一种长方体型常压压力容器的制作方法

本实用新型涉及压力容器技术领域，特别涉及一种长方体型常压压力容器。

背景技术：

压力容器是一种能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛，它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。其中以在化学工业与石油化学工业中用最多，仅在石油化学工业中应用的压力容器就占全部压力容器总数的50％左右。

压力容器的设计压力划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级：

(1)低压(代号L)0.1MPa≤p＜1.6MPa

(2)中压(代号M)1.6MPa≤p＜10.0MPa

(3)高压(代号H)10.0MPa≤p＜100.0MPa

(4)超高压(代号U)p≥100.0MPa。

如果容器内压力低于0.1MPa，则称为常压容器，常压容器内的压力与大气压接近，而常压容器的应用范围与传统的压力容器有一定区别，其主要是运输一些高精密仪器和设备用，而不是运输气体和石油，对于特殊设备来说，设备内部设置的高精度传感器等装置不能长时间与空气接触，因此会使用常压容器对这类设备进行存放和运输。

目前的常压容器外形与一般的压力容器一致，均为胶囊形状，而对于一些特殊的设备来说，常压容器也有采用圆柱体形状或长方体形状，如果采用长方体形状，则容器充气后，由于相邻侧面之间是直角形状，两个侧面之间的焊缝位置会承受非常大的拉应力，因此对于长方体形的常压容器，其折角处的强度需要设置的非常大，导致容器的重量增大。

某些容器会将直角折角变为圆角过渡，以减小拉应力，但是对于每个侧壁来说，其形状基本上还是一个平板，承受容器内部压力的时候无法发生较大幅度的变形，没有办法像圆形侧壁一样利用张力来抵消内部空气压力，因此侧壁的厚度往往也设置的非常大，使得长方体形的常压容器重量很大。

常压容器在运输过程中，其壳体容易和运输车辆产生共振，导致容器寿命减少，因此在常压容器的设计中，还需要考虑运输时的振动问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型目的是提供一种重量轻、使用寿命长的长方体型常压压力容器。

为实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种长方体型常压压力容器，所述的容器包括矩形底架，底架的上表面四周设置下连接法兰板，下连接法兰板的上表面上设置密封槽，密封槽中放入橡胶密封圈；底架的上方设置底边开口的密封壳体，密封壳体的两两侧面之间设置过渡圆角；密封壳体的侧边底部设置上连接法兰板，上连接法兰板与下连接法兰板通过螺栓或插销连接，上连接法兰板将密封圈压紧在密封槽中，实现容器的密封效果；

所述的密封壳体的侧墙沿其横截面分为上半侧墙和下半侧墙，上半侧墙的上边与密封壳体的顶盖焊接连接；上半侧墙的底边与下半侧墙的上边之间通过弹性侧壁连接，弹性侧壁包括并联设置在上半侧墙与下半侧墙之间的弹性减振组件、弹性连接板组件、空气弹簧组件；

所述的弹性减振组件包括并联设置的主动变刚度式螺旋弹簧、双向作用双筒式减振器，螺旋弹簧、减振器的两端分别和连接法兰板的一个端面插销连接或焊接连接，连接法兰板的另一个端面通过螺栓与上半侧墙或下半侧墙相应位置设置的翻边通过螺栓或插销连接；密封壳体的每个侧壁上设置一组或多组弹性减振组件；

所述的空气弹簧组件包括空气弹簧，空气弹簧的上、下表面分别与上半侧墙的底边、下半侧墙的底边接触，空气弹簧组件还包括控制空气弹簧压力的调压阀，以及用于平衡多个空气弹簧高度的差压阀，调压阀、差压阀分别与气泵连接，气泵安装在底架上；所述的空气弹簧组件还与控制器通信连接；密封壳体的每个侧壁上设置一组或多组空气弹簧组件；

所述的弹性连接板组件包括设置在侧壁两侧的、至少两层相互层叠的长条形状的凯夫拉纤维层，凯夫拉纤维层的上侧边和下侧边分别缠绕在一条钢丝上，钢丝的长度沿侧壁的长度方向设置；每层凯夫拉纤维层包括沿侧壁的长度方向设置、首尾连接的多条凯夫拉纤维布，相邻的两条凯夫拉纤维布相对的端头共同缠绕在一根波浪形弹簧丝的侧面上；使凯夫拉纤维层的截面也为波浪状，所述弹簧丝的上、下端头分别穿入一条钢丝上设置的通槽中且可相对于钢丝的通槽滑动；

相邻的凯夫拉纤维层之间设置气密薄膜，最外侧的凯夫拉纤维层的外侧面设置隔热涂层，所述隔热涂层的外侧，以及最内侧的凯夫拉纤维层的内侧分别设置海绵层，隔热涂层外侧的海绵层沿其厚度方向从内侧向外侧逐渐减小，靠外的海绵层的外侧面与凹型玻璃钢保护壳的底面粘接；靠内的海绵层的内侧面与侧壁的侧面接触；位于侧壁外侧的保护壳卡入上半侧墙、下半侧墙各自的外侧面设置的凹槽中，使位于侧壁外侧的保护壳的外侧面与侧壁的外侧面平齐；

所述保护壳的内侧、上半侧墙的两侧或下半侧墙的两侧相应位置分别设置C型橡胶密封圈，C型橡胶密封圈的开口内侧设置的凹槽与最内侧的钢丝的外侧面紧密贴合；使上半侧墙与下半侧墙之间保持气密密封。

优选的，侧壁的内侧设置用于采集容器内部压力的气压压力传感器，气压压力传感器与控制器通信连接，控制器还与底架上设置的振动频率传感器通信连接。

优选的，所述底架与下连接法兰板之间焊接连接；密封壳体与上连接法兰板之间焊接连接。

优选的，所述的弹性侧壁还包括对上半侧墙与下半侧墙的相对位移进行限位的限位连接组件；所述的限位连接组件包括限位销，限位销的两端设置对称的圆锥凸台，限位销的两端外侧各设置一个限位块，圆锥凸台的形状与限位块上设置的圆锥孔相适应，所述限位块与下半侧墙的内侧面之间通过插销连接或螺栓连接或焊接连接；所述限位销与上半侧墙的内侧面之间通过插销连接或螺栓连接或焊接连接。

优选的，所述的主动变刚度式螺旋弹簧包括螺旋弹簧本体，螺旋弹簧本体中相邻的弹簧丝之间各粘接一块截面为半圆形的PVC绝缘壳体，两个相邻的绝缘壳体的表面上各安装一个瓦片状或长方条形电磁铁，螺旋弹簧本体上一部分相对的电磁铁之间的相对面极性相同，螺旋弹簧本体上另一部分相对的电磁铁之间的相对面极性相反，多个电磁铁的导线与IGBT模块式或MOSFET模块式开关模块连接，开关模块的控制线与控制器通信连接。

本实用新型具有以下有益效果：弹性侧壁中的弹性连接板组件、弹性减振组件、空气弹簧组件的刚度可以进行相应调整，同时侧壁的阻尼系数也可以进行相应的调整，使容器在承受交变拉压应力时保持合适的刚度和阻尼系数，有效提高侧壁的使用寿命，降低了容器的变形量和运输时的振动频率，安装了弹性侧壁后，侧壁的厚度可以大大减小，使其重量轻，适合用于异形形状的设备的存放和运输。

附图说明

图1为容器正视图；

图2为密封壳体侧壁结构示意图；

图3为弹性连接板组件未承受拉力时结构示意图；

图4为弹性连接板组件承受拉力时结构示意图；

图5为凯夫拉纤维层结构正视图；

图6为主动变刚度式螺旋弹簧结构示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示的一种长方体型常压压力容器，所述的容器包括矩形底架001，底架001的上表面四周设置下连接法兰板002，下连接法兰板002的上表面上设置密封槽，密封槽中放入橡胶密封圈005；底架 001的上方设置底边开口的密封壳体003，密封壳体003的两两侧面之间设置过渡圆角；密封壳体003的侧边底部设置上连接法兰板004，上连接法兰板004与下连接法兰板002通过螺栓或插销连接，上连接法兰板004将密封圈005压紧在密封槽中，实现容器的密封效果；

所述的侧壁、顶盖可以为双壳式中空结构或单壳式骨架蒙皮结构；其中双壳式中空结构中包括了两层蒙皮以及蒙皮之间设置的加强筋板；所述底架001与下连接法兰板002之间焊接连接；密封壳体003与上连接法兰板004之间焊接连接，且在焊接后对焊缝进行气密性检查。

所述的密封壳体003的侧面沿其横截面分为上半侧墙1和下半侧墙 2，上半侧墙1的上边与密封壳体003的顶盖焊接连接；上半侧墙1的底边与下半侧墙2的上边之间通过弹性侧壁3连接，弹性侧壁3包括并联设置在上半侧墙1与下半侧墙2之间的弹性减振组件4、弹性连接板组件6、空气弹簧组件7；

所述的弹性减振组件4包括并联设置的主动变刚度式螺旋弹簧41、双向作用双筒式减振器42，螺旋弹簧41、减振器42的两端分别和连接法兰板43的一个端面插销连接或焊接连接，连接法兰板43的另一个端面通过螺栓与上半侧墙1或下半侧墙2相应位置设置的翻边通过螺栓或插销连接；密封壳体003的每个侧壁上设置一组或多组弹性减振组件4；

所述的双向作用双筒式减振器42为高度阻尼可调式减振器，其高度调节方式是通过螺纹式调节器实现，阻尼调节是通过多节流孔式阻尼调整阀片实现，所述减振器42可直接采用汽车上使用的border、TEL 等品牌的自动调节式绞牙避震，也可以根据自动调节式绞牙避震的结构增大相关零件尺寸后作为减振器使用；

所述的空气弹簧组件7包括空气弹簧，空气弹簧的上、下表面分别与上半侧墙1的底边、下半侧墙2的底边接触，空气弹簧组件7还包括控制空气弹簧压力的调压阀，以及用于平衡多个空气弹簧高度的差压阀，调压阀、差压阀分别与气泵连接，气泵安装在底架上；所述的空气弹簧组件7还与控制器8通信连接；密封壳体003的每个侧壁上设置一组或多组空气弹簧组件7；所述的空气弹簧组件7可以使用奔驰S-700 汽车上使用的空气悬架组件。

所述的弹性连接板组件6包括设置在侧壁两侧的、至少两层相互层叠的长条形状的凯夫拉纤维层61，凯夫拉纤维层61的上侧边和下侧边分别缠绕在一条钢丝66上，钢丝66的长度沿侧壁的长度方向设置；每层凯夫拉纤维层61包括沿侧壁的长度方向设置、首尾连接的多条凯夫拉纤维布，相邻的两条凯夫拉纤维布相对的端头共同缠绕在一根波浪形弹簧丝67的侧面上；使凯夫拉纤维层61的截面也为波浪状，所述弹簧丝67的上、下端头分别穿入一条钢丝66上设置的通槽中且可相对于钢丝66的通槽滑动；

相邻的凯夫拉纤维层61之间设置气密薄膜62，最外侧的凯夫拉纤维层61的外侧面设置隔热涂层63，所述隔热涂层63的外侧，以及最内侧的凯夫拉纤维层61的内侧分别设置海绵层64，隔热涂层63外侧的海绵层64沿其厚度方向从内侧向外侧逐渐减小，靠外的海绵层64的外侧面与凹型玻璃钢保护壳65的底面粘接；靠内的海绵层64的内侧面与侧壁的侧面接触；位于侧壁外侧的保护壳65卡入上半侧墙1、下半侧墙2 各自的外侧面设置的凹槽中，使位于侧壁外侧的保护壳65的外侧面与侧壁的外侧面平齐；

所述保护壳65的内侧、上半侧墙1的两侧或下半侧墙2的两侧相应位置分别设置C型橡胶密封圈68，C型橡胶密封圈68的开口内侧设置的凹槽与最内侧的钢丝66的外侧面紧密贴合；使上半侧墙1与下半侧墙2之间保持气密密封。

所述的气密薄膜62为聚氨酯气密膜或乙烯-四氟乙烯膜或其他复合高分子材料制作而成的气密薄膜；所述的隔热涂层63为GN-203耐高温绝缘防腐纳米陶瓷涂层或W61有机硅耐高温涂层或其他复合高分子材料制作而成的隔热涂层；所述海绵层64可以是33d、40d式高回弹海绵，也可以是其他型号的高弹加硬海绵，为了提高海绵的耐久度，可以在海绵层64中加入弹性钢丝构成的网状骨架。

侧壁的内侧设置用于采集容器内部压力的气压压力传感器81，气压压力传感器81与控制器8通信连接，控制器8还与底架001上设置的振动频率传感器82通信连接。所述的气压压力传感器81的型号可以为 LC-QA1型大气压力传感器或BMP085气压传感器，或其他型号的气压传感器；所述的控制器8的型号为西门子S7-200型PLC控制器，或欧姆龙CPM1A型PLC控制器或MSP430单片机或其他型号的单片机或工业控制器。

所述的弹性侧壁3还包括对上半侧墙1与下半侧墙2的相对位移进行限位的限位连接组件9；所述的限位连接组件9包括限位销91，限位销91的两端设置对称的圆锥凸台92，限位销91的两端外侧各设置一个限位块93，圆锥凸台92的形状与限位块93上设置的圆锥孔相适应，所述限位块93与下半侧墙2的内侧面之间通过插销连接或螺栓连接或焊接连接；所述限位销91与上半侧墙1的内侧面之间通过插销连接或螺栓连接或焊接连接。

所述的主动变刚度式螺旋弹簧41包括螺旋弹簧本体，螺旋弹簧本体中相邻的弹簧丝之间各粘接一块截面为半圆形的PVC绝缘壳体44，两个相邻的绝缘壳体44的表面上各安装一个瓦片状或长方条形电磁铁45，螺旋弹簧本体上一部分相对的电磁铁45之间的相对面极性相同，螺旋弹簧本体上另一部分相对的电磁铁45之间的相对面极性相反，多个电磁铁45的导线与IGBT模块式或MOSFET模块式开关模块46连接，开关模块46的控制线与控制器8通信连接。

控制器8控制开关模块46中多个开关通断，可使螺旋弹簧中的多个相邻的电磁铁45之间产生吸引力或排斥力，以达到改变螺旋弹簧本体刚度的目的；电磁铁45可以是ZYE1-FP1503525型长方形电磁铁，也可以是浩杰公司的XDA型长方形电磁铁；上述两种电磁铁的供电电流均为DC24V；

所述的主动变刚度式螺旋弹簧41还可以是在螺旋弹簧本体的外侧套设一个密封壳体，在壳体内充满硅油，同时在螺旋弹簧本体上缠绕电加热丝，在壳体外侧设置散热翅片和风扇，利用电加热丝和风扇对硅油的温度进行控制，以改变硅油粘度，则浸泡在硅油中的螺旋弹簧本体伸张和压缩时其刚度同样会发生变化。

所述的弹性侧壁3的总刚度是由弹性减振组件4的刚度K4、弹性连接板组件6的刚度K6，以及空气弹簧的刚度K7组成，弹性侧壁3的阻尼系数是由弹性减振组件4的阻尼系数C4构成，因此弹性侧壁3可在不同情况下根据需要改变其刚度和阻尼系数，以充分适应容器内的压力变化，还可以保证容器内压力变化范围较大时，上半侧墙与下半侧墙之间的间隙保持稳定，同时使上半侧墙和下半侧墙的变形量减小，有效改善了侧壁与底架、侧壁与顶盖之间焊缝的受力情况，极大的提高了容器的使用寿命。

在控制弹性侧壁3的刚度和阻尼系数时，需要根据容器内的压力，以及容器在运输时的振动频率进行调整；根据上述的长方体型常压压力容器的刚度控制方法，所述的刚度控制方法为：控制器8实时采集并计算气压压力传感器81发送的容器内压力，同时实时采集容器的振动频率，并进行判断：

容器内压力较低且容器处于静止状态时，容器内压力值Y小于第一阈值Y1，且容器的振动频率值f小于第一频率f1；在重力的作用下，空气弹簧和弹性减振组件4的螺旋弹簧41被压缩至最大压缩量，此时弹性连接板组件6的凯夫拉纤维层的截面为波浪状；

此时空气弹簧刚度K7、螺旋弹簧41的刚度K4均小于弹性连接板组件6的刚度K6，减振器42的阻尼系数C4较小；

如图4所示的，当侧壁受到拉伸时，通过弹性连接板组件6的变形以适应容器内充气后的内压对侧壁的作用；此时波浪形弹簧丝67被拉伸，弹簧丝67的上、下端头在钢丝66的通槽中滑动以适应长度变化，凯夫拉纤维层同时由波浪形状变为接近平面形状，由于凯夫拉纤维布具有较强的弹性，因此上半侧墙1与下半侧墙2可以有一定程度的分离，减小上半侧墙1与车顶之间焊缝所受的拉力，同时减小下半侧墙2与底架之间焊缝所受的拉力；凯夫拉纤维层变形的同时，靠内的海绵层与侧壁的侧面之间滑动，靠外的海绵层由于其厚度方向带有斜面，外侧的侧边变化幅度较大，则位于该海绵层外侧的玻璃钢保护壳65可以基本保持其位置不变；

容器内压力较低且容器处于运输状态时，Y＜Y1，且f≥f1，增大弹性减振组件4的刚度K4，增大减振器42的阻尼系数C4；此时弹性减振组件4的刚度K4与弹性连接板组件6的刚度保持一致，空气弹簧的刚度K7小于弹性连接板组件6的刚度K6；由于螺旋弹簧41刚度增大，则相应的上半侧墙1与下半侧墙2之间的间隙变大，螺旋弹簧41由最大压缩位置进行一定量的回弹同时仍处于压缩状态，凯夫拉纤维层仍保持一定的波浪形状；

当容器充气而使侧壁受到拉伸时，弹性连接板组件6被拉伸，承受一定的拉力，同时由于此时螺旋弹簧41的刚度较大，故螺旋弹簧41也可以传递一部分的拉力；容器放气后，主要由螺旋弹簧41承受密封壳体003的重量；

当容器内压力较高且容器处于静止状态时，此时Y1＜Y≤Y2，且f ＜f1，则控制器8增大空气弹簧刚度K7，螺旋弹簧41的刚度仍保持较小值，减振器42的阻尼系数C4较小，此时K7与K6值接近，K4小于 K6；由于空气弹簧刚度增大，此时空气弹簧高度变高，而不再处于最大压缩状态，上半侧墙1和下半侧墙2之间间隙变大，凯夫拉纤维层仍保持一定的波浪形状；

当容器充气而使侧壁受到拉伸时，弹性连接板组件6被拉伸变形，同时由于空气弹簧的刚度较大，因此空气弹簧也能传递一部分的拉伸应力；容器放气后，主要由空气弹簧承受密封壳体003的重量；

当容器内压力较高且容器处于运输状态时，Y1≤Y＜Y2，且f≥f1，控制器8增大空气弹簧刚度K7、螺旋弹簧41的刚度K4，使K7、K4与 K6值接近，适当增大C4值；

当容器内压力进一步增高且容器处于静止状态时，此时Y≥Y2，且 f＜f1，则进一步增大K7，使K7大于K4和K6，K7至少为K4或K6的5 倍以上，减振器42的阻尼系数C4较小基本不起作用；容器放气后，主要由空气弹簧承受密封壳体003的重量；

当容器内压力进一步增高且容器处于运输状态时，Y≥Y2，且f≥f1，此时进一步增大K7，使K7大于K4和K6，同时提高减振器42的阻尼系数C4，使减振器对侧壁的较高频率振动进行有效衰减；容器放气后，主要由空气弹簧承受密封壳体003的重量。

弹性侧壁的刚度和阻尼系数在不同状态下的变化情况可参见表1。

表1

所述的第一阈值Y1为0.01-0.02MPa，所述的第二阈值Y2为 0.02-0.1MPa；所述的第一频率为15-50Hz。