容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器

《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》涉及低温压力容器设计制造领域，尤其涉及一种低温容器应变强化系统及使用该系统所生产的奥氏体不锈钢低温容器。

用于储运液氧、液氮、液氩、液化天然气等低温介质的低温容器是双层结构，内容器用以储存低温介质。由于要承受零下100多度的低温，内容器采用奥氏体不锈钢材料。且内容器要承受一定的压力，材料厚度较大。对于奥氏体不锈钢压力容器设计制造，中国国内都依据GB150《钢制压力容器》等标准。与国际同类先进产品相比，中国产品选用的材料厚度大、自重大、成本高。因此，若能在保证强度的前提下降低内容器材料厚度，则产品的经济性将很明显。

针对奥氏体不锈钢屈服强度低的特点，对容器施加一定的压力，使材料总体产生塑性应变，提高屈服强度，从而可以采用更薄的材料制造低温容器。这一应变强化技术已被有关标准采纳，如欧盟协调标准EN13458-2：2002《Cryogenic vessels-Static vacuum insulated vessels》中就有“奥氏体不锈钢应变强化容器”相关资料。但是，2007年前的奥氏体不锈钢容器的应变强化存在两个问题：一是设计主要依赖于经验，没有建立应变强化过程的非线性方法；二是手动控制试验压力，不仅劳动强度大，而且精度和效率低。

图1为奥氏体不锈钢低温容器强化加压控制系统流程图；

图2为使用《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》所述的应变强化系统制得的奥氏体不锈钢低温容器。

2017年12月11日，《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》获得第十九届中国专利优秀奖。

《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》所述的应变强化系统包括现进水装置、增压装置、液压动力装置、冷却装置以及测量控制装置。系统的压力介质是水，增压器7采用油驱水技术，动力来源是液压油，系统流程如图1所示。

首先，通过进水装置提供压缩水源，水经过滤器2除去其中的杂质和微粒，防止增压器7和液压元件受损，提高系统使用寿命。过滤后的压力介质水由进水泵4增压输出，为增压器7提供水源。进水泵4为离心泵，当输出压力达到额定压力时，进水泵4虽然在工作但没有流量输出。例如，进水泵4输出流量为200升/分钟，输出压力为1兆帕，电机功率为5千瓦。

为防止意外情况下进水管路上压力突然升高，如增压器7入口单向阀8损坏，高压介质进入进水管路，在进水管路上设置溢流阀6，限制系统的最高压力，防止系统过载，此溢流阀6作为安全阀使用。

当待加工的容器内注满水后，系统开始增压。系统的增压装置为增压器7，采用油推水增压技术。增压器7的大面积驱动活塞和小面积活塞连接在一起作往复运动，液压油驱动大面积活塞运动，从而使小面积缸内的介质水增压。增压器7的增压比为2:1，最大输出流量为150升/分钟压器7高压缸的进口和出口都设单向阀8及单向阀24，以防止压力介质倒流。

为实现增压器7活塞往复运动，在增压器7进油管路上设置二位四动电液换向阀15，从而完成系统的升压操作。控制系统升压速率是通过控制增压器7输出流量实现的。由容器容积变化量和规定的升压速率可以求得系统的额定输出流量。通过改变二位四动电液换向阀15的换向频率，可以控制增压器活塞往复运动的次数，从而控制增压器7输出流量的大小，使之低于额定值。

系统用于50立方米和100立方米两种规格的容器，因此需要在大小两个流量之间进行切换，为此在换向阀15和增压器7之间的管路上设置手动单向节流阀11、25，通过控制回油的快慢达到控制增压器7输出流量的目的。此外，通过手动单向节流阀11、25与换向阀15共同作用，可以实现系统升压速率的灵活调节。

接下来是液压动力装置，液压油经过滤器除去其中的杂质和微粒，以防止这些颗粒对增压缸、液压元件和测量控制元件的损伤，延长系统的使用寿命。过滤后的液压油经液压泵17升压输出，驱动增压器7活塞运动。例如，液压泵的输出压力为8兆帕，输出流量为200升/分钟机功率为50千瓦。

为吸收换向阀15突然换向产生的液压冲击，提高换向阀15的使用寿命，在液压泵17和二位四通电液换向阀15之间设置蓄能器14。液压泵17输出流量恒定，为将液压泵17输出多余的油液溢流回油箱18，保持管路中压力基本恒定，在液压泵17出口分支管路上设置溢流阀16。

液压油存储在油箱18中，由于液压泵17输出流量很大，而油箱18本身的自然调节不能满足油温的需要，因此在长时间工作时，油温会逐渐升高，严重影响系统的正常工作和使用寿命。为此设置独立的冷却装置，由冷却泵19将热油液通入冷却器20，从而保证油液在规定温度范围内工作。

测量控制系统的处理器包括控制器22和计算机21。系统工作状态由压力传感器10、流量计3和周长位移传感器采集，并传输到控制器22，控制器22根据计算机21所储存的过程参数进行数据比较和逻辑判断，并向二位四通换向阀15、二位二通电液阀12和液压泵17自动发出指令，控制系统的升压、保压和卸压过程，控制系统的升压速率，并可在容器压力降低时自动补压。例如当压力达到设定值时，液压泵17和进水泵4将自动关闭，系统进入保压阶段，保压指定时间或应变率达到设定值时，二位二通电液阀12自动开启，系统卸压。

为测得容器内的压力，在增压器7出口高压管路上设置压力传感器10。为测得容器的膨胀量，在进水管路上设置流量计3，测得流量随时间的变化关系，由流量在时间轴上积分便可计算得到容器的膨胀量的大小。为测得容器的应变率，在被测容器壁上安装周长位移传感器，测得周长变化量，由周长变化量同容器原周长相比，再除以时间便得到容器的应变率。

此外，增压器7出口管路、进水管路和液压泵17出口管路上分别设有压力表9、5、13，用以辅助显示系统压力。

计算机21上配备有专用控制软件，可以在人机界面上设定并储存工作压力、保压时间、升压速率、应变率等过程参数，通过传感器采集过程数据，记录压力-时间、膨胀量-时间和应变率-时间变化关系，并数字化和图形化显示，各组过程数据可根据用户需要进行存储，试验结束后可以自动生成报表，可根据用户需要进行存储或打印输出。

系统压力过载时，能够自动停机卸载并发出报警信号，报警压力可在计算机中设定。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》所提供技术方案的实际应用，不应解释为对该发明保护范围的限定。低温压力容器设计制造领域技术人员在该发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》的保护范围以所附权利要求书为准。

容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器专利目的

《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》的目的在于针对上述存在的问题，提供一种奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统。该奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统及其使用方法可根据材料的应变强化规律以及应变强化过程非线性分析，达到全自动加压控制奥氏体不锈钢低温容器应变强化的目的。

容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器技术方案

《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》提供一种奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其包括：进水装置，用以提供水源；增压装置，其通过单向阀与进水装置相连接，用以将进水增压压入待加工的奥氏体不锈钢低温容器中；液压动力装置，其与增压装置相连接，用以驱动增压装置工作；测量控制装置，该测量控制装置包括具有储存有过程参数功能的处理器、设置于增压装置出口高压管路上的压力传感器以及设置在待加工容器壁上的周长位移传感器，所述压力传感器用以采集并向处理器传递加工容器内的压力参数信号，所述周长位移传感器用以采集并向处理器传递加工容器的周长变化量参数信号，所述测量控制装置用以控制进水装置、增压装置及液压动力装置对加工容器进行应变强化加工。该应变强化系统优选还包括有冷却装置，连接于液压动力装置上，以冷却液压动力装置中的液压介质。

容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器改善效果

《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》所述的低温容器应变强化系统可使奥氏体不锈钢低温容器的应变强化加工工艺不再依赖于经验与手动控制试验压力，大大地降低了劳动强度，提高加工精度和效率。

1.一种奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其特征在于包括：进水装置，用以提供水源；增压装置，其通过单向阀与进水装置相连接，用以将进水增压压入待加工的奥氏体不锈钢低温容器中；液压动力装置，其与增压装置相连接，用以驱动增压装置工作；测量控制装置，该测量控制装置包括具有储存有过程参数功能的处理器、设置于增压装置出口高压管路上的压力传感器以及设置在待加工容器壁上的周长位移传感器，所述压力传感器用以采集并向处理器传递加工容器内的压力参数信号，所述周长位移传感器用以采集并向处理器传递加工容器的周长变化量参数信号，所述测量控制装置用以控制进水装置、增压装置及液压动力装置对加工容器进行应变强化加工。

2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其特征在于，所述的应变强化系统还包括冷却装置，该冷却装置连接于液压动力装置上，用以冷却液压动力装置中的液压介质。

3.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其特征在于，所述测量控制装置还包括二位二通电液阀及压力表，所述二位二通电液阀与处理器电连接，以接收控制信号；所述压力表设置于增压装置出口管路上。

4.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其特征在于，所述处理器包括控制器和计算机，其中计算机用以设定并储存过程参数，控制器用以将计算机所储存的过程参数与系统实际参数进行数据比较和逻辑判断，再对进水装置、增压装置及液压动力装置进行控制。

5.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其特征在于，所述进水装置包括流量计及进水泵，其中流量计与处理器电连接，以向所述处理器传递流量参数信号，进水泵与处理器电连接，以接收控制信号。

6.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其特征在于，所述增压装置包括由处理器控制的二位四通换向阀，增压装置通过该二位四通换向阀与液压动力装置相连接。

7.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其特征在于，所述液压动力装置包括油箱及与增压装置泵连接的液压泵，其中液压泵与处理器电连接，以接收控制信号。

8.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统，其特征在于，当所述系统压力过载时，能够自动停机卸载并发出报警信号，报警压力可在处理器中设定。

本标准规定了采用应变强化技术制造移动式真空绝热深冷压力容器内容器（以下简称内容器）的材料、设计、制造与检验等方面的技术要求。

1、规定了采用应变强化技术制造移动式真空绝热深冷压力容器内容器用钢材料的牌号、力学性能要求和复验要求，并给出了内容器非金属支撑材料的技术要求。

2、明确了应变强化内容器的设计载荷、许用应力、设计压力、开孔补强计算、强化压力的要求，并给出了应变强化内容器结构设计的关键技术要求，重点介绍了夹层支撑结构设计的典型型式和技术要求。

3、规定了应变强化容器制造过程中，材料制备、加工成形、焊接和无损检测方面的特殊要求，重点就焊接工艺评定的具特殊要求进行了规定。

4、以资料性附录的形式，给出了应变强化内容器制造过程中重要质量控制点、应变强化工艺验证性试验要求、试件预拉伸及试验规则等要求；用规范性附录形式，规定了应变强化处理的相关要求。 2100433B