专利名称：薄内筒u型钢带扣合错绕压力容器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于钢制锅炉压力容器技术领域，涉及化工、能源、轻工、宇航、核站等邻域各种重大承压装备的构造装置。
压力容器在当代各种工业生产和高科技部门得到广泛应用，尤其各种大型、高温、深冷、高压、耐腐蚀等特殊贵重压力容器装备，如大型尿素合成塔、石油加氢反应器、全不锈钢液氢高压容器、核堆压力壳及各种超大型压力贮罐等更是化工、能源及高科技等工业技术部门的关键设备。这种设备分为两大类。一类是各种纤维缠绕的压力容器，如大型液氢、液氧高压贮罐和大型导弹壳体等，主要用于宇航技术领域并作出了巨大贡献，但纤维的脆性和老化现象影响了使用寿命，高昂的成本，难承受轴向压力，以及纤维绕层不可开孔等固有缺点，使其难以在广大化工、能源、轻工、核站等工业技术领域得到应用；另一类是各种钢制单层式、多层式和缠绕式压力容器(参见朱国辉、郑津洋著，《新型绕带式压力容器》，北京，机械工业出版社，1995.2)，为当今世界提供了各种尿素合成塔，石油加氢反应器，液氢、液氧全不锈钢高压容器，液氨、乙烯等超大型压力贮罐及核堆压力壳与深海模拟承压装置等重大承压装备，有力地推动了世界化工、能源、轻工等工业生产及其他高科技的发展并作出了巨大贡献。但需用“筒节锻焊”、“厚板卷焊”、“深厚焊缝”、“布满焊缝的整体多层包扎”及“宽板螺旋绕板”与“现场大型球瓣组焊”等特殊困难技术或装备，使它们制造困难，工效低下，成本高昂且往往使用不够安全可靠，发生突然断裂爆破和介质泄漏、燃烧、中毒等严重事故的情况在国际上屡见不鲜。
本专利第一作者于1965年提出与研制成功和推广应用7000多台，并先后于1981年获国家发明三等奖等多项重大奖励的“薄内筒扁平钢带倾角错绕式高压容器”(参见国家科学技术奖励工作办公室，《国家发明奖获奖项目大全》(1)，P68)，打破了国际上钢制锅炉压力容器传统的构造技术格局，不仅具有特殊的“抗爆”安全特性，而且可减少焊接、检验、机械加工及热处理等的工作量，钢材利用率可提高20％，工效提高一倍，成本降低30～50％，容器越长，效果越显著。其推广应用的降低成本直接经济效益已超过10亿元，且成为唯一被国际上最具权威的美国机械工程师学会批准正式列入ASME锅炉压力容器标准的来自中国的重大技术，将在国际上推广制造内径达3.66m的各种高压、高温、深冷、耐腐等重大承压装备。但其超大型化发展将受到某种制约，因其每层的钢带根数较多，显得不合理，不适应容器内径超过4m的高压和内部容积超过1000m3的中、低压应用场合。然而，当代工业技术的发展要求高压压力容器扩展至内径超过4m，甚至6m，和中、低压压力贮罐扩展至内部容积超过1000m3，甚至20000m3或更大的应用范围。
德国的双层三槽钢带单向绕带式压力容器，其特殊扣合型槽的机械加工必须要在特殊超大型机床上进行，且只能单向绕带，故使内筒受单向扭力作用，有损容器强度。
本实用新型任务是要提供一种新型钢带扣合错绕的压力容器，能克服现有技术各种缺点，具有生产工艺简单、成本低廉、使用寿命长、安全可靠；能承受较大轴向力；特别适于绕制超大型压力容器，其容器直径和长度尺寸几乎不受限制；且内筒不会发生扭曲。
为实现上述任务，采取技术方案如下本实用新型包括顶部法兰、容器薄内筒、钢带绕层、钢带绕层外保护薄壳、球形封盖、钢带绕层两端特殊的斜面分散焊缝以及与薄内筒壁部相连的在线安全状态自动报警检控系统装置。结构特点是在薄内筒外的绕带层采用U型钢带缠绕，钢带底面平，上面呈U字形，第一层绕带是底平面绕贴在内筒的外表面，钢带侧边作定位基准，第二层绕带则由U型凸槽相互扣合缠绕，以凸槽侧面作定位，每两层钢带组成一对相互扣合的绕层，每两层钢带绕向相反。
本实用新型优点1.绕带仅用一根截面较细、不断连续扣合相焊接长的简单U型钢带，可在车间绕带装置或在内筒直立安装现场的简单绕带装置上进行室温下的连续缠绕，绕制的容器直径大小和容器长度几乎不受限制；革除约80％的焊接等传统工艺的工作量；由于可现场直立状态下绕制，更可省却大型和超大型压力容器运输上的时间和困难；2.由于U型钢带截面对称较细，轧制简单，成本与扁平钢带基本相同，可比厚钢板降低成本20～25％；
3.容器内筒可以较薄，其壁厚仅占容器总厚的15～30％，且可为单层或多层组合成内壁耐腐蚀材料堆焊结构，制造工艺简单，质量可靠；4.每两层U型钢带相互扣合和预应力交错缠绕，容器受力静定平衡，内筒无附加的扭剪作用，容器应力状态分布较为均匀合理，容器结构强度优良，包括疲劳强度、横向刚度及温差应力等均足够合理可靠；错绕的绕层与内筒一起组成一种能承受内压环向和轴向作用力的类似纤维离散化的钢带网络结构，使其环向与轴向均具有较高强度。
参照附图进一步说明技术方案的实施方式
图1为本实用新型结构示意图；图2为内筒、绕带组合层和容器钢带绕层外保护薄壳结构关系局部示意图；图3为U型钢带两对绕带组合局部放大示意图如图1所示本实用新新型结构方案有顶部法兰1、容器内部有薄内筒2、薄内筒外面是绕带层4、绕带层外面为保护薄壳3、容器另一端为球形封盖5、球形封盖与绕层两端之间为特殊的斜面分散焊缝6、内筒壁部装有连接安全状态自动报警检控系统装置的接管。其结构特征是薄内筒外的绕带层4采用U型钢带缠绕，第一层绕带是以U型钢带平的一面绕贴在内筒外表面，以钢带侧边作定位基准，第二层绕带与第一层绕带一起以U型凸槽相互扣合缠绕并组成一对相互扣合的绕层，如图3所示。而下一对相互扣合的绕层其绕向与上一对绕层相反，使内筒受力均衡静定，不会产生扭曲而降低强度。各根钢带可头尾扣合相接，不断延长缠绕，适于绕制超大型容器。
U型钢带截面较细，通常取钢带厚d为7～10毫米，钢带宽a取32～50毫米，槽深为d-c取3～4毫米，其中c为槽底厚度，槽宽b取
，而
即钢带的U型槽凸缘宽度必须大于钢带的槽底厚度，以确保绕层相互扣合作用的强度。
必要时和扁平绕带式压力容器一样，每层绕带经适当圈焊处理后，亦可在完成缠绕后开孔接管，装接安全检控装置。
权利要求1.薄内筒U型钢带扣合错绕压力容器，包括顶部法兰、薄内筒、钢带绕层、钢带绕层外保护薄壳、球形封盖、钢带绕层两端斜面焊缝及与薄内筒壁部相连的安全状态报警检控装置，其特征是薄内筒(2)外的绕带层采用U形钢带(4)缠绕，钢带底面平，上面呈U字形；第一层绕带是底平面绕贴在薄内筒外表面，钢带侧边作定位基准，第二层则由U型凸槽相互扣合缠绕，以凸槽侧面作定位，每两层钢带组成一对相互扣合的绕层；每两层钢带绕向相反。
2.根据权利要求1所述薄内筒U型钢带扣合错绕压力容器，其特征是U型钢带厚度(d)为7～10毫米，钢带宽度(a)为32～50毫米，槽深(d-c)为3～4毫米，其中(c)为槽底厚度，槽宽
3.根据权利要求1或2所述薄内筒U型钢带扣合错绕压力容器，其特征是钢带凸缘宽度
应大于槽底厚度(c)。
专利摘要薄内筒U型钢带扣合错绕压力容器,要求能绕制容器直径和长度尺寸不受限制的压力容器,环向、轴向应力均衡,生产工艺简单、成本低廉、使用寿命长。它有顶部法兰、薄内筒、绕带层、外保护薄壳、球形封盖、端部斜口焊缝、安全检控装置,其结构特点是薄内筒外的绕带层采用U型钢带缠绕,每两层相互扣合连续缠绕而绕向又与另两层相反,缠绕钢带以钢带边缘或以拼合凸槽侧面作定位基准,适用于制造超大型压力容器。
文档编号F17C1/00GK2397352SQ9925103
公开日2000年9月20日 申请日期1999年10月13日 优先权日1999年10月13日
发明者朱国辉, 朱立, 吴宝发 申请人:朱立