CN103759100A

CN103759100A - 一种用于外压容器稳定性实验的可调式加强圈装置

Info

Publication number: CN103759100A
Application number: CN201410065022.6A
Authority: CN
Inventors: 徐巧莲; 王泽武; 胡大鹏
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明提供了一种用于外压容器稳定性实验的可调式加强圈装置，属于压力容器技术领域。该装置将圆筒形容器被安装在支座上，O型圈装在支座的O型圈沟槽中，用于圆筒形容器的密封；螺钉杆安装在支座上端面，用螺母固定；插杆插在螺钉杆的内孔中，组成支撑杆；单斜边扇形板和/或双斜边扇形板固定在插杆的上圆柱外侧；支撑杆顶端装有直边扇形板组成的顶板，定位套筒插在支座和圆环形平板的中心孔里。支座是两台阶三圆柱形块体，中心开有圆形通孔；支座上端圆柱体的顶面有螺钉孔，外侧有O型圈沟槽；支座下端圆柱体底面中心有一个圆形凹槽。装置结构简单，易制造，成本低，加强作用的圆环形平板可重复使用，且安装与拆卸方便，易推广。

Description

一种用于外压容器稳定性实验的可调式加强圈装置

技术领域

本发明涉及圆筒形容器内壁受横向加强圈支撑作用以提高容器外压稳定性能力的一种可调式支架装置，用于外压容器稳定性教学与科研实验，属于压力容器技术领域。

背景技术

目前，外压容器稳定性实验是在圆筒形容器外壁上施加气体或液体压力，使其压力达到某一临界值时容器筒体突然变形产生褶皱或波纹的一种容器失稳实验方法。工程上，为了防止容器在一定压力下发生失稳，在容器筒体上焊接用型钢做加强圈以提高容器稳定性能力。但实验所选用的圆筒形容器由于筒体壁厚较薄，若采用焊接方式将加强圈固定在容器筒壁上，会使容器筒壁焊漏，破坏圆筒自身强度及密闭性。

发明内容

为了能够实现圆筒形容器外压稳定性增强的实验效果，本专利发明了一种可调式加强圈装置。利用该装置上圆环形平板对容器筒体进行支撑加强，使其容器在承受压力时会比无支撑的容器压力要高，以达到圆筒形容器在更高的外压载荷作用下实现稳定的目的。。其实验结果容器失稳时的临界压力接近理论的预测值，并会形成理论预测的失稳波纹数。

本发明解决以下问题：

1)在圆筒形容器上，加强圈无需焊接就可实现提高外压稳定性的实验效果。

2)加强圈可在圆筒形容器有限空间内安装与拆卸，容器变形后加强圈不会卡在容器内筒里，可以重复利用。

3)加强圈在容器内筒高度方向上位置可调，支撑间距可变。

4)通过插杆互相匹配插装，支撑杆可拆开做调距杆。支撑杆还可抵消容器底部的外压载荷作用。

圆筒形容器2是装在一个实验容器壳体4里，用密封组件5将圆筒形容器的端口密封住，形成圆筒形容器2内腔和外腔，同时将实验容器壳体4密封，使圆筒形容器2的筒体与实验容器壳体4构成一个密封腔室。密封组件5上开有通孔，使圆筒形容器2内腔与大气相通。实验时，外部压力源提供液压或气压向密封腔内加压形成介质压力p，介质压力p作用在圆筒形容器2外壁的轴向和径向上。当介质压力p达到一定值时，圆筒形容器2的筒体局部处向内凹陷，形成叶片状的波纹b，称之为圆筒形容器失稳。

本发明是在圆筒形容器2的内腔里加上圆环形平板3，圆环形平板3靠装在密封组件5上的支撑杆1支撑。当圆环形平板3紧固在圆筒形容器2的内壁上后，圆筒形容器2外壁受到与形成b波纹同等介质压力p作用时，并没有发生筒体失稳。只有将介质压力p再次升高到更大的值后，才会在受两加强圈支撑间距内的筒体发生这种失稳现象，而且圆筒形容器2失稳后，叶片状的波纹区域变小，长度变短，波纹数增加，由原来的波纹b变成变小的波纹a。波纹区域长度改变大小，受两个板间距h的控制，保证圆筒形容器2在b波纹压力的作用下不发生失稳，提高了圆筒形容器2实验的外压稳定性的能力，圆环形平板3起到容器筒体加强的作用。

本发明提供了一种用于外压容器稳定性实验的可调式加强圈装置，该装置包括支座、螺钉杆、螺母、插杆、单斜边扇形板、双斜边扇形板、顶板、O型圈及定位套筒。将圆筒形容器被安装在支座上，O型圈装在支座的O型圈沟槽中，用于圆筒形容器的密封；螺钉杆安装在支座上端面，用螺母固定；插杆插在螺钉杆的内孔中，组成支撑杆；单斜边扇形板和/或双斜边扇形板固定在插杆的上圆柱外侧；支撑杆顶端装有直边扇形板组成的顶板，定位套筒插在支座和圆环形平板的中心孔里。支座是两台阶三圆柱形块体，中心开有圆形通孔；支座上端圆柱体的顶面有螺钉孔，外侧有O型圈沟槽；支座下端圆柱体底面中心有一个圆形凹槽。

其中，圆环形平板是分离元件，由至少2个单斜边扇形板或双斜边扇形板组成，其中，单斜扇形板或双斜边扇形板有外扇形面和内扇形面两个扇形面，中心有插孔，扇形板斜边是角面，用于控制外扇形面的宽度；圆环形平板即是增强外压容器稳定性的加强圈，被装在插杆上，可反复利用。

支撑杆是分离元件，是由1个螺钉杆和2个以上插杆组成；插杆有定位柱和定位孔，插杆的定位柱插入插杆的定位孔中彼此连接，组成长插杆。

单斜边扇形板和双斜边扇形板的材料是亚克力、塑料或金属材料；其他零件均为金属材料。

本发明关键部件为扇形板拼装后的圆环形平板和支撑杆组装部件，它是由插杆、螺钉杆和扇形板组成，相邻两个插杆间通过定位柱和定位孔连接，定位柱插入定位孔中。

本发明的有益效果是：外压容器稳定性实验内容由单一的失稳现象实验拓展到可变支撑间距失稳实验和稳定性加强设计实验。装置结构简单，易制造，成本低，加强作用的圆环形平板可重复使用，且安装与拆卸方便，易推广。

附图说明

图1是本发明装置工作原理的示意图。

图2是本发明实施例的纵剖面构造图。

图3（a）是扇形板示意图。

图3（b）是扇形板横截面剖视图。

图3（c）是拼装后圆环形平板示意图。

图4是插杆示意图。

图5是支座示意图。

图中：1支撑杆；2圆筒形容器；3圆环形平板加强圈；4实验容器壳体；

5密封组件；6顶板；7单斜边扇形板；8插杆；9圆筒形容器；

10双斜边扇形板；11定位套筒；12螺钉杆；13螺母；14O型圈；15支座；

16外扇形面；17插孔；18平板斜边；19定扇形面；20安装接触面；

21圆环形平板；22上圆柱；23定位孔；24定位柱；25螺钉孔；26O型圈沟槽；

27圆形凹槽；a变小的波纹；b原来的波纹；p介质压力；h两个板间距。

具体实施方式

本发明是用于圆筒形容器可以形成双层失稳波形实验效果的一种加强圈装置实例。

选择圆筒形容器一端为平封头，另一端为敞开口，根据容器筒体的长度和筒深，确定螺钉杆、插杆和扇形板组装后的支架安装高度。支架支撑杆总高度是圆筒形容器筒深减去容器密封口长度和支座端面与O型圈之间的间距。

该装置包括支座15、螺钉杆12、螺母13、插杆8、单斜边扇形板7、双斜边扇形板10、顶板6、O型圈14、定位套筒11和由4根支撑杆和3层圆环形平板组成的支架。每根支撑杆由1个螺钉杆和5个插杆组成，每层圆环形平板4块单斜边扇形板或双斜边扇形板组成。

将各零件经机械加工成型后进行安装，安装顺序为：①先将4个螺钉杆上螺纹柱分别旋上4个螺母，再将带螺母的4个螺钉杆分别旋入到支座上端圆柱体的顶面4个螺钉孔内，用螺母拧紧固定。②然后把4块单斜边扇形板分别插入每个螺钉杆的圆柱上，由4块单斜边扇形板组成第一层圆环形平板。再把4个插杆的定位柱插入螺钉杆上端孔内，插杆的上端再插入另一个插杆，每个插杆的定位柱都可任意插入到另外一个插杆的定位孔里。③两层插杆安装好后，插入4块双斜边扇形板组成的第二层圆环形平板，再插入两层插杆。④随后再插入4块单斜边扇形板组成的第三层圆环形平板，在圆环形平板上面分别插入一层插杆和一层顶板，顶板由4块直边扇形板组成。⑤支架装好后，将圆筒形容器开口端从支架上的顶板垂直插入，并沿圆环形平板外径压入到支座上端圆柱体上，使支座上端O型圈嵌入到圆筒形容器内筒里，以保证容器密封。⑥将安装好圆筒形容器支架装置翻转，让装置上的支座底部朝上，将定位套筒穿过支座和圆环形平板中心孔进行平板支撑与定位，以保证扇形板的外扇形面与圆筒形容器内壁上紧密接触。

圆筒形容器安装到位后支架装置上圆环形平板与与圆筒形容器内壁上紧密接触，对容器筒体起支撑加强作用。支架装置上圆环形平板由四块组成，当容器筒体失稳后圆环形平板会因筒体变形卡在筒体内腔里，分块平板在插杆卸掉后，容易松动，便于取出，可再利用。支架装置上支撑杆可以分离，拆开时，用螺头从支座底部中心孔将定位套筒旋入拔出。用一根圆棒工具插入到支座底部中心孔内，用力敲击圆筒形容器平封头，使容器和支撑杆与支座和螺钉杆脱开，分别取出插杆和扇形板。支架装置上支撑杆和顶板与容器平封头相接触，目的是将作用于容器平封头的轴向压力抵消掉。支架装置上的支座有一个中心孔是与大气相通，能够保证圆筒形容器筒体在升压过程中，筒体外壁承受液压力，筒体内壁承受大气压。

关键部位：螺钉杆与插杆是分离元件；圆环形平板是分离元件；支撑杆是分离元件；定位套筒支撑圆环形平板。

这种组装方式采用两个等间距圆环形平板，实验效果会形成双层失稳波纹。

Claims

1.一种用于外压容器稳定性实验的可调式加强圈装置，其特征在于，该装置包括支座、螺钉杆、螺母、插杆、单斜边扇形板、双斜边扇形板、顶板、O型圈及定位套筒；

将圆筒形容器被安装在支座上，O型圈装在支座的O型圈沟槽中，用于圆筒形容器的密封；螺钉杆安装在支座上端面，用螺母固定；插杆插在螺钉杆的内孔中，组成支撑杆；单斜边扇形板和/或双斜边扇形板固定在插杆的上圆柱外侧；支撑杆顶端装有直边扇形板组成的顶板，定位套筒插在支座和圆环形平板的中心孔里；

支座是两台阶三圆柱形块体，中心开有圆形通孔；支座上端圆柱体的顶面有螺钉孔，外侧有O型圈沟槽；支座下端圆柱体底面中心有一个圆形凹槽。

2.根据权利要求1所述的可调式加强圈装置，其特征在于，所述的圆环形平板是分离元件，由至少2个单斜边扇形板或双斜边扇形板组成，其中，单斜扇形板或双斜边扇形板有外扇形面和内扇形面两个扇形面，中心有插孔，扇形板斜边是角面，用于控制外扇形面的宽度；圆环形平板即是增强外压容器稳定性的加强圈，被装在插杆上，可反复利用。

3.根据权利要求1或2所述的可调式加强圈装置，其特征在于，所述的支撑杆是分离元件，是由1个螺钉杆和2个以上插杆组成；插杆有定位柱和定位孔，插杆的定位柱插入插杆的定位孔中彼此连接，组成长插杆。

4.根据权利要求1或2所述的可调式加强圈装置，其特征在于，所述的单斜边扇形板和双斜边扇形板的材料是亚克力、塑料或金属材料。

5.根据权利要求3所述的可调式加强圈装置，其特征在于，所述的单斜边扇形板和双斜边扇形板的材料是亚克力、塑料或金属材料。