一种压力容器及制作方法、压力容器应力检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种压力容器及制作方法、压力容器应力检测系统及方法，涉及压力容器技术领域，为解决传统压力容器不能避免因内外部作用引起的损坏甚至爆炸事故发生，实现及时预警提示功能。本发明专利技术的压力容器，包括容器本体，所述容器本体的外壁上涂覆有压电复合材料层。本发明专利技术的压力容器用于盛装液体或气体。

A Pressure Vessel and Its Fabrication Method, Pressure Vessel Stress Detection System and Method

【技术实现步骤摘要】
一种压力容器及制作方法、压力容器应力检测系统及方法
本专利技术涉及压力容器
，尤其涉及一种压力容器及制作方法、压力容器应力检测系统及方法。
技术介绍
压力容器是指盛装液体或者气体、并承载一定压力的设备，压力容器的罐体结构是该类产品的核心部件，罐体结构在受到腐蚀、磨损、刺穿、氧化、瞬时高压、光热老化等内外部作用时，会使罐体整体的承压性能不均衡，使罐体局部甚至整体发生形态的改变，从而会导致罐体破裂、破损、严重变形甚至爆炸，使产品整体报废。在日常生活中，电热水器的内胆即为常见的压力容器，电热水器的内胆破裂漏水、内胆爆炸等质量和安全事故时常发生，给消费者造成了人身伤害以及经济损失。目前针对电热水器的内胆，在产品设计环节，一般是依据经验进行，内胆的形状、结构、钢板厚度等参数的设计缺少理论依据和检测数据支持；在产品制造、质量检测方面，目前通用的办法是通过循环打压次数来验证是否合格。但是，对于这些质量检测合格的压力容器，其安装环境、用户的使用习惯以及产品的实际工作状态等均不相同，这些差异化的内外部影响因素仍有可能引起压力容器损坏甚至爆炸事故的发生，因此，对压力容器进行实时监测，及时发出预警提示，规避安全风险，具有重要的实用价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种压力容器及制作方法、压力容器应力检测系统及方法，可检测压力容器器壁的受压情况，并及时发出预警信号。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：一种压力容器，包括容器本体，所述容器本体的外壁上涂覆有压电复合材料层。本专利技术提供的这种压力容器，在容器本体的外壁上涂覆有压电复合材料层，当容器本体受压发生形变时，容器本体的外壁上涂覆的压电复合材料层也同时发生对应形变，基于压电材料的压电效应，在压电材料发生形变时，材料表面会产生电荷和电压，并且电压的大小与形变成正比，因此，在容器本体发生形变时，通过收集压电复合材料层表面的电压数据，通过分析该电压的大小，即可得知容器本体受压情况，从而可以及时采取保护措施，避免压力容器损坏甚至爆炸的情况发生。进一步地，所述压电复合材料层由压电纳米材料、表面活性剂和光固化树脂制成。进一步地，所述压电纳米材料为锆钛酸铅、钛酸钡、铋铁氧体中的一种或几种以任意比例的组合。进一步地，所述表面活性剂为三甲氧基甲硅基甲基丙烯酸丙酯。一种压力容器的制作方法，包括以下步骤：步骤一、将压电纳米材料在去离子水中进行超声分散形成悬浊液，然后向所述悬浊液中加入表面活性剂，得到混合溶液；步骤二、对所述混合溶液进行回流处理；步骤三、对经过回流处理的所述混合溶液进行离心处理，然后去除上层液，并用无水乙醇清洗沉淀固体，再进行干燥后，得到固体产物；步骤四、将所述固体产物与光固化树脂混合，并球磨得到压电复合材料溶胶原料；步骤五、将所述压电复合材料溶胶原料均匀涂覆在容器本体的外壁上，并用紫外灯辐照进行固化，形成压电复合材料层。本专利技术提供的压力容器的制作方法，将压电纳米材料通过表面活性剂处理，降低压电纳米材料的团聚，增强压电纳米材料的分散性，然后将其与光固化树脂均匀混合形成溶胶，并涂覆在容器本体外壁上。经过表面活性剂处理的压电纳米材料在光固化树脂中均匀分散，因此，涂覆在容器本体外壁上的溶胶在凝固后形成性能均一的压电复合材料层。进一步地，所述步骤一中的所述压电纳米材料与所述表面活性剂的重量比为1:0.5-1:1.5。进一步地，所述步骤二中的所述混合溶液在600-1200r/min的搅拌条件以及120-180℃的温度条件下进行回流3-5h。进一步地，所述步骤三中的所述沉淀固体用无水乙醇清洗3-5次，干燥温度为60℃。进一步地，所述步骤四中的所述固体产物与所述光固化树脂的体积比率为0.05:1-0.5:1，并且球磨时间为30min。进一步地，所述步骤五中的紫外灯光照强度为20w，辐照时间为10-30s。一种压力容器应力检测系统，包括容器本体、微处理器和丝束电极组件，所述容器本体的外壁上涂覆有压电复合材料层，所述丝束电极组件一端与所述压电复合材料层的表面电连接，另一端与所述微处理器电连接；所述丝束电极组件用于向所述微处理器传输所述压电复合材料层发生形变后、形变区域内与丝束电极组件电连接的每一个点位处分别产生的电压数据，所述微处理器用于接收所述电压数据，所述微处理器根据每一个点位处产生的所述电压数据的大小判断容器本体受压情况、并在至少一个点位处产生的所述电压数据超出安全范围时发出预警信号。本专利技术提供的压力容器应力检测系统，在容器本体的外壁上涂覆有压电复合材料层，当压力容器受到内外部作用时，容器本体发生局部或者整体形变，此时涂覆在容器本体的外壁上的压电复合材料层也同时发生对应形变，基于压电材料的压电效应，当压电复合材料层发生形变时会产生电荷和电压，并且电荷和电压与压电复合材料层的形变大小成正比，微处理器通过丝束电极组件收集压电复合材料层产生的电压数据，并通过该数据检测容器本体发生的形变大小，如果形变超出安全范围则及时发出预警信号，接收到预警信号的用户，可及时做出处理措施，避免容器本体损坏、破裂甚至爆炸。进一步地，所述丝束电极组件包括绝缘固定基板和多根金属电极，所述绝缘固定基板上设置有以阵列形式排列分布的多个小孔，所述金属电极分别插入所述绝缘固定基板上的小孔中，每根所述金属电极一端与所述压电复合材料层的表面电连接，另一端与所述微处理器电连接。进一步地，所述丝束电极组件与微处理器之间通过集束导线电连接，所述集束导线内设置有多根分支，所述分支的一端分别与所述金属电极一一对应电连接，所述分支的另一端集成为一根导线并与所述微处理器电连接。进一步地，还包括显示装置，所述显示装置与所述微处理器电连接，所述显示装置用于显示所述微处理器接收的所述电压数据或根据所述电压数据输出图形、图像信息。一种压力容器应力检测方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、对丝束电极组件中以阵列形式排列的金属电极进行编号并将每根金属电极的阵列位置与编号的对应信息储存在微处理器中；步骤二、将丝束电极组件用于与压电复合材料层电连接的一端固定在外壁涂敷有压电复合材料层的压力容器的待检测部位上，金属电极与压电复合材料层直接接触；步骤三、所述微处理器通过所述丝束电极组件获取所述压电复合材料层发生形变后、与丝束电极组件的金属电极接触的点位处产生的电压数据；步骤四、当所述微处理器获取的电压数据中、至少有一个点位处产生的电压数据的大小超出安全区间时，微处理器发出预警信号或者启动自动保护操作。本专利技术提供的压力容器应力检测方法，对金属电极的阵列位置信息进行编号，并储存在微处理器中，当容器本体发生形变时，压电复合材料层同时发生形变，在形变区域内与丝束电极组件电连接的每一个点位处分别产生电压数据，该电压数据传输至微处理器，微处理器接收数据并分析后，即可得知压电复合材料层上对应点位处的形变大小，当电压数据超出安全区域时，微处理器发出预警信号或者启动自动保护操作，避免压力容器损害或者爆炸的情况发生。进一步地，所述微处理器获取的电压数据通过等高线地图或者三维分布图的形式显示。进一步地，所述自动保护操作包括对压力容器内部泄压或者停止对压力容器加压。附图说明图1为本专利技术实施例的压力容器应力检测系统结构示意图。图2为本专利技术实施例的丝束电极组件的结构示意图。图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力容器，其特征在于，包括容器本体，所述容器本体的外壁上涂覆有压电复合材料层。

【技术特征摘要】
1.一种压力容器，其特征在于，包括容器本体，所述容器本体的外壁上涂覆有压电复合材料层。2.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述压电复合材料层由压电纳米材料、表面活性剂和光固化树脂制成。3.根据权利要求2所述的压力容器，其特征在于，所述压电纳米材料为锆钛酸铅、钛酸钡、铋铁氧体中的一种或几种以任意比例的组合。4.根据权利要求2所述的压力容器，其特征在于，所述表面活性剂为三甲氧基甲硅基甲基丙烯酸丙酯。5.一种如权利要求1-4任一项所述的压力容器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将压电纳米材料在去离子水中进行超声分散形成悬浊液，然后向所述悬浊液中加入表面活性剂，得到混合溶液；步骤二、对所述混合溶液进行回流处理；步骤三、对经过回流处理的所述混合溶液进行离心处理，然后去除上层液，并用无水乙醇清洗沉淀固体，再进行干燥后，得到固体产物；步骤四、将所述固体产物与光固化树脂混合，并球磨得到压电复合材料溶胶原料；步骤五、将所述压电复合材料溶胶原料均匀涂覆在容器本体的外壁上，并用紫外灯辐照进行固化，形成压电复合材料层。6.根据权利要求5所述的压力容器的制作方法，其特征在于，所述步骤一中的所述压电纳米材料与所述表面活性剂的重量比为1:0.5-1:1.5。7.根据权利要求5所述的压力容器的制作方法，其特征在于，所述步骤二中的所述混合溶液在600-1200r/min的搅拌条件以及120-180℃的温度条件下进行回流3-5h。8.根据权利要求5所述的压力容器的制作方法，其特征在于，所述步骤三中的所述沉淀固体用无水乙醇清洗3-5次，干燥温度为60℃。9.根据权利要求5所述的压力容器的制作方法，其特征在于，所述步骤四中的所述固体产物与所述光固化树脂的体积比率为0.05:1-0.5:1，并且球磨时间为30min。10.根据权利要求5所述的压力容器的制作方法，其特征在于，所述步骤五中的紫外灯光照强度为20w，辐照时间为10-30s。11.一种压力容器应力检测系统，其特征在于，包括容器本体、微处理器和丝束电极组件，所述容器本体的外壁上涂覆有压电复合材料层，所述丝束电极组件一端与所述压电复合材料层的表面电连接，另一端与所述微处理器电连接；所述丝束电极组...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝红，
申请(专利权)人：海信广东厨卫系统有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44