填料盤制造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中公開的主題涉及制造經(jīng)受高壓應(yīng)力的機(jī)械構(gòu)件。具體而言，本公開涉及制造用于往復(fù)式壓縮機(jī)(尤其是超高壓壓縮機(jī))的填料盤。
【背景技術(shù)】
[0002]超高壓壓縮機(jī)(能夠產(chǎn)生高達(dá)或高于3，OOObar的氣體壓力水平的那些)廣泛用于工業(yè)應(yīng)用，包括但不限于生產(chǎn)低密度聚乙烯或LDPE。超高壓壓縮機(jī)必須耐受非常高的輸送壓力和排放與吸入之間的壓力波動，并且可認(rèn)作是本行業(yè)中的最大應(yīng)力的壓力容器中的一種。由于非常高的脈動壓力和隨后的疲勞應(yīng)力，故超高壓壓縮機(jī)需要缸構(gòu)件的預(yù)先施加應(yīng)力，以防止裂縫擴(kuò)散。填料盤在超高壓壓縮機(jī)的最關(guān)鍵構(gòu)件之間。
[0003]預(yù)先施加應(yīng)力通過收縮配合和自增強(qiáng)來獲得。收縮配合是外筒或外盤和內(nèi)筒或內(nèi)盤以高度相互干擾組裝在一起的技術(shù)。內(nèi)盤冷卻至非常低的溫度，例如，大約_190°C，并且外盤加熱至高溫，例如，370°C。內(nèi)盤接著配合到外盤的孔中。當(dāng)兩個盤再次被帶至環(huán)境溫度時，內(nèi)盤的熱膨脹和外盤的熱收縮將在內(nèi)盤上生成壓縮應(yīng)力。常見的填料盤通過將內(nèi)盤和外盤收縮配合在一起來制造。
[0004]自增強(qiáng)在于借助于幾百M(fèi)Pa的液壓壓力使構(gòu)件的內(nèi)表面或內(nèi)層塑性屈服。當(dāng)釋放壓力時，屈服的部分由未屈服的周圍材料的彈性恢復(fù)高度壓縮。這是因?yàn)椴牧系膬?nèi)部部分經(jīng)受超過彈性屈服極限的變形，并且因此不可返回到其原始的形狀和尺寸。結(jié)果，由周圍的材料施加的彈性應(yīng)力將內(nèi)部彈性屈服的材料保持在壓縮狀態(tài)下。
[0005]自增強(qiáng)通常用于在超高壓壓縮機(jī)填料盤的潤滑油導(dǎo)管中引起預(yù)壓縮應(yīng)力。
[0006]自增強(qiáng)涉及復(fù)雜的技術(shù)問題，如，選擇適合的密封件來耐受所需的高壓值、選擇適當(dāng)?shù)膲毫魉陀?，以及壓力測量的準(zhǔn)確性。
[0007]經(jīng)受高壓和壓力波動的構(gòu)件的預(yù)先施加應(yīng)力是防止裂縫擴(kuò)散的基本措施。在構(gòu)件中引起的壓縮預(yù)應(yīng)力的值將使得在由容納在構(gòu)件中的流體(例如，潤滑油)操作期間防止拉伸應(yīng)力在材料中引起。存在于構(gòu)件的內(nèi)表面中的可能的裂縫因此保持在"閉合"狀態(tài)。裂紋或裂縫內(nèi)的壓縮應(yīng)力并未有助于裂縫增長。然而，如果構(gòu)件內(nèi)的流體的壓力大于實(shí)際的壓縮應(yīng)力(在模塊中)，則壓力在裂紋中擴(kuò)散，并且可有助于裂縫擴(kuò)散。如果壓力波動并且峰值高于壓縮應(yīng)力，則疲勞在構(gòu)件中引起，這可最終導(dǎo)致裂縫擴(kuò)散和構(gòu)件的故障。
[0008]超高壓壓縮機(jī)填料盤通常通過使外盤和內(nèi)盤收縮配合在一起并且隨后使存在于內(nèi)盤中的潤滑油導(dǎo)管經(jīng)受自增強(qiáng)以在包繞潤滑油導(dǎo)管的材料中生成壓縮預(yù)應(yīng)力來制造。關(guān)于制造用于超高壓壓縮機(jī)的填料盤的更多細(xì)節(jié)例如在E.Giacomelli等人的"Autofrettaging procedures on LDPE Hyper - Compressor Components" (2006 ASMEPressure Vessels and Piping Divis1n Conference 的會議錄，2006 年 7 月 23 日到 27日，Vancouver, Canada)中公開。該論文還提出了自增強(qiáng)可在使外盤和內(nèi)盤收縮配合在一起之前執(zhí)行，以便減小所需的自增強(qiáng)壓力。然而，該論文提出了顛倒收縮配合和自增強(qiáng)的步驟可引起包欣格效應(yīng)并且導(dǎo)致不可預(yù)知的預(yù)應(yīng)力值。由于這些困難，故當(dāng)前優(yōu)選的制造工藝提供了在自增強(qiáng)之前的收縮配合。
[0009]在對由脈動壓力引起的故障的機(jī)械阻力方面通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的結(jié)果不是完全令人滿意的，并且仍存在對制造填料盤的改進(jìn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本文中公開的方法的實(shí)施例提供了制造填料盤(具體是用于超高壓壓縮機(jī)的填料盤)的附加加工步驟。附加的加工步驟目的在于在自增強(qiáng)之后除去填料盤的內(nèi)盤的兩面上的最外層。這導(dǎo)致了除去包繞內(nèi)盤的(多個)潤滑油導(dǎo)管的一定體積的材料，其中由自增強(qiáng)引起的殘余環(huán)向應(yīng)力和/或殘余當(dāng)量應(yīng)力不足以防止意外裂縫的潛在擴(kuò)張，該意外裂縫可存在于(多個)潤滑油導(dǎo)管的內(nèi)表面上。
[0011]根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種制造用于超高壓壓縮機(jī)的填料盤的方法，包括以下步驟:
提供具有相對的第一前面和第二前面、中心軸向孔和至少一個潤滑油導(dǎo)管的內(nèi)盤；軸向開孔和潤滑油導(dǎo)管從第一前面延伸至第二前面；
使?jié)櫥蛯?dǎo)管自增強(qiáng)；
在自增強(qiáng)之后，除去第一前面和第二前面兩者上的內(nèi)盤的厚度(即，外層)。
[0012]該方法作為優(yōu)選包括在使?jié)櫥蛯?dǎo)管自增強(qiáng)之后使內(nèi)盤和外盤收縮配合以及除去內(nèi)盤的第一前面和第二前面兩者上的厚度的步驟。
[0013]根據(jù)又一個方面，本文中公開的本主題還涉及一種用于超高壓壓縮機(jī)的填料盤和包括根據(jù)上文公開的方法制造的一個或更多個填料盤的超高壓壓縮機(jī)。
[0014]特征和實(shí)施例在這里的下文中公開，并且在所附權(quán)利要求中進(jìn)一步闡明，該所附權(quán)利要求形成了本描述的組成部分。以上簡要描述闡明了本發(fā)明的各種實(shí)施例的特征，以便隨后的詳細(xì)描述可更好理解，并且以便對本領(lǐng)域的本貢獻(xiàn)可被更好認(rèn)識到。當(dāng)然，存在將在下文中描述并且將在所附權(quán)利要求中闡明的本發(fā)明的其它特征。在該方面中，在詳細(xì)地闡釋本發(fā)明的若干實(shí)施例之前，理解的是，本發(fā)明的各種實(shí)施例在它們的應(yīng)用上不限于構(gòu)造的細(xì)節(jié)和以下描述中闡明或附圖中示出的構(gòu)件的布置。本發(fā)明能夠有其它實(shí)施例，并且能夠以各種方式實(shí)踐和執(zhí)行。另外，將理解的是，本文中使用的用語和術(shù)語為了描述的目的，并且不應(yīng)當(dāng)認(rèn)作是限制。
[0015]就此而言，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本公開所基于的構(gòu)想可容易地用作設(shè)計(jì)用于執(zhí)行本發(fā)明的若干目的的其它結(jié)構(gòu)、方法和/或系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求被認(rèn)作是包括在它們并未脫離本發(fā)明的精神和范圍的范圍內(nèi)的此類等同構(gòu)造。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明的公開實(shí)施例和其所附優(yōu)點(diǎn)中的許多個的更完整認(rèn)識將容易獲得，因?yàn)樗鼈冊诮Y(jié)合附圖考慮時通過參照以下詳細(xì)描述而變得更好理解，在該附圖中:
圖1示出了包括包繞往復(fù)式柱塞的填料盤的布置的超高壓壓縮機(jī)的截面視圖；
圖2示出了圖1的超高壓壓縮機(jī)的截面透視圖；
圖3示出了圖1中的超高壓壓縮機(jī)的填料盤布置的放大圖；
圖4示出了填料盤的透視圖； 圖5示出了用于制造填料盤的方法的框圖；
圖6A-6C示意性地示出了一系列制造步驟；
圖7示出了填料盤中的徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力的圖表；
圖7A示出了圍繞潤滑油孔的典型的應(yīng)力分布；
圖8A，8B和8C示出了在自增強(qiáng)之后和在除去內(nèi)盤的外層之前根據(jù)本文中公開的方法制造的填料盤的潤滑油導(dǎo)管的末端部分中的殘余環(huán)向應(yīng)力、殘余徑向應(yīng)力和殘余馮米斯應(yīng)力；
圖9A，9B和9C示出了在自增強(qiáng)和除去內(nèi)盤的外層之后的根據(jù)本文中公開的方法制造的填料盤的潤滑油導(dǎo)管的末端部分中的殘余環(huán)向應(yīng)力、殘余徑向應(yīng)力和殘余馮米斯應(yīng)力；圖10A，10B示出了顯示分別在除去內(nèi)盤的外層之前和之后的殘余當(dāng)量應(yīng)力的曲線的圖表；
圖11A，11B示出了分別在除去內(nèi)盤的外層之前和之后的殘余當(dāng)量塑性應(yīng)變的圖表；
圖12A，12B示出了顯示分別在除去內(nèi)盤的外層之前和之后的殘余環(huán)向應(yīng)力的曲線的圖表；
圖13A，13B示出了顯示分別在除去內(nèi)盤的外層之前和之后的殘余環(huán)向應(yīng)變的曲線的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0017]示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述提到了附圖。不同示圖中的相同附圖標(biāo)記識別相同或相似的元件。此外，示圖不一定按比例繪制。另外，以下詳細(xì)描述并不限制本發(fā)明。替代地，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
[0018]說明書各處提到的〃 一個實(shí)施例〃或〃實(shí)施例〃或〃 一些實(shí)施例〃是指結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包