DE1600394C

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Info

Publication number: DE1600394C
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Societe anonyme dite B.V.S., Grenoble, Isere (Frankreich)
Publication date: 1972-02-03

Description

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren zum Herstellen von mehrschaligen Druckbehältern, wie Hohlzylinder oder Hohlkugeln für Beanspruchung mit Außendruck, bei dem zumindest eine innere und eine äußere Metallschale lose ineinandergefügt werden und dann die äußere Schale durch plastisches Verformen an die innere Schale angelegt wird. Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Herstellungsverfahrens. Produkte des neuen Verfahrens sind insbesondere zylindrische oder kugelförmige Hohlkörper aus Stahl, die dauernd oder zuweilen einem hohen Außendruck ausgesetzt werden, wie dies beispielsweise bei Unterseebooten oder in Flüssigkeiten versenkten Spezialmaschinen, Kugeln oder Leitungen der Fall ist.The invention relates primarily to a method for manufacturing multi-shell pressure vessels, such as hollow cylinders or hollow spheres for exposure to external pressure, in which at least an inner and an outer metal shell are loosely fitted together and then the outer shell is applied to the inner shell by plastic deformation. It also relates to an apparatus to carry out the manufacturing process. Products of the new process are particular cylindrical or spherical hollow bodies made of steel that are permanently or occasionally exposed to high external pressure exposed, as is the case, for example, with submarines or special machines immersed in liquids, Balls or lines is the case.

Im allgemeinen hat man bisher Druckbehälter für größere Außendrücke mit einschaligen Wänden aus Schmiedestahl oder aus gewalzten, gerollten oder getriebenen und miteinander verschweißten dickwandigen Blechschüssen hergestellt; infolge der hohen Drücke, denen diese Körper widerstehen müssen, ist es erforderlich, einer einzigen, diese Körper bildenden Wand eine erhebliche Dicke zu geben. Dabei ist die Herstellung teuer, und der Materialaufwand sowie das Gewicht sind unerwünscht groß.In general, one has hitherto used pressure vessels for larger external pressures with single-shell walls Forged steel or thick-walled steel that is rolled, rolled or chased and welded together Sheet metal shots manufactured; as a result of the high pressures that these bodies have to withstand it is necessary to give a single wall forming these bodies a considerable thickness. Here is the Production is expensive, and the cost of materials and the weight are undesirably great.

Es ist auch nicht mehr neu, Druckbehälter in Mehrschalenbauweise herzustellen. Die übereinanderliegenden Schichten oder Schalen können unterschiedliche Ausbildung haben; es kann sich dabei entweder um zusammenhängende Schalen oder um eine oder mehrere vollwandige Schalen in Verbindung mit weiteren, die Schalen abstützenden Bauelementen, wie Bandagen aus Teilschalen, gewalzten Reifen, Rippen-Gitterwerkeinlagen oder Drahtseilbandagen handeln.It is also no longer new to manufacture multi-shell pressure vessels. The superimposed Layers or shells can have different configurations; it can be either around connected bowls or around one or more full-walled bowls in connection with other, structural elements supporting the shells, such as bandages made of partial shells, rolled tires, ribbed latticework inlays or wire rope bandages.

Alle auf diese Weise gebildeten Mehrschalen-Druckbehälter sind hauptsächlich für hohe Ιηηεητ drücke bestimmt; ihre übereinanderliegenden Schalen oder Verstärkungselemente werden daher auf Zug beansprucht. Innen- oder Außenschalen können auch aus chemisch beständigen bzw. korrosionsfesten oder verschleißfesten Baustoffen bestehen.
■ Damit die Schalen sämtlich an der Aufnahme der durch die Drücke bedingten Drücke bedingten Kräfte beteiligt sind, werden sie bei einem bekannten Verfahren durch Aufweiten von innen, gegebenenfalls auch durch Verformung von außen, aneinandergelegt. All multi-shell pressure vessels formed in this way are mainly intended for high Ιηηεητ pressures; their superimposed shells or reinforcing elements are therefore subject to tensile stress. Inner or outer shells can also consist of chemically resistant or corrosion-resistant or wear-resistant building materials.
■ So that the shells are all involved in absorbing the forces caused by the pressures, they are placed against one another in a known method by expanding from the inside, possibly also by deformation from the outside.

Die Verwendung solcher Mehrschalen-Druckbehälter unter relativ hohen Außendrücken ist problematisch, vor allem bei großen Abmessungen der Behälter. Unvermeidliche Inhomogenitäten des Materials, geringe Wandstärkenunterschiede und vor allem Formabweichungen begünstigen das Einknicken oder Einbeulen der Mehrschicht-Wände, die nicht durchweg gleichmäßig aneinander anliegen. Das Verformen der Außenschale oder der äußeren Schalen durch mechanische Mittel, wie z. B. Druckwalzen, bedingt die Beschaffung sehr aufwendiger Vorrichtungen und ist bei Kugel-Druckbehältern kaum möglich. Verformen durch einen äußeren Flüssigkeitsdruck führt wegen der oben bereits erwähnten Inhomogenitäten und ungleichmäßiger Anlage der lose ineinandergefügten Schalen auf jeden Fall zu begrenzten Einbeulungen, die eine spätere Außendruckbelastung des Druckbehälters stark begrenzen.The use of such multi-shell pressure containers under relatively high external pressures is problematic, especially when the container is large. Inevitable inhomogeneities of the material, small differences in wall thickness and above all Deviations in shape favor buckling or buckling of the multilayer walls, which are not always lie against each other evenly. The deformation of the outer shell or shells by mechanical means, such as B. printing rollers, requires the procurement of very expensive devices and is hardly possible with spherical pressure vessels. Deformation leads to an external fluid pressure because of the above-mentioned inhomogeneities and uneven placement of the loosely interlocked Shells in any case to limited indentations, which a later external pressure load of the Strongly limit the pressure vessel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren zur Herstellung von Mehrschalen-Druckbehältern zu beseitigen und bei dem plastischen Verformen einer äußeren Schale diese gegen Formabweichungen gegenüber der Sollform zu schützen und insbesondere Einbeulungen zu vermeiden.The invention is based on the above-described disadvantages of the known methods for the production of multi-shell pressure vessels and for plastic deformation an outer shell to protect this against shape deviations from the target shape and in particular To avoid dents.

Das diese Aufgabe lösende Verfahren zum Herstellen rnehrschaliger Druckbehälter, wie Hohlzylinder oder Hohlkugeln für Beanspruchung durch Außendruck, bei dem zumindest eine Innen- und eine Außenschale aus Metall lose ineinandergefügt undThe method that solves this problem for the production of multi-shell pressure vessels, such as hollow cylinders or hollow spheres for exposure to external pressure, with at least one inner and one Outer shell made of metal loosely fitted into one another and

ίο dann die äußere Schale oder äußeren Schalen durch plastisches Verformen an die innere Schale angelegt werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß man die ineinandergefügten Schalen mit einem auf die Außenschale wirkenden Flüssigkeitsdruck belastet· und gleichzeitig in der Innenschale einen Flüssigkeitsdruck erzeugt, der von dem äußeren Druck verschieden oder ihm gleich ist. '~_:\- ίο then the outer shell or outer shells are applied to the inner shell by plastic deformation, is characterized in that the nested shells are loaded with a liquid pressure acting on the outer shell and at the same time a liquid pressure is generated in the inner shell which is derived from the external pressure is different or equal to him. '~ _: \ -

Durch den Innendruck wird die innere Schale zumindest elastisch gedehnt, und gegebenenfalls vor-Due to the internal pressure, the inner shell is at least elastically stretched and, if necessary,

ao handene Konturabweichungen von der geometrisch genauen Kreis- oder Kugelform werden dabei weitgehend ausgeglichen. Die durch den Innendruck abgestützte innere Schale bildet eine steife Innenform, an die sich die plastisch verformten äußeren Schalen beim Anlegen satt anpassen; während des Verformens etwa entstehende kleinere Einbeulungen werden durch das Anpressen an die steife, weitgehend konturgenaue innere Schale ausgeglichen. Man erhält also mit relativ einfachen Mitteln und einer vielfach verwendbaren Druckkessel-Anlage einen Mehrschalen-Druckbehälter mit der angestrebten, relativ genauen äußeren Kreis- oder Kugelkontur, der bei gleichem Materialaufwand höheren Außendrücken unterworfen werden kann als ein in bisher üblicher Weise hergestellter mehrschaliger Druckbehälter.Any contour deviations from the geometrically precise circular or spherical shape are largely in this case balanced. The inner shell, supported by the internal pressure, forms a rigid inner shape, to which the plastically deformed outer shells adapt fully when they are put on; during deformation Any small indentations that may arise are largely precisely contoured by pressing against the rigid inner shell balanced. So you get with relatively simple means and a multiple use Pressure vessel system a multi-shell pressure vessel with the desired, relatively precise outer circular or spherical contour, which is subject to higher external pressures with the same amount of material can be than a multi-shell pressure vessel produced in the usual way.

Nach dem Wegnehmen der Drücke, welche die Schalen von außen und innen zusammengepreßt haben, bildet sich zwischen der inneren Schale und der äußeren Schale oder Schalengruppe einZwischenraum, der durch das elastische Zurückfedern der plastisch verformten Schalen entsteht. Dieser Zwischen-' raum kann nachträglich mit druckfestem Material ausgefüllt werden, wie dies bei der Herstellung von Mehrschichtrohren zur Erzielung eines Verbunds zwischen ineinandergeschobenen Rohrschüssen bekannt ist. Man kann auch Leitmaterial einfüllen, um die Schwimmfähigkeit der erfindungsgemäßen Druckbehälter zu verbessern.After releasing the pressures, which compress the shells from the outside and inside a space is formed between the inner shell and the outer shell or shell group, caused by the elastic springing back of the plastically deformed shells. This intermediate ' Raum can be subsequently filled with pressure-resistant material, as is the case with the manufacture of Multi-layer pipes for achieving a bond between pipe sections pushed into one another are known is. Conductive material can also be filled in to ensure the buoyancy of the pressure vessel according to the invention to improve.

Die Steigerung des Innendruckes auf einen Wert, bei dem auch eine plastische Verformung der inneren Schale einsetzt, begünstigt den Ausgleich von Formabweichungen dieser inneren Schale, ehe sich die äußere Schale an sie anlegt. Die gesamte Kontur des Mehrschalen-Druckbehälters kann dadurch noch verbessert werden.The increase in the internal pressure to a value at which there is also a plastic deformation of the internal Shell uses, favors the compensation of deviations in shape of this inner shell before the outer shell applies to them. The entire contour of the multi-shell pressure vessel can thereby be improved will.

Bei besonders hohen Ansprüchen an Konturgenauigkeit und damit Einbeülfestigkeit ist es zweckmäßig, den Mehrschalen-Druckbehälter noch zusätzlich auf eine in ihn eingebrachte steife Innenform unter Überschreiten der Elastizitätsgrenzen aller seiner Schalen aufzupressen.In the case of particularly high demands on contour accuracy and thus dent resistance, it is advisable to the multi-shell pressure vessel also has a rigid inner shape incorporated into it to press open while exceeding the elastic limits of all of its shells.

Eine zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Kombination von einem zur Aufnahme der ineinandergefügten Schalen geeigneten Druckgefäß mit einer Einrichtung zum Einführen einer Druckflüssigkeit in das Druckgefäß;A device suitable for carrying out the new method is characterized by Combination of a pressure vessel suitable for holding the nested shells with means for introducing a pressure fluid into the pressure vessel;

Vorrichtungen zum Abschließen der Räume zwi-Devices for closing off the rooms between

sehen den Schalen und einer Anschlußleitung an diese Räume; /see the shells and a connection line to this Rooms; /

Vorrichtungen zum Abschließen des Innenraumes der inneren Schale und zum Einführen von Druckflüssigkeit in diesen Innenraum.Devices for closing off the interior of the inner shell and for introducing pressure fluid in this interior.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden einige besondere Herstellungsbeispiele beschrieben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind.To further explain the invention, some particular production examples are described below, illustrated in the drawing.

F i g. 1 stellt die Anwendung der Erfindung auf einen zylindrischen Hohlkörper dar;F i g. 1 illustrates the application of the invention to a cylindrical hollow body;

F i g. 2 befaßt sich mit einer Abwandlung, die sich für mit kugelförmigen Böden abgeschlossene zylindrische Hohlkörper eignet;F i g. 2 deals with a modification which is suitable for cylindrical ends with spherical bottoms Hollow body is suitable;

F i g. 3 stellt eine weitere Abwandlung der Erfindung dar, die für kugelförmige Körper geeignet ist;F i g. 3 shows a further modification of the invention represents, which is suitable for spherical bodies;

Fig. 4 bis 6 veranschaulichen Schnitte durch die Wand von Druckbehältern mit zwei oder mehr Schalen, und · ,Figs. 4 to 6 illustrate sections through the Wall of pressure vessels with two or more shells, and

F i g. 7 und 8 stellen Schnitte durch die Wände: von Druckbehältern dar, bei denen zwischen die Schalen ein Material eingefügt ist, dessen Dichte geringer ist als die von Stahl.F i g. 7 and 8 show sections through the walls: of pressure vessels, in which between the shells a material is inserted, the density of which is lower than that of steel.

Die Fig. 1 zeigt, wie zwei rohrförmige Stahlschalen, die innere 1 und die äußere 2, des herzustellenden zylindrischen Druckbehälters in einen als Druckgefäß dienenden Mantel 3 eingesetzt sind, der durch eine Wand 4 begrenzt wird, wobei sich die Schalen 1 und 2 und die Wand 4 zwischen den Platten 5 und 6 einer Presse befinden, welche die Platten 5 und 6 einander zu nähern sucht.Fig. 1 shows how two tubular steel shells, the inner 1 and the outer 2, of the cylindrical pressure vessel to be produced in one as Pressure vessel serving jacket 3 are used, which is bounded by a wall 4, wherein the Trays 1 and 2 and the wall 4 are located between the plates 5 and 6 of a press, which the Plates 5 and 6 seeks to approach each other.

In dem Mantel 3 wird ein hoher Druck durch Wasser ausgeübt, das durch eine Leitung 7 zugeführt wird.In the jacket 3, a high pressure is exerted by water which is supplied through a line 7.

Die Stirnenden der rohrförmigen Schalen 1 und 2 des zylindrischen Druckbehälters stützen sich auf leicht konisch geneigte Abschnitte 8 der Platten 5 und 6 der Presse ab, wobei die Abdichtung durch Dichtungen 9 gewährleistet wird.The front ends of the tubular shells 1 and 2 of the cylindrical pressure vessel are supported slightly conically inclined sections 8 of the plates 5 and 6 of the press, with the seal through Seals 9 is guaranteed.

In dem Innenraum 10 der Schale 1 kann ein dem in dem Behälter 3 herrschenden Druck gleicher oder davon verschiedener Wasserdruck erzeugt werden, wobei das Wasser durch eine Leitung 11 zugeführt wird.In the interior 10 of the shell 1, a pressure that is the same or the same as that in the container 3 can be water pressure different therefrom can be generated, the water being supplied through a line 11 will.

Der Raum 12 zwischen den Schalen 1 und 2 läßt sich über eine Leitung 13 mit der Atmosphäre in Verbindung bringen.The space 12 between the shells 1 and 2 can be connected to the atmosphere via a line 13 bring.

Unter der Einwirkung des Druckes in dem Mantel 3 wird die äußere Schale 2 zusammengedrückt und legt sich nach Überschreiten der Elastizitätsgrenze ihres Metalls an die Schale 1 an, bis die gewünschte Vorspannung oder Verbindung erreicht ist. Während der Deformation der Schale 2 verlängert sie sich in Längsrichtung, und ihre Enden verschieben sich längs der geneigten Abschnitte 8 der Platten 5 und 6. Gleichzeitig mit dem Druck im Mantel 3 wird auch über die Leitung 11 Druckwasser zum Stützen und Dehnen der inneren Schale 1 zugeführt.Under the action of the pressure in the jacket 3, the outer shell 2 is compressed and lays after exceeding the elastic limit of their metal on the shell 1 until the desired pretension or connection is reached. During the deformation of the shell 2, it elongates in the longitudinal direction, and their ends slide along the inclined portions 8 of the plates 5 and 6. Simultaneously With the pressure in the jacket 3, pressurized water is also supplied via the line 11 for support and stretching the inner shell 1 supplied.

Bei dem in der F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Platten 5 und 6 der Presse durch kugelförmige Böden 14 und 15 ersetzt, und die gesamte Schalen-Anordnung befindet sich in einem Druckgefäß von gleicher Form.In the case of the FIG. 2, the plates 5 and 6 of the press are through spherical bottoms 14 and 15 replaced, and the whole Shell arrangement is in a pressure vessel of the same shape.

Die F i g. 3 veranschaulicht den Fall der Herstellung eines kugelförmigen Körpers, der eine innere Kugelschale 16 und eine äußere Kugelschale 17 aufweist, wobei sich die letztere in einem kugelförmigen Behälter 18 befindet, dem durch eine Leitung 19 Druckwasser zugeführt wird. Durch eine öffnung 20 vermag die Luft zwischen den Schalen 16 und 17 in die innere Kugelschale 16 zu entweichen, in der Stützdruck erzeugt wird.The F i g. 3 illustrates the case of manufacturing a spherical body having an inner Has spherical shell 16 and an outer spherical shell 17, the latter being in a spherical shape Container 18 is located to which 19 pressurized water is fed through a line. Through an opening 20 the air between the shells 16 and 17 is able to escape into the inner spherical shell 16, in the supporting pressure is produced.

Die erzeugten zylindrischen oder kugelförmigen Druckbehälter zeigen gegenüber äußeren Drücken ein sehr günstiges Widerstandsverhalten, was teils auf den Aufbau der Hohlkörper aus zwei oder mehr weitgehend konturgenauen Schalen, teils auf die in dem Körper herrschende Vorspannung zurückgeht.The generated cylindrical or spherical pressure vessels show a relative to external pressures very favorable resistance behavior, which is partly due to the construction of the hollow body from two or more contour-accurate shells, partly due to the pre-tensioning in the body.

Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Wand4 shows a section through the wall

ίο eines Druckbehälters, dessen Innenschale 1 aus mehreren miteinander verschweißten Teilen und dessen Außenschale 2 aus mehreren voneinander getrennten Teilen besteht. Die Außenwandteile 2 versteifen die Innenschale gegen Einknicken bei Außendruck.ίο a pressure vessel whose inner shell 1 consists of several parts welded together and the outer shell 2 of several separate ones Sharing consists. The outer wall parts 2 stiffen the inner shell against buckling in the event of external pressure.

Die F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch die Wand eines Druckbehälters, der aus zwei Schalen 1 und 2 besteht, die jeweils aus mehreren miteinander verschweißten Teilen zusammengesetzt sind.The F i g. 5 shows a section through the wall of a pressure vessel, which consists of two shells 1 and 2 consists, each of which is composed of several parts welded together.

Die F i g. 6 schließlich zeigt einen Schnitt durch dieThe F i g. 6 finally shows a section through the

so Wand eines Druckbehälters, der aus zwei Schalen 21 und 22 aus miteinander verschweißten Bauelementen und aus zwei weiteren Schalen 23 und 24 besteht.so wall of a pressure vessel, which consists of two shells 21 and 22 consists of components welded to one another and of two further shells 23 and 24.

Die F i g. 7 und 8 veranschaulichen zwei Schalen 1 und 2, die zur Erzielung einer besseren Widerstandsfähigkeit des Gesamtaufbäues gegen ein Ausknicken oder ein Verbiegen und zur Erzielung einer besseren Schwimmfähigkeit durch Vergrößerung des Volumens und Verringerung des Gewichtes einen Abstand voneinander aufweisen.The F i g. 7 and 8 illustrate two trays 1 and 2 which are used to achieve better resistance of the entire structure against buckling or bending and to achieve a better one Buoyancy by increasing the volume and reducing the weight a distance from each other exhibit.

Der Zwischenraum zwischen den Schalen 1 und 2 kann mit einem Material von geringerer Dichte als der von Stahl, beispielsweise mit druckfestem Material, wie Beton oder Mörtel, aber auch mit Kunststoffen oder Schaumstoffen gefüllt sein.The space between the shells 1 and 2 can be made with a material of lower density than that of steel, for example with pressure-resistant material such as concrete or mortar, but also with plastics or foam filled.

Der Zwischenraum zwischen den Schalen 1 und 2 läßt sich entweder durch vorheriges Einbringen des druckfesten Materials 25 mit geringer Dichte und anschließendes Zusammendrücken der Außenschale 2 oder durch Einschieben von Keilen 26 in diesen Zwischenraum und späteres Einfüllen des Materials 25 erhalten.The space between the shells 1 and 2 can either be by introducing the beforehand pressure-resistant material 25 with low density and subsequent compression of the outer shell 2 or by inserting wedges 26 into this space and later filling in the material 25 receive.

Im letzteren Fall kann das Material 25 unter Druck in den Zwischenraum eingespritzt werden und gegebenenfalls zur Erzielung einer Vorspannung zwisehen den Schalen Verwendung finden.In the latter case, the material 25 can be injected into the intermediate space under pressure and if necessary to achieve a bias between the shells are used.

Die durch das Überschreiten der Elastizitätsgrenze bei der Druckeinwirkung erzielte Kaltverformung des Stahls verbessert die mechanische Widerstandsfähigkeit der Schale.The cold deformation of the achieved by exceeding the elastic limit during the application of pressure Steel improves the shell's mechanical resistance.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of multi-shell pressure vessels, such as hollow cylinders or hollow spheres for exposure to external pressure, in which at least one inner and one outer metal shell are loosely fitted into one another and then the outer shell is applied to the inner shell by plastic deformation, characterized in that that the nested shells are exposed to an external fluid pressure acting on the outer shell and at the same time an internal liquid pressure generated in the inner shell, which is dependent on the external pressure different or equal to him.

2. The method according to claim 1, characterized

indicates that the inner shell is simultaneously with the exertion of pressure on the outer shell a zpm exceeding the elastic limit of your. Material exposed to leading internal pressure.

3. The method according to claim 1, characterized in that the inner shell on a Applies internal shape and increases the external pressure to a value at which the elastic limit for the material of all shells is exceeded.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that before the Pressure load on the outer shell in the space between the shells a material of lower density than steel brings.

5. The method according to claim 4, characterized in that one in the space inserting wedges between the shells and later pouring in a material with a lower density than steel.

6. The method according to claim 4 and 5, characterized in that the material under pressure in the space is injected.

7. The method according to claim 6, characterized in that by the pressure injection of the Material a bias is generated between the shells.

8. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 7, characterized by

ίο the combination of one to accommodate the nested shells (1, 2) suitable pressure vessel (3, 4,5,6) with a device (line 7) for introducing a pressure fluid into the pressure vessel; Devices (8,9) for locking the spaces between the shells and a connection line (13) to these spaces; Devices to close off the interior of the inner shell (1) and to insert it (line 11) of hydraulic fluid in this interior.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings