БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F17C1/00 B21D51/24 

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 втулки, 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 формирователе, 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 технологической 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 производства.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой конструкции баллона высокого давления, которая включает корпус, выполненный в виде трубы с нижней сужающейся горловиной и приваренным к ней профилированным днищем и верхней сужающейся горловиной с расположенной внутри нее втулкой с цилиндрической поверхностью, скрепленной с горловиной при помощи трубки, один конец которой ввернут во втулку, а второй приварен к днищу.

Кроме того, поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа изготовления баллона высокого давления, включающего крепление трубки к днищу путем нанесения кольцевого сварного шва, последующей приваркой днища с трубкой к нижней горловине корпуса. Затем, после формирования верхней горловины корпуса, в ней осуществляют крепление втулки путем ее навертывания на трубку с последующей герметизацией стыка путем нанесения кольцевого сварного шва.

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

На фиг. 1 изображена конструкция баллона высокого давления, продольное сечение. На фиг.2-11 изображена последовательность реализации способа изготовления баллона высокого давления, где на фиг.2 - отрезка трубной заготовки; на фиг.3 - формирование нижней горловины; на фиг.4 - вырубка и формирование профилированного днища; на фиг.5-6 - изготовление трубки; на фиг.7 - приварка трубки к профилированному днищу; на фиг.8 - закрепление днища с трубкой в нижней горловине и нанесение на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва; на фиг.9 - формирование верхней горловины; на фиг.10 - изготовление цилиндрической втулки с буртом; на фиг.11 - закрепление втулки в верхней горловине путем ее навертывания на трубку и нанесения герметизирующего кольцевого сварного шва.

Баллон высокого давления включает трубу 1 с нижней 2 и верхней 3 горловинами, втулку 4, трубку 5 с отверстием 7 для выхода газа и профилированное днище 6.

Втулка 4 с цилиндрической наружной поверхностью скреплена с верхней горловиной 3 при помощи трубки 5, один конец которой ввернут во втулку, а второй приварен к днищу 6 кольцевым сварным швом 8.

Герметичность соединения верхней горловины 3 с втулкой 4 обеспечивается кольцевым сварным швом 10.

Герметичность соединений нижней горловины 2, трубы 1 с днищем 6 обеспечивается кольцевым сварным швом 9.

Коническое резьбовое отверстие 11 во втулке 4 предназначено для крепления вентеля, 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 трубку 5, скрепляющую втулку 4 с днищем 6. Таким образом, силовым элементом в соединении втулки 4 с верхней горловиной 3 трубы 1 при эксплуатации баллона является трубка 5, при этом по неровностям сопрягаемых поверхностей втулки 4 и верхней горловины 3 газ может проникать в атмосферу. Герметизирующим элементом в вышеназванном соединении является кольцевой сварной шов 10.

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 9.

Выход газа из баллона осуществляется по трубке 5 через отверстие в ней 7.

Предлагаемый способ изготовления баллонов высокого давления включает формирование нижней 2 и верхней 3 горловин трубы 1, которое осуществляется путем холодной деформации с большого диаметра на меньший.

После формирования нижней горловины 2, которая согласно предлагаемому технологическому процессу изготавливается первой, в ней размещают днище 6 с приваренной к нему трубкой 5 и закрепляют ее в нижней горловине путем нанесения на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва 9 (фиг.7, 8).

Днище 6 штампуют профильным для придания большей жесткости с целью предохранения днища от прогибания при действии высокого давления газа, находящегося в баллоне. Далее после формирования верхней горловины 3 (фиг.9) в ней осуществляют крепление втулки 4 (фиг.11.), навертывая на трубку 5 и герметизируя стык втулки с горловиной путем нанесения кольцевого сварного шва 10.

Втулка 4 (фиг.10) изготовляется цилиндрической и имеет бурт для фиксации по торцу верхней горловины 3.

Пример. Изготовлялся баллон высокого давления Р раб.=22,5 МПа. Наименование баллона БВД-2000. Марка огнетушителя ОУ-2. Габаритные размеры баллона Ф 108х325.

Масса баллона 4,1 кг. Формирование нижней горловины трубы (стальная бесшовная горячекатаная труба 108х5 ГОСТ 8734/В 20 8733) проводилось на длине 35 мм до Ф 65 мм. Днище штамповалось в размере Ф 79х16 мм из листового проката толщиной 6 мм. Соединение днища с нижней горловиной трубы производилось путем нанесения на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва ГОСТ 14771 - У 2 - УП 6.

Формирование верхней горловины трубы проводилось на длине 122 мм до Ф 58 мм. Втулка изготовлялась из горячекатаной круглой стали В60 ГОСТ 2590-88/20 ГОСТ 1050-88 в размере Ф58х50 мм.

Соединение втулки с верхней горловиной трубы производилось путем ее навертывания на трубку 1/2'', приваренной вторым концом к днищу кольцевым сварным швом ГОСТ 14771- 76- Т1- УП 4, до упора буртом в торец горловины.

Герметизация втулки с верхней горловиной трубы производилась путем нанесения на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва ГОСТ 14771- У4 - УП 6.

Реализация предложенной конструкции баллона высокого давления БВД-2000 и способа его изготовления позволяет снизить требования по точности изготовления БВД, уменьшить количество брака и снизить трудоемкость его изготовления.

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 при изготовлении баллонов высокого давления в условиях серийного и массового производств.

Литература
1. Патент США 2405201, НКл. 29-422, опубл. 06.08.46.

2. Патент РФ 2153127 С1, МКИ F 17 C 1/00, B 21 D 51/24. Баллон высокого давления и способ его изготовления. Федулов С.А. Заявка 98120574/12, заявл. 16.11.98, опубл. 20.07.2000 г. Бюл. 20 - прототип.

Баллон предназначен для длительного хранения и транспортирования сжатых и сжиженных газов, преимущественно огнетушителей, и способ для его изготовления. Баллон включает корпус, выполненный в виде трубы с нижней сужающейся горловиной и приваренным к ней профилированным днищем и верхней сужающейся горловиной с расположенной внутри нее втулкой с цилиндрической поверхностью, крепящейся с горловиной при помощи трубки, один конец которой ввернут во втулку, а второй приварен к днищу. Способ включает формирование нижней горловины корпуса, крепление трубки к днищу путем нанесения кольцевого сварного шва, последующую приварку днища с трубкой к нижней горловине корпуса. Затем по мере формирования верхней горловины в ней осуществляют крепление втулки путем ее навертывания на трубку и герметизируют стык путем нанесения кольцевого сварного шва. Технический результат - повышение надежности, долговечности и технологичности. 2 с. п. ф-лы, 11 ил.

1. Баллон высокого давления, включающий корпус, который выполнен в виде трубы с нижней сужающейся горловиной и приваренным к ней профилированным днищем и верхней сужающейся горловиной с расположенной внутри нее втулкой с цилиндрической поверхностью, отличающийся тем, что крепление втулки с горловиной осуществляется при помощи трубки, один конец которой ввернут во втулку, а второй приварен к днищу. 2. Способ изготовления баллона высокого давления, включающий крепление трубки к днищу путем нанесения кольцевого сварного шва, последующей приваркой днища с трубкой к нижней горловине корпуса, отличающийся тем, что после формирования верхней горловины корпуса в ней осуществляют крепление втулки путем ее навертывания на трубку и герметизации стыка путем нанесения кольцевого сварного шва.