专利名称：组合压力容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力容器，尤其是由分容器、引流管、汇流管以及平衡管、阀门等组成的组合压力容器。
长期以来，在国内外的各类大中型消防产品中普遍采用压力容器作为灭火剂的贮存装置，一般情况下其设计压力在1MPa～15MPa之间，容积在10L～10000L之间。在我国，这些压力容器主要是根据GB5099-85《钢质无缝气瓶》或GB5100-85《钢质焊接气瓶》设计制造的，也有少数是根据GB150-98《钢制压力容器》设计制造的，但在GB5099《钢质无缝气瓶》和GB5100《钢质焊接气瓶》的前言中都明确规定“本标准不适用于灭火用钢瓶”。其他国家的情况也是如此。长期以来，由于国内外一直缺乏消防专用压力容器的技术和标准，整个行业一直使用这些“不适用”的普通压力容器。由于普通压力容器在设计压力、容积和结构等方面都不能满足消防产品的特殊要求，整个消防行业在迁就使用这些“不适用”的压力容器时，不得不以产品成本和工程造价的大幅度增加为代价，由此而导致的资源浪费在固定式二氧化碳自动灭火系统中表现得尤为突出。
自动灭火系统属于大型消防设备，主要由自动控制和自动灭火两部分组成，其自动灭火部分主要由瓶站、管网和喷头组成。为了确保灭火成功，在消防工程的设计规范中，对瓶站中贮存装置内的灭火剂贮存量和贮存压力都有严格的要求。在工程设计时，要根据具体工程的需要，严格按照相关规范的要求选配不同的瓶站、管网和喷头，以确保系统的安全可靠。
目前应用的固定式二氧化碳自动灭火系统有两种，一种是高压二氧化碳自动灭火系统(以下简称高压系统)，另一种是低压二氧化碳自动灭火系统(以下简称低压系统)。高压系统大多采用若干个70升的高压气瓶作为瓶站的贮存容器，在常温(一般为0℃～49℃)状态下贮存二氧化碳灭火剂，其贮存压力一般在3MPa～15MPa之间；低压系统大多采用一个或几个容积为几百升或几千升的大容积低温压力容器作为瓶站的贮存容器，在低温(一般为-22℃～-18℃)状态下贮存二氧化碳灭火剂，其贮存压力一般在1.8MPa～2.2MPa之间。
对于灭火系统而言，灭火剂的贮存量是确保灭火成功的前提。为此，在设计高压系统时，首先要根据工程所需要的灭火剂数量和气瓶容积来确定瓶站中应配备的贮存容器的数量；然后再由贮存容器与容器阀组合成灭火剂贮存装置，每个瓶站所配备的贮存装置，少则几个，多则上百个；最后还要按贮存装置的数量为瓶站配备包括引流软管、单向阀和称重装置在内的其它附属零部件。这样一来，整个系统的造价就相当高。为了降低该系统的造价，近年来又研制开发出了低压系统。在设计低压系统时，首先要根据工程所需要的灭火剂数量来选配瓶站中贮存容器的容积和数量；然后再由所选配的贮存容器与容器阀(在此又称控制阀)组合成灭火剂的贮存装置，每个瓶站一般只配备一个或几个贮存装置，但每个贮存装置都要配备一套制冷装置。
除灭火剂的贮存量外，灭火剂的贮存压力也是确保灭火成功的关键因素之一。某一类灭火系统的贮存压力是根据该类灭火系统使用的灭火剂(包括其驱动气体)的物理性质和消防工程的实际需要确定的。在消防工程中，当喷嘴入口处压力过低时，灭火系统将无法在规定的喷射时间内完成灭火剂的喷射并确保灭火成功。在现有的低压系统中，出于对容器成本的考虑，其贮存压力设置得偏低，因此在管网阻力损失较大的工程中往往会出现喷嘴入口处压力过低的情况。在这种情况下必须设法减小管网阻力损失以满足相关规范的要求，如果采取了这个措施后，喷嘴入口处的压力仍然无法满足相关规范的要求，则必须改用高压系统。
高压系统的优点是贮存容器的体积小，质量容易控制，可以标准化和大批量生产，瓶站中贮存装置的有效容积能够与工程的实际需要相匹配。高压系统的缺点是贮存容器的单个容积小、数量多，不仅每个贮存容器都要配备一个容器阀，而且要按贮存装置的数量配备其它附属零部件，从而导致系统的成本及工程的造价过高。
低压系统的优点是贮存容器的容积大，配置的控制阀数量少，并取消了瓶站中的全部附属零部件，成本比高压系统有所降低。低压系统的缺点是受贮存容器成本的限制，灭火剂的贮存压力设置得偏低，必须使用低温压力容器并要配备制冷装置，另外，容器的容积规格少，瓶站中贮存装置的有效容积不能与工程的实际需要相匹配，经常造成有效容积的浪费，因而，系统的成本及工程的造价仍然偏高。
综上所述，现有高压系统和低压系统正是由于在各自的贮存装置中所采用的压力容器不同，才具有了不同的优缺点。多年来国内外的技术人员一直尝试着把这两种系统的优点结合起来，即在经济性的前提下，设计出一种具有不同压力级别且容积规格多，可以满足各类大中型消防产品需要的专用压力容器。这一设想之所以一直未能实现，其根本原因在于一方面，在其它条件(包括容器的高度)都相同的情况下，无论是容器设计压力的提高还是容器容积的增大，传统压力容器的成本都会明显上升；另一方面，现有的任何一种压力容器的容积都是不可能改变的。
本发明的任务是提供一种新型的组合压力容器，不仅其设计压力能够完全满足各类大中型消防产品的使用要求，其容积能够根据实际需要进行任意调整，而且它还能够较大幅度地降低消防产品成本及消防工程的造价。
为完成上述任务，本发明的解决方案是先把大容积容器分解成若干个独立的小容积分容器，再采用并联的方式将分解后的分容器组合成一个总容器。上述分解和组合过程虽然不能直接改变压力容器的直径同壁厚和容积之间的数学关系，却引进了分容器、分容器数量和总容器这样三个新概念，并将总容器的设计压力转换成为分容器的设计压力，即P1=P2(式中P1-总容器的设计压力、P2-分容器的设计压力)，同时取消了总容器的直径和壁厚，并代之以分容器的直径和壁厚。首先，通过上述分解、组合与转换，分容器的直径范围被大幅度地缩小，使分容器(即组合压力容器)的设计压力得以大幅度提高，并达到了能够完全满足各类大中型消防产品使用要求的目标，同时，在容积一定的情况下，分容器直径范围的大幅度缩小，使分容器的壁厚随之相应减小，从而合理地解决了组合压力容器设计压力与成本之间的矛盾。其次，在组合压力容器中，由于总容器的容积等于各个分容器的容积之和，即V1=nV2(式中V1-总容器的容积、n-组成总容器的分容器数量、V2-分容器的容积)，所以对组合压力容器容积的调整可以通过增减分容器数量的方法来实现，同时，对分容器的直径、壁厚和容积还可以在充分考虑成本因素的基础上进行优化设计，且这种分容器能够标准化、大批量生产，因而在组合压力容器中，容器容积与成本之间的矛盾也得到了合理解决。
综上所述，由于组合压力容器中的分容器具有各自独立承压、共同贮存这一显著特点，使用时无论它由多少个分容器组成都可以当作一个(总)容器来对待，只需配备一个控制阀(或称容器阀)就可以完成对整个组合压力容器的控制；又由于组合压力容器属于常温压力容器，容器的成本可以明显地降低。因此采用组合压力容器制造的消防产品的成本及工程的造价都会有较大幅度的降低。
在组合压力容器中，所有分容器的工作压力、规格、型号都应当相同，并应在每个分容器上安装一个或多个用于其内部物质充装与排放的引流管。引流管既可以设置在分容器的封头上，也可以设置在分容器的筒体上；既可以直接与分容器相连接，也可以通过其它零部件间接与分容器相连接。当引流管设置在分容器上较高的部位时，为了减少内部物质排放的剩余量，还应在每个分容器的内部设置一个虹吸管。通过引流管直接把各个分容器并联起来，可以组成组合压力容器的一种基本型式；通过用于总容器内部物质充装与排放的汇流管，把各个分容器上的引流管并联起来，则可以组成组合压力容器的另一种基本型式。在前一种基本型式中，组合压力容器内部的物质可以通过某一个(或几个)特定的分容器进行充装与排放；而在后一种基本型式中，组合压力容器内部的物质则通过汇流管进行充装与排放。
组合压力容器的汇流管可以设置成一级，也可以设置成多级，即设有总汇流管、分汇流管和支汇流管等。
如有必要，还可以采用平衡管把组合压力容器中的分容器再次并联，以确保充装与排放内部物质时各个分容器之间的压力能够始终保持平衡。平衡管既可以设置在分容器的封头上，也可以设置在分容器的筒体上；既可以直接与分容器相连接，也可以通过其它零部件间接与分容器相连接。当平衡管在分容器上的位置较低时，为了防止液体或固体物质在平衡管内流动，还可以在每个分容器的内部设置一个平衡管的内管，且内管的上端面应高于液体或固体物质的最高水平面。若在平衡管上安装一个阀门，则平衡管还可以用于充装与排放总容器内部的气体。
在具体设计这种组合压力容器的分容器时，应先根据总容器的工作压力、容积规格、消防产品的特殊要求和成本等各方面的因素来优化设计出分容器的直径、壁厚和容积。分容器可以设计成与普通压力容器相同的型式，也可以设计成与普通压力容器不同的型式。为了便于组合，可以将分容器设计成两端都带有接口的型式，以便分别与引流管和平衡管相连接。
如有必要，还可以把整个组合压力容器安装在一个底盘上。该底盘不仅能够固定分容器和起吊整个组合压力容器，还可以设有能够行走的脚轮和能够固定的支脚，以便于系统的反复充装。
如有必要，还可以在分容器与引流管以及分容器与平衡管之间分别安装阀门，不仅有利于组合压力容器的组合与分解，还能为那些需要对分容器进行单独充装的特殊场所带来极大的方便。当然，把阀门安装在平衡管和引流管上也可以收到同样的效果。
在组合压力容器中分容器的并联型式是多种多样的，既可以是单排的，也可以是多排的；既可以是直线型的，也可以是折线型的，甚至可以是曲线型的；既可以是立式的，也可以是卧式的，甚至可以是倾斜的。
由于组合压力容器的分容器能够独立承压，只要先根据实际需要和成本优化设计出各个压力级别的分容器，就可以用这种分容器组合成相应压力级别的组合压力容器，而且组合后的总容器的设计压力与分容器的设计压力相同，所以组合压力容器在设计压力方面完全可以满足各类大中型消防产品的需要；由于组合压力容器的容积可以根据分容器数量的不同而组合出无数个规格，在具体工程设计时可以通过调整分容器数量这一简单的方法使贮存装置的有效容积与工程的实际需要相匹配，所以组合压力容器在容积方面同样也可以满足千变万化的消防工程的实际需要。只要用新型的组合压力容器替代目前使用的普通压力容器，就可以组成一种新型的灭火剂贮存装置。这种组合压力容器不仅适合盛装单一状态的气体物质，而且更适合盛装气体/液体(包括液化气体)、气体/固体或气体/液体/固体等两种甚至两种以上状态的物质。这种组合式压力容器不仅适合固定在地面和墙壁上使用，而且同样适合安装在既可以移动又能够固定的底盘上使用；不仅适合在固定场所安装使用，而且同样适合在飞机、船舶和机动车辆等非固定场所安装使用；不仅适合在消防行业使用，而且同样适合在其它有类似要求的行业使用。
与现有高压系统中的高压气瓶相比，在设计压力和容积相同的情况下，虽然组合压力容器与高压气瓶的成本相近，不能直接降低容器本身的成本，但由于在组合压力容器中采用了汇流管技术，可以大量地减少瓶站中的容器阀和其它附属零部件，从而可以使灭火系统的成本及工程的造价大幅度地降低。
与现有低压系统中的大容积低温压力容器相比，组合压力容器具有如下诸多优点容器设计压力可以设置得更合理，能够完全满足各类大中型的消防产品的需要；(分)容器的壁厚可以明显地小于大容积低温压力容器的壁厚；总容器的容积可以根据分容器的数量进行任意调整，完全可以保证贮存装置的有效容积与工程的实际需要相匹配，避免了有效容积的浪费；分容器的体积小，质量容易控制，并且有利于标准化和大批量生产；贮存装置不必维持恒定低温，取消了保温装置、制冷装置和维持低温的使用费用。综合以上几点可以看出，组合压力容器的成本明显低于大容积低温压力容器，因此由其组成的灭火系统的成本及系统的使用费用都会比现有的低压系统有较大幅度的降低。
下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为直接用引流管进行并联的组合压力容器的最佳实施例俯视图；图2为只用汇流管进行并联的组合压力容器的最佳实施例主视图；图3为同时用汇流管和平衡管进行并联的组合压力容器的最佳实施例主视图；图4为在分容器与引流管以及分容器与平衡管之间分别设有阀门的组合压力容器的最佳实施例主视图。
在图1中，引流管(2)直接与分容器(1)筒体的下端相连接，只要用引流管(2)直接将相邻的分容器并联在一起，就构成了一个直接用引流管进行并联的组合压力容器。
在图2中，引流管(2)设置在分容器(1)的下端并直接与分容器(1)下封头的接口相连接，汇流管(3)通过引流管(2)将各个分容器(1)的下端并联在一起，这样就组成了一个只用汇流管进行并联的组合压力容器。
在图3中，引流管(2)设置在分容器(1)的下端并直接与分容器(1)下封头的接口相连接，汇流管(3)通过引流管(2)将各个分容器(1)的下端并联在一起；平衡管(4)设置在分容器(1)的上端并直接与分容器(1)上封头的接口相连接，通过平衡管(4)直接将各个分容器(1)的上端并联在一起。这样就构成了一个同时用汇流管和平衡管进行并联的组合压力容器。
在图4中，分容器(1)的两端分别与阀门(5)相连接，引流管(2)通过分容器(1)下端的阀门(5)与分容器(1)相连接，汇流管(3)通过引流管(2)和与之相连接的阀门(5)将各个分容器(1)的下端并联在一起；平衡管(4)通过分容器(1)上端的阀门(5)将各个分容器(1)的上端并联在一起。这样就构成了一个在分容器与引流管以及分容器与平衡管之间分别设有阀门的组合压力容器。
权利要求
1.一种压力容器，其特征是该压力容器是由安装在分容器(1)上并用于分容器(1)内部物质充装与排放的引流管(2)或由用于总容器内部物质充装与排放的汇流管(3)通过安装在分容器(1)上并用于分容器(1)内部物质充装与排放的引流管(2)将若干个独立的分容器(1)并联后组合而成的。
2.如权利要求1所述的压力容器，其特征是该压力容器同时还可以通过安装在分容器(1)上并用于维持各分容器(1)之间压力平衡的平衡管(4)对所有的分容器(1)进行并联。
3.如权利要求2所述的压力容器，其特征是该压力容器可以在分容器(1)的两端分别设置接口。
4.如权利要求1或2所述的压力容器，其特征是该压力容器可以在分容器(1)与引流管(2)以及分容器(1)与平衡管(4)之间分别设置阀门(5)，或在引流管(2)和平衡管(4)之上分别设置阀门(5)。
全文摘要
本发明公开了一种组合压力容器。该压力容器是由汇流管(3)通过引流管(2)将若干个独立的分容器(1)并联后组合而成的,其特点是各个分容器(1)既能够独立承压、又能够共同贮存。该压力容器的设计压力等同于分容器(1)的设计压力,容积可以根据需要由分容器(1)的数量来调整。只要在汇流管(3)上安装一个控制阀就可以完成对整个组合压力容器的控制。
文档编号A62C35/00GK1311045SQ0010710
公开日2001年9月5日 申请日期2000年4月17日 优先权日2000年4月17日
发明者张伟 申请人:张伟