CN107140108A - 一种智能调压的多层高强度结构件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能调压的多层高强度结构件为中空的立体柱状结构，且内部带有首尾相接的环腔；环腔内部通过由内向外径向排布设置的多层隔板分隔为相互不连通的多层环腔，每一层环腔均设置有一个用于注入流体介质的流体注入管和一个用于抽出流体介质的流体输出管，且上述管路均连接到控制阀组上，控制阀组的输入管路分别连接增压存储单元和减压存储单元，结构件的内部环腔内壁设置有形变传感器和压力传感器，且形变传感器设置于受压力最大的内侧壁上；控制阀组、形变传感器、压力传感器、信增压存储单元和减压存储单元均与中央控制器连接，中央控制器直接调整各层环腔内部压力。
Description
技术领域
本发明涉及压力容器领域，尤其涉及一种压力容器结构领域中的高强度结构件。
背景技术
随着地球上人口的不断增加和对能源需求的扩大，已经加大对海洋资源的开发来满足社会发展的需求。但是对海洋资源进行勘测需要将设备下潜到几千米深的海底中，海底的压力非常大，可能有几百个大气压，设备要承受那么大的压力，无论从承压和密闭性上来讲都是急需解决的问题。在现有材料和技术的基础上设计增压式高强度结构件是非常有意义的，可以使得设备可以潜入更深的海底进行资源的勘探，为开发海洋资源提供一定的基础，也可为海洋空间站的制造提供经济实用的耐高压的高强度结构件。同时现在很多设备在运行时需要高压的流体的来提供动力，但是压力升高必定导致选用的材料的强度还有厚度增加，这样会增加成本和更高的技术和工艺的要求。
进而研发一种基于现有普通钢材，通过新结构设计实现更加可靠的高压承载应用的新结构是非常必要的。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种多层结构，且可智能可调节每层内部压力的高强度结构件。
为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：
一种智能调压的多层高强度结构件，结构件为中空的立体柱状结构，且内部带有首尾相接的环腔；
其中，环腔内部通过由内向外径向排布设置的多层隔板分隔为相互不连通的多层环腔，每一层环腔均设置有一个用于注入流体介质的流体注入管和一个用于抽出流体介质的流体输出管，所有的流体注入管和流体输出管均连接到控制阀组上，控制阀组的输入管路分别连接用于向流体注入管提供增压用流体介质的增压存储单元和用于存储流体输出管抽出流体介质的减压存储单元，通过控制阀组控制流体注入管和流体输出管的通断；
结构件的内部环腔内壁设置有形变传感器和压力传感器，且形变传感器设置于受压力最大的内侧壁上；
其中，控制阀组的控制电路、形变传感器和压力传感器的信号电路均与中央控制器连接；
中央控制器同时控制增压存储单元的增压动力源和减压存储单元的减压动力源。
采用上述技术方案的本发明，分为两种承载模式：一种为内部压力小于外部压力的工况，另一种为内部压力大于外部压力的工况；
内部压力小于外部压力的工况，由内向外依次向各中间层(多层环腔的每一层环腔)分别充入相应压力的流体，充入流体的压力依次递增；
内部压力大于外部压力的工况，由外向内依次向各中间层(多层环腔的每一层环腔)分别充入相应压力的流体，充入流体的压力依次递增；
其中，多层环腔的每一层环腔室充入气体的压力由此腔室的压力传感器和腔壁的应力传感器来决定，保证在外界环境发生变化时，结构件中间层的压力不会对腔壁造成损坏。
综上，本发明在应用普通钢材的情况下，通过多层环腔结构的设计，并实时检测调整每一层压力传感器和应力传感器的数据信息，采集到的数据信息通过中央控制器来控制对应的控制阀组，进而调整(包括加压和减压)每一层充入流体的压力，来增加整体结构的承载能力，进而实现智能调整层压实现综合承载能力大大提升的目的；整体结构新型、安全可靠、实现普通钢的高压环境下的应用难题，故属于一种经济与实用为一体的新型高强度结构件。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
本发明共7幅附图,其中：
图1为本发明的单体结构件Ⅰ结构示意图。
图2为本发明的单体结构件Ⅱ结构示意图。
图3为本发明的结构件局部结构示意图。
图4为本发明应用在内部压力小于外部压力的工况时结构示意图。
图5为本发明应用在内部压力大于外部压力的工况时结构示意图。
图6为本发明的整体结构形态立体示意图。
图7为本发明的控制原理图。
图中：1.结构件Ⅰ；2.结构件Ⅱ；3.流体管路；4.第一层腔壁；5.第二层腔壁；6.第三层腔壁；7.第四层腔壁；8.第一层腔室；9.第二层腔室；10.第三层腔室；11.第一层充入管；12.第一层抽出管；13.第二层充入管；14.第二层抽出管；15.第三层充入管；16.第三层抽出管；17.压力传感器；18.应力传感器；19.中央控制器；20.控制阀；21.增压单元；22.减压单元。
具体实施方式
如图6所示的一种智能调压的多层高强度结构件，结构件为中空的立体柱状结构，且内部带有首尾相接的环腔；
其中，环腔内部通过由内向外径向排布设置的多层隔板分隔为相互不连通的多层环腔，每一层环腔均设置有一个用于注入流体介质的流体注入管和一个用于抽出流体介质的流体输出管，所有的流体注入管和流体输出管均连接到控制阀组20上，控制阀组20的输入管路分别连接用于向流体注入管提供增压用流体介质的增压存储单元21和用于存储流体输出管抽出流体介质的减压存储单元22，通过控制阀组20控制流体注入管和流体输出管的通断；
结构件的内部环腔内壁设置有形变传感器17和压力传感器18，且形变传感器17设置于受压力最大的内侧壁上；
其中，控制阀组20的控制电路、形变传感器17和压力传感器18的信号电路均与中央控制器19连接；
中央控制器19同时控制增压存储单元21的增压动力源(泵)和减压存储单元22的减压动力源(泵)；
结构件本体可为多个组件拼接结构组成，如图4和图5所示结构件本体采用多边形形态，这样的压力容器可以通过一定数量的单体结构件Ⅰ1(如图1所示)和单体结构件Ⅱ2(如图2所示)最终闭环拼接而成，并且拼接后的各个单体结构件的中间层是一一相通的，成为一个可以承受高压甚至超高压的多层环腔承压空间(如图4或图5所示)；
其中，所有流体注入管和流体输出管统称流体管路3；
智能调压的多层高强度结构件分为两种承载模式：一种为内部压力小于外部压力的工况(采用如图4所示结构)，另一种为内部压力大于外部压力的工况(采用如图5所示结构)；
内部压力小于外部压力的工况，由内向外依次向各中间层(多层环腔的每一层环腔)分别充入相应压力的流体，充入流体的压力依次递增；
内部压力大于外部压力的工况，由外向内依次向各中间层(多层环腔的每一层环腔)分别充入相应压力的流体，充入流体的压力依次递增；
其中，多层环腔的每一层环腔室充入气体的压力由此腔室的压力传感器17和腔壁的应力传感器18来决定，保证在外界环境发生变化时，结构件中间层的压力不会对腔壁造成损坏；
图4、图5、图3和图7所示，内部压力小于外部压力的工况的最高受压侧壁为最外层腔壁的第四层腔壁7以外的空间，内部压力小于外部压力的工况最高受压侧壁为最内层腔壁的第一层腔壁4；第一层腔室8、第二层腔室9、第三层腔室10均为中间腔室，压力传感器17，应力传感器18，中央智能控制器19，控制阀20，增压单元21和减压单元22；
第一层充入管11和第一层抽出管12与第一层腔室8连通，第二层充入管13和第二层抽出管14与第二层腔室9连通，第三层充入管15和第三层抽出管16与第三层腔室10连通；
压力传感器17安装在各中间腔室中，对各中间腔室的压力进行实时检测，并将数据传输给中央智能控制器19；
应力传感器18安装在各腔壁上，对各层腔壁的应力的大小进行实时的检测，并将数据传输给中央智能控制器19；
减压单元22，当需要减小中间腔室压力的时候，减压单元22通过各层的抽出管(第一层抽出管12、第二层抽出管14、第三层抽出管16)将需要减压的中间腔室的流体抽出，并送回到增压单元21中进行存储，实现减小压力调整，保证腔壁的压差不会超过腔壁的许用应力；
中央控制器19，其根据各腔壁应力传感器18和各中间腔室压力传感器17的参数，来控制各中间层的控制阀20，由增压单元21通过各层的充入管(第一层充入管11、第二层充入管13、第三层充入管15)向各中间腔室充入流体，当压力过大，超过腔壁的许用应力值时，控制减压单元22，将部分流体抽出，维持中间腔室的流体压力，保证中间层腔壁的安全。
实时调整保证，内部压力小于外部压力的工况，由内向外依次向各中间层分别充入相应压力的流体，充入流体的压力依次递增；内部压力大于外部压力的工况，充入流体的压力由内向外依次递减。
且可以采用增加中间层数量的方法，来实现使用普通钢材完成超高压装置的设计，理论上可以无限增加层数来适应所需的压力环境。
综上，本发明在应用普通钢材的情况下，通过多层环腔结构的设计，并实时检测调整每一层压力传感器和应力传感器的数据信息，采集到的数据信息通过中央控制器来控制对应的控制阀组，进而调整(包括加压和减压)每一层充入流体的压力，来增加整体结构的承载能力，进而实现智能调整层压实现综合承载能力大大提升的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种智能调压的多层高强度结构件，其特征在于：
结构件为中空的立体柱状结构，且内部带有首尾相接的环腔；
其中，环腔内部通过由内向外径向排布设置的多层隔板分隔为相互不连通的多层环腔，每一层环腔均设置有一个用于注入流体介质的流体注入管和一个用于抽出流体介质的流体输出管，所有的流体注入管和流体输出管均连接到控制阀组(20)上，控制阀组(20)的输入管路分别连接用于向流体注入管提供增压用流体介质的增压存储单元(21)和用于存储流体输出管抽出流体介质的减压存储单元(22)，通过控制阀组(20)控制流体注入管和流体输出管的通断；
结构件的内部环腔内壁设置有形变传感器(17)和压力传感器(18)，且形变传感器(17)设置于受压力最大的内侧壁上；
其中，控制阀组(20)的控制电路、形变传感器(17)和压力传感器(18)的信号电路均与中央控制器(19)连接，中央控制器(19)同时控制增压存储单元(21)的增压动力源和减压存储单元(22)的减压动力源。
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