CN108869737B - 一种高压罐及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高压罐技术领域，公开了一种高压罐及其制造方法。该高压罐包括：端盖组件，包括端盖本体和端盖法兰；罐体，包括罐体本体和两个分别设置于罐体本体的两端的罐体法兰，且罐体法兰与端盖法兰连接；多个螺栓穿设在罐体法兰和端盖法兰上，用于连接端盖组件和罐体；纤维加强层其能够连接多个所述螺栓。该制造方法具体包括：制备纤维加强层，将纤维绕制在多个螺栓上，增加了罐体法兰或端盖法兰在螺栓处的承压强度，克服了该位置的强度差缺陷，进而保证了高压罐的承压强度。

Description

一种高压罐及其制造方法
技术领域
本发明涉及高压罐技术领域，尤其涉及一种高压罐及其制造方法。
背景技术
通常，为了承受水下高压工作环境，一般无人水下工作船艇需要将各个工作组件都放置在具有一定承压能力的密封壳体或者密封罐体里面，其中密封壳体或者密封罐体可以统称为高压罐。
为了便于装载工作组件，高压罐的端盖和罐体之间通过法兰密封连接。然而在法兰锁紧螺栓的位置，其承压的强度较差，因此，该位置基本上都是承压结构的短板。另外，由于高压罐一般由钢材制作而成，为了保证高压罐良好的承压效果，高压罐比较厚重，使得高压罐重量较重，不利于满足轻量化的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压罐及其制造方法，提高了高压罐中法兰螺栓位置处的强度，且能够满足轻量化的需求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种高压罐，包括：端盖组件，包括端盖本体和端盖法兰；罐体，包括罐体本体和两个分别设置于所述罐体本体的两端的罐体法兰，且所述罐体法兰与所述端盖法兰连接；多个螺栓，其穿设在所述罐体法兰和所述端盖法兰上，用于连接所述端盖组件和所述罐体；纤维加强层，其能够连接多个所述螺栓。
作为优选，所述纤维加强层包括端盖材料层和罐体材料层，所述端盖材料层覆盖于所述端盖本体的外壁且绕制于所述端盖法兰的螺栓上，所述罐体材料层覆盖于所述罐体本体的外壁且绕制于所述罐体法兰的螺栓上。
作为优选，所述端盖材料层包括相互叠设的第一层、螺旋层和端盖加强层，所述第一层、所述螺旋层和所述端盖加强层分别是由走向不同的纤维缠绕而成。
作为优选，所述第一层由经所述端盖本体的外壁的中心部且缠绕于所述端盖法兰的螺栓上的纤维制成，所述第一层的纤维呈放射状；
所述螺旋层由所述端盖本体的外壁的中心部向所述端盖法兰的螺栓以螺旋线的形式进行绕制的纤维制成；
所述端盖加强层位于所述端盖本体靠近所述端盖法兰的一端，且由沿周向缠绕于所述端盖本体的端部的纤维制成。
作为优选，所述罐体材料层包括相互叠设的环箍层、折回层和罐体加强层，所述环箍层、所述折回层和所述罐体加强层分别是由走向不同的纤维缠绕而成。
作为优选，所述环箍层由经缠绕于所述罐体法兰的螺栓，且由所述罐体本体的一端向另一端沿所述罐体本体的周向环绕的纤维制成；
所述折回层呈折线形，由其中一个所述罐体法兰上的螺栓向另一个所述罐体法兰上的螺栓往复交替绕制，且遍及所述罐体本体的外壁的纤维制成；
所述罐体加强层位于罐体本体靠近所述罐体法兰的一端，且由沿周向缠绕于罐体本体的端部的纤维制成。
作为优选，所述罐体材料层由一根纤维制成。
为达上述目的，本发明还提供了上述高压罐的制造方法，包括:
制备纤维加强层，将纤维绕制在多个所述螺栓上。
作为优选，所述制备纤维加强层包括：制备端盖材料层，将纤维经端盖本体的外壁的中心部且缠绕于所述端盖法兰的螺栓上制成第一层后；再将纤维由所述端盖本体的外壁的中心部向所述端盖法兰的螺栓以螺旋线的形式进行绕制的制成螺旋层；然后将纤维沿周向缠绕于所述端盖本体靠近所述端盖法兰的一端而制成端盖加强层。
作为优选，所述制备纤维加强层还包括：制备罐体材料层，将纤维缠绕于罐体法兰的螺栓，且沿罐体本体的周向环绕并沿其轴向方向进行绕制而制成环箍层；再将纤维从一侧罐体法兰的螺栓绕制于另一侧罐体法兰的螺栓直至遍及所述罐体本体的外壁而制成折回层；然后将纤维沿周向缠绕于罐体本体靠近所述罐体法兰的一端而制成罐体加强层。
本发明的有益效果：
1)通过将多个螺栓穿设在罐体法兰和端盖法兰上，用于连接端盖组件和罐体，采用纤维加强层其能够连接多个螺栓，增加了罐体法兰或端盖法兰在螺栓处的承压强度，克服了该位置的强度差缺陷，进而保证了高压罐的承压强度。
2)本发明提供了高压罐的制造方法，通过将纤维绕制在多个螺栓上，增加了罐体法兰或端盖法兰在螺栓处的承压强度，克服了该位置的强度差缺陷，进而保证了高压罐的承压强度。
附图说明
图1是本发明提供的高压罐的结构分解示意图；
图2是本发明提供的高压罐装配完成的结构示意图；
图3是图2在Ⅰ处的局部放大图；
图4是本发明高压罐后端盖的第一层的结构示意图；
图5是本发明高压罐后端盖的螺旋层的结构示意图；
图6是本发明高压罐后端盖的端盖加强层的结构示意图；
图7是本发明高压罐前端盖的第一层的结构示意图；
图8是本发明高压罐前端盖的螺旋层的结构示意图；
图9是本发明高压罐前端盖的端盖加强层的结构示意图；
图10是本发明高压罐罐体的环箍层的侧视图；
图11是本发明高压罐罐体的环箍层的主视图；
图12是本发明高压罐罐体的折回层的侧视图；
图13是本发明高压罐中罐体的折回层的主视图；
图14是图13在Ⅱ处的局部放大图；
图15是本发明高压罐中罐体加强层的侧视图；
图16是本发明高压罐中罐体加强层的主视图。
图中：
1、端盖组件；2、罐体；3、螺栓；4、内衬；5、纤维加强层；
11、前端盖；12、后端盖；13、端盖法兰；
111、定位凸台；112、定位凸起；121、气嘴；
21、罐体本体；22、罐体法兰；
51、端盖材料层；52、罐体材料层；
511、第一层；512、螺旋层；513、端盖加强层；
521、环箍层；522、折回层；523、罐体加强层。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例提供了一种高压罐，如图1-3所示，该高压罐包括：端盖组件1、罐体2、多个螺栓3和纤维加强层5，端盖组件1包括端盖本体和端盖法兰13；罐体2包括罐体本体21和两个分别设置于罐体本体21的两端的罐体法兰22，且罐体法兰22与端盖法兰13连接；多个螺栓3穿设在罐体法兰22和端盖法兰13上，用于连接端盖组件1和罐体2；纤维加强层5能够将上述多个螺栓连接加强。该纤维加强层5增加了罐体法兰22或端盖法兰13在螺栓3处的承压强度，克服了该位置的强度差缺陷，进而保证了高压罐的承压强度。
上述纤维加强层5包括端盖材料层51和罐体材料层52，端盖材料层51覆盖于端盖本体的外壁且绕制于端盖法兰13的螺栓3上，罐体材料层52覆盖于罐体本体21的外壁且绕制于罐体法兰22的螺栓3上。通过设置端盖材料层51覆盖于端盖本体的外壁，罐体材料层52覆盖于罐体本体21的外壁，在保证了高压罐良好的承压效果的前提下，高压罐的基材可以适当的减薄，使得高压罐的重量可以减轻，进而满足轻量化的需求。同时为了保证高压罐的强度，端盖材料层51和罐体材料层52均可以设置为多层，可根据具体需求进行设计。
如图1-3所示，上述端盖本体具体包括前端盖11和后端盖12，前端盖11中心位置设置有定位凸台111，且后端盖12中心位置设置有气嘴121，其中定位凸台111和气嘴121可以统称为中心部(图中未标出)。同时，由于端盖法兰13连接于罐体法兰22，使得罐体本体21的两端分别通过端盖法兰13和罐体法兰22连接于前端盖11和后端盖12。
如图4-6所示，前端盖11和后端盖12上均覆盖有上述端盖材料层51，端盖材料层51均包括第一层511、螺旋层512及端盖加强层513，第一层511、螺旋层512和端盖加强层513分别是由走向不同的纤维缠绕而成。
如图4所示，由于后端盖12的中心位置处设置有气嘴121，端盖法兰13周向均匀设置有若干个螺栓3，纤维在缠绕螺栓3时可以利用气嘴121进行定位以达到缠绕整个后端盖12的目的。其中，后端盖12上的第一层511由经后端盖12外壁的气嘴121且缠绕于端盖法兰13的螺栓3上的纤维制成，第一层的纤维呈放射状。
在缠绕时，先将纤维从其中一个螺栓3开始绕制绕经气嘴121后，再绕制下一个螺栓3直至遍及所有端盖法兰13上的螺栓3。其中，纤维可以沿顺时针或者逆时针的方向依次从一个螺栓3绕制到下一个螺栓3，纤维也可以完成一个螺栓3的缠绕后，再对该螺栓3正对位置的螺栓3进行缠绕。作为优选，将纤维按照a-b-c-d-e-f-g-h的顺序绕制形成第一层511，使得第一层511不仅形状美观，还通过缠绕端盖法兰13的螺栓3的方式，增强了在该位置处的承压强度。
如图5所示，后端盖12以气嘴121为中心设置有多圈定位点组件，其中每圈定位点组件包括若干个沿周向均匀设置的定位凸起112。其中螺旋层512由端盖本体的外壁的中心部向端盖法兰13的螺栓3以螺旋线的形式进行绕制的纤维制成。
将纤维可以从气嘴121的位置沿螺旋线缠绕完一圈的定位凸起112后再缠绕至相邻的外圈，最后在缠绕设置于最外侧的端盖法兰13的螺栓3位置处，可以理解的是，纤维也可以先完成对端盖法兰13的螺栓3的缠绕，再由外及内依次缠绕每一层的定位凸起112直至到达气嘴121位置处。
作为优选，端盖材料层51的螺旋层512由纤维按照i-g的顺利形成，使得纤维能够覆盖具有曲面的后端盖12的表面，且螺旋层512和后端盖12可以实现紧密贴合，以达到对后端盖12和端盖法兰13的螺栓3位置处形成保护的目的。具体地，相邻两圈的定位凸起112沿径向方向的距离与纤维的直径尺寸相同，不仅可以对纤维的位置进行良好的限位，还能够使相邻两圈的纤维彼此相接触，增强了螺旋层512的承载压力。
可以理解的是，对于螺旋层512中端盖法兰13的螺栓3的缠绕，可以采用沿顺时针或者逆时针的方向依次从一个端盖法兰13的螺栓3顺次绕制到下一个螺栓3直至遍及所有端盖法兰13的螺栓3的方式，也可以采用从一个端盖法兰13的螺栓3绕制与其间隔设置的螺栓3的方式。只要纤维能够沿周向遍及每一个螺栓3，且能够对每个螺栓实现整圈环绕即可，对于螺旋层512中端盖法兰13的螺栓3的具体缠绕方式并不作限定。
如图6所示，由于后端盖12靠近端盖法兰13的一端为薄弱环节，通过设置端盖加强层513以满足强度要求，其中按照k轨迹，将纤维沿周向缠绕于其端部上，制成端盖加强层513，且端盖加强层513位于靠近端盖法兰13的一端。
如图4-6所示，在对后端盖12进行绕制时，先将纤维按照a-b-c-d-e-f-g-h的顺序绕制形成第一层511；再按照i-g的顺利形成螺旋层512；然后按照k轨迹形成端盖加强层513；继而重复第一层511、螺旋层512及端盖加强层513的绕制方法，交替进行形成后端盖12上的端盖材料层51，直至达到需求的强度要求。
如图7-9所示，前端盖11上的端盖材料层51和后端盖12上的端盖材料层51的区别只在于，后端盖12的中心部具体为气嘴121，而前端盖11的中心部具体为定位凸台111，因此将纤维以定位凸台111代替气嘴121为中心进行绕制，继而形成前端盖11的第一层511、螺旋层512及端盖加强层513。其余均相同，故不再此赘述。
如图10-16所示，罐体材料层52包括相互叠设的环箍层521、折回层522和罐体加强层523，其中环箍层521、折回层522和罐体加强层523分别是由走向不同的纤维缠绕而成。
如图10-11所示，上述环箍层521由经缠绕于罐体法兰22的螺栓3，且沿罐体基层的周向环绕并沿其轴向方向进行绕制的纤维制成。
可以理解的是，对于环箍层521中罐体法兰22螺栓3的缠绕，可以采用沿顺时针或者逆时针的方向依次从一个罐体法兰22的螺栓3顺次绕制到下一个螺栓3直至遍及罐体法兰22的螺栓3的方式，也可以采用从一个罐体法兰22的螺栓3绕制与其间隔设置的螺栓3的方式。只要纤维能够沿周向包覆整个螺栓3并能够遍及每一个螺栓3，对于环箍层521中罐体法兰22的螺栓3的具体缠绕方式并不作限定。
在环箍层521绕制时，将纤维按照l顺序完成设置于罐体2一端的罐体法兰22中所有螺栓3上的缠绕；然后将纤维的引出端按照m-n顺序进行罐体2的周向绕制，且沿罐体2的轴向方向从罐体2的一端到另一端进行环绕，直至完成设置于罐体2另一端的罐体法兰22中所有螺栓3上的缠绕。
如图12-14所示，上述折回层522由从一侧罐体法兰22的螺栓3绕制于另一侧罐体法兰22的螺栓3直至遍及罐体本体21外壁的纤维制成。在折回层522绕制时，将纤维的引出端先环绕一侧的罐体法兰22螺栓3，然后按照o-p顺序进行罐体2的轴向绕制。其中折回层522中在任意处纤维的切线与罐体2的中心线之间的夹角均相同且为锐角。
如图15-16所示，罐体加强层523位于罐体基层靠近罐体法兰22的一端，且由沿周向缠绕于其端部的纤维制成。由于罐体本体21靠近罐体法兰22的部分为薄弱环节，通过设置罐体加强层523以满足强度要求，其中按照q轨迹，将纤维分别周向缠绕于罐体本体21靠近罐体法兰22的部分，先缠绕罐体本体21的一端再缠绕另一端，以完成罐体加强层523的制作。
如图10-16所示，在对罐体本体21进行绕制时，将纤维按照l顺序完成设置于罐体本体21一端的罐体法兰22中所有螺栓3上的缠绕，然后将纤维的引出端按照m-n顺序进行罐体2的周向绕制，且沿罐体2的轴向方向从罐体2的一端到另一端进行环绕，直至完成设置于罐体2另一端的罐体法兰22中所有螺栓3上的缠绕，形成环箍层521；将纤维的引出端先环绕一侧的罐体法兰22螺栓3，然后按照o-p顺序进行罐体2的轴向绕制，形成折回层522；将纤维按照q顺序分别周向缠绕于罐体2靠近罐体法兰22的部分，先缠绕罐体2的一端再缠绕另一端，形成罐体加强层523，继而重复环箍层521、折回层522和罐体加强层523的绕制方法，交替进行形成罐体材料层52，直至达到需求的强度要求。
需要特别说明的是，上述前端盖11上的端盖材料层51、后端盖12上的端盖材料层51及罐体材料层52分别为一根纤维按照规定的轨迹进行缠绕，以保证最佳的强度效果。可以理解的是，随着使用的纤维条数的增加，则高压罐整体的强度就会变小。如果在具体绕制过程中纤维出现断裂，则应该用新的纤维将断头处进行多层缠绕。
本实施例还提供了上述高压罐的制造方法，该制造方法具体包括：制备纤维加强层5，将纤维绕制在多个螺栓3上。
通过将纤维绕制在多个螺栓3，增加了罐体法兰22和端盖法兰13在螺栓3处的承压强度，克服了该位置的强度差缺陷，进而保证了高压罐的承压强度。
其中制备纤维加强层5具体包括以下步骤：
制备端盖材料层51，将纤维经端盖本体的外壁的中心部且缠绕于端盖法兰13的螺栓3上制成第一层511后；再将纤维由端盖本体的外壁的中心部向端盖法兰13的螺栓3以螺旋线的形式进行绕制的制成螺旋层512；然后将纤维沿周向缠绕于端盖本体靠近端盖法兰13的一端而制成端盖加强层513；
制备罐体材料层52，将纤维缠绕于罐体法兰22的螺栓3，且沿罐体基层的周向环绕并沿其轴向方向进行绕制而制成环箍层521；再将纤维从一侧罐体法兰22的螺栓3绕制于另一侧罐体法兰22的螺栓3直至遍及罐体基层外壁而制成折回层522；然后将纤维沿周向缠绕于罐体基层靠近罐体法兰22的一端而制成罐体加强层523。
通过设置第一层511、螺旋层512及端盖加强层513，使得端盖材料层51可以覆盖于端盖本体的外壁，通过设置环箍层521、折回层522及罐体加强层523，使得罐体材料层52可以覆盖于罐体基层的外壁，在保证了高压罐良好的承压效果的前提下，高压罐的基材可以适当的减薄，使得高压罐的重量可以减轻，进而满足轻量化的需求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压罐，其特征在于，包括：
端盖组件(1)，包括端盖本体和端盖法兰(13)；
罐体(2)，包括罐体本体(21)和两个分别设置于所述罐体本体(21)的两端的罐体法兰(22)，且所述罐体法兰(22)与所述端盖法兰(13)连接；
多个螺栓(3)，其穿设在所述罐体法兰(22)和所述端盖法兰(13)上，用于连接所述端盖组件(1)和所述罐体(2)；
纤维加强层(5)，其能够连接多个所述螺栓(3)；所述纤维加强层(5)包括端盖材料层(51)和罐体材料层(52)，所述端盖材料层(51)覆盖于所述端盖本体的外壁且绕制于所述端盖法兰(13)的螺栓(3)上，所述罐体材料层(52)覆盖于所述罐体本体(21)的外壁且绕制于所述罐体法兰(22)的螺栓(3)上；所述端盖材料层(51)包括相互叠设的第一层(511)、螺旋层(512)和端盖加强层(513)，所述第一层(511)、所述螺旋层(512)和所述端盖加强层(513)分别是由走向不同的纤维缠绕而成。
2.根据权利要求1所述的高压罐，其特征在于，所述第一层(511)由经所述端盖本体的外壁的中心部且缠绕于所述端盖法兰(13)的螺栓(3)上的纤维制成，所述第一层(511)的纤维呈放射状；
所述螺旋层(512)由所述端盖本体的外壁的中心部向所述端盖法兰(13)的螺栓(3)以螺旋线的形式进行绕制的纤维制成；
所述端盖加强层(513)位于所述端盖本体靠近所述端盖法兰(13)的一端，且由沿周向缠绕于所述端盖本体的端部的纤维制成。
3.根据权利要求1所述的高压罐，其特征在于，所述罐体材料层(52)包括相互叠设的环箍层(521)、折回层(522)和罐体加强层(523)，所述环箍层(521)、所述折回层(522)和所述罐体加强层(523)分别是由走向不同的纤维缠绕而成。
4.根据权利要求3所述的高压罐，其特征在于，所述环箍层(521)由经缠绕于所述罐体法兰(22)的螺栓(3)，且由所述罐体本体(21)的一端向另一端沿所述罐体本体(21)的周向环绕的纤维制成；
所述折回层(522)呈折线形，由其中一个所述罐体法兰(22)上的螺栓(3)向另一个所述罐体法兰(22)上的螺栓(3)往复交替绕制，且遍及所述罐体本体(21)的外壁的纤维制成；
所述罐体加强层(523)位于所述罐体本体(21)靠近所述罐体法兰(22)的一端，且由沿周向缠绕于所述罐体本体(21)的端部的纤维制成。
5.根据权利要求1所述的高压罐，其特征在于，所述罐体材料层(52)和端盖材料层(51)均是由一根纤维制成。
6.一种高压罐的制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1-5任一项所述的高压罐，所述高压罐的制造方法包括：
制备纤维加强层(5)，将纤维绕制在多个螺栓(3)上。
7.根据权利要求6所述的高压罐的制造方法，其特征在于，所述制备纤维加强层(5)包括：
制备端盖材料层(51)，将纤维经端盖本体的外壁的中心部且缠绕于端盖法兰(13)的螺栓(3)上制成第一层(511)后；再将纤维由端盖本体的外壁的中心部向所述端盖法兰(13)的螺栓(3)以螺旋线的形式进行绕制的制成螺旋层(512)；然后将纤维沿周向缠绕于所述端盖本体靠近所述端盖法兰(13)的一端而制成端盖加强层(513)。
8.根据权利要求7所述的高压罐的制造方法，其特征在于，所述制备纤维加强层(5)还包括：
制备罐体材料层(52)，将纤维缠绕于罐体法兰(22)的螺栓(3)，且沿罐体本体(21)的周向环绕并沿其轴向方向进行绕制而制成环箍层(521)；再将纤维从一侧罐体法兰(22)的螺栓(3)绕制于另一侧罐体法兰(22)的螺栓(3)直至遍及所述罐体本体(21)的外壁而制成折回层(522)；然后将纤维沿周向缠绕于罐体本体(21)靠近所述罐体法兰(22)的一端而制成罐体加强层(523)。
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