《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》是中國國際海運貨櫃（集團）股份有限公司、浙江大學、張家港中集聖達因低溫裝備有限公司於2007年7月17日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN101348850，專利公布日：2009年1月21日，發明人：鄭津洋、劉春峰、徐平、施才興、楊健、王浩銘、楊進、方圓。
《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》提供一種容器應變強化系統，其包括：進水裝置、增壓裝置、液壓動力裝置、冷卻裝置以及測量控制裝置，該測量控制裝置用以控制進水裝置、增壓裝置及液壓動力裝置工作。該低溫容器應變強化系統可使奧氏體不鏽鋼低溫容器的應變強化加工工藝不再依賴於經驗與手動控制試驗壓力，大大地降低了勞動強度，提高加工精度和效率。另外，該發明還提供了一種使用該容器應變強化系統製得的奧氏體不鏽鋼低溫容器。
2017年12月11日，《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器
- 公布號：CN101348850
- 授權日：2009年1月21日
- 申請號：2007101191612
- 申請日：2007年7月17日
- 申請人：中國國際海運貨櫃（集團）股份有限公司、浙江大學、張家港中集聖達因低溫裝備有限公司
- 地址：廣東省深圳市蛇口工業區港灣大道2號中集集團研發中心大樓
- 發明人：鄭津洋、劉春峰、徐平、施才興、楊健、王浩銘、楊進、方圓
- Int. Cl.：C21D7/02(2006.01)
- 專利代理機構：隆天國際智慧財產權代理有限公司
- 代理人：郭曉東
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
用於儲運液氧、液氮、液氬、液化天然氣等低溫介質的低溫容器是雙層結構，內容器用以儲存低溫介質。由於要承受零下100多度的低溫，內容器採用奧氏體不鏽鋼材料。且內容器要承受一定的壓力，材料厚度較大。對於奧氏體不鏽鋼壓力容器設計製造，中國國內都依據GB150《鋼製壓力容器》等標準。與國際同類先進產品相比，中國產品選用的材料厚度大、自重大、成本高。因此，若能在保證強度的前提下降低內容器材料厚度，則產品的經濟性將很明顯。
針對奧氏體不鏽鋼屈服強度低的特點，對容器施加一定的壓力，使材料總體產生塑性應變，提高屈服強度，從而可以採用更薄的材料製造低溫容器。這一應變強化技術已被有關標準採納，如歐盟協調標準EN13458-2：2002《Cryogenic vessels-Static vacuum insulated vessels》中就有“奧氏體不鏽鋼應變強化容器”相關資料。但是，2007年前的奧氏體不鏽鋼容器的應變強化存在兩個問題：一是設計主要依賴於經驗，沒有建立應變強化過程的非線性方法；二是手動控制試驗壓力，不僅勞動強度大，而且精度和效率低。
發明內容
專利目的
《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》的目的在於針對上述存在的問題，提供一種奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統。該奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統及其使用方法可根據材料的應變強化規律以及應變強化過程非線性分析，達到全自動加壓控制奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化的目的。
技術方案
《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》提供一種奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其包括：進水裝置，用以提供水源；增壓裝置，其通過單向閥與進水裝置相連線，用以將進水增壓壓入待加工的奧氏體不鏽鋼低溫容器中；液壓動力裝置，其與增壓裝置相連線，用以驅動增壓裝置工作；測量控制裝置，該測量控制裝置包括具有儲存有過程參數功能的處理器、設定於增壓裝置出口高壓管路上的壓力感測器以及設定在待加工容器壁上的周長位移感測器，所述壓力感測器用以採集並向處理器傳遞加工容器內的壓力參數信號，所述周長位移感測器用以採集並向處理器傳遞加工容器的周長變化量參數信號，所述測量控制裝置用以控制進水裝置、增壓裝置及液壓動力裝置對加工容器進行應變強化加工。該應變強化系統優選還包括有冷卻裝置，連線於液壓動力裝置上，以冷卻液壓動力裝置中的液壓介質。
改善效果
《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》所述的低溫容器應變強化系統可使奧氏體不鏽鋼低溫容器的應變強化加工工藝不再依賴於經驗與手動控制試驗壓力，大大地降低了勞動強度，提高加工精度和效率。
附圖說明
圖1為奧氏體不鏽鋼低溫容器強化加壓控制系統流程圖；
圖2為使用《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》所述的應變強化系統製得的奧氏體不鏽鋼低溫容器。
1水源 | 11單向節流閥 | 21計算機 |
2過濾器 | 12二位二通電液閥 | 22控制器 |
3流量計 | 13壓力表 | 23列印設備 |
4進水泵 | 14蓄能器 | 24單向閥 |
5壓力表 | 15二位四動電液換向閥 | 25單向節流閥 |
6溢流閥 | 16溢流閥 | 26待加工容器 |
7增壓器 | 17液壓泵 | 27內容器 |
8單向閥 | 18油箱 | 28夾層 |
9壓力表 | 19冷卻泵 | 29外容器 |
10壓力感測器 | 20冷卻器 | / |
技術領域
《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》涉及低溫壓力容器設計製造領域，尤其涉及一種低溫容器應變強化系統及使用該系統所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器。
權利要求
1.一種奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其特徵在於包括：進水裝置，用以提供水源；增壓裝置，其通過單向閥與進水裝置相連線，用以將進水增壓壓入待加工的奧氏體不鏽鋼低溫容器中；液壓動力裝置，其與增壓裝置相連線，用以驅動增壓裝置工作；測量控制裝置，該測量控制裝置包括具有儲存有過程參數功能的處理器、設定於增壓裝置出口高壓管路上的壓力感測器以及設定在待加工容器壁上的周長位移感測器，所述壓力感測器用以採集並向處理器傳遞加工容器內的壓力參數信號，所述周長位移感測器用以採集並向處理器傳遞加工容器的周長變化量參數信號，所述測量控制裝置用以控制進水裝置、增壓裝置及液壓動力裝置對加工容器進行應變強化加工。
2.如權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其特徵在於，所述的應變強化系統還包括冷卻裝置，該冷卻裝置連線於液壓動力裝置上，用以冷卻液壓動力裝置中的液壓介質。
3.如權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其特徵在於，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線，以接收控制信號；所述壓力表設定於增壓裝置出口管路上。
4.如權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其特徵在於，所述處理器包括控制器和計算機，其中計算機用以設定並儲存過程參數，控制器用以將計算機所儲存的過程參數與系統實際參數進行數據比較和邏輯判斷，再對進水裝置、增壓裝置及液壓動力裝置進行控制。
5.如權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其特徵在於，所述進水裝置包括流量計及進水泵，其中流量計與處理器電連線，以向所述處理器傳遞流量參數信號，進水泵與處理器電連線，以接收控制信號。
6.如權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其特徵在於，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線。
7.如權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其特徵在於，所述液壓動力裝置包括油箱及與增壓裝置泵連線的液壓泵，其中液壓泵與處理器電連線，以接收控制信號。
8.如權利要求1所述的奧氏體不鏽鋼低溫容器應變強化系統，其特徵在於，當所述系統壓力過載時，能夠自動停機卸載並發出報警信號，報警壓力可在處理器中設定。
實施方式
《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》所述的應變強化系統包括現進水裝置、增壓裝置、液壓動力裝置、冷卻裝置以及測量控制裝置。系統的壓力介質是水，增壓器7採用油驅水技術，動力來源是液壓油，系統流程如圖1所示。
首先，通過進水裝置提供壓縮水源，水經過濾器2除去其中的雜質和微粒，防止增壓器7和液壓元件受損，提高系統使用壽命。過濾後的壓力介質水由進水泵4增壓輸出，為增壓器7提供水源。進水泵4為離心泵，當輸出壓力達到額定壓力時，進水泵4雖然在工作但沒有流量輸出。例如，進水泵4輸出流量為200升/分鐘，輸出壓力為1兆帕，電機功率為5千瓦。
為防止意外情況下進水管路上壓力突然升高，如增壓器7入口單向閥8損壞，高壓介質進入進水管路，在進水管路上設定溢流閥6，限制系統的最高壓力，防止系統過載，此溢流閥6作為安全閥使用。
當待加工的容器內注滿水後，系統開始增壓。系統的增壓裝置為增壓器7，採用油推水增壓技術。增壓器7的大面積驅動活塞和小面積活塞連線在一起作往復運動，液壓油驅動大面積活塞運動，從而使小面積缸內的介質水增壓。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高壓缸的進口和出口都設單向閥8及單向閥24，以防止壓力介質倒流。
為實現增壓器7活塞往復運動，在增壓器7進油管路上設定二位四動電液換向閥15，從而完成系統的升壓操作。控制系統升壓速率是通過控制增壓器7輸出流量實現的。由容器容積變化量和規定的升壓速率可以求得系統的額定輸出流量。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運動的次數，從而控制增壓器7輸出流量的大小，使之低於額定值。
系統用於50立方米和100立方米兩種規格的容器，因此需要在大小兩個流量之間進行切換，為此在換向閥15和增壓器7之間的管路上設定手動單向節流閥11、25，通過控制回油的快慢達到控制增壓器7輸出流量的目的。此外，通過手動單向節流閥11、25與換向閥15共同作用，可以實現系統升壓速率的靈活調節。
接下來是液壓動力裝置，液壓油經過濾器除去其中的雜質和微粒，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，延長系統的使用壽命。過濾後的液壓油經液壓泵17升壓輸出，驅動增壓器7活塞運動。例如，液壓泵的輸出壓力為8兆帕，輸出流量為200升/分鐘機功率為50千瓦。
為吸收換向閥15突然換向產生的液壓衝擊，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之間設定蓄能器14。液壓泵17輸出流量恆定，為將液壓泵17輸出多餘的油液溢流回油箱18，保持管路中壓力基本恆定，在液壓泵17出口分支管路上設定溢流閥16。
液壓油存儲在油箱18中，由於液壓泵17輸出流量很大，而油箱18本身的自然調節不能滿足油溫的需要，因此在長時間工作時，油溫會逐漸升高，嚴重影響系統的正常工作和使用壽命。為此設定獨立的冷卻裝置，由冷卻泵19將熱油液通入冷卻器20，從而保證油液在規定溫度範圍內工作。
測量控制系統的處理器包括控制器22和計算機21。系統工作狀態由壓力感測器10、流量計3和周長位移感測器採集，並傳輸到控制器22，控制器22根據計算機21所儲存的過程參數進行數據比較和邏輯判斷，並向二位四通換向閥15、二位二通電液閥12和液壓泵17自動發出指令，控制系統的升壓、保壓和卸壓過程，控制系統的升壓速率，並可在容器壓力降低時自動補壓。例如當壓力達到設定值時，液壓泵17和進水泵4將自動關閉，系統進入保壓階段，保壓指定時間或應變率達到設定值時，二位二通電液閥12自動開啟，系統卸壓。
為測得容器內的壓力，在增壓器7出口高壓管路上設定壓力感測器10。為測得容器的膨脹量，在進水管路上設定流量計3，測得流量隨時間的變化關係，由流量在時間軸上積分便可計算得到容器的膨脹量的大小。為測得容器的應變率，在被測容器壁上安裝周長位移感測器，測得周長變化量，由周長變化量同容器原周長相比，再除以時間便得到容器的應變率。
計算機21上配備有專用控制軟體，可以在人機界面上設定並儲存工作壓力、保壓時間、升壓速率、應變率等過程參數，通過感測器採集過程數據，記錄壓力-時間、膨脹量-時間和應變率-時間變化關係，並數位化和圖形化顯示，各組過程數據可根據用戶需要進行存儲，試驗結束後可以自動生成報表，可根據用戶需要進行存儲或列印輸出。
系統壓力過載時，能夠自動停機卸載並發出報警信號，報警壓力可在計算機中設定。
需要聲明的是，上述發明內容及具體實施方式意在證明《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》所提供技術方案的實際套用，不應解釋為對該發明保護範圍的限定。低溫壓力容器設計製造領域技術人員在該發明的精神和原理內，當可作各種修改、等同替換、或改進。《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》的保護範圍以所附權利要求書為準。
榮譽表彰
2017年12月11日，《容器應變強化系統及其所生產的奧氏體不鏽鋼低溫容器》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
