一種智能調壓的多層高強度結構件的製作方法

2023-12-12 10:58:52 1

本發明涉及壓力容器領域，尤其涉及一種壓力容器結構領域中的高強度結構件。

背景技術：

隨著地球上人口的不斷增加和對能源需求的擴大，已經加大對海洋資源的開發來滿足社會發展的需求。但是對海洋資源進行勘測需要將設備下潛到幾千米深的海底中，海底的壓力非常大，可能有幾百個大氣壓，設備要承受那麼大的壓力，無論從承壓和密閉性上來講都是急需解決的問題。在現有材料和技術的基礎上設計增壓式高強度結構件是非常有意義的，可以使得設備可以潛入更深的海底進行資源的勘探，為開發海洋資源提供一定的基礎，也可為海洋空間站的製造提供經濟實用的耐高壓的高強度結構件。同時現在很多設備在運行時需要高壓的流體的來提供動力，但是壓力升高必定導致選用的材料的強度還有厚度增加，這樣會增加成本和更高的技術和工藝的要求。

進而研發一種基於現有普通鋼材，通過新結構設計實現更加可靠的高壓承載應用的新結構是非常必要的。

技術實現要素：

本發明針對上述技術問題，提出一種多層結構，且可智能可調節每層內部壓力的高強度結構件。

為達到以上目的，通過以下技術方案實現的：

一種智能調壓的多層高強度結構件，結構件為中空的立體柱狀結構，且內部帶有首尾相接的環腔；

其中，環腔內部通過由內向外徑向排布設置的多層隔板分隔為相互不連通的多層環腔，每一層環腔均設置有一個用於注入流體介質的流體注入管和一個用於抽出流體介質的流體輸出管，所有的流體注入管和流體輸出管均連接到控制閥組上，控制閥組的輸入管路分別連接用於向流體注入管提供增壓用流體介質的增壓存儲單元和用於存儲流體輸出管抽出流體介質的減壓存儲單元，通過控制閥組控制流體注入管和流體輸出管的通斷；

結構件的內部環腔內壁設置有形變傳感器和壓力傳感器，且形變傳感器設置於受壓力最大的內側壁上；

其中，控制閥組的控制電路、形變傳感器和壓力傳感器的信號電路均與中央控制器連接；

中央控制器同時控制增壓存儲單元的增壓動力源和減壓存儲單元的減壓動力源。

採用上述技術方案的本發明，分為兩種承載模式：一種為內部壓力小於外部壓力的工況，另一種為內部壓力大於外部壓力的工況；

內部壓力小於外部壓力的工況，由內向外依次向各中間層(多層環腔的每一層環腔)分別充入相應壓力的流體，充入流體的壓力依次遞增；

內部壓力大於外部壓力的工況，由外向內依次向各中間層(多層環腔的每一層環腔)分別充入相應壓力的流體，充入流體的壓力依次遞增；

其中，多層環腔的每一層環腔室充入氣體的壓力由此腔室的壓力傳感器和腔壁的應力傳感器來決定，保證在外界環境發生變化時，結構件中間層的壓力不會對腔壁造成損壞。

綜上，本發明在應用普通鋼材的情況下，通過多層環腔結構的設計，並實時檢測調整每一層壓力傳感器和應力傳感器的數據信息，採集到的數據信息通過中央控制器來控制對應的控制閥組，進而調整(包括加壓和減壓)每一層充入流體的壓力，來增加整體結構的承載能力，進而實現智能調整層壓實現綜合承載能力大大提升的目的；整體結構新型、安全可靠、實現普通鋼的高壓環境下的應用難題，故屬於一種經濟與實用為一體的新型高強度結構件。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

本發明共7幅附圖,其中：

圖1為本發明的單體結構件ⅰ結構示意圖。

圖2為本發明的單體結構件ⅱ結構示意圖。

圖3為本發明的結構件局部結構示意圖。

圖4為本發明應用在內部壓力小於外部壓力的工況時結構示意圖。

圖5為本發明應用在內部壓力大於外部壓力的工況時結構示意圖。

圖6為本發明的整體結構形態立體示意圖。

圖7為本發明的控制原理圖。

圖中：1.結構件ⅰ；2.結構件ⅱ；3.流體管路；4.第一層腔壁；5.第二層腔壁；6.第三層腔壁；7.第四層腔壁；8.第一層腔室；9.第二層腔室；10.第三層腔室；11.第一層充入管；12.第一層抽出管；13.第二層充入管；14.第二層抽出管；15.第三層充入管；16.第三層抽出管；17.壓力傳感器；18.應力傳感器；19.中央控制器；20.控制閥；21.增壓單元；22.減壓單元。

具體實施方式

如圖6所示的一種智能調壓的多層高強度結構件，結構件為中空的立體柱狀結構，且內部帶有首尾相接的環腔；

其中，環腔內部通過由內向外徑向排布設置的多層隔板分隔為相互不連通的多層環腔，每一層環腔均設置有一個用於注入流體介質的流體注入管和一個用於抽出流體介質的流體輸出管，所有的流體注入管和流體輸出管均連接到控制閥組20上，控制閥組20的輸入管路分別連接用於向流體注入管提供增壓用流體介質的增壓存儲單元21和用於存儲流體輸出管抽出流體介質的減壓存儲單元22，通過控制閥組20控制流體注入管和流體輸出管的通斷；

結構件的內部環腔內壁設置有形變傳感器17和壓力傳感器18，且形變傳感器17設置於受壓力最大的內側壁上；

其中，控制閥組20的控制電路、形變傳感器17和壓力傳感器18的信號電路均與中央控制器19連接；

中央控制器19同時控制增壓存儲單元21的增壓動力源(泵)和減壓存儲單元22的減壓動力源(泵)；

結構件本體可為多個組件拼接結構組成，如圖4和圖5所示結構件本體採用多邊形形態，這樣的壓力容器可以通過一定數量的單體結構件ⅰ1(如圖1所示)和單體結構件ⅱ2(如圖2所示)最終閉環拼接而成，並且拼接後的各個單體結構件的中間層是一一相通的，成為一個可以承受高壓甚至超高壓的多層環腔承壓空間(如圖4或圖5所示)；

其中，所有流體注入管和流體輸出管統稱流體管路3；

智能調壓的多層高強度結構件分為兩種承載模式：一種為內部壓力小於外部壓力的工況(採用如圖4所示結構)，另一種為內部壓力大於外部壓力的工況(採用如圖5所示結構)；

內部壓力小於外部壓力的工況，由內向外依次向各中間層(多層環腔的每一層環腔)分別充入相應壓力的流體，充入流體的壓力依次遞增；

內部壓力大於外部壓力的工況，由外向內依次向各中間層(多層環腔的每一層環腔)分別充入相應壓力的流體，充入流體的壓力依次遞增；

其中，多層環腔的每一層環腔室充入氣體的壓力由此腔室的壓力傳感器17和腔壁的應力傳感器18來決定，保證在外界環境發生變化時，結構件中間層的壓力不會對腔壁造成損壞；

圖4、圖5、圖3和圖7所示，內部壓力小於外部壓力的工況的最高受壓側壁為最外層腔壁的第四層腔壁7以外的空間，內部壓力小於外部壓力的工況最高受壓側壁為最內層腔壁的第一層腔壁4；第一層腔室8、第二層腔室9、第三層腔室10均為中間腔室，壓力傳感器17，應力傳感器18，中央智能控制器19，控制閥20，增壓單元21和減壓單元22；

第一層充入管11和第一層抽出管12與第一層腔室8連通，第二層充入管13和第二層抽出管14與第二層腔室9連通，第三層充入管15和第三層抽出管16與第三層腔室10連通；

壓力傳感器17安裝在各中間腔室中，對各中間腔室的壓力進行實時檢測，並將數據傳輸給中央智能控制器19；

應力傳感器18安裝在各腔壁上，對各層腔壁的應力的大小進行實時的檢測，並將數據傳輸給中央智能控制器19；

減壓單元22，當需要減小中間腔室壓力的時候，減壓單元22通過各層的抽出管(第一層抽出管12、第二層抽出管14、第三層抽出管16)將需要減壓的中間腔室的流體抽出，並送回到增壓單元21中進行存儲，實現減小壓力調整，保證腔壁的壓差不會超過腔壁的許用應力；

中央控制器19，其根據各腔壁應力傳感器18和各中間腔室壓力傳感器17的參數，來控制各中間層的控制閥20，由增壓單元21通過各層的充入管(第一層充入管11、第二層充入管13、第三層充入管15)向各中間腔室充入流體，當壓力過大，超過腔壁的許用應力值時，控制減壓單元22，將部分流體抽出，維持中間腔室的流體壓力，保證中間層腔壁的安全。

實時調整保證，內部壓力小於外部壓力的工況，由內向外依次向各中間層分別充入相應壓力的流體，充入流體的壓力依次遞增；內部壓力大於外部壓力的工況，充入流體的壓力由內向外依次遞減。

且可以採用增加中間層數量的方法，來實現使用普通鋼材完成超高壓裝置的設計，理論上可以無限增加層數來適應所需的壓力環境。

綜上，本發明在應用普通鋼材的情況下，通過多層環腔結構的設計，並實時檢測調整每一層壓力傳感器和應力傳感器的數據信息，採集到的數據信息通過中央控制器來控制對應的控制閥組，進而調整(包括加壓和減壓)每一層充入流體的壓力，來增加整體結構的承載能力，進而實現智能調整層壓實現綜合承載能力大大提升的目的。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。