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一種驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置。本裝置包括圓柱形的筒體，筒體的兩端設置為以下兩種方式：筒體的一端通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，球殼的凹面設置為朝向筒體外側，筒體的另一端焊接連接一個凸面向外的球形封頭，所述筒體、球殼以及球形封頭共同圍成一個封閉的內腔；或者，筒體的兩端均通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個球殼分別為第一球殼和第二球殼，第一球殼和第二球殼的凹面均設置為朝向筒體外側，筒體、第一球殼以及第二球殼共同圍成一個封閉的內腔。本發明具有結構簡單、經濟實用、測量準確等特點，可以用于驗證外壓球形容器的臨界載荷，為外壓球形容器的設計提供參考。
【專利說明】一種驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置。

【背景技術】
[0002] 近年來，多行業為開展模擬太空、真空環境條件下的各類防熱試驗和空氣動力學 試驗，需建造大量承受外壓載荷的大型容器。其中，與圓柱形容器相比，球形容器因具有試 驗精度高、連貫性好、占地面積小、節省材料等優點，是大型外壓容器的常用選擇方案。
[0003] 工程上，為保證大型外壓球形容器的強度和穩定性，通常會在球殼表面設置不同 型式不同疏密的第二加強筋。然而，當前容器設計標準GB 150-2011《壓力容器》中僅給出 表面光滑（不設第二加強筋）的球殼計算公式，并未涉及表面帶第二加強筋的球殼的外壓 設計。對于表面帶第二加強筋的球形容器，為確定其臨界外壓載荷，一般采用的理論分析方 法有兩種，分別是線性的特征值屈曲分析（特征小撓度解）和非線性有限元分析，其得到的 臨界載荷結果差異較大，仍需通過實物試驗進行驗證。
[0004] 中國專利文獻CN 102426142 A公開了一種"管材外壓變形的力學實驗系統裝置及 實驗方法"，裝置的儲液罐與安全閥連接，安全閥與壓縮機、加壓閥連接，儲液罐與泄壓閥、 過濾器連接，加壓閥與壓縮機連接，泄壓閥、加壓閥與高壓倉連接，高壓倉體內腔置有試樣 管材，兩端連接端蓋，端蓋通過密封壓環、密封圈、密封圈支環與高壓倉體連接。實驗步驟： 關閉泄壓閥及打開加壓閥，向儲液罐加入液體，打開排氣口，關閉排液管，電動機帶動壓縮 機工作，液體由儲液罐被壓入高壓倉體中，繼續增壓，觀察數據記錄器，當壓力接近管材屈 服變形時，降低增壓速度，當壓力突然下降時即為管材失穩破壞應力。
[0005] 中國專利文獻CN 102564859 A公開了一種"外壓容器失穩試驗裝置"，它包括：筒 體、試驗架、法蘭、法蘭蓋、壓蓋、排氣閥、安全閥、數字顯示壓力表、計算機、壓力源、緩沖罐 排水閥、筒體排水閥、緩沖罐和壓力傳感器；工作時，向筒體內加壓，可測出待測容器僅在周 向均布外壓作用下或者在周向外壓及軸向載荷聯合作用下的失穩試驗數據。
[0006] 上述已申請公開的發明專利均針對承受外壓的圓柱形容器或圓柱形管材，并未涉 及球形容器的外壓臨界載荷確定。若對球形容器整體進行外壓試驗，則人力、材料耗費巨 大，不滿足經濟性要求。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種結構簡單、經濟實用、測量 準確的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置。
[0008] 為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：
[0009] -種驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，本裝置包括圓柱形的筒體，筒體上分別 設置有進液口和排液口；所述筒體的兩端設置為以下兩種方式：
[0010] 筒體的一端通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，所述球殼的凹面 設置為朝向筒體外側，筒體的另一端焊接連接一個凸面向外的球形封頭，所述筒體、球殼以 及球形封頭共同圍成一個封閉的內腔；
[0011] 或者，筒體的兩端均通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個球 殼分別為第一球殼和第二球殼，第一球殼和第二球殼的凹面均設置為朝向筒體外側，所述 筒體、第一球殼以及第二球殼共同圍成一個封閉的內腔。
[0012] 同時，本發明還可以通過以下技術措施得以進一步實現：
[0013] 優選的，所述球殼與筒體之間采用全焊透結構。
[0014] 優選的，所述球殼的凸面一側在靠近所述筒體的連接處設有第一加強筋，所述第 一加強筋呈圓環狀，且圓環狀的第一加強筋與所述球殼同心設置。
[0015] 優選的，本裝置還包括一個凸面朝向筒體內側的球形堵頭，所述堵頭用于筒體兩 端均焊接有球殼的加壓試驗中，當兩個球殼中的一個先到達失穩后，所述堵頭封焊在筒體 的失穩球殼的一端以使得加壓試驗進一步進行。
[0016] 優選的，圓環狀的第一加強筋所包圍的區域即為球殼測試區域；所述球殼測試區 域中設有環狀或條狀的第二加強筋。
[0017] 優選的，圓環狀的第一加強筋所包圍的區域即為球殼測試區域；所述第一球殼的 球殼測試區域為光面狀，第二球殼的球殼測試區域中設有環狀或條狀的第二加強筋。
[0018] 進一步的，環狀的所述第二加強筋與所述第一加強筋同心設置。
[0019] 進一步的，所述第一加強筋或第二加強筋的橫截面為"T"字形或"工"字形。
[0020] 進一步的，所述第一球殼和第二球殼的厚度相異。
[0021] 本發明的原理和有益效果如下：
[0022] 1)、本發明中的裝置僅包括圓柱形筒體和試驗用外壓球形容器的球殼，且球殼設 置為凸面朝向筒體內側，則在進行液體加壓試驗時，液壓作用于球殼凸面，形成外壓工況條 件。因此采用本裝置無需對整個球形容器進行試驗，整體結構簡單，能大幅節約材料，經濟 效果顯著。
[0023] 2)、試驗用所述球殼的凹面向外、凸面向內，且所述球殼在其凸面一側與圓柱形筒 體的連接處設有圓環狀的第一加強筋，則在進液加壓時，第一加強筋能有效地消除球殼與 筒體連接部位的邊緣應力的影響，保證了試驗用所述球殼的所受載荷條件與實際外壓工況 相近似；同時還能避免在加壓試驗過程中，因為焊接部位幾何不連續處的局部應力過大而 提前發生失效，從而不能有效測出試驗用球殼的臨界載荷。本裝置中的結構方式使得臨界 載荷的測量結果準確可靠。
[0024] 3)、本裝置可以在圓柱形筒體的兩端通過焊接連接兩個試驗用外壓球形容器的球 殼作為端部，其包括但不限于幾種結構：
[0025] a、第一球殼和第二球殼的厚度不同，二者的凸面均為表面不設第二加強筋的光滑 球殼；
[0026] b、第一球殼和第二球殼的厚度相同，第一球殼的凸面不設第二加強筋，第二球殼 的凸面設有第二加強筋；
[0027] c、第一球殼和第二球殼的厚度不同，第一球殼的凸面不設第二加強筋，第二球殼 的凸面設有第二加強筋；
[0028] d、第一球殼和第二球殼的厚度相同，第一球殼的凸面設有環狀第二加強筋，第二 球殼的凸面設有條狀第二加強筋；
[0029] e、第一球殼和第二球殼的厚度不同，第一球殼的凸面設有環狀第二加強筋，第二 球殼的凸面設有條狀第二加強筋。
[0030] 因此，本裝置可以通過一次試驗就分別測得兩個凸面結構不同的試驗用所述球殼 的臨界外壓載荷，試驗過程簡潔、高效。
[0031] 4)、本裝置中，所述球殼與筒體之間的焊接采用全焊透結構，這種全焊透的焊接方 式可有效保證圓柱形筒體與球殼的連接強度，并能夠防止試驗時液體滲漏的現象發生。
[0032] 5)、本裝置中的第二加強筋的橫截面包括但不限于"T"字形以及"工"字形，也即 本裝置可以針對多種第二加強筋分別進行進液加壓試驗，因此本裝置可以用于綜合比較不 同表面結構的試驗用所述球殼的抗外壓失穩能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1為筒體一端設有球殼、另一端設有球形封頭的結構示意圖。
[0034] 圖2為圖1的A-A剖面結構示意圖。
[0035] 圖3為圖1中球殼凸面僅設有第一加強筋的結構示意圖。
[0036] 圖4為圖1中球殼凸面設有第一加強筋和第二加強筋的結構不意圖。
[0037] 圖5為筒體兩端分別設有不同厚度的試驗用所述球殼的結構示意圖。
[0038] 圖6為圖5的A-A剖面結構示意圖。
[0039] 圖7為圖5的B-B剖面結構示意圖。
[0040] 圖8為圖5的C部放大圖。
[0041] 圖9為筒體兩端分別設有不同厚度的試驗用所述球殼，其中一個球殼上僅設有第 一加強筋，另一個球殼上設有第一加強筋和第二加強筋的結構不意圖。
[0042] 圖10為圖9的A-A剖面結構示意圖。
[0043] 圖11為圖9的B-B剖面結構示意圖。
[0044] 圖12為筒體兩端分別設有不同厚度的試驗用所述球殼，兩個球殼上均設有第一 加強筋和第二加強筋的結構示意圖。
[0045] 圖13為圖12的A-A剖面結構示意圖。
[0046] 圖14為圖12的B-B剖面結構示意圖。
[0047] 圖15為堵頭的結構示意圖。
[0048] 圖16為兩端均設有球殼的筒體在一端球殼失穩后加設球形堵頭的結構示意圖。
[0049] 圖中的附圖標記的含義如下：
[0050] 10-筒體11 一排液口 12-進液口 13-封頭
[0051] 20一球殼測試區域21-第一球殼22-第二球殼
[0052] 30-第一加強筋30A-第一加強筋I 30B-第一加強筋II
[0053] 40一第二加強筋41 一環狀第二加強筋42-條狀第二加強筋
[0054] 50-堵頭

【具體實施方式】
[0055] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述。
[0056] 實施例1
[0057] 參見圖1，本實施例中的裝置結構為：筒體10的一端設有第一球殼21，另一端設有 球形封頭13,第一球殼21的凸面上設有環狀的第一加強筋30,如圖3所示，第一加強筋30 所包圍的區域即為球殼測試區域20。
[0058] 球殼測試區域20可以設置為如圖3所示的光滑的球面狀。
[0059] 球殼測試區域20中也可以設置有條狀的第二加強筋40,如圖4所示，所述條狀的 第二加強筋40設置有3條。
[0060] 實施例2
[0061] 如圖5?7所示，本實施例中的裝置結構為：筒體10的一端設有第一球殼21，另 一端設有第二球殼22 ;第一球殼21和第二球殼22的厚度不同；第一球殼21的凸面上設有 環狀的第一加強筋I 30A，第二球殼22的凸面上設有環狀的第一加強筋II 30B。
[0062] 如圖8所示，第一球殼21與筒體10之間采用全焊透結構。
[0063] 實施例3
[0064] 如圖9?11所示，本實施例中的裝置結構為：筒體10的一端設有第一球殼21，另 一端設有第二球殼22 ;第一球殼21和第二球殼22的厚度不同；第一球殼21的凸面上設有 環狀的第一加強筋I 30A，第二球殼22的凸面上設有環狀的第一加強筋II 30B，且第一加強 筋II 30B圍成的球殼測試區域20中設有3道條狀分布的第二加強筋40。
[0065] 實施例4
[0066] 如圖12?14所示，本實施例中的裝置結構為：筒體10的一端設有第一球殼21， 另一端設有第二球殼22 ;第一球殼21和第二球殼22的厚度不同；第一球殼21的凸面上設 有環狀的第一加強筋I 30A，第二球殼22的凸面上設有環狀的第一加強筋II 30B ;第一加強 筋I 30A圍成的球殼測試區域20中設有2個同心的環狀第二加強筋41，第一加強筋II 30B 圍成的球殼測試區域20中設有3道條狀第二加強筋42。
[0067] 在實施例2?4中，在本裝置進行進液加壓試驗時，當第一球殼21和第二球殼22 中的一個先到達失穩后，可以使用球形堵頭50封焊在筒體10的失穩球殼的一端以使得加 壓試驗進一步進行，球形堵頭50如圖15所示。
[0068] 如圖16所示，隨著進液壓力的提升，假定第一球殼21先失穩，此時立刻暫停試驗， 則此時筒體10內的液體壓力即為第一球殼21的臨界失穩外壓。然后，在圓柱形筒體10的 失穩端采用全焊透結構焊接上配套堵頭32,并使堵頭32的凸面朝向第一球殼21的凹面一 偵牝用以抵住并固定已經發生失效的第一球殼21，使其可繼續承壓；再繼續加壓試驗，直至 圓柱形筒體10另一端的第二球殼22也發生失穩，則此時圓筒內的液體壓力即為另一端第 二球殼22所對應的臨界外壓載荷。
【權利要求】
1. 一種驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：本裝置包括圓柱形的筒體 (10)，筒體（10)上分別設置有進液口（12)和排液口（11);所述筒體（10)的兩端設置為以 下兩種方式： 筒體（10)的一端通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，所述球殼的凹 面設置為朝向筒體（10)外側，筒體（10)的另一端焊接連接一個凸面向外的球形封頭（13)， 所述筒體（10)、球殼以及球形封頭（13)共同圍成一個封閉的內腔； 或者，筒體（10)的兩端均通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個球 殼分別為第一球殼（21)和第二球殼（22)，第一球殼（21)和第二球殼（22)的凹面均設置為 朝向筒體（10)外側，所述筒體（10)、第一球殼（21)以及第二球殼（22)共同圍成一個封閉 的內腔。
2. 根據權利要求1所述的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：所述球殼 與筒體（10)之間采用全焊透結構。
3. 根據權利要求1所述的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：所述球殼 的凸面一側在靠近所述筒體（10)的連接處設有第一加強筋（30)，所述第一加強筋（30)呈 圓環狀，且圓環狀的第一加強筋（30)與所述球殼同心設置。
4. 根據權利要求1所述的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：本裝置還 包括一個凸面朝向筒體內側的球形堵頭（50)，所述堵頭（50)用于筒體（10)兩端均焊接有 球殼的加壓試驗中，當兩個球殼中的一個先到達失穩后，所述堵頭（50)封焊在筒體（10)的 失穩球殼的一端以使得加壓試驗進一步進行。
5. 根據權利要求3所述的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：圓環狀的 第一加強筋（30)所包圍的區域即為球殼測試區域；所述球殼測試區域中設有環狀或條狀 的第二加強筋（40)。
6. 根據權利要求3所述的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：圓環狀的 第一加強筋（30)所包圍的區域即為球殼測試區域；所述第一球殼（21)的球殼測試區域為 光面狀，第二球殼（22)的球殼測試區域中設有環狀或條狀的第二加強筋（40)。
7. 根據權利要求5或6所述的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：環狀 的所述第二加強筋（40)與所述第一加強筋（30)同心設置。
8. 根據權利要求3或5或6所述的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于： 所述第一加強筋（30)或第二加強筋（40)的橫截面為"T"字形或"工"字形。
9. 根據權利要求1?6任一項所述的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于： 所述第一球殼（21)和第二球殼（22)的厚度相異。
【文檔編號】G01N3/12GK104215514SQ201410401261
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】陳永東, 江慧豐, 李永泰, 吳曉紅, 郭春光, 周兵, 劉孝根 申請人:合肥通用機械研究院