CN107514460B - 封头、压力容器及低温保持器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封头、压力容器及低温保持器。该封头用于连接压力容器的内筒和套设在所述内筒外的外筒，该封头包括第一部、第二部、中间部以及多个加强件；中间部位于所述第一部和所述第二部之间；第一部的一端与中间部靠近所述第一部边缘连接；第一部的另一端用于与内筒连接；第二部的一端与中间部远离所述第一部的边缘连接，第二部的另一端用于与外筒连接；中间部开设有凹槽，加强件沿圆周方向设置在凹槽内并与凹槽的底部相抵接。此外还提供具有上述封头的压力容器和低温保持器。上述封头、具有该封头的压力容器及低温保持器，加强了封头中心强度，稳定性好，应力分布均匀，整体变形小。

Description

封头、压力容器及低温保持器

技术领域

本发明涉及超导磁体技术领域，特别是涉及一种封头、具有该封头的压力容器及低温保持器。

背景技术

低温保持器是磁共振系统的重要组成部分，低温保持器包括同心设置的中间屏蔽层和压力容器，压力容器包括内容器和外真空容器，中间屏蔽层套设在内容器外，外真空容器套设在中间屏蔽层外。内容器内充注低温介质浸没磁共振系统的超导线圈使得超导线圈保持低温超导状态。

由于低温介质的挥发和大气作用等，压力容器都会承受一定的压力，因此，压力容器的设计和制造需要满足相应的承压要求。

压力容器封头大多采用平面或大致平面的封头。虽然平面封头加工简单，但在封头和筒体连接处会出现较大的边缘应力，封头中心也会出现较大的弯曲应力。一般地，通过对封头进行加厚来增加强度。

发明内容

基于此，有必要针对如何增加封头的强度的问题，提供一种封头、具有该封头的压力容器及低温保持器。

一种封头，所述封头用于连接压力容器的内筒和套设在所述内筒外的外筒，所述封头包括第一部、第二部、中间部以及多个加强件；

所述中间部位于所述第一部和所述第二部之间；所述第一部的一端与所述中间部的靠近所述第一部边缘固定连接，且所述第一部的另一端用于与所述内筒固定连接；所述第二部的一端与所述中间部的与远离所述第一部的边缘固定连接，所述第二部的另一端用于与所述外筒固定连接；

所述中间部开设有凹槽，多个所述加强件沿圆周方向设置在所述凹槽内，所述加强件与所述凹槽的底部相抵接；所述加强件的一端与所述第一部的靠近所述中间部的边缘固定连接；所述加强件的另一端与所述第二部的靠近所述中间部的边缘固定连接。

上述封头，封头包括第一部、第二部、中间部及多个加强件，中间部位于第一部和第二部之间，第一部的一端与中间部的靠近第一部边缘固定连接，第二部的一端与中间部的与远离第一部的边缘固定连接，中间部开设有凹槽，多个加强件沿圆周方向设置在凹槽内，加强件与凹槽的底部相抵接，加强件的一端与第一部的靠近中间部的边缘固定连接，加强件的另一端与第二部的靠近中间部的边缘固定连接，通过在中间部开设凹槽，并在凹槽底部设置加强件，从而增加了封头的强度，还分散了封头中间区域的弯曲应力、加强了中心强度以及增加了稳定性。

在其中一个实施例中，所述加强件为平板加强件或异形加强件。平板加强件结构简单，易于制造，成本低；异形加强件能以更薄的厚度实现同等的刚度和强度，并减少加强件与封头接触处的应力集中。

在其中一个实施例中，所述异形加强件具有空腔和开口，所述空腔与所述开口连通，所述开口朝向所述凹槽的底部；所述异形加强件在与所述封头的圆周方向上的宽度为30mm～300mm。

在异形加强件中开设空腔和开口节省了材料，且由于尺寸较小，故冲压简单，磨具成本低加工速度快。

在其中一个实施例中，所述平板加强件在与所述封头的圆周方向上的宽度为4mm～30mm。

在其中一个实施例中，多个所述加强件沿圆周方向均匀设置在所述凹槽内。

在其中一个实施例中，所述第一部的与有所述加强件连接的端面、所述第二部的与所述加强件连接的端面以及所述凹槽的开口所在的表面位于同一平面上。在满足封头强度和刚度的同时缩短封头的长度。

在其中一个实施例中，所述凹槽的开口所在的表面相对于所述第一部与所述加强件连接的端面和/或所述第二部与所述加强件连接的端面呈倾斜状态。

在其中一个实施例中，所述第一部与所述中间部的相抵接的边缘设置有第一圆角或第一倒角；所述第二部与所述中间部的相抵接的边缘设置有第二圆角或第二倒角。

第一部与第二部采用的“平滑过渡”结构能进一步降低封头的边缘应力和中心弯曲应力。

一种压力容器，包括内筒、外筒以及上述封头，所述外筒同心套设在所述内筒之外，所述封头设置于所述内筒的端部，所述封头连接所述内筒和所述外筒。

上述压力容器，具有较强的强度，无论承受内压还是外压时，其应力分布都非常均匀，整体变形小，从而可以使用比较薄的材料即满足压力负载要求。

一种低温保持器，所述低温保持器包括热屏蔽层和上述的压力容器，所述压力容器包括内容器和外真空容器，所述压力容器与所述热屏蔽层同心设置，所述热屏蔽层套设在所述内容器外，所述外真空容器套设在所述热屏蔽层外。

上述低温保持器，具有较强的强度和稳定性，其整体变形小，从而可以使用比较薄的材料即满足压力负载要求。

附图说明

图1为一实施例的封头结构示意图；

图2为另一实施例的封头结构示意图；

图3为一实施例的压力容器剖视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，图1为一实施例的封头结构示意图。封头100包括第一部120、第二部140、中间部160以及多个加强件180。其中，封头100可以为以某一轴线为轴的旋转体，其用于连接压力容器的内筒和套设在内筒外的外筒。其中，外筒可以同心套设在内筒外。

封头100径向内边缘附近的环形区域为第一部120。第一部120的一端与中间部160的靠近第一部120的边缘固定连接，且第一部120的另一端用于与压力容器内筒固定连接。封头100径向外边缘附近的环形区域为第二部140。第二部140的一端与中间部160的远离第一部120边缘固定连接，第二部140的另一端用于与外筒固定连接。

中间部160位于第一部120和第二部140之间，中间部160用于连接第一部120与第二部140。中间部160开设有凹槽162，多个加强件180沿圆周方向设置在凹槽162内并且与凹槽162的底部相抵接。加强件180的一端与第一部120靠近中间部160的边缘固定连接，加强件120的另一端与第二部140的靠近所述中间部的边缘固定连接。需要说明的是，凹槽162可以通过冲压形成，也可以直接在中间部160通过旋压加工而形成。

通过在中间部160开设凹槽162，并在凹槽162底部设置加强件180，加强件180的一端与第一部120的靠近中间部160的边缘固定连接，加强件180的另一端与第二部140的靠近中间部160的边缘固定连接，从而增加了封头100的强度，还分散了封头100中间区域的弯曲应力、加强了中心强度以及增加了稳定性。从而无论封头100承受内压还是外压时，其应力分布都非常均匀，整体变形小，进而可以用比较薄的材料即满足压力负载要求。

在其中一个实施例中，多个加强件180沿圆周方向均匀设置在凹槽162内。从而使得封头100的强度更加均匀。具体地，在一实施例中，每个加强件180设置方向都与封头100径向方向一致，多个加强件180各自的中心线所在直线的延长线汇聚于封头100的圆心。在其他实施例中，每个加强件180的设置方向也可以与封头10的径向方向之间具有夹角，呈螺旋型分布。但无论加强件180的设置方向与封头100的径向方向一致还是具有一定夹角，加强件180都是沿圆周方向均匀分布。

进一步地，在其中一个实施例中，加强件180为平板状的平板加强件。为了达到所需的强度和刚度要求，平板加强件在与所述封头的圆周方向上的宽度为4mm～30mm。进一步的，当平板加强件的设置方向与封头100的径向方向一致时，平板加强件在与封头100的径向方向垂直且与封头100的中心轴线的方向垂直的方向上的宽度可以为4mm～30mm。

平板加强件结构简单，可采用激光或水切割方法批量加工，制造方便，直接使用封头100的加工余料即可批量切割，成本低。

为了更有效地分散应力集中或增加封头强度和刚度，在其中一个实施例，凹槽162为弧形凹槽。弧形凹槽能有效地分散封头100的中间弯曲应力。进一步地，在其中一个实施例中，弧形凹槽从第二部140的靠近中间部160的边缘一直延伸到第一部120的靠近中间部160的边缘，且第一部120与加强件180连接的端面、第二部140与加强件180连接的端面以及凹槽162的开口所在的表面位于同一平面上，从而在满足封头强度和刚度的同时缩短封头的长度。

在其中一个实施例中，凹槽162的开口所在的表面相对于第一部120与加强件180连接的端面和第二部140与加强件180连接的端面呈倾斜状态。进一步地，考虑到线圈以及封头的整体长度的限制，凹槽162的开口所在的表面相对于第一部120与加强件180连接的端面和第二部140与加强件180连接的端面之间的角度为3°～10°。在其他实施例中，凹槽162的开口所在的表面也可以只相对于第一部120与加强件180连接的端面或第二部140与加强件180连接的端面其中一个端面呈倾斜状态，凹槽162的开口所在的表面相对于第一部120与加强件180连接的端面或第二部140与加强件180连接的端面之间的角度为3°～10°。凹槽162的开口所在的表面相当于第一部120与加强件180连接的端面和/或第二部140与加强件180连接的端面呈倾斜状态，进一步降低应力。

在其中一个实施例中，第一部120与中间部160的相抵接的边缘设置有第一圆角或第一倒角，第二部120与中间部160的相抵接的边缘设置有第二圆角或第二倒角。第一部120、第二部140与中间部160连接部位采用这种“平滑过渡”结构能进一步降低封头的边缘应力和中心弯曲应力。需要说明的是，也可以只有第一部120与中间部160的相抵接的边缘设置有第一圆角或第一倒角或者只有第二部140与中间部160的相抵接的边缘设置有第二圆角或第二倒角。

请参见图2，图2为另一实施例的封头结构示意图。封头200包括第一部220、第二部240、中间部260以及多个异形加强件280。中间部260位于第一部220和第二部240之间。

第一部220的一端与中间部260的靠近第一部220的边缘固定连接，且第一部220的另一端用于与压力容器内筒固定连接。第二部240的一端与中间部260的远离第一部220的边缘固定连接，第二部240的另一端用于与外筒固定连接。

中间部260开设有凹槽262，异形加强件280沿圆周方向设置在凹槽262内并且与凹槽262的底部相抵接。异形加强件280的一端与第一部220靠近中间部260的边缘固定连接，异形加强件280的另一端与第二部240的靠近所述中间部的边缘固定连接。

在其中一个实施例中，异形加强件280与凹槽262的底部通过焊接连接。焊接连接操作简单，稳定性好。

具体地，异形加强件280具有空腔和开口，空腔与开口相连通，焊接时开口朝向凹槽262的底部。在异形加强件280中开设空腔和开口节省了材料，在加工时可采用冲压方式加工，由于尺寸较小，故冲压简单，磨具成本低，加工速度快。

为了达到所需的强度和刚度要求，在其中一个实施例中，异形加强件280在封头200的圆周方向上的宽度为30mm～300mm。具体的，当异形加强件280的设置方向与封头200的径向方向一致时，异形加强件280在与径向以及封头200的中心轴线方向垂直的方向上的宽度可选范围为30mm～300mm。

在其中一个实施例中，凹槽262的开口所在的表面相对于第一部220与异形加强件280连接的端面和第二部240与异形加强件280连接的端面呈倾斜状态。进一步地，考虑到线圈以及封头的整体长度的限制，凹槽262的开口所在的表面相对于第一部220与异形加强件280连接的端面和第二部240与异形加强件280连接的端面之间的角度为3°～10°。在其他实施例中，凹槽262的开口所在的表面也可以只相对于第一部220与异形加强件280连接的端面或第二部240与异形加强件280连接的端面其中一个端面呈倾斜状态，凹槽262的开口所在的表面相对于第一部220与异形加强件280连接的端面或第二部240与异形加强件280连接的端面之间的角度为3°～10°。凹槽262的开口所在的表面相当于第一部220与异形加强件280连接的端面和/或第二部240与异形加强件280连接的端面呈倾斜状态，进一步降低应力。

由于异形加强件280具有空腔和开口，从而异形加强件280能够采用冲压工艺成型，能以更薄的厚度实现同等的刚度和强度，通过异形加强件280的设置，能减小加强件与凹槽262的底部接触处的应力集中。

相对于通过增加板厚来增加强度的封头，在满足同样强度要求的情况下，上述开设凹槽和在凹槽底部设置平板加强件的封头的板厚可降低50％以上，上述开设凹槽和在凹槽的底部设置异形加强件的封头的板厚可降低60％以上。

如图3所示，一实施例的压力容器300包括内筒320、同心套设在内筒320外的外筒340以及上述封头。内筒320与封头的第一部固定连接，外筒340与封头的第二部固定连接。内筒320、外筒340以及对称分布于内外筒两端的封头共同围成了中空区域。

上述压力容器300，具有较强的强度，无论承受内压还是外压时，其应力分布都非常均匀，整体变形小，从而可以使用比较薄的材料即满足压力负载要求。

压力容器300包括内容器和外真空容器。当压力容器300位内容器时，请参考图3，封头的凹槽与加强件充分利用了中空区域。从而减小了内容器的中空区域，可以在不降低容器中低温介质的液位高度的前提下减少昂贵的低温介质的用量，从而节省一定的成本。

进一步地，在封头的材料成型允许的变形范围内，凹槽和加强件沿轴向内凹的深度越深，同时沿径向分布的宽度越宽，则封头整体的应力分布越均匀，强度和稳定性越好。

一实施例的低温保持器包括热屏蔽层和压力容器300。压力容器300包括内容器和外真空容器，压力容器和热屏蔽层同心设置，热屏蔽层套设在内容器外，外真空容器又套设在热屏蔽层外。

由于内容器和外真空容器使用的封头都开设了凹槽并在凹槽底部设置了加强件，所以强度和刚度都得到了加强，稳定性好，无论是内筒承受内压时还是外筒承受外压时，其应力分布都非常均匀，整体变形小，故可以使用比较薄的材料即满足与传统封头相当的压力负载要求。

上述封头、具有该封头的压力容器及低温保持器，封头包括第一部、第二部、中间部及多个加强件，中间部位于第一部和第二部之间，第一部的一端与中间部的靠近第一部边缘固定连接，第二部的一端与中间部的与远离第一部的边缘固定连接，中间部开设有凹槽，多个加强件沿圆周方向设置在凹槽内，加强件与凹槽的底部相抵接，加强件的一端与第一部的靠近中间部的边缘固定连接，加强件的另一端与第二部的靠近中间部的边缘固定连接，通过在中间部开设了凹槽，并在凹槽底部设置加强件，从而增加了封头的强度，还分散了封头中间区域的弯曲应力、加强了中心强度以及增加了稳定性。所以具有上述封头的压力容器和低温保持器无论是承受内压时还是外压时，其应力分布都非常均匀，整体变形小，故可以使用比较薄的材料即满足与传统封头相当的压力负载要求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种封头，所述封头为以一轴线为轴的旋转体；

所述封头用于连接压力容器的内筒和套设在所述内筒外的外筒，其特征在于，所述封头包括第一部、第二部、中间部以及多个加强件；

所述中间部位于所述第一部和所述第二部之间；所述第一部的一端与所述中间部的靠近所述第一部的边缘固定连接，且所述第一部的另一端用于与所述内筒固定连接；所述第二部的一端与所述中间部的远离所述第一部的边缘固定连接，所述第二部的另一端用于与所述外筒固定连接；

所述中间部开设有凹槽，多个所述加强件沿圆周方向设置在所述凹槽内，所述加强件与所述凹槽的底部相抵接，以分散所述封头的中间区域的弯曲应力；所述加强件的一端与所述第一部的靠近所述中间部的边缘固定连接；所述加强件的另一端与所述第二部的靠近所述中间部的边缘固定连接；

其中，所述第一部与所述加强件连接的端面、所述第二部与所述加强件连接的端面以及所述凹槽的开口所在的表面位于同一平面上；

内筒、外筒以及对称分布于内外筒两端的所述封头所围成的中空区域，所述凹槽沿所述中空区域的轴向内凹，以减少所述中空区域中内侧超导线圈与外侧超导线圈之间低温介质的用量。

2.根据权利要求1所述的封头，其特征在于，所述加强件为平板加强件或异形加强件。

3.根据权利要求2所述的封头，其特征在于，所述异形加强件具有空腔和开口，所述空腔与所述开口连通，所述开口朝向所述凹槽的底部，所述异形加强件在圆周方向上的宽度为30mm～300mm。

4.根据权利要求2所述的封头，其特征在于，所述平板加强件在与所述封头的圆周方向上的宽度为4mm～30mm。

5.根据权利要求1所述的封头，其特征在于，所述多个加强件沿圆周方向均匀设置在所述凹槽内。

6.根据权利要求5所述的封头，其特征在于，每个所述加强件设置方向与所述封头的径向方向一致，多个所述加强件各自的中心线所在直线的延长线汇聚于所述封头的圆心；或

每个所述加强件的设置方向与所述封头的径向方向之间具有夹角，呈螺旋型分布。

7.根据权利要求1所述的封头，其特征在于，所述凹槽的开口所在的表面相对于所述第一部与所述加强件连接的端面和/或所述第二部与所述加强件连接的端面呈倾斜状态。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的封头，其特征在于，所述第一部与所述中间部的相抵接的边缘设置有第一圆角或第一倒角；所述第二部与所述中间部的相抵接的边缘设置有第二圆角或第二倒角。

9.一种压力容器，其特征在于，包括内筒、外筒以及如权利要求1-8中任一项所述的封头，所述外筒同心套设在所述内筒之外，所述封头设置于所述内筒的端部，所述封头连接所述内筒和所述外筒。

10.一种低温保持器，其特征在于，所述低温保持器包括热屏蔽层和如权利要求9所述的压力容器，所述压力容器包括内容器和外真空容器，所述压力容器与所述热屏蔽层同心设置，所述热屏蔽层套设在所述内容器外，所述外真空容器套设在所述热屏蔽层外。