DE1650154A1 - Verfahren zur Herstellung von Behaeltern mit mehrfachen Maenteln,und mittels dieses Verfahrens hergestellte Behaelter - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Behaeltern mit mehrfachen Maenteln,und mittels dieses Verfahrens hergestellte Behaelter

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Description

ldouard Georges Daniel RODRIGÜES und CHANTIERS NAVAIS DE IA CIOIAT
Verfahren zur Herstellung von Behältern mit mehrfachen Mänteln, und mittels dieses Verfahrens hergestellte Behälter
Priorität: Prankreich, vom 26. August 1966
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Vorratsbehältern ο«dgl., welche ein auf ihre Wand einen hohen Druck ausübendes beliebiges Produkt enthalten sollen, z.B. ein verflüssigtes Gas, und eine Wandstärke e, haben, welche von dem Wert dieses Drucks und der Art des die Wand bildenden Materials abhängt.
Bekanntlich ist zwar die Herstellung von Vorratsbehältern mit einer Wandstärke in der Grössenordnung von 40 bis 50 mm durchaus üblich und bietet keine technischen
009832/073A
Schwierigkeiten, die Herstellung von Behältern, deren Wandstärke 50 mm übersteigt, wirft dagegen schwierige Aufgaben auf, insbesondere infolge der schwierigen Verschweissung dieser Wände. Wenn es auch trotz allem in rein technischer Hinsicht möglich ist, Wände zu verschweissen, deren Stärke bis 150 mm erreicht, so erhöhen doch die angetroffenen sehr zahlreichen Schwierigkeiten den Gestehungspreis beträchtlich, sodass im allgemeinen aus wirtschaftlichen Gründen derartige Verachweissungen erfordernde Konstruktionen vermieden werden. ™ Nun zwingt aber insbesondere die Einlagerung
von grossen Mengen von unter hohem Druck stehenden Grasen dazu, die Herstellung von Vorratsbehältern ins Auge zu fassen, deren Wandstärke 200 mm erreicht und übersteigt.
Die Erfindung hat ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Behältern zum Gegenstand, welches die Herstellung von sehr dicken Wänden bei gleichzeitiger Vermeidung der obigen Nachteile gestattet. Dieses Verfahren ist insbesondere dadurch bemerkenswert, dass η Mantel miteinander verschachtelt werden, welche geometrisch ähnlichegleichachsige Umdrehungskörper sind und eine Wändstärke von etwa je haben, welche so gering ist,
^n
dass durchgehende Schwetssnähte hergestellt werden können, wobei jeder dieser Mäntel aus zwei Schalen besteht, welche miteinander identisch und miteinander verschweisst sind, wobei zwischen diesen Mänteln Verbindungseinrichtungen vorgesehen werden, derart dass ein Behälter mit einer mehrschichtigen Wand entsteht·
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht offenbar, die Herstellung eines einzigen Mantels bedeutender Dicke durch die Herstellung von mehreren hanteln geringer Dicke zu
009832/0734
ersetzen und hierdurch Schweissaufgaben zu lösen, welche bisher praktisch die Herstellung von Behältern mit zu grossen Abmessungen verhinderten«
Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird eine Anordnung von Paaren von hohlen Schalen hergestellt, welche geometrisch ähnliche Umdrehungskörper sind und ineinander eingesteckt werden können, wobei die beiden Schalen ein und desselben JPaares, welche identische Abmessungen haben, längs einer gemeinsamen Verbindungslinie nebeneinander gelegt werden können, welche etwa in einer zu ihrer Umdrehungsachse senkrechten M Ebene liegt, wobei die Schalen mit. einer Öffnung versehen sind, welche an ihrem Verbindungsrand mündet und für den Durchtritt eines Hannes genügende Abmessungen hat, wobei die beiden kleinsten Schalen längs ihrer Verbindungslinie so aneinander gelegt werden, dass die beiden Öffnungen einander gegenüber liegen, eodass eine mit einem Mannloch versehene geschlossene Kammer entsteht, worauf die Schalen längs dieser Verbindungslinie mittels einer inneren und einer äusseren Schweissung vereinigt werden, worauf über den so gebildeten Mantel zwei Schalen mit unjiit-telbar darüber liegenden Abmessungen so gestülpt werden» " dass ein zweiter den ersten Mantel enthaltender Mantel entsteht, worauf die beiden Schalen aussen und innen miteinander verschweisst werden, indem der innere Mantel im sich selbst gedreht wird, wobei die so miteinander verschachtelten beiden Mäntel dadurch drehfest miteinander verbunden werden, dass die Mannlöcher
.·: ■? :■ ■ bis
zum Zusammenfallen gebracht werden, worauf auf diese Weise/zur Herstellung des letzten Mantels fortgefahren wird.
Dieses Verfahren ermöglicht offenbar die Herstellung von Mänteln beliebiger Form, welche nur die einzige
ORIGINAL
Bedingung erfüllen müssen, dass sie eine Umdrehungsach.se haben. Das Verfahren findet also ein sehr weites Anwendungsgebiet, da man eine unendliche Menge von Umdrehungsformen ersinnen kann. Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird in den Raum zwischen zwei aufeinander folgenden Mänteln ein Füllstoff eingeführt, derart, dass der Innendruck eines Mantels auf den anderen übertragen und gegebenenfalls eine Halterung des Innenmantels hergestellt werden kann·
Eine derartige schwebende Halterung gestattet, bei der Herstellung ziemlich weite Toleranzen zuzulassen und daher einen verhältnismässig geringen Gestehungspreis zu erhalten.
Es ist ferner zu bemerken, dass der Aufbau
gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren besonders einfach ist, da der endgültige Behälter durch mehrere je einen üblichen Behälter bildende Mantel gebildet wird.
Die Möglichkeit der Herstellung von mehrschichtigen Wänden mit einer sehr erheblichen Gesamtdicke ohne Auftreten von Schweisschwierigkeiten gestattet, die Herstellung von Behältern sehr grosser Abmessungen, welche beträchtlichen Innendrücken ausgesetzt sind, ins Auge zu fassen.
Schliesslich bietet offenbar eine mehrschichtige Wand eine erheblich grÖssere Sicherheit als eine gewöhnliche Wand, da bei einem leck eines Mantels die Dichtigkeit durch die anderen Mantel gewährleistet wird.
Die Erfindung betrifft auch die gemäss dem obigen Verfahren hergestellten Behälter.
Zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung sei die Herstellung eines Behälters mit Kugelform betrachtet, ■>
00 983 2/0734
SA ORIGINAL
welcher aus zwei sphärischen konzentrischen Mänteln besteht. Mit den Bezeichnungen:
d-j= Innendurchmesser der inneren Kugel, e,= Dicke dieser inneren Kugel,
dp= Innendurchmesser der äusseren Kugel, egs Dicke der äusseren Kugel,
£ » Abstand zwischen den beiden Kugeln, j> β Druck innerhalb der inneren Kugel,
χ β Druck in dem Raum zwischen den beiden Kugeln sind die auf die innere bzw. äussere Kugel ausgeübten Beanspruchungen Sj bzw. €. durch die Formeln gegeben:
Die Zunahme des Durchmessers der inneren Kugel unter der Wirkung des Differentialdrucks, welchem sie ausgesetzt ist, wird durch die Formel angegeben: «
X4 (p-x) d^
Die Zunahme des Durchmessers der äusseren Kugel
ist durch die Beziehung gegeben: o
€% xd2
δ dp β dp —-- =
* ~ * E TTHe2
Ferner gilt die Beziehung: dp ■ d- + 2(e- + e)
C. 1 I
Da die Dicken e^ und e2 konstant sind und der Abstand e, als konstant angesehen werden kann, erhält man:
δ dg = δ d*
und somit
d1 ^4 β d2 ^i-
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Da angenommen werden kann Cl1 » d2
erhält man ^V * ^J.
Der Innendruck wird also durch die Beziehung
bestimmt:
(p - x) d.,2 χ d2 2
4E e.,
woraus sich ergibt
4I β2
χ = ρ 2 2 —
dp e^ + d* e«
Bei Kenntnis von χ können die Beanspruchungen G^ und f» leicht berechnet werden.
Bei der obigen Rechnung ist angenommen, dass die Kugeln die gleiche Temperatur haben. Die gleiche Berechnung kann unter Berücksichtigung des Einflusses der Temperatur durchgeführt werden.
Wenn t1 die Temperatur der inneren Kugel und tg die Temperatur der äusseren Kugel sind, erhält man
δ I1 -^ <J*_ +0C1 t,)
δ dg s dg ( *3L + CL2 tg) .
Bei Anordnung eines elastischen Materials zwischei den beiden Kugeln erfährt dieses eine Abplattung, welche zu dem Druck χ proportional ist. Wenn Λ die Abplattung dieses Materialf
° genannt wird, erhält man:
co
^ worin δ d« = δ d„ - 2 Kx.
-J Diese letztere Beziehung gestattet die Bestim-
*" mung von x. Wenn angenommen wird, dass die Abplattung K des Materials an den Druck durch eine parabolische
BAD ORIGINAL
Λ = α X2 + β χ.gebunden ist,
erhält man die Beziehung:
δ d2 = δ d1 - 2\
woraus sich der Wert von χ ergibt.
In Verallgemeinerung kann geschrieben werden:
λ = aoxn + a1xn~1 + + an.
Wie man sieht, ist es stets möglich, die Zahl η der Hantel so zu bestimmen, dass die grösste Dicke derselben kleiner als eine von vornherein festgelegte Dicke ist, an welcher bequem Schweissungen vorgenommen werden können.
Man sieht ferner, dass die Dicke der Mantel unabhängig von dem Innendruck ist, welcher beträchtlich sein kann, und von dem Durchmesser des Behälters, welcher ebenfalls sehr gross sein kann.
Obwohl die obi^a Berechnungen für einen Behälter gelten, welcher aus zwei sphärischen Mänteln besteht, ist die Erweiterung durch die Verallgemeinerung auf einen Behälter aus η sphärischen Mänteln oder η durch Umdrehungskörper gebildeten Mänteln ohne weiteres möglich.
. Die Herstellung eines Behälters aus η ineinander geschachtelten sphärischen Mänteln kann folgendermassen erfolgen:
Es werden zunächst η Paare von Halbkugeln hergestellt, deren jede eine öffnung aufweist, welche einen Ausschnitt an dem freien Rand der Halbkugel bildet und vorzugsweise die Form eines Halbkreises hat, wobei der entsprechende Kreis so gross ist, dass er einen Mann durchlässt. Die η entsprechenden Halbkugeln eines jeden Halbkugelpaares können so
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ineinander eingesetzt werden, daes zwei Gruppen von η Kalbkugeln entstehen. Die kleinste Halbkugel einer Gruppe wird dann der kleinsten Halbkugel der anderen Gruppe so gegenübergebracht, dass ihre Offnungen zusammenfallen, welche so eine ein Mannloch bildende kreisförmige öffnung bilden. Hierauf werden die/beiden Halbkugeln längs des grossen Verbindungskreises verschwelest. Die aussere Schweissung bietet keinerlei Schwierigkeiten. Die innere Schweissung kann ebenfalls leicht ausgeführt werden, da ein Mann in das Innere des Mantels eintreten kann.
Hierauf wird die nächstgrössere Halbkugel einer Gruppe der entsprechenden Halbkugel der anderen Gruppe so gegenübergebracht, dass die beiden öffnungen wie in dem vorhergehenden Fall zusammenfallen, wobei ausserdem die kreisförmige öffnung dieses zweiten Halbkugelpaares mit der entsprechenden kreisförmigen öffnung des ersten zum Zusammenfallen gebracht wird, um den Schweisser durchzulassen. Die äussere Schweissung dieser beiden Halbkugeln bietet keinerlei Schwierigkeiten. Zur Vornahme der inneren Schweissung genügt es, die innere Kugel um eine zu der Verbindungsebene der beiden zu verschweissenden Halbkugeln senkrechte Achse zu drehen. Der sich im Innern der kleinsten Kugel befindende Schweisser hat durch die öffnung derselben zu der Verbindungslinie zwischen den beiden ihn umgebenden Halbkugeln Zugang·
Auf diese Weise wird schrittweise vorgegangen, wobei die bereits verschweissten Kugeln drehfest miteinander verbunden werden und ihre öffnungen so zum Zusammenfallen gebracht werden, dass die zu verschweissende Kugel durch diese öffnungen zugänglich wird.
Jedes Mannloch kann zweckmässig mit einer kreis-0 09832/0734
formigen Verstärkung versehen werden·
Mit den Bezeichnungen: «Λ »Querschnitt der TerStärkung,
μ » ein Zahlenkoeffizient,
ξ = Halbmesser der kreisförmigen öffnung,
en= Dicke der Kugel,
α = halber Winkel an d-er Spitze des Kegels,
dessen Spitze auf dem Mittelpunkt der Kugel liegt, und welcher durch die kreisförmige öffnung geht,
erhält man ^
^ Ä μ$ en a#
Diese Pormal zeigt, dass der Querschnitt der
Verstärkung von dem Druck unabhängig ist.
Da die Werte 0 , e und α sehr nahe beieinander liegen, sind die Verstärkungen der verschiedenen Mantel praktisch identisch.
Diese Verstärkungen können miteinander durch Verbolzen verbunden und mit Dichtungen versehen werden. Falls die Verstärkungen weniger dick als der Abstand zwischen zwei benachbarten Kugeln sind, können zwischen diesen Verstärkungen mit Hilfe von Bolzen befestigte Kreisringe vorgesehen werden.
Da der Abstand zwischen zwei benachbarten Kugeln konstant ist, kann die gegenseitige Befestigung der Kugeln durch schwebende Halterungen z.B. mit Hilfe von in parallelen Ebenen liegenden Kreisringen erfolgen. Diese Ringe können kontinuierlich oder diskontinuierlich sein.
Der Raum zwischen zwei benachbarten Kugeln kann zweckmässig mit einer Flüssigkeit oder einem elastischen Werkstoff ausgefüllt werden, z.B. Polystyren oder Polyurethan,
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welcher sich frei abplattet.
Die Verwendung von Polystyren oder eines Polyurethans, welche Wärmeisolierstoffe sind» gestattet, ausser der Halterungsfunktion eine Wärme Schutzfunktion zu verwirklichen, welche z.B. bei auf sehr niedriger Temperatur gehaltenen Gasen besonders interessant ist.
Die erfindungsgemässen Behälter können mit
Vorteil für den Transport oder die Einlagerung von verflüssigten Grasen benutzt werden, insbesondere von solchen, deren Druck bei der atmosphärischen Temperatur gross ist, wie z.B. Methan.
Die praktisch unendliche Zahl der Formen, welche den Behältern gegeben werden können, gestattet in jedem Pail, die günstigste Form zu wählen. So wird z.B. eine Kugelform gewählt, wenn sehr hohe Drücke auszuhalten sind, ohne dass Platzfragen auftreten, während besser eine Zylinderform gewählt wird, wenn die Platzfrage vorherrschend wird.
Bei Behältern mit einer allgemeinen zylindrischen Form können die Vorteile einer Kugelform dadurch erhalten werden, dass an den Enden dieser Zylinder Kugelkappen vorgesehen werden.
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Claims (13)

Patentansprüche
1.) Verfahren zur Herstellung von Vorratsbehältern ο.dgl·, welche ein auf ihre Wand einen hohen Brück ausübendes beliebiges Produkt enthalten sollen, z.B. ein Druckgas, und eine Wandstärke js haben, welche von dem Wert dieses Drucks und der Art des die Wand bildenden Materials abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass η Hantel ineinander eingesetzt werden, welche geometrisch ähnliche gleichachsige Umdrehungskörper sind und eine Wandstärke von etwa -j haben, welche so gering ist, dass durchgehende Schweissnähte hergestellt werden können, wobei jeder dieser Mantel aus wenigstens zwei Schalen besteht, welche miteinander identisch und miteinander verschweisst sind, wobei zwischen diesen Mänteln Verbindungeeinrichtungen vorgesehen werden, derart, dass ein Behälter mit einer mehrschichtigen Wand entsteht.
2·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung von Paaren von hohlen Schalen hergestellt wird, welche geometrisch ähnliche Umdrehungskörper sind und ineinander eingesetzt werden können, wobei die beiden Schalen ein und desselben Paares, welche identische Abmessungen haben, längs einer gemeinsamen Verbindungslinie aneinandergelegt werden können, welche etwa in einer zu ihrer Umdrehungsachse senkrechten Ebene liegt, wobei die Schalen mit einer Öffnung versehen sind, welche an ihrem Verbindungsrand mündet und für den Durchtritt eines Mannes genügende Abmessungen hat, wobei die beiden kleinsten Schalen längs ihrer Verbindungslinie so aneinandergelegt werden, dass die beiden öffnungen einander gegenüberliegen, so dass eine mit einem Mannloch versehene
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geschlossene Kammer entsteht, worauf die Schalen längs dieser Verbindungslinie mittels einer inneren und einer äusseren Schweissnaht vereinigt werden, worauf über den so gebildeten Mantel zwei Schalen mit unmittelbar darüber liegenden Abmessungen so gestülpt werden, dass ein zweiter den ersten Mantel enthaltender Mantel entsteht, worauf die beiden Schalen aussen und innea miteinander verschweisst werden, indem der innere Mantel um aich selbst gedreht wird, wobei die so ineinander eingesetzten beiden Mäntel dadurch drehfest miteinander verbunden werden, dass die Mannlöcher zum Zusammenfallen gebracht werden, worauf auf diese Weise bis zur Herstellung des letzten Mantels fortgefahren wird.
3·) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Mänteln ein Füllstoff eingeführt wird, welcher die Übertragung des Innendrucks eines Mantels auf den anderen und ggfs. die Herstellung einer Halterung des Innenmantels gestattet.
4.) Gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellter Vorratsbehälter o.dgl., dadurch gekennzeichnet, dass er durch eine Anordnung von Mänteln gebildet wird, welche durch geometrisch ähnliche, gleichachsig zueinander angeordnete und ineinander eingesetzte Umdrehungskörper gebildet werden, wobei schwebende Halter zwischen zwei benachbarten Mänteln angeordnet sind.
5.) Vorratsbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantel aue wenigstens zwei Schalen aus Stahl bestehen, welche miteinuader identisch und innen sowie aussen län£s ihrer Stoßstelle versehweisst sind.
6.) Vorratsbehälter nach Anspruch 5, dadurch ge-
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kennzeichnet, dass dis Mantel sphärisch slnöe
7») Vorratsbehälter nach einem eier Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantel die Form von Zylindern haben, welche an ihren Enden mit einer Kugelkappe versehen sind.
8.) -Vorratsbehälter nach einen der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die schwebenden Halter durch Ringe o.dgl. gebildet v/erden, welche in parallelen, zu der Umdrehungsach.se der Mantel senkrechten Ebenen angeordnet aind. *
9.) Vorratsbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe vorzugsweise diskontinuierlich sind.
10.) Vorratsbehälter nach einem der Ansprüche
4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Mänteln mit einem elastischen Material ausgefüllt ist, z.B. Polystyren oder Polyurethan.
11.) Vorratsbehälter nach einem der Ansprüche
4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen | zv/ei benachbarten Mänteln mit einer beliebigen Flüssigkeit ausgefülltast.
12.) Vorratsbehälter naeh einem der Ansprüche
4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er durch vier sphärische Mantel aus Stahl gebildet wird, deren jeder eine Wandstärke von 50 mm hat, wobei diese sphärischen Häntal durch Zwiseiienschichten aus Polyurethan, getrennt sind.
13.) Vorratsbehälter raeii einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch ^üksnnseiehnet, claws joch-/ Hantel ^:vae L-.it-
airior ?:ii'air..vl.:iuig versehene öffnung aiiiv;^iL bs wobei diese ITeräiiiion miteinander verbmiden sind.
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DE1650154A 1966-08-26 1967-07-19 Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen, rotationssymmetrischen Behälters für hohe Drücke Expired DE1650154C3 (de)

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DE1650154B2 DE1650154B2 (de) 1973-10-11
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