CN114484257B - 一种3d打印的一体化球形压力容器及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印的一体化球形压力容器及加工方法，其包括有球形压力容器本体，球形压力容器本体上形成有倾斜进料管、出料管、加压管和排气管，球形压力容器本体通过3D打印定向凝固方式加工而成，倾斜进料管、出料管、加压管和排气管均通过3D打印定向凝固方式形成于球形压力容器本体外侧，倾斜进料管上通过3D打印定向凝固方式形成有过滤管。相比现有技术而言，本发明不受球形压力容器本体安装方位的限制，球形压力容器本体内盛装的物质可随时保持在该球形压力容器本体的中心位置，从而满足了水平盛放要求。此外，相比焊接结构的压力容器而言，本发明压力容器的气密性更高，有效提升了压力容器的使用寿命以及降低了使用成本。

Description

一种3D打印的一体化球形压力容器及加工方法
技术领域
本发明涉及压力容器，尤其涉及一种3D打印的一体化球形压力容器及加工方法。
背景技术
当前，在工业生产中，经常会用到一种能够承受一定压力的密闭容器，称为压力容器。现有压力容器分为卧式与立式两种类型，为满足生产需求，压力容器体积较大，在运输与安装制造过程存在较大难度，故采用分段制造，在使用地采用焊接的方式安装。由于压力容器需要满足较大的承受压力，焊缝连接处的强度弱于容器本身，所以当容器压力过大时，焊缝连接极易出现裂纹，造成泄露。此外卧式压力容器罐身较长，且多数采用两端支撑的方式，由于重力影响，会造成容器受力不均，同样导致焊缝连接处产生裂纹，影响容器气密性。
请参见申请号为CN201921502611.0、名称为一种横卧式压力容器的中国专利公开文献，其包括横卧布置的罐体，所述罐体包括N组同轴布置的中间筒，所述中间筒组合体的两端分别密封设置封头，相邻的中间筒或封头结合处设置连接部，所述连接部的底部设置能够沿罐体的轴向微调的底部支撑座，所述中间筒和封头的连接处设置法兰盘，所述连接部包括截面为C形的密封扣环，所述密封扣环的两侧内壁分别与紧挨的两个法兰盘外壁接触安装，且密封扣环的内壁与法兰盘之间设置第二弹性密封圈，紧挨的两个法兰盘之间设置第一弹性密封圈。
此类压力容器有以下不足：1、该压力容器为卧式结构，不能保证压力容器保持放置水平。2、该压力容器的中间筒与支撑座接口处采用焊接方式相连接，焊接连接处容易产生裂纹，极易影响压力容器气密性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能够满足水平盛放要求，同时气密性更高的3D打印的一体化球形压力容器及其加工方法。
一种3D打印的一体化球形压力容器，其包括有球形压力容器本体，所述球形压力容器本体上形成有倾斜进料管、出料管、加压管和排气管，所述球形压力容器本体通过3D打印定向凝固方式加工而成，所述倾斜进料管、所述出料管、所述加压管和所述排气管均通过3D打印定向凝固方式形成于所述球形压力容器本体外侧，所述倾斜进料管上通过3D打印定向凝固方式形成有过滤管。
优选地，所述球形压力容器本体在3D打印过程中，基于柱状晶沿传热方向的反向外延生长原理，所述球形压力容器本体沿球壁向下导热，进而得到垂直于气体扩散方向平行排列的奥氏体柱状晶粒。
优选地，所述倾斜进料管内固定有过滤片。
优选地，所述出料管的端部设有密封盖。
优选地，所述球形压力容器本体的外侧固定有多个支撑座。
优选地，所述支撑座的数量是三个，三个支撑座沿所述球形压力容器本体的周向均匀分布。
优选地，所述支撑座上开设有安装孔。
优选地，所述倾斜进料管朝向所述球形压力容器本体的斜上方，所述出料管朝向所述球形压力容器本体的斜下方，所述加压管和所述排气管沿水平方向延伸。
一种一体化球形压力容器的加工方法，所述球形压力容器包括有球形压力容器本体，所述球形压力容器本体上形成有倾斜进料管、出料管、加压管和排气管；所述加工方法包括：利用3D打印定向凝固方式加工而成球形压力容器本体，在所述球形压力容器本体成型过程中，通过3D打印定向凝固方式将所述倾斜进料管、所述出料管、所述加压管和所述排气管形成于所述球形压力容器本体外侧，并通过3D打印定向凝固方式将过滤管形成于所述倾斜进料管上。
优选地，所述球形压力容器本体在3D打印过程中，基于柱状晶沿传热方向的反向外延生长原理，所述球形压力容器本体沿球壁向下导热，进而得到垂直于气体扩散方向平行排列的奥氏体柱状晶粒。
本发明公开的3D打印的一体化球形压力容器中，所述球形压力容器本体内具有球形内腔，其相比现有技术中的圆筒状压力容器而言，本发明不受所述球形压力容器本体安装方位的限制，所述球形压力容器本体内盛装的物质可随时保持在该球形压力容器本体的中心位置，从而满足了水平盛放要求。此外，相比焊接结构的压力容器而言，本发明压力容器的气密性更高，有效提升了压力容器的使用寿命以及降低了使用成本。
附图说明
图1为本发明一体化球形压力容器的侧视图一；
图2为本发明一体化球形压力容器的侧视图二；
图3为本发明一体化球形压力容器的侧视图三；
图4为本发明一体化球形压力容器的剖视图；
图5为本发明一体化球形压力容器的显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种3D打印的一体化球形压力容器，结合图1至图4所示，其包括有球形压力容器本体1，所述球形压力容器本体1上形成有倾斜进料管2、出料管5、加压管6和排气管7，所述球形压力容器本体1通过3D打印定向凝固方式加工而成，所述倾斜进料管2、所述出料管5、所述加压管6和所述排气管7均通过3D打印定向凝固方式形成于所述球形压力容器本体1外侧，所述倾斜进料管2上通过3D打印定向凝固方式形成有过滤管3。
上述结构中，所述球形压力容器本体1内具有球形内腔，其相比现有技术中的圆筒状压力容器而言，本发明不受所述球形压力容器本体1安装方位的限制，所述球形压力容器本体1内盛装的物质可随时保持在该球形压力容器本体1的中心位置，从而满足了水平盛放要求。此外，相比焊接结构的压力容器而言，本发明压力容器的气密性更高，有效提升了压力容器的使用寿命以及降低了使用成本。
作为一种优选方式，所述球形压力容器本体1在3D打印过程中，基于柱状晶沿传热方向的反向外延生长原理，所述球形压力容器本体1沿球壁向下导热，进而得到垂直于气体扩散方向平行排列的奥氏体柱状晶粒。
相比之下，传统铸造或锻造压力容器的显微组织有大量沿各方向分布的晶界，而晶界附近富集空位与位错等晶体缺陷，此类缺陷导致气体扩散速率的加快，降低压力容器气密性，而本发明通过3D打印定向凝固一体化成型技术加工所述球形压力容器本体1，可得到垂直于气体扩散方向平行排列的奥氏体柱状晶粒。由于绝大部分柱状晶界垂直于球形压力容器径向，平行排列的柱状晶可有效限制气体沿晶界向外的扩散，极大的提高了压力容器的气密性。
此外，本发明球形压力容器本体1整体成圆球形，可以避免由于没有水平放置而导致压力容器倾斜的问题，同时无需增设水平仪，有效简化了设备结构以及降低了使用成本。同时，在排出物料时，球面结构能防止液体残留在压力容器体内。
关于本发明的优选结构，本实施例中，所述倾斜进料管2内固定有过滤片8。所述出料管5的端部设有密封盖9。其中，倾斜进料管2内部安装有过滤片8，过滤片8将物料中的杂质过滤，并通过过滤管3排出球形压力容器本体1，防止杂质沉积在底部而导致出料管3堵塞，有效增加了液体储存效率，也使后续清洁工作更加便捷，减少了复杂的清理结构。
为了方便支撑和固定，本实施例中，所述球形压力容器本体1的外侧固定有多个支撑座4。
具体地，所述支撑座4的数量是三个，三个支撑座4沿所述球形压力容器本体1的周向均匀分布。进一步地，所述支撑座4上开设有安装孔40。其中，3个支撑座4设置于球形压力容器本体1中部偏下的位置，出料管5设置于球形压力容器本体1的最下端。
本实施例中，所述倾斜进料管2朝向所述球形压力容器本体1的斜上方，所述出料管5朝向所述球形压力容器本体1的斜下方，所述加压管6和所述排气管7沿水平方向延伸。实际应用中，将加压管6与外部加压设备相连接，通过倾斜进料管2将物料注入压力容器内，当物料通过过滤片8时，杂质被过滤到沉积到过滤管3中，杂质通过过滤管3排出压力容器。卸料时，出料管与外部容器相连接，由于重力作用，液体从出料口5排出压力容器。
为了更好地说明本发明的技术方案，本发明还公开了一种一体化球形压力容器的加工方法，其特征在于，所述球形压力容器包括有球形压力容器本体1，所述球形压力容器本体1上形成有倾斜进料管2、出料管5、加压管6和排气管7；
所述加工方法包括：利用3D打印定向凝固方式加工而成球形压力容器本体1，在所述球形压力容器本体1成型过程中，通过3D打印定向凝固方式将所述倾斜进料管2、所述出料管5、所述加压管6和所述排气管7形成于所述球形压力容器本体1外侧，并通过3D打印定向凝固方式将过滤管3形成于所述倾斜进料管2上。
作为一种优选方式，所述球形压力容器本体1在3D打印过程中，基于柱状晶沿传热方向的反向外延生长原理，所述球形压力容器本体1沿球壁向下导热，进而得到垂直于气体扩散方向平行排列的奥氏体柱状晶粒。
具体地，本发明通过3D打印定向凝固一体化成型技术，采用合理的激光成形参数(激光功率《250-350》w、激光扫描速度《900-1200》mm/s、搭接《0.08-0.15》mm、层厚《30-60》um、基板预热温度《80-120》℃与策略(扫描策略与相邻两层旋转角度67°)，促使柱状晶的形成，请参见图5所示的奥氏体柱状晶(界)垂直于球形压力径向的显微视图，在打印过程中，由于柱状晶沿传热方向的反向外延生长，而打印过程中球形压力容器的主要传热方向是沿球壁(周向)向下导热，因而可得到垂直于气体扩散方向(径向)平行排列的奥氏体柱状晶粒。由于绝大部分柱状晶界垂直于球形压力容器径向，平行排列的柱状晶可有效限制气体沿晶界向外的扩散，极大的提高了压力容器的气密性。
本发明公开的3D打印的一体化球形压力容器及加工方法，其较好地解决了传统传统铸造式压力容器气密性差和压力容器由于焊缝连接处强度不高，极易产生裂纹而影响压力容器气密性等技术问题，同时解决了压力容器需要保持水平放置的技术问题，有效提高了压力容器的使用寿命并极大地降低了使用成本。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种3D打印的一体化球形压力容器，其特征在于，包括有球形压力容器本体(1)，所述球形压力容器本体(1)上形成有倾斜进料管(2)、出料管(5)、加压管(6)和排气管(7)，所述球形压力容器本体(1)通过3D打印定向凝固方式加工而成，所述倾斜进料管(2)、所述出料管(5)、所述加压管(6)和所述排气管(7)均通过3D打印定向凝固方式形成于所述球形压力容器本体(1)外侧，所述倾斜进料管(2)上通过3D打印定向凝固方式形成有过滤管(3)；
所述球形压力容器本体(1)在3D打印过程中，基于柱状晶沿传热方向的反向外延生长原理，所述球形压力容器本体(1)沿球壁向下导热，进而得到垂直于气体扩散方向平行排列的奥氏体柱状晶粒。
2.如权利要求1所述的3D打印的一体化球形压力容器，其特征在于，所述倾斜进料管(2)内固定有过滤片(8)。
3.如权利要求1所述的3D打印的一体化球形压力容器，其特征在于，所述出料管(5)的端部设有密封盖(9)。
4.如权利要求1所述的3D打印的一体化球形压力容器，其特征在于，所述球形压力容器本体(1)的外侧固定有多个支撑座(4)。
5.如权利要求4所述的3D打印的一体化球形压力容器，其特征在于，所述支撑座(4)的数量是三个，三个支撑座(4)沿所述球形压力容器本体(1)的周向均匀分布。
6.如权利要求5所述的3D打印的一体化球形压力容器，其特征在于，所述支撑座(4)上开设有安装孔(40)。
7.如权利要求1所述的3D打印的一体化球形压力容器，其特征在于，所述倾斜进料管(2)朝向所述球形压力容器本体(1)的斜上方，所述出料管(5)朝向所述球形压力容器本体(1)的斜下方，所述加压管(6)和所述排气管(7)沿水平方向延伸。
8.一种一体化球形压力容器的加工方法，其特征在于，所述球形压力容器包括有球形压力容器本体(1)，所述球形压力容器本体(1)上形成有倾斜进料管(2)、出料管(5)、加压管(6)和排气管(7)；
所述加工方法包括：利用3D打印定向凝固方式加工而成球形压力容器本体(1)，在所述球形压力容器本体(1)成型过程中，通过3D打印定向凝固方式将所述倾斜进料管(2)、所述出料管(5)、所述加压管(6)和所述排气管(7)形成于所述球形压力容器本体(1)外侧，并通过3D打印定向凝固方式将过滤管(3)形成于所述倾斜进料管(2)上；
所述球形压力容器本体(1)在3D打印过程中，基于柱状晶沿传热方向的反向外延生长原理，所述球形压力容器本体(1)沿球壁向下导热，进而得到垂直于气体扩散方向平行排列的奥氏体柱状晶粒。
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