CN104930346A - 一种新的钢质无缝气瓶凹形底 - Google Patents

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由宏新
李�灿
戴行涛
古海波
宋薛思
刘岩
韩冰
胡军
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DALIAN BOILER PRESSURE VESSEL TESTING RESEARCH INSTITUTE
Dalian University of Technology
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DALIAN BOILER PRESSURE VESSEL TESTING RESEARCH INSTITUTE
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Abstract

一种新的钢质无缝气瓶凹形底，属于机械工程中气体或者液体贮存领域的盛装或贮存永久气体或液化气体的容器技术领域。本发明将原有的三心凹底底型设计成与筒体相切的弧形过渡的多心凹底底型，并对各段的厚度进行优化设计，使得整体应力分布更加均匀，安全性更好。

Description

一种新的钢质无缝气瓶凹形底
技术领域
本发明属于机械工程中气体或者液体贮存领域的盛装或贮存永久气体或液化气体的容器。
背景技术
由无缝钢管制造凹底无缝气瓶是目前生产高压无缝气瓶的主要方式之一。依据GB5099-94《钢质无缝气瓶》的规定，凹形底的环壳与筒体之间应该有过渡段，过渡段应该圆滑过渡。然而实际管制气瓶凹底的过渡段，内表面为直线过渡，这种结构直接导致气瓶凹形底应力集中，应力集中系数增大，对无缝气瓶安全使用产生不利的影响。用无缝钢管加工凹底气瓶时，在收底的过程中，由于过渡段有径向外力作用，使过渡段很难形成直边过渡。
专利CN2228174Y介绍了凹形底型的钢质无缝气瓶的设计。目前，用无缝钢管制造的凹底气瓶，存在下列问题：①实际加工中，通过无缝钢管收口后挤压成形的底型，由于过渡段内、外表面在径向外力作用下会逐渐向内偏移，形成一定的弧度，与原始三心凹底底型相比，与直线设计有差异；②实际加工后的管制气瓶凹底底型过渡段是逐渐增厚的，与过渡段相切的环壳厚度也是变化的，若采用GB5099的设计，环壳厚度固定，不仅环壳较厚，且所形成的三心凹底底型局部应力值较大，应力集中系数较大，抗疲劳性能差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：传统的凹形底型的过渡段外表面是筒体外侧延伸的直线过渡，内表面为与筒体内侧成一定角度的斜线过渡，对用无缝钢管加工的无缝气瓶，该过渡段很难得到，这使无缝气瓶底型的过渡段局部应力集中，抗疲劳性能差，而且由于加工过程中存在轴向力作用，使过渡段不能保持原有的直线度，存在较大误差。
本发明提出的解决方案是：将传统的凹形底型过渡段的内外侧直线改成过渡的不同心的圆弧。气瓶底型是无缝钢管通过旋压收底后加工而形成的；气瓶底型是由四个部分组成，分别是筒体、过渡段、环壳、底部球壳；在二维剖视平面中，其底部是由内、外表面总共六个圆弧正切连接组成。设筒体直径为D，过渡段的内经为R5、外径为R6，环壳的内经为R4、外径为R3，底部球壳内经为R1、外径为R2；底部中心点距离筒体底面的距离为h；则R1/D＝0.7，R2/D＝0.55，R3/D＝0.16，R4/D＝0.11，R5/D＝0.6，R6/D＝1.25，h/D＝0.25。
本发明的有益效果是：不仅从技术层面解决了实际加工中过渡段存在的较大误差的问题，而且这一设计能很好的使筒体过渡到环壳，减小了局部应力的最大值，是筒体底部的抗疲劳性能得到很大的提升。
附图说明
附图为气瓶底型结构剖视图。
其中1筒体,2过渡段,3环壳,4球壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
一种新的钢质无缝气瓶凹形底，气瓶底型是无缝钢管通过旋压收底后加工而形成的；气瓶底型是由四个部分组成，分别是筒体1、过渡段2、环壳3、底部球壳4；，在二维剖视平面中，其底部是由内、外表面总共六个圆弧正切连接组成。
设筒体直径为D，过渡段2的内经为R5、外径为R6，环壳3的内经为R4、外径为R3，底部球壳4内经为R1、外径为R2；底部中心点距离筒体1底面的距离为h；则R1/D＝0.7，R2/D＝0.55，R3/D＝0.16，R4/D＝0.11，R5/D＝0.6，R6/D＝1.25，h/D＝0.25。
本发明实施时，作为较佳的优化实例，其初始条件有：筒体的外径D为279mm，工作压力为17.2MPa，其水压试验压力为25.8MPa，设计的筒体的厚度为6.6mm。
初步设计的数据见附表实例1。尽管这组设计的环向应力很小，应力集中系数也很小，但是过渡段2和环壳3相连的处的厚度S1偏大，过渡段的金属体量较大，由于金属的流动性较差，在工艺上很难完成过渡段形状的加工。对实例1进行优化，得到实例2，满足权利要求2中提出的设计参数。可以看到，尽管应力集中系数略有增大，但仍满足有关使用规定，气瓶的应力集中系数小于1.80，且局部应力最大值小于其强度极限865MPa。更重要的是，此时S1减小，过渡段2的金属体量减小到合理的范围，在工艺上可以完成过渡段2的形状加工。
验证权利要求2中提出的一组数据的适应性，取两组常见的气瓶尺寸，设定正常的工作压力，见附表实例3、4，通过有限元分析，发现权利要求2中提出的数据有良好的适应性。
附表1

Claims (2)

1.一种新的钢质无缝气瓶凹形底，其特征在于，气瓶底型是无缝钢管通过旋压收底后加工而形成的；气瓶底型是由四个部分组成，分别是筒体(1)、过渡段(2)、环壳(3)、底部球壳(4)；在二维剖视平面中，其底部是由内、外表面总共六个圆弧正切连接组成。
2.根据权利要求1所述的一种新的钢质无缝气瓶凹形底，其特征在于，设筒体直径为D，过渡段(2)的内经为R5、外径为R6，环壳(3)的内经为R4、外径为R3，底部球壳(4)内经为R1、外径为R2；底部中心点距离筒体(1)底面的距离为h；则R1/D＝0.7，R2/D＝0.55，R3/D＝0.16，R4/D＝0.11，R5/D＝0.6，R6/D＝1.25，h/D＝0.25。
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