专利名称：型钢绕带式压力容器及其制造方法和绕带装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力容器，特别是一种用于化学工业、石油化工、能源及动力工业中的绕带式多层压力容器，及其绕带方法和绕带装置。
多层压力容器适用于高压下操作的各种类型的容器、反应器及热交换器。如氨合成塔、甲醇合成塔、尿素合成塔、加氢裂化反应器、聚乙烯反应釜、水压机的蓄力器、核反应堆压力壳、蒸汽锅炉及其汽包……等。其中亦包括处于高温、低温、强腐蚀、辐射等复杂工况下操作的各类高压厚壁容器。此外，该容器的圆筒部分还可用作高压管线的管节。
应用在上述领域的多层压力容器压力一般在10MPa～100MPa之间，部分容器超过了100MPa，如乙烯聚合反应釜操作压力达150～300MPa。容器的圆筒部分内径可达3～5米，而用着高压管之管节的筒体内径也约可达到2米;长度5～40米不等，管节也一样;容器壁厚达300～500毫米。如有一台日产1360吨的氨合成塔，内径为2.4米、壁厚270毫米，长达24米。
上述压力容器一般均由圆柱壳体和焊在一端的底盖，及另一端与封头相配的法兰或顶盖所组成。
目前容器的多层圆筒部分在设计中有多种形式。即可以做成跟内筒相配的多层外壳，然后沿环缝将一只只筒节焊起来，亦可以是在内筒上整体包扎层板，螺旋缠绕薄板、钢带或钢丝。
筒体端部法兰一般采用锻件经机加工，再与筒体或内筒相焊，亦可用板或带做成多层结构。
多层容器比整体式锻制的，锻制后焊接的，单层厚板卷焊的结构要合理有效，其优点在于制造时不需庞大的冶金或压制设备。特点是，金属利用率高，容器圆筒或圆筒端部法兰的多层结构极大地减少了粗加工过程中所需的加工量。
此外，由于薄板、钢带或窄条比厚板材料的机械性能好，因此，容器筒体包括筒体端部法兰由薄板、钢带或窄条制成的容器比那些具有锻制、锻件加工的容器便宜的多，轻便得多，且具有更好的机械性能。
多层容器也可作成具有相当大的尺寸和壁厚，它们的可靠性和安全性也高于整体式容器。
然而，现有多层容器的制造也存在一定的困难。
譬如，当容器的多层圆筒部分由筒节组成时，每个筒节都必须借环焊缝来使它们跟相邻的筒节焊接有一起。这些厚壁筒体可以有多种设计结构。
热套、多层包扎和绕板是较早出现的三种结构型式。这些型式的多层筒体其长度可达三米(一般为2米)。因此，为制造压力容器，一个个筒节必须由环焊缝焊接在一起，环缝的厚度必须跟壁厚相同并可达到300～500毫米。这种焊缝的焊接是个很复杂的问题。这需要大量的焊接工时并有必要对焊缝进行热处理。像上面提到的氨合成塔，环缝的堆积金属就重达13吨，制造容器筒壳部分所用的焊接工时占了总工时的60%。此外，环缝还是这些容器的薄弱环节，存在着低应力脆断的危险。壁越厚，探伤检测越困难，焊缝质量可靠性越差。
因此，为了减少多层压力容器制造工艺的焊接工作量出现了绕带式或螺旋绕板式多层压力容器。但由薄板或扁平窄钢带螺旋缠绕成的容器存在着明显的强度削弱问题，降低程度可达10%左右。德国型槽绕带式压力容器的壳体则是用型槽钢带沿螺旋线绕在内筒外面，两端分别与容器底盖或法兰相焊或用钢带直接绕成端部法兰。其钢带相对较窄，并在其两面有可以相互扣合的突缘和凹槽。
这些突缘和凹槽的形状及尺寸的选择应使它们在绕卷过程中与另一相邻层的凸出部分进入第一层的凹槽部分而将钢带第一层相邻卷之间的缝隙搭接起来。
下面的型带也按相似的方式绕卷直至器壁达到所需厚度，所有型带绕层都按同一方向绕卷，它们的端部用焊接固定。
这种型式的容器除减少大量焊接量外，还有许多突出的优点，如(1)不需要冶炼及锻压设备。一般中型机械厂都可以制造φ1000mm以上的高压容器。
(2)生产过程大部分机械化，管理方便，生产效率高，质量可靠，操作人数少。
(3)钢带断面小，经过轧制，材质均匀，强度提高，缠绕时又经热处理，机械性能进一步提高。
(4)绕制过程，钢带绕前加热，绕后冷却，使内筒及带层的内层产生压缩预应力，可以改善圆筒在管内压时的应力分布。
(5)对于有腐蚀性的介质，内筒与带层可以用不同的材料制造，节省贵重耐蚀合金材料。
(6)加工时材料损失少，约为锻造损耗的1/6。
然而，它虽有很多优点，但也有难以克服的弱点。如1.钢带尺寸公差要求较严，往往给轧钢厂带来一定的困难。
2.钢带之间的啮合，必须几个面同时贴紧这是多次静不定的问题，因此带层之间总有部分贴不紧现象。
3.内筒车槽后，工作时槽沟不连续部位产生应力集中，使强度受到削弱，再加上钢带层与内筒啮合贴紧不良时，带层不能承担应受的轴向力，内筒往往会发生轴向拉断现象。
4.由于钢带单向缠绕，预应力和工作应力造成内筒扭剪力无法抵削，往往造成型槽脱扣，容器提前破坏。
此外，目前用于上述绕带容器制造的绕带装置十分庞大，需用大型精密机床在内筒外壁上加工出与型槽钢带凸缘相对应的呈螺旋形的连续凹槽。
本发明的目的是提供一种由一面具有凸缘和凹槽的型槽钢带，按螺旋形缠绕成平整绕带层，且绕带层间的螺旋方向相反的绕带式压力容器，及其缠绕方法和绕带装置。
本发明的目的是这样实现的所用的型槽钢带的截面呈“山”型，由一对或一对以上的“山”型钢带的凸缘与凹槽彼此相对扣合，在内筒上缠绕成两面都平整的绕带层，相邻绕带层间缠绕的螺旋方向相反，“山”型钢带的凸缘和凹槽相对扣合时彼此啮合。形成每一层钢带的两端可以分别焊在预先加工好的底封头或端部斜面法兰上或直接焊在工艺性内筒上，由钢带直接绕成的容器端部法兰，其端面需经一定的机加工处理和堆焊一层连接金属。
一种专用于制造上述型钢绕带式压力容器的方法，包括卷焊内筒、焊接底封头、螺旋式缠绕绕带层、缠绕绕带式端部法兰、绕带层端部的焊接和机加工处理、固接顶盖，其特征是在内筒外表面每层只缠绕一对“山”型钢带时，是将其中的一条背靠内筒螺旋式缠绕一圈后，再把配对的另一条面对内筒，其中间凸峰经扣合压紧辊压在第一条“山”型钢带相邻的螺距间，配对的“山”型钢带经辊轮组机构拉紧后，彼此紧密扣合，从内筒的一端缠绕到内筒的另一端，构成一层两面都平整和绕带层;在内筒外表面每层缠绕一对以上“山”型钢带时，是先将其中的一条背靠内筒按计算好的螺距，经辊轮组机构拉紧，从内筒的一端缠绕到内筒的另一端后，再把一对配对的经辊轮组机构拉紧，彼此紧密扣合，并与第一条并排，而当中一条面对内筒的“山”型钢带的中间凸峰经扣合压紧辊正好压在两条背靠内筒的“山”型钢带构成的螺距间，从内筒的一端缠绕到内筒的另一端，直到螺距间背靠内筒缠绕的“山”型钢带达到预计数后，再把最后一条面对内筒的“山”型钢带经辊轮组机构拉紧，由扣合压紧辊将其中间凸峰压在第一条与最后一条背靠内筒的“山”型钢带的螺距间，从内筒的一端缠绕到另一端构成一层两面都平整的绕带层，依此类推，在其外层再以相反的螺旋方向缠绕绕带层，直到设计所要求的绕带层厚度。最后缠绕端部法兰外面各层。
为实施上述型钢绕带式压力容器的方法而专门设计的绕带装置，有送带移动车、扣合压紧辊、控制绕带容器和送带移动车的两个带刹车的减速连动机构、电磁齿轮离合器、传动连动机构，特点是在钢轨上设置绕带容器的可调支承托轮机构、重型液压平板托车、限位挡轮机构，在送带移动车上分别设置能支承两个鼓轮卷盘的、并使两条“山”型钢带左右偏离到它们的凸缘与凹槽可相对扣合位置的支承架，使鼓轮卷盘送出的“山”型钢带扣合压紧缠绕拉紧的辊轮组机构，控制“山”型钢带扣合力与拉紧力的测力机构，控制送带间距自动调节导向机构，均由送带移动车载着它们移动。
在送带间距自动调节导向机构和钢带扣合压紧缠绕拉紧机构之间，设置一个型槽钢带的加热机构，同时在绕带容器后面设置一个与加热机构对应的冷却机构，这两个机构均固定在送带移动车上。
本发明由于采用了“山”型钢带，因此除了保持原型槽绕带式容器固有优点外，还具有下述优点(1)环间强度没有削弱，轴向强度足够，约1/4总厚的内筒承担了约一半的轴向力，其余轴向截荷由绕带层通过钢带边缘相互啮合所形成的有效承载截面来实现。这种连接方法比上、下分层双面扣合的现有结合方法连接紧密可靠，不会轻易脱扣，无需精密绕带机床便可实现缠绕扣合，且容易实现啮合缠绕。
(2)山型钢带单面扣合为绕带层交错缠绕提供了可能。避免了单向缠绕时，预拉紧力和内压作用引起的内筒的扭剪作用。形成一静定刚性系统。对改善内筒和绕带层内部应力分布状态提供了保证。
(3)可将机加工量、焊接量、电能消耗降到最少程度，生产效率显著提高。由于每层一般采用一对型槽钢带小角度一次性缠绕完成，比现有型槽钢带单根缠绕快且质量易于保证，比钢带多头大倾角缠绕的效率可成倍提高，亦比宽板螺旋缠绕消耗功率小得多。比其它形式的结构节省焊接等80%以上。且在端部可直接绕成多层法兰代替大型锻件，可进一步降低成本。
(4)单面“山”型钢带比双面型槽钢带轧制容易，仅在上、下轧辊中一个轧辊上加工出所需的凹槽和凸缘，无需要求在上、下轧辊上都加工出凹槽凸缘，且需通过精密安装对中来达到钢带所需要的尺寸精度。精度易于保证。且由于缠绕质量易于保证，相应可适当必低型槽钢带的轧制尺寸精度，使型槽钢带的轧制成本降低，一般的钢厂都能生产。
(5)由于采用小角度缠绕和带边扣合联接，能够一次性完成多层端部法兰的加工制造，采用小设备便可完成大型容器筒体的制造，只用简单的绕带装置，无需精密大型机床，这样可实现现场制造。
(6)安全性提高。经过轧制的型槽钢带，或者在缠绕过程中，绕前预热和绕后冷却，通过了进一步的热处理后，其机械性能比薄板或厚板好得多。再加预应力缠绕使壁内筒应力得到合理分布，保证了容器的使用安全性。
(7)当采用适当倾角一对以上型槽钢带拉紧冷绕或热绕的容器除了能在内筒和内层钢带环向获得预压缩应力外，同时，内筒轴向亦可获得预压缩应力，这样就可适当减薄内筒厚度，进一步提高容器的使用安全性。
因此本发明的绕带式多层压力容器的制造比现有其它类似压力容器结构的制造既简单合理又便宜。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的绕带容器的剖视图;
图2是本发明的绕带装置俯视示意图;
图3是图2的A-A视图;
图4是“山”型钢带的横截面图;
图5是已有技术局部绕带式压力容器壁的剖视图。
参照图1、图2、图3、图4，由内筒3、绕带法兰2、底封头5、顶盖1和绕带层4组成。内筒3约占绕带式压力容器壁厚的1/4，由钢板卷焊而成。底封头5和顶盖1都为锻件，绕带层4和绕带法兰2是由一对山型钢带的凸缘与凹槽彼此相对扣合，在内筒3外层螺旋形缠绕而成，绕带层两面都是平整的，相邻绕带层缠绕的螺旋方向相反。法兰2也可以是一个整体锻件法兰，其与钢带焊接的一端成斜面。
一种专用于制造上述山型型钢绕带式压力容器的方法(1)将钢板卷好焊接成内筒;(2)在内筒的一端焊接带斜面法兰的锻件底封头，另一端可加焊一个工艺性内筒;(3)在内筒的外层，通过绕带装置螺旋式缠绕“山”型钢带，这分两种情况一种是小角度由一对山型钢带缠绕时，是把其中的一条山型钢带的一端，按一定角度背靠内筒焊接并螺旋式缠绕一圈后，再把与其配对的另一条山型钢带一端与第一条相同的角度面对内筒焊接，经扣合压紧辊将其中间凸峰压入第一条山型钢带绕一圈后边缘构成的螺距间，这对边缘相对扣合的凸缘与凹槽经钢带辊轮组机构后，彼此紧密扣合从内筒的一端缠绕到内筒的另一端，再把其末端焊接好，对焊接处进行机加工处理，构成一层两面都平整的绕带层;另一种是大角度由四对山型钢带缠绕时，是把其中一条山型钢带的一端按计算好的角度和螺距，先将一条“山”型钢带的一端背靠内筒焊接好，经辊轮组机构和扣合压紧辊，从内筒的一端绕到内筒的另一端，焊接好，再把一对经辊轮组机构和扣合压紧辊后彼此紧密扣合的“山”型钢带，与第一条并排焊接，其间距使面对内筒的“山”型钢带的中间凸峰，正好压在其间，互相扣合，从内筒的一端绕到内筒的另一端，末端焊接好，依此类推，缠绕第二、第三对“山”型钢带后，再把最后一条“山”型钢带面对内筒，经辊轮组机构和扣合压紧辊，将其中间凸峰压入第一条与最后一条背靠内筒的“山”型钢带的螺距间，始端焊好，从内筒的一端绕到另一端，末端焊好，所有的钢带焊接点都在内筒的两端，其中一端可直接焊在加长的工艺性内筒上，另一端焊在底封头斜面法兰上，这时可以将钢带的端部切割成带直边的三角形端部，其斜边可沿法兰面与该层圆筒相接的圆周绕一圈，对焊接处进行加工处理，构成一层两面都平整的绕带层;依此类推，再以相反的螺旋方向缠绕其外层的绕带层，直到设计所需的壁厚为止;(4)最后缠绕绕带法兰的外面各层，在最外面可加一个套箍，去掉工艺性内筒，机加工和焊接处理绕带法兰，在其端面需堆焊连接金属;(5)固定连接顶盖。
参照图2、图3，在钢轨上设置重型液压平板托车15、送带移动车13、限位挡轮机构6。重型液压平板托车15用于内筒3、绕带容器的移动和安装。送带移动车13上固定装置了支承架16、辊轮组机构17、测力机构21、送带间距自动调节导向机构19、扣合压紧辊8，它们的同步移动由送带移动车13带动，它的移动是由带刹车的减速连动机构11控制链条链轮传动机构12实现的。支承架16支承一个或二个鼓轮卷盘，使二个鼓轮卷盘上的“山”型钢带左右偏离距离，为两条“山”型钢带的凸缘与凹槽可相对扣合。辊轮组机构17由6个直径为60mm的辊组成，是通过油压机构改变上下两排辊之间的压紧力、拉紧力，用于对鼓轮卷盘送来的“山”型钢带的凸缘与凹槽相对扣合压紧和缠绕预应力拉紧，并通过其辊的铰链与杠杆放大或液压测力机械21，随时测出“山”型钢带扣合压紧力和缠绕拉紧力的大小，以保证其绕制质量。送带间距自动调节导向机构19使钢带按事先设定的间距进行导向和缠绕，它是通过光电控制与液压传动来实现自动控制同层相邻钢带之间的相对间距的。扣合压紧辊8是对刚绕到绕带容器上的“山”型钢带的扣合进行压紧，使绕带层4的曲面达到服贴平滑。由鼓轮卷盘送来的“山”型钢带经辊轮组机构17后，使其与绕带容器表面的绕带层4保持相切的位置，由测力机构21控制其均衡的扣合压紧力和缠绕拉紧力，再经送带间距自动调节导向机构19和扣合压紧辊8，使“山”型钢带在绕带容器表面构成两面都服贴平滑的绕带层4。限位挡轮机构6对绕带容器进行轴向定位和平衡绕带轴向与侧向拉力的作用，它在钢轨上的位置可调节，以适应不同绕带容器的定位。绕带容器一般由两端两对托轮和调节部件组成的可调支承托轮机构7承受其全部重量，它的转速由带电动刹车的减速连动机构9控制。带电动刹车的减速连动机构9、11之间的协调同步是经电磁齿轮离合器10实现，脱开电磁齿轮离合器10时，绕带容器和送带移动车13均可单独操作。在送带移动车13上还可以设置“山”型钢带的加热机构18和冷却机构20，对钢带进行热绕和冷却。加热机构18置于辊轮组机构17与送带间距自动调节导向机构19之间。冷却机构20置于扣合压紧辊8后面于绕带容器外侧。已有技术的绕带层里面有凸缘，外面有凹槽，所以绕带层间只能同方向缠绕，不能反螺旋方向缠绕，如图5所示。
权利要求
1.一种型钢绕带式压力容器，是由内筒[3]、底封头[5]、绕带法兰[2]、顶盖[1]、型槽钢带螺旋形绕带层[4]组成，其特征是所述型槽钢带的截面呈“山”型，一对或一对以上的“山”型钢带的凸缘与凹槽彼此相对扣合，在内筒[3]的表面缠绕成两面都平整的绕带层[4]，相邻绕带层[4]间缠绕的螺旋方向相反。
2.根据权利要求1所述的型钢绕带式压力容器，其特征是所述“山”型钢带的凸缘与凹槽相对扣合时彼此啮合。
3.一种专用于制造权利要求1所述的型钢绕带式压力容器的方法，包括卷焊内筒、焊接底封头、螺旋式缠绕绕带层、缠绕绕带式端部法兰、绕带层端部的焊接和机加工处理、固接顶盖，其特征是所述螺旋式缠绕绕带层是在内筒外表面每层只缠绕一对“山”型钢带时，是将其中的一条背靠内筒螺旋式缠绕一圈后，再把配对的另一条面对内筒，其中间凸峰经扣合压紧辊压在第一条“山”型钢带相邻的螺距间，配对的“山”型钢带经辊轮组机构拉紧后彼此紧密扣合，从内筒的一端缠绕到内筒的另一端，构成一层两面都平整的绕带层;在内筒外表面每层缠绕一对以上“山”型钢带时，是先将其中的一条背靠内筒按计算好的螺距，经辊轮组机构拉紧，从内筒的一端缠绕到内筒的另一端后，再把一对配对的经辊轮机构拉紧，彼此紧密扣合，并与第一条并排，而当中一条面对内筒的“山”型钢带的中间凸峰经扣合压紧辊正好压在两条背靠内筒的“山”型钢带构成的螺距间，从内筒的一端缠绕到内筒的另一端，直到螺距间背靠内筒缠绕的“山”型钢带达预计数后，再把最后一条面对内筒的“山”型钢带经辊轮组机构拉紧，由扣合压紧辊将其中间凸峰压在第一条与最后一条背靠内筒的“山”型钢带的螺距间，从内筒的一端缠绕到另一端，构成一层两面都平整的绕带层;依此类推，在其外层再以相反的螺旋方向缠绕绕带层，直到设计所要求的绕带层厚度。
4.一种为实施权利要求3所述的型钢绕带压力容器的方法而专门设计的绕带装置，包括送带移动车[13]、扣合压紧辊[8]、带刹车的减速连动机构[9、11]、电磁齿轮离合器[10]、链条链轮传动机构[12]，其特征是在钢轨上设置绕带容器的可调支承托轮机构[7]、重型液压平板托车[15]、限位挡轮机构[6]，在送带移动车[13]上分别设置能支承两个鼓轮卷盘的，并使两条“山”型钢带左右偏离到其凸缘与凹槽可相对扣合位置的支承架[16]，使鼓轮卷盘送出的“山”型钢带扣合压紧缠绕拉紧的辊轮组机构[17]，控制“山”型钢带扣合力与拉紧力的测力机构[21]，控制送带间距自动调节导向机构[19]。
5.根据权利要求4所述的专门设计的绕带装置，其特征是在送带间距自动调节导向机构[19]和辊轮组机构[17]之间设置一个型槽钢带的加热机构[18]，同时在绕带容器后面设置一个与加热机构[18]对应的冷却机构[20]，它们均固定在送带移动车[13]上。
全文摘要
型钢绕带式压力容器及制法和绕带装置，容器有内筒、绕带法兰、顶盖，是在内筒外螺旋绕一对或一对以上的山型钢带成两面平滑的绕带层，层间螺旋方向相反。制法是焊内筒、钢带两头，绕法兰，机加工，固顶盖，山型钢带经辊轮组、扣合压紧辊在内筒上绕成边缘相对扣合的绕带层。装置由支承固定机构、减速传动机构、送带连动机构、压拉紧机构组成。螺旋方向相反无扭剪力，山型钢带精度要求低易加工，不需大型精密机床可现场制造，成本低。
文档编号B21C47/02GK1108160SQ9410927
公开日1995年9月13日 申请日期1994年8月23日 优先权日1994年8月23日
发明者陈平 申请人:陈平