专利名称：一种直压式极端压力高静压设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直压式极端压力高静压设备，特别是涉及一种用于食品杀菌 和实验研究的极端高静压设备。
背景技术：
极端压力高静压设备的压力一般都超过lOOOMPa。极端压力对超高压设备的整体 性能要求非常高，由于材料和工艺技术的限制，现在国内外还没有压力超过1500MPa的小 型极端超高压实验设备。目前超高设备主要有分体式和一体直压式。分体式又包括微型手 动式、无框架螺纹式、框架直推式等。分体式设备是指设备开启、增压和加压由三个不同零 件部分完成，即堵头、增压器、承压容器；一体直压式运行过程由一个部件一次完成，加压速 度快，设备结构简单，运行稳定。分体式的优点在于设备容积较大，但由于其管路和接头过 多，使其故障机率增大，寿命短，且在极端压力下设备的稳定性大幅降低。与一体直压式比 较，分体式制造成本较高，耗能较大；极端超高压设备对容器体的耐压能力要求也很高。目 前，整体锻造是厚壁容器中最为常见的形式，但其使用范围的局限性较大。载压状态下，容 器体内壁所产生的应力很大且分布不均勻，而外壁应力很低。容器内壁在较高压力下有可 能发生屈服或者塑性流动。此外厚壁筒体在非弹性范围内工作，会使容器的寿命大大降低， 更易发生疲劳破坏。采用高强度材料来制造容器壁增加了设备成本，过厚的容器壁也给冶 炼、制造、加工带来了难度；中小型极端超高压设备，特别是实验机，采用一体化直接加压方 式和三层热套容器体是比较理想的选择，这样可以提高设备稳定性和使用寿命，同时易于 操作。密封装置是高压容器制作过程中的核心技术，现在的密封多是采用三角垫，0形圈、 平垫为主的密封组合，这种组合可以满足700MPa时的密封要求，但是压力超过IOOOMPa时， 仍然不理想。目前，将温控系统接入超高压容器工艺复杂，对温度传感器要求较高，因此大 部分的超高压设备都无法实现温度实时监控。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有整体铸造筒体的缺点和不足，提供一种直压式极 端压力高静压设备，其用于解决普通超高压设备难以超过700MPa，传统整体铸造超高压容 器的容器壁过厚，应力不均，耐压能力不强，容易发生疲劳破坏，成本高等问题。为了达到本实用新型的目的采用的技术方案包括容器底座1，安装在容器底座1 上的高压容器体2和起固定支撑作用的承压框架11，其特征在于，在承压框架11的上部安 装有液控系统，该液控系统带有可上下移动的柱塞杆8，在柱塞杆8下部固定有与高压容器 体2的容器腔3对准的堵头4。上述的直压式极端压力高静压设备中，所述的液控系统包括由柱塞杆8隔开的低 压油缸I部6和低压油缸II部9。上述的直压式极端压力高静压设备中，所述的高压容器体2由带有预应力的三层 热套构成。
3[0007]上述的直压式极端压力高静压设备中，在所述的堵头4上固定有轴孔两用密封装置。上述的直压式极端压力高静压设备中，所述的柱塞杆8上端和低压油缸I部6和 低压油缸II部9的直径都为270mm，堵头4的直径为30mm。本实用新型具有如下优点1、设备零部件较少，结构简单，运行稳定；2、独特的三层热套设计，使容器体应力分布比较均勻，容器体的耐压性能高，设备
安全可靠；3、直接加压，升压速度快；4、工作压力最高可达2000MPa ；5、可以实现容器温度实时监控。
图1为本直压式极端压力高静压设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型进行进一步说明。如图1所示，本实用新型主要由容器底座1、安装在容器底座1上的高压容器体2、 容器腔3、堵头4、联动杆5、低压油缸I部6、顶部支架7、柱塞杆8、低压油缸II部9、油缸进 油口 10、承压框架11、压力传感器12和温控系统13等组成。设备的液控系统包括低压油缸I部6、柱塞杆8、低压油缸II部9、油缸进油口 10。 设备采用低压液压驱动，直接将容器腔3中的传压介质压缩。设备设计时参照材料力学中 材料承受的压力与表面积成正比的原理，并进行合理计算。柱塞杆8上端和低压油缸I部6 和II部9的直径都为270mm，堵头4的直径为30mm，两者的面积比为81 1，因此载压状态 下低压油缸I部6与堵头4压力比也为1 81。即当低压端压力上升至30MPa时，超高压 容器腔中传压介质压力的理论值可达2430MPa。三层热套的高压容器体2，是由三个同心圆 的圆筒加热后缩套在一起形成的。具体制作过程是首先在加热炉加热外筒到400度左右， 紧接着将内层筒套入膨胀后的外筒，通过自然冷却，外筒收缩，内外筒紧密结合。外筒对内 筒有一定的预应力，可以抵消部分加压时容器的压力。完成内部两层热套后的双层容器体， 再依据上面方法继续在其外层热套第三层容器壁。在堵头4上固定有新型轴孔两用密封装 置。该新型轴孔两用密封装置由金属三角垫、合金调整垫、聚四氟乙烯调整垫、U型轴孔两 用密封圈、聚四氟乙烯压冒组成。该密封装置直接套在堵头上，依次为金属三角垫、合金调 整垫、聚四氟乙烯调整垫，U型轴孔两用密封圈，最外层由聚四氟乙烯压冒将密封装置固定 住。其中，合金三角垫是一个截面积为三角形的圆形金属圈，加压后发生形变，能紧密的贴 在堵头和容器壁间，达到密封效果。该密封装置密封性能好，使用寿命长。新型轴孔两用密 封可以在压力小于IOOMPa时发挥密封效果，当压力继续上升时，合金三角垫发生形变，开 始紧贴高压容器体2和堵头4，达到密封效果。本设备的设计压力为2500MPa，同时为确保 设备运行安全和延长寿命，容器通过极端超高压压力传感器实施监控压力，将工作压力限 制在0 2000MPa内，保证设备运行安全。此外温控系统13选取美国OMEGAK型热电偶温度传感器，从容器一端堵头的中部接入容器腔，可以实时精确测量容器中的温度。此外设备 水箱和高压容器体安装有自动加温装置。下面通过本设备的工作过程进一步描述本实用新型。如图1所示，当低压油缸I部6开始增压时，柱塞杆受压力挤压开始下移，同时低 压油缸II部9中的油通过进油口 10排出。柱塞杆8和堵头4连为一体，同时向下移动。堵 头4和容器腔3是精确对准的。随着低压油缸6压力的不断增加，堵头4深入高压容器体 2，并且开始压缩容器腔3中的传压介质。柱塞杆8顶端和堵头4末端的直径分别为270mm 和30mm，设备运行时两者的压力比相应为81 1。由于低压油缸的压力可以达到30MPa， 因此设备的理论压力值可以达到2430MPa。考虑到高压容器的密封效果和使用寿命，当高 压容器压力达到2000MPa时，底部的高压传感器会自动停止油泵，从而停止加压。保压结束 后，低压油缸I部6停止加压，油泵将油从进油口 10打入低压油缸II部9，从而带动柱塞杆 8和堵头4上移，堵头4最终离开高压容器口部。取出物料，至此一个循环完成。本实用新型所述直压式极端压力高静压设备可用于食品杀菌和各种极端压力实 验。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改 进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种直压式极端压力高静压设备，包括容器底座(1)，安装在容器底座(1)上的高压容器体(2)和起固定支撑作用的承压框架(11)，其特征在于，在承压框架(11)的上部安装有液控系统，该液控系统带有可上下移动的柱塞杆(8)，在柱塞杆(8)下部固定有与高压容器体(2)的容器腔(3)对准的堵头(4)。
2.根据权利要求1所述的直压式极端压力高静压设备，其特征在于，所述的液控系统 包括由柱塞杆(8)隔开的低压油缸I部(6)和低压油缸II部(9)。
3.根据权利要求1或2所述的直压式极端压力高静压设备，其特征在于，所述的高压容 器体(2)由带有预应力的三层热套构成。
4.根据权利要求1所述的直压式极端压力高静压设备，其特征在于，在所述的堵头(4) 上固定有轴孔两用密封装置。
5.根据权利要求3所述的直压式极端压力高静压设备，其特征在于，所述的柱塞杆(8) 上端和低压油缸I部(6)和低压油缸II部(9)的直径都为270mm，堵头(4)的直径为30mm。
专利摘要本实用新型公开了一种直压式极端压力高静压设备，可用于食品杀菌和各种极端压力实验。技术方案包括容器底座(1)，安装在容器底座(1)上的高压容器体(2)和起固定支撑作用的承压框架(11)，其特征在于，在承压框架(11)的上部安装有液控系统，该液控系统带有可上下移动的柱塞杆(8)，在柱塞杆(8)下部固定有与高压容器体(2)的容器腔(3)对准的堵头(4)。本实用新型具有结构简单，运行稳定，容器体应力分布均匀，耐压性能高，安全可靠，升压速度快，工作压力最高可达2000MPa，可以实现容器温度实时监控等优点。
文档编号A23L3/00GK201714965SQ20102016989
公开日2011年1月19日 申请日期2010年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者廖小军, 张燕, 易建勇, 王换玉, 胡小松 申请人:中国农业大学