[发明专利]双轴长比椭球容器液压成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种椭球容器液压成形方法，属于容器制造领域。

背景技术

椭球容器具有受力均匀、重心低和受风面积小等优点，特别适合于作为石油化工容器和大型水塔，部分椭球壳体做为柱形容器的封头、大型运载火箭的燃料储箱箱底封头等。

传统成形椭球容器的制造方法一般是模压法，其制造工序为划线下料、在压力机上模压瓣片、二次切割、组装焊接。这种方法的缺点是壳体瓣片为双曲率型面，无法做到精确下料展开；模压时由于受弹复的影响，往往需要反复的模压和校形，制造周期长；在组装焊接时，由于瓣片都是双曲率的，使组装和焊接非常困难，精度难于保证，容易形成错边。同时由于需要大型模具和压力机，使得制造成本大大升高，一旦产品的规格发生变化，又需重新制造模具，因此对产品变更的适应性差。而且椭球容器从赤道带到南北极带曲率变化，对于大型椭球容器而言，需要多套模具，这是限制椭球容器广泛应用的主要原因。

为了解决椭球容器制造存在的难题，申请者提出了椭球容器的整体无模液压成形方法，其基本原理是用一个封闭的单曲率壳去逼近一个双曲率旋转椭球壳，在单曲率壳体中充入液体压力介质使之发生塑性变形并逐步胀形成为一个双曲率旋转椭球壳，其基本工艺过程为：将板料切割成一定形状的板坯（包括极板和侧瓣），在卷弯设备上将侧瓣予弯成一定形状的单曲率壳板，将这些单曲率壳板与上下极板组装焊接成封闭壳体，充入水或油压力介质，加压使壳体发生塑性变形，在内压作用下，多面壳体胀形为双曲率椭球壳体。

与球形容器无模液压成形相比，椭球受力和变形更为复杂，并不是简单的胀形变形。椭球由于各处曲率不同，无模液压成形时，各处应力状态不同，能否顺利成形与椭球轴长比λ（长轴与短轴长度之比）有很大关系。申请者通过大量实验证明，对于轴长比λ₁小于的椭球液压胀形，可以顺利成形合格产品；而对于轴长比λ大于的椭球，在内压作用下，由于赤道带附近受纬向压应力作用，成形过程中易发生失稳起皱，无法成形出合格产品，如图1和图2所示。

为了解决该问题，对于轴长比λ大于的椭球液压成形，申请者曾提出极板限位和中心管限位的椭球容器无模液压成形方法。

极板限位成形方法是单曲率椭球胀形到一定阶段后，通过压力机压紧上下极板进行轴向约束，如图3，实验表明，在轴向约束下，壳体变形很快转向赤道区域，原来有起皱趋势的焊缝区域很快与板面协调变形，失稳减小，最后平滑过渡。该方法的缺点是，对于直径较大的椭球容器，则需要较大台面尺寸和开口高度的压力机，例如，长轴和短轴分别为5m和3m的椭球需要压力机的台面达到5m×5m的台面以上，开口高度达到3m以上，而且对于该尺寸椭球，装满水后，仅水的重量就重达40吨左右，对液压机下台面及基础都有较高的承载要求，因此，通过压力机限位的方法不适合在工程上制造大型椭球容器。

中心管限位成形方法是指带有中心管限位的椭球胀形，椭球胀形时需分步成形，先将弯卷后的侧瓣与中心管组装焊接，胀形完成后，将中心管切去，在焊上上下极板，进行二次胀形。该方法的缺点是工艺复杂、需二次成形；胀形时，中心管受外压作用，容易失稳压瘪，因此，需要较厚的中心管，增加制造成本；试验表明，胀形时，侧瓣与中心管焊接处，所受应力较大，焊缝容易胀裂，如图4所示。

发明内容

本发明是为解决轴长比λ大于的椭球容器成形时，因长半轴附近在纬向压应力作用下，发生失稳起皱的问题，进而提供双轴长比椭球容器液压成形方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的双轴长比椭球容器液压成形方法是按照以下步骤实现的，步骤一、根据设计要求的轴长比λ，确定拉压分界设计点，

α=arttanλ2-2λ2]]>

其中，α为轴长比为λ时的设计球心角，单位为角度；其中，设计球心角α所对应的椭球上的点A为拉压分界设计点；

步骤二、极板和侧瓣的坯料确定