CN112880283B - 一种用于大型低温设备的解耦式壁板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型低温设备的解耦式壁板，包括壁板本体、安装框架、隔热块以及若干组固定组件；隔热块设置于壁板本体于安装框架之间，壁板本体于安装框架通过固定组件连接。固定组件包括螺杆、弹簧以及导向套，导向套穿设在安装框架上，弹簧套设在导向套上并位于导向套端部与侧梁Ⅰ之间，螺杆穿设在导向套中，其一端端部与壁板本体螺纹连接，另一端端部穿出通孔Ⅱ并通过螺母组件锁紧；通过调整弹簧压缩量控制螺杆拉力，从而调节壁板本体与隔热块之间的接触载荷。该壁板可以降低结构热应力和热变形，壁板最大变形控制在0.2mm以内，壁板结构最大应力可低于材料屈服强度的50％，从而提高了系统的效率和安全性。

Description

一种用于大型低温设备的解耦式壁板

技术领域

本发明属于低温设备技术领域，涉及于低温设备或设备低温环境试验的壁板结构，具体涉及一种用于大型低温设备的解耦式壁板。

背景技术

大型低温设备壁面需要承受一定的压差，而且型面精度要求较高。现有技术中，壁板一般为整体结构，包括平板和肋板两部分，通过焊接组合在一起。这种整体式壁板的优点是加工制造简单，整体刚度好，能保证在给定压差下壁面的变形和应力均在设计要求的范围内。

在大型低温设备升降温过程中，壁板内部存在较大温度梯度，导致壁板产生变形和结构热应力。变形会影响壁面精度，进而影响设备设计要求；而过大的结构热应力会影响壁板安全性。在快速降温的时候，甚至会造成结构破坏性损伤，严重影响实验效率和设备的安全性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中用于低温设备的壁板在温度变化时产生结构变形大和热应力大，无法适应低温设备或低温环境试验等问题，提供一种用于大型低温设备的解耦式壁板。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案。

一种用于大型低温设备的解耦式壁板，包括壁板本体、安装框架、隔热块以及固定组件；

所述安装框架包括侧梁Ⅰ、侧梁Ⅱ以及连接于侧梁Ⅰ和侧梁Ⅱ之间的若干个连接梁，在侧梁Ⅰ上于每个连接梁的两侧分别开设有通孔Ⅰ；

于每个横梁处在壁板本体与侧梁Ⅱ之间设置有隔热块，隔热块与侧梁Ⅱ固定连接；

于每个通孔Ⅰ处设置一组固定组件；所述固定组件包括螺杆、弹簧以及导向套，所述导向套包括具有通孔Ⅱ的端部以及沿通孔Ⅱ轴向延伸形成的筒部，导向套的筒部穿设在通孔Ⅰ并可沿通孔Ⅰ来回移动，所述弹簧套设在导向套的筒部上并位于导向套端部与侧梁Ⅰ之间，所述螺杆安装在通孔Ⅱ中，其一端端部与壁板本体螺纹连接，另一端端部穿出通孔Ⅱ并通过螺母组件锁紧；

通过调整弹簧压缩量控制螺杆拉力，从而调节壁板本体与隔热块之间的接触载荷。

上述用于大型低温设备的解耦式壁板，壁板本体与安装框架之间采用隔热块隔离、螺杆和弹簧拉紧的方式，降低传热路径，使得壁板本体内外大温差的工况下，壁板本体和安装框架各自温度相对均匀，最大限度降低结构件自身内部温度梯度，实现温度解耦。为便于安装固定，所述隔热块呈H型，包括一体成型的横部Ⅱ、位于横部两侧的竖部Ⅰ及竖部Ⅱ，隔热块的竖部Ⅰ通过两组螺柱组件与安装框架的侧梁Ⅱ相连接，隔热块的竖部Ⅱ与壁板本体相接触。

上述用于大型低温设备的解耦式壁板，所述螺柱组件为本领域常规螺柱组件，通常包括螺柱以及两个螺母，螺柱安装在侧梁Ⅱ与竖部Ⅰ上，两端通过螺母固定。值得说明的是，隔热块与安装框架的固定方式并不限于螺柱组件，例如还可以采用螺栓螺母等本领域常用固定方式。

上述大型低温设备的解耦式壁板，所述弹簧优选为蝶形弹簧。碟形弹簧又名贝勒维尔弹簧垫圈，简称碟簧，是一种外形似圆环垫片样的特种弹簧。一般来说，它是通过相当数量的叠加来提供足够弹性伸展，而发挥作用的。碟形弹簧应力分布由里到外均匀递减，能够实现低行程高补偿力的效果。本发明中设置有导向套用于防止受载时弹簧(尤其是碟簧片)产生横向滑移。此外，由于碟簧片在变形时内外径尺寸会产生变化(以碟簧的制造方式不同内外径的变化不同)，一般情况下碟簧片应与导向件之间留有一定的间隙。碟片与导向套之间也应有润滑，导向套表面硬度也应大于碟簧片。

上述用于大型低温设备的解耦式壁板，在保证热变形和热应力控制在合理范围的基础上，为降低制造成本和安装难度，所述通孔Ⅰ的数量优选为N，2＜N＜1000。

上述用于大型低温设备的解耦式壁板，所述螺杆即表面具有连接螺纹的杆件，其长度根据安装框架的尺寸而具体设定。螺杆横向具有一定的弹性，因此允许一定限度的摆动，在壁板本体相对尺寸变化时，可以降低结构热应力和热变形，壁板最大变形控制在0.2mm以内。用于锁紧螺杆端部的螺母组件为本领域常规螺母组件，本发明中，螺母组件包括两个螺母。进一步的，也可以在导向套与螺母之间增加垫圈以进一步增强安装稳定性。此外，所述螺杆与壁板本体螺纹连接后，用螺母压紧。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案产生了以下有益的技术效果：

1.本发明提供的用于大型低温设备的解耦式壁板，通过在壁板本体与安装框架之间采用隔热块隔离、螺杆和弹簧拉紧的方式，通过调整弹簧压缩量控制螺杆拉力，从而调节壁板本体与隔热块之间的接触载荷，有效降低了传热路径，使得壁板本体内外大温差的工况下，壁板本体和安装框架各自温度相对均匀，最大限度降低结构件自身内部温度梯度，实现了温度解耦。

2.本发明提供的用于大型低温设备的解耦式壁板，螺杆允许一定限度的摆动，在壁板本体相对尺寸变化时，可以有效降低结构热应力和热变形，壁板本体最大变形可控制在0.2mm以内，壁板结构最大应力可低于材料屈服强度的50％，从而提高了系统的效率和安全性。

3.本发明提供的用于大型低温设备的解耦式壁板，安装框架内部温差降低后，可以将其设计得具有足够刚度，保证壁板结构在给定压差和温差下，结构最大应力低于材料屈服强度的50％，从而提高了系统的效率和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是本发明用于大型低温设备的解耦式壁板结构示意图；

图2是本发明用于大型低温设备的解耦式壁板局部放大图。

附图标记说明：1、壁板本体；2、安装框架；3、螺母组件；4、螺杆；5、弹簧、6、导向套；7、隔热块；8、螺柱组件。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本实施例中，一种用于大型低温设备的解耦式壁板如图1-2所示，包括壁板本体1、安装框架2、隔热块7以及固定组件。

壁板本体1采用304不锈钢材料制备而成。

安装框架2包括侧梁Ⅰ、侧梁Ⅱ以及连接于侧梁Ⅰ和侧梁Ⅱ之间的多个连接梁，在侧梁Ⅰ上于每个连接梁的两侧分别开设有通孔Ⅰ。通孔Ⅰ的数量为N，2＜N＜1000。

于每个横梁处在壁板本体1与侧梁Ⅱ之间设置有隔热块7。隔热块7呈H型，包括一体成型的横部Ⅱ、位于横部两侧的竖部Ⅰ及竖部Ⅱ。侧梁Ⅱ上于于每个连接梁的两侧分别开设有螺柱孔，隔热块上于相应位置处也开设有两个螺柱孔。隔热块7竖部Ⅰ的上、下段分别通过两组螺柱组件8与安装框架2的侧梁Ⅱ相连接，隔热块7的竖部Ⅱ与壁板本体1相接触。螺柱组件8包括螺柱以及两个螺母，螺柱穿过侧梁Ⅱ与竖部Ⅰ对应的螺柱孔，两端通过螺母固定。

于每个通孔Ⅰ处设置一组固定组件。如图2所示，固定组件包括螺杆4、弹簧5以及导向套6。本实施例中，弹簧5采用碟簧。螺杆4长度根据安装框架2尺寸而设定。导向套6包括具有通孔Ⅱ的端部以及沿通孔Ⅱ轴向延伸形成的筒部。导向套6的筒部穿设在通孔Ⅰ并可沿通孔Ⅰ来回移动，弹簧5套设在导向套6的筒部上并位于导向套6端部与侧梁Ⅰ之间，弹簧5两端端部分别与导向筒端部、侧梁Ⅰ相接触。螺杆4安装在通孔Ⅱ中，其一端端部旋入壁板本体1并用螺母压紧，壁板本体1与隔热块7贴紧；螺杆4的另一端端部穿出通孔Ⅱ并通过由两个螺母组成的螺母组件3锁紧，压在导向套6的端部上。

安装时，通过调整碟簧压缩量，控制螺杆4拉力，进而调节壁板本体1与隔热块7之间的接触载荷。

通过合理调整碟簧压缩量，实现了2小时内从-160℃到50℃的温度变化，最大压差0.2MPa，型面精度达到0.1mm，壁板结构最大应力为98MPa，约为所选304不锈钢材料屈服强度的35.6％，满足低于50％的目标，达到了某大型低温设备技术指标。

Claims (7)

1.一种用于大型低温设备的解耦式壁板，其特征在于，包括壁板本体(1)、安装框架(2)、隔热块(7)以及固定组件；

所述安装框架(2)包括侧梁Ⅰ、侧梁Ⅱ以及连接于侧梁Ⅰ和侧梁Ⅱ之间的若干个连接梁，在侧梁Ⅰ上于每个连接梁的两侧分别开设有通孔Ⅰ；

于每个横梁处在壁板本体(1)与侧梁Ⅱ之间设置有隔热块(7)，隔热块(7)与侧梁Ⅱ固定连接；

于每个通孔Ⅰ处设置一组固定组件；所述固定组件包括螺杆(4)、弹簧(5)以及导向套(6)，所述导向套(6)包括具有通孔Ⅱ的端部以及沿通孔Ⅱ轴向延伸形成的筒部，导向套(6)的筒部穿设在通孔Ⅰ并可沿通孔Ⅰ来回移动，所述弹簧(5)套设在导向套(6)的筒部上并位于导向套(6)端部与侧梁Ⅰ之间，所述螺杆(4)安装在通孔Ⅱ中，其一端端部与壁板本体(1)螺纹连接，另一端端部穿出通孔Ⅱ并通过螺母组件(3)锁紧；

通过调整弹簧(5)压缩量控制螺杆(4)拉力，从而调节壁板本体(1)与隔热块(7)之间的接触载荷。

2.根据权利要求1所述的用于大型低温设备的解耦式壁板，其特征在于，所述隔热块(7)呈H型，包括一体成型的横部Ⅱ、位于横部两侧的竖部Ⅰ及竖部Ⅱ，隔热块(7)的竖部Ⅰ通过两组螺柱组件(8)与安装框架(2)的侧梁Ⅱ相连接，隔热块(7)的竖部Ⅱ与壁板本体(1)相接触。

3.根据权利要求2所述的用于大型低温设备的解耦式壁板，其特征在于，所述螺柱组件(8)包括螺柱以及两个螺母，螺柱安装在侧梁Ⅱ与竖部Ⅰ上，两端通过螺栓固定。

4.根据权利要求1所述的用于大型低温设备的解耦式壁板，其特征在于，所述弹簧(5)为蝶形弹簧(5)。

5.根据权利要求1所述的用于大型低温设备的解耦式壁板，其特征在于，所述通孔Ⅰ的数量为N，2＜N＜1000。

6.根据权利要求1-5任一所述的用于大型低温设备的解耦式壁板，其特征在于，所述螺母组件(3)包括两个螺母。

7.根据权利要求1-5任一所述的用于大型低温设备的解耦式壁板，其特征在于，所述螺杆(4)与壁板本体(1)螺纹连接后，采用螺母压紧。

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