用于高压压制机的压力容器 |
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| 申请号 | CN200980159234.8 | 申请日 | 2009-03-11 | 公开(公告)号 | CN102439349B | 公开(公告)日 | 2014-04-02 |
| 申请人 | 艾维尔技术公司; | 发明人 | 雷纳特·斯文森; 斯特凡·塞尔斯泰特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于高压压制机的 压 力 容器 (1)，该压力容器包括第一子缸(4)、第二子缸(6)、预加 应力 装置(8)、和固定构件(16)。第一子和第二子缸(4，6)轴向连接以形成用于包围高压介质的缸主体(2)。第一子缸(4)在外壁中设有用于容纳固定构件(16)的第一部分(24)的第一 基座 (22)，而第二子缸(6)在外壁中设有用于容纳固定构件(16)的第二部分(28)的第二基座(26)。固定构件(16)配合在第一和第二基座(22，26)中。固定构件(16)、第一和第二基座(22，26)被布置成使得固定构件(16)、第一和第二基座(22，26)协作以防止第一和第二子缸(4，6)之间的分离轴向运动。预加应力装置(8)绕缸主体(2)的包络面设置，使得缸主体(2)被径向预加应力，并且使得固定构件(16)被 锁 定在第一和第二基座(22，26)中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于高压压制机的压力容器，所述压力容器包括： |
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| 说明书全文 | 用于高压压制机的压力容器技术领域[0001] 本发明涉及一种用于在高压压制时使用的高压压制机的压力容器。 背景技术[0002] 在高压压制机的高压压制操作期间，压力介质被非常高的压力压制。压力介质为流体。高压压制机可以用于各种应用。高压压制机例如可以用于通过高度挤压设置在封闭压力容器中的流体将金属板材零件形成预定形状，并用作到中间隔板或类似物的施加力。如果高压压制机将相等的压力施加在压力容器中的内容物的每一侧，则压制机被称为等静压机，等静压机可以用于对金属或陶瓷粉末进行压紧或压实，以便减少铸造或烧结制品中的孔隙或空隙，对食品进行杀菌和保存食品等。基于压力介质在等静压制过程期间的温度，该过程可以被称作为高温等静压(HIP)、热等静压或冷等静压(CIP)。 [0004] 为了增加压力容器抗裂缝形成和扩展的能力，压力容器通常被预加应力。容器例如可以通过自紧法、通过收缩或通过绕线而被预加应力。 [0005] 压力容器中的压力水平取决于压制机类型和要被压制的材料。在金属板成型中，压制机典型地被设计成达到140MPa的压力，在CIP中，压制机典型地被设计成在100MPa与600MPa之间的压力，而在HIP中，压制机典型地被设计成达到300MPa的压力。 [0006] 用于高压压制机的缸传统地通过锻造制造而成。缸主体首先被铸造随后被锻造以形成缸主体。在热处理之后，缸主体被机械加工成其最终形状和尺寸。为了制造非常大的缸，对锻造过程、热处理和机械加工处理的设备具有高要求。 [0007] 近年来，对尺寸越来越大的物品的压制需求增加，意味着需要越来越大的压制机。制造更大的压制机的一种可选办法是制造具有包括连接的子缸的缸主体的压力容器。缸主体则可以包括两个或更多个单独的子缸，所述两个或更多个单独的子缸被布置成相互连接，藉此等静压机的缸主体的尺寸(轴向长度)不会受限于单个大缸的制造过程。 [0008] 不仅大型压制机会受益于包括连接在一起的子缸的缸主体。具有这种结构的较小尺寸的压力容器具有较短的交货时间。 [0009] 在形成一个缸主体时将缸保持和密封在一起涉及一些问题，因为所述结构必须承受非常高的压力同时不会发生泄露或压力容器破坏。 发明内容[0010] 因此，本发明的目的是提供一种用于包括轴向连接的子缸的高压压制机的压力容器，其中所述压力容器被布置成在连接的子缸之间实现可靠的连接。 [0012] 根据本发明的用于高压压制机的压力容器包括第一子缸、第二子缸、预加应力装置、和固定构件。第一子缸和第二子缸轴向连接以形成用于包围高压介质的缸主体。第一子缸设有第一基座以用于容纳固定构件的第一部分，而第二子缸设有第二基座以用于容纳固定构件的第二部分。所述固定构件配合在第一基座和第二基座中。固定构件、第一基座以及第二基座被布置成使得固定构件、第一基座以及第二基座协作以防止第一子缸与第二子缸之间的分离轴向运动。预加应力装置绕缸主体的包络面设置，使得缸主体被径向预加应力，并且使得固定构件被锁定在第一基座和第二基座中。 [0013] 根据本发明的压力容器的优点在于通过较短轴向长度的子缸的连接可以制造大压力容器的缸，藉此制造每一个缸变得不太成问题。由于子缸具有较短的轴向长度，因此制造不需要太先进的技术并因此不会昂贵。在一些情况下，当制造具有更大的普通规模时，可以在地理上靠近组装场地执行制造，因此具有的麻烦更少。 [0014] 另外，通过将多个子缸连接成一个大的缸主体，甚至可以制造比以前更大的压力容器。因此，在压力容器中可以处理非常大的零件，或者可选地，在同一批次中可以处理更大量的物品，因此每一个压力容器的生产量增加。 [0015] 根据本发明，两个子缸之间的轴向连接一方面基于固定构件和第一以及第二基座的组合(该组合被构造和布置成协作以防止分离轴向力)，而另一方面基于预加应力装置(其被布置成将固定构件锁定在基座中)。除了保持吸收固定构件可靠地位于基座中适当位置的的力之外，预加应力装置为机械连接器(基座和固定构件)增加额外的强度。因此，根据本发明的压力容器可实现两个子缸之间的可靠连接。 [0016] 本发明的压力容器包括在端部处例如由盖封闭的缸主体。当要在压力容器的处理过程中被处理的物体或物品被装载到压力容器时，一个盖例如可以被布置成打开和关闭。 [0017] 缸主体和盖通常通过框架被保持在适当的位置。因此，由现有技术公知的是通过外框架将缸主体和缸主体的盖轴向保持在一起，其中所述外框架在缸主体外从一端处的盖延伸到另一端处的盖。本发明的固定构件被布置使两个子缸相互连接，藉此子缸连接到相邻的子缸。因此，根据本发明的压力容器除了固定构件之外通常包括用于保持盖的外部框架。 [0018] 压力容器的缸主体被布置成保持要被高压处理的物品。在高压处理开始之前，缸主体通常被填满高压介质。根据本发明的压力容器适于在高压下进行操作。本发明的压力容器中的压力水平取决于压制机类型和要被压制的材料。在金属板成型中，压制机典型地被设计成达到140MPa的压力，在CIP中，压制机典型地被设计成在100MPa与600MPa之间的压力，而在HIP中，压制机典型地被设计成达到300MPa的压力。 [0019] 高压介质通常为流体，例如氩气、油或水。 [0020] 这里使用的缸主体总体表示具有大致圆形横截面和圆筒形壁的开端式主体。 [0022] 本发明的缸主体包括两个或更多个子缸。子缸是缸形部分。当一个子缸轴向连接到另一个子缸时，缸主体被形成为包括两个子缸。因此，本发明不局限于使用两个子缸，缸主体可以包括三个、四个、五个或任意其它适当数量的子缸。 [0023] 本发明的固定构件是这样地构件：其被布置成将第一子缸和第二子缸保持、紧固、连接或固定在一起以防止所述子缸之间的分离的轴向移动。 [0024] 根据本发明的实施例，固定构件被定位成连接到两个子缸之间的连接部，并因此在缸处不需要远离连接部的另外的空间。这在压力容器设计的其余部分无需被适应或从包括同类缸主体的压力容器重新设计时是有利的。因此连接的子缸的数量不会因为例如缺乏连接空间而受到限制，缸主体因此可以包括多于两个的连接子缸。 [0025] 根据一个实施例，固定构件的轴向延伸量优选地为两个连接子缸的轴向延伸量的一半。固定构件的延伸量更加优选地为两个连接的子缸的轴向延伸量的25％。固定构件的延伸量优选地再少一点。延伸部的尺寸被形成为使得固定构件的尺寸在压力容器的高压处理期间足以承受压力容器的壁中存在的力。这是有利的，因为可以尽可能少地需要将子缸的主体被机械加工以提供基座。 [0026] 根据本发明的一个实施例，固定构件的横截面的至少一部分为C形或爪形。C形爪或臂然后被布置成接合相应基座中的径向延伸表面。连接两个C形爪的腰状部被布置成吸收从臂/爪传递的拉伸应力。爪的轮廓可以具有圆形形状，尖锐形状或圆形形状和尖锐形状的混合。固定构件可以具有包括多个爪的形状，所述几个爪沿着每一个子缸的轴向方向布置，接合在子缸的相应基座中。所述爪优选地对称布置在子缸之间的连接部的两侧。 [0027] 在一个实施例中，固定构件包括两个或更多个单独的圆弧形部分。优选地，固定构件包括两个或三个圆弧形部分，但是固定构件还可以包括更多部分。可选地，固定构件可以包括单独的卡钉状元件。 [0028] 固定构件可以具有恒定或变化的横截面。 [0029] 在一个实施例中，固定构件在缸主体的壁内被钻埋头孔，使得缸主体的外表面齐平。缸主体的齐平外表面的优点在于例如通过预加应力装置绕缸主体的包络面施加的力被均匀分布。应力集中会增加疲劳和裂缝形成的风险，因此在高压容器中应该避免应力集中或很好地控制所述应力集中。子缸的连接因此可以紧凑并且空间效率高。固定构件因此可以布置在子缸中，从而可以保持同类缸的形状。这样的优点在于压力容器设计的其余部分无需适应包括同类缸主体的压力容器或从包括同类缸主体的压力容器重新设计。 [0030] 在一个实施例中，固定构件包括一个或多个精度块。这样的优点在于可以调节固定构件的尺寸使得所述固定构件完美地配合在基座中。在一个实施例中，在施加预加应力装置之前，固定构件包括多个部分，所述多个部分当配合在第一和第二基座时一起形成封闭环。固定构件例如可以被铸造成一个环形件并随后被分成多个圆弧形部分。精度块然后可以用于补偿分割期间的材料损失。 [0031] 根据本发明的一个实施例，固定构件包括多个部分，所述多个部分在施加预加应力装置之前当插入子缸的基座中时一起形成大致未受应力的封闭环。基座被布置成使得固定构件在缸主体的壁中被钻埋头孔，从而使缸主体的外表面齐平。该实施例的优点在于在施加预加应力装置之后，固定构件被径向预加应力到与缸主体的相应部分相同的程度，藉此可以避免固定构件上和靠近固定构件的应力集中。 [0033] 在本发明的一个实施例中，第一和第二基座以及固定构件绕缸主体的外包络面周向地延伸。这样的优点在于压力绕缸均匀分布而使压力集中最小化。 [0034] 在一个实施例中，固定构件与第一和第二基座之间的连接分别为形式配合连接。由于气穴或其它凹凸不平在预应力期间或高压处理期间倾向于以不受控制的方式变形，由此裂缝形成的风险增大，因此形式配合连接是有利的。 [0035] 在本发明的一个实施例中，径向向外指向的突起分别设置在第一和第二基座中。固定构件的第一和第二部分布置在基座中以拥围径向向外指向的相应突起。径向指向接触表面(一个在固定构件的第一部分与第一基座之间，一个在固定构件的第二部分与第二基座之间)将拉伸应力传递给固定构件的布置在第一部分与第二部分之间中的部分。拉伸应力被固定构件的材料吸收，因此固定构件防止第一子缸与第二子缸之间的分离轴向运动。 [0036] 固定构件优选地关于要连接的子缸之间的连接部对称地布置。因此，力被均匀分布，并且此外制造更加简单。 [0037] 然而，除了形式配合连接之外，还可以想到其中基座和固定构件可协作以借助于摩擦力来防止子缸的轴向分离的实施例。例如，基座与固定构件之间的接触表面可以设有适当的表面粗糙度。 [0038] 预加应力装置绕本发明的缸主体的包络面设置，使得缸主体被径向预加应力。固定构件通过预加应力装置被锁定在第一和第二基座中。预加应力装置可以为线缠绕或收缩或任意其它预加应力装置。 [0039] 在本发明的一个实施例中，预加应力装置是带或线，所述带或线被成形并绕缸主体的所述包络面径向缠绕。带或线可以具有圆形、椭圆形、方形、矩形或类似横截面形状。带或线以螺旋形方式从缸的一端缠绕到另一端并缠绕回去。从一端到另一端的每次缠绕形成单独的预加应力层，并且整个预加应力装置包括至少一层，优选地包括多层。 [0040] 在本发明的一个实施例中，缸主体的内壁设有密封装置，用于密封第一子缸与第二子缸之间的连接部以防止压力介质通过连接部从缸主体泄露出来。通过将密封装置放置在缸主体的内壁上，可以使用缸主体的预应力压缩密封和密封接触。 [0041] 在本发明的一个实施例中，密封装置包括： [0042] 环形密封带； [0043] 第一周向突出凸缘，其布置在第一子缸的内壁上，并且从连接部远离第二子缸轴向延伸； [0044] 第二周向突出凸缘，其布置在第二子缸的内壁上，并且从连接部远离第一子缸轴向延伸；其中 [0045] 密封带在处于安装位置时同心地位于第一突出凸缘和第二突出凸缘内，使得密封带以径向被预加应力的方式邻接第一突出凸缘和第二突出凸缘，并且与第一子缸与第二子缸之间的连接部密封地交迭，并且其中 [0046] 密封装置还包括第一周向安装空间，所述第一周向安装空间布置在第一子缸的内壁中，并且从第一突出凸缘远离第二子缸轴向延伸，以便于密封装置的部件的更换。 [0047] 密封装置被布置成用于密封第一子缸与第二子缸之间的连接部的优点在于：能够防止压力介质通过连接部泄露出来。由于多个原因，连接部中的压力介质是不利的，一个是压力介质在连接部中在轴向方向传递分离力。因此，良好的功能密封由于降低了存在于连接部中的分离力的强度而提高子缸的相互连接的可靠性。另一个原因是造成压力容器中的压力损失，并因此丧失对高压处理的控制。 [0048] 在本发明的又一个实施例中，固定构件布置有至少一个直通排放孔，所述直通排放孔具有在第一子缸与第二子缸之间的连接部处的入口，并径向延伸通过固定构件。 [0049] 在一个实施例中，第一子缸与第二子缸之间的连接部设有至少一个径向排放通道，所述排放通道在缸主体的内侧从密封装置延伸，径向通过缸主体并出来达到固定构件的直通排放空的入口。 [0050] 排放通道在一个实施例中沿缸主体的轴向方向布置在缸主体与预加应力装置之间。这种结构的一个示例使杆绕缸主体的包络面布置。当杆沿着缸主体的外表面布置时，杆与缸主体的包络面之间的空间则在缸主体的轴向方向上形成排放通道。杆可以具有圆形通切部，但是优选地具有棱，并且最优选地具有6个棱。 [0051] 在一个实施例中，排放孔和排放通道的横截面面积被设置成使得通过第一子缸与第二子缸之间的连接部从缸主体泄露出来并进入到径向排放通道、排放孔和轴向排放通道的压力介质的泄漏流沿着横截面面积相同或扩大的路径。这是为了降低排放流方向上的流动阻力，使得能够避免例如作用在子缸的分离方向上的力。 [0052] 布置在压力容器中的排放装置的优点在于可以在初始阶段观察泄漏。出于安全和性能，泄漏控制是重要的。如果在初始阶段没有注意到泄漏，则压力容器破裂的风险增加。 [0053] 通常，除非这里另外进行明确地限定，根据其在本技术领域中的普通意思解释权利要求中使用的所有术语。 附图说明[0055] 参照附图，将通过本发明的优选实施例的以下示例性和非限制性详细描述更好地理解本发明的上述以及另外的目的、特征和优点，其中： [0056] 图1是根据本发明的一个实施例的压力容器的示意性横截面图； [0057] 图2是根据本发明的一个实施例的两个连接的子缸之间的连接部的示意性横截面图；以及 [0058] 图3是根据本发明的一个实施例的两个子缸和两个圆弧形固定构件的示意性立体图。 具体实施方式[0059] 图1是根据本发明的一个实施例的压力容器1的示意性横截面图。压力容器1包括缸主体2，所述缸主体包括两个连接的子缸4、6。缸主体2在端部处被盖10、11封闭，其中所述盖被框架12保持在适当的位置。缸主体2被布置成保持要被高压处理的物品。 [0060] 缸主体2的外包络面设有一捆缠绕钢带8形式的预加应力装置。所述带绕缸主体2的包络面径向紧密地缠绕以在压力容器壁中提供径向压缩应力。该带以螺旋形方式从缸的一端缠绕到另一端并缠绕回去。所述带具有矩形横截面形状并以边缘到边缘的方式缠绕。从一端到另一端的每一次缠绕形成单独的预应力层，并且整个预加应力装置包括多层缠绕钢带。 [0061] 框架12还设有一捆缠绕钢带14以在协助框架12承受轴向载荷。为了打开压力容器1，框架12在垂直于缸主体2的轴向方向的方向上移动，藉此盖10、11可以移除，从而提供接近缸主体2的内侧的途经。 [0062] 两个子缸4、6通过固定构件16轴向连接，所述固定构件被所述一捆卷绕钢带8形式的径向预加应力装置保持在适当的位置，所述一捆卷绕钢带8绕缸主体2的包络面布置。 [0063] 缸主体2的内壁设有密封两个子缸4、6之间的连接部3的密封装置。密封装置包括由锁定构件20、21轴向保持在适当位置的密封带18。以下参照图2更加详细地说明密封装置。 [0064] 图2显示根据本发明的一个实施例的两个子缸4、6之间的连接部3的局部放大图。在连接部3的区域处切开缸主体2的壁和所述一捆卷绕钢带8。条纹区域示出被切开处的细节。 [0065] 所示的两个子缸4、6是具有圆形横截面的缸形部件，并且子缸壁的厚度及其外径和内径具有相同的尺寸。 [0066] 第一基座22布置在第一子缸4的外壁中，而第二基座26布置在第二子缸6的外壁中。固定构件16配合在子缸4、6的第一基座22和第二基座26中，从而对称地与两个子缸4、6之间的连接部3交迭。固定构件16的第一部分24布置在第一子缸4的第一基座22中，而固定构件16的第二部分28布置在第二子缸6中布置的第二基座26中。 [0067] 固定构件16为C形形状，所述C形形状包括通过腰状部连接的两个爪。C形形状的爪24、28被布置成接合基座22、26中的径向延伸表面。连接两个爪24、28的腰状部被布置成吸收从爪24、28传递的拉伸应力。倾向于分离第一子缸4和第二子缸6的轴向力被固定构件16的材料吸收。轴向力的一部分被固定构件与两个连接的子缸之间的界面处的摩擦力吸收。固定构件16的轮廓具有设有稍微倒圆边和圆角的尖锐直角形状。 [0068] 基座22、26的形状适于使得固定构件16与子缸4、6的基座22、26之间的连接为形式配合连接。因此，在界面处存在最小的气穴或凹凸不平。 [0069] 固定构件16在缸主体2的壁中被钻埋头孔，使得包括两个连接的子缸的缸主体2的外表面被齐平。第一基座22在第一子缸4中被钻埋头孔，而第二基座26在第二子缸28中被钻埋头孔，使得固定构件16配合在基座22、26中，并使得固定构件的径向最外侧表面平行于两个连接的子缸的径向最外侧表面并处于与所述径向最外侧表面相同的水平。因此，能够避免应力集中，并且预加应力装置施加的压缩应力被均匀分布。 [0070] 本发明的该实施例的压力容器1还设有密封装置，所述密封装置布置在缸主体2的内壁处，从而密封两个子缸4、6之间的连接部3。密封装置包括密封带18、从第一子缸4和第二子缸6的内壁突出的周向突出凸缘30、32和邻近于突出凸缘30、32布置的安装空间51、52。每一个安装空间51、52都容纳密封带18的在突出凸缘30、32外侧轴向延伸的部分、锁定构件20、21、两个O形环33、34、35、36和间隔件38、39。 [0071] 密封带18同心地位于第一突出凸缘30和第二突出凸缘32处，并以径向预应力的方式邻接第一突出凸缘30和第二突出凸缘32，并且与第一子缸4与第二子缸6之间的连接部3密封地交迭。 [0072] 安装空间是周向的并且被布置成便于密封装置的部件的更换。安装空间的尺寸被形成为当移除相邻锁环20、21和间隔件38、39时足以提供接近O形环33、34、35、36的途径。此外，可以用新的未磨损的密封带18更换密封带18。通过使用楔形工具(未示出)来执行密封带的更换，其中新密封带18可以在所述楔形工具上被推动以滑动。所述工具在更换时被邻近于突出凸缘放置，藉此在直径较大的安装间隔与直径较小的突出凸缘之间形成滑动斜面。因此，在突出凸缘30、32上迫使密封带18进入弹性压缩状态，从而密封两个子缸4、 6之间的连接部3。密封带18设有被布置成抵靠楔形工具滑动的斜切边40。 [0073] 在密封带18的每一侧，簧环形式的锁环20、21被布置成将密封带18保持在安装位置。在密封带18的在突出凸缘外延伸的所述部分的下面，O形环33、34、35、36被设置成用作辅助密封装置。设置在两个相邻O形环33、34、35、36之间中的润滑脂用作防腐蚀剂。间隔件38、39布置在最外侧O形环33、36与锁紧环20、21之间的空间中，以防止O形环从其密封位置移动出来。 [0074] 固定构件16设有直通排放孔42，所述直通排放孔42具有在第一子缸4与第二子缸6之间的连接部3处的入口，并径向延伸通过固定构件16。这种直通排放孔42以频繁间隔绕固定构件16的周向布置，参见图3。 [0075] 两个子缸4、6之间的连接部3设有径向延伸排放通道44，所述排放通道44在缸主体2的内侧从密封装置18延伸，并径向穿过缸主体2并到达固定构件16的直通排放孔42的入口。 [0076] 6棱杆46在缸主体2与预加应力装置之间中绕缸主体2的外包络面布置。杆46绕缸主体2并排布置，随后施加预加应力装置。轴向延伸通道形成在一对相邻杆中的每一个与缸主体2的表面之间，藉此排放通道在缸主体2的轴向方向上沿着缸主体2的包络面形成。 [0077] 理想地，压力容器1不会发生泄露。然而，如果在密封装置处发生泄漏，则压力介质将从缸主体2流出。 [0078] 泄流将随着经由密封装置、首先通过径向延伸排放通道44，接着通过直通排放空42的路径，并最后沿着轴向延伸排放通道。泄流的路径的横截面的直径被布置成使得所述流动将沿着横截面面积的直径相同或扩大的路径。因此，已经通过连接部3泄漏出来的压力介质将通过低流动阻力流动，并且作用在子缸上的分离力将被减小。该排放装置使得可以在初始阶段注意泄漏。基于横截面的形状，该横截面的尺寸可以被另外调节以实现低流动阻力的期望结果。 [0079] 图3为根据本发明一个实施例的第一和第二子缸4、6的透视图，所述第一和第二子缸分别布置有第一和第二周向基座22、26，以及固定构件16。固定构件16包括两个圆弧形部分。为了组装缸主体2，两个子缸4、6被带到一起，随后固定构件16被带至安装位置，使得固定构件16的第一部分24在第一缸4的第一基座22中而固定构件16的第二部分28在第二子缸6的第二基座26中。绕缸主体2径向布置的预加应力装置(图3中未示出)被用于将固定部件保持在适当位置。 [0080] 在应用预加应力装置之前，当安装在连接的子缸的基座中时两个圆弧形部分形成闭合的环。因此，由预加应力装置施加的压缩应力将固定构件压缩到与缸主体2的其余部分相同的程度。 |
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