CN113060434A - 抗压储液罐及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗压储液罐，包括储液罐本体以及设置在其两端的封头，储液罐一端的封头上设有进液孔，所述储液罐本体的罐壁纬向和周向均满足正弦波曲线方程。本发明还公开了该抗压储液罐的制造方法，主要采用了注水加压胀形的成形方法，成形过程中罐体受力均匀，制造成品储液罐抗压性强，不易漏水，质量优良。

Description

抗压储液罐及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种抗压储液罐及其制造方法。
背景技术
抗压储液罐作为储液容器，需要具有储液容积大、抗内压等特点。而现有的储液罐多采用圆柱形、方形等结构，如专利申请号为CN201810807719.4的发明专利，公开的储水罐结构为圆柱形，储水量小，承压能力差；采用底角支撑罐体，结构不固定；底角与罐体连接部位应力集中，容易发生变形。专利号为CN201810509798.0的发明专利，公开的储水罐结构为方形，罐体易发生变形失稳，承压能力差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种抗压能力好的抗压储液罐。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种抗压储液罐，包括储液罐本体以及设置在其两端的封头，储液罐一端的封头上设有进液孔，储液罐本体的罐壁纬向和周向均满足正弦波曲线方程，记罐壁高度为H，径向圆半径为R1，周向端面圆半径为R2，正弦曲线振幅为Am和An，旋转角为θ，径向和周向波纹数分别为a、b，初始旋转角为θ1，储液罐罐壁径向正弦波曲线方程为：
X(θ)＝(R1+Aθ)*cos(θ) (1)
Z(θ)＝R2+(R1+Aθ)*sin(θ)-R1*sin(θ1) (2)
其中，
Figure BDA0002973992690000011
罐壁周向正弦波曲线方程为：
Figure BDA0002973992690000012
Figure BDA0002973992690000013
其中，
Figure BDA0002973992690000014
本发明所要解决的技术问题是：提供一种如上所述储液罐的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种如上所述储液罐的制造方法，包括以下步骤：
第一步：切割，根据所需制造的储液罐本体结构的三维模型，推算出待切割板材的尺寸，然后切割薄板；
第二步：辊弯，切割完成后进行辊弯，将薄板辊弯成半径为R1的弧形状；
第三步：焊接，将辊弯的若干块薄板焊接成一个周向封闭的储液罐本体；
第四步：两端加封头焊接，将封头焊接在储液罐本体两端形成封闭的储液罐，储液罐一端的封头上设有所述进液孔；
第五步：第一次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储液罐纬向截面变成圆形；
第六步：纬向加圆环形肋，将若干个圆环形肋夹在储液罐罐壁，圆环形肋所处的位置为成品储液罐上纬向正弦波曲线的波谷位置；
第七步：第二次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储液罐纬向截面满足预先设定的纬向正弦波曲线方程；
第八步：径向加正弦波形肋，将一种径向肋板装置装夹在第二次胀形后的储液罐上，该径向肋板装置包括底座，底座上成环状分布有若干成型成品储液罐上的周向正弦波曲线的各个波谷位置的径向肋板，径向肋板内侧面满足成品储液罐上的纬向正弦波曲线，径向肋板上沿长度方向设有至少两个小孔，与小孔数量相等的数个环向肋分别穿设在各个径向肋板上的相应小孔中；
第九步：第三次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储液罐径向截面满足预先设定的径向正弦波曲线方程。
作为一种优选的方案，所述底座上设有若干供各个径向肋板嵌入定位的卡槽，使得径向肋板的安装更为方便。
作为一种优选的方案，所述径向肋板上沿长度方向等间距分布有三个小孔，更为稳定地支撑径向肋板。
作为一种优选的方案，所述环向肋包括两个半环向肋和两个销，两个半环向肋通过销连接在一起，拆装方便且制造成本低。
作为一种优选的方案，所述底座上中间位置设有与储液罐底部配合的圆形槽。用于在储液罐胀形时定位储液罐底部，方便操作。
本发明的有益效果是：本抗压储液罐具有受力均匀，抗压能力强的特点。
本抗压储液罐的罐体制造方法工艺合理，主要采用了注水加压胀形的成形方法，成形过程中罐体受力均匀，制造成品储液罐抗压性强，不易漏水，质量优良。
本抗压储液罐的罐体制造采用了环向肋、径向肋板装置，相比传统模具，该装置的结构加工方便，耗材少，且在进行储液罐制造时便于拆装，可操作性强。且本罐体制造用装置可拆分，且其中的径向肋板、半环向肋为相同的结构，若长期使用发生变形后可由新的径向肋板，半环向肋替换，不会导致整个制造装置的损坏，相比传统模具，极大地节约了替换成本。
附图说明
图1为本抗压储液罐立体结构示意图。
图2为本抗压储液罐主视结构示意图。
图3为本抗压储液罐侧视结构示意图。
图4为本抗压储液罐位移变形云图。
图5为等效圆柱形储水罐位移变形云图。
图6为径向肋装置结构示意图。
图7为径向肋结构示意图。
图8为环向肋结构示意图。
图9为半环向肋结构示意图。
图10为底座结构示意图。
图11为制造方法第一步切割薄板结构示意图。
图12为制造方法第二步辊弯薄板结构示意图。
图13为制造方法第三步焊接薄板装配结构示意图。
图14为制造方法第四步焊接封头装配结构示意图。
图15为制造方法第五步第一次胀形后结构示意图。
图16为制造方法第六步纬向加圆环形肋结构示意图。
图17为制造方法第七步第二次胀形后结构示意图。
图18为制造方法第八步径向加正弦波形肋结构示意图。
图中：径向肋1，环向肋2，半环向肋21，销22，底座3。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
如图1-3所示，一种抗压储液罐，包括储水罐本体以及设置在其两端的封头，储水罐一端的封头上设有进液孔，储水罐本体的罐壁纬向和周向均满足正弦波曲线方程，记罐壁高度为H，径向圆半径为R1，周向端面圆半径为R2，正弦曲线振幅为Am和An，旋转角为θ，径向和周向波纹数分别为a、b，初始旋转角为θ1，储液罐罐壁径向正弦波曲线方程为：
X(θ)＝(R1+Aθ)*cos(θ) (1)
Z(θ)＝R2+(R1+Aθ)*sin(θ)-R1*sin(θ1) (2)
其中，
Figure BDA0002973992690000041
罐壁周向正弦波曲线方程为：
Figure BDA0002973992690000042
Figure BDA0002973992690000043
其中，
Figure BDA0002973992690000044
以下将一具体尺寸的抗压储液罐与等效圆柱形储水罐进行比较：
抗压储液罐几何尺寸选取如下：
设罐壁高度为H＝1967mm，径向圆半径为R1＝3300mm，周向端面圆半径为R2，正弦曲线振幅为Am＝20mm，和An＝25mm，旋转角为θ，径向和周向波纹数分别为a＝5、b＝7，初始旋转角为θ＝1.27，则该抗压储液罐罐壁径向参数方程为：
X(θ1)＝(3300+20*sin(50.845*θ1-62.588))*cos(θ1)
Y(θ1)＝(3300+20*sin(50.845*θ1-62.588))*sin(θ1)-2511.273
其中θ1取1.27到1.872。
罐壁周向参数方程：
X(θ2)＝(500+25*sin(9*θ2))*sin(θ2)
Y(θ2)＝(500十25*sin(9*θ2))*cos(θ2)
其中θ2取0到2π。
对于等效圆柱形储液罐，根据模型空间等体积材料等质量原则计算得尺寸如下表1
模型 半径R(mm) 高度H(mm) 厚度t(mm)
等效圆柱形储液罐 581.59 1967 20
表1
2.承载力比较：
通过以下步骤证明本发明实施例所述的抗压储液罐的承载力高于等效圆柱形储液罐，具体如下：
其中，材料选用不锈钢，屈曲强度σs＝325MPa，弹性模量E＝200GPa，泊松比μ＝0.3，：
步骤1，三维建模：
利用三维建模软件SolidWorks进行建立等效柱形储液罐和抗压储液罐模型。
步骤2，网格划分：
对步骤1中的三维建模，采用ansa软件对模型进行网格划分，网格单元类型形状主要为四边形壳单元，还有极少量辅助三角形壳单元，网格数量约23000个。
步骤3承载能力求解：
采用Abaqus软件，通过线性摄动法计算两种储水罐的承载能力，边界条件为经典三点边界条件。
承载能力计算结果如下表2：
模型 承载能力(MPa)
抗压储液罐 17.112
等效圆柱形储液罐 13.602
表2
由表2可知，抗压储液罐的承载能力是等效圆柱形储水罐承载能力的1.258倍，具有优越的抗压性能。
如图4、5所示为抗压储液罐与等效圆柱形储水罐位移变形云图，由图可见抗压储液罐的受力更为均匀。
如图6-18所示，一种如上所述储液罐的制造方法，包括以下步骤：
第一步：切割，根据所需制造的储水罐本体结构的三维模型，推算出待切割板材的尺寸，然后切割薄板；
第二步：辊弯，切割完成后进行辊弯，将薄板辊弯成半径为R1的弧形状；
第三步：焊接，将辊弯的若干块薄板焊接成一个周向封闭的储水罐本体；
第四步：两端加封头焊接，将封头焊接在储水罐本体两端形成封闭的储水罐，储水罐一端的封头上设有所述进液孔；
第五步：第一次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储水罐纬向截面变成圆形；
第六步：纬向加圆环形肋，将若干个圆环形肋夹在储水罐罐壁，圆环形肋所处的位置为成品储水罐上纬向正弦波曲线的波谷位置；
第七步：第二次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储水罐纬向截面满足预先设定的纬向正弦波曲线方程；
第八步：径向加正弦波形肋，将一种径向肋1板装置装夹在第二次胀形后的储水罐上，该径向肋1板装置包括底座3，底座3上成环状分布有若干成型成品储液罐上的周向正弦波曲线的各个波谷位置的径向肋1板，径向肋1板内侧面满足成品储液罐上的纬向正弦波曲线，径向肋1板上沿长度方向等间距设有三个小孔，与小孔数量相等的数个环向肋2分别穿设在各个径向肋1板上的相应小孔中；所述环向肋2包括两个半环向肋21和两个销22，两个半环向肋21通过销22连接在一起。所述底座3上设有若干供各个径向肋1板嵌入定位的卡槽。所述底座3上中间位置设有与储水罐底部配合的圆形槽。
第九步：第三次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储水罐径向截面满足预先设定的径向正弦波曲线方程。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (6)

1.一种抗压储液罐，包括储液罐本体以及设置在其两端的封头，储液罐一端的封头上设有进液孔，其特征在于：所述储液罐本体的罐壁纬向和周向均满足正弦波曲线方程，记罐壁高度为H，径向圆半径为R1，周向端面圆半径为R2，正弦曲线振幅为Am和An，旋转角为θ，径向和周向波纹数分别为a、b，初始旋转角为θ1，储液罐罐壁径向正弦波曲线方程为：
X(θ)＝(R1+Aθ)*cos(θ) (1)
Z(θ)＝R2+(R1+Aθ)*sin(θ)-R1*sin(θ1) (2)
其中，
Figure FDA0002973992680000011
罐壁周向正弦波曲线方程为：
Figure FDA0002973992680000012
Figure FDA0002973992680000013
其中，
Figure FDA0002973992680000014
2.一种如权利要求1所述抗压储液罐的制造方法，包括以下步骤：
第一步：切割，根据所需制造的储液罐本体结构的三维模型，推算出待切割板材的尺寸，然后切割薄板；
第二步：辊弯，切割完成后进行辊弯，将薄板辊弯成半径为R1的弧形状；
第三步：焊接，将辊弯的若干块薄板焊接成一个周向封闭的储液罐本体；
第四步：两端加封头焊接，将封头焊接在储液罐本体两端形成封闭的储液罐，储液罐一端的封头上设有所述进液孔；
第五步：第一次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储液罐纬向截面变成圆形；
第六步：纬向加圆环形肋，将若干个圆环形肋夹在储液罐罐壁，圆环形肋所处的位置为成品储液罐上纬向正弦波曲线的波谷位置；
第七步：第二次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储液罐纬向截面满足预先设定的纬向正弦波曲线方程；
第八步：径向加正弦波形肋，将一种径向肋板装置装夹在第二次胀形后的储液罐上，该径向肋板装置包括底座，底座上成环状分布有若干成型成品储液罐上的周向正弦波曲线的各个波谷位置的径向肋板，径向肋板内侧面满足成品储液罐上的纬向正弦波曲线，径向肋板上沿长度方向设有至少两个小孔，与小孔数量相等的数个环向肋分别穿设在各个径向肋板上的相应小孔中；
第九步：第三次胀形，通过进液孔向内注水加压胀形，直到储液罐径向截面满足预先设定的径向正弦波曲线方程。
3.如权利要求2所述抗压储液罐的制造方法，其特征在于：所述底座上设有若干供各个径向肋板嵌入定位的卡槽。
4.如权利要求3所述抗压储液罐的制造方法，其特征在于：所述径向肋板上沿长度方向等间距分布有三个小孔。
5.如权利要求4所述抗压储液罐的制造方法，其特征在于：所述环向肋包括两个半环向肋和两个销，两个半环向肋通过销连接在一起。
6.如权利要求5所述抗压储液罐的制造方法，其特征在于：所述底座上中间位置设有与储液罐底部配合的圆形槽。
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