一种具有支管和视窗的柱形承压容器的制作方法

1.本发明涉及可视化实验模型技术领域，具体涉及一种具有支管和视窗的柱形承压容器。


背景技术：

2.柱形带支管的大型容器在反应堆系统及化工行业中非常常见。在实用过程中，通常需要观察容器内部流体混合情况或者流场分布等特征，即需要透过容器壁面观测容器内部的介质流动情况。
3.其中，当容器内流体为常温、低压时，可采用透明材料成型，制成全透明的可视化筒体。但是，当流体压力较高时，全透明筒体尤其是带支管的圆柱形筒体在密封、承压、支管与筒体的连接等方面的问题就变得非常难以解决。因此，必须设计出针对带支管的柱形的可视化承压容器。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种具有支管和视窗的柱形承压容器，在金属的筒体上嵌设非金属的弧形透明板，并在筒体上设置非金属的透明平板，以承压和密封观察窗，进而在保证筒体承压能力的同时既能进行光学补偿，又能方便地满足密封要求，为充分有效地利用可视化容器获得流场内更多的流动信息提供支撑。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种具有支管和视窗的柱形承压容器，包括：筒体，材质为金属，在筒体侧壁设置有观察窗口；弧形透明板，材质为非金属，嵌设在所述观察窗口内，且所述弧形透明板内侧壁与所述筒体内侧壁围成圆柱形；观察通道，一端与所述观察窗口密封连接；透明平板，与所述观察通道的另一端密封连接；支管，安装于所述筒体侧壁。
7.本发明提供的具有支管和视窗的柱形承压容器，采用金属材料制成筒体，同时在筒体侧壁上设置观察窗口，由于金属材料有足够的结构强度，可开设尺寸较大的观察窗口，以为容器提供大面积的可视区域。
8.在此基础上，弧形透明板嵌设在观察窗口内，且弧形透明板内侧壁与筒体内侧壁围成圆柱形，可确保容器内壁面为完整的圆柱面，避免因设置观察窗口而影响容器内流体的流态。其中，通过观察通道连通观察窗口，并在观察通道远离筒体的另一端设置透明平板，通过透明平板密封观察窗口并承压，进而形成两层可视结构，相对于单层的透明构体，一方面，弧形透明板厚度较小，容易成形，容易加工、制造成本低，另一方面，透明平板易于密封，解决了弧形透明板材和金属筒体之间的密封问题。
9.另外，内部弧形透明板与外部承压的透明平板和观察通道形成光学补偿盒，避免了盛水后圆形筒体对外部视角的光学畸变问题。
10.综上，本发明提供的具有支管和视窗的柱形承压容器，在保证筒体承压能力的同时既能进行光学补偿，又能方便地满足密封要求，为充分有效地利用可视化容器获得流场
内更多的流动信息提供支撑。
11.在一可选的实施例中，所述筒体设置有两个所述观察窗口，两所述观察窗口分设于所述筒体径向的两侧；其中，一个所述观察窗口适配有一个所述观察通道，另一个所述观察窗口适配有多个所述观察通道，以提供多个可观测区域以及多种测量角度，进而满足激光测量时多角度和多区域测量的需求。
12.在一可选的实施例中，位于所述筒体同侧的多个所述观察通道，沿对应的所述弧形透明板弯曲方向均布，以便于安装。
13.在一可选的实施例中，所述筒体轴向的两端均适配有连接法兰，以便于将筒体与上下游部件相连。
14.在一可选的实施例中，所述连接法兰的螺孔均为盲孔，以避免法兰的连接螺栓遮挡视窗。
15.在一可选的实施例中，所述连接法兰的内孔为台阶孔，所述筒体的两端插设在对应的所述连接法兰的内孔内，便于连接法兰和筒体。
16.在一可选的实施例中，所述观察通道远离所述筒体的一端设有连接座，所述连接座适配有压环，所述透明平板密封压设在所述压环与所述连接座之间。
17.在一可选的实施例中，沿所述筒体的轴向，所述连接座的上下两端与对应的所述连接法兰固定连接，能够使得双层视窗形成的可视区域为从上法兰至下法兰的全部高度，进而在垂直方向上最大化的实现大面积可视的效果。
18.在一可选的实施例中，所述筒体侧壁设置有连接孔，所述支管一端与所述连接孔密封固定连接，以便于将支管与筒体密封连接。
19.在一可选的实施例中，所述支管与所述筒体焊接密封，简单易行且牢固、承压能力高，能够避免在非金属筒体侧面开孔、粘接支管等产生的易出现裂纹、泄漏、承压能力低等问题。
20.本发明具有如下的优点和有益效果：
21.1、本发明提供的具有支管和视窗的柱形承压容器，采用金属材料制成筒体，同时在筒体侧壁上设置观察窗口，由于金属材料有足够的结构强度，可开设尺寸较大的观察窗口，以为容器提供大面积的可视区域。
22.2、本发明提供的具有支管和视窗的柱形承压容器，弧形透明板嵌设在观察窗口内，且弧形透明板内侧壁与筒体内侧壁围成圆柱形，可确保容器内壁面为完整的圆柱面，避免因设置观察窗口而影响容器内流体的流态。其中，通过观察通道连通观察窗口，并在观察通道远离筒体的另一端设置透明平板，以通过透明平板密封观察窗口并承压，进而形成两层可视结构，相对于单层的透明构体，一方面，弧形透明板厚度较小，容易成形，容易加工、制造成本低，另一方面，透明平板易于密封，解决了弧形透明板材和金属筒体之间的密封问题。
23.3、本发明提供的具有支管和视窗的柱形承压容器，内部弧形透明板与外部承压的透明平板和观察通道形成光学补偿盒，避免了盛水后圆形筒体对外部视角的光学畸变问题。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.在附图中：
26.图1为本发明实施例具有支管和视窗的柱形承压容器的立体结构示意图；
27.图2为本发明实施例筒体的剖视结构示意图；
28.图3为图2的a-a面结构示意图；
29.图4为本发明实施例筒体与法兰装配后的结构示意图。
30.在附图中：
31.10-筒体，11-观察窗口，12-弧形透明板，13-连接孔，20-观察通道，21-连接座，30-透明平板，40-支管，50-连接法兰，60-压环。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.在本发明实施例的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例
37.结合图1，本实施例提供了一种具有支管和视窗的柱形承压容器，包括：筒体10，材质为金属，在筒体10侧壁设置有观察窗口11(图2)；弧形透明板12，材质为非金属，嵌设在所述观察窗口11内，且所述弧形透明板12内侧壁与所述筒体10内侧壁围成圆柱形；观察通道20，一端与所述观察窗口11密封连接；透明平板30，与所述观察通道20的另一端密封连接；支管40，安装于所述筒体10侧壁。
38.结合图2和图3具体来说，完整的筒体10在加工完成后，在筒体10需要开设可视窗的部位加工出弧形窗口。对于弧形窗口的数量，根据具体的实验观测需求确定。而弧形透明板12嵌设在所述观察窗口11内，且弧形透明板12内侧壁与筒体10内侧壁围成圆柱形，保证了筒体10内表面依然为完整的圆柱面。
39.在本实施例中，所述筒体10设置有两个所述观察窗口11，两所述观察窗口11分设于所述筒体10径向的两侧；其中，一所述观察窗口11适配有一个所述观察通道20，另一所述观察窗口11适配有多个所述观察通道20，以提供多个可观测区域以及多种测量角度，进而满足激光测量时多角度和多区域测量的需求。
40.同样的，对于观察通道20的数量，根据具体的实验观测需求确定。在一个具体的试验所使用的容器，在筒体10径向的一侧设置有一个与弧形透明板12尺寸适配的较大的观测窗，在筒体10径向的一侧设置有三个较小的观测窗。
41.其中，位于所述筒体10同侧的多个所述观察通道20，沿对应的所述弧形透明板12弯曲方向均布，以便于安装。
42.在此结合图2，所述筒体10侧壁设置有连接孔13，所述支管40一端与所述连接孔13密封固定连接，以便于将支管40与筒体10密封连接。可以理解的是，对于支管40的数量根据试验需求设置，如设置成4根支管40，相应的，在筒体10上设置有4个连接孔13。
43.在本实施例中，所述支管40与所述筒体10密封焊接，简单易行且牢固、承压能力高，能够避免在非金属筒体10侧面开孔、粘接支管40等产生的易出现裂纹和泄漏、承压能力低等问题。
44.结合图4，所述筒体10轴向的两端均适配有连接法兰50，以便于将筒体10与上下游部件相连。
45.优选的，所述连接法兰50的螺孔均为盲孔，进而通过螺钉与外部部件相连，以避免法兰的连接螺栓遮挡视窗。
46.在此基础上，所述连接法兰50的内孔为台阶孔，所述筒体10的两端插设在对应的所述连接法兰50的内孔内，便于连接法兰50和筒体10。并能够通过控制金属筒体10和连接法兰50加工的精度，提高筒体10与连接法兰50的垂直度和同轴度。
47.另外，所述观察通道20远离所述筒体10的一端设有连接座21，所述连接座21适配有压环60，所述透明平板30密封压设在所述压环60与所述连接座21之间。由此形成了内层为嵌入金属筒体10的弧面板材，外层安装平面透明板材的两层可视结构。
48.可以理解的是，若采用较厚单个透明板，透明板材成形困难，而较薄的板材承压又有限，互相矛盾；并且嵌入的曲面透明板材和钢制筒体10之间密封困难。而本实施例采用双层可视的结构，能够将窗口处弧形透明板12承受的压力转移到外侧的透明平板30上，既满足了内部腔室边界一致性的要求，使筒体10内的介质流动不受影响，又可根据承压需求选择外侧平板的厚度，保证了筒体10的承压能力。
49.并且，外侧的透明板材和窗口基座都是平面，更容易密封。内部弧形透明板12材与外部承压平板形成光学补偿盒，避免了盛水圆形筒体10对外部视角的光学畸变问题。
50.进一步的，沿所述筒体10的轴向，所述连接座21的上下两端与对应的所述连接法兰50固定连接，能够使得双层视窗形成的可视区域为从上法兰至下法兰的全部高度，进而在垂直方向上最大化地实现大面积可视的效果。
51.对于观察通道20，只需要能够与筒体10内腔密封连接即可，对于金属材质的筒体10而言，通常采用多块金属板绕观察窗口11侧壁四周焊接成矩形的通道，并在观察通道20远离筒体10的一端焊接连接座21。
52.需要说明的是，在制作本实施例时，采用的金属为钢或气体铁基合金，首先根据所需窗口位置与大小将筒体10两端的连接法兰50制作成能够用于窗口上下外沿的异形法兰，然后在圆柱形筒体10的弧形窗口外侧焊接金属侧板、再与筒体10的两个连接法兰50焊接在一起，构成观察通道20。并在矩形窗口上焊接连接座21，再将透明平板30和压环60固定在连接座21上。
53.对于多视窗的一侧，将几个视窗的连接座21焊接在一起，同时与两个连接法兰50焊接，之后再安装透明平板30和压环60等，进而实现对多个视窗的密封。在装配完成后，利用水压试验进行密封效果及承压能力验证，其在0.4mpa的压力水平下，保压30分钟，容器密封完好，结构安全。如需要更高压力，增加透明平板30的厚度即可。
54.总的来说，本实施例采用金属材料制成筒体10，同时在筒体10侧壁上设置观察窗口11，由于金属材料有足够的结构强度，可开设尺寸较大的观察窗口11，以为容器提供大面积的可视区域。金属支管40焊接在在筒体10侧壁，可确保支管40与容器本体有足够的连接强度，确保支管40与容器本体连接处有足够的抗压能力。
55.在此基础上，弧形透明板12嵌设在观察窗口11内，且弧形透明板12内侧壁与筒体10内侧壁围成圆柱形，可确保容器内壁面为完整的圆柱面，避免因设置观察窗口11而影响容器内流体的流态。其中，通过观察通道20连通观察窗口11，并在观察通道20远离筒体10的另一端设置透明平板30，以通过透明平板30密封观察窗口11并承压，进而形成两层可视结构，相对于单层的透明构体，一方面，弧形透明板12厚度较小，容易成形，容易加工、制造成本低，另一方面，透明平板30易于密封，解决了弧形透明板12材和金属筒体10之间的密封问题。
56.另外，内部弧形透明板12与外部承压的透明平板30和观察通道20形成光学补偿盒，避免了盛水后圆形筒体10对外部视角的光学畸变问题。
57.综上所述，本实施例具有较高的承压能力以及较大的可视区域，可有效地解决全透明模型在密封、承压及支管连接方面的难题，同时避免了非接触式流场测量时，圆柱形壁面存在的光学畸变问题，为充分有效地利用可视化容器获得流场内更多的流动信息提供支撑。
58.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。