[发明专利]一种带球壳隔板的相交球壳压力容器

说明书

本发明公开了一种带球壳隔板的相交球壳压力容器，该压力容器由至少2个相交球壳组成，在各个相交面设一球壳隔板，隔板既起到加强作用，节省材料，又可以作为存贮不同成分、不同压力状态物质的间隔，当存贮液体时还兼具有防晃功能。本发明公开的压力容器的各个相交球壳大小、材料、压力，以及球壳之间的相对位置均可以任意搭配，可设计性高。基于本发明公开的公式设计隔板的半径和厚度时，整个压力容器在不一致内压作用下仍是一个等应力结构，且具有和标准球壳压力容器相同的结构效率(结构效率指相同材料、容积、内压载荷情况下，压力容器理论容积与其理论结构重量的比值)。

技术领域

本发明涉及压力容器领域，特别是对结构重量要求高、内部压力和存贮物不一致、安装空间要求特殊的压力容器。

背景技术

当前压力容器主要有球壳和圆柱壳两种形式，其中标准球壳的结构效率最高，内压作用下球壳处于等应力状态，材料利用率最高，一般用于对材料成本或者结构重量要求比较高的场景，比如大型液化气储罐、航天高压气瓶、贮箱等。球壳压力容器的缺点是制造工艺复杂，对空间要求高，必须容得下完整球体的空间，同时与其他结构或地面的连接也较为困难。圆柱壳压力容器由两端的球壳和中间的圆柱壳组成，有时为了节省空间，将两端的球壳改为高度更短的椭球壳或者三心壳。高压气体运输罐、高压气瓶、化学高压反应炉多为圆柱壳。与理想球壳相比，圆柱壳体压力容器在同等容积下表面积更大，且相同压力、半径下，柱段壳体的厚度要较球壳高一倍，因此相同容积和压力要求下，圆柱壳压力容器的结构重量要明显高于球壳。圆柱壳压力容器的优点是生产工艺简单、方便安装和运输。

与上述两种压力容器结构形式相比，其他异型容器结构效率要更低，仅应用于特殊场景。

在航天贮箱结构中，还有一种共底贮箱结构，用于使用一个贮箱存贮两种或以上的燃料，此时不同燃料存贮区需设置“共底”结构相间隔，该共底结构仅具备隔离功能，不具有承载能力。

如何发挥球壳、圆柱壳压力容器和共底贮箱各自的优点，实现不低于标准球壳压力容器结构效率的前提下，兼具圆柱壳压力容器的设计灵活性和安装、运输便易性，同时兼顾满足隔离不同压力和类型的贮存物质的要求，是压力容器的设计难点。

发明内容

本发明主要解决在任意空间内设计存贮不同压力和类型物质要求的压力容器的设计难题，并实现与球壳压力容器相当的结构效率。

本发明的有益效果是：在实现与球壳压力容器结构效率相当的前提下，兼具圆柱壳、异型压力容器安装、连接方便的优点，能够适应各种空间布局，能够同时存贮不同压力要求的多种物质。应用本发明可以大幅降低压力容器的材料成本、占地成本，对于用于运输的压力容器，还可以因压力容器重量减轻而降低运输成本和车辆磨损。

结合附图1，本发明相关的计算公式推导如下：

r₁、r₂、r₃分别为两个相交球壳以及隔板的中面半径；

t₁、t₂、t₃分别为两个相交球壳以及隔板的厚度；

A、B、C分别为两个相交球壳以及隔板球心到相交面的距离；

F₁、F₂、F₃分别为两个相交球壳以及隔板的内应力在单位相交弧长的合力；

L为两个相交球壳的球心距，且L＝A+B；

P₁、P₂分别为两个球壳内部压力。

根据几何关系，容易推导得出：

按照等应力设计，球壳以及隔板的厚度满足：