Баллон высокого давления и способ его изготовления

 

При изготовлении баллона высокого давления формируют корпус в виде трубы. Далее формируют нижнюю горловину и в ней размещают профилированные днище и герметизируют стык путем нанесения кольцевого сварного шва. По мере формирования верхней горловины в ней осуществляют крепление втулки при помощи запрессовывания штифтов и герметизируют стыки путем нанесения кольцевых сварных швов. Использование изобретения позволит снизить требования к точности геометрических размеров деталей баллона, уменьшить количества операций и технологического оборудования. 2 с.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении баллонов высокого давления для длительного хранения и транспортирования сжатых и сжиженных газов, преимущественно огнетушителей.

Известна конструкция баллона, включающего стакан с горловиной, край которой размещен в кольцевом пазу втулки, а герметизация соединения втулки с горловиной осуществляется пайкой [1].

Недостатком известной конструкции являются высокие требования по точности к процессу изготовления сосуда высокого давления путем нарезания проточки во втулке, обеспечение высокой точности процесса формирования горловины, край которой размещается в кольцевом пазу втулки. Известно, что сосуды высокого давления являются толстостенными и требуют значительных усилий при штамповании, а чем выше мощность пресса, тем ниже точность изготовления. При этом изготовление стакана является очень трудоемким процессом, требующим длительного времени, средств и мощного оборудования.

Известен баллон высокого давления, включающий стакан с горловиной, внутренняя поверхность которой выполнена в виде поверхности второго порядка, скрепленную с ней при помощи сварки втулку, боковая поверхность которой выполнена в виде поверхности второго порядка, причем часть втулки, расположенная внутри баллона, снабжена кольцевым утолщением, кроме того, внутренняя поверхность горловины и поверхность утолщения на втулке, контактирующая с горловиной, выполнены коническими [2].

Недостатком известной конструкции являются высокие требования к изготовлению сосуда в целом и повышенная сложность процесса изготовления стакана и втулки, что значительно увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость баллона высокого давления.

Известен способ изготовления баллона давления, включающий закрепление втулки в формователе, формирование горловины с размещением края горловины в проточке втулки и герметизацию стыка с втулкой пайкой [1].

Недостатком известного способа является то, что при размещении края горловины в проточке втулки необходимо обеспечивать высокую точность изготовления втулки, формирователя и крепления втулки к формирователю, или при отсутствии такого требования появляется зазор между внутренней стенкой горловины и соответствующей поверхностью в проточке втулки, таким образом, пайка становится одновременно герметизирующим и несущим элементом. В последнем случае снижается надежность работы баллона высокого давления при длительном хранении сжиженного или сжатого газа. Известно, что сосуды высокого давления являются толстостенными и требуют значительных усилий при штамповке, а чем выше мощность пресса, тем ниже точность изготовления.

Известен способ изготовления баллона высокого давления, включающий ориентацию втулки, формирование горловины на стакане, фиксацию втулки в горловине с последующей герметизацией, при этом вначале осуществляют ориентацию втулки относительно стакана посредством размещения внутри стакана, а после формирования горловины перемещают втулку в направлении горловины до упора во внутреннюю поверхность горловины [2].

Недостатками известного способа является высокая трудоемкость изготовления стакана, заключающаяся в многочисленных переходах при глубокой вытяжке и формировании профиля толстостенного стакана, в необходимости использования значительного количества технологического оборудования больших мощностей и усилий. Кроме того, требуется высокая точность в получении конических поверхностей при изготовлении горловины и втулки. Все это увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость баллона высокого давления.

Задачей изобретения является создание надежной технологичной конструкции баллона высокого давления и менее трудоемкого способа его изготовления путем снижения требований к точности геометрических размеров деталей баллона, уменьшения количества операций и технологического оборудования и использования стандартного профильного металлопроката при изготовлении баллонов высокого давления в условиях серийного и массового производств.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой конструкции баллона высокого давления, которая включает трубу с горловиной и скрепленную с ней при помощи сварки втулку, при этом в качестве корпуса баллона взята труба, в нижний торец, выполненный в виде сужающей горловины, которой при помощи сварки закреплено днище повышенной жесткости, а втулка взята с цилиндрической наружной поверхностью и скреплена с верхней горловиной трубы радиально расположенными штифтами, запрессованными во втулку и приваренными к горловине. Кроме того, поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа изготовления баллона высокого давления, включающего формирование верхней горловины заготовки и фиксацию втулки, при этом формируют заготовку - трубу, ее нижнюю горловину и в ней размещают днище и герметизируют стык путем нанесения кольцевого сварного шва, затем по мере формирования верхней горловины в ней осуществляют крепление втулки при помощи запрессовывания штифтов и герметизируют стыки путем нанесения кольцевых сварных швов.

Особенности конструкции баллона высокого давления и способа его изготовления поясняются чертежами.

На фиг. 1 изображена конструкция баллона высокого давления, продольное сечение; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1; на фиг.3-12 изображена последовательность реализации способа изготовления баллона высокого давления, где на фиг.3 - отрезок трубной заготовки; на фиг.4 - формование нижней горловины; на фиг. 5 - вырубка и формование днища повышенной жесткости; на фиг.6 - закрепление днища в нижней горловине и нанесение на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва; на фиг.7 - формование верхней горловины; на фиг.8 - изготовление цилиндрической втулки; на фиг.9 - изготовление штифтов; на фиг. 10 - закрепление втулки в верхней горловине и нанесение герметизирующего шва; на фиг.11 - сверление, развертывание радиальных отверстий под штифты и запрессовывание штифтов; на фиг.12 - нанесение на стыках верхней горловины со штифтами герметезирующих кольцевых сварных швов.

Баллон высокого давления включает трубу 1 с нижней 2 и верхней 3 горловинами, втулку 4, штифты 5 и днище повышенной жесткости 6. Втулка 4 с цилиндрической наружной поверхностью скреплена с верхней горловиной 3 радиально расположенными штифтами 5, запрессованными во втулку 4 и приваренными к горловине. Герметичность соединения нижней горловины 2 трубы 1 с днищем 6 обеспечивается кольцевым сварным швом 7.

Герметичность соединения верхней горловины 3 с втулкой 4 и штифтами 5 обеспечивается кольцевыми сварными швами 8 и 9. Коническое резьбовое отверстие 10 во втулке 4 предназначено для крепления вентиля, который на фиг.1 не показан.

Работа баллона высокого давления осуществляется следующим образом.

Газ, хранящийся в баллоне под высоким давлением, через втулку 4, находящуюся внутри верхней горловины 3 баллона, действует на штифты 5, скрепляющие втулку 4 с трубой 1. Таким образом, силовым элементом в соединении втулки 4 с верхней горловиной 3 трубы 1 при эксплуатации баллона являются штифты 5, при этом по неровностям сопрягаемых поверхностей втулки 4, верхней горловины 3 и штифтов 5 газ может проникать в атмосферу. Герметизирующими элементами в вышеназванных соединениях являются кольцевые сварные швы 8 и 9.

В соединении нижней горловины 2 с днищем 6 силовым элементом, воспринимающим высокое давление газа, является нижняя горловина 2 трубы 1, а герметизирующим элементом - кольцевой сварной шов 7.

Предлагаемый способ изготовления баллона высокого давления включает формирование нижней 2 и верхней 3 горловин трубной заготовки 1, которое осуществляется путем холодной деформации с большего диаметра на меньший.

После формования нижней горловины 2, которая согласно предлагаемому технологическому процессу изготовляется первой, в ней размещают днище 6 и закрепляют ее в нижней горловине путем нанесения на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва 7 (фиг.6). Днище 6 предварительно проходит обработку с целью приобретения большей жесткости, например, днище 6 профилируют штампованием (фиг. 5), при этом полученные впадины и выступы предохраняют днище от прогибания при действии высокого давления газа, закаченного в баллон.

Далее после формирования верхней горловины 3 (фиг.7) в ней осуществляют крепление втулки 4 (фиг.8, 10) при помощи запрессовывания штифтов (фиг.9, 11), предварительно герметизируя стык путем нанесения кольцевого сварного шва (фиг.10). При сборке для возможности ввода в отверстие верхней горловины 3 втулки 4 на ее торце, который будет находиться внутри баллона, делают фаску (фиг. 8), при этом для удешевления изготовления втулки ее наружная поверхность выполнена цилиндрической.

Пример. Изготовлялся баллон высокого давления Р_раб=22,5 МПа. Наименование баллона БВД-2000. Марка огнетушителя - ОУ-2. Габаритные размеры баллона ⊘ 108•325 мм. Масса баллона - 5,5 кг. Формование нижней горловины трубы (стальная бесшовная горячекатанная труба 108•5 ГОСТ 8734/В 20 8733) проводилось на длине 35 мм до ⊘ 76 мм. Днище штамповалось в размеры ⊘ 79•16 мм из листового проката толщиной 6 мм. Соединение днища с нижней горловиной трубы производилось путем нанесения на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва ГОСТ 14771-У2-МП135-Δ8. Формование верхней горловины трубы проводилось на длине 122 мм до ⊘ 68 мм. Втулка изготовлялась из горячекатанной круглой стали В 58 ГОСТ 2590-88/20 ГОСТ 1050-88 в размеры ⊘ 58•28 мм, на ее торце, который находится внутри баллона, делали фаску 2•45^o. Соединение втулки с верхней горловиной трубы производилось путем постановки 4 штифтов ⊘ 14,5•18 мм. Для этого сверлились и развертывались четыре радиальные отверстия глубиной 15 мм, в которые запрессовывались штифты. Герметизация втулки с верхней горловиной трубы производилась путем нанесения на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва ГОСТ 14771-У4-МП135-Δ5, а герметизация штифтов с верхней горловиной трубы - ГОСТ 14771-Т1-МП.

Реализованный способ изготовления баллона высокого давления БВД-2000 позволил снизить требования по точности изготовления, уменьшить количество брака и снизить трудоемкость изготовления в 2,1 раза по сравнению с прототипом [2].

Предложенный способ изготовления и конструкция баллона высокого давления дают возможность повысить надежность, долговечность и технологичность, снизить требования к точности изготовления, уменьшить количество операций и технологического оборудования и использовать стандартный профильный металлопрокат при изготовлении баллонов высокого давления в условиях серийного и массового производств, уменьшить трудоемкость изготовления и контроля, сократить расходы материалов, не снижая качества изделия.

Источники информации 1. Патент США 2405201, НКИ 29-422, опубл. 06.08.46.

2. Патент РФ 2153127, МКИ F 17 C 1/00, B 21 D 51/24, 16.11.98. - прототип.

Формула изобретения

1. Баллон высокого давления, включающий корпус с верхней горловиной и скрепленную с ней втулку, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде трубы и снабжен нижней сужающейся горловиной с приваренным к ней профилированным днищем, а втулка выполнена с цилиндрической наружной поверхностью и скреплена с верхней горловиной радиально расположенными штифтами, запрессованными во втулку и приваренными к горловине.

2. Способ изготовления баллона высокого давления, включающий формирование верхней горловины корпуса и фиксацию втулки, отличающийся тем, что формируют нижнюю горловину корпуса, днище профилируют штампованием, размещают в нижней горловине и герметизируют стык путем нанесения кольцевого сварного шва, затем по мере формирования верхней горловины в ней осуществляют крепление втулки при помощи запрессовывания штифтов и герметизируют стыки путем нанесения кольцевых сварных швов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12