CN106018139A - 无动密封的快开式高压氢环境材料疲劳性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无动密封的快开式高压氢环境材料疲劳性能试验装置，主要包括环境箱模块、气源模块、增压器、真空泵、换热模块和工控机，无需设置动密封结构即可实现高压氢环境下材料疲劳性能的试验装置，尤其是实现高压氢环境下的高周或高频疲劳试验，且能实现试验装置的快速启闭和设备健康状况的实时监测，以及具备更高效率和安全性的高低温试验功能。

Description

无动密封的快开式高压氢环境材料疲劳性能试验装置

技术领域

本发明属于材料力学性能测试设备开发领域，特别涉及一种无动密封的快开式高压氢环境材料疲劳性能试验装置。

背景技术

氢能是新世纪重要的二次能源，而高压储氢是目前占主导地位的氢能储存方式。然而，材料长期工作在高压氢气环境下，其力学性能会因氢脆而发生损伤，尤其在疲劳载荷作用下，材料在高压氢气下的抗疲劳性能会严重下降。为确保高压氢系统的长久、可靠运行，必须对材料在高压氢气环境下的力学性能（尤其是抗疲劳性能）进行测试和评估。

目前，高压氢气环境下材料力学性能测试设备主要有两类。一类采用非标试样，如专利[201510349246.4]所采用的圆盘试样，这类设备对试样加工精度等因素的依赖性较强，难以形成标准统一的测试方法和材料性能评价指标。另一类采用在传统试验机主机上对接高压氢环境箱的形式(见图1所示)：把试样安装在高压氢环境箱里面；加载杆一端与传统试验机主机上的作动器连接，另一端则伸入环境箱内部与试样相连接，从而将作动器施加的载荷传递到试样上进行加载；该类设备可借鉴现有的材料力学性能测试与评价方法，是目前更为广泛应用的结构。但此类设备的设计开发面临以下关键难题：

（1）难以实现高频或高周疲劳试验

由于加载过程中（尤其是疲劳载荷下），加载杆与环境箱之间存在相对运动，因此需要设置动密封结构来避免氢气泄漏以及稳定环境箱内部氢压。而实践表明，现有的动密封结构寿命非常短，经常在使用较短时间后，因为磨损和吸氢膨胀等原因而突然发生失效。尤其在疲劳试验过程中，加载杆来回往复运动，更容易加剧动密封件的磨损，而且疲劳载荷频率越高，磨损越严重，进而极易导致密封件磨损失效引起氢气泄漏而被迫中止试验。这也是现有技术难以实现材料在高压氢环境下高频(频率大于10Hz)或高周(循环次数大于10⁵)疲劳试验的症结所在。

（2）摩擦功耗严重

加载过程中，加载杆在动密封处往往产生较大的摩擦力，试验介质的压力越高，该摩擦力越大，可高达10kN。因此，此类设备往往摩擦功耗严重，也进一步加剧了密封件的磨损。

（3）需设置复杂的轴向力平衡结构

高压氢环境箱里的高压气体在加载杆轴向可产生高达数吨的外推力，该轴向力在待测试样断裂时会对作动器造成较大冲击，严重降低试验装置的精度和使用寿命。因此，必须设置相应的轴向力平衡结构来消除该轴向载荷。然而该轴向力平衡结构往往需要增加一道动密封（如专利[201110259252.2]所提出的试验装置），这进一步加大了氢气泄漏的可能性，以及加大摩擦功耗。同时，动密封的增加，必然进一步制约试验装置的可靠性和耐久性。

（4）缺乏设备健康状况的实时监测

此类设备工作压力高（高达140MPa），试验介质为易燃易爆的氢气，因此倘若设备出现裂纹造成氢气泄漏而不能及时监测的话，将会造成严重危害。然而，目前此类设备往往缺乏合理的结构设计，不能实时进行设备健康状况监测，难以在设备出现氢气泄漏瞬间及时激活紧急制动系统，保障试验人员的安全。

（5）缺乏合理的控温结构

温度是材料在高压氢气环境下疲劳性能的重要影响因素，因此需要此类设备具备高温高压氢气或者低温高压氢气试验功能。然而，目前此类设备缺乏合理的控温结构。如专利[201510316095.2]公开了一种高温氢气环境材料性能试验装置，并不具备低温试验功能，此外采用电阻丝直接对氢气加热的方式使强电与高压氢气直接接触，存在较大安全隐患。再如，专利[201420753372.7]采用外部夹套换热的方式来实现高低温功能，但换热介质须先与筒体壁进行换热后才能与环境箱里的气体进行换热，为能承受高压气体其筒体壁往往较厚，导致夹套里的换热介质不能有效地对筒体内的气体进行换热，该结构总体换热效率较低，且夹套还会沿外壁进行散热，造成热量的严重浪费。

（6）缺乏合理的快开结构

针对氢环境箱采用快速启闭结构可大大缩短试验时间，提高试验效率。但目前此类设备缺乏合理的快开结构。如专利[201110259252.2]采用的是柱销式快开结构，该结构需要在环境箱的箱体和密封座上开孔，开孔处产生较大的应力集中，往往是产生失效之处。此外，该结构中的柱销在剪应力作用下极易发生弯曲变形，经常在使用较短时间后即出现柱销弯曲变形过大难以插进销孔而无法工作，可靠性较低。再如，专利[201420753372.7]采用的是齿啮式卡箍连接的快开结构，但该结构的齿根处是高度应力集中之处，严重降低结构使用寿命；同时，卡箍和齿啮的尺寸往往较大以增加接触面来承受载荷，使得此类快开结构往往较为庞大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种无需设置动密封结构即可实现高压氢环境下材料疲劳性能的试验装置，尤其是实现高压氢环境下的高周或高频疲劳试验，且能实现试验装置的快速开启和设备健康状况的实时监测，以及具备更高效率和安全性的高低温试验功能。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案如下。

无动密封的快开式高压氢环境材料疲劳性能试验装置，包括环境箱模块、气源模块、增压器、真空泵、换热模块和工控机；

所述环境箱模块由环境箱顶盖、环境箱底盖、左矩形压框、右矩形压框、换热弯管、加速度传感器、砝码、载荷传感器、基座和激振器组成；所述环境箱顶盖包括筒体、夹套和隔热陶瓷板，所述夹套的顶端设有开孔用于连接氢气传感器，氢气传感器用于实时监测设备健康状况，夹套的下端则设有用于抽真空的开孔；所述筒体位于夹套内腔；夹套内径大于筒体外径从而二者形成腔体，夹套与筒体之间沿轴向夹有隔热陶瓷板，夹套与筒体之间还设有静密封结构并通过螺钉实现连接；所述环境箱底盖的上端设有橡胶O形圈径向静密封部件与筒体构成密闭空间，环境箱底盖的中间设置阶梯用于左右矩形压框的定位，环境箱底盖的底端设置凸形导柱并与所述基座上的凹形导轨相配合用于提供简谐振动空间；该环境箱底盖沿凸形导柱轴向与激振器相连以产生简谐振动，且设有用于与置于筒体内腔的换热弯管相连接的进口通道和出口通道以及相应的进气孔和出气孔；所述环境箱底盖还在中心开有通孔用于信号线的引出，中心通孔的最上端连接载荷传感器；所述载荷传感器的下端中心部与加速度传感器连接，载荷传感器的上端设有螺纹柱用于连接试样，试样的另一端与所述砝码上的螺纹柱相连接，砝码的上端则设有加速度传感器；所述环境箱顶盖与环境箱底盖之间通过左矩形压框和右矩形压框实现连接从而承担筒体内部气体产生的轴向载荷；

所述气源模块由氢气瓶、氩气瓶及对应的阀门组成；氢气瓶的排气口、氩气瓶的排气口分别经过氢气源阀门、氩气源阀门，然后汇总接入气源总阀门后与所述增压器的进气口相连；增压器的出气口依次与出气口阀门、增压段软管、环境箱阀门、压力传感器、环境箱底盖进出气孔相连；所述真空泵依次与真空度传感器、、真空管路阀相连，真空管路阀分别接入真空段软管和增压段软管，用于对环境箱内部以及夹套与筒体之间构成的空腔抽真空；真空段软管的另一端经抽气阀与夹套上所设的用于抽真空的开孔相连；所述放空阀分别接入上述真空段软管和增压段软管，用于控制试验系统的放空泄压；前述所有软管主要用于设备在作简谐振动时整个装置的连接管路的缓冲减振；

所述换热模块包括通过工艺管路依次连接的制冷加热机、进液段软管、所述环境箱底盖上的进口通道、所述换热弯管、所述环境箱底盖上的出口通道和出液段软管，用于将制冷加热机产生的换热介质传输到环境箱内部进行换热，实现所需的高温/低温试验环境；

所述工控机用于控制增压器、真空泵、激振器和制冷加热机等设备的运行以及所有阀门的开启；工控机与压力传感器、加速度传感器、真空度传感器、温度传感器、载荷传感器均通过信号连接，进行信号采集。

本发明中，所述夹套的顶端设有凸台用于左矩形压框和右矩形压框的定位。

本发明中，所述隔热陶瓷板由具有良好隔热性能和良好抗压性能的陶瓷材料制成，避免筒体顶部与外周环境发生热交换，同时可将高压气体对筒体产生的轴向载荷传递给左矩形压框和右矩形压框。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1. 本发明解决了在高压氢气环境下难以进行材料高频或高周疲劳试验的难题；并且无需设置动密封结构，消除了因动密封引起的氢气泄漏和摩擦功耗。

2.本发明可有效提高试验加载频率，因而大幅减少高压氢气环境下材料疲劳试验所需时间，显著提高试验效率。

3.本发明既可实现高温高压氢环境又可实现低温高压氢环境，换热介质直接在环境箱内部循环，减少了换热环节，提高了换热效率；环境箱外周设置真空夹套，避免环境箱外周环境与环境箱内部发生热交换，起到良好的保温功能。

4.本发明设计了受力情况更好、可靠性更高的压框式快开结构来实现高压氢环境箱的快速启闭，有效缩短试验时间，提高试验效率。

5.本发明可在线实时监测设备的健康状况，倘若筒体在服役过程中出现裂纹，氢气将会泄漏到夹套与筒体之间构成的真空腔内，真空腔上设置的氢气传感器将会及时响应并发出声光报警，以及触发紧急制动系统，有效保障人员和设备安全。

附图说明

图1为常见的高压氢环境材料力学性能测试设备示意图；

图2为本发明的总体装置示意图；

图3为本发明中的环境箱模块的剖视图；

图4为图3的左视图。

图1各部分说明如下：作动器01、加载杆02、动密封03、高压氢环境箱04、试样05。

图2—4各部分说明如下：氢气源阀门1、氢气瓶2、氩气源阀门3、气源总阀门4、氩气瓶5、增压器6、真空泵7、真空度传感器8、真空管路阀9、放空阀10、氢气传感器11、真空段软管12、抽气阀13、压力传感器14、出气口阀门15、增压段软管16、加速度传感器17、砝码18、温度传感器19、载荷传感器20、进液段软管21、出液段软管22、激振器23、制冷加热机24、工控机25、左矩形压框26、右矩形压框27、试样28、开孔接口29、进口通道30、基座31、出口通道32、环境箱底盖33、静密封部件34、螺钉35、静密封部件36、换热弯管37、夹套38、筒体39、隔热陶瓷板40、环境箱底盖进出气孔41、环境箱阀门42、加速度传感器43。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式加以阐述，但本发明的实施和保护不限于此。

如图2所示，无动密封的快开式高压氢环境材料疲劳性能试验装置，包括环境箱模块、气源模块、增压器6、真空泵7、换热模块和工控机25。

如图3和图4所示，所述环境箱模块由环境箱顶盖、环境箱底盖33、左矩形压框26、右矩形压框27、换热弯管37、加速度传感器17、加速度传感器43、砝码18、载荷传感器20、基座31和激振器23组成；所述环境箱顶盖包括筒体39、夹套38和隔热陶瓷板40，夹套38顶端设有开孔用于连接氢气传感器11、夹套38下端则设有用于抽真空的开孔29，筒体39位于夹套38内腔；夹套38内径大于筒体39外径从而二者形成腔体，筒体39与夹套38之间沿轴向夹有隔热陶瓷板40筒体39与夹套38之间还设有静密封结构36并通过螺钉35实现连接；环境箱底盖33上端设有橡胶O形圈径向静密封部件34与筒体39构成密闭空间，环境箱底盖33的中间设置阶梯用于左右矩形压框的定位、环境箱底盖33的底端设置凸形导柱与基座31上的凹形导轨相配合、该环境箱底盖33沿凸形导柱轴向与激振器23相连以产生水平方向的往复运动、且设有用于与置于筒体39内腔的换热弯管37相连接的进口通道30和出口通道32以及相应的进出气孔41；环境箱底盖33中心开有通孔用于信号线的引出，中心通孔的最上端连接载荷传感器20；载荷传感器20下端中心部与加速度传感器43连接，载荷传感器20的上端设有螺纹柱用于连接试样28，试样28的另一端与砝码18上的螺纹柱相连接，砝码18的上端设有加速度传感器17；所述环境箱顶盖与环境箱底盖33之间通过左矩形压框26和右矩形压框27实现连接来承受轴向载荷；所述夹套38顶端设有凸台用于左矩形压框26和右矩形压框27的定位；所述隔热陶瓷板40由具有良好隔热性能和良好抗压性能的陶瓷材料制成，有效地避免筒体39顶部与外周环境发生热交换，同时可承受高压气体对筒体39产生的轴向载荷并将其传递给左矩形压框26和右矩形压框27。

如图2和图3所示，所述气源模块由氢气瓶2、氩气瓶5及对应的阀门组成；氢气瓶2的排气口、氩气瓶5的排气口分别经过氢气源阀门1、氩气源阀门3，然后汇总接入气源总阀门4后与增压器6进气口相连；增压器6出气口依次与出气口阀门15、增压段软管16、环境箱阀门42、压力传感器14、环境箱底盖进出气孔41相连；真空泵7依次与真空度传感器8、真空管路阀9相连，真空管路阀9分别接入真空段软管12和增压段软管16，用于对环境箱内部以及夹套38与筒体39之间构成的空腔抽真空；真空段软管12另一端经抽气阀13与夹套38上所设的用于抽真空的开孔相连；放空阀10分别接入上述真空段软管12和增压段软管16，用于控制试验系统的放空泄压。

所述换热模块包括通过工艺管路依次连接的制冷加热机24、进液段软管21、环境箱底盖33上的进口通道30、换热弯管37、环境箱底盖33上的出口通道32、出液段软管22，用于将制冷加热机24产生的换热介质传输到环境箱内部进行换热，实现所需的高温/低温试验环境。

所述工控机25用于控制增压器6、真空泵7、激振器23和制冷加热机24等设备的运行以及所有阀门的开启；工控机25与压力传感器14、加速度传感器17、真空度传感器8、温度传感器19、载荷传感器20均通过信号连接，进行信号采集。

本发明的具体应用步骤如下：

步骤A：安装试样。首先移除左矩形压框26和右矩形压框27，然后移除环境箱顶盖（由筒体39、夹套38和隔热陶瓷板40构成），分离环境箱顶盖与环境箱底盖33，使环境箱底盖上的试样安装部位完全暴露在外；安装好试样28，然后将与加速度传感器17连接的砝码18连接到试样28上。

步骤B：扫频。在开始正式疲劳试验前还需进行正弦振动扫频，以确定由砝码18与试样28构成的共振部件的固有频率。通过激振器23对环境箱底盖33施加沿水平方向的激振载荷，使环境箱底盖33以恒定加速度（由加速度传感器43监测）、递增频率发生简谐运动（沿水平方向的正弦振动），采用的是对数扫频，扫频速率为0.5 oct/min，通过加速度传感器17的反馈信号中的波峰值来确定共振部件的前三阶固有频率。

步骤C：填充低压高纯气体。闭合环境箱顶盖到环境箱底盖33上。然后把左矩形压框26和右矩形压框27分别扣入环境箱，使得环境箱顶盖与环境箱底盖33连接成一体。启动真空泵7对夹套38内腔进行抽真空，抽真空结束后，关闭阀门13，后续再次试验时无须再次抽真空。继而，启动真空泵7对筒体39内腔和系统管路进行抽真空。接着连通氢气瓶2，利用氢气瓶2里的低压氢气对筒体39内腔进行若干次置换，直至筒体39内腔的氢气纯度达到试验要求。此时，筒体39内填充满低压高纯氢气。

步骤D：调温。启动制冷加热机24对筒体39内腔气体进行调温，直到温度传感器19达到设定的试验温度。

步骤E：增压。启动增压器6对筒体39内的气体进行缓慢增压，直至压力传感器14达到设定的试验压力。增压及后续试验过程中，制冷加热机仍处于工作状态，以对筒体39内的高压气体温度进行微调，确保试样28处于设定温度下的高压高纯氢气环境中。

步骤F：疲劳测试。启动激振器23驱动环境箱底盖33沿水平方向作简谐运动，加载频率取为步骤B中所获得的第一阶固有频率，从而迫使砝码18产生沿水平方向的共振；试样28上端则在砝码18的交变惯性力作用下承受循环疲劳载荷并作往复来回运动，该疲劳载荷的大小可通过加速度传感器17测得的加速度(记为a)及砝码18的质量(记为m)结合牛顿第二定律(F=ma)经工控机25自动处理并显示和记录。试验过程中，工控机25还实时记录所有传感器采集的数据以及疲劳载荷的循环次数，同时实时分析加速度传感器信号，使激励频率跟踪共振部件固有频率，保持共振状态。当加速度传感器17响应的第一阶固有频率相对于初始值降低5%时，说明试样开始出现裂纹发生失效，此时结束疲劳试验。或者当试验循环次数达到设定值时，也可结束疲劳试验。

此外，可通过改变砝码18的质量来改变共振部件的初始第一阶固有频率，从而可改变材料疲劳试验的加载频率。

步骤G：泄压、回温。开启放空阀10对系统泄压，并使用低压氩气对系统进行吹扫以除去系统残留的氢气。然后通过制冷加热机24将系统温度恢复为室温。

步骤H：取出试样。移除左矩形压框26和右矩形压框27，分离环境箱顶盖与环境箱底盖33，取出试样28。

上述应用步骤中，只需将步骤C中的氢气换成氩气，即可实现高/低温高压氩气环境下材料的高周（或高频）疲劳试验。

在本发明中，利用激振器23推动环境箱底盖33作简谐运动，进而激励砝码18与试样28一起发生共振，实现试样28的高频或高周疲劳测试；与环境箱模块直接连接的管路均设置了缓冲环节（如真空段软管12、增压段软管16、进液段软管21和出液段软管22），确保简谐运动过程中整个装置的连接管路的安全性和可靠性。相对于传统的采用加载杆伸入环境箱内对试样进行疲劳加载的结构，本发明避免了使用动密封部件，解决了因动密封磨损、泄漏导致的高/低温高压氢气环境下材料高频（或高周）疲劳试验难以实现的技术瓶颈，消除了动密封引起的氢气泄漏、摩擦功耗；本发明可通过调整砝码18的质量来提高试验的加载频率，进而大幅减少高压氢气环境下材料疲劳试验所需时间，显著提高试验效率。例如，传统的试验机采用1Hz频率进行加载，则需115天才能完成10⁷次循环加载；本发明加载频率可提升到50Hz，则仅需2.3天即可完成10⁷次循环加载。

本发明中，通过内置在筒体39内腔的换热弯管37来调节环境箱里的高压气体温度，同时具备高温高压氢气和低温高压氢气试验功能；并在筒体39外围设置了真空腔体，避免试验气体向筒体39外围大气环境传热导致热量的耗散，提高换热效率和调温速度；也避免了因强电元件直接与高压氢气接触带来的安全隐患，具有显著优点。

本发明中，通过设置受力情况更好、可靠性更高的压框式快开结构来实现高压氢环境箱的快速启闭，有效缩短试验时间，提高试验效率，在具备快速启闭功能的同时，还提升了设备的可靠性和耐久性，具有显著优点。

本发明中夹套38与筒体39之间所构成的真空腔体，不但能通过避免因筒体39内部试验气体向外围大气环境传热实现良好的保温功能，还具备在线实时监测设备健康状况的功能。倘若筒体39在服役过程中出现裂纹，氢气将会泄漏到真空腔体内，真空腔体上设置的氢气传感器11将会及时响应并发出声光报警，同时触发紧急制动系统，有效保障设备和人员安全。

以上所述，仅是本发明的具体实施案例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容做出某些更动或修改而成为等同变化的等效实施案例。例如，本发明并不限定只用于以氢气为试验介质，同样适用于硫化氢气体、天然气与氢气混合气体等试验介质。但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围内。

Claims (3)

1.无动密封的快开式高压氢环境材料疲劳性能试验装置，无需设置动密封结构即可实现高/低温高压氢环境下材料的高周或高频疲劳试验；其特征在于，所述试验装置包括环境箱模块、气源模块、增压器、真空泵、换热模块和工控机；

所述环境箱模块由环境箱顶盖、环境箱底盖、左矩形压框、右矩形压框、换热弯管、加速度传感器、砝码、载荷传感器、基座和激振器组成；所述环境箱顶盖包括筒体、夹套和隔热陶瓷板，所述夹套的顶端设有开孔用于连接氢气传感器, 氢气传感器用于实时监测设备健康状况,夹套的下端则设有用于抽真空的开孔；所述筒体位于夹套内腔；夹套内径大于筒体外径从而二者形成腔体，夹套与筒体之间沿轴向夹有所述隔热陶瓷板，夹套与筒体之间还设有静密封结构并通过螺钉实现连接；所述环境箱底盖的上端设有橡胶O形圈径向静密封部件与筒体构成密闭空间，环境箱底盖的中间设置阶梯用于左右矩形压框的定位，环境箱底盖的底端设置凸形导柱并与所述基座上的凹形导轨相配合用于提供简谐振动空间；该环境箱底盖沿凸形导柱轴向与激振器相连以产生简谐振动，且设有用于与置于筒体内腔的换热弯管相连接的进口通道和出口通道以及相应的进气孔和出气孔；所述环境箱底盖还在中心开有通孔用于信号线的引出，中心通孔的最上端连接载荷传感器；所述载荷传感器的下端中心部与加速度传感器连接，载荷传感器的上端设有螺纹柱用于连接试样，试样的另一端与所述砝码上的螺纹柱相连接，砝码的上端则设有加速度传感器；所述环境箱顶盖与环境箱底盖之间通过左矩形压框和右矩形压框实现连接从而承担筒体内部气体产生的轴向载荷；

所述气源模块由氢气瓶、氩气瓶及对应的阀门组成；氢气瓶的排气口、氩气瓶的排气口分别经过氢气源阀门、氩气源阀门，然后汇总接入气源总阀门后与所述增压器的进气口相连；增压器的出气口依次与出气口阀门、增压段软管、环境箱阀门、压力传感器、环境箱底盖进出气孔相连；所述真空泵依次与真空度传感器、真空管路阀相连，真空管路阀分别接入真空段软管和增压段软管，用于对环境箱内部以及夹套与筒体之间构成的空腔抽真空；真空段软管的另一端经抽气阀与夹套上所设的用于抽真空的开孔相连；所述放空阀分别接入上述真空段软管和增压段软管，用于控制试验装置的放空泄压；前述所有软管主要用于设备在作简谐振动时整个装置的连接管路的缓冲减振；

所述换热模块包括通过工艺管路依次连接的制冷加热机、进液段软管、所述环境箱底盖上的进口通道、所述换热弯管、所述环境箱底盖上的出口通道和出液段软管，用于将制冷加热机产生的换热介质传输到环境箱内部进行换热，实现所需的高温/低温试验环境；

所述工控机用于控制增压器、真空泵、激振器和制冷加热机的运行以及所有阀门的开启；工控机与压力传感器、加速度传感器、真空度传感器、温度传感器、载荷传感器均通过信号连接，进行信号采集。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述夹套的顶端设有凸台用于左矩形压框和右矩形压框的定位。

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述隔热陶瓷板由具有隔热性能和抗压性能的陶瓷材料制成，避免所述筒体的顶部与外周环境发生热交换，同时能承受高压气体对筒体产生的轴向载荷并将其传递给左矩形压框和右矩形压框。