CN108254173A - 一种超高压力试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高压力试验装置，包括层板框架、超高压容器、两个密封头调节机构和两个承载垫块调节机构；层板框架中部开设有通槽；超高压容器水平设于通槽内；密封头调节机构包括第一驱动器、第一导向组件及密封头；第一导向组件一端与第一驱动器的水平伸缩驱动轴相连且另一端水平活动穿过层板框架并与密封头相连；承载垫块调节机构包括第二驱动器、第二导向组件及承载垫块；第二导向组件与第二驱动器的竖直伸缩驱动轴顶端相连且顶端竖直活动穿过层板框架并与承载垫块相连；当处于工作状态时，通槽侧壁、承载垫块、密封头及超高压容器横向依次接触。本发明操作快速便捷、制造简单、结构紧凑、重量小，装置的占用面积大大减小。
Description
技术领域
本发明涉及机械结构及过程装备技术领域，具体涉及一种超高压力试验装置。
背景技术
超高压力试验装置一般指工作压力大于100MPa的压力试验装置，其工作原理是将试验工件置于超高压容器内，然后在超高压容器内部注入流体介质来建立100MPa以上的压力，通过介质对工件的长时间压力作用，达到对工件承载能力进行测试的目的。
超高压力试验装置工作时，系统压力会对容器密封头产生巨大的轴向力，这个轴向力需要装置本体来承受。超高压力试验装置根据超高压容器密封头轴向力承载装置特点，主要分为框架承载式试验装置和筒体承载式试验装置两种形式。
筒体承载式试验装置一般用于使用频率较低、筒体可承受较大轴向载荷的试验装置中，其密封头的轴向力承载通过螺纹压环来承受，其螺纹压环的旋转动作需通过人工实现，操作时间长，且使用不方便。
框架承载式试验装置的框架又分为焊接式、整体铸造式和缠绕式。焊接式框架存在焊接变形、焊接应力等问题；整体铸造式框架加工困难，不适用于尺寸较大、承载较重的结构；缠绕式框架需要专用的缠绕辅具，而且对缠绕层的受力有明确的要求，若缠绕层间的受力计算与实际缠绕层不一致，还会造成不稳定因素。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超高压力试验装置，操作快速便捷，制造简单、结构紧凑、重量小，占用面积大大减小。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种超高压力试验装置，其包括：
层板框架，所述层板框架中部开设有通槽；
超高压容器，所述超高压容器水平设于所述通槽内；
两个密封头调节机构，两所述密封头调节机构分设于所述层板框架两端；所述密封头调节机构包括第一驱动器、第一导向组件及密封头；所述第一导向组件一端与所述第一驱动器的水平伸缩驱动轴相连且另一端水平活动穿过所述层板框架并与所述密封头相连；
两个承载垫块调节机构，两所述承载垫块调节机构分别位于所述层板框架底部两侧；所述承载垫块调节机构包括第二驱动器、第二导向组件及承载垫块；所述第二导向组件底端与所述第二驱动器的竖直伸缩驱动轴顶端相连且顶端竖直活动穿过所述层板框架并与所述承载垫块相连；同时，
当处于工作状态时，所述通槽侧壁、所述承载垫块、所述密封头及所述超高压容器横向依次接触。
进一步地，所述层板框架包括内层板以及设于所述内层板两侧的由内往外依次设置的中间层板和外层板；所述中间层板与设于其两侧的所述内层板和所述外层板之间均通过层板垫块连接。
进一步地，所述第一导向组件包括两个连接支架和两个第一导向杆，两所述第一导向杆水平间隔设置且其两端分别与两所述连接支架垂直相连，所述第一导向杆活动穿设于所述中间层板和所述外层板之间；所述水平伸缩驱动轴和所述密封头分别与两所述连接支架相连；所述承载垫块的水平投影位于两所述第一导向杆水平投影范围内。
进一步地，所述第一导向组件还包括两个第一导向板，所述第一导向杆活动穿设于所述第一导向板上；所述第一导向板两侧分别与所述中间层板和所述外层板相连。
进一步地，所述第二导向组件包括第二导向杆，所述第二导向杆竖直设置且上下两端分别与所述承载垫块和所述第二驱动器的竖直伸缩驱动轴顶端相连，所述第二导向杆活动穿设于所述内层板和中间层板之间。
进一步地，所述第二导向组件还包括第二导向板，所述第二导向杆活动穿设于所述第二导向板上，所述第二导向板两侧分别与所述内层板和中间层板相连。
进一步地，所述第二导向杆具有两个，两所述第二导向杆平行间隔设置且其上下两端分别与所述承载垫块和所述第二驱动器的竖直伸缩驱动轴顶端相连。
进一步地，所述通槽左右两侧壁均设有受力板，所述第一导向组件活动穿设于所述受力板。
进一步地，所述层板框架两端开设有若干应力释放孔。
进一步地，记所述层板框架厚度为L，所述密封头直径为D；当L/3≥D时，所述应力释放孔直径为D，当D＞L/3时，所述应力释放孔直径为L/3。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供的超高压力试验装置制造简单，第一导向组件和第二导向组件穿过层板框架的设置方式使得本试验装置结构紧凑，相比缠绕式框架，本试验装置重量小，占用面积大大减小；密封头承受的轴向力是通过承载垫块传递至层板框架，密封头与承载垫块分别只需实现水平移动和竖直移动即可，操作快速便捷，使用方便。
(2)采用“层板叠加+中空”的层板框架结构形式，大大减少了板材用量，层与层之间的空间供第一导向组件和第二导向组件穿设，提高了空间利用率；层板框架采用整板制造，且承载方向与板材轧制方向一致，各层板承载能力得到最大应用。避免了因部件非整体结构而发生异响的潜在可能。
(3)中间层板和外层板及层板垫块与第一导向板相配合，有效导向的同时，还可保证密封头调节机构与层板框架之间的应变一致性，从而减少密封头调节机构卡滞现象；内层板和中间层板及层板垫块与第二导向板相配合，有效导向的同时，还可保证承载垫块调节机构与层板框架之间的应变一致性，从而减少承载垫块调节机构卡滞现象。
(4)层板框架两端开设有应力释放孔，整体结构应力分布更均匀，保证承载能力的前提下整体重量得到减轻。
附图说明
图1为本发明实施例提供的超高压力试验装置结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1工作状态示意图；
图4为图1非工作状态示意图；
图5为本发明实施例提供的密封头调节机构结构示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为本发明实施例提供的承载垫块调节机构结构示意图。
图中：1、承载垫块调节机构；10、第二驱动器；11、第二导向杆；12、第二导向板；13、承载垫块；2、密封头调节机构；20、第一驱动器；21、连接支架；22、第一导向杆；23、第一导向板；24、密封头；3、层板框架；30、通槽；31、内层板；32、中间层板；33、外层板；34、层板垫块；35、应力释放孔；36、受力板；37、螺栓；38、螺母；4、超高压容器。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种超高压力试验装置，其包括层板框架3、超高压容器4、两个密封头调节机构2和两个承载垫块调节机构1；层板框架3中部开设有通槽30；超高压容器4水平设于通槽30内；两密封头调节机构2分设于层板框架3两端；密封头调节机构2包括第一驱动器20、第一导向组件及密封头24；第一导向组件一端与第一驱动器20的水平伸缩驱动轴相连且另一端水平活动穿过层板框架3并与密封头24相连；两承载垫块调节机构1分别位于层板框架3底部两侧；承载垫块调节机构1包括第二驱动器10、第二导向组件及承载垫块13；第二导向组件底端与第二驱动器10的竖直伸缩驱动轴顶端相连且顶端竖直活动穿过层板框架3并与承载垫块13相连；
参见图3所示，当处于工作状态时，在层板框架3左右两端，通槽30侧壁、承载垫块13、密封头24及超高压容器4横向依次接触，超高压容器4内部压力对密封头24产生的压力通过承载垫块13传递给层板框架3；
参见图4所示，当处于非工作状态时，第二驱动器10驱动竖直伸缩驱动轴向下运动，使承载垫块13从超高压容器4的轴向移开，第一驱动器20驱动水平伸缩驱动轴将密封头24从超高压容器4中脱开。
本发明提供的超高压力试验装置制造简单，第一导向组件和第二导向组件穿过层板框架的设置方式使得本试验装置结构紧凑，相比缠绕式框架，本试验装置重量小，占用面积大大减小；密封头承受的轴向力是通过承载垫块传递至层板框架，密封头与承载垫块分别只需实现水平移动和竖直移动即可，操作快速便捷，使用方便。
参见图2所示，层板框架3包括内层板31以及设于内层板31两侧的由内往外依次设置的中间层板32和外层板33；中间层板32与设于其两侧的内层板31和外层板33之间均通过层板垫块34连接。采用“层板叠加+中空”的层板框架结构形式，大大减少了板材用量，层与层之间的空间供第一导向组件和第二导向组件穿设，提高了空间利用率；层板框架3采用整板制造，且承载方向与板材轧制方向一致，各层板承载能力得到最大应用。避免了因部件非整体结构而发生异响的潜在可能。
参见图2所示，层板框架3上设有螺栓37，螺栓37自层板框架3一侧向另一侧依次穿过外层板33、层板垫块34、中间层板32、层板垫块34、内层板31、层板垫块34、中间层板32、层板垫块34和外层板33，并螺接于位于层板框架3另一侧的螺母38。通过螺栓37与螺母38配合将各层板连接固定成为层板框架3，整体结构稳定，便于维修更换层板。层板框架3两端设置为弧形结构，层板框架3沿水平面对称。
参见图1、图2、图5和图6所示，第一导向组件包括两个连接支架21和两个第一导向杆22，两第一导向杆22水平间隔设置且其两端分别与两连接支架21垂直相连，第一导向杆22活动穿设于中间层板32和外层板33之间，内层板31两侧均有中间层板32和外层板33，布置时，两第一导向杆22对称设置在内层板31两侧，分别活动穿设于内层板31两侧的由中间层板32和外层板33间隔形成的空隙中，这样对称设置，密封头调节机构2受力更均衡；水平伸缩驱动轴和密封头24分别与两连接支架21相连；承载垫块13的水平投影位于两第一导向杆22水平投影范围内。
参见图1和图2所示，第一驱动器20及其水平伸缩驱动轴位于与水平伸缩驱动轴相连的连接支架21及层板框架3之间，且第一驱动器20远离水平伸缩驱动轴的一端与层板框架3相连。这样设置的好处是：充分利用空间，使得试验装置占地更小，结构更加紧凑。
参见图5和图6所示，第一导向组件还包括两个第一导向板23，第一导向杆22活动穿设于第一导向板23上；第一导向板23两侧分别与中间层板32和外层板33相连。处于工作状态时，超高压容器4内部压力对密封头24产生的压力通过承载垫块13传递给层板框架3，此时，第一导向板23通过第一导向杆22带动整个密封头调节机构2随着层板框架3整体产生微量形变，中间层板32和外层板33及层板垫块34与第一导向板23相配合，有效导向的同时，还可保证密封头调节机构2与层板框架3之间的应变一致性，从而减少密封头调节机构2卡滞现象。
参见图7所示，第二导向组件包括第二导向杆11，第二导向杆11竖直设置且上下两端分别与承载垫块13和第二驱动器10的竖直伸缩驱动轴顶端相连，第二导向杆11活动穿设于内层板31和中间层板32之间。
参见图7所示，第二导向组件还包括第二导向板12，第二导向杆11活动穿设于第二导向板12上，第二导向板12两侧分别与内层板31和中间层板32相连。处于工作状态时，超高压容器4内部压力对密封头24产生的压力通过承载垫块13传递给层板框架3，此时，第二导向板12通过第二导向杆11带动整个承载垫块调节机构1随着层板框架3整体产生微量形变，内层板31和中间层板32及层板垫块34与第二导向板12相配合，有效导向的同时，还可保证承载垫块调节机构1与层板框架3之间的应变一致性，从而减少承载垫块调节机构1卡滞现象。
为了保持试验装置整体的受力更加均匀，试验装置采用对称的，因此，第二导向杆11设置两个，两第二导向杆11平行间隔设置且其上下两端分别与承载垫块13和第二驱动器10的竖直伸缩驱动轴顶端相连。内层板31两侧均有中间层板32，布置时，两第二导向杆11对称设置在内层板31两侧，分别活动穿设于内层板31与两侧中间层板32间隔形成的空隙中。
参见图1和图2所示，通槽30左右两侧壁均设有受力板36，第一导向组件活动穿设于受力板36。设置受力板36的好处是：可以将承载垫块13承受的负载均匀地传递到层板框架3上。受力板36的材料采用与超高压容器4筒体材料力学性能相近或一致的高强度钢。
参见图1所示，层板框架3上开设有若干应力释放孔35，应力释放孔35开设于层板框架3左右两端，并位于超高压容器4中轴线的延长线上。具体地，内层板31、中间层板32和外层板33上均设有应力释放孔35，应力释放孔35可将低内层板31、中间层板32和外层板33两端的应力峰值，从而减少各层板厚度，最终减小层板框架3的厚度。相同结构尺寸及载荷工况下，内层板31、中间层板32和外层板33开设的应力释放孔35可将最大应力值减少约5％-8％。
记层板框架3厚度为L，密封头24直径为D；当L/3≥D时，应力释放孔35直径为D，当D＞L/3时，应力释放孔35直径为L/3。
此外，内层板31厚度记为l，内层板31厚度与密封头直径D之间的关系为2/3D＜l＜D，且中间层板32厚度与外层板33厚度均小于内层板31厚度。中间层板32与外层板33的数量可根据计算需求增加。内层板31、中间层板32和外层板33的结构尺寸根据应力分析工具计算得出，其判断标准为：最大应力不得超过材料使用应力，最大应变不得大于1/500。
综上所述，本发明提供的超高压力试验装置不仅制造方便，而且应力分布合理，材料性能利用充分，结构紧凑，充分利用了多孔原理降低了层板框架的重量和整体设备的占用面积。
本发明提供的的超高压力试验装置犹为适用于压力大于400MPa、外形结构尺寸小于12000mm×1550mm且需要频繁操作的超高压力试验装置。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种超高压力试验装置，其特征在于，其包括：
层板框架(3)，所述层板框架(3)中部开设有通槽(30)；
超高压容器(4)，所述超高压容器(4)水平设于所述通槽(30)内；
两个密封头调节机构(2)，两所述密封头调节机构(2)分设于所述层板框架(3)两端；所述密封头调节机构(2)包括第一驱动器(20)、第一导向组件及密封头(24)；所述第一导向组件一端与所述第一驱动器(20)的水平伸缩驱动轴相连且另一端水平活动穿过所述层板框架(3)并与所述密封头(24)相连；
两个承载垫块调节机构(1)，两所述承载垫块调节机构(1)分别位于所述层板框架(3)底部两侧；所述承载垫块调节机构(1)包括第二驱动器(10)、第二导向组件及承载垫块(13)；所述第二导向组件底端与所述第二驱动器(10)的竖直伸缩驱动轴顶端相连且顶端竖直活动穿过所述层板框架(3)并与所述承载垫块(13)相连；同时，
当处于工作状态时，所述通槽(30)侧壁、所述承载垫块(13)、所述密封头(24)及所述超高压容器(4)横向依次接触。
2.如权利要求1所述的超高压力试验装置，其特征在于：所述层板框架(3)包括内层板(31)以及设于所述内层板(31)两侧的由内往外依次设置的中间层板(32)和外层板(33)；所述中间层板(32)与设于其两侧的所述内层板(31)和所述外层板(33)之间均通过层板垫块(34)连接。
3.如权利要求2所述的超高压力试验装置，其特征在于：所述第一导向组件包括两个连接支架(21)和两个第一导向杆(22)，两所述第一导向杆(22)水平间隔设置且其两端分别与两所述连接支架(21)垂直相连，所述第一导向杆(22)活动穿设于所述中间层板(32)和所述外层板(33)之间；所述水平伸缩驱动轴和所述密封头(24)分别与两所述连接支架(21)相连；所述承载垫块(13)的水平投影位于两所述第一导向杆(22)水平投影范围内。
4.如权利要求3所述的超高压力试验装置，其特征在于：所述第一导向组件还包括两个第一导向板(23)，所述第一导向杆(22)活动穿设于所述第一导向板(23)上；所述第一导向板(23)两侧分别与所述中间层板(32)和所述外层板(33)相连。
5.如权利要求2所述的超高压力试验装置，其特征在于：所述第二导向组件包括第二导向杆(11)，所述第二导向杆(11)竖直设置且上下两端分别与所述承载垫块(13)和所述第二驱动器(10)的竖直伸缩驱动轴顶端相连，所述第二导向杆(11)活动穿设于所述内层板(31)和中间层板(32)之间。
6.如权利要求5所述的超高压力试验装置，其特征在于：所述第二导向组件还包括第二导向板(12)，所述第二导向杆(11)活动穿设于所述第二导向板(12)上，所述第二导向板(12)两侧分别与所述内层板(31)和中间层板(32)相连。
7.如权利要求5所述的超高压力试验装置，其特征在于：所述第二导向杆(11)具有两个，两所述第二导向杆(11)平行间隔设置且其上下两端分别与所述承载垫块(13)和所述第二驱动器(10)的竖直伸缩驱动轴顶端相连。
8.如权利要求1所述的超高压力试验装置，其特征在于：所述通槽(30)左右两侧壁均设有受力板(36)，所述第一导向组件活动穿设于所述受力板(36)。
9.如权利要求1所述的超高压力试验装置，其特征在于：所述层板框架(3)两端开设有若干应力释放孔(35)。
10.如权利要求9所述的超高压力试验装置，其特征在于：记所述层板框架(3)厚度为L，所述密封头(24)直径为D；当L/3≥D时，所述应力释放孔(35)直径为D，当D＞L/3时，所述应力释放孔(35)直径为L/3。
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