容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器

《容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》涉及低溫壓力容器設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器。

用于儲運(yùn)液氧、液氮、液氬、液化天然氣等低溫介質(zhì)的低溫容器是雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)容器用以儲存低溫介質(zhì)。由于要承受零下100多度的低溫，內(nèi)容器采用奧氏體不銹鋼材料。且內(nèi)容器要承受一定的壓力，材料厚度較大。對于奧氏體不銹鋼壓力容器設(shè)計(jì)制造，中國國內(nèi)都依據(jù)GB150《鋼制壓力容器》等標(biāo)準(zhǔn)。與國際同類先進(jìn)產(chǎn)品相比，中國產(chǎn)品選用的材料厚度大、自重大、成本高。因此，若能在保證強(qiáng)度的前提下降低內(nèi)容器材料厚度，則產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性將很明顯。

針對奧氏體不銹鋼屈服強(qiáng)度低的特點(diǎn)，對容器施加一定的壓力，使材料總體產(chǎn)生塑性應(yīng)變，提高屈服強(qiáng)度，從而可以采用更薄的材料制造低溫容器。這一應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)已被有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采納，如歐盟協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)EN13458-2：2002《Cryogenic vessels-Static vacuum insulated vessels》中就有“奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化容器”相關(guān)資料。但是，2007年前的奧氏體不銹鋼容器的應(yīng)變強(qiáng)化存在兩個(gè)問題：一是設(shè)計(jì)主要依賴于經(jīng)驗(yàn)，沒有建立應(yīng)變強(qiáng)化過程的非線性方法；二是手動控制試驗(yàn)壓力，不僅勞動強(qiáng)度大，而且精度和效率低。

圖1為奧氏體不銹鋼低溫容器強(qiáng)化加壓控制系統(tǒng)流程圖；

圖2為使用《容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》所述的應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)制得的奧氏體不銹鋼低溫容器。

2017年12月11日，《容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》獲得第十九屆中國專利優(yōu)秀獎。

《容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》所述的應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)包括現(xiàn)進(jìn)水裝置、增壓裝置、液壓動力裝置、冷卻裝置以及測量控制裝置。系統(tǒng)的壓力介質(zhì)是水，增壓器7采用油驅(qū)水技術(shù)，動力來源是液壓油，系統(tǒng)流程如圖1所示。

首先，通過進(jìn)水裝置提供壓縮水源，水經(jīng)過濾器2除去其中的雜質(zhì)和微粒，防止增壓器7和液壓元件受損，提高系統(tǒng)使用壽命。過濾后的壓力介質(zhì)水由進(jìn)水泵4增壓輸出，為增壓器7提供水源。進(jìn)水泵4為離心泵，當(dāng)輸出壓力達(dá)到額定壓力時(shí)，進(jìn)水泵4雖然在工作但沒有流量輸出。例如，進(jìn)水泵4輸出流量為200升/分鐘，輸出壓力為1兆帕，電機(jī)功率為5千瓦。

為防止意外情況下進(jìn)水管路上壓力突然升高，如增壓器7入口單向閥8損壞，高壓介質(zhì)進(jìn)入進(jìn)水管路，在進(jìn)水管路上設(shè)置溢流閥6，限制系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載，此溢流閥6作為安全閥使用。

當(dāng)待加工的容器內(nèi)注滿水后，系統(tǒng)開始增壓。系統(tǒng)的增壓裝置為增壓器7，采用油推水增壓技術(shù)。增壓器7的大面積驅(qū)動活塞和小面積活塞連接在一起作往復(fù)運(yùn)動，液壓油驅(qū)動大面積活塞運(yùn)動，從而使小面積缸內(nèi)的介質(zhì)水增壓。增壓器7的增壓比為2:1，最大輸出流量為150升/分鐘壓器7高壓缸的進(jìn)口和出口都設(shè)單向閥8及單向閥24，以防止壓力介質(zhì)倒流。

為實(shí)現(xiàn)增壓器7活塞往復(fù)運(yùn)動，在增壓器7進(jìn)油管路上設(shè)置二位四動電液換向閥15，從而完成系統(tǒng)的升壓操作?？刂葡到y(tǒng)升壓速率是通過控制增壓器7輸出流量實(shí)現(xiàn)的。由容器容積變化量和規(guī)定的升壓速率可以求得系統(tǒng)的額定輸出流量。通過改變二位四動電液換向閥15的換向頻率，可以控制增壓器活塞往復(fù)運(yùn)動的次數(shù)，從而控制增壓器7輸出流量的大小，使之低于額定值。

系統(tǒng)用于50立方米和100立方米兩種規(guī)格的容器，因此需要在大小兩個(gè)流量之間進(jìn)行切換，為此在換向閥15和增壓器7之間的管路上設(shè)置手動單向節(jié)流閥11、25，通過控制回油的快慢達(dá)到控制增壓器7輸出流量的目的。此外，通過手動單向節(jié)流閥11、25與換向閥15共同作用，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升壓速率的靈活調(diào)節(jié)。

接下來是液壓動力裝置，液壓油經(jīng)過濾器除去其中的雜質(zhì)和微粒，以防止這些顆粒對增壓缸、液壓元件和測量控制元件的損傷，延長系統(tǒng)的使用壽命。過濾后的液壓油經(jīng)液壓泵17升壓輸出，驅(qū)動增壓器7活塞運(yùn)動。例如，液壓泵的輸出壓力為8兆帕，輸出流量為200升/分鐘機(jī)功率為50千瓦。

為吸收換向閥15突然換向產(chǎn)生的液壓沖擊，提高換向閥15的使用壽命，在液壓泵17和二位四通電液換向閥15之間設(shè)置蓄能器14。液壓泵17輸出流量恒定，為將液壓泵17輸出多余的油液溢流回油箱18，保持管路中壓力基本恒定，在液壓泵17出口分支管路上設(shè)置溢流閥16。

液壓油存儲在油箱18中，由于液壓泵17輸出流量很大，而油箱18本身的自然調(diào)節(jié)不能滿足油溫的需要，因此在長時(shí)間工作時(shí)，油溫會逐漸升高，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常工作和使用壽命。為此設(shè)置獨(dú)立的冷卻裝置，由冷卻泵19將熱油液通入冷卻器20，從而保證油液在規(guī)定溫度范圍內(nèi)工作。

測量控制系統(tǒng)的處理器包括控制器22和計(jì)算機(jī)21。系統(tǒng)工作狀態(tài)由壓力傳感器10、流量計(jì)3和周長位移傳感器采集，并傳輸?shù)娇刂破?2，控制器22根據(jù)計(jì)算機(jī)21所儲存的過程參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和邏輯判斷，并向二位四通換向閥15、二位二通電液閥12和液壓泵17自動發(fā)出指令，控制系統(tǒng)的升壓、保壓和卸壓過程，控制系統(tǒng)的升壓速率，并可在容器壓力降低時(shí)自動補(bǔ)壓。例如當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，液壓泵17和進(jìn)水泵4將自動關(guān)閉，系統(tǒng)進(jìn)入保壓階段，保壓指定時(shí)間或應(yīng)變率達(dá)到設(shè)定值時(shí)，二位二通電液閥12自動開啟，系統(tǒng)卸壓。

為測得容器內(nèi)的壓力，在增壓器7出口高壓管路上設(shè)置壓力傳感器10。為測得容器的膨脹量，在進(jìn)水管路上設(shè)置流量計(jì)3，測得流量隨時(shí)間的變化關(guān)系，由流量在時(shí)間軸上積分便可計(jì)算得到容器的膨脹量的大小。為測得容器的應(yīng)變率，在被測容器壁上安裝周長位移傳感器，測得周長變化量，由周長變化量同容器原周長相比，再除以時(shí)間便得到容器的應(yīng)變率。

此外，增壓器7出口管路、進(jìn)水管路和液壓泵17出口管路上分別設(shè)有壓力表9、5、13，用以輔助顯示系統(tǒng)壓力。

計(jì)算機(jī)21上配備有專用控制軟件，可以在人機(jī)界面上設(shè)定并儲存工作壓力、保壓時(shí)間、升壓速率、應(yīng)變率等過程參數(shù)，通過傳感器采集過程數(shù)據(jù)，記錄壓力-時(shí)間、膨脹量-時(shí)間和應(yīng)變率-時(shí)間變化關(guān)系，并數(shù)字化和圖形化顯示，各組過程數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶需要進(jìn)行存儲，試驗(yàn)結(jié)束后可以自動生成報(bào)表，可根據(jù)用戶需要進(jìn)行存儲或打印輸出。

系統(tǒng)壓力過載時(shí)，能夠自動停機(jī)卸載并發(fā)出報(bào)警信號，報(bào)警壓力可在計(jì)算機(jī)中設(shè)定。

需要聲明的是，上述發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式意在證明《容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對該發(fā)明保護(hù)范圍的限定。低溫壓力容器設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域技術(shù)人員在該發(fā)明的精神和原理內(nèi)，當(dāng)可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)?！度萜鲬?yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求書為準(zhǔn)。

容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器專利目的

《容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》的目的在于針對上述存在的問題，提供一種奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)。該奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其使用方法可根據(jù)材料的應(yīng)變強(qiáng)化規(guī)律以及應(yīng)變強(qiáng)化過程非線性分析，達(dá)到全自動加壓控制奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化的目的。

容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器技術(shù)方案

《容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》提供一種奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其包括：進(jìn)水裝置，用以提供水源；增壓裝置，其通過單向閥與進(jìn)水裝置相連接，用以將進(jìn)水增壓壓入待加工的奧氏體不銹鋼低溫容器中；液壓動力裝置，其與增壓裝置相連接，用以驅(qū)動增壓裝置工作；測量控制裝置，該測量控制裝置包括具有儲存有過程參數(shù)功能的處理器、設(shè)置于增壓裝置出口高壓管路上的壓力傳感器以及設(shè)置在待加工容器壁上的周長位移傳感器，所述壓力傳感器用以采集并向處理器傳遞加工容器內(nèi)的壓力參數(shù)信號，所述周長位移傳感器用以采集并向處理器傳遞加工容器的周長變化量參數(shù)信號，所述測量控制裝置用以控制進(jìn)水裝置、增壓裝置及液壓動力裝置對加工容器進(jìn)行應(yīng)變強(qiáng)化加工。該應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)優(yōu)選還包括有冷卻裝置，連接于液壓動力裝置上，以冷卻液壓動力裝置中的液壓介質(zhì)。

容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器改善效果

《容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器》所述的低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)可使奧氏體不銹鋼低溫容器的應(yīng)變強(qiáng)化加工工藝不再依賴于經(jīng)驗(yàn)與手動控制試驗(yàn)壓力，大大地降低了勞動強(qiáng)度，提高加工精度和效率。

1.一種奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于包括：進(jìn)水裝置，用以提供水源；增壓裝置，其通過單向閥與進(jìn)水裝置相連接，用以將進(jìn)水增壓壓入待加工的奧氏體不銹鋼低溫容器中；液壓動力裝置，其與增壓裝置相連接，用以驅(qū)動增壓裝置工作；測量控制裝置，該測量控制裝置包括具有儲存有過程參數(shù)功能的處理器、設(shè)置于增壓裝置出口高壓管路上的壓力傳感器以及設(shè)置在待加工容器壁上的周長位移傳感器，所述壓力傳感器用以采集并向處理器傳遞加工容器內(nèi)的壓力參數(shù)信號，所述周長位移傳感器用以采集并向處理器傳遞加工容器的周長變化量參數(shù)信號，所述測量控制裝置用以控制進(jìn)水裝置、增壓裝置及液壓動力裝置對加工容器進(jìn)行應(yīng)變強(qiáng)化加工。

2.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于，所述的應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)還包括冷卻裝置，該冷卻裝置連接于液壓動力裝置上，用以冷卻液壓動力裝置中的液壓介質(zhì)。

3.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于，所述測量控制裝置還包括二位二通電液閥及壓力表，所述二位二通電液閥與處理器電連接，以接收控制信號；所述壓力表設(shè)置于增壓裝置出口管路上。

4.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器包括控制器和計(jì)算機(jī)，其中計(jì)算機(jī)用以設(shè)定并儲存過程參數(shù)，控制器用以將計(jì)算機(jī)所儲存的過程參數(shù)與系統(tǒng)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和邏輯判斷，再對進(jìn)水裝置、增壓裝置及液壓動力裝置進(jìn)行控制。

5.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)水裝置包括流量計(jì)及進(jìn)水泵，其中流量計(jì)與處理器電連接，以向所述處理器傳遞流量參數(shù)信號，進(jìn)水泵與處理器電連接，以接收控制信號。

6.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于，所述增壓裝置包括由處理器控制的二位四通換向閥，增壓裝置通過該二位四通換向閥與液壓動力裝置相連接。

7.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓動力裝置包括油箱及與增壓裝置泵連接的液壓泵，其中液壓泵與處理器電連接，以接收控制信號。

8.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述系統(tǒng)壓力過載時(shí)，能夠自動停機(jī)卸載并發(fā)出報(bào)警信號，報(bào)警壓力可在處理器中設(shè)定。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)制造移動式真空絕熱深冷壓力容器內(nèi)容器（以下簡稱內(nèi)容器）的材料、設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)等方面的技術(shù)要求。

1、規(guī)定了采用應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)制造移動式真空絕熱深冷壓力容器內(nèi)容器用鋼材料的牌號、力學(xué)性能要求和復(fù)驗(yàn)要求，并給出了內(nèi)容器非金屬支撐材料的技術(shù)要求。

2、明確了應(yīng)變強(qiáng)化內(nèi)容器的設(shè)計(jì)載荷、許用應(yīng)力、設(shè)計(jì)壓力、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算、強(qiáng)化壓力的要求，并給出了應(yīng)變強(qiáng)化內(nèi)容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)要求，重點(diǎn)介紹了夾層支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的典型型式和技術(shù)要求。

3、規(guī)定了應(yīng)變強(qiáng)化容器制造過程中，材料制備、加工成形、焊接和無損檢測方面的特殊要求，重點(diǎn)就焊接工藝評定的具特殊要求進(jìn)行了規(guī)定。

4、以資料性附錄的形式，給出了應(yīng)變強(qiáng)化內(nèi)容器制造過程中重要質(zhì)量控制點(diǎn)、應(yīng)變強(qiáng)化工藝驗(yàn)證性試驗(yàn)要求、試件預(yù)拉伸及試驗(yàn)規(guī)則等要求；用規(guī)范性附錄形式，規(guī)定了應(yīng)變強(qiáng)化處理的相關(guān)要求。 2100433B