Баллон высокого давления и способ его изготовления

 

1 Баллон предназначен для длительного хранения и транспортировки сжиженных газов, а способ - для изготовления баллона. Баллон содержит корпус, выполненный в виде трубы, в верхней части которой при помощи сварки закреплена крышка, а в нижней, днище повышенной жесткости, при этом концы трубы, выступающие над вставленными вовнутрь трубы крышкой и днищем, сформированы в виде отдельных сегментов перед сваркой и выполнены с возможностью контакта с внешним торцом крышки и днища, причем контакт радиально сформированных концов трубы с торцами крышки и днища прерывистый. Способ изготовления баллона включает фиксацию и крепление в трубе крышки и днища, а также герметизацию стыков, при этом вначале осуществляют внутри верхней части трубы фиксацию прерывистым сварочным швом крышки, а в нижней части трубы - днища, затем радиальное прерывистое формирование концов трубы, выступающих над вставленными вовнутрь трубы крышкой и днищем, в виде отдельных сегментов в местах, где нет фиксирующего сварочного шва, и в конце герметизацию стыков путем нанесения в несформированных концах трубы угловых сварочных швов, а в сформированных - нахлесточных сварочных швов. Технический результат - повышение надежности. 2 с.п. ф-лы, 18 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 как в виде разных, так и одинаковых поверхностей второго порядка, а также в виде конических [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].

Недостатком 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 обработки давлением 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, содержащего корпус в виде трубы, в верхней части которой при помощи сварки закреплена крышка, а в нижней - днище повышенной жесткости, при этом концы трубы, выступающие над вставленными вовнутрь трубы крышкой и днищем, сформированы в виде отдельных сегментов перед сваркой и выполнены с возможностью контакта с внешним торцом крышки и днища, причем контакт радиально сформированных концов трубы с торцами крышки и днища прерывистый.

Наряду с этим, поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа изготовления баллона высокого давления, включающего фиксацию и крепление в трубе крышки и днища, а также герметизацию стыков, при этом вначале осуществляют внутри верхней части трубы фиксацию прерывистым сварочным швом крышки, а в нижней части трубы - днища, затем радиальное прерывистое формирование концов трубы, выступающих над вставленными вовнутрь трубы крышкой и днищем, в виде отдельных сегментов в местах, где нет фиксирующего сварочного шва, и в конце герметизацию стыков путем нанесения в несформированных концах трубы угловых сварочных швов, а в сформированных - нахлесточных сварочных швов.

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

На фиг.1 изображен баллон высокого давления, продольное сечение по А-А на фиг.2; на фиг.2 - вид сверху по Б на фиг.1; на фиг.3 - вид снизу по В на фиг.1. На фиг.4-18 изображена последовательность реализации способа изготовления баллона высокого давления, где на фиг.4 - заготовка - труба; на фиг.5 - фиксация крышки внутри верхней части трубы прерывистым сварным швом; на фиг.6 - вид сверху по Г на фиг.5; на фиг.7 - радиальное прерывистое формирование верхней части трубы, выступающей над крышкой; на фиг.8 - вид сверху по Д на фиг.7; на фиг.9 - герметизация стыка трубы с крышкой, частичный продольный разрез по Е-Е на фиг.8; на фиг.10 - вид сверху по Ж на фиг.9; на фиг.11 - днище повышенной жесткости; на фиг.12 - фиксация днища внутри нижней части трубы прерывистым сварным швом; на фиг.13 - вид снизу по И на фиг.12; на фиг.14 - радиальное прерывистое формирование нижней части трубы, выступающей над днищем; на фиг.15 - вид снизу по К на фиг.14; на фиг.16 - герметизация стыка трубы с днищем; на фиг.17 - вид снизу по Л на фиг.16; на фиг.18 - контроль готового изделия.

Баллон высокого давления включает корпус 1 в виде трубы, в верхней части которой при помощи сварки закреплена крышка 2, а в нижней при помощи сварки закреплено днище 3 повышенной жесткости.

Концы 4 корпуса 1, выступающие над вставленными во внутрь трубы крышкой 2 и днищем 3, сформированы в виде отдельных сегментов перед герметизирующей сваркой и выполнены с возможностью контакта с внешним торцом крышки 2 и днища 3, причем контакт радиально сформированных в виде отдельных сегментов концов 4 трубы 1 с торцами крышки 2 и днища 3 прерывистый.

Радиально сформированные концы 4 корпуса 1 в виде отогнутых сегментов чередуются с несформированными концами 5 корпуса, при этом длины отогнутых 4 и прямых 5 сегментов равны.

Герметичность соединения крышки 2 и днища 3 с корпусом 1 обеспечивается кольцевыми сварными швами, причем герметичность соединения отогнутых сегментов 4 корпуса с торцами крышки 2 и днища 3 обеспечивается нахлесточным 6 сварным швом, а герметичность прямых сегментов 5 корпуса с крышкой 2 и днищем 3 - угловым 7 сварным швом.

Коническое резьбовое отверстие в крышке 2 предназначено для крепления вентиля (на фиг.1 не показан).

Работа баллона высокого давления осуществляется следующим образом.

Газ, хранящийся в баллоне под высоким давлением, через крышку 2 и днище 3, находящиеся внутри корпуса 1, действует на радиально сформированные отогнутые сегменты 4 корпуса 1. Таким образом, силовым элементом в соединении корпуса 1 с крышкой 2 и днищем 3 при эксплуатации баллона являются радиально сформированные сегменты 4 корпуса 1, при этом по неровностям сопрягаемых поверхностей крышки 2, днища 3 и корпуса 1 газ может проникать в атмосферу. Герметизирующими элементами в вышеназванных соединениях являются кольцевые сварные швы, меняющие свой вид: нахлесточные 6 - для герметизации отогнутых сегментов 4 корпуса с крышкой и днищем и угловые 7 - для герметизации прямых сегментов 5 корпуса с крышкой и днищем.

Предлагаемый способ изготовления баллона высокого давления включает фиксацию и крепление в трубной заготовке 1 (фиг.4) крышки 2 и днища 3, а также герметизацию стыков, при этом вначале осуществляют внутри верхней части трубы 1 фиксацию прерывистым сварочным швом 8 крышки 2 (фиг.5 и 6), а в нижней части трубы 1 - днища 3 (фиг.11-13), затем радиальное прерывистое формирование концов 4 трубы 1, выступающих над вставленными вовнутрь трубы 1 крышкой 2 (фиг.7 и 8) и днищем 3 (фиг.14 и 15), в виде отдельных сегментов в местах, где нет фиксирующего сварочного шва 8, и в конце герметизацию стыков путем нанесения в несформированных концах 5 трубы 1 угловых сварных швов 7, а в сформированных 4 - нахлесточных сварных швов 6 (фиг.9 и 10, 16 и 17). Двойное нанесение сварочных швов: вначале фиксирующего, а затем герметизирующего в местах несформированных сегментов 5, позволяет увеличить прочность и надежность соединений корпуса с крышкой и днищем.

Радиальное формирование концов 4 трубы в виде прерывистых отогнутых сегментов с оставлением прямых сегментов 5 позволяет уменьшить трудоемкость способа изготовления несущих элементов баллона, снизить требования к точности геометрических размеров деталей баллона, уменьшить количество операций и усилия обработки давлением, а также технологического оборудования.

Пример. Изготовлялся баллон высокого давления Р_раб=22,5 МПа. Наименование баллона БВД-2000. Марка огнетушителя - ОУ-2. Габаритные размеры баллона ⊘108 х 325 мм. Масса баллона - 5,5 кг. Заготовка корпуса - стальная бесшовная горячекатанная труба 108 х 5 ГОСТ 8734 / В 20 ГОСТ 8733) длиной 325 мм. Крышка изготовлялась по внутреннему диаметру трубы в размеры ⊘98 х 6 мм. Днище штамповалось в размеры ⊘98 х16 мм из листового проката толщиной 6 мм.

Вначале внутри верхней части трубы фиксировали крышку прерывистым сварочным швом по ГОСТ 14771-Т1-МП, длина шва - 25 мм, расстояние между швами - 25 мм. Всего по окружности накладывали 6 сварочных швов (см. фиг.5 и 6). Затем формировали выступающий над крышкой верхний торец трубы в виде шести отдельных сегментов длиной 25 мм в местах между сварочными швами, расстояние между сегментами - 25 мм (см. фиг.7 и 8). В конце производилась герметизация соединения крышки с корпусом путем нанесения нахлесточных сварных швов в местах сформированных отогнутых сегментов и угловых сварных швов в остальных местах (см. фиг.9 и 10) по ГОСТ 14771-У2-МП 135-8.

Соединение днища с нижним концом трубы производилось аналогично. Вначале внутри нижней части трубы фиксировали днище прерывистым сварочным швом по ГОСТ 14771-Т1-МП, длина шва - 25 мм, расстояние между швами - 25 мм. Всего по окружности накладывали 6 сварочных швов (см. фиг.12 и 13). Затем формировали выступающий над днищем нижний торец трубы в виде шести отдельных сегментов длиной 25 мм в местах между сварочными швами, расстояние между сегментами - 25 мм (см. фиг.14 и 15). В конце производилась герметизация соединения днища с корпусом путем нанесения нахлесточных сварных швов в местах сформированных отогнутых сегментов и угловых сварных швов в остальных местах (см. фиг.16 и 17) по ГОСТ 14771-У2-МП135-8.

Реализованный способ изготовления баллона высокого давления БВД-2000 позволил снизить требования по точности изготовления, уменьшить количество брака и снизить трудоемкость изготовления в 2,4 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, НКл. 29-422, опубл. 06.08.46.

2. Полезная модель РО 12209 01. Баллон давления. Федулов С.А., 16.12.99 - прототип

Формула изобретения

1. Баллон высокого давления, содержащий корпус, выполненный в виде трубы, в верхней части которой при помощи сварки закреплена крышка, а в нижней - днище повышенной жесткости, отличающийся тем, что концы трубы, выступающие над вставленными во внутрь трубы крышкой и днищем, сформированы в виде отдельных сегментов перед сваркой и выполнены с возможностью контакта с внешним торцом крышки и днища, причем контакт радиально сформированных концов трубы с торцами крышки и днища прерывистый.

2. Способ изготовления баллона высокого давления по п.1, включающий фиксацию и крепление в трубе крышки и днища, а также герметизацию стыков, отличающийся тем, что вначале осуществляют внутри верхней части трубы фиксацию прерывистым сварочным швом крышки, а в нижней части трубы - днища, затем радиальное прерывистое формирование концов трубы, выступающих над вставленными во внутрь трубы крышкой и днищем, в виде отдельных сегментов в местах, где нет фиксирующего сварочного шва, и в конце герметизацию стыков путем нанесения в несформированных концах трубы угловых сварочных швов, а в сформированных - нахлесточных сварочных 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, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18