：
各取压力容器的1/8进行仿真分析，都选用强度为1000MP的钛合金材料，往压力容器内部施加10MPa的压强，可以得到各压力容器的应力云图如图9、图10、图11所示，应力分别为972MPa、496MPa和580MPa，说明实施例1和实施例2的新型压力容器强度更高。

Claims (8)

1.一种新型压力容器装置，其特征在于，包括：
壁面，若干壁面形成封闭的薄壁多边形；
支撑件，为柱状结构，设置在所述薄壁多边形内，其端部与壁面相连；
固定孔，设置在所述薄壁多边形外，用于安装固定压力容器。
2.根据权利要求1所述的新型压力容器装置，其特征在于，所述的支撑件在三个方向上连接且对称分布。
3.根据权利要求2所述的新型压力容器装置，其特征在于，三个方向上的支撑件相互连接呈立体网状布置。
4.根据权利要求1所述的新型压力容器装置，其特征在于，所述的薄壁多边形的壁面厚度一致。
5.根据权利要求1所述的新型压力容器装置，其特征在于，所述的支撑件与所述的壁面之间设有倒角。
6.根据权利要求1所述的新型压力容器装置，其特征在于，所述的柱状结构的支撑件的截面为圆形、方形或多边形。
7.根据权利要求6所述的新型压力容器装置，其特征在于，所述的支撑件的截面面积与其对应连接的壁面的面积比为1:107～1:150。
8.根据权利要求1所述的新型压力容器装置，其特征在于，利用3D金属打印方法加工整个压力容器。
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