CN106062460A - 生产具有内金属衬套的高抗性复合器皿的改进方法和通过所述方法制成的器皿 - Google Patents

Abstract

用于生产高抗性罐的方法，包括初始阶段，在初始阶段中形成封闭金属器皿，接着是第二阶段，在第二阶段中所述器皿的壁在轴向和径向方向上均经受机械预加拉力处理直到预定值。此机械处理包括其中罐被封闭在具有合适地较大的尺寸的模具内部的阶段。然后将液体引入罐，并且此液体被加压直到罐的壁膨胀并伸展至它们与模具的内表面交会的点处。随后，将罐的外部涂敷以一层或多层复合材料，以完成罐的构建，对罐执行最终的自紧处理。待使用的钢的类型为AISI 304，优选地为其更加可焊的AISI 304L形式。

Description

生产具有内金属衬套的高抗性复合器皿的改进方法和通过所 述方法制成的器皿

本发明涉及用于制造金属器皿——下文中称为罐——的方法，所述罐尤其被设计并被构建为保持在非常高的压力下存储的流体特别是气体。

更具体而言，本发明涉及制造用于对处于压力下的气体进行存储和运输的罐，所述气体包括可燃气体，诸如甲烷、乙烷或包括石油副产品在内的任何其他化石源的气体混合物。

众所周知，化石燃料气体的生产完全取决于将这些气体从生产现场运输到分配点和消耗点的可行性，很经常地，分配点和消耗点的位置远离储存库。

当通过传统管线运输气体由于各种原因——诸如地缘政治的、环境的、技术的以及更尤其是经济方面的限制——而有问题或不可能时，由适当装备的船舶通过海洋运输所提供的可取性和优点就变得明显了。

船舶已长期且广泛地用于运输气体；然而，该运输方法遭受由于下述事实而引起的严重的限制，所述事实为：虽然技术上可行，但是运输依然处于其气态的气体在经济上不是有优势的，这是因为将需要构建装备有特定罐的船舶，这些特定罐被设计为填充有压缩至非常高的压力的气体。

确实，设计成在非常高的压力条件下工作的这样的罐的制造遭遇了源自下述事实的技术/经济限制，所述事实为：如果根据传统技术制造此性质的罐，那么此性质的罐将须原则上被设计和制造为承受内部压力——要求罐的壁为高度抗性的从而非常厚的因素。

清楚的是，此技术要求与三个技术/经济限制相冲突：

·第一，增加罐壁的厚度成本高昂并且将会明显有损于该运输方法的经济优势；

·第二，外部容积保持不变，罐壁的较大的厚度导致可用的内部容积(有效载重)减小，这进一步降低了相对于所运输的货物的体积而言罐的总成本所带来的利润；

·第三，增加罐壁的厚度自动导致较大的罐重量。如果罐通过船舶运输，如在此实例中，那么立刻变得明显的是，如每个行业专家所知，所导致的重量增加要求制造和使用较大的船舶(较大的排水量)，这又导致更大程度地降低了对存储在根据传统方法制造的罐中的压缩气体进行运输的经济优势。

一种被想出以克服这些限制的众所周知的方法是将气体液化并像普通液体一样将其存储在接近大气压力下的合适的罐中进行运输的方法。在这些情况下，基本上克服了与具有以上所讨论的繁琐要求的由船舶对高压力下的气体进行的运输相关的上述技术/经济限制。

然而，此方法遭遇了其他不同的技术/经济限制，这些技术/经济限制主要在于下述事实：气体液化工厂须设置在器皿的装载点的上游，同时相对应的再气化设施须在装载物的下船点可用。

这些基本的缺点意味着，由于包括气体液化所需的能量的成本在内的工厂的资本和运转成本，运输的总成本显著增加。

因为以上简明扼要地概述的所有考虑因素对行业专家来说是众所周知的，所以本文中不进一步对它们进行讨论。

为了克服上述限制，已经开发了用于设计和制造适合运输处于通常高于100巴的高压力下的气体的罐的各种技术。

专利US 6,425,172中所描述的方法是众所周知的。其涉及从金属衬套(下文中称之为“衬套”)开始的、罐的制造，该衬套然后由一层或多层树脂浸渍的纤维加固结构合成物包裹，接着是通过加热法和随后的缓慢冷却法使所浸渍的各种复合材料纤维之间的拉应力的拉力均衡。

此方法可以与已知的自紧(auto-frettage)处理结合，自紧处理的目的也是众所周知的。

被设计成承受高压力的柱形钢罐通常经受的此方法包括：使罐经受内部压力，由此材料伸展超过其弹性限度，使得罐遭受受限的永久变形。这导致材料的永久硬化和伸长，永久硬化和伸长的程度在内层中更大。在释放压力之后，这些将在外层上施加应变。这些外层的、依然在它们的弹性限度内的拉紧，即便在零压力下也会在内层周围产生预应力的状态。当内层接下来经受压力时，由于已被预加应力且经受相同的工作载荷，它们将会处于较低拉力的状态。总之，为了降低衬套的厚度和其重量同时保持或增加安全因素，采用了此自紧技术以对衬套的一部分或整个厚度预加应力，以扩大弹性变形的范围，而不降低疲劳抗性而是在一些情况下可能提高该疲劳抗性。

如应用至由复合材料制成的处于压力下的器皿或罐的自紧技术包括施加足够的压力以达到并超过金属的屈服强度和罐的测试压力——该测试压力通常为工作压力的1.5倍，使得变形在罐的整个工作寿命期间是永久且稳定的，即便是在进行现行立法所要求的必要重新测试后也是如此。此塑性变形在轴向和周向上均涉及仅金属壁，然而由复合材料制成的外层保持在其弹性范围内。此特征是碳、玻璃以及芳族聚酰胺纤维的典型特征。

如上所述，对成品罐——即，在罐已经由复合材料包裹之后——执行自紧法。通常通过将液体特别是高压力液体引入罐中来执行，以使内衬套永久变形。此变形可以超过0.95％-1.8％。考虑到这些纤维的断裂伸长率的范围是从1.9％至3.6％，并且还考虑到与工作压力相关的、其范围在2.35至3.6的安全因素，我们可以规定在液压测试期间，最大伸长率可以超过：

·对于碳和芳族聚酰胺纤维，0.95％，

·对于玻璃，1.8％。

此技术在罐的任何较大的容积方面或整个罐的增加的周向和轴向抗性方面均未产生任何显著的进步，这是因为这些因素取决于衬套的断裂载荷(breaking load)及复合材料的断裂载荷，而这些断裂载荷未被自紧法显著修改。

在具有外部由通过热固性树脂或结合于热塑性塑料中的树脂浸渍的碳、玻璃或Kevlar纤维加固的金属衬套的柱状物的情况下，衬套和复合材料各自的弹性模量可以分别迥然不同。下面是几个示例：

·多数钢合金具有在190,000N/mm²至215,000N/mm²范围内的“杨氏弹性模量”E；

·多数铝合金具有范围从64,000N/mm²至80,000N/mm²的模量E；

·最广为使用的碳纤维和环氧树脂合成物具有范围从138,000N/mm²至175,000N/mm²的模量E；

·玻璃纤维和环氧树脂合成物具有范围从44,000N/mm²至60,000N/mm²的模量E。

从工业观点来看，通常选择最廉价的合成物，这意味着选择玻璃纤维合成物。然而，明显的是，如果我们选择组合钢衬套/玻璃纤维合成物(最经济的组合)，那么我们会得到迥然不同的弹性模量。这意味着，在加载法的第一阶段期间(当罐首先被加载至设定压力时)，多数比应力σ＝E*ε(胡克定律)会被衬套吸取——衬套的弹性模量E在合成物的弹性模量的三倍以上，同时，适合地，衬套和合成物在它们的界面处的伸展是相同的。

如果我们希望采用关于工作压力的最小容许安全系数，例如3，这意味着器皿或罐应该在不低于工作压力3倍的压力下爆炸。

如果在爆炸压力下复合材料的纤维断裂，这意味着它们已经达到它们的最大容许载荷，或换言之，已经达到所允许的它们的最大变形，因此，依然参照玻璃纤维，已经达到3.6％的伸长率。

如上所述，因为这些纤维的特性实际上一直到断裂点都是线性的，所以由此可见我们能够计算与工作压力相对应的变形＝3.6％/3＝1.2％及与测试压力——根据当前标准其通常被设置为工作压力的1.5倍——相对应的变形＝1.5×1.2％＝1.8％。

在具有这些变形的情况下，钢合金及铝合金均良好地处于塑性范围内。

此外，为了获得在当前标准所要求的接下来的周期性液压再测试下的永久和稳定变形，需将此变形增加一个百分比即便是一个最小的百分比。

此推理路线在关于力的均衡考虑其他基本关系时更加有效。

拉力σ还被定义为F/A，其中，F为载荷或总力，而A是在其上施加此力的表面。

为了降低成本和重量同时增加容积、维持总体外部尺寸不改变，需降低材料的厚度，即，降低A的值，A为厚度的函数。事实上，如果我们考虑具有单位长度的壁的横截面，那么我们可以说A＝S×1，因此：

σ＝F/A＝F/S*1＝E*ε

这意味着，如果与加载压力直接相关的F保持为相同，那么S越小，σ越高，并且由于E为恒定的，所以ε的值即具体的伸长率须增加。

由此可见，使用当前标准所要求的安全系数和为了降低成本和重量的最小衬套厚度，自紧法(下文中称之为“自紧”)对所述器皿和罐的制造和认证来说变得不可避免并且随之发生。

如果此方法被合宜地应用，它也具有某些优点。确实，当自紧压力被释放时，衬套的壁处于受压状态，因此，当对相同器皿再次施加内部压力时，衬套上的应力将会较低。这意味着衬套的材料的σ的中值将会较小，并且如实验已表明的，疲劳特性将会相应地提高。

然而，须非常注意对要使用的材料的选择及壁的尺寸，这是因为材料的过度可塑性或低延展性可以诱导材料自身的过度加工硬化，随之而来的是脆化和疲劳寿命的降低甚至是剧烈降低。

如果须引入器皿的气体或更一般而言流体含有可以导致众所周知的源于初生氢的应力腐蚀或脆化现象的杂质，那么此风险将变得更大。

自紧之后，如果永久变形过度，那么由合成物诱导到衬套的壁中的压应力也将会非常高。在这些情况下会出现众所周知的现象，即，“由于轴向载荷而导致的弹性不稳定”或屈曲，一种会导致衬套倒塌到器皿中的事件，随之而来的是合成物从壁分离。须绝对避免此现象，这是因为仅在对器皿加载和卸载几次之后，此现象就会导致金属衬套的壁整体倒塌。

为了避免此现象，应当使用具有低弹性模量的材料。这导致使用由塑料或聚合物制成的衬套。然而，由这样的塑料或聚合物材料制成的器皿不保证完全的密封，这是因为聚合物材料是气体可渗透的。此外，现有技术使得不能实现制造大尺寸(具有2m至3m的直径和超过10m-12m的长度)的器皿。即便结合相同器皿的各个不同部分特别是具有出口的尖顶拱(其须由金属制成)，也会导致不易解决的问题，这是因为耦接是成问题的，并且确实会发生局部泄漏。

装配有由合成材料制成的内衬套和外壳的类型的罐从专利DE 102011007361和DE102011076480中已变得众所周知，该种类型的罐被设计为不但增加罐的容量而且增加其对高内部压力的抗性。确实，为这些专利的主题的罐被设计成用作在自动工业中应用的气体燃料存储罐，特别是它们被设计为保持处于其气态——特别是在高压力下——的氢。

所述专利公开了如下方法：在执行通常的自紧法之前，使所述罐——特别是使它们的衬套——经受预加拉力处理，即，经受衬套的初步加应力。

上述专利中的第一个专利公开了衬套的初步处理，其中，衬套在包裹复合材料之前，被纵向地压缩以被缩短；随后，它由复合材料包裹，复合材料被加热直到其被聚合/稳定。罐随后被从初始预加拉力条件下(由于压缩而缩短)释放，并经受自紧处理。实际上，利用该处理，衬套相对于被初始加拉力(一种在小的程度上提前先于自紧处理进行的操作)的外壳而言被部分地压缩。

上述专利中的第二个专利公开了基于单向预加拉力的处理，接着是优选地以迭代的方式进行自紧处理，以不过度对材料加应力。

然而，尽管这样的方法代表了对现有技术的方法的明确的改进并且针对所描述的应用被具体地设计，然而这样的方法不适合应用于具有大得多的尺寸并且具有大约为数百巴的高得多的工作压力的罐。更重要的是，它们未提供关于容积/重量比的显著改进。

因此将期望的是，并且本发明的主要目的在于，构思一种用于制造罐的方法，具有以下特征：

·被设计为密封的连续金属器皿的内衬套，

·以及外壳，该外壳包括一层或多层被合适浸渍的复合材料，

·被设计成提供优异的抗引入所述罐中的气体的压力的特性，

·其在制造大约数百m³的高容量罐方面特别有优势，

·并且其代表衬套厚度——即，衬套的重量和制造成本——方面的显著改进，

·其可以由混合复合材料制造，还可以使用特别廉价的玻璃纤维。

此外，所述方法必须使用众所周知的方法简单且安全地执行。

通过根据所附权利要求的方法和制造的相关罐实现此目的和其它目的。

在以下通过非限制性实施例并参照附图提供的描述中，本发明的特性和优点将明显，其中：

·图1示出了本领域中最通常使用的一些类型的钢的通用和典型形式的弹性曲线；

·图2示出了奥氏体不锈钢在经受根据本发明的和本领域中所通常使用的两种不同的相应预加拉力/加工硬化处理时其两种不同形式的弹性曲线的简化略图；

·图3示出了这种经受不同加工硬化条件的材料的实验形式的简化略图；

·图4A、图4B以及图4C示出了根据本发明的衬套预加拉力模具的一样多的工作状态的一些非常简化的和象征的略图；

·图5示出了关于图4B的修改和功能化形式的衬套膨胀法；

·图6为根据本发明的衬套加工硬化法的第一阶段的象征示意图；

·图7示出了图6中所示出的阶段之后制造的衬套的简化外平面视图；

·图8为上述根据图6的第一阶段之后衬套加工硬化法的第二阶段的象征示意图；

·图9示出了图8中所示出的第二阶段之后制造的衬套的简化外平面视图；

·图10象征性地示出了生产模具和相关衬套的改进实施方案；

·图11示意性地示出了图10的衬套的外壁的改进的不同实施方案的一部分；

·图12示意性地示出了优选地用于实施根据本发明的衬套的一些材料的弹性模量的简况；

·图13示意性地示出了根据本发明的改进生产步骤的图13的材料的定位和载荷曲线的简况；

·图14示出了图10中所大体示出的衬套的外壁的一部分的放大图；

·图14A示出了图14中所示例性示出的其壁设置有皱纹的衬套的端部部分。

接下来的描述和权利要求书涉及假设罐，该假设罐包括内衬套和由复合材料制成的外壳。

意在使用传统材料诸如铝合金或钢，并且根据当前制造技术——诸如焊接不同的适当成型的金属片，或焊接使用现有技术由金属片、管或坯料获得的单件——来制造衬套，以限定这种类型的组成部分；此外，还意在所述衬套和由复合材料制成的相对应的外壳两者均形状上为柱形，尽管明显的是进行该简化是为了便于此描述的单一目的，这是因为可以利用本发明的罐可以被制造为具有任何方便的形状或几何结构。

为了构建具有300巴或更多的工作压力、不泄漏且具有最小重量、最大的内部尺寸以及最小成本的大尺寸器皿，根据我们的推理路线，需使用金属衬套，尽量降低合成物的厚度(保留所采用的安全系数)和衬套壁的厚度两者，同时避免屈曲的危险——特别是在衬套非常薄并且其经受的压应力非常高的情况下。

在一些情况下，压缩天然气(CNG)的运输造成了源于初生氢的拉力腐蚀和脆化的问题。在这种情况下最合适的材料为某些铝合金和奥氏体不锈钢，它们对几乎所有化学入侵均非常有抗性。后者在50℃以下能够甚至对CI-离子的侵袭——即在海水存在的情况下——具有相当的抗性。

参照图1，图1示出了本领域中通常使用的各种类型的钢的弹性曲线的形式，这些各种类型的钢先前已经受加工硬化处理，即，已经受载荷下的伸长：完全明显的是，这些曲线彼此之间差别很大，并且该差异不但是由于它们的性质而导致的(这很明显)，而且还在很大程度上是由于安排的加工硬化处理的程度或深度而导致的。

参照图3，可以观察到，如果考虑标识相应材料的发生从弹性行为范围到塑性行为(即，永久变形)范围的转变的条件的点A、点B、点C，那么这些点位于相应不同的x-坐标，即，具有相应不同的伸长率ε(水平轴)的值。观察所述曲线，可以注意到，随着加工硬化的程度增加，弹性范围增加，即，弹性范围变形在其达到塑性范围之前增加。

参照图2，如果我们参照特定类型的钢观察两种这样的曲线的示意图重建的放大图，我们可以更好地观察到上述情形。

曲线“H”代表退火状态下的基体钢的弹性形式，而曲线“K”代表相同类型的然而先前已被加工硬化至中间值(下文中通常称为1/2H)的钢的弹性形式。

如可以看出的，为了达到残留变形ε，即，永久变形，在移除位于X-轴上的点“D1”处等于0.2％(传统屈服强度)的拉应力之后，须对基体(未硬化的材料)施加近似0.37％的变形(点“D2”)。

在另一方面，如果相同材料先前被加工硬化，为了实现相同的残留变形，那么必须施加几乎0.65％的伸长，对应于X-轴上的点“D3”，即，相当高的值。

关于所述材料在移除应力之后的行为，特别是从点“D2”到点“D1”的回程以及从点“D3”到点“D1”的模拟回程，这是本领域众所周知的公知常识，因此为了简洁而省略。

奥氏体不锈钢特别是AISI 304，除了抗化学侵袭的性质和优异的可焊接，还拥有某些特别的机械特性，这些特别的机械特性使得其适合用于制造用于器皿的衬套，这些衬套预定随后要由一层或多层复合材料包裹。事实上，如果此种类型的奥氏体不锈钢经受加工硬化，那么其径向修改了其机械性质。

如图3所示，图3示意性地代表了经受各种加工硬化条件的此材料的实验曲线，可以观察到，从处于其退火或溶解状态(下部曲线)的材料开始，如果基体材料经受三种不同的加工硬化率(1/4H；1/2H；2/3H)，会获得越来越更高的脆化和断裂载荷水平，同时材料维持显著的残留塑性储备。

在标识为“2/3H”的曲线的情况下，存在大约10％的断裂延伸率，即，与未加工硬化的普通低合金碳钢相似。

回到图2，遵循上述的相同推理路线，如果我们想要实现载荷下在范围1-1.1％内的变形(此值1.1％为X-轴上点D4的值)，那么我们得到两个“潜在”残留变形，这取决于钢先前是否已经受加工硬化，并且确切地：

·对于为未加工硬化的材料的基体，近似0.92％(点“D5”)的变形，

·以及对于加工硬化的材料，近似0.64％(点D6)的变形。

实质上，简要而言，现在可以证实，所述点D5和所述点D6之间的距离代表“获益”，即，加工硬化处理的优点，其在于和基体钢相比而言的先前经受加工硬化的钢的较低残留伸长率(D6的X-轴值为0.64％，低于D5的值0.92％)。

此性质即显著降低的残留变形，连同此材料已经受的伸长法，加上断裂载荷的基本恒定性是本发明的基础。

事实上，本发明的主旨是基于下述观察：载荷下1-1.1％的变形几乎精确对应于自紧变形，通常对成品器皿在器皿包裹复合材料之后进行自紧变形，我们自然希望也将自紧变形施加于衬套。

然而，如果使用如同所指明的类型的钢制造的器皿在利用复合材料传统地包裹以做成之前先前被相当程度地加工硬化(图2，曲线“K”)，那么在自紧压力被释放时，由于在下面的衬套的较低的永久变形，合成物的拉力状态将低于如果不执行所述加工硬化法的话会有的拉力状态。相应地，衬套的壁所维持的压缩程度也会显著地降低。

通过适当地计算衬套和合成物的厚度、通过组合不同类型的纤维以获得适当的弹性模量以及通过使衬套的钢在进行包裹和自紧法之前经受合适的加工硬化处理，在所有其他条件保持相同(即，相同的工作压力、安全系数以及外部尺寸)的情况下，可以获得在最大有效载重的情况下具有最小重量及成本的器皿。最后，同样通过对衬套钢的合适加工硬化处理，在进行对衬套的包裹和执行自紧之前，我们可以对其施加使得均值σ尽量接近0这样的压缩状态以增加衬套的疲劳寿命。

实际上，依然关于图2，现在明显的是，在已定义特定的残留变形值(点D6)的情况下，本发明使得我们能够标识和执行加工硬化/预加拉力法以获得所需要的弹性曲线，并使得在后续的自紧处理期间，钢处于期望的条件下。

简言之，待对钢执行的加工硬化条件是根据弹性曲线和随后的自紧法两者倒向“构建”的。事实上，后者使得能够选择最佳残留变形点D6，根据该最佳残留变形点D6计算点4，并且因此计算要对材料执行的加工硬化的值。

作为上述的对衬套初始加工硬化的解决方案的替代方案，在所有其他条件保持相同的情况下，衬套的厚度应当增加，以降低单位载荷并因此降低伸长率。然而，此解决方案，即增加衬套的厚度，正是我们想避免的。

本发明通过构思配备有传统衬套的下述罐解决了此问题，所述罐在由复合材料层包裹之前，经受包括加工硬化/相对于外壁的膨胀的处理，该衬套优选地应当为柱形形状。

将根据传统方法执行此膨胀法，即通过使流体优选地是液体在衬套内部，并且使此液体经受非常高的压力，以使衬套的柱形表面变形，周向和轴向地扩张衬套；实际上，基本上为柱形的衬套的直径和长度两者均扩张。

通过此手段，内部容积明显显著增加，然而不会增加衬套的质量，因而不会增加衬套的重量。这是我们想要获得的结果之一。

根据本发明，可以通过以下程序和方法获得此结果：

·首先，关于衬套的制造，需选择和使用具有最大可延展可能特性的钢，即，断裂伸长率可以达到高达50％的钢。由于上述需要，此要求是，即，制成衬套的金属应当能够在大的程度上扩张/膨胀同时维持足够的变形性储备，并且保持在非常远离断裂点的变形范围内，从而避免将会不利地影响疲劳寿命的脆化现象；

·其次，且同时地，在此扩张法期间，须使材料能够实现合适地加工硬化的条件以均匀地且在两个方向(轴向和周向)上增加其弹性范围。

确实，需观察本发明的基本条件之一，即，在具有上述的扩张/膨胀阶段的情况下，依然可以使衬套伸展受限的但是额外的屈服区间；此方法须在器皿已完成并且已包裹一层复合材料之后，在随后的自紧阶段期间执行。通过此手段，在已应用复合材料之后，在自紧阶段期间，将可以校正衬套的壁的永久变形(以降低永久变形)，使得当自紧压力被释放时，复合材料不过度地压缩衬套壁的金属，从而防止上述的屈曲的风险。

所有这些主要对处于压力下的经受低温的、其中衬套遭受额外收缩的器皿有效。

为了获得此情形，需选择可以被加强(即，被加工硬化)至最高达预定值的类型的钢。此值必须为这样的值：在如此变形的衬套已由普通的传统复合材料层外包裹之后，相应的弹性模量的曲线的公共工作点在自紧之后在工作条件下满足以下两个条件：

·同样在液压认证测试期间，两种材料，钢和合成物，须均在它们各自的弹性曲线的范围内，在所述液压认证测试中值可以达到最高达工作压力的值的150％。

·在随后的自紧法之后，并且在工作条件下，求得包括包含衬套和复合材料层两者的罐的壁的两种材料的工作点：

·关于衬套，在屈服强度水平之前，并更方便地具有平均应力值σ使得在工作压力下的拉力/σ/减去当器皿为空时的压缩/σ/尽可能接近0；

·关于复合材料，在工作压力下，σ须保持在所采用的安全系数所施加的限制之内。

根据本发明，参照图4A、图4B以及图4C，如果衬套为基本上柱形的，被设计来使衬套钢扩张/膨胀的此预加拉力处理使用柱形形状的外模具1来执行，该外模具具有这样的尺寸：使得不但完全封闭衬套2，而且还确保在整个衬套的柱形表面上基本上恒定的线性和径向尺寸“L”的区间保持在所述模具1的内壁3和衬套的外表面4之间。

实际上，外模具1和衬套2具有基本上同轴的柱形几何结构，具有相似的高度“A”的特征，所述柱形几何结构被定中心使得内部几何结构即衬套2的几何结构完全容纳在由模具1的内壁3所确定的外部几何结构内。

在衬套2和模具1的内壁3的这两个几何结构之间，从而创建了基本上为环形形状的并且伸长的中空空间12。

本发明的方法在于：在衬套由复合材料包裹之前根据以下依次排序的阶段执行所述衬套预加拉力处理：

a)将钢衬套2容纳在模具1内(关于标识理想类型的钢的标准，下文中处理该主题)(图4A)；

b)完全密闭模具1的两个半部1A和1B，使得它们限定能够包围衬套2的柱形模具空腔(图4B)；

c)密闭衬套入口孔(衬套可以具有一个或多个孔，但是此特征对该程序不是必不可少的)；

d)在衬套中添加能够被加压的流体；这可以是任何适合此目的的流体，但是为了技术和经济两种原因，更好的是用液体填充衬套，所述液体可以是油，例如尽管水因为更具有经济优势是优选的。

e)对所述流体加压，直到衬套的壁特别是其整个柱形表面膨胀并延伸至它们与模具1的、阻挡衬套的膨胀的内部柱形表面交会的点处(图4C)。实际上，一种如下方法：其在概念上相似于普遍使用以例如用于吹塑家用塑料瓶(PET)的“吹气”法，或相似于众所周知的液压成形技术方法；

f)在衬套已到达此阶段之后，使衬套减压，将模具1打开，并且将衬套从模具中取出来，以待经受如下所述的后续处理。

此时，明显的是，如果伸长率(或扩张率，取决于考虑哪种测量)已到达其甚至几乎不在金属的屈服强度范围内的点，将已获得下述衬套，所述衬套不但具有屈服加强的外柱形表面(加工硬化钢)，而且还具有其内部容积的显著扩张，从值(仅针对柱形部)：

V1＝a.π.r2

到新值：

V2＝a.π.(r+L)2

其中，r代表柱形衬套的初始半径，而a代表柱形表面的高度或长度。

如上所述，L代表膨胀/扩张之前衬套的表面和模具1的内表面3之间的线性距离。因此，明显的是，罐的内部容积可以增加甚至显著的量，而根本无需增加所利用的材料的量即重量，从而无需增加成本，无论是直接成本即制造成本还是间接成本即运输成本。

所采用来执行上述的加工硬化法的手段和方法可以基于以下考虑因素有利地改进：

·众所周知，在将流体(在本情形下为液体)引入密闭的器皿(在本情形下为衬套)的方法期间，

·在所述器皿内的压力快速增加至非常高的值的情况下，

·当对所述器皿(在本情形下在所述模具1的内壁3和衬套的外表面4之间所创建的环形形状的空腔12内)的外壁施加的压力保持基本恒定，处于渐进地低于衬套内部的压力值的一个值时，不需要的不规则变形可能容易地发生(像“气泡”一样)在所述衬套的表面上。

此现象还可能随着随后的不规则加工硬化容易地导致衬套自身的不规则最终变形，而本发明是基于加工硬化法的规则前进。

为了避免此风险，所提出的改进教导了如何将流体优选地是液体引入所述空腔12中，流体完全填充所述空腔12并且被加压至可调节的渐进地增加的反压力。

所述空腔中的所述反压力须随着衬套内部的压力增加而增加，具体而言，对衬套的两个壁的Δ压力须有利地保持恒定或半恒定，以确保衬套的变形以均匀的方式发生：

·既在衬套的整个范围上，

·又随着时间，即，在衬套加压阶段(加工硬化)期间不存在不同的压力峰值。

此方法自身处于行业专家的范围内，因此执行细节为了简洁而省略。

然而，方便的是在此指出，利用本改进，并参照图5，在模具的本体1B中，须提供通道13以使得能够将处于根据衬套内部的压力增加而调节的所需的反压力下的流体引入所述空腔12中。

现观察图3，图3示出了三个曲线C1、C2、C3，每个曲线代表使用相同材料制造的单个衬套的可能的相应弹性曲线，其中，每个曲线代表可以使用3个不同尺寸的不同模具获得的加工硬化程度，其中，曲线C1代表可以利用材料的最少伸长率获得的载荷曲线，而C3代表可以利用材料的最大伸长率获得的载荷曲线。

为了避免任何误解，该方法可以被例示如下：如果使用相同类型的材料及以相同的尺寸制造三个完全相同的衬套，并且如果所述衬套经受上述方法，然而使用三个仅在“L”——即，衬套和模具的内表面之间的初始空腔的宽度或径向长度——的大小方面相互不同的模具，那么可以获得上述三个曲线，其中，每个曲线示出了每个衬套在上述的相应预加拉力或加工硬化之后的载荷曲线。

因此，基于复合材料的性质和厚度、基于自紧法的特性以及基于工作压力，图3中所示出的曲线允许我们为每种类型的钢标识出为了满足这些条件所需的加工硬化程度。

简言之，给定σ和特定ε的交集为每种类型的材料标识出相应曲线从而标识出相应的加工硬化程度，并因此标识出要使用的模具的相应大小。

关于用以执行上述预加拉力/加工硬化处理的方法和手段，有经验的读者将已观察出所述加工硬化不能通过对衬套的壁的单次无差别膨胀而获得，这是因为后者或多或少包括中间柱形表面和两个半球端表面。

因此，考虑到这些不同表面所提供的不同程度的抗性，在没有任何进一步措施的情况下将加压液体简单引入到衬套内部将不可避免地对衬套壁的不同部分产生有差别的加工硬化/变形，从而在表面的部分上产生可接受的和最佳的变形，但在剩余部分上产生非最佳的变形。

为了克服此缺点，衬套经受具有两个后续阶段的加工硬化法，其中：

·在第一阶段期间，衬套的初始部分被膨胀/加工硬化，同时确保其他部分被人工保护且被阻挡使得其他部分不遭受来自相关膨胀的任何应力，

·随后，执行第二阶段，其中，颠倒上述操作，即，首先阻挡衬套的先前被加工硬化的部分并保持其不膨胀，而其次，尚未被加工硬化的部分经受变形处理。

参照图6至图9，为此目的准备了初始模具20，该初始模具具有下述这样的剖面和总尺寸：当其围绕衬套2封闭时，如图6所示，模具的面对衬套2的半球端部分2A的两个部分20A呈现与衬套2的相应所述半球端部分2A相同的纵向尺寸“M”。

此外，衬套的柱形部分呈现第一内部尺寸“D-1”。不同于所述柱形部分，衬套的柱形部2B占据距离“D-2”处的位置，对应于所需要的最终变形。

如此封闭的衬套接下来经受必要的内部压力，直到衬套的柱形部分2B扩张至其与模具的相对柱形表面20B相接触的点处，从而实现所期望的最终径向尺寸。

在所述初始变形阶段之后，衬套呈图7所示的形状，其中，衬套的柱形表面部分的最终形状被标识为“20C”；在此情况下，所述柱形部分的直径“D3”会明显对应于初始直径“D-1”与所述距离“D-2”两倍的和。

在此初始阶段，衬套的半球部分2A仅边缘地被修改，这是因为其纵向尺寸“M”保持被模具的所述表面部分20A阻挡，而两个相关的周边部分被迫跟随衬套的柱形表面部分的膨胀直到所述尺寸“D3”。

随后，将衬套从模具20中取出，并引入第二模具30中，如图8所示，图8呈现了上述这样的尺寸的柱形表面，当所述模具30如上文所述的先前方法围绕衬套封闭时：

·已变形的所述柱形表面20C完全适应并抵接所述第二模具30的内表面30A，

·同时第二模具的半球端部分30B占据从衬套的尚未变形的相对应的半球表面2A起的预定距离“P”处的位置。

此时，衬套的内部再次被加压，以便使所述半球表面2A带回至与第二模具30的所述半球端部分30B接触和抵接。

在所述第二膨胀/加工硬化阶段结束时，衬套将如图9所示，即，简言之，其将呈现等于所述“D-3”的柱形部分的直径以及等于衬套的原始长度“LO”(参见图8)加所述预定距离“P”的两倍的总长度“LT”(参见图9)。

总之，在所述第二阶段结束时，整个衬套处处以期望的方式变形，即，利用差别的变形半径和均等变形压力，意在被设计来实现预定的总变形/加工硬化。

关于要使用的材料，最合适的类型为奥氏体不锈钢，包括双联奥氏体不锈钢；更具体而言，所标识的为此目的的最好的钢为AISI 304，优选地为其更加可焊接的AISI 304L形式，其特征在于非常低的碳含量。

术语“双联钢”标识了一种类型的高抗性奥氏体不锈钢，这种类型的高抗性奥氏体不锈钢通过该名称在本领域众所周知，因此其具体特性为了简洁而省略。

已通过实验显示，上述方法完全适合用于实现本发明的目标的目的；然而，还已确定，显著改进的方法结果可以通过使用上述指定类型的钢来容易地获得，该上述指定类型的钢先前已经受两种具体的热处理：

·第一热处理为“溶解”，即，碳化物在奥氏体中的扩散；执行此处理以获得较软、更加可延展的合金，从而更加容易加工；

·第二处理，退火，包括将钢加热至低于熔化温度的温度，接着是进行缓慢和/或受控的冷却的阶段；执行此第二热处理以消除内部残留应力并取消塑性变形的影响——它们可能已由可能已产生局部内部应力的先前焊接或热处理所导致。

因为这样的溶解和退火处理在本领域中众所周知并且被广泛使用，所以省略对它们的详细描述。

最后，还需考虑是否下述这样做会更为有利：不对已形成为半制成的罐(缺乏最后的复合材料的包裹)的衬套而是对须必然被焊接在一起以产生衬套的单独的金属片执行所述热和机械处理特别是加工硬化/预加拉力。

确实，在单独的金属片被焊接在一起以形成衬套之前对它们执行加工硬化/预加拉力处理节约金钱并且提高效率和生产率，特别是因为其规避了提供格外大的模具以执行上述加工硬化法的需要。

可以在单独的金属片被焊接在一起之前对它们进行加工硬化在本领域中是众所周知的程序，利用在两个单独的阶段对相同金属片执行的二维类型冷轧法，以确保对片的整个表面进行可控且均匀的加工硬化。

因为在两个或更多个阶段中通过冷轧对每个单个金属片进行加工硬化的方法在本领域中众所周知，所以本文中不详细地对其进行描述。

本质上，本发明的方法使得可以：

·使衬套的外部部分膨胀/加工硬化，以获得罐的内部容积的期望的实质性增加，其中衬套构成内套，而不增加厚度，而是相反，降低了厚度，因此使衬套本身的重量和成本保持在可接受的限制之内，

·同时，使用这样的方法和材料执行所述膨胀使得获得的该膨胀不负面地影响随后的自紧处理的目的，即，仍然可以使所述预加应力(因而预膨胀)的衬套经受传统的自紧处理，

·自然而然，在所述衬套已由传统复合材料层包裹之后，在本领域众所周知，

·同时，依然可以执行整个罐的第二次加拉力使得，在所述第二自紧加拉力之后，由于归功于所使用的材料的特性而衬套仍然拥有的弹性特性，所述衬套依然保留收缩一定量的容量，然而不会进入弹性不稳定性范围，该弹性不稳定性范围具有随之而来的屈曲风险。

此外，上述预加拉力处理提供的附加优点在于，使得衬套的金属结构中的任何缺陷立刻明显；特别地，从而执行密封测试，并且衬套的焊接点中的任何瑕疵被自动识别。

进行罐的制造，在所述单独的对衬套预加拉力的方法结束时，后者由一层或多层合适的复合材料包裹，并且如此完成的罐经受自紧处理，自紧处理因而可以执行而不损害罐的特性，使得能够实现衬套的期望预压缩，这允许将处于高压力下的气体引入，结果是：衬套放弃预压缩状态，经历零压缩状态并最终到达普通加拉力状态，但和尚未执行自紧处理时衬套会处于的状态相比具有降低了甚至较大的量的拉力值。

在构建原型和利用原型在真实环境中进行实验的方法中，为了验证上述的评估和本发明的假设的一致性，并且此外考虑到自身在本领域众所周知的额外因素，对构建衬套和相对应的罐的方法的进一步改进已被识别并在下文中描述：

A)第一个这样的改进是由于下述事实而引起的：在通过预加拉力的先前加工硬化处理之后，衬套的壁厚度明显比其进行加工硬化之前的厚度薄；确实，这正是意在通过所述加工硬化所实现的。然而，除了刚描述的优点之外，此处理还带来众所周知的使衬套在复合材料层已包裹在衬套周围之后更易受屈曲效应——衬套壁向内弧形地弯曲——影响的缺点。

此屈曲的风险由下述事实导致：在上述自紧之后，所述复合材料层依然在其弹性范围内从而对在下面的衬套产生显著的、连续向内的径向压缩力。为了避免此危险情形，已通过实验发现，如果原始为柱形形状的衬套的外壁被成形为使得该外壁获得波纹状或脊状和皱纹状的、具有一系列平行皱纹的外观——如图10所示，那么其相较于在所述成形前的初始衬套提供相当多地增强的抗屈曲特性。

确实，参照图9和图10，它们分别示出了波纹成形之前的衬套和所述成形之后的相同衬套，重复的实验已显示，衬套的外壁的屈曲倾向在所述外壁已被皱纹化/波纹化之后相较于其中所述壁基本上为柱形、未被皱纹化/波纹化的在先情况显著降低。然而，应当立即说明的是，衬套的此波纹化一定不要在衬套已经受以上大量描述的加工硬化处理之后执行，而是要在所述加工硬化处理的过程中执行。

参照图11，因此所述加工硬化处理须使用下述适当的模具执行，所述模具的包围衬套的外侧表面并使衬套的外侧表面成形的内表面相应地具有波纹40、41、42、43……；这些波纹环形地布置成位于与衬套的轴线正交的相应平面上的脊和皱纹的形状，从而它们被设计为想要在衬套自身的侧壁上获得的相对应的波纹40B、41B、42B、43B……的“相反的”镜像图像。

事实上，从而获得初始柱形衬套的某种箍环(hooping)；如上文所说明的，此箍环的目的在于增加并且从而显著地提高衬套的向内径向刚性，从而降低屈曲风险，而无需添加新材料或执行额外的方法来应用借以实现所述箍环的“箍”。

一般而言，箍环的目的在于增加具有环形横截面的、经受向内施加的径向应力的结构元件的抗性；其基本上包括使用合适地抗应变的材料进行的连续或非连续包裹。

参照图11，示出了一种不同形状的箍环，其中衬套的纵轴向横截面示出，箍环脊基本上包括具有相应的等腰梯形的形状的外段40C、41C、42C……，然而，具体而言，这样的“箍”包括柱形外剖面40D、41D、42D……。

在所考虑的情况下，然而，其被获得为等同于“箍环”的这样的波纹的存在提供的优点在于，在衬套的重量相同的情况下，其对来自从外部向内施加的压力的变形的抗性显著增加；通过这些手段，可以对衬套执行额外有限量的加工硬化，导致衬套壁的厚度即重量的额外有限的降低。

立刻明显的是，此机会在目前的情况下具有巨大的相关性，其中本发明的主要目的具体在于在所有其他条件保持相同的情况下降低衬套和相应罐的重量。

还已观察到，在某些限制内，所述波纹/箍环的深度“H”的大小相应地提高，因此尽管非线性地，但是相关衬套的外部抗性渐进地提高；可以利用此情况来根据希望获得的衬套的抗性的程度，关于由流体内容物施加的压力所导致的内部径向应力确定波纹/箍的深度。

最后，还已观察到在经受上述波纹/箍环法的衬套的尺寸之间的有利比率组合；参照图14，事实上，已通过实验显示，提供最佳工作结果的每个单一皱纹的宽度“L”与其高度或深度“H”的比率即比率L/H位于1至6的范围内，即1≤L/H≤6。

此外，在其中已经形成有所述波纹的衬套的各种尺寸之间的比率方面已识别出额外的范围；这样的范围在被单独验证或组合验证时使得能够实现衬套的主要性能——即其在工作时对径向膨胀的抗性——显著提高。

这些比率为：

·3≤L/Re≤15，

·3≤L/Ri≤15，

·20≤R/H≤100，

其中，图14中示出了所利用的符号；特别地：

·Re代表衬套表面的平坦的未被波纹化的部分50和相邻皱纹52的邻接的倾斜侧51之间的弯曲半径，

·Ri代表相同皱纹52的两个邻接的倾斜侧51和53之间的弯曲下部顶点Vi的弯曲半径。

此外，还已通过实验显示，波纹化壁的半径R(参见图14A)与厚度“S”的最佳比率位于以下范围内：

100≤R/S≤1250。

甚至更具体而言，已发现，对于相对于皱纹的宽度“L”的“H”的最小值(参见上述关系式1≤L/H≤6)——其中L/H约等于6即L/H≈6，在R/S约等于100时可以获得甚至更好的结果，即：

R/S≈100。

另一方面，如果是L/H≈1，那么在设定R/S≈1250时可以获得最佳状况。

前述关系须意在在以下意义上是大致含义的，它们说明了下述事实：在其他条件特别是衬套特征不变的情况下，所述皱纹40B、41B、42B、43B……的高度“H”须与衬套直径逆相关——即便是以非线性方式，即，衬套厚度“S”越大，所述皱纹40B、41B、42B、43B……的高度“H”须越小。

因此，本改进提供了双重优点：

·一方面，衬套对向外的变形的抗性显著增加，并且通过尽管非线性地但是相应地降低衬套自身的重量来利用此优点，以回到预定义的抗性的原始值；

·第二个优点在于下述事实：由于直接通过模具执行所述波纹化/箍环法，所以不需制造特别的箍环装置，从而避免了与这样的装置的组装相关的任何额外加工/操作。

考虑到所述类型的衬套关于性能和制造技术两方面所提供的较大的效率，行业专家一定已立刻认识到这样的技术优点立即转化为相当大的经济优势。

B)参照图12和图13，已构思并在下文中描述以下改进：

·请观察图12，图12示意性且象征性地代表弹性模量的曲线，即，代表以下三种材料的特性的曲线在笛卡尔平面“ε”、“σ”中的形状：

·AISI 304L不锈钢，其模量近似为E＝190.000N/mm²，

·碳纤维、玻璃纤维，其模量近似为E＝160.000÷115.000N/mm²，

·连续玻璃纤维，其模量近似为E＝40.000÷55.000N/mm²。

以下考虑因素出现在脑海中：让我们假设，在已对衬套执行加工硬化或预加拉力法之后，根据技术，衬套由连续玻璃纤维和碳纤维的复合层包裹。在这些情况下，当罐已完成并且已投入工作——即，在大约300巴或甚至更高的高压力下被加压——时，罐的随之发生的径向扩张被相同地传递至形成玻璃纤维和碳纤维的复合层的两种材料的径向扩张。并且，因为衬套由所述纤维环形地包裹，此径向扩张转换为相同纤维的相应且相同的纵向延伸。

然而，所述复合层的两个组成部分，即连续玻璃纤维和碳纤维，关于所述相同的纵向延伸不同地表现。

参照图12，可以观察到，在所讨论的两种纤维合成物的相同膨胀值“ε1”处，它们的反应显著不同；事实上，玻璃纤维的合成物以应力值“V1”反应，而碳纤维的合成物通过产生应力值“C1”进行反应，考虑到相应的弹性模量的差别，应力值“C1”显著高于“V1”。

这意味着，衬套的扩张应力被以非常不均衡的方式传递至复合包裹的两个组成部分，更精确地，较大部分的应力由碳纤维的合成物在点“C1”处抵抗，而连续玻璃纤维的合成物经受远远更少的应变，到达点“V1”。

因此，作为初始假设，应该可以通过完全消除不起作用或表现不佳的玻璃纤维并且通过仅使用碳纤维来简化制造包裹的整个方法。

然而，此假设解决方案从经济观点来看完全不可接受，简单明显的原因在于碳纤维比相同重量量的玻璃纤维昂贵得多，最高达约8-10倍；此因素消除了单独使用碳纤维的合成物的可能性。

作为替代的相反的假设，然后可以决定单独使用玻璃纤维的合成物，采用足够用于所述目的的更大数量的玻璃纤维；然而，此假设也须被驳回，这是因为它违背了下述事实：连续玻璃纤维比碳纤维重得多，并且如果考虑以下所述更加如此：考虑到两个弹性模量的显著差异，为了经受住衬套的膨胀压力所需的玻璃纤维的量须远远更大。此限制完全不可接受，因为如下简单的事实：本发明的整个目的在于创建完整罐，该罐在提供相同的性能水平的同时，重量远低于根据现有技术生产的罐的重量、不会多于如果单独使用连续玻璃纤维的话的情形下的重量。

已经全方位地分析了经济技术形势，并且已经识别出使得能够实现从罐的总成本和最终重量的角度来看、制造完整罐方面的最佳折衷的方法。

解决方案描述如下：参照图13，在衬套已经受上述的加工硬化处理之后，已经回到静止状态的衬套最初由单个相对轻重量的玻璃纤维合成物层包裹，这之后其经受根据技术的自紧处理。

当已完成此处理并且衬套再次回到静止状态时，情形如下：在图13中，玻璃纤维层处于具有正值“σv”的状况下，这是因为后一种材料尽管通过在下面的衬套被拉紧延伸，但是始终保持在其弹性范围内，并且在自紧处理之后从其变形“ε”来看，几乎回到了原始状态。

另一方面，被玻璃纤维包裹的覆盖合成物拉紧压缩的衬套处于图13中点“σa”所代表的状况下，即，其处于负应变(压缩)的状况下，但未实际呈现任何明显变形(点“σa”的x-坐标基本上为0)。

此时，在单独利用玻璃纤维合成物进行先前的自紧处理之后，衬套由置于玻璃纤维层之上的附加的最终的碳纤维层包裹。

以中立方式执行此最终包裹，即碳纤维的合成物没有任何伸展或拉紧，这由图13中的点“σc”代表，该点明显处于“0”(零)点，这是因为其未经受任何应变，从而未遭受任何变形。

因此，在此最终状况下，完整罐由以下三个组成部分构成：

·线“A”所代表的衬套的钢，

·置于外部并由线“C”代表的碳纤维的合成物，

·以及在前两层之间置于中间并且由线“V”代表的玻璃纤维的合成物。

当所述罐投入工作即被加压时，工作状况明显改变，并且可以以下述方式调节所选择的材料的参数，所述方式为使得：新工作状况使得沿着相应的线“V”和“C”的两种纤维包裹材料的情况的代表点大致位于封闭线“Z”所界定的相同范围内。所述封闭线于是代表两种所考虑的复合材料的可能工作区域。

因此在此情形下明显的是，获得了期望的状况，即，当衬套的钢上的应变变成零并且被求得在点“A1”处时，因为先前其处于压缩状态下，即，具有负的“σa”，那么两种类型的包裹(玻璃纤维和碳纤维)上的沿着“σ”竖直轴的应变呈现相似的值；这说明在下面的衬套的膨胀应变由两个不同的包裹纤维层以基本上相似的方式补偿。

此形成罐的方法一般而言是有效的，因为其防止使用超过从相应应变的角度来看所需要的量的包裹材料。然而，明显的是，此一般设计方法须根据需要调整和校正，以覆盖所有可能遇见的可能变量，特别是组成部分的成本、它们的重量以及它们的机械特性。

然而，已观察到，此方法使得可以合理的方式启动项目，这是因为提前解决了在两种类型的包裹上以基本上相似的方式分配衬套钢的载荷的问题。

上述用于构建完整罐的方法使得能够实现额外的改进；事实上，在已经由初始玻璃纤维层包裹的在下面的衬套已由最终的碳纤维层包裹之后，已观察到：如果在一定条件下并且在罐已根据上述方法由碳纤维层包裹之后，执行第二更受限的自紧处理，那么可以额外改进总的工作状况，特别是完整罐的抗性。

此第二自紧处理具有本领域已知的进一步改进罐的特性的效果，这是因为其增加了处于静止的衬套钢的初始压缩值，而未损害先前对仅包裹有第一层玻璃纤维的衬套执行的自紧处理的优点。

最后，须牢记，使用玻璃纤维已被提出仅作为用于本发明的任何改进的典型和优先材料；然而，如每个行业专家须认识到的，原则上任何其他拥有相似特性的材料均可以被采用作为对连续玻璃纤维的替代。

特别地，我们希望提及，可以有用地采用被称为“Kevlar”的材料代替碳纤维，此材料的弹性模量比碳纤维的弹性模量低相当多。

已经基于纯技术评估详述和呈现了前述考虑因素，即，以最大程度地增加所使用的材料的工作特征的值。

然而，在实际生产环境中，并不认为前述考虑因素本身足以在生产事务方面表明明确的决定；事实上，因为本发明的目的在于改进完整罐的总体最终经济利益，所以在最终的生产性决定中，不能明显排除对各种组成部分的成本的严格评估。

在这样的评估中，提出确实的证据：碳纤维的成本远高于玻璃纤维的成本，然后刚描述的执行具有碳纤维的合成物的第二层的假设要求使用较大量的这种合成物，因为明显第二层比第一层宽(相应的两个柱形几何结构分别显示了不同的半径)。

此情形的最终结论将会是，这样生产的完整罐即便从材料利用的观点来看技术上是最优的，但是从最终总成本的观点来看不会是最优的。

为了识别最佳的总体解决方案，于是本文提出生产实施方案，其中：

·先前被加工硬化的衬套的第一覆盖层包括碳纤维和环氧树脂的合成物，

·第二覆盖层明显包括玻璃纤维和环氧树脂的合成物。

明显地，如果实施具有两种不同弹性模量的两种不同复合层，那么刚描写的是有效的。

即便是在刚考虑的情况下，先前所提出的考虑因素也是有效的，即，在已实施具有碳纤维和环氧树脂的合成物的第一层之后，如此获得的罐经受根据现有技术的自紧法。

此外，依然如在先前的情况下，并且基于须基于每种具体情形的技术经济考虑因素，可能有利地是在碳纤维合成物的第一层之上提供玻璃纤维合成物的另外的最终层。

Claims (26)

1.用于生产高抗性罐的方法，包括用于形成衬套(2)的第一步骤，所述衬套为密闭金属容器，显示出优选地为柱形的形状，其特征在于，在所述第一步骤之前，所述衬套(2)的外壁经受能够实施轴向和纵向预加拉力硬化直到预定水平的机械方法。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械方法包括以下步骤：

a)提供模具(1)，所述模具具有的大小使得其内壁内部地限定能够容纳所述衬套(2)的优选地为柱形的容积；

b)将所述衬套(2)封闭在所述模具(1)内部；

c)完全封闭所述模具(1)，使得所述衬套(2)将被密闭在所述模具内部；

d)将所述衬套(2)的入口门密闭；

e)将能够被加压的流体引入所述衬套(2)中；

f)对所述流体加压，直到所述衬套(2)的壁(4)且特别是其整个柱形表面扩张和伸展直到它们与所述模具(1)的内表面(3)相交；

g)对所述衬套(2)的内容积减压，并从所述模具(1)的内部移除所述容器；

h)通过一层或多层复合材料执行对所述衬套(2)的外部覆盖，以完成所述罐的实现；

i)对所述罐实施自紧处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流体为液体，并且优选地为水。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，限定所述模具(1)的内壁的大小的水平，优选地是该内壁的半径(r+L)的水平，诸如所述衬套(2)的所述壁(4)的半径(r)的线性和径向伸展(L)具有的大小使得相关材料通过使屈服强度水平增加至预定值来改变弹性场。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，形成所述衬套(2)的材料为在达到屈服强度状况之前显示出高伸长率的钢，并且优选地为奥氏体不锈钢，还为双联式的。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢为显示出符合或相似于根据AISI 304的钢的特性的钢，并且优选地为更加可焊的钢(AISI 304L)。

7.根据自权利要求2起的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述衬套(2)的内部的加压步骤期间，提供作用于所述衬套(2)的外壁上的可调节的反压力。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述可调节的反压力被控制在一水平，以将所述衬套的内部和其外表面之间的压力差维持在预定值内。

9.根据自权利要求2起的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，对完整罐执行所述自紧处理，使得所导致的对所述衬套(2)的金属材料的加拉力被包括在相关的屈服强度场内。

10.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，执行所述钢预加拉力，使得在给定应变下的预定水平(D4)的变形的情况下，残留变形呈现预定义的水平(D6)。

11.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述钢预加拉力处理通过两个不同的模具(20、30)在两个单独的步骤中执行，其中，在第一步骤中，所述衬套(2)被引入第一模具(20)中并且仅在周向方向(20B)上经受受控的变形，并且其中，在第二步骤中，所述衬套(2)被引入第二模具(30)中并且经受基本轴向(P、LT)的受控的变形。

12.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述预加拉力处理在使所述衬套(2)经受退火/溶解热处理之后执行。

13.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，在单独的钢板的焊接之前，对它们执行所述硬化/预加拉力处理。

14.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述衬套(2)的壁被成型为显示出显著的起伏/波纹(40B、41B、42B……)。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述起伏/波纹显示出等腰梯形(40C、41C、42C……)的形状。

16.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，在所述预加拉力/硬化法之后，使所述衬套(2)由低弹性模量的第一层覆盖，并且然后使由所述衬套(2)和所述层形成的所述组件经受自紧法，所述第一层优选地为连续玻璃纤维。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述自紧法之后，使由所述衬套(2)和所述层形成的所述组件进一步由中等弹性模量的第二层覆盖，所述第二层优选地为碳纤维或KEVLAR。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述第二层之后，所述罐经受第二自紧法，其优选地具有低实体。

19.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，在所述预加拉力/硬化法之后，使所述衬套(2)由显示出高弹性模量的材料的第一层覆盖，并且然后使由所述衬套(2)和所述层构成的所述组件经受自紧法，所述第一层优选地为碳纤维合成物。

20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述自紧法之后，使所述组件即由所述衬套(2)和所述第一层构成的组件进一步由第二层覆盖，所述第二层包括显示出低弹性模量的材料的层，优选地为玻璃纤维合成物。

21.根据权利要求14至20中一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述硬化/预加拉力法期间，使所述衬套(2)形成有多个基本圆形并且平行的皱纹/波纹，并且其中，任何单个起伏的宽度“L”与其高度或深度“H”之间的比率被包括在1至6的区间内(1≤L/H≤6)。

22.根据权利要求14至21中一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，任何单个起伏的宽度“L”与以下弯曲半径(Re)之间的比率被包括在3至15的区间内(3≤L/Re≤15)，所述弯曲半径为容器壁的平坦的非波纹部分和相邻波纹(52)的邻接的倾斜侧(51)之间的弯曲半径。

23.根据权利要求14至22中一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，任何单个起伏的宽度“L”与同一波纹(52)的两个邻接的侧(51、53)之间的下部弯曲顶点(Vi)的弯曲半径(Ri)之间的比率被包括在3至15的区间内(3≤L/Ri≤15)。

24.根据权利要求14至23中一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述衬套(2)的半径“R”与相应的波纹的高度(H)之间的比率被包括在20至100的区间内(20≤R/H≤100)。

25.根据权利要求21或24所述的方法，其特征在于，如果近似条件L/H＝6发生，那么所述衬套的半径“R”与相应的外壁的厚度“S”之间的比率应当约为R/S＝100。

26.根据权利要求21或24所述的方法，其特征在于，如果近似条件L/H＝1发生，那么所述衬套的半径“R”与相应的外壁的厚度“S”之间的比率应当约为R/S＝1250。