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混合物料的压力容器研发和践行

作者:admin来源:中国压力容器网 日期:2012-3-16 11:21:44 人气: 标签:

  复合材料压力容器的典型结构[14]由于复合材料不同于钢材,不能通过焊接等工艺制造压力容器,也不能在筒体上方便地开孔、接管等,复合材料压力容器必须考虑复合材料的特有性能,其结构的连接、密封等都有不同于钢材的方法。

  介绍一个典型的轴对称圆柱形筒体复合材料压力容器的结构和制造过程。典型的压力容器通常由接头2,上部3,中部4和下部5构成,6和7分别表示的是短纤维复合填料和长纤维复合加强件。表示的接头是由短层包围的金属适配器,用以连接管子、阀门等,以便装载和排出物料,由于复合材料不适合经常的螺纹装配,需要使用金属。在这种情况下,连接部分必须保证安全,由短纤维和树脂组成的填料能够较好地填进槽中,将长纤维加强件和金属适配器紧密地连接起来。

  本例的容器下部是向内的,这适合于低压的情况,而向外则适合于高压的情况上部和中部、中部和下部之间通过金属环连接,结构见。该结构的压力容器在制造时,用工具钢或碳钢做模。模通常分为上、下两个部分,严格定义内部空心部分的形状。将待成型的容器做成上面所述的形状,在其内部放置一个用尼龙做成的袋子,袋子端部有一个用以接受压缩空气的接头。然后将成型的容器放进模中,通入压缩空气,使得容器的材料膨胀,紧贴模的内壁,最终制成所需的容器。

  由经典的应力分析可知,承受内压圆柱壳的周向应力、轴向应力和长度无关,容器的容积可以在不影响应力的情况下通过改变而改变,该结构的容器的改变是通过中所示的金属连接环的使用而实现。

  复合材料在压力容器中的应用内压容器各种航天器和导弹系统需要轻质高性能压力容器,一般是在内衬材料,如Al、Ti、不锈钢外缠绕复合材料,目前这种金属内衬复合材料广泛用于航天器、汽车、军用飞机等方面。

  外压容器海洋的勘测开发、科学研究及水下武器装备都离不开潜水外压容器,尤其是大深度的潜水装备,对外压容器材料提出了更高的要求。

  碳纤维复合材料强度高、模量大、密度小、尺寸稳定性好、线膨胀系数低,另外,还具有优异的耐海水、耐酸、耐碱、耐溶剂腐蚀特性,适用于做大深度的潜水外压容器,如法国的海鳝鱼雷化工装备壳体需采用碳纤维复合材料,该鱼雷的最大潜水深度超过100m.目前最常用的潜水外压容器壳体材料是铝合金。据报道,采用碳纤维复合铝合金后壳体耐压强度提高9~29%,这对于提高壳体的耐静水外压能力,增加潜水深度有明显效果。

  美国海军研究机构[16]赞助研制了直径为77.2cm,长约400cm的复合材料贮舱,用于潜水仪器舱,该仪器舱采用48K大丝束碳纤维增强环氧/酸酐缠绕成型。陕西非金属材料工艺研究所研制的水下试验仪器舱部件,采用CF/GF混杂缠绕成型,壳体缠绕后在-40℃/1h+60℃/1h冷热循环,进行8MPa外压保压试验,壳体完好无损。

  结论复合材料压力容器是复合材料技术在压力容器中的重要应用,必将随着复合材料技术的发展而发展。目前,复合材料压力容器正以独特的优势(重量轻、结构效率高、失效形式安全、耐腐蚀性好)在飞机、潜艇、火箭等运载工具及医疗方面广泛应用。在拓展复合材料压力容器应用范围的同时,应加强复合材料压力容器方面的基础研究,特别是对带内衬或无内衬压力容器的受力状态进行精确分析。在此基础上,针对性地改进复合材料成型工艺,使碳纤维复合材料与其连接的金属材料成为整体,达到最佳的性能指标。

  

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