СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАЛЛОНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F17C1/00 

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.

Известен способ изготовления баллона высокого 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. Известен способ изготовления баллона высокого давления, включающий ориентацию втулки.

Известен способ изготовления баллона высокого давления, в котором формируют нижнюю горловину корпуса, размещают в ней профилированное штампованием днище и герметизируют стык путем нанесения кольцевого сварного шва. Далее по мере формирования верхней горловины в ней осуществляют крепление втулки при помощи запрессовывания штифтов и герметизируют стыки путем нанесения кольцевых сварных швов [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.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления баллона высокого давления размещают профилированное штампованием днище в нижней части корпуса, после этого одновременно формируют верхнюю и нижнюю горловины, герметизируют стык между днищем и нижней горловиной путем нанесения кольцевого сварного шва, далее фиксируют втулку в верхней горловине, герметизируют стык верхней горловины с втулкой путем нанесения кольцевого сварного шва, крепят втулку при помощи запрессовывания штифтов и герметизируют стыки верхней горловины с штифтами 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.3-10 изображена последовательность реализации способа изготовления баллона высокого давления, где на фиг.3 изображен отрезок трубной заготовки, на фиг.4 - вырубка и формование днища повышенной жесткости, на фиг.5 - одновременное формирование верхней и нижней горловин после размещения профилированного днища и закрепление днища в нижней горловине нанесением на стыке герметизирующего кольцевого сварного шва; на фиг.6 - изготовление цилиндрической втулки; на фиг.7 - изготовление штифтов; на фиг.8 - закрепление втулки в верхней горловине и нанесение герметизирующего шва; на фиг.9 - сверление, развертывание отверстий под штифты и запрессовывание штифтов; на фиг.10 - нанесение на стыках верхней горловины с штифтами герметизирующих кольцевых сварных швов.

Баллон высокого давления включает корпус 1, выполненный из трубы, с нижней 2 и верхней 3 горловинами, втулку 4, штифты 5 и днище 6 повышенной жесткости. Втулка 4 с цилиндрической наружной поверхностью скреплена с верхней горловиной 3 радиально расположенными штифтами 5, запресованными во втулку 4 и приваренными к горловине. Герметичность соединения нижней горловины 2 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 корпусом 1. Таким образом, силовым элементом в соединении втулки 4 с верхней горловиной 3 корпуса 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 корпуса 1, а герметизирующим элементом - кольцевой сварной шов 7.

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

Перед одновременным формированием нижней горловины 2 и верхней горловины 3 в корпусе 1 размещают днище 6. Днище 6 предварительно проходит обработку с целью приобретения большей жесткости, например, днище 6 профилируют штампованием (фиг.3). При этом полученные впадины и выступы предохраняют днище от прогибания при действии высокого давления газа, закаченного в баллон. Стык нижней горловины и днища герметизируют путем нанесения кольцевого сварного шва 7. Далее (фиг.8-10) в верхней горловине осуществляют крепление втулки 4 при помощи запрессовывания штифтов 5 и герметизируют стыки путем нанесения кольцевых сварных швов 8 и 9.

Пример. Изготавливался 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 и верхней горловин из трубы (стальная бесшовная горячекатаная труба 108×5 ГОСТ 8734/В 20 8733) проводилось нижней горловины до ⊘ 65 мм, верхней горловины до ⊘ 59 мм. Днище штамповалось в размеры ⊘ 79×15 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-Δ5. Втулка изготавливалась из горячекатаной круглой стали В 60 ГОСТ 2590-88/ст. 20 ГОСТ 1050-88 в размеры ⊘ 58×50 мм, на ее торце, который находится внутри баллона, делали фаску 2×45°. Соединение втулки с верхней горловиной трубы производилось путем постановки двух штифтов ⊘ 16×18 мм. Для этого сверлились и развертывались два радиальных отверстия глубиной 25 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 баллона высокого давления дает 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, МПК F 17 С 1/00.

Способ изготовления баллона высокого давления включает размещение профилированного штампованием днища в нижней части корпуса. После этого одновременно формируют верхнюю и нижнюю горловины и герметизируют стык между днищем и нижней горловиной путем нанесения кольцевого сварного шва. Далее фиксируют втулку в верхней горловине, герметизируют стык верхней горловины с втулкой путем нанесения кольцевого сварного шва, крепят втулку при помощи запрессовывания штифтов и герметизируют стыки верхней горловины с штифтами путем нанесения кольцевых сварных швов. Использование изобретения позволит 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. 10 ил.

Способ изготовления баллона высокого давления, в котором размещают профилированное штампованием днище в нижней части корпуса, после этого одновременно формируют верхнюю и нижнюю горловины, герметизируют стык между днищем и нижней горловиной путем нанесения кольцевого сварного шва, далее фиксируют втулку в верхней горловине, герметизируют стык верхней горловины с втулкой путем нанесения кольцевого сварного шва, крепят втулку при помощи запрессовывания штифтов и герметизируют стыки верхней горловины с штифтами путем нанесения кольцевых сварных швов.