СТАЛЬНОЙ БАЛЛОН ДЛЯ ГАЗОВ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B21D51/24 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления стальных баллонов малой и средней емкости для газов давлением до 20 МПа (200 кгс/см²), а также к конструкциям стальных цельнотянутых баллонов малой и средней емкости.

Известны способы изготовления и конструкции стальных баллонов (ГОСТ 15860-85. Баллоны стальные сварные для сжиженных углеводородных газов на давление до 1,6 МПа), принятые за аналог.

По этому способу верхнее и нижнее днища изготавливаются холодной или горячей штамповкой. Если горячая штамповка осуществлялась при температура ниже 700^оС, то днища подвергаются термической обработке для снятия внутренних напряжений. К верхнему днищу приваривается кольцо горловины с наружной трубной цилиндрической резьбой С2 В (ГОСТ 6357-81) для предохранительного колпака, а в горловину (в отверстие кольца) вваривается втулка с внутренней конической резьбой W 27,8 (ГОСТ 9909-81) под латунный штуцер. К нижнему днищу приваривается башмак. Затем оба днища привариваются к обечайке на специально изготовленных подкладных кольцах, устанавливаемых внутри баллона под сварочным швом. Все детали баллона изготавливаются из листовых углеродистых сталей различных марок, устанавливаемых ГОСТ 380-71, ГОСТ 16523-70, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74, ГОСТ 1050-74. Специальным испытаниям при входном контроле на соответствие требованиям по критериям механических характеристик ( δ,Ψ а_к) подвергаются все материалы. Кроме того, проводятся испытания всех сварных соединений и приемо-сдаточные испытания сварных баллонов.

Недостатками известных способов изготовления баллонов (сосудов) являются: сложность и большая трудоемкость технологических процессов; применение различных материалов; большой расход черных и цветных металлов, электродов, флюса; необходимость проведения многочисленных испытаний металла, сварных соединений и каждого баллона в отдельности, а также выполнение работ опытным высококвалифицированным сварщиком.

Известны также способы изготовления и конструкции стальных цельнотянутых баллонов. Баллоны стальные малой и средней емкости для газов на Р_р-20 МПа (200 кгс/см²).

Изготовление баллона включает обратное выдавливание из объемной заготовки, несколько вытяжек с утонением стенки и промежуточными химико-термическими операциями. Затем у полученного цельнотянутого цилиндра нагревается верхняя часть и роликами по копиру формируется горловина. Внутренняя и наружная поверхности горловины имеют параболическую форму относительно оси симметрии сосуда. На внутренней поверхности горловины нарезается коническая резьба W 27,8 (ГОСТ 9909-81), куда вворачивается латунный штуцер. Снаружи на горловину сверху надевается и приваривается к корпусу специально изготовленное кольцо, имеющее толщину стенки не менее 3,5 мм и наружную трубную цилиндрическую резьбу G 2 В (ГОСТ 6357-81), на которую в дальнейшем наворачивается колпак, предохраняющий штуцер от повреждений при транспортировке (вес кольца равен 0,3 кг, а колпака до 1,8 кг). Штуцер вворачивается в горловину баллона на свинцовом сурике (ГОСТ 1951-73), свинцовом глете (ГСОТ 5539-73), разведенных натуральной олифой (ГОСТ 7931-76).

Герметичность конической резьбы достигается установкой по наружному диаметру штуцера под его фланец медной уплотнительной шайбы и затяжкой штуцера при моменте завинчивания (220±40) Н м.

В полости штуцера размещается медная прокладка, а на нее укладывается медная мембрана. После заправки газа во внутрь штуцера вворачивается по цилиндрической резьбе прижимная втулка, которая через специальный сухарик плотно прижимает прокладку через мембрану к рельефному дну штуцера.

После вытяжных операций с утонением стенки дно баллона имеет несколько выпуклую форму и баллон не устанавливается надежно в вертикальном положении. Чтобы обеспечить вертикальную устойчивость баллону ГОСТ 949-73, регламентирует установку специального башмака, представляю- щего собой отрезок стальной трубы, приваренный к баллону с зазором между опорной поверхностью башмака и днищем баллона не менее 10 мм.

Недостатками известных способов изготовления баллонов и их конструкции являются: ослабление корпуса цельнотянутого баллона наличием двух мест сварки (приварка кольца с резьбой и башмака); повышенный расход черных (башмак, кольцо, колпак) и цветных (уплотнительная медная шайба и латунный штуцер) металлов, трудоемкость и затраты при изготовлении башмака, кольца, колпака, уплотнительной шайбы и штуцера, расход свинцового сурика, олифы, электродов, флюса; нагрев верхней части корпуса для оформления горловины в горячем состоянии; при откручивании латунного штуцера наличие конической резьбы не допускает его повторное использование, вворачивается новый штуцер; недостаточно надежная герметизация конической резьбы; необходимость испытания каждого баллона на герметичность.

Целью предлагаемой конструкции стального баллона для газов и способа его изготовления является повышение надежности и снижение расхода металла.

Это достигается тем, что на участке перехода горловины в корпус баллона выполнен внутренний фланец, а на днище корпуса-опорный бурт, при этом профиль внутренней полости горловины соответствует наружному профилю стандартной запорной арматуры и сопряжен с ней, причем уплотнительное медное кольцо установлено на внутреннем фланце, кроме того, размеры внутреннего фланца определяют по зависимостям:
h=(0,12-0,14)D;
D_o=(0,14-0,16)D, где h толщина фланца;
D_o диаметр отверстия горловины на участке внутреннего фланца;
D наружный диаметр корпуса баллона.

При выполнении операции выдавливания формируют на днище корпуса опорный бурт, а после выполнения многопереходного обжима деформирующими элементами в виде кулачков на участке перехода горловины в корпус баллона радиальным обжатием формируют внутренний фланец, после чего выполняют дополнительную операцию механической обработки внутреннего фланца баллона, в вертикальном положении на его нижнюю часть надевается и приваривается отрезок стальной трубы (башмак).

Оформление бурта на днище корпуса при выдавливании делает ненужным применение башмаков и их приварку, так как при опоре на бурт баллон устойчив в вертикальном положении. Формирование горловины многооперационным обжимом в штампах упрощает технологический процесс, устраняет дополнительный нагрев верхней части цельнотянутого цилиндрического корпуса и формирование горловины роликами. Локальная радиальная деформация металла кулачками в основании горловины в холодном состоянии позволяет переместить металл внутрь горловины и сформировать внутренний фланец. В дальнейшем полость горловины обрабатывается в размер внутренней полости латунного штуцера для установки стандартной запоpной арматуры, герметизирующей полость баллона прижатием уплотнительного медного кольца к внутреннему фланцу горловины. Для надежного уплотнения ширина выступающей части фланца в полости после расточки должна быть не менее (0,04.0,05)D, диаметр отверстия фланца изготавливается равным (0,14.0,17).

Снаружи горловины выполняется резьба, проточка и упор, соответствующие наружным размерам штуцера. Это исключает применение латунных штуцеров, медных уплотнительных шайб, свинцового сурика, натуральной олифы. Отсутствие штуцера делает не нужным применение защитных колпаков, а также приварку колец к корпусу. Для предохранения попадания пыли и грязи в полость горловины на горловину надевается капроновый колпачок.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого баллона для газов.

У корпуса 1 ниже днища выдавливанием изготовлен бурт 2. У основания горловины радиальной деформацией металла кулачками выполнен внутренний фланец 3, имеющий после расточки диаметр (0,14.0,17)D. Расстояние Н от фланца до края горловины равно размеру в штуцере от кольцевого пояска до края штуцера. Все размеры внутренней полости горловины соответствуют размерам полости штуцера. На внутренний фланец опирается стандартная запорная арматура (медное уплотнительное кольцо 4, медная мембрана 5, латунный сухарик 6 и прижимная латунная втулка 7). Снаружи горловины выполнена резьба 8, проточка 8 и упор 10, причем расстояние h от упора до края горловины, а также размеры проточки и резьбы соответствуют размерам, выполненным у штуцера. Капроновый колпачок 11 предохраняет попадание грязи и пыли внутрь горловины.

Перед заполнением баллона газом в горловину устанавливается запорная арматура. После заполнения баллона специальный ключ вставляют в паз 12 прижимной втулки 7 и, завинчивая ее, герметизируют полость баллона. Герметизация достигается тем, что уплотнительное медное кольцо 4 при закручивании втулки 7 снимается о внутренний фланец 3 и надежно запирает полость.

Если ширина выступающей части фланца больше (0,04.0,05)D, то для смятия кольца необходимо прикладывать значительное усилие при завинчивании втулки. У штуцеров дно выполнено рельефным имеется кольцевой выступ шириной до 1 мм, который врезается в медное кольцо и герметизирует полость баллона. Поэтому в предложенной конструкции после механической обработки горловины и фланца у последнего оставляют кольцевой поясок шириной (0,04.0,05)D. Внутренняя полость горловины имеет диаметр 0,57d, где d наружный диаметр горловины, поэтому отверстие фланца обрабатывают до диаметра (0,14.0,17)D. Высоту кулачков, которыми осуществляют радиальный пережим металла для образования внутреннего фланца, выбирают равной (0,28.0,33)d. При меньших значениях в процессе деформации наблюдается срез металла. При больших размерах высоты кулачков увеличивается высота горловины.

После радиальной деформации внутренний фланец имеет диаметр отверстия 0,12D бочкообразной формы высотой (0,19.0,21)D. В результате механической обработки высота фланца уменьшается до (0,12.0,14)D. При размерах >0,14D высоты фланца увеличивается высота горловины, так как глубина полости до фланца должна иметь размер Н. При толщине <0,12D фланца необходимо произвести расчет на срез фланца от внутреннего давления газа. Высота фланца (0,12. 0,14)D является оптимальной.

Реализация конструкции и предлагаемого способа изготовления баллонов для газов не требует больших дополнительных затрат. Способ и конструкция могут быть использованы на всех предприятиях, выпускающих подобную продукцию.

Технологичность изготовления и повышенная надежность конструкции обеспечивает высокое качество стальных цельнотянутых баллонов для газов.

Использование: обработка металлов давлением. Сущность изобретения: стальной баллон имеет корпус с днищем и горловиной. В полости корпуса установлена стандартная запорная арматура. На участке перехода горловины в корпус выполнен внутренний фланец, на днище корпуса - опорный бурт. Размеры внутреннего фланца определяют по предложенной зависимости. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Стальной баллон для газов, включающий корпус с днищем и горловиной, имеющий полость, в которой установлена стандартная запорная арматура, состоящая из уплотнительного медного кольца, медной мембраны, латунного сухарика и латунной прижимной втулки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения расхода металла, на участке перехода горловины в корпус баллона выполнен внутренний фланец, а на днище корпуса опорный бурт, при этом профиль внутренней полости горловины соответствует наружному профилю стандартной запорной арматуры и сопряжен с ней, причем уплотнительное медное кольцо установлено на внутреннем фланце, кроме того, размеры внутреннего фланца определяют по зависимостям
h (0,12 0,14)D,
D₀ (0,14 0,17)D,
где h толщина фланца;
D₀ диаметр отверстия горловины на участке внутреннего фланца;
D наружный диаметр корпуса баллона. 2. Способ изготовления стального баллона для газов, включающий операции выдавливания, многопереходной вытяжки с утонением стенки и многопереходного обжима, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода металла и трудоемкости, при выполнении операции выдавливания формируют на днище корпуса опорный бурт, после выполнения многопереходного обжима деформирующими элементами в виде кулачков на участке перехода горловины в корпус баллона радиальным обжатием формируют внутренний фланец, после чего выполняют дополнительную операцию механической обработки внутреннего фланца.